[發明專利]一種基于納米改性聚酰亞胺薄膜的新型熱改性絕緣紙制備方法

在審

• 申請號: 201710287777.4
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107190566A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 盧小武
• 申請（專利權）人: 廣東粵特變壓器有限公司
• 主分類號: D21H21/14
• 分類號: D21H21/14;D21H19/62;D21H19/40;D21H19/42;D21H19/64;C08G73/10
• 代理公司: 廣州市南鋒專利事務所有限公司44228
• 代理人: 何海帆

技術領域

本發明涉及電氣設備絕緣材料技術領域，具體涉及一種變壓器用絕緣紙，特別涉及一種基于納米改性聚酰亞胺薄膜的新型熱改性絕緣紙制備方法。

背景技術

按照原材料的不同，絕緣紙可分為植物纖維紙、礦物纖維紙、合成纖維紙三大類。其中，普通絕緣紙主要采用植物纖維為原材料，如快巴紙和牛皮紙，主要成分為纖維素、半纖維素和木質素等。

植物纖維絕緣紙被廣泛用作電纜、線圈、電力變壓器等各項電器設備的絕緣材料，其耐熱等級為A級。但若長時間在超過其允許的最高工作溫度下使用，會加速纖維素的分解，造成機械強度下降，絕緣擊穿的概率增大，引發變壓器故障，即絕緣紙的可靠性和使用壽命直接影響電器設備的安全和穩定。因此，對絕緣紙的某些性能，包括物理方面的機械性能，電氣方面的絕緣性能和化學方面的熱穩定性能等提出了較高的要求。

在機械性能上，如變壓器工作時，絕緣紙可能受到大功率高壓電機繞組高速運轉，或啟、停作業帶來的負荷變化應力損傷，以及繞組渦流造成的機械振動，或短路、過壓故障造成的瞬時電動力，故要求絕緣紙必須具備較高的機械強度。所謂機械強度主要表現在抗張強度、撕裂度和伸長率等方面。

在絕緣性能上，絕緣紙在電場中所需具備的四種特性是，絕緣電阻高，介質損耗小，介電常數較大，工頻擊穿電壓值較高。

熱穩定性能上，由于絕緣紙長期在變壓器的高溫環境中工作，熱老化導致植物纖維或合成纖維大分子鏈斷裂，聚合度下降，絕緣紙脆性增加，逐漸失去機械強度和絕緣性能。對植物纖維絕緣紙，其力學強度主要來自纖維素鏈間的糖苷鍵的強度和分子之間氫鍵的作用力，纖維素緊密相連。但在熱和氧氣的共同長期作用下，纖維素高聚物分子開始產生過氧化物，然后分解產生自由基，引發一系列氧化反應，使分子量下降并不斷揮發出小分子產物。隨著熱老化過程的進行，木質素和半纖維素逐漸分解消失，纖維開始分離，最終纖維表面出現破壞，機械強度顯著降低。纖維素耐熱老化性差，這是植物纖維絕緣紙紙最大的缺點。

國際電工委員會按照絕緣材料的耐熱程度將其分為七個等級：工作溫度90℃，耐熱等級為Y級；105℃為A級；120℃為E級；130℃為B級；155℃為F級；180℃為H級；200℃為C級。研究表明，變壓器絕緣紙如果在正常工作溫度以下使用，壽命長達二十年。如果超過規定的溫度，絕緣紙就會加速老化，壽命大大縮短。如A級絕緣紙從105℃起環境溫度每提高8℃，壽命就會縮短一半，而B級絕緣紙溫度每提高10℃，H級絕緣紙溫度每提高12℃，使用壽命縮短一半。可見，絕緣紙的使用壽命和絕緣性能受溫度影響顯著，熱穩定性越好，絕緣紙使用壽命就越長，因此，作為絕緣材料，熱穩定性能是植物纖維絕緣紙十分重要的性能指標。

雖然目前有七個等級的絕緣材料，以滿足電纜、線圈、電力變壓器等電氣設備的不同應用要求，但絕緣材料的耐熱等級越高，價格越昂貴。而普通絕緣紙由于熱穩定性能的欠缺，也包括熱老化導致的絕緣性能和機械性能的降低，限制了變壓器向小型化、大容量方向發展。因此，在工程應用中提出了這樣的需求：能否基于價格相對較為低廉的植物纖維絕緣紙進行改性后，由工作溫度為105℃提高到120℃，或130℃甚至更高的溫度等級。

近年來，隨著電氣絕緣技術的發展，對絕緣材料的要求越來越高，性能單一的材料已很難滿足高性能電氣產品的要求。因此，人工合成絕緣材料的優越性在電工技術領域逐開始步顯現，其中，高分子聚合物復合絕緣材料在油浸式變壓器中得到使用，提高了絕緣材料的耐高溫好耐老化性能。以下引述的專利涉及利用改性或復合方法，提高絕緣紙或板的絕緣性能、安全使用壽命或耐油性能，但這不能必然地解釋為，既有的這些技術對基于植物纖維絕緣紙進行改性來提高其熱穩定性能是適宜的。

中國專利申CN 102982859 A，公開了一種PFCP絕緣復合材料，該材料為在絕緣紙上涂覆酚醛膠粘劑制成，其中，所述酚醛膠粘劑由以下質量百分比的組分組成：腰果酚改性酚醛樹脂94~99%；芳綸纖維漿粕1~6%；其中PFCP絕緣復合材料膠含量為36~46%。

中國專利申請公開號CN 101062570 A，公開了一種低吸水率酚醛紙層壓板及其制備方法和用途，采用立式和臥式聯合浸漬紙張的工藝路線，使用改性酚醛樹脂為絕緣浸漬樹脂，樹脂數均分子量在450~600之間，將多張浸漬有改性酚醛樹脂的預浸紙熱壓合成出低吸水率的酚醛樹脂紙層壓板。