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(guó)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(zhǎng)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(guò)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(wèn)題。然而，目前沒(méi)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(wèn)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(wàn)。

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(lái)源于天然植物中的一種納米材料,具有來(lái)源廣泛、綠色環(huán)保、長(zhǎng)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(guò)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(lái)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(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(jiǎn)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(guò)將聚乙烯醇的分子量控制在30萬(wàn)，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(guò)多耗材。并且聚乙烯醇具有安全無(wú)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(lái)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