[發明專利]一種微/納米復合纖維電氣絕緣紙的制備方法

有效

• 申請號: 201710598060.1
• 申請日: 2017-07-20
• 公開（公告）號: CN107287988B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 周遠翔;黃建文;周仲柳;莫雅俊;黃欣;聶皓
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: D21H27/12
• 分類號: D21H27/12;D21H15/10;D21H11/12;D21F13/10
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

本發明涉及一種微/納米復合纖維電氣絕緣紙的制備方法，屬于電氣絕緣紙技術領域。分別將針葉木漿干漿板和其他微米纖維漿干漿板浸泡在去離子水中12小時，浸泡好后將漿板撕成25mm×25mm的小片。接著利用打漿機對處理好的針葉木漿板和其他微米纖維漿板分別進行疏解、打漿。然后進行超聲分散處理后，取適量的針葉木漿纖維、其他微米纖維和納米纖維進行混合，利用攪拌裝置處理5分鐘～20分鐘。也可以采用混合打漿方式，即將經過預處理的針葉木漿板和其他微米纖維漿板直接按比例混合，然后利用打漿機進行疏解、打漿，肖伯爾打漿度同樣控制在10°SR到60°SR之間。本方法工藝過程簡單、易操作，并有效提升電氣絕緣紙的抗張強度和擊穿場強。

技術領域

本發明涉及一種微/納米復合纖維電氣絕緣紙的制備方法，采用納米纖維與微米纖維復合來提高現有針葉木纖維絕緣紙的機械、電氣性能，屬于電氣絕緣紙技術領域。

背景技術

絕緣紙作為一種特殊用紙，具有性能優異、成本低、環境友好、可再生等優點。因此被廣泛應用于各種電壓等級的油浸式電力變壓器和換流變壓器。目前，國際上通常采用棉漿和針葉木漿來制備絕緣紙，國內則采用100％未漂白硫酸鹽針葉木漿。電力工業的快速發展對輸電距離和輸電容量提出了更高的要求，為實現“西電東送”乃至“亞歐洲際輸電”，需大力發展特高壓直流輸電技術。換流變壓器作為直流輸電系統的關鍵核心設備，其閥側繞組復雜嚴峻的電場形式使得現有油紙絕緣材料故障不斷。因此有必要進一步提高現有變壓器絕緣紙的性能。對于絕緣紙，在實際使用過程中會承受電應力、機械應力和熱應力，因此絕緣紙不僅需要具備優異的電氣性能，還需具備良好的機械性能和熱性能。其中機械性能對絕緣紙的老化具有重要影響，在一定程度上決定了紙絕緣材料的使用壽命，因此需著重關注。

除針葉木纖維外，常見的纖維還包括闊葉木纖維，麻纖維，棉纖維，竹纖維等微米纖維。闊葉木纖維同屬于木纖維，其采用闊葉木材制成，主要為雙子葉被子植物，常用的有桉木、楊木、樺木等。其特點是原木材質較硬，纖維細胞含量低，纖維較短且直徑較小。以桉木為例，纖維細胞含量為82.4％，纖維平均長度僅為0.68mm，寬度僅為16.8μm。麻纖維長度較長，棉纖維的纖維素含量和結晶度較高。盡管我國森林資源匱乏，但竹資源十分豐富，竹漿的年產量占全世界的四分之一。因此，探索利用竹纖維制備絕緣紙，可有效解決對進口針葉木纖維的依賴，促進絕緣紙的國產化。與針葉木纖維相比，竹纖維細胞壁厚，表面紋孔小且分布稀疏，單根纖維強度高。單根Moso竹纖維的抗張強度介于1.43GPa到1.69GPa,高于絕大多數針葉木纖維。將竹纖維加入到現在廣泛采用的針葉木纖維中有可能實現成本的降低和絕緣紙性能的提升。

納米改性是提高材料性能的一個重要手段。1994年，Lewis首次正式提出了納米電介質的概念。2002年，Nelson等通過試驗證實了納米電介質的可行性，之后納米電介質研究成為熱點。對于絕緣紙，已有研究探討了添加無機納米顆粒來提升絕緣紙的電氣性能，如納米SiO₂、納米MgO、納米蒙脫土等，但由于無機納米粒子和有機植物纖維之間的相容性不好，使得纖維之間的結合強度降低，制備所得絕緣紙的機械性能下降。微米植物纖維的長度在毫米級別，寬度在微米級別，可稱之為微米纖維。由于微米植物纖維在結構上可進一步細分為微細纖維，原微細纖維，因此通過物理、化學方法對微米植物纖維進行處理后便可得到納米纖維。納米纖維的寬度為幾十納米，長度可為幾百納米，甚至幾千納米。相比于無機納米粒子，納米級纖維具有如下優點：首先納米級纖維作為有機納米添加劑，無需表面接枝處理，改性絕緣紙制備工藝簡單；其次納米級纖維與微米級纖維之間存在氫鍵作用，不容易從紙中擴散到變壓器油中，改性效果相對更穩定；再者納米級纖維屬于可再生資源、可降解、環境友好。

綜上可知，不同種類的微米纖維具有各自的特性優勢，將針葉木纖維與其他微米纖維共混，有助于取長補短，提升復合電氣絕緣紙的機械性能。納米纖維可在針葉木絕緣紙的微米多孔結構上形成新型二次結構，改變平均孔徑分布，從而提高針葉木纖維絕緣紙的機械性能和電氣性能。納米纖維作為電氣絕緣紙的納米添加劑前景可觀。

發明內容