间位芳纶纳米复合纸及其制备方法与流程

本发明涉及一种间位芳纶纳米复合纸及其制备方法，属于绝缘材料制备领域。

背景技术：

1、间位芳纶(meta-aramid fiber，ma)具有优异的电绝缘性能和化学稳定性，间位芳纶纸(meta-aramid paper，map)参照纤维素基纸的制备工艺，以间位芳纶纸浆(沉析纤维)和短切纤维经湿法成型和热压而成，被广泛用于油冷电机、海上发电机等电气设备的绝缘结构。随着新能源汽车技术发展，800v高压驱动电机的开发应用对绝缘材料的电气性能与机械性能提出了更为严格的要求。map的表面粗糙度和孔隙都会影响绝缘强度甚至出现局部放电和叠层击穿。提升map的机械强度与耐电晕性能对延长安全使用寿命、提升可靠性性，进而保证绝缘结构、电气设备的长期安全运行具有重要意义。

2、纳米改性是提高聚合物材料综合性能的有效方法。1994年，美国杜邦公司在聚酰亚胺前体中填充了纳米氧化铝颗粒，成功开发了耐电晕性能优异的kapton cr和kaptonfcr薄膜产品，使该薄膜的耐电晕性能提高了10倍以上。将这些无机纳米杂化的铁电聚合物纳米复合材料应用于电工绝缘领域，可有效提升产品、设备的耐电晕性能。

3、然而，目前现有的制备方法中，需要使用沉析纤维再溶解工艺，该工艺繁琐，且使用原纸再生复合纸的成本较高。

4、因此，选择合适的改性材料并提升其与map之间的界面结合能力，同时获得加致密的结构实现高强度、高绝缘，是目前研究的热点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种渗透铁电聚合物的间位芳纶纳米复合纸及其制备方法，以提高现有间位芳纶基绝缘纸的机械耐久性、绝缘可靠性及寿命。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本申请提供一种间位芳纶纳米复合纸的制备方法，其包括以下步骤：

4、s1、提供间位芳纶纸、间位芳纶原液和溶解溶液，其中，所述溶解溶液包括氯化盐和第一有机溶剂；

5、s2、将所述间位芳纶原液与无机纳米颗粒(inorganic nanoparticles，in)和铁电聚合物混合溶于第二有机溶剂中，得到增强溶液；

6、s3、将所述间位芳纶纸置于所述溶解溶液中，超声处理并干燥，在干燥后的所述间位芳纶纸的表面上涂覆所述增强溶液；

7、s4、对涂覆所述增强溶液后的间位芳纶纸进行退火极化处理，得到所述间位芳纶纳米复合纸。

8、在其中一个或多个可能的实施方式中，步骤s1中，所述间位芳纶纸经过预处理：

9、将所述间位芳纶纸置于十二烷基苯磺酸钠水溶液中浸泡、清洗后干燥处理。

10、在其中一个或多个可能的实施方式中，步骤s1中，所述间位芳纶原液在真空干燥箱中经过消泡处理。

11、在其中一个或多个可能的实施方式中，在所述十二烷基苯磺酸钠水溶液中，各组分的质量百分数为：十二烷基苯磺酸28～65％，碳酸钠6～8％，余量为水。

12、在其中一个或多个可能的实施方式中，在所述溶解溶液中，所述氯化盐的质量分数为25％～35％。

13、在其中一个或多个可能的实施方式中，所述氯化盐选自licl2、alcl3、cacl2中的任一种或多种。

14、在其中一个或多个可能的实施方式中，步骤s2中，所述无机纳米颗粒选自tio2、al2o3、sio2或云母中的任一种或多种。

15、在其中一个或多个可能的实施方式中，所述铁电聚合物选自pvdf、p(vdf-ctef)或p(vdf-hfp)中的任一种或多种。

16、在其中一个或多个可能的实施方式中，所述第一有机溶剂具有强极性，所述第一有机溶剂选自dmso、dmf、dmac、nmp中的任一种或多种。

17、在其中一个或多个可能的实施方式中，所述第二有机溶剂具有强极性，所述第二有机溶剂选自dmso、dmf、dmac、nmp中的任一种或多种。

18、在其中一个或多个可能的实施方式中，步骤s3中，所述将所述间位芳纶纸置于所述溶解溶液中，超声处理并干燥，包括：

19、将所述间位芳纶纸置于所述溶解溶液中，进行超声处理，超声结束后用去离子水洗涤至中性，静置处理待纸张表面自然干燥；

20、其中，在所述超声处理过程中，功率为550-650w，超声时间5-10s，间隔5-10s，持续时间5-10min；静置处理时间为2-3h。

21、在其中一个或多个可能的实施方式中，步骤s3中，所述在干燥后的所述间位芳纶纸的表面上涂覆所述增强溶液，包括：

22、将干燥后的所述间位芳纶纸平铺涂布台，用涂布机所述增强溶液均匀涂覆在所述间位芳纶纸的表面，然后将所述间位芳纶纸浸泡在去离子水中洗涤至中性并干燥处理，再以相同方式涂覆所述间位芳纶纸的另一面；

23、其中，在所述干燥处理过程中，环境温度为90-100℃，真空干燥10-20min。

24、在其中一个或多个可能的实施方式中，间位芳纶复合纸涂层的涂覆可通过不同型号的涂布棒控制厚度，优选涂覆量为5-15g/m2。

25、在其中一个或多个可能的实施方式中，步骤s4，在所述退火处理过程中，退火温度为120-160℃，退火时间为12-20h。

26、第二方面，本申请提供一种根据第一方面所述的间位芳纶纳米复合纸的制备方法所制得的间位芳纶纳米复合纸，其中，所述间位芳纶纳米复合纸包括自上而下依次设置的第一聚合物增强层、第一聚合物交联层、芳纶纸层、第二聚合物交联层和第二聚合物增强层。

27、本发明的有益效果在于：

28、(1)本发明的制备方法简便易行，对生产设备要求低，成本低廉，所制备的复合纸，通过简单的涂层工艺改性后，具有良好的机械强度和绝缘特性，对制备绝缘材料具有重要的价值；

29、(2)本发明通过超声处理，辅助极性溶剂对纤维的溶胀改性，增加了纸表面的接触面积和粗糙度，利于物理吸附；又将混合in和铁电聚合物的芳纶原液填充map表层的溶胀纤维，实现map的纳米增强；

30、(3)本发明采用间位芳纶原液进行填充利于在增强材料和芳纶纤维之间形成界面键合，减少界面缺陷，同时利于纸表面进一步致密化，增强其机械强度；

31、(4)本发明通过在芳纶纤维网络渗透铁电聚合物纳米材料，形成无机纳米-有机铁电聚合物-芳纶-芳纶纤维的四元“微交联”层，再通过退火极化处理使随机取向的分子偶极子沿电场方向取向排列，进一步提升绝缘纸的介电特性。

32、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

技术特征：

1.一种间位芳纶纳米复合纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的间位芳纶纳米复合纸的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述间位芳纶纸经过预处理：

3.如权利要求2所述的间位芳纶纳米复合纸的制备方法，其特征在于，在所述十二烷基苯磺酸钠水溶液中，各组分的质量百分数为：十二烷基苯磺酸28～65％，碳酸钠6～8％，余量为水；

4.如权利要求1所述的间位芳纶纳米复合纸的制备方法，其特征在于，所述氯化盐选自licl2、alcl3、cacl2中的任一种或多种。

5.如权利要求1所述的间位芳纶纳米复合纸的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述无机纳米颗粒选自tio2、al2o3、sio2或云母中的任一种或多种；

6.如权利要求1所述的间位芳纶纳米复合纸的制备方法，其特征在于，所述第一有机溶剂具有强极性，所述第一有机溶剂选自dmso、dmf、dmac、nmp中的任一种或多种；

7.如权利要求1所述的间位芳纶纳米复合纸的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述将所述间位芳纶纸置于所述溶解溶液中，超声处理并干燥，包括：

8.如权利要求1或7所述的间位芳纶纳米复合纸的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述在干燥后的所述间位芳纶纸的表面上涂覆所述增强溶液，包括：

9.如权利要求1所述的间位芳纶纳米复合纸的制备方法，其特征在于，步骤s4，在所述退火处理过程中，退火温度为120-160℃，退火时间为12-20h。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的间位芳纶纳米复合纸的制备方法所制得的间位芳纶纳米复合纸，其特征在于，所述间位芳纶纳米复合纸包括自上而下依次设置的第一聚合物增强层、第一聚合物交联层、芳纶纸层、第二聚合物交联层和第二聚合物增强层。

技术总结本申请涉及一种间位芳纶纳米复合纸及其制备方法，该制备方法包括：S1、提供间位芳纶纸、间位芳纶原液和溶解溶液，其中，所述溶解溶液包括氯化盐和第一有机溶剂；S2、将所述间位芳纶原液与无机纳米颗粒和铁电聚合物混合溶于第二有机溶剂中，得到增强溶液；S3、将所述间位芳纶纸置于所述溶解溶液中，超声处理并干燥，在干燥后的所述间位芳纶纸的表面上涂覆所述增强溶液；S4、对涂覆所述增强溶液后的间位芳纶纸进行退火极化处理，得到所述间位芳纶纳米复合纸。本申请的制备方法以MAP作为基底，将氯化盐溶于强极性有机溶剂作为溶解溶液，将间位芳纶原液和IN溶于强极性有机溶剂作为增强溶液，能提高现有间位芳纶基绝缘纸的机械耐久性、绝缘可靠性及寿命。技术研发人员：刘芮,王振兴,杜敏,张生德受保护的技术使用者：上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29