一种高密度低介电常数绝缘纸板的制备方法

本发明属于高电压与绝缘，特别涉及一种高密度低介电常数绝缘纸板的制备方法。

背景技术：

1、作为特高压输电系统中的核心部件，换流变压器担负着电能传输、转换的重要任务，伴随着电压等级的不断提高，对于变压器内绝缘要求也越来越高。常见的油浸式变压器内部绝缘主要是由变压器油和高密度绝缘纸板组成的油纸复合绝缘，其能达到较为优异的绝缘效果，有效保障了换流变压器安全稳定的运行。传统的高密度纸板是由天然纤维素纤维制备而成，而间位芳纶作为一种新型人工合成绝缘材料，具有耐高温，力学性能好及电气绝缘性能优异等优点，能在油浸式电力变压器内长期稳定工作，展现出更广阔的发展空间。

2、芳纶纸板由芳纶短切纤维和芳纶沉析纤维经过混合后制备而成，但是由于间位芳纶疏解过程中容易絮聚抱团，纤维分散性差，且纤维之间难以结合导致成纸均匀性差，成纸性能不佳。同时目前常规制备方法制备出的绝缘纸板无法兼顾高密度和低介电常数，其应用于油纸复合绝缘时整体的绝缘性能较差。

3、现有技术中芳纶纸板的制备方法主要包括层压法和一次成型法。中国专利202210739793.3公开了一种高性能芳纶层压板的制备方法，通过对芳纶纤维进行差别化处理得到理想长度的纤维，再经过斜网抄造得到芳纶原纸，最后对多张芳纶原纸进行热压处理得到芳纶层压板，整个热压过程不涉及粘结剂。中国专利202210739794.8同样采用层压法制备高性能芳纶层压板，但是其疏解纤维过程中加入芳纶微纳米纤维作为粘结剂，再经过和芳纶纤维混合均匀后进行处理得到芳纶纤维浆料。由于芳纶纤维之间界面结合力差，因此通过层压法得到的芳纶层压板间的纤维结合强度较弱，层间粘合不充分，纸板尺寸精度低，机械能力受限，且在热压过程中可能出现鼓包、分层等现象。

4、中国专利201610769485.x取定量短切纤维和沉析纤维疏解后混合抄造，压榨烘干后表面涂布处理，然后送至热压机进行分段热压，得到高密度芳纶绝缘硬纸板。中国专利201510825388.3公开了一种芳纶纤维纸板的制备方法，对芳纶纤维进行疏解混合后抄造，真空抽滤得到的芳纶湿纸坯先进行常温压制，再放入热压机进行热压定型得到芳纶纤维纸板。以上两种制备方法均采用一次成型法，纤维之间结合强度较强，但是分段热压耗能高，生产成本高，制备高密度芳纶纸板难度极高，成纸的绝缘性能及耐热性能有待提高。

5、美国专利us：5089088公开了一种间位芳纶纸板的制备方法。采用间位短切纤维和沉析纤维疏解混合后得到芳纶湿纸页，将多张湿纸页叠合进行分段热压热压处理，在第一段热压后对芳纶纸板处理，使其含水量控制在5～25％，后进行二次热压，最终得到的芳纶纸板密度为0.14～0.45g/cm3。该方法制备的芳纶纸板层间结合力强，但密度低，机械强度低。

6、无论是层压法还是一次成型法，一次热压还是分段热压，目前所制备出的芳纶纸板内纤维结合力有待加强，纤维界面结合效果差，而传统制备方法使用聚酯或者其他树脂等粘结剂，不仅会增加芳纶纸板的制备成本，而且可能会影响芳纶纸板的热稳定性和绝缘性能。故亟需开发一种高密度低介电常数绝缘纸板的制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高密度低介电常数绝缘纸板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2、s1:根据筛选条件筛选薄膜状的间位芳纶沉析纤维；

3、s2:分别对筛选后的间位芳纶沉析纤维和间位芳纶短切纤维进行疏解，将疏解后的间位芳纶沉析纤维和间位芳纶短切纤维混合后加入分散剂并再次进行疏解，得到芳纶浆料；

4、s3:采用斜网成型器对所述s2中芳纶浆料进行抄造成型，并进行抽真空除水得到芳纶湿纸坯；

5、s4:将所述s3中芳纶湿纸坯放置于装设有模具的热压板进行一次热压成型处理，得到高密度低介电常数绝缘纸板。

6、所述s1中筛选条件包括：间位芳纶沉析纤维的重均长度大于等于1.0mm且小于等于1.5mm；比表面积大于等于50.0m2/g且小于等于90.0m2/g；细小纤维含量大于等于1.00％且小于等于5.00％；打浆度大于等于20％且小于等于50％。

7、所述s2中将疏解后的间位芳纶沉析纤维和间位芳纶短切纤维混合的比例为：

8、间位芳纶短切纤维的质量大于等于绝干浆总质量的30％且小于等于绝干浆总质量的50％；间位芳纶沉析纤维的质量大于等于绝干浆总质量的50％且小于等于绝干浆总质量的70％。

9、所述s2中的分散剂为聚丙烯酰胺和/或聚氧化乙烯和/或聚丙烯酸钠。

10、所述分散剂的掺杂量大于等于短切纤维质量的0.5％且小于等于短切纤维质量的2.1％。

11、所述s3中抄造成型时，浆料的上网浓度大于等于0.015％且小于等于0.05％。

12、所述s3中芳纶湿纸坯的含水量大于等于50％且小于等于90％。

13、所述s4中的一次热压成型处理的热压温度大于等于200℃且小于等于240℃，热压压力大于等于10mpa且小于等于16mpa，热压时间大于等于40min且小于等于60min。

14、所述s4中高密度低介电常数绝缘纸板的表面纹路单元格长度大于等于0.63mm且小于等于0.85mm，纹路宽度大于等于0.13mm且小于等于0.2mm。

15、所述s4中高密度低介电常数绝缘纸板的厚度大于等于0.9mm且小于等于1.1mm，高密度低介电常数绝缘纸板的密度大于等于1.0g/cm3且小于等于1.2g/cm3。

16、本发明的有益效果在于：

17、为解决采用现有技术制备出的芳纶纸板无法同时兼顾纤维界面结合效果和热稳定性与绝缘性能的问题，本发明公开一种高密度低介电常数绝缘纸板的制备方法。

18、与现有技术中主要针对间位芳纶沉析纤维和间位芳纶短切纤维混合比例进行优化不同，本发明通过大量实验发现，沉析纤维形态及尺寸的选择是芳纶纸板性能提升的重要因素。芳纶纸板的绝缘性能由芳纶纸板内纤维界面连接情况以及纤维的自身强度共同决定。薄膜状态的芳纶沉析纤维有利于纤维之间的结合，使得在高温下沉析纤维能更好的包裹短切纤维，并填充纸板空隙，芳纶纸板致密性得到提升，密度提高。同时致密性使得纸板的绝缘性能更好，界面结合力的提升减少纸板缺陷，使得击穿场强得到提升。

19、另一方面模具的选择也是高性能芳纶纸板制备的关键技术。选择一次性抄造能够避免芳纶纸板的分层等现象，在施加高温高压时模具能够很好的将湿纸坯中水分排出，防止纸板变形；同时模具能够将热压板的温度、压力及高温的水蒸气均匀分散到纸板各处，使得纸板不同部位纤维均匀受热、受力，纤维之间的粘结力会得到进一步的提升，纤维之间的孔隙大幅度下降，芳纶纸板的缺陷减少，纸板绝缘性能得到改善。

20、综上所述与现有技术相比，本发明公开一种高密度低介电常数绝缘纸板的制备方法具有如下优点：

21、(1)不使用任何粘结剂，制备得到的芳纶纸板界面结合力强，密度高，绝缘性能好。

22、(2)采用一次成型法，纤维结合能力强，不存在分层等现象。

23、(3)采用一次热压成型，能耗低，整个流程操作简单，成本低。