一种ANF/壳聚糖绝缘复合薄膜材料及其制备方法

一种anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料及其制备方法
技术领域
1.本发明属于薄膜材料技术领域，特别涉及一种anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料及其制备方法。


背景技术：

2.随着经济的迅速发展和科技的日益进步，高铁、地铁、轻轨等高速列车的发展及智能电网的改造，牵引电机、大功率牵引变压器和新型输电设备等对绝缘材料的耐击穿性能提出了更高的要求；由于芳纶纳米纤维anf具有优异的机械性能和高绝缘性能，其常被作为基体材料应用于绝缘领域。
3.目前，为了增强芳纶纳米纤维anf的机械性能，大多采用加入碳纳米管cnt或mxene等无机材料对芳纶纳米纤维anf进行增强，而碳纳米管cnt或mxene通常作为导电材料，往往降低了anf基复合材料的绝缘性；常用的蒙脱土纳米片和羟基磷灰石纳米线等机械性能增强材料，虽然能够提高anf基复合材料的绝缘性，但上述纳米材料的成本较高，大大限制了anf基复合材料的应用。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料及其制备方法，以解决现有的anf基复合材料的绝缘性较低，制备成本较高的技术问题。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.本发明提供了一种anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
7.步骤1、将壳聚糖加入到水中，磁力搅拌，得到壳聚糖水溶液；
8.步骤2、将去离子水与anf/dmso溶液混合，进行置换，得到anfs水分散液；
9.步骤3、将所述壳聚糖水溶液与anfs水分散液混合，超声分散，得到anf/壳聚糖混合液；
10.步骤4、取所述anf/壳聚糖混合溶液，利用真空辅助抽滤方法进行层层组装，热压处理后，得到所述的anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料。
11.进一步的，步骤1中，磁力搅拌时间为0.5-1h。
12.进一步的，步骤2中，所述去离子水与anf/dmso溶液按质量比为(2-3)：1的比例混合，置换次数为3-5次。
13.进一步的，步骤2中，所述anf/dmso溶液采用清洗后的芳纶纳米纤维anf、氢氧化钾koh和二甲基亚砜dmso混合，密封置于室温下连续搅拌制得。
14.进一步的，步骤3中，所述壳聚糖水溶液与anfs水分散液按照质量比为(1-5)：(100-150)的比例混合，超声分散时间为0.5-2h；所述壳聚糖水溶液的质量百分数为0.5％-1％，所述anfs水分散液的质量百分数为0.3％-0.9％。
15.进一步的，步骤4中，利用真空辅助抽滤方法进行层层组装的过程中，真空度为-0.1mpa～-0.05mpa。
16.进一步的，步骤4中，热压处理的过程中，热压处理温度为150-250℃，热压处理时间为0.1-1h。
17.本发明还提供了一种anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料，所述anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料根据所述的anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的制备方法制得。
18.进一步的，所述anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的断裂强度为150-300mpa，体积电阻率为9.5
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cm，击穿强度为80-150kv/mm。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
20.本发明提供了一种anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料及其制备方法，将芳纶纳米纤维anf作为基体材料，壳聚糖作为增强材料；由于芳纶纳米纤维具有高强度和高绝缘的性能，壳聚糖作为天然高分子聚合物，具有价格低廉，产量丰富和环保无污染的优点；壳聚糖表面的羟基基团能够与芳纶纳米纤维anf中的氨基形成氢键，有利于提高复合薄膜材料的稳定性；利用真空辅助抽滤方法制备的anf/复合薄膜材料具有层层组装的结构，其层与层之间具有大量空隙，有效降低了复合薄膜材料的绝缘性能；anf/壳聚糖体系，在热压条件下处于高弹态的壳聚糖可有效填充层间空隙，并通过氢键作用于芳纶纳米纤维anf结合形成稳定的结构；所述的anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料，具有高强度及高绝缘性能；其断裂强度为150-300mpa，体积电阻率为9.5
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cm，击穿强度为80-150kv/mm；本发明采用价格低廉的壳聚糖作为增强剂，有效提高anf基复合薄膜材料的机械性能和绝缘性能，制备出性能优异的绝缘复合薄膜，有利于轻质高绝缘、柔性电子设备的发展。
附图说明
21.图1为实施例1中制备的anf/壳聚糖复合薄膜材料的截面sem图。
具体实施方式
22.为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.本发明提供了一种anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
24.步骤1、将壳聚糖加入到去离子水中，磁力搅拌0.5-1h，得到壳聚糖水溶液。
25.步骤2、将去离子水与anf/dmso溶液，按质量比为(2-3)：1的比例混合，置换3-5次，得到anfs水分散液；其中，所述anf/dmso溶液采用清洗后的芳纶纳米纤维anf、氢氧化钾koh和二甲基亚砜dmso混合，密封置于室温下连续搅拌制得。
26.步骤3、将所述壳聚糖水溶液与anfs水分散液混合，超声分散0.5-2h，得到anf/壳聚糖混合液；其中，所述壳聚糖水溶液与anfs水分散液的质量比为(1-5)：(100-150)；所述壳聚糖水溶液的质量百分数为0.5％-1％，所述anfs水分散液的质量百分数为0.3％-0.9％。
27.步骤4、取50-60g的所述anf/壳聚糖混合溶液，利用真空辅助抽滤方法进行层层组装，热压处理后，得到所述的anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料；其中，热压处理温度为150-250℃，热压处理时间为0.1-1h；在真空度为-0.1mpa～-0.05mpa的条件下，利用真空辅助抽滤方法，进行层层组装。
28.本发明所述的anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的制备方法，将芳纶纳米纤维anf作为基体材料，价格低廉的壳聚糖作为增强剂；壳聚糖表面的羟基基团能够与芳纶纳米纤维anf中的氨基形成氢键，有利于提高复合薄膜材料的稳定性；利用真空辅助抽滤方法制备的anf/复合薄膜材料具有层层组装的结构，其层与层之间具有大量空隙，有效降低了复合薄膜材料的绝缘性能；anf/壳聚糖体系，在热压条件下处于高弹态的壳聚糖可有效填充层间空隙，并通过氢键作用于芳纶纳米纤维anf结合形成稳定的结构。
29.本发明中，所述的anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料，具有高强度及高绝缘性能，其断裂强度为150-300mpa，体积电阻率为9.5
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cm，击穿强度为80-150kv/mm；能够用于制作轻质高绝缘、柔性电子设备中的应用。
30.实施例1
31.本实施例1中提供了一种anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
32.步骤1、将壳聚糖加入到去离子水中，磁力搅拌0.7h，得到壳聚糖水溶液。
33.步骤2、将去离子水与anf/dmso溶液，按质量比为3：1的比例混合，置换5次，得到anfs水分散液；其中，所述anf/dmso溶液采用清洗后的芳纶纳米纤维anf、氢氧化钾koh和二甲基亚砜dmso混合，密封置于室温下连续搅拌制得。
34.步骤3、将2g的所述壳聚糖水溶液与110g的anfs水分散液混合，超声分散0.8h，得到anf/壳聚糖混合液；其中，所述壳聚糖水溶液的质量百分数为0.7％，所述anfs水分散液的质量百分数为0.7％。
35.步骤4、取54g的所述anf/壳聚糖混合溶液，利用真空辅助抽滤方法进行层层组装，热压处理后，得到所述的anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料；其中，热压处理温度为200℃，热压处理时间为0.6h；在真空度为-0.03mpa的条件下，利用真空辅助抽滤方法，进行层层组装。
36.试验结果：
37.对本实施例1中制备的所述anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的性能进行试验检测，所述anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的断裂强度为300mpa，体积电阻率为1.17
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cm，击穿强度为100kv/mm。
38.实施例2
39.本实施例2中提供了一种anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
40.步骤1、将壳聚糖加入到去离子水中，磁力搅拌0.5h，得到壳聚糖水溶液。
41.步骤2、将去离子水与anf/dmso溶液，按质量比为2：1的比例混合，置换3次，得到anfs水分散液；其中，所述anf/dmso溶液采用清洗后的芳纶纳米纤维anf、氢氧化钾koh和二甲基亚砜dmso混合，密封置于室温下连续搅拌制得。
42.步骤3、将1g的所述壳聚糖水溶液与100g的anfs水分散液混合，超声分散0.5h，得到anf/壳聚糖混合液；其中，所述壳聚糖水溶液的质量百分数为0.5％，所述anfs水分散液的质量百分数为0.3％。
43.步骤4、取50g的所述anf/壳聚糖混合溶液，利用真空辅助抽滤方法进行层层组装，热压处理后，得到所述的anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料；其中，热压处理温度为150℃，热压处理时间为0.1h；在真空度为-0.1mpa的条件下，利用真空辅助抽滤方法，进行层层组装。
44.试验结果：
45.对本实施例2中制备的所述anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的性能进行试验检测，所述anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的断裂强度为150mpa，体积电阻率为1.05
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cm，击穿强度为95kv/mm。
46.实施例3
47.本实施例3中提供了一种anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
48.步骤1、将壳聚糖加入到去离子水中，磁力搅拌0.6h，得到壳聚糖水溶液。
49.步骤2、将去离子水与anf/dmso溶液，按质量比为2：1的比例混合，置换4次，得到anfs水分散液；其中，所述anf/dmso溶液采用清洗后的芳纶纳米纤维anf、氢氧化钾koh和二甲基亚砜dmso混合，密封置于室温下连续搅拌制得。
50.步骤3、将1.5g的所述壳聚糖水溶液与110g的anfs水分散液混合，超声分散0.6h，得到anf/壳聚糖混合液；其中，所述壳聚糖水溶液的质量百分数为0.6％，所述anfs水分散液的质量百分数为0.6％。
51.步骤4、取52g的所述anf/壳聚糖混合溶液，利用真空辅助抽滤方法进行层层组装，热压处理后，得到所述的anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料；其中，热压处理温度为230℃，热压处理时间为0.4h；在真空度为-0.05mpa的条件下，利用真空辅助抽滤方法，进行层层组装。
52.试验结果：
53.对本实施例3中制备的所述anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的性能进行试验检测，所述anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的断裂强度为274mpa，体积电阻率为1.5
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cm，击穿强度为120kv/mm。
54.实施例4
55.本实施例4中提供了一种anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
56.步骤1、将壳聚糖加入到去离子水中，磁力搅拌0.8h，得到壳聚糖水溶液。
57.步骤2、将去离子水与anf/dmso溶液，按质量比为3：1的比例混合，置换5次，得到anfs水分散液；其中，所述anf/dmso溶液采用清洗后的芳纶纳米纤维anf、氢氧化钾koh和二甲基亚砜dmso混合，密封置于室温下连续搅拌制得。
58.步骤3、将3.5g的所述壳聚糖水溶液与120g的anfs水分散液混合，超声分散1h，得到anf/壳聚糖混合液；其中，所述壳聚糖水溶液的质量百分数为0.8％，所述anfs水分散液的质量百分数为0.8％。
59.步骤4、取56g的所述anf/壳聚糖混合溶液，利用真空辅助抽滤方法进行层层组装，热压处理后，得到所述的anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料；其中，热压处理温度为220℃，热压处理时间为0.8h；在真空度为-0.04mpa的条件下，利用真空辅助抽滤方法，进行层层组装。
60.试验结果：
61.对本实施例4中制备的所述anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的性能进行试验检测，所述anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的断裂强度为220mpa，体积电阻率为9.5
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cm，击穿强度为80kv/mm。
62.实施例5
63.本实施例5中提供了一种anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
64.步骤1、将壳聚糖加入到去离子水中，磁力搅拌1h，得到壳聚糖水溶液。
65.步骤2、将去离子水与anf/dmso溶液，按质量比为3：1的比例混合，置换5次，得到anfs水分散液；其中，所述anf/dmso溶液采用清洗后的芳纶纳米纤维anf、氢氧化钾koh和二甲基亚砜dmso混合，密封置于室温下连续搅拌制得。
66.步骤3、将5g的所述壳聚糖水溶液与150g的anfs水分散液混合，超声分散2h，得到anf/壳聚糖混合液；其中，所述壳聚糖水溶液的质量百分数为1％，所述anfs水分散液的质量百分数为0.9％。
67.步骤4、取60g的所述anf/壳聚糖混合溶液，利用真空辅助抽滤方法进行层层组装，热压处理后，得到所述的anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料；其中，热压处理温度为250℃，热压处理时间为1h；在真空度为-0.02mpa的条件下，利用真空辅助抽滤方法，进行层层组装。
68.试验结果：
69.对本实施例5中制备的所述anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的性能进行试验检测，所述anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的断裂强度为235mpa，体积电阻率为9.8
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cm，击穿强度为90kv/mm。
70.如附图1所示，附图1中给出了实施例1中制备的anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料的截面sem图，从附图1中可以看出通过在芳纶纳米纤维anf中加入壳聚糖，使所述复合薄膜材料的层间结构更加致密，材料均匀，所述复合薄膜的绝缘性及机械性能得到有效提高。
71.本发明所述的anf/壳聚糖绝缘复合薄膜材料及其制备方法，将芳纶纳米纤维anf作为基体材料，壳聚糖作为增强材料；由于芳纶纳米纤维具有高强度和高绝缘的性能，壳聚糖作为天然高分子聚合物，具有价格低廉，产量丰富和环保无污染的优点；壳聚糖表面的羟基基团能够与芳纶纳米纤维anf中的氨基形成氢键，有利于提高复合薄膜材料的稳定性；利用真空辅助抽滤方法制备的anf/复合薄膜材料具有层层组装的结构，其层与层之间具有大量空隙，有效降低了复合薄膜材料的绝缘性能；anf/壳聚糖体系，在热压条件下处于高弹态的壳聚糖可有效填充层间空隙，并通过氢键作用于芳纶纳米纤维anf结合形成稳定的结构；本发明采用价格低廉的壳聚糖作为增强剂，有效提高anf基复合薄膜材料的机械性能和绝缘性能。
72.上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。