[发明专利]一种芳纶云母纳米复合材料及其工业制备方法

说明书

本发明提供一种芳纶纳米纤维云母复合材料，其包括芳纶纳米纤维和云母鳞片；所述芳纶纳米纤维具有三维网状结构，所述云母鳞片分布在所述三维网状结构中。该芳纶纳米纤维云母复合材料具有较高的电气性能和力学性能、优良的导热性、绝缘性和阻燃性，能够代替目前绝缘材料市场上的云母带、芳纶纸和芳纶云母纸，市场前景好。

技术领域

本发明涉及绝缘复合材料技术领域，更具体地，涉及一种芳纶云母纳米复合材料及其工业制备方法。

背景技术

近年来，随着电容器和电力传输设备的高速发展，在极端条件下具有优异绝缘性能和力学性能的材料备受关注。目前，最广泛使用的用于电机绝缘的材料是云母带，这是因为云母自身具有优良的电气性能、耐高温，例如，白云母介电强度为133-407kV/mm，最高能在700-900℃中使用，适合作为绝缘无机材料的主体，并且云母来源广，便于广泛使用。但是，用云母制成的绝缘纸机械强度太低，无法直接用于电气绝缘，需要额外利用胶黏剂粘结补强材料制成云母带才可以使用。胶黏剂通常为高分子材料，例如树脂，其电气强度一般，耐热性差，制约了云母带在电机高温工作下的电气性能。因此，制备一种集优异的绝缘性能、力学性能、耐热性能为一体的云母复合材料来代替常规云母带具有重要意义。

芳纶纤维能提高云母纸的力学性能，同时保证云母纸的电气性能，能增强云母纸的电气性能。但是，目前用于增强云母纸的都是微米级的芳纶纤维，纤维比表面积小，与云母界面结合不好，力学性能提高不大。因此，芳纶微米纤维基复合纸作为绝缘材料还不能完全替代云母带在绝缘方面的应用。为了增强芳纶纤维增强云母纸电气性能的效果，一些工作者在芳纶纤维和云母中引入改性手段，通过表面改性增强芳纶纤维和云母的界面结合。这些通过改性制备的复合材料力学性能和电气性能都有所提高，然而，改性剂的引入增加了生产工艺的复杂性和不稳定性，无法达到工业化生产的条件。

因此，如何基于芳纶纤维和绝缘无机材料设计出可代替云母带的绝缘复合材料仍然是一大挑战。中国发明专利申请CN110485195A公开了一种芳纶纳米纤维基绝缘纸及其制备方法，芳纶纳米纤维纸具有较高的电气性能和力学性能、优良的绝缘和阻燃性，能够代替目前绝缘市场上的云母带以及芳纶纸和芳纶云母纸，减薄绝缘用厚度。但该专利申请的制备方法中，云母分散在二甲亚砜溶剂中，再与芳纶纳米分散液混合，二甲亚砜是小分子化合物，并不能使云母鳞片很好地分散。另外，芳纶纳米分散液中加入云母二甲亚砜分散液，二甲亚砜只是芳纶溶剂的一个组分，这样加入不利于溶胶的稳定，得到的芳纶纳米纤维基绝缘纸的电气性能有待改善。此外，上述制备方法仅限于实验室范围的小试方法，并非可以工业化生产的制备方法。由于物料处理量的大小悬殊，实验室制备和化工生产之间的差异巨大，实验室制法常考虑的是快速和便捷，反应物通常是整批混合，而化工生产时需要考虑经济性及产量，物料流动性好等因素，因此，实验室研究成果很难直接应用于工业生产中。而且实验室的物料使用后直接废弃即可，但工业生产中必须要考虑环境友好性、成本、产率等等，因此，必须开发出物料可循环利用的、适合于工业生产的技术方案。

有鉴于此，特提出本发明申请。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种芳纶纳米纤维云母复合材料，该芳纶纳米纤维云母复合材料具有较高的电气性能和力学性能，能够代替目前绝缘材料市场上的云母带、芳纶纸和芳纶云母纸，市场前景好。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案的基本构思如下：

一种芳纶纳米纤维云母复合材料，其包括芳纶纳米纤维和云母鳞片；所述芳纶纳米纤维具有三维网状结构，所述云母鳞片分布在所述三维网状结构中。

作为一种方式，所述芳纶纳米纤维包括对位芳纶纤维和间位芳纶纤维中的一种或两种。

作为一种方式，所述云母鳞片包括白云母、金云母、氟金云母和合成云母中的一种或几种。

作为一种方式，所述云母鳞片在所述芳纶纳米纤维云母复合材料中的质量占比为30～70wt％，优选为40～60wt％。