[发明专利]一种基于纳米改性聚酰亚胺薄膜的新型热改性绝缘纸制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电气设备绝缘材料技术领域，具体涉及一种变压器用绝缘纸，特别涉及一种基于纳米改性聚酰亚胺薄膜的新型热改性绝缘纸制备方法。

背景技术

按照原材料的不同，绝缘纸可分为植物纤维纸、矿物纤维纸、合成纤维纸三大类。其中，普通绝缘纸主要采用植物纤维为原材料，如快巴纸和牛皮纸，主要成分为纤维素、半纤维素和木质素等。

植物纤维绝缘纸被广泛用作电缆、线圈、电力变压器等各项电器设备的绝缘材料，其耐热等级为A级。但若长时间在超过其允许的最高工作温度下使用，会加速纤维素的分解，造成机械强度下降，绝缘击穿的概率增大，引发变压器故障，即绝缘纸的可靠性和使用寿命直接影响电器设备的安全和稳定。因此，对绝缘纸的某些性能，包括物理方面的机械性能，电气方面的绝缘性能和化学方面的热稳定性能等提出了较高的要求。

在机械性能上，如变压器工作时，绝缘纸可能受到大功率高压电机绕组高速运转，或启、停作业带来的负荷变化应力损伤，以及绕组涡流造成的机械振动，或短路、过压故障造成的瞬时电动力，故要求绝缘纸必须具备较高的机械强度。所谓机械强度主要表现在抗张强度、撕裂度和伸长率等方面。

在绝缘性能上，绝缘纸在电场中所需具备的四种特性是，绝缘电阻高，介质损耗小，介电常数较大，工频击穿电压值较高。

热稳定性能上，由于绝缘纸长期在变压器的高温环境中工作，热老化导致植物纤维或合成纤维大分子链断裂，聚合度下降，绝缘纸脆性增加，逐渐失去机械强度和绝缘性能。对植物纤维绝缘纸，其力学强度主要来自纤维素链间的糖苷键的强度和分子之间氢键的作用力，纤维素紧密相连。但在热和氧气的共同长期作用下，纤维素高聚物分子开始产生过氧化物，然后分解产生自由基，引发一系列氧化反应，使分子量下降并不断挥发出小分子产物。随着热老化过程的进行，木质素和半纤维素逐渐分解消失，纤维开始分离，最终纤维表面出现破坏，机械强度显著降低。纤维素耐热老化性差，这是植物纤维绝缘纸纸最大的缺点。

国际电工委员会按照绝缘材料的耐热程度将其分为七个等级：工作温度90℃，耐热等级为Y级；105℃为A级；120℃为E级；130℃为B级；155℃为F级；180℃为H级；200℃为C级。研究表明，变压器绝缘纸如果在正常工作温度以下使用，寿命长达二十年。如果超过规定的温度，绝缘纸就会加速老化，寿命大大缩短。如A级绝缘纸从105℃起环境温度每提高8℃，寿命就会缩短一半，而B级绝缘纸温度每提高10℃，H级绝缘纸温度每提高12℃，使用寿命缩短一半。可见，绝缘纸的使用寿命和绝缘性能受温度影响显著，热稳定性越好，绝缘纸使用寿命就越长，因此，作为绝缘材料，热稳定性能是植物纤维绝缘纸十分重要的性能指标。

虽然目前有七个等级的绝缘材料，以满足电缆、线圈、电力变压器等电气设备的不同应用要求，但绝缘材料的耐热等级越高，价格越昂贵。而普通绝缘纸由于热稳定性能的欠缺，也包括热老化导致的绝缘性能和机械性能的降低，限制了变压器向小型化、大容量方向发展。因此，在工程应用中提出了这样的需求：能否基于价格相对较为低廉的植物纤维绝缘纸进行改性后，由工作温度为105℃提高到120℃，或130℃甚至更高的温度等级。

近年来，随着电气绝缘技术的发展，对绝缘材料的要求越来越高，性能单一的材料已很难满足高性能电气产品的要求。因此，人工合成绝缘材料的优越性在电工技术领域逐开始步显现，其中，高分子聚合物复合绝缘材料在油浸式变压器中得到使用，提高了绝缘材料的耐高温好耐老化性能。以下引述的专利涉及利用改性或复合方法，提高绝缘纸或板的绝缘性能、安全使用寿命或耐油性能，但这不能必然地解释为，既有的这些技术对基于植物纤维绝缘纸进行改性来提高其热稳定性能是适宜的。

中国专利申CN 102982859 A，公开了一种PFCP绝缘复合材料，该材料为在绝缘纸上涂覆酚醛胶粘剂制成，其中，所述酚醛胶粘剂由以下质量百分比的组分组成：腰果酚改性酚醛树脂94~99%；芳纶纤维浆粕1~6%；其中PFCP绝缘复合材料胶含量为36~46%。

中国专利申请公开号CN 101062570 A，公开了一种低吸水率酚醛纸层压板及其制备方法和用途，采用立式和卧式联合浸渍纸张的工艺路线，使用改性酚醛树脂为绝缘浸渍树脂，树脂数均分子量在450~600之间，将多张浸渍有改性酚醛树脂的预浸纸热压合成出低吸水率的酚醛树脂纸层压板。