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一种纳米碳化硅改性绝缘纸及其制备方法和应用
申请号	CN201610709584.9	申请日	2016-08-23	公开(公告)号	CN106245460A	公开(公告)日	2016-12-21
申请人	无锡益联机械有限公司;			发明人	邱勤晓; 邱益诚; 王亚芳;
摘要	本发明公开了一种纳米碳化硅改性绝缘纸及其制备方法和应用，通过采用纳米碳化硅颗粒对纸浆进行改性获得纳米碳化硅改性绝缘纸。与现有技术相比，具有以下优点：(1)本发明所述方法制备获得的纳米碳化硅改性绝缘纸因引入了纳米碳化硅对绝缘纸进行改性，且纳米碳化硅与纤维素之间具有良好的结合能，增大了其与纤维素之间的接触界面，界面内纳米碳化硅对纤维中级性基团的束缚作用以及界面内陷进对载流子的作用，给绝缘纸带来了更加优良的工频击穿及介电性能；(2)本发明制备获得的纳米碳化硅改性绝缘纸且具有良好的力学性能和散热性能。
权利要求	1.一种纳米碳化硅改性绝缘纸的制备方法，其特征在于，包含以下步骤： (1)将纸板通过碎浆机破解后送至磨浆机磨浆，所述磨浆机的气源为0.3～0.9MPa、底盘与刀辊之间的线速差为5.5～6.5m/s、电压为380～420V、三相为50～60Hz、打浆压力为 1.5～3.8kg/cm； (2)按重量份计，将纳米碳化硅26～48份、纳米二氧化钛13～26份、纳米硅酸钠9～17份、偶联剂KH-570 8～19份、氢氧化钠9～15份、水32～48份混合，将悬浊液进行机械搅拌分散，转速为4500～6000r/min、搅拌7～12分钟，再超声分散12～16分钟获得改性液； (3)将步骤(2)制得的改性液加入步骤(1)制得的纸浆中，在解离器中搅拌8～14分钟，将混合物置于纸页成型器中制成质量为110～140g/m2、厚度为0.15～0.26mm的湿纸坯； (4)将步骤(3)制备获得的湿纸坯送入热压机中热压，热压条件为22～28MPa、8～18分钟，然后置于真空干燥箱中干燥，真空度为0.005～0.01MPa，温度为95～112℃，制得纳米碳化硅改性绝缘纸。 2.根据权利要求1所述的一种纳米碳化硅改性绝缘纸的制备方法，其特征在于，步骤(1)中将纸板通过碎浆机破解后送至磨浆机磨浆，所述磨浆机的气源为0.7MPa、底盘与刀辊之间的线速差在6.1m/s、电压为400V、三相为56Hz、打浆压力为3.2kg/cm。 3.根据权利要求1所述的一种纳米碳化硅改性绝缘纸的制备方法，其特征在于，步骤(2)中按重量份计，将纳米碳化硅43份、纳米二氧化钛22份、纳米硅酸钠14份、偶联剂KH- 57013份、氢氧化钠12份、水40份混合，将悬浊液进行机械搅拌分散，转速为5500r/min、搅拌 10分钟，再超声分散14分钟获得改性液。 4.根据权利要求1所述的一种纳米碳化硅改性绝缘纸的制备方法，其特征在于，步骤(3)中将步骤(2)制得的改性液加入步骤(1)制得的纸浆中，在解离器中搅拌12分钟，将混合物置于纸页成型器中制成质量为125g/m2、厚度为0.22mm的湿纸坯。 5.根据权利要求1所述的一种纳米碳化硅改性绝缘纸的制备方法，其特征在于，步骤(4)中将步骤(3)制备获得的湿纸坯送入热压机中热压，热压条件为25MPa、15分钟，然后置于真空干燥箱中干燥，真空度为0.008MPa，温度为108℃，制得纳米碳化硅改性绝缘纸。 6.根据权利要求1所述的一种纳米碳化硅改性绝缘纸的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中纳米碳化硅的粒径为25～32nm、纳米二氧化钛的粒径为22～30nm、纳米硅酸钠的粒径为24～31nm。 7.权利要求1～6任一方法制备获得的纳米碳化硅改性绝缘纸。 8.权利要求7所述的纳米碳化硅改性绝缘纸在包覆换位导线线芯中的应用。
说明书全文	一种纳米碳化硅改性绝缘纸及其制备方法和应用技术领域 [0001] 本发明属于换位导线线芯包装材料领域，涉及一种绝缘纸，尤其涉及一种纳米碳化硅改性绝缘纸及其制备方法和应用。背景技术 [0002] 电力变压器是电力系统中的核心部件，担负着电力系统电能传输的重要任务。油浸式变压器的内绝缘是以绝缘纸和变压器油组成的复合绝缘。近年来随着电压等级的不断提高，对变压器内绝缘的要求也越来越高。因此提高绝缘纸和变压器油所组成的复合绝缘的绝缘性能具有十分重要的实际意义。 [0003] 目前国内外开展了大量的研究提高变压器油的绝缘性能，如向油中添加纳米粒子、采用各种植物油、采用各种植物油和矿物油的混合油等，取得了不少的成果，而对提高天然纤维素绝缘纸电气性能的改性研究还很少见。 [0004] 从19世纪90年代开始，天然纤维素绝缘纸就被广泛用在油浸式电力设备中，虽然电绝缘材料有了较大的变化和进步，但纤维素绝缘纸具有价格低、机械强度大、尺寸容易控制、浸油后电气性能优良、环境友好等特点，是油浸变压器的首选绝缘材料。在传统的造纸行业当中为了提高纸张的各种性能，在造纸的过程中加入不同的无机填料以增强纸张的性能，但关于无机填料对绝缘纸绝缘性能的影响研究却很少。这是由于绝缘纸作为一种特种纸，除了对其绝缘性能有比较高的要求外，对其力学性能也有比较高的要求，而采用传统的微米级别的无机粒子对纸进行填充改性会大大降低纸张的力学性能。 [0005] 随着纳米技术的发展，近年来纳米级别的无机粒子的制备取得了很大的发展，而利用无机纳米粒子来增强改性聚合物的各项性能也成为了近年来的研究热点。纳米粒子粒径小，比表面积大，利用纳米粒子来改性聚合物在一定的含量内不但不会降低材料的力学性能，反而会使材料的力学性能有所提高。因此研究纳米粒子改性的绝缘纸的绝缘性能又具有了十分重要的现实意义。 [0006] 现有技术中，由于二氧化钛纳米粒子制备工艺成熟，且相比其他纳米粒子价格较低，被广泛用于聚合物的改性研究，并取得了较好的效果。因此，研究者将纳米二氧化钛用于绝缘纸的改性，从而提高了绝缘纸的工频击穿场强，降低了绝缘纸的介电常数、介电损耗和电导率。但是单纯采用纳米二氧化钛对绝缘纸进行改性不能保证绝缘纸的力学性能和散热性能。发明内容 [0007] 本发明解决的技术问题：为了克服上述现有技术的缺陷，获得一种能够提高绝缘纸的工频击穿场强，降低绝缘纸的介电常数、介电损耗和电导率，且具有良好的力学性能和散热性能的绝缘纸，本发明提供了一种纳米碳化硅改性绝缘纸及其制备方法和应用。 [0008] 技术方案：一种纳米碳化硅改性绝缘纸的制备方法，包含以下步骤： [0009] (1)将纸板通过碎浆机破解后送至磨浆机磨浆，所述磨浆机的气源为0.3～0.9MPa、底盘与刀辊之间的线速差为5.5～6.5m/s、电压为380～420V、三相为50～60Hz、打浆压力为1.5～3.8kg/cm； [0010] (2)按重量份计，将纳米碳化硅26～48份、纳米二氧化钛13～26份、纳米硅酸钠9～17份、偶联剂KH-570 8～19份、氢氧化钠9～15份、水32～48份混合，将悬浊液进行机械搅拌分散，转速为4500～6000r/min、搅拌7～12分钟，再超声分散12～16分钟获得改性液； [0011] (3)将步骤(2)制得的改性液加入步骤(1)制得的纸浆中，在解离器中搅拌8～14分钟，将混合物置于纸页成型器中制成质量为110～140g/m2、厚度为0.15～0.26mm的湿纸坯； [0012] (4)将步骤(3)制备获得的湿纸坯送入热压机中热压，热压条件为22～28MPa、8～18分钟，然后置于真空干燥箱中干燥，真空度为0.005～0.01MPa，温度为95～112℃，制得纳米碳化硅改性绝缘纸。 [0013] 优选的，步骤(1)中将纸板通过碎浆机破解后送至磨浆机磨浆，所述磨浆机的气源为0.7MPa、底盘与刀辊之间的线速差在6.1m/s、电压为400V、三相为56Hz、打浆压力为3.2kg/cm。 [0014] 优选的，步骤(2)中按重量份计，将纳米碳化硅43份、纳米二氧化钛22份、纳米硅酸钠14份、偶联剂KH-570 13份、氢氧化钠12份、水40份混合，将悬浊液进行机械搅拌分散，转速为5500r/min、搅拌10分钟，再超声分散14分钟获得改性液。 [0015] 优选的，步骤(3)中将步骤(2)制得的改性液加入步骤(1)制得的纸浆中，在解离器中搅拌12分钟，将混合物置于纸页成型器中制成质量为125g/m2、厚度为0.22mm的湿纸坯。 [0016] 优选的，步骤(4)中将步骤(3)制备获得的湿纸坯送入热压机中热压，热压条件为25MPa、15分钟，然后置于真空干燥箱中干燥，真空度为0.008MPa，温度为108℃，制得纳米碳化硅改性绝缘纸。 [0017] 优选的，所述步骤(2)中纳米碳化硅的粒径为25～32nm、纳米二氧化钛的粒径为22～30nm、纳米硅酸钠的粒径为24～31nm。 [0018] 上述任一方法制备获得的纳米碳化硅改性绝缘纸。 [0019] 上述纳米碳化硅改性绝缘纸在包覆换位导线线芯中的应用。 [0020] 有益效果：(1)本发明所述方法制备获得的纳米碳化硅改性绝缘纸因引入了纳米碳化硅对绝缘纸进行改性，且纳米碳化硅与纤维素之间具有良好的结合能，增大了其与纤维素之间的接触界面，界面内纳米碳化硅对纤维中级性基团的束缚作用以及界面内陷进对载流子的作用，给绝缘纸带来了更加优良的工频击穿及介电性能；(2)本发明制备获得的纳米碳化硅改性绝缘纸且具有良好的力学性能和散热性能。具体实施方式 [0021] 实施例1 [0022] 一种纳米碳化硅改性绝缘纸的制备方法，包含以下步骤： [0023] (1)将纸板通过碎浆机破解后送至磨浆机磨浆，所述磨浆机的气源为0.3MPa、底盘与刀辊之间的线速差为5.5m/s、电压为380V、三相为50Hz、打浆压力为1.5kg/cm； [0024] (2)按重量份计，将纳米碳化硅26份、纳米二氧化钛13份、纳米硅酸钠9份、偶联剂KH-570 8份、氢氧化钠9份、水32份混合，将悬浊液进行机械搅拌分散，转速为4500r/min、搅拌7分钟，再超声分散12分钟获得改性液； [0025] (3)将步骤(2)制得的改性液加入步骤(1)制得的纸浆中，在解离器中搅拌8分钟，将混合物置于纸页成型器中制成质量为110g/m2、厚度为0.15mm的湿纸坯； [0026] (4)将步骤(3)制备获得的湿纸坯送入热压机中热压，热压条件为22MPa、8分钟，然后置于真空干燥箱中干燥，真空度为0.005MPa，温度为95℃，制得纳米碳化硅改性绝缘纸。 [0027] 所述步骤(2)中纳米碳化硅的粒径为25nm、纳米二氧化钛的粒径为22nm、纳米硅酸钠的粒径为24nm。 [0028] 实施例2 [0029] 一种纳米碳化硅改性绝缘纸的制备方法，包含以下步骤： [0030] (1)将纸板通过碎浆机破解后送至磨浆机磨浆，所述磨浆机的气源为0.7MPa、底盘与刀辊之间的线速差在6.1m/s、电压为400V、三相为56Hz、打浆压力为3.2kg/cm； [0031] (2)按重量份计，将纳米碳化硅43份、纳米二氧化钛22份、纳米硅酸钠14份、偶联剂KH-570 13份、氢氧化钠12份、水40份混合，将悬浊液进行机械搅拌分散，转速为5500r/min、搅拌10分钟，再超声分散14分钟获得改性液； [0032] (3)将步骤(2)制得的改性液加入步骤(1)制得的纸浆中，在解离器中搅拌12分钟，将混合物置于纸页成型器中制成质量为125g/m2、厚度为0.22mm的湿纸坯； [0033] (4)将步骤(3)制备获得的湿纸坯送入热压机中热压，热压条件为25MPa、15分钟，然后置于真空干燥箱中干燥，真空度为0.008MPa，温度为108℃，制得纳米碳化硅改性绝缘纸。 [0034] 所述步骤(2)中纳米碳化硅的粒径为30nm、纳米二氧化钛的粒径为28nm、纳米硅酸钠的粒径为27nm。 [0035] 实施例3 [0036] 一种纳米碳化硅改性绝缘纸的制备方法，包含以下步骤： [0037] (1)将纸板通过碎浆机破解后送至磨浆机磨浆，所述磨浆机的气源为0.9MPa、底盘与刀辊之间的线速差为6.5m/s、电压为420V、三相为60Hz、打浆压力为3.8kg/cm； [0038] (2)按重量份计，将纳米碳化硅48份、纳米二氧化钛26份、纳米硅酸钠17份、偶联剂KH-570 19份、氢氧化钠15份、水48份混合，将悬浊液进行机械搅拌分散，转速为6000r/min、搅拌12分钟，再超声分散16分钟获得改性液； [0039] (3)将步骤(2)制得的改性液加入步骤(1)制得的纸浆中，在解离器中搅拌14分钟，将混合物置于纸页成型器中制成质量为140g/m2、厚度为0.26mm的湿纸坯； [0040] (4)将步骤(3)制备获得的湿纸坯送入热压机中热压，热压条件为28MPa、18分钟，然后置于真空干燥箱中干燥，真空度为0.01MPa，温度为112℃，制得纳米碳化硅改性绝缘纸。 [0041] 所述步骤(2)中纳米碳化硅的粒径为32nm、纳米二氧化钛的粒径为30nm、纳米硅酸钠的粒径为31nm。 [0042] 对实施例1～3制备获得的纳米碳化硅改性绝缘纸的性能进行检测，其中纸张的抗张强度的测量采用济南安尼麦特仪器有限公司的AT-L-1型拉力试验机，最大拉力500N。根据ISO 1924-2:1994、GB/T 12914—2008中恒速拉伸法测量，原理：抗张强度试验仪在恒速拉伸的条件下，将规定尺寸的试样拉伸至断裂，测定其抗张力。样品宽15mm，拉力试验机夹距10cm，断裂时间为(20±5)s。 [0043] 纸张的击穿电压测试，绝缘纸工频击穿场强按照GB/T 1408—2006进行，采用25号矿物油作为周围媒质，测试绝缘纸连续升压时样品的10～20s击穿强度。试验变压器容量为50kVA/50kV，试验电压220V，升压速度为500V/s。每次测量试样数量6个，最后求取平均值。试验环境温度25℃，相对温度50％。 [0044] 绝缘纸介电性能采用Concept80宽带介电谱测试系统(Novocontrol GmbH)测试绝缘纸的频域介电谱、频域介损谱和频域内的体积电导率；同时根据IEC 60093标准测试绝缘纸直流体积电导率。将浸好油的绝缘纸从油中取出，擦净表面多余绝缘油，放在两片直径-2 74cm的镀金铜电极中间进行测量。测量频率范围为10 ～10。为保证试验重复性，每次试验测试2～3次，并且为了排除偶然性，重复测量采用的不是同一个样品进行测试，而是对同一种状态的样品取样2～3次进行测试选取重复性良好的数据进行分析。 [0045] 结果如下表所示： [0046]

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