[发明专利]一种微/纳米复合纤维电气绝缘纸的制备方法

说明书

本发明涉及一种微/纳米复合纤维电气绝缘纸的制备方法，属于电气绝缘纸技术领域。分别将针叶木浆干浆板和其他微米纤维浆干浆板浸泡在去离子水中12小时，浸泡好后将浆板撕成25mm×25mm的小片。接着利用打浆机对处理好的针叶木浆板和其他微米纤维浆板分别进行疏解、打浆。然后进行超声分散处理后，取适量的针叶木浆纤维、其他微米纤维和纳米纤维进行混合，利用搅拌装置处理5分钟～20分钟。也可以采用混合打浆方式，即将经过预处理的针叶木浆板和其他微米纤维浆板直接按比例混合，然后利用打浆机进行疏解、打浆，肖伯尔打浆度同样控制在10°SR到60°SR之间。本方法工艺过程简单、易操作，并有效提升电气绝缘纸的抗张强度和击穿场强。

技术领域

本发明涉及一种微/纳米复合纤维电气绝缘纸的制备方法，采用纳米纤维与微米纤维复合来提高现有针叶木纤维绝缘纸的机械、电气性能，属于电气绝缘纸技术领域。

背景技术

绝缘纸作为一种特殊用纸，具有性能优异、成本低、环境友好、可再生等优点。因此被广泛应用于各种电压等级的油浸式电力变压器和换流变压器。目前，国际上通常采用棉浆和针叶木浆来制备绝缘纸，国内则采用100％未漂白硫酸盐针叶木浆。电力工业的快速发展对输电距离和输电容量提出了更高的要求，为实现“西电东送”乃至“亚欧洲际输电”，需大力发展特高压直流输电技术。换流变压器作为直流输电系统的关键核心设备，其阀侧绕组复杂严峻的电场形式使得现有油纸绝缘材料故障不断。因此有必要进一步提高现有变压器绝缘纸的性能。对于绝缘纸，在实际使用过程中会承受电应力、机械应力和热应力，因此绝缘纸不仅需要具备优异的电气性能，还需具备良好的机械性能和热性能。其中机械性能对绝缘纸的老化具有重要影响，在一定程度上决定了纸绝缘材料的使用寿命，因此需着重关注。

除针叶木纤维外，常见的纤维还包括阔叶木纤维，麻纤维，棉纤维，竹纤维等微米纤维。阔叶木纤维同属于木纤维，其采用阔叶木材制成，主要为双子叶被子植物，常用的有桉木、杨木、桦木等。其特点是原木材质较硬，纤维细胞含量低，纤维较短且直径较小。以桉木为例，纤维细胞含量为82.4％，纤维平均长度仅为0.68mm，宽度仅为16.8μm。麻纤维长度较长，棉纤维的纤维素含量和结晶度较高。尽管我国森林资源匮乏，但竹资源十分丰富，竹浆的年产量占全世界的四分之一。因此，探索利用竹纤维制备绝缘纸，可有效解决对进口针叶木纤维的依赖，促进绝缘纸的国产化。与针叶木纤维相比，竹纤维细胞壁厚，表面纹孔小且分布稀疏，单根纤维强度高。单根Moso竹纤维的抗张强度介于1.43GPa到1.69GPa,高于绝大多数针叶木纤维。将竹纤维加入到现在广泛采用的针叶木纤维中有可能实现成本的降低和绝缘纸性能的提升。

纳米改性是提高材料性能的一个重要手段。1994年，Lewis首次正式提出了纳米电介质的概念。2002年，Nelson等通过试验证实了纳米电介质的可行性，之后纳米电介质研究成为热点。对于绝缘纸，已有研究探讨了添加无机纳米颗粒来提升绝缘纸的电气性能，如纳米SiO₂、纳米MgO、纳米蒙脱土等，但由于无机纳米粒子和有机植物纤维之间的相容性不好，使得纤维之间的结合强度降低，制备所得绝缘纸的机械性能下降。微米植物纤维的长度在毫米级别，宽度在微米级别，可称之为微米纤维。由于微米植物纤维在结构上可进一步细分为微细纤维，原微细纤维，因此通过物理、化学方法对微米植物纤维进行处理后便可得到纳米纤维。纳米纤维的宽度为几十纳米，长度可为几百纳米，甚至几千纳米。相比于无机纳米粒子，纳米级纤维具有如下优点：首先纳米级纤维作为有机纳米添加剂，无需表面接枝处理，改性绝缘纸制备工艺简单；其次纳米级纤维与微米级纤维之间存在氢键作用，不容易从纸中扩散到变压器油中，改性效果相对更稳定；再者纳米级纤维属于可再生资源、可降解、环境友好。

综上可知，不同种类的微米纤维具有各自的特性优势，将针叶木纤维与其他微米纤维共混，有助于取长补短，提升复合电气绝缘纸的机械性能。纳米纤维可在针叶木绝缘纸的微米多孔结构上形成新型二次结构，改变平均孔径分布，从而提高针叶木纤维绝缘纸的机械性能和电气性能。纳米纤维作为电气绝缘纸的纳米添加剂前景可观。

发明内容