一种蒙脱土改性变压器绝缘纸的制备方法与流程

本发明涉及高温绝缘及防护材料领域，具体涉及一种蒙脱土改性变压器绝缘纸的制备方法。
背景技术：
：绝缘纸是电绝缘用纸的总称，用作电缆、线圈等各项电器设备的绝缘材料。随着科技的快速发展，电子电工行业对器件要求越来越高，希望有更多的耐高温、高强度、绝缘性好的薄膜材料可以选择，以降低生产成本，扩大应用范围。蒙脱土是一种膨胀型层状硅酸盐，具有独特的二维层状纳米结构和阳离子交换性，经季铵盐改性的蒙脱土具有良好的分散性，将其作为添加剂加入到聚合物中可提聚合物的机械性能、尺寸稳定性、气体阻隔性和绝缘性。现有技术cn106320059a公开了一种含有改性蒙脱土的绝缘纸，其通过将改性蒙脱土与二氧化硅、竹纤维等与浓缩纸浆混合，热压后干燥制备得到。然而该绝缘纸内蒙脱土排列杂乱，无结构调控，因此其机械性能和绝缘性仍不能满足大功率变压器的使用需要。鉴于此，特提出本发明。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种蒙脱土改性变压器绝缘纸的制备方法。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：本发明涉及一种蒙脱土改性变压器绝缘纸的制备方法，包括以下步骤：(1)将季铵盐改性蒙脱土加入水中，超声分散得到季铵盐改性蒙脱土分散液；(2)将所述季铵盐改性蒙脱土分散液与聚乙烯醇水溶液混合，超声分散得到第一混合液；(3)向所述第一混合溶液中加入盐酸和戊二醛水溶液，搅拌混合后得到第二混合液；(4)将普通绝缘纸在所述第二混合液中进行提拉浸渍，或采用lb镀膜技术或旋涂技术将所述第二混合液涂覆在普通绝缘纸表面，涂层过程重复4～8次，得到所述蒙脱土改性变压器绝缘纸。优选地，步骤(1)中，所述季铵盐改性蒙脱土分散液中季铵盐改性蒙脱土的质量分数为0.5％～10％。优选地，步骤(1)中，所述季铵盐为十六烷基三甲基溴化铵或十八烷基三甲基溴化铵。优选地，步骤(1)中，所述季铵盐改性蒙脱土的制备方法包括以下步骤：[1]将钠基蒙脱土加入水中，超声分散得到钠基蒙脱土分散液；[2]将所述钠基蒙脱土分散液的ph值调至5～6，加入季铵盐后进行加热搅拌，反应结束后将得到的沉淀物抽滤洗涤，干燥后得到所述季铵盐改性蒙脱土。优选地，步骤[1]中，所述钠基蒙脱土分散液中钠基蒙脱土的质量分数为0.5％～10％。优选地，步骤[2]中，采用醋酸调ph值。优选地，步骤[2]中，所述钠基蒙脱土与季铵盐的用量比为10g:(5～15)mmol。优选地，步骤[2]中，加热温度为85～95℃，搅拌时间为1～3小时。优选地，步骤(2)中，所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为0.5％～10％，所述季铵盐改性蒙脱土与聚乙烯醇的质量比为1:(0.5～2)。优选地，步骤(3)中，所述戊二醛溶液水溶液的质量浓度为10％～50％，所述盐酸中的hcl与戊二醛的摩尔比为1:(2～6)，所述聚乙烯醇中的羟基与戊二醛的摩尔比为(10～20):1。本发明的有益效果：本发明提供了一种蒙脱土改性变压器绝缘纸的制备方法，通过在酸性条件下使季铵盐改性蒙脱土与聚乙烯醇和戊二醛发生交联得到第二混合液，然后通过提拉浸渍、旋涂或lb镀膜的方式加得到蒙脱土改性变压器绝缘纸，其具有较高的体积电阻率和较低的表面电阻率。进一步地，蒙脱土改性后的绝缘纸具有更优良的耐电晕老化性能，且随镀膜次数的增加，耐电晕老化性能增强；且具有更优良的局放特性，其击穿电压升高，局部放电量减小，局部放电被削弱。附图说明图1为制备例3制备得到季铵盐改性蒙脱土的sem图；图2为普通钠基蒙脱土与制备例3制备得到的季铵盐改性蒙脱土的xrd图；图3为实施例3制备得到的蒙脱土改性绝缘纸的sem图；图4为同一批次的普通绝缘纸和改性绝缘纸的体积电阻率变化图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。本发明实施例涉及一种蒙脱土改性变压器绝缘纸的制备方法，包括以下步骤：(1)将季铵盐改性蒙脱土加入水中，超声分散得到季铵盐改性蒙脱土分散液；在本发明的一个实施例中，季铵盐改性蒙脱土分散液中季铵盐改性蒙脱土的质量分数为0.5％～10％。在一定范围内，用作改性剂的季铵盐中碳原子数越多，改性的效果越好，但过长的碳原子链会反过来影响插层剂进入蒙脱土层间，因此本发明选用的季铵盐为十六烷基三甲基溴化铵或十八烷基三甲基溴化铵。在本发明的一个实施例中，季铵盐改性蒙脱土的制备方法包括以下步骤：[1]将钠基蒙脱土加入水中，超声分散得到钠基蒙脱土分散液，优选钠基蒙脱土分散液中钠基蒙脱土的质量分数为0.5％～10％；[2]将钠基蒙脱土分散液的ph值调至5～6，加入季铵盐后进行加热搅拌，反应结束后将得到的沉淀物抽滤洗涤，干燥后得到季铵盐改性蒙脱土。将钠基蒙脱土分散液的ph值调至5～6和加入季铵盐的作用均为增大蒙脱土片层间的层间距。具体地，蒙脱石片层间距约1nm，片层结构层间含有水合ca2+，na+等可交换的无机阳离子。由于钠基蒙脱土的吸水率和膨胀倍数更大，阳离子交换容量更高，水分散性更好，本发明选用含na+的钠基蒙脱土。使用含羟基的有机胺改变能够改变硅酸盐片层的极性，降低其表面能，以增加两相间的亲和性，使层间距明显增加。上述过程中优选采用醋酸调ph值，钠基蒙脱土与季铵盐的用量比为10g:(5～15)mmol。加热温度为85～95℃，搅拌时间为1～3小时。(2)将季铵盐改性蒙脱土分散液与聚乙烯醇(pva)水溶液混合，超声分散得到第一混合液；在本发明的一个实施例中，聚乙烯醇水溶液的质量浓度为0.5％～10％，季铵盐改性蒙脱土与聚乙烯醇的质量比为1:(0.5～2)。(3)向第一混合溶液中加入盐酸和戊二醛(ga)水溶液，搅拌混合后得到第二混合液；在本发明的一个实施例中，戊二醛水溶液的质量浓度为10％～50％，目前可直接购买不同浓度的戊二醛水溶液。盐酸中的hcl与戊二醛的摩尔比为1:(2～6)，聚乙烯醇中的羟基与戊二醛的摩尔比为(10～20):1。由于聚乙烯醇是聚合物，其中每个单体乙烯醇具有一个羟基。以聚乙烯醇的相对分子质量为67000为例，单体分子量为44，将聚乙烯醇的相对分子量除以单体分子量，计算得到1mol聚乙烯醇中含有1523个羟基。进一步地，制备第一混合液和第二混合液的过程中，hcl是作为交联反应的酸性催化剂，常见的无机酸中以盐酸的催化效果最好。戊二醛是交联剂，聚乙烯醇与戊二醛的交联是羟基与醛基的醇醛缩合反应。在酸性条件下，醛基先于羟基反应生成半缩醛，半缩醛再与羟基脱水缩合生成醚。因此一个醛基最多能与两个羟基反应。与单醛相比，戊二醛分子的两个醛基能与更多的羟基反应，使戊二醛与聚乙烯醇的反应更快，也更容易形成固化的交联产物。具体表现为戊二醛的两个醛基分别与聚乙烯醇和蒙脱土上的羟基连接，形成交联结构。(4)将普通绝缘纸在第二混合液中进行提拉浸渍，或采用lb镀膜技术或旋涂技术将第二混合液涂覆在普通绝缘纸表面，涂层过程重复4～8次，得到蒙脱土改性变压器绝缘纸。进一步地，制备蒙脱土改性变压器绝缘纸的过程中，使普通绝缘纸(厚度为500μm)竖直向下进入第二混合液，浸泡约8～20秒，提拉取出后竖直悬挂，在60～80℃下干燥交联10～50分钟。为了保持薄膜和绝缘纸表面的涂层均匀，下一次浸渍前将绝缘纸翻转180°，然后将其置于第二混合液中进行浸渍。理论上浸渍次数越多绝缘效果越好，考虑到效率和绝缘性能的平衡，将上述涂层过程重复4～8次，以获得足够厚的涂层进行操作和测试。制备例制备季铵盐改性蒙脱土，包括以下步骤：[1]将钠基蒙脱土加入水中进行超声分散，设置最大功率为500w，频率40khz，时间为2h，得到质量分数为1.5％的钠基蒙脱土分散液；[2]向上述钠基蒙脱土分散液中加入醋酸，将ph值调至5～6，然后加入十六烷基三甲基溴化铵，在90℃，转速为500r/min的条件下搅拌2小时，钠基蒙脱土与季铵盐的用量比为10g:(5～15)mmol。反应结束后将得到的沉淀物抽滤洗涤，在80℃下干燥后得到季铵盐改性蒙脱土。改变钠基蒙脱土与季铵盐的用量比，其它条件不变，制备例1～6的设置方式见表1。表1制备例钠基蒙脱土与季铵盐的用量比制备例110g:5mmol制备例210g:7mmol制备例310g:9mmol制备例410g:11mmol制备例510g:13mmol制备例610g:15mmol对上述制备例制备得到的季铵盐改性蒙脱土进行sem和xrd表征。其中制备例1和2的蒙脱土片层剥离程度不好。实施例3的剥离程度较好，随着季铵盐用量继续增加，实施例4～6的剥离程度与实施例3差别不大。因此确定钠基蒙脱土与季铵盐的最佳用量比为10g:9mmol。对制备例3制备得到季铵盐改性蒙脱土采用场发射扫描电子显微镜(sem)进行形貌表征，结果如图1所示，可见蒙脱土片层分离程度较高，说明季铵盐改性的蒙脱土片层剥离程度较好；使用x射线衍射仪(xrd)进行物相分析，普通钠基蒙脱土(mmt)与制备例3制备得到季铵盐改性蒙脱土(mmt-ctab)的x射线衍射图谱如图2所示，可见mmt-ctab的特征峰明显右移，且峰强度降低幅度较大，说明季铵盐改性后蒙脱土的层间距明显增加。实施例1制备蒙脱土改性变压器绝缘纸，包括以下步骤：(1)将制备例3制备得到的季铵盐改性蒙脱土加入水中，超声分散得到质量分数为1.5％的季铵盐改性蒙脱土分散液；(2)将季铵盐改性蒙脱土分散液与质量分数为1.5％的聚乙烯醇水溶液混合，超声分散得到第一混合液，季铵盐改性蒙脱土与聚乙烯醇的质量比为1:(0.5～2)；(3)向第一混合溶液中加入盐酸和戊二醛水溶液，搅拌混合后得到第二混合液，戊二醛溶液水溶液的质量浓度为50％，盐酸中的hcl与戊二醛的摩尔比为1:5，聚乙烯醇中的羟基与戊二醛的摩尔比为(10～30):1；实施例2～7改变季铵盐改性蒙脱土与聚乙烯醇的质量比，以及聚乙烯醇中的羟基与戊二醛的摩尔比，其它条件不变，具体设置方式见表2。表2(4)将厚度为500μm，尺寸为10×10cm的普通绝缘纸在第二混合液中浸泡10秒，使用匀速提拉机以100mm/min的速度提拉取出，再将其垂直挂在烘箱中干燥，在70℃下干燥交联30分钟。为了保持薄膜和绝缘纸表面的涂层均匀，下一次浸渍前将绝缘纸翻转180°，然后将其置于第二混合液中进行浸渍。上述涂层过程重复6次，以获得足够厚的涂层进行操作和测试。对实施例3制备得到的蒙脱土改性绝缘纸采用sem进行形貌表征，结果如图3所示，说明绝缘纸的纤维表面被蒙脱土片层和大颗粒包覆，蒙脱土在绝缘纸的表面接触良好。(5)将得到的蒙脱土改性绝缘纸裁剪成约3cm×3cm大小，在真空箱内105±5℃下干燥24小时，并将克拉玛依25#变压器油在真空箱内105±5℃下干燥48小时。然后在真空箱内105±5℃下，将干燥后的蒙脱土改性绝缘纸放在变压器油中浸渍48小时，得到浸渍良好的绝缘纸样品。利用k6517b电阻盒进行采样，绝缘纸样品的体积电阻率的变化情况如图4所示。对于同一批次的普通绝缘纸(有膜1和无膜1对比)，将其进行蒙脱土改性处理后，其体积电阻率由4.50e+013(4.5×1013)ω·cm提升至12e+014(12×1014)ω·cm。具体的体积电阻率和表面电阻率数值见表3。表3实施例体积电阻率(ω·cm)表面电阻率(ω/sq)实施例15×10135×1015实施例29×10143×1015实施例312×10141.5×1015实施例47×10142.5×1015实施例54.5×10144.5×1015实施例69×10142×1015实施例711×10142.5×1015同一批次的普通绝缘纸4.5×10139×1015上述实验结果表明，普通绝缘纸经过蒙脱土改性处理后，其体积电阻率升高，表面电阻率较低，满足我们对绝缘材料电阻率的期望。具体为体积电阻率越大越好，表面电阻率越小越好，这对油纸绝缘复合系统是有利的。在浸渍次数和其它制备过程相同的条件下，季铵盐改性蒙脱土与聚乙烯醇的质量比为1:1，聚乙烯醇中的羟基与戊二醛的摩尔比为20:1的蒙脱土改性绝缘纸具有最好的绝缘性能。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。当前第1页1 2 3 

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