本發(fā)明屬于造紙工業(yè)和材料工業(yè)交叉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高導(dǎo)熱電氣絕緣紙的制備方法。
背景技術(shù)：
紙張作為電氣設(shè)備的絕緣材料已有悠久的歷史，廣泛用作電機(jī)、電纜、電容器和變壓器中的絕緣材料，也是層壓制品、復(fù)合材料和預(yù)浸材料等絕緣材料主要組成材料。傳統(tǒng)的電氣絕緣紙是植物纖維、礦物纖維、合成纖維或其共混物，通過(guò)水作為介質(zhì)將纖維沉積在造紙機(jī)上而形成的薄頁(yè)狀材料。
在實(shí)際使用過(guò)程中，大中型高壓發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱。如果不將熱量及時(shí)導(dǎo)出電氣設(shè)備，將直接影響其工作效率，縮短設(shè)備壽命，降低其可靠性。因此，電氣設(shè)備散熱已經(jīng)成為現(xiàn)代電機(jī)技術(shù)發(fā)展急需解決的問(wèn)題之一。傳統(tǒng)電氣絕緣紙由于其原材料本身的特性及其多空隙的三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其導(dǎo)熱性能欠佳，從而在電氣設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)不可忽視的熱阻，影響設(shè)備的散熱性能。因此，開(kāi)發(fā)一種新型具有高導(dǎo)熱性能的絕緣紙具有巨大的市場(chǎng)潛力。
六方氮化硼(H-BN)是一種非氧化物陶瓷材料，其晶體結(jié)構(gòu)與石墨極為相似。H-BN是陶瓷材料中導(dǎo)熱性能最好的材料之一，其導(dǎo)熱率達(dá)到180～200w/(m·k)；其熱膨脹系數(shù)在c軸方向上為41×10-6/℃，d軸方向上為-2.3×10-6/℃，是陶瓷材料中最小的。H-BN是陶瓷材料中最好的高溫絕緣材料，室溫電阻率為1014Ω·cm，2000℃時(shí)可以達(dá)到103Ω·cm，高溫?fù)舸╇妷?kV/mm，低介電損耗，108Hz時(shí)為2.5×10-4，介電常數(shù)為4。因此，可用H-BN作為導(dǎo)熱絕緣填料、植物纖維作為原料，利用濕法造紙技術(shù)抄造制得新型高導(dǎo)熱電氣絕緣紙。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)傳統(tǒng)絕緣紙導(dǎo)熱性能差的不足，本發(fā)明的目的是制備一種具有高導(dǎo)熱系數(shù)的高導(dǎo)熱電氣絕緣紙，既滿足電氣設(shè)備中絕緣紙的強(qiáng)度性能和絕緣性能要求，又能使其內(nèi)部熱量更快速進(jìn)行傳導(dǎo)，提高設(shè)備的散熱性能。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種高導(dǎo)熱電氣絕緣紙的制備方法，包括以下步驟：
1)對(duì)本色針葉木漿板進(jìn)行預(yù)處理，備用；
2)對(duì)導(dǎo)熱填料粒子進(jìn)行預(yù)處理；
3)將經(jīng)預(yù)處理后的漿料在疏解機(jī)中進(jìn)行第一次疏解；然后加入經(jīng)步驟2)處理的填料粒子，進(jìn)行第二次疏解；最后再加入助留劑，進(jìn)行第三次疏解，得懸浮液；
4)將步驟3)得到的懸浮液注入紙頁(yè)成型器中進(jìn)行脫水成型，經(jīng)壓榨、干燥處理后得高導(dǎo)熱電氣絕緣紙。
步驟1)中，預(yù)處理過(guò)程為：撕取本色針葉木漿板在去離子水中浸泡4h，然后撕成25mm×25mm的小漿片。然后將漿片倒入瓦力打漿機(jī)內(nèi)，向水槽中加入去離子水，使得漿濃達(dá)到2.5％，啟動(dòng)打漿機(jī)進(jìn)行疏解至無(wú)小漿塊為止。最后將重鉈掛上杠桿臂開(kāi)始打漿，在打漿度達(dá)到50～55°SR后停止。
步驟2)中，導(dǎo)熱填料是六方氮化硼(H-BN)，預(yù)處理過(guò)程為：將H-BN填料粒子分散在去離子水中，用疏解機(jī)疏解5000r～10000r；然后向填料分散液中加入兩性淀粉，加入量為填料質(zhì)量的5％，用疏解機(jī)疏解5000r～10000r。
步驟3)中，助留劑是陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)，第一次疏解的疏解參數(shù)為：疏解機(jī)疏解15000r～20000r；第二次疏解的疏解參數(shù)為：疏解機(jī)疏解10000r；第三次疏解的疏解參數(shù)為：疏解機(jī)疏解10000r。
步驟4)，具體過(guò)程為：將步驟3)所得的懸浮液注入紙頁(yè)成型器中，制備出定量為80g/m2的導(dǎo)熱絕緣紙濕片，然后經(jīng)油壓機(jī)壓榨處理1min～2min，除去濕紙片中多余的水分，最后將壓榨處理后的濕紙片在真空干燥器中進(jìn)行烘干。其中，油壓機(jī)的壓力為0.5MPa。紙張?jiān)诩垙埜稍锲髦械暮娓蓽囟葹?8℃，真空度為0.1MPa，干燥時(shí)間為10min。
有益效果：本發(fā)明提供的制備方法采用本色針葉木漿纖維和六方氮化硼粒子作為原材料，采用兩性淀粉和陽(yáng)離子聚丙烯酰胺作為助留劑，使填料粒子與紙漿纖維、紙漿纖維與紙漿纖維之間通過(guò)電荷作用產(chǎn)生絮聚，提高填料和細(xì)小組分的留著率。并且采用油壓處理，使紙張緊度在一定壓力條件下提高，導(dǎo)熱填料與填料、填料與纖維、纖維與纖維之間結(jié)合更緊密，增大接觸面積，使成紙抗張指數(shù)、耐折度大幅度提高并且使紙張的導(dǎo)熱系數(shù)也大幅度提高。氮化硼填充絕緣紙的優(yōu)點(diǎn)在于在絕緣紙?jiān)堉屑犹畹鹱鳛樘盍?，在保證其強(qiáng)度的前提下可以增強(qiáng)其電氣絕緣性能，并且能大幅度提升紙張的導(dǎo)熱系數(shù)，拓展其在導(dǎo)熱材料領(lǐng)域的應(yīng)用。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1
對(duì)本色針葉木漿板進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理過(guò)程為：撕取632.5g本色針葉木漿板在5L去離子水中浸泡4h，然后撕成25mm×25mm的小漿片。然后將漿片倒入瓦力打漿機(jī)內(nèi)，向水槽中加入17L去離子水，使得漿濃達(dá)到2.5％，啟動(dòng)打漿機(jī)進(jìn)行疏解至無(wú)小漿塊為止。最后將質(zhì)量為5kg的重鉈掛上杠桿臂開(kāi)始打漿至打漿度為53°SR，備用；對(duì)h-BN導(dǎo)熱填料粒子進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理過(guò)程為：將0.455g H-BN填料粒子分散在去離子水中，分散液中填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％，用攪拌機(jī)攪拌10000r；然后向填料分散液中加入兩性淀粉，加入量為填料質(zhì)量的5％，用疏解機(jī)疏解10000r；稱取經(jīng)預(yù)處理后的漿料絕干重量2.25g在疏解機(jī)中疏解10000r，疏解濃度控制在質(zhì)量百分比2％～2.5％；然后加入經(jīng)預(yù)處理的填料分散液，疏解5000r；最后再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺溶液1mL，疏解5000r，得懸浮液；懸浮液注入紙頁(yè)成型器中進(jìn)行脫水成型，制備出定量為80g/m2的濕紙片，然后經(jīng)油壓機(jī)在0.5MPa壓力下壓榨處理2min，除去濕紙片中多余的水分并且使其緊度提高，最后將壓榨處理后的濕紙片放入紙張干燥器中烘干，干燥溫度98℃，真空度0.1MPa，制得高導(dǎo)熱電氣絕緣紙，其填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.6％，導(dǎo)熱系數(shù)為0.374w/(m·k)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)為7.7kV/m。
實(shí)施例2
對(duì)本色針葉木漿板進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理過(guò)程為：撕取632.5g本色針葉木漿板在5L去離子水中浸泡4h，然后撕成25mm×25mm的小漿片。然后將漿片倒入瓦力打漿機(jī)內(nèi)，向水槽中加入17L去離子水，使得漿濃達(dá)到2.5％，啟動(dòng)打漿機(jī)進(jìn)行疏解至無(wú)小漿塊為止。最后將質(zhì)量為5kg的重鉈掛上杠桿臂開(kāi)始打漿至打漿度為53°SR，備用；對(duì)h-BN導(dǎo)熱填料粒子進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理過(guò)程為：將0.910g H-BN填料粒子分散在去離子水中，分散液中填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％，用攪拌機(jī)攪拌10000r；然后向填料分散液中加入兩性淀粉，加入量為填料質(zhì)量的5％，用疏解機(jī)疏解10000r；稱取經(jīng)預(yù)處理后的漿料絕干重量2.00g在疏解機(jī)中疏解10000r，疏解濃度控制在質(zhì)量百分比2％～2.5％；然后加入經(jīng)預(yù)處理的填料分散液，疏解5000r；最后再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺溶液1mL，疏解5000r，得懸浮液；懸浮液注入紙頁(yè)成型器中進(jìn)行脫水成型，制備出定量為80g/m2的濕紙片，然后經(jīng)油壓機(jī)在0.5MPa壓力下壓榨處理2min，除去濕紙片中多余的水分并且使其緊度提高，最后將壓榨處理后的濕紙片放入紙張干燥器中烘干，干燥溫度98℃，真空度0.1MPa，制得高導(dǎo)熱電氣絕緣紙，其填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.2％，導(dǎo)熱系數(shù)為0.483w/(m·k)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)為7.7kV/m。
實(shí)施例3
對(duì)本色針葉木漿板進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理過(guò)程為：撕取632.5g本色針葉木漿板在5L去離子水中浸泡4h，然后撕成25mm×25mm的小漿片。然后將漿片倒入瓦力打漿機(jī)內(nèi)，向水槽中加入17L去離子水，使得漿濃達(dá)到2.5％，啟動(dòng)打漿機(jī)進(jìn)行疏解至無(wú)小漿塊為止。最后將質(zhì)量為5kg的重鉈掛上杠桿臂開(kāi)始打漿至打漿度為53°SR，備用；對(duì)h-BN導(dǎo)熱填料粒子進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理過(guò)程為：將1.364g H-BN填料粒子分散在去離子水中，分散液中填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％，用攪拌機(jī)攪拌10000r；然后向填料分散液中加入兩性淀粉，加入量為填料質(zhì)量的5％，用疏解機(jī)疏解10000r；稱取經(jīng)預(yù)處理后的漿料絕干重量1.75g在疏解機(jī)中疏解10000r，疏解濃度控制在質(zhì)量百分比2％～2.5％；然后加入經(jīng)預(yù)處理的填料分散液，疏解5000r；最后再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺溶液1mL，疏解5000r，得懸浮液；懸浮液注入紙頁(yè)成型器中進(jìn)行脫水成型，制備出定量為80g/m2的濕紙片，然后經(jīng)油壓機(jī)在0.5MPa壓力下壓榨處理2min，除去濕紙片中多余的水分并且使其緊度提高，最后將壓榨處理后的濕紙片放入紙張干燥器中烘干，干燥溫度98℃，真空度0.1MPa，制得高導(dǎo)熱電氣絕緣紙，其填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.4％，導(dǎo)熱系數(shù)為0.654w/(m·k)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)為7.8kV/m。
將上述實(shí)例1、實(shí)例2和實(shí)驗(yàn)3制備方法制備出的導(dǎo)熱絕緣紙性能與傳統(tǒng)絕緣紙進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如下表1所示。
表1對(duì)比結(jié)果
其中，導(dǎo)熱系數(shù)提升為相對(duì)于傳統(tǒng)絕緣紙。
由上述實(shí)施例1～3可以看出，使用h-BN粒子作為填料加入絕緣紙中，復(fù)合絕緣紙的導(dǎo)熱系數(shù)隨著H-BN的含量增加而上升，在H-BN含量為9.6％、20.2％％、31.4％時(shí)，紙張的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.374、0.483、0.654w/(m·k)，相較于傳統(tǒng)絕緣紙分別提升54.5％、99.6％、170.2％；其擊穿場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)于傳統(tǒng)絕緣紙略有提升。