本發(fā)明屬于造紙工業(yè)和絕緣工業(yè)交叉領域，具體涉及一種高強度芳綸絕緣層壓板的制備方法。
背景技術：
芳綸絕緣層壓板是以間位芳綸纖維為主要原料，通過濕法抄造和層合板壓工藝制備而成的高性能絕緣材料。因其具備突出的機械強度、絕緣特性和耐高溫性能，并且對油和漆有良好的滲透性和相容性，可作為墊片、端圈、撐條、角環(huán)、螺栓、螺桿、壓環(huán)、絕緣筒等成型件和一些油浸設備的結構件而應用到電機、變壓器等電力設備中，市場前景十分廣闊。
間位芳綸纖維具有高強度、高模量以及優(yōu)異的絕緣性和熱學穩(wěn)定性，是制備耐高溫絕緣層壓板的首選材料。然而由于芳綸纖維的表面惰性強，纖維間難以結合，同時絕緣層壓板的厚度大定量高，采用常規(guī)層壓板的制備方法所生產的層壓板機械強度和絕緣特性極低，且易于分層，無法滿足實際應用的要求，其制備難度較高，目前的專利涉及較少，主要是采用與木材纖維配抄或樹脂浸漬增強的方法。
中國專利CN：201310418332.7提出將20～70％的芳綸漿粕纖維進行接枝改性，再與30～80％的木材纖維混合配抄，采用真空層壓機制得復合絕緣層壓板，有效提高了機械強度，并降低了介電常數(shù)，滿足了特高壓變壓器的使用要求。
中國專利CN：00810718.1采用60～97％的短切纖維和3～40％的間位芳綸漿粕纖維制備芳綸紙，并采用熱固性樹脂進行浸漬后壓板。該方法制備出的芳綸層壓層壓板主要應用于電路板中，機械強度和介電性能較好。
中國專利CN：200710050007.4提出將含芳雜環(huán)芳綸纖維與熱固性樹脂復合成膜，再將多層膜疊加熱壓成型，制得的層壓層壓板強度大，質量輕，阻燃性和絕緣性好，可用于低溫絕緣領域。
上述專利所介紹的絕緣層壓板制備方法對其機械強度和絕緣特性起到了一定的增強作用，但也存在著耐熱等級低及相容性差等問題。其中，木材纖維在高溫、水份、氧及油中酸性化合物的共同作用下易于降解，從而極大降低產品使用壽命；而樹脂的存在會引起絕緣層壓板的耐熱性下降，同時損害其對油和漆的滲透性和相容性，這嚴重限制了絕緣層壓板的應用。因此，采用純間位芳綸纖維制備絕緣層壓板成為技術發(fā)展趨勢。
野崎正興等介紹了將干燥的間位芳綸紙多層疊合后進行高溫高壓，使其局部產生熔融粘合，從而制備出純芳綸絕緣層壓板，耐熱性得到大幅改善。但這種方法需要很大的勞動力和時間，所制備的層壓板尺寸精度低，層間粘合不充分，表現(xiàn)為在彎曲加工時，內側產生脫層，外側發(fā)生龜裂。
美國專利US：5089088采用20～95％間位芳綸沉析纖維和5～80％間位芳綸短切纖維制備芳綸濕紙幅，將多層濕紙幅疊合后進行熱壓處理，溫度100～200℃，然后將層壓板加濕至含水量5～25％，再進行二次熱壓處理，溫度200～315℃，最后制得密度0.14～0.45g/cc的純芳綸絕緣層壓板。該方法所制備的層壓板耐熱性好，對油和漆的吸收性突出，有效解決了層間粘合不足的問題，但其密度小，機械強度較低。
隨著科學技術的發(fā)展，電機、變壓器等設備朝著小型化、大容量化、安全可靠化的方向發(fā)展，實際應用中密度為0.7～1.0g/cc高強度絕緣層壓板需求量較大，但相關報道較少。而市場上現(xiàn)有的產品存在性能不足、易于分層、尺寸精度不高等問題，難以滿足應用的要求。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種高強度芳綸絕緣層壓板的制備方法，以克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明制備的芳綸絕緣層壓板厚度0.8～10mm，密度0.7～1.0g/cc，尺寸精度高，具備優(yōu)異的機械強度和絕緣特性，耐溫等級高，且對油和漆具有良好滲透性和相容性。
為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
一種高強度芳綸絕緣層壓板的制備方法，所述芳綸絕緣層壓板厚度0.8～10mm，密度0.7～1.0g/cc，包括以下步驟：
(1)將間位芳綸短切纖維A、間位芳綸短切纖維B和間位芳綸沉析纖維在水中疏解后混合，所述的間位芳綸短切纖維A為高強高模纖維，長度4～10mm、纖度1.5～2.5D；間位芳綸短切纖維B為初生纖維，長度1～3mm、纖度0.5～1.0D；
(2)利用斜網成型器進行濕法抄造成形，上網濃度0.005～0.02％，成型器內采用超聲波處理，頻率為50～100kHz；
(3)將濕紙幅壓榨至含水率70～90％，通過疊層輥卷取濕紙幅，切斷后在輸送機上展開，形成濕紙坯，并送入板式熱壓機進行分段熱壓；
(4)降溫后卸板進入半成品室平衡處理，然后切邊整飾，最終得到芳綸絕緣層壓板產品。
進一步地，間位芳綸短切纖維A、間位芳綸短切纖維B和間位芳綸沉析纖維的用量分別為：
(a)間位芳綸短切纖維A，相對于絕干總質量30～70％；
(b)間位芳綸短切纖維B，相對于絕干總質量0～20％；
(c)間位芳綸沉析纖維，相對于絕干總質量30～70％。
進一步地，間位芳綸短切纖維A的模量為60～80CN/dtex，間位芳綸短切纖維B的模量為30～55CN/dtex。
進一步地，間位芳綸沉析纖維通過多級篩分，且間位芳綸沉析纖維的尺寸組合比例為≤30目：30～50目：50～100目：100～150目＝0～2：1～3：3～7：1～5。
進一步地，分段熱壓工藝包括以下步驟：
(a)第一段：溫度70～90℃，壓力5～10MPa，時間10～30min；
(b)第二段：溫度120～180℃，壓力15～25MPa，時間0.5～1h；
(c)第三段：溫度240～300℃，壓力25～40MPa，時間1～3h。
進一步地，第一段熱壓處理后，紙坯的含水量為10～30％。
進一步地，平衡處理后絕緣層壓板的含水量為2～5％。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益的技術效果：
本發(fā)明中，間位芳綸短切纖維B為未經過熱拉伸處理的初生纖維，其作為粘結材料，是實現(xiàn)絕緣層壓板機械強度提高的關鍵因素。由于芳綸材料本體隔熱效果較好，高溫熱量難以傳導至厚型絕緣層壓板的內部，導致層壓板內部纖維間結合力較弱。本發(fā)明通過添加間位芳綸短切纖維B，其形態(tài)較為細小，能夠均勻分布在紙坯的三維結構中，在較低溫度下即可發(fā)生一定程度的本體塑性變形，從而在纖維間形成良好的結合。同時，間位芳綸短切纖維B的最佳用量為0～20％，其用量隨著絕緣層壓板厚度的增加而增加。如果該纖維用量過大，會嚴重降低紙坯中纖維的平均長度，進而損害絕緣層壓板的機械強度。
本發(fā)明中，間位芳綸沉析纖維的多級篩分重組處理是決定絕緣層壓板尺寸精度的重要因素。由于絕緣層壓板是將一定定量的紙坯在設定的壓力和溫度作用下熱壓至一定厚度而成，即絕緣層壓板的厚度精度取決于紙坯定量得穩(wěn)定性，而影響紙坯定量穩(wěn)定的主要因素是濕法抄造過程中間位芳綸沉析纖維的尺寸波動性。本發(fā)明通過將間位芳綸沉析纖維進行多級篩分，選取不同目數(shù)的纖維重新組合，即可控制濕法抄造過程中間位芳綸沉析纖維的尺寸保持持續(xù)穩(wěn)定，制備出定量穩(wěn)定的濕紙坯，從而保證絕緣層壓板的尺寸精度。
本發(fā)明中，采用分段熱壓工藝制備芳綸絕緣層壓板，其中，第一段熱壓溫度和壓力較低，其作用是排除紙坯內的自由水，使?jié)窦埮鲗娱g產生機械結合；第二段熱壓提高了溫度和壓力，其作用是利用溫度和壓力的聯(lián)合作用蒸發(fā)紙坯內的水分，使得水分將熱量均勻傳遞至厚紙坯的內部，促進纖維間的結合；第三段熱壓采用高溫高壓處理，讓間位芳綸沉析纖維產生熔融，粘結并包裹間位芳綸短切纖維，進一步提升芳綸絕緣層壓板的整體性能。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的實施方式做進一步詳細描述：
一種高強度芳綸絕緣層壓板的制備方法，所述芳綸絕緣層壓板厚度0.8～10mm，密度0.7～1.0g/cc，包括以下步驟：
(1)以質量分數(shù)計，將30～70％間位芳綸短切纖維A、0～20％間位芳綸短切纖維B和30～70％間位芳綸沉析纖維在水中疏解后混合，所述的間位芳綸短切纖維A為高強高模纖維，長度4～10mm、纖度1.5～2.5D，模量為60～80CN/dtex；間位芳綸短切纖維B為初生纖維，長度1～3mm、纖度0.5～1.0D，模量為30～55CN/dtex；所述間位芳綸沉析纖維通過多級篩分，且間位芳綸沉析纖維的尺寸組合比例為≤30目：30～50目：50～100目：100～150目＝0～2：1～3：3～7：1～5；
(2)利用斜網成型器進行濕法抄造成形，上網濃度0.005～0.02％，成型器內采用超聲波處理，頻率為50～100kHz；
(3)將濕紙幅壓榨至含水率70～90％，通過疊層輥卷取一定定量的濕紙幅，切斷后在輸送機上展開，形成濕紙坯，并送入板式熱壓機進行分段熱壓，所述分段熱壓工藝包括以下步驟：
(a)第一段：溫度70～90℃，壓力5～10MPa，時間10～30min；
(b)第二段：溫度120～180℃，壓力15～25MPa，時間0.5～1h；
(c)第三段：溫度240～300℃，壓力25～40MPa，時間1～3h；
第一段熱壓處理后，紙坯的含水量為10～30％；
(4)降溫后卸板進入半成品室平衡處理，使層壓板含水量為2～5％，然后切邊整飾，最終得到芳綸絕緣層壓板產品。
下面結合實施例對本發(fā)明做進一步詳細描述：
實施例1
選取相對絕干總質量70％的間位芳綸短切纖維A和相對絕干總質量30％的間位芳綸沉析纖維在水中疏解，其中間位芳綸短切纖維A為高強高模纖維，長度4mm、纖度1.5D，模量為60CN/dtex，間位芳綸沉析纖維經過多級篩分后，按照≤30目：30～50目：50～100目：100～150目＝0：1：7：2的尺寸組合而成；將三種纖維漿料混合均勻，利用斜網成型器進行濕法抄造成形，上網濃度0.005％，成型器內采用超聲波處理，頻率為100kHz；將濕紙幅壓榨至含水率90％，通過疊層輥卷取濕紙幅，切斷后在輸送機上展開，形成濕紙坯，并通過送料小車送入板式熱壓機進行分段熱壓；第一段熱壓溫度90℃，壓力10MPa，時間10min，使得紙坯含水量為30％；第二段熱壓溫度180℃，壓力25MPa，時間0.5h；第三段熱壓溫度300℃，壓力40MPa，時間1h；降溫后卸板進入半成品室平衡處理，使層壓板含水量達到5％，切邊整飾，最終得到厚度0.8mm，密度0.70g/cc的高強度芳綸絕緣層壓板產品。
實施例2
選取相對絕干總質量30％的間位芳綸短切纖維A和相對絕干總質量70％的間位芳綸沉析纖維在水中疏解，其中間位芳綸短切纖維A為高強高模纖維，長度10mm、纖度2.5D，模量為80CN/dtex，間位芳綸沉析纖維經過多級篩分后，按照≤30目：30～50目：50～100目：100～150目＝1：1：3：5的尺寸組合而成；將三種纖維漿料混合均勻，利用斜網成型器進行濕法抄造成形，上網濃度0.02％，成型器內采用超聲波處理，頻率為50kHz；將濕紙幅壓榨至含水率70％，通過疊層輥卷取濕紙幅，切斷后在輸送機上展開，形成濕紙坯，并通過送料小車送入板式熱壓機進行分段熱壓；第一段熱壓溫度70℃，壓力5MPa，時間30min，使得紙坯含水量為10％；第二段熱壓溫度120℃，壓力15MPa，時間1h；第三段熱壓溫度240℃，壓力25MPa，時間3h；降溫后卸板進入半成品室平衡處理，使層壓板含水量達到2％，切邊整飾，最終得到厚度10mm，密度1.0g/cc的高強度芳綸絕緣層壓板產品。
實施例3
選取相對絕干總質量50％的間位芳綸短切纖維A、相對絕干總質量10％的間位芳綸短切纖維B和相對絕干總質量40％的間位芳綸沉析纖維在水中疏解，其中間位芳綸短切纖維A為高強高模纖維，長度6mm、纖度2D，模量為70CN/dtex，間位芳綸短切纖維B為初生纖維，長度3mm、纖度1.0D，模量為55CN/dtex，間位芳綸沉析纖維經過多級篩分后，按照≤30目：30～50目：50～100目：100～150目＝1：3：4：2的尺寸組合而成；將三種纖維漿料混合均勻，利用斜網成型器進行濕法抄造成形，上網濃度0.01％，成型器內采用超聲波處理，頻率為75kHz；將濕紙幅壓榨至含水率80％，通過疊層輥卷取濕紙幅，切斷后在輸送機上展開，形成濕紙坯，并通過送料小車送入板式熱壓機進行分段熱壓；第一段熱壓溫度80℃，壓力8MPa，時間20min，使得紙坯含水量為20％；第二段熱壓溫度150℃，壓力20MPa，時間0.5h；第三段熱壓溫度270℃，壓力30MPa，時間2h；降溫后卸板進入半成品室平衡處理，使層壓板含水量達到3％，切邊整飾，最終得到厚度3.0mm，密度0.83g/cc的高強度芳綸絕緣層壓板產品。
實施例4
選取相對絕干總質量50％的間位芳綸短切纖維A、相對絕干總質量20％的間位芳綸短切纖維B和相對絕干總質量30％的間位芳綸沉析纖維在水中疏解，其中間位芳綸短切纖維A為高強高模纖維，長度7mm、纖度2D，模量為60CN/dtex，間位芳綸短切纖維B為初生纖維，長度1mm、纖度0.5D，模量為30CN/dtex，間位芳綸沉析纖維經過多級篩分后，按照≤30目：30～50目：50～100目：100～150目＝2：3：4：1的尺寸組合而成；將三種纖維漿料混合均勻，利用斜網成型器進行濕法抄造成形，上網濃度0.01％，成型器內采用超聲波處理，頻率為75kHz；將濕紙幅壓榨至含水率80％，通過疊層輥卷取濕紙幅，切斷后在輸送機上展開，形成濕紙坯，并通過送料小車送入板式熱壓機進行分段熱壓；第一段熱壓溫度90℃，壓力10MPa，時間20min，使得紙坯含水量為15％；第二段熱壓溫度150℃，壓力20MPa，時間1.0h；第三段熱壓溫度280℃，壓力30MPa，時間2h；降溫后卸板進入半成品室平衡處理，使層壓板含水量達到3％，切邊整飾，最終得到厚度5.0mm，密度0.90g/cc的高強度芳綸絕緣層壓板產品。
本發(fā)明實施例3制成的高強度芳綸絕緣層壓板主要性能指標與同類產品相比較，如表1所示。
表1 實施例3與同類產品性能指標對比
從表1中數(shù)據(jù)可以看出，按照本發(fā)明一種高強度芳綸絕緣層壓板的制備方法，所制備的芳綸絕緣層壓板在機械強度和絕緣性能方面優(yōu)勢明顯，并保持了220℃的長期使用溫度，有利于為電氣絕緣和電子電工領域提供了高品質新型材料。