本發(fā)明涉及絕緣紙，具體涉及一種低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱的多孔結(jié)構(gòu)絕緣紙、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、電力變壓器作為電力系統(tǒng)能量傳輸與轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵設(shè)備，其穩(wěn)定運行直接關(guān)系著電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定性。電網(wǎng)電壓水平不斷提高，使得對電力設(shè)備電壓等級、容量以及可靠性等需求不斷提升，變壓器絕緣系統(tǒng)也面臨著新的挑戰(zhàn)。目前，變壓器主要采用的油紙絕緣是決定變壓器電壓水平及容量的關(guān)鍵。由于纖維素絕緣紙的介電常數(shù)通常在絕緣油的兩倍以上，油紙介電常數(shù)的不匹配導(dǎo)致油紙電場分布不均勻，容易導(dǎo)致絕緣油因所受電場強度過高而擊穿。在實際運行中，電、熱、力等多因素的共同作用也將加速絕緣的老化。

2、目前降低絕緣紙介電常數(shù)的方法集中在通過在纖維素基體中查找低介電常數(shù)纖維。但是這種方法阿尤與纖維素氫鍵網(wǎng)絡(luò)破壞或微孔導(dǎo)致結(jié)構(gòu)較為松散，絕緣紙面臨著機械性能顯著降低的問題。與此同時絕緣紙的導(dǎo)熱能力也難以得到提升。所以如何降低絕緣紙的介電常數(shù)的同時提升其導(dǎo)熱性能，并且保證其機械性能是亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題提供一種低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱的多孔結(jié)構(gòu)絕緣紙、制備方法及應(yīng)用。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱的多孔結(jié)構(gòu)絕緣紙的制備方法，包括以下步驟：

3、步驟1：采用硅烷偶聯(lián)劑處理氮化硼納米片bnns，得到硅烷功能化的氮化硼納米片fbnns分散液；

4、步驟2：將fbnns分散液加入芳綸納米纖維anf分散液中，靜電自組裝得到fbnns@anf；

5、步驟3：在納米纖維素cnf表面構(gòu)筑金屬有機框架，得到負(fù)載有金屬有機框架的cnf；

6、步驟4：將步驟2得到的fbnns@anf和步驟3得到的負(fù)載有金屬有機框架的cnf混合，油浴、超聲條件下充分反應(yīng)，真空抽濾、真空熱干燥、熱壓，即可得到所需低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱的多孔結(jié)構(gòu)絕緣紙。

7、進(jìn)一步的，所述步驟1中的硅烷偶聯(lián)劑選擇3-氨基丙基三乙氧基硅烷aptes和3-氨丙基三甲氧基硅烷aptms中的一種。

8、進(jìn)一步的，所述步驟1中的硅烷偶聯(lián)劑首先進(jìn)行水解處理，過程如下：將硅烷偶聯(lián)劑與醇溶液充分混合，在60℃條件下，充分?jǐn)嚢杼幚怼?/p>

9、進(jìn)一步的，所述步驟2中的fbnns和anf的質(zhì)量比為1：10。

10、進(jìn)一步的，所述步驟3中的金屬有機框架為銅金屬有機框架；負(fù)載有金屬有機框架的cnf制備過程如下：

11、將納米纖維素cnf、均苯三甲酸h3btc和銅離子鹽分別溶于溶劑中，得到三種物質(zhì)的溶液；

12、將h3btc溶液和銅離子鹽溶液充分混合，然后加入cnf溶液中，超聲、攪拌、離心后，洗滌即可得到負(fù)載有金屬有機框架的cnf。

13、進(jìn)一步的，所述銅離子鹽為cu(no3)2和cuso4中的一種或兩種；h3btc和銅離子的摩爾比為2:3；超聲時間為2～3h，攪拌時間為24h，離心轉(zhuǎn)速為16000rpm，離心時間為25min。

14、進(jìn)一步的，所述步驟4中fbnns@anf和負(fù)載有金屬有機框架的cnf的質(zhì)量比為2:1～4。

15、進(jìn)一步的，所述步驟4中真空熱干燥溫度為150℃，時間為12～36h；熱壓溫度為160℃，熱壓壓力為15mpa，熱壓時間為8min。

16、一種低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱的多孔結(jié)構(gòu)絕緣紙。

17、一種低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱的多孔結(jié)構(gòu)絕緣紙的應(yīng)用，所述絕緣紙用于電力變壓器的絕緣部件制備。

18、本發(fā)明的有益效果是：

19、(1)本發(fā)明得到的絕緣紙在納米纖維素表面原位生長有金屬有機框架，共價鍵交聯(lián)形成金屬有機框架結(jié)構(gòu)，利于電荷的轉(zhuǎn)移；同時絕緣紙為多孔結(jié)構(gòu)，工頻下極性分子的取向和界面極化導(dǎo)致的馳豫極化有效減少，能夠顯著降低絕緣紙的介電常數(shù)；

20、(2)本發(fā)明得到的絕緣紙中引入高導(dǎo)熱濟源氮化硼納米片，氮化硼納米片與納米纖維素的通過靜電組裝作用，均勻分散在納米纖維素交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，構(gòu)筑了有效的熱傳導(dǎo)通道，提升了絕緣紙的導(dǎo)熱性能；

21、(3)本發(fā)明得到的絕緣紙中通過高強度的芳綸納米纖維與納米纖維素之間的氫鍵作用，形成了緊密的高長徑比二維納米纖維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，克服了傳統(tǒng)改性方法容易導(dǎo)致絕緣紙機械性能破壞的問題，使得絕緣紙在保證介電常數(shù)和導(dǎo)熱性能的同時能夠具有較高的機械強度；

22、(4)本發(fā)明得到的絕緣紙在形成的纖維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，通過靜電自組裝和共價鍵作用，引入二維氮化硼納米片與三維金屬有機框架，多維度體系相互作用，形成均勻且密集相連的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，協(xié)同提升了絕緣紙的綜合性能。

技術(shù)特征：

1.一種低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱的多孔結(jié)構(gòu)絕緣紙的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱的多孔結(jié)構(gòu)絕緣紙的制備方法，其特征在于，所述步驟1中的硅烷偶聯(lián)劑選擇3-氨基丙基三乙氧基硅烷aptes和3-氨丙基三甲氧基硅烷aptms中的一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱的多孔結(jié)構(gòu)絕緣紙的制備方法，其特征在于，所述步驟1中的硅烷偶聯(lián)劑首先進(jìn)行水解處理，過程如下：將硅烷偶聯(lián)劑與醇溶液充分混合，在60℃條件下，充分?jǐn)嚢杼幚怼?/p>

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱的多孔結(jié)構(gòu)絕緣紙的制備方法，其特征在于，所述步驟2中的fbnns和anf的質(zhì)量比為1：10。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱的多孔結(jié)構(gòu)絕緣紙的制備方法，其特征在于，所述步驟3中的金屬有機框架為銅金屬有機框架；負(fù)載有金屬有機框架的cnf制備過程如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱的多孔結(jié)構(gòu)絕緣紙的制備方法，其特征在于，所述銅離子鹽為cu(no3)2和cuso4中的一種或兩種；h3btc和銅離子的摩爾比為2:3；超聲時間為2～3h，攪拌時間為24h，離心轉(zhuǎn)速為16000rpm，離心時間為25min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱的多孔結(jié)構(gòu)絕緣紙的制備方法，其特征在于，所述步驟4中fbnns@anf和負(fù)載有金屬有機框架的cnf的質(zhì)量比為2:1～4。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱的多孔結(jié)構(gòu)絕緣紙的制備方法，其特征在于，所述步驟4中真空熱干燥溫度為150℃，時間為12～36h；熱壓溫度為160℃，熱壓壓力為15mpa，熱壓時間為8min。

9.如權(quán)利要求1～8任一種制備方法得到的低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱的多孔結(jié)構(gòu)絕緣紙。

10.如權(quán)利要求9所述的一種低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱的多孔結(jié)構(gòu)絕緣紙的應(yīng)用，其特征在于，所述絕緣紙用于電力變壓器的絕緣部件制備。。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱的多孔結(jié)構(gòu)絕緣紙、制備方法及應(yīng)用，包括以下步驟：步驟1：采用硅烷偶聯(lián)劑處理氮化硼納米片BNNS，得到硅烷功能化的氮化硼納米片fBNNS分散液；步驟2：將fBNNS分散液加入芳綸納米纖維ANF分散液中，靜電自組裝得到fBNNS@ANF；步驟3：在納米纖維素CNF表面構(gòu)筑金屬有機框架，得到負(fù)載有金屬有機框架的CNF；步驟4：將步驟2得到的fBNNS@ANF和步驟3得到的負(fù)載有金屬有機框架的CNF混合，油浴、超聲條件下充分反應(yīng)，真空抽濾、真空熱干燥、熱壓，即可得到所需低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱的多孔結(jié)構(gòu)絕緣紙；本發(fā)明得到的絕緣紙在保證介電常數(shù)和導(dǎo)熱性能的同時能夠具有較高的機械強度。

技術(shù)研發(fā)人員：任俊文,夏紫璇,楊帥,張躍,王梓,張稼珵,曾瑞池,陳鈺,童盈盈,賈申利
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6