本發(fā)明涉及絕緣材料，尤其涉及一種介電常數(shù)可調(diào)的復(fù)合絕緣紙及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、電力變壓器作為電力系統(tǒng)中重要的一次設(shè)備，是電網(wǎng)不可或缺的核心設(shè)備。隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展以及居民日常生活水平不斷提高，人們對(duì)用電量的需求增加，變壓器既能夠升高電壓輸送至用電地區(qū)又能夠降低電壓達(dá)常用電壓，故而隨著電壓等級(jí)的不斷提高以及用電量的不斷增加，變壓器也朝著高電壓、大容量、緊湊型的方向發(fā)展。同時(shí)，電力變壓器作為電網(wǎng)中能量轉(zhuǎn)換傳輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，其絕緣能力的安全性和可靠性對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有決定性作用。作為電力變壓器的重要絕緣材料，絕緣紙?jiān)谧儔浩鏖L期運(yùn)行時(shí)會(huì)受到電、熱、機(jī)械應(yīng)力的影響，從而導(dǎo)致絕緣性能下降，且由于變壓器絕緣紙的不可更換性和老化不可逆性，使得變壓器壽命嚴(yán)重下降。

2、油紙絕緣作為變壓器內(nèi)部的主絕緣材料，既要承受交流電場(chǎng)，又要承受直流、交直流復(fù)合以及極性反轉(zhuǎn)電場(chǎng)作用，因此，油紙界面在電場(chǎng)作用下容易積聚電荷導(dǎo)致電場(chǎng)發(fā)生畸變，從而致使變壓器內(nèi)部電場(chǎng)過于集中而使變壓器損毀。而不同介電常數(shù)的絕緣紙所組成的絕緣系統(tǒng)可以優(yōu)化設(shè)備內(nèi)部電場(chǎng)，使得電場(chǎng)分布更加平滑均勻，防治電場(chǎng)集中問題。然而，目前沒有能夠使復(fù)合絕緣紙的介電常數(shù)可調(diào)節(jié)的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種介電常數(shù)可調(diào)的復(fù)合絕緣紙及其制備方法，以實(shí)現(xiàn)高性能變壓器的安全可靠運(yùn)行。該復(fù)合絕緣紙的介電常數(shù)可根據(jù)氰乙基纖維素的取代度和氟化碳納米管的氟碳比進(jìn)行調(diào)控。同時(shí)絕緣紙可以解決傳統(tǒng)纖維素絕緣紙易吸濕、熱穩(wěn)定性差、易老化等問題，擁有優(yōu)異的絕緣性能和熱穩(wěn)定性，在變壓器、高性能電機(jī)、電力電容器等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

2、一種介電常數(shù)可調(diào)的復(fù)合絕緣紙的制備方法，包括：

3、根據(jù)不同取代度的氰乙基纖維素和不同氟碳比的氟化碳納米管來制備不同介電常數(shù)的復(fù)合絕緣紙。

4、進(jìn)一步地，如上所述的介電常數(shù)可調(diào)的復(fù)合絕緣紙的制備方法，包括以下步驟：

5、步驟一：利用不同取代度的氰乙基纖維素、不同氟碳比的氟化碳納米管、聚乙烯醇，對(duì)應(yīng)制備得到不同的紡絲液；將所述不同的紡絲液分別通過靜電紡絲的方式，制備得到相應(yīng)的氟化碳納米管/氰乙基纖維素同軸纖維fc@cec；

6、步驟二：將纖維素納米纖維分散液分別與不同的氟化碳納米管/氰乙基纖維素同軸纖維fc@cec混合，通過高速剪切，對(duì)應(yīng)制備得到不同的復(fù)合漿料；

7、步驟三：將所述不同的復(fù)合漿料通過靜電噴涂的方式，分別噴涂在基板上，對(duì)應(yīng)制成不同的凝膠；

8、步驟四：將所述不同的凝膠分別進(jìn)行真空干燥，對(duì)應(yīng)得到介電常數(shù)不同的復(fù)合絕緣紙糙紙；

9、步驟五：將所述介電常數(shù)不同的復(fù)合絕緣紙糙紙分別進(jìn)行熱壓，最終得到介電常數(shù)不同的復(fù)合絕緣紙。

10、進(jìn)一步地，如上所述的方法，所述氰乙基纖維素的取代度為0.5～3。

11、進(jìn)一步地，如上所述的方法，所述氟化碳納米管的氟碳比為0.8～1.2，直徑為20～85nm。

12、進(jìn)一步地，如上所述的方法，所述氰乙基纖維素與氟化碳納米管的質(zhì)量比為0.2～5：1。

13、進(jìn)一步地，如上所述的方法，所述紡絲液的制備包括：

14、分別將不同取代度的氰乙基纖維素、不同氟碳比的氟化碳納米管與聚乙烯醇進(jìn)行超聲、剪切和攪拌處理，制備得到所述紡絲液；所述聚乙烯醇的分子量為30萬。

15、進(jìn)一步地，如上所述的方法，所述纖維素納米纖維分散液的制備包括：

16、將纖維素納米纖維用水稀釋至質(zhì)量濃度為0.05％～0.5％的纖維素納米纖維素分散液；所述纖維素納米纖維的直徑為20～30nm。

17、進(jìn)一步地，如上所述的方法，所述纖維素納米纖維分散液與fc@cec的質(zhì)量比為1～5:1。

18、進(jìn)一步地，如上所述的方法，所述剪切的條件為：剪切速率為10000～15000rpm，剪切時(shí)間為15～25min。

19、進(jìn)一步地，如上所述的方法，步驟五中熱壓條件為：壓強(qiáng)為20～30mpa，熱壓溫度為100～150℃，熱壓時(shí)間為10～30min。

20、根據(jù)如上所述方法制備得到介電常數(shù)可調(diào)的復(fù)合絕緣紙。

21、如上所述的介電常數(shù)可調(diào)的復(fù)合絕緣紙?jiān)谥苽渥儔浩鞣矫嬷械膽?yīng)用。

22、本發(fā)明提供的纖維素納米纖維來源于天然植物中的一種納米材料,具有來源廣泛、綠色環(huán)保、長徑比高、力學(xué)性能優(yōu)異、物化性能豐富可調(diào)等特點(diǎn)。

23、本發(fā)明提供的介電常數(shù)可調(diào)的復(fù)合絕緣紙，以纖維素納米纖維為網(wǎng)絡(luò)骨架，以不同取代度的氰乙基纖維素、不同氟碳比的氟化碳納米管作為調(diào)控復(fù)合絕緣紙介電常數(shù)的功能基元，通過改變氰乙基纖維素中分子鏈氰乙基的取代度和/或氟化碳納米管的氟碳比來調(diào)控復(fù)合絕緣紙的介電常數(shù)，從而使得制備得到的復(fù)合絕緣紙具有不同的介電常數(shù)，從而利用不同介電常數(shù)的絕緣紙構(gòu)成的絕緣系統(tǒng)可以優(yōu)化設(shè)備內(nèi)部電場(chǎng)，使得電場(chǎng)分布更加平滑均勻，防治電場(chǎng)集中問題。而且還可以使得制備得到的復(fù)合絕緣紙適用于不同電壓等級(jí)的變壓器，防止變壓器出現(xiàn)事故損毀。并且該絕緣紙與傳統(tǒng)的纖維素絕緣紙相比，熱穩(wěn)定性和抗?jié)裥缘玫斤@著提高，絕緣性能優(yōu)異。

24、本發(fā)明提供的制備方法，通過采用靜電紡絲的方法，改善了分子鏈本身的取向，使得導(dǎo)熱系數(shù)大幅度提高且降低了材料的導(dǎo)電性，從而使得復(fù)合絕緣紙擁有良好的柔韌性、隔熱和絕緣性能。

25、本發(fā)明提供的制備方法，通過采用靜電噴涂的方法，改善了復(fù)合絕緣紙的微觀結(jié)構(gòu)的有序性和可靠性，通過構(gòu)建氟化碳納米管/氰乙基纖維素/纖維素納米纖維致密有序的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高了復(fù)合絕緣紙的熱穩(wěn)定性和絕緣性能。

26、本發(fā)明提供的制備方法簡單、容易操作、成本低廉、品質(zhì)優(yōu)良，且滿足綠色低碳可降解的社會(huì)要求，適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

27、由于聚乙烯醇具有成膜性好、皮膜強(qiáng)度的特點(diǎn)，本發(fā)明通過將聚乙烯醇的分子量控制在30萬，能夠使氰乙基纖維素與纖維素納米纖維更好地結(jié)合在一起，且不會(huì)過多耗材。并且聚乙烯醇具有安全無毒的優(yōu)點(diǎn)，因此，能夠使制備的絕緣紙安全性更高。

技術(shù)特征：

1.一種介電常數(shù)可調(diào)的復(fù)合絕緣紙的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電常數(shù)可調(diào)的復(fù)合絕緣紙的制備方法，其特征在于，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述氰乙基纖維素的取代度為0.5～3。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述氟化碳納米管的氟碳比為0.8～1.2，直徑為20～85nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述氰乙基纖維素與氟化碳納米管的質(zhì)量比為0.2～5：1。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述紡絲液的制備包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述纖維素納米纖維分散液的制備包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述剪切的條件為：剪切速率為10000～15000rpm，剪切時(shí)間為15～25min；步驟五中熱壓條件為：壓強(qiáng)為20～30mpa，熱壓溫度為100～150℃，熱壓時(shí)間為10～30min。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述方法制備得到介電常數(shù)可調(diào)的復(fù)合絕緣紙。

10.權(quán)利要求9所述的介電常數(shù)可調(diào)的復(fù)合絕緣紙?jiān)谥苽渥儔浩鞣矫嬷械膽?yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及絕緣材料技術(shù)領(lǐng)域。提供一種介電常數(shù)可調(diào)的復(fù)合絕緣紙及其制備方法。該方法包括：根據(jù)不同取代度的氰乙基纖維素和不同氟碳比的氟化碳納米管來制備不同介電常數(shù)的復(fù)合絕緣紙。該復(fù)合絕緣紙的介電常數(shù)能夠根據(jù)氰乙基纖維素的取代度和/或氟化碳納米管的氟碳比進(jìn)行調(diào)控，且具有優(yōu)異的絕緣性能和熱穩(wěn)定性。在變壓器、高性能電機(jī)、電力電容器等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：任俊文,陳玉敏,廖文龍,劉睿,王賀軒,宋靜怡,李雨哲,卞超,張稼珵
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：2024/12/19