变质片麻岩云母纸及芳纶纤维云母纸研究

论文摘要

云母是电气电子行业中不可或缺的绝缘材料。目前,虽然世界上已出现很多新型材料,但其中还没有一种绝缘材料能够完全取代云母。云母纸是以碎云母片为原料,通过圆网抄纸机抄制而成,被广泛应用于电气工业。它保持了天然云母的多种优良性能,且厚度均匀、介电强度波动范围小,在许多领域可取代天然片云母。随着电气行业迅速发展对云母需求量的不断增长,给云母纸加工业带来的问题是,一方面现有技术所依赖的优质云母资源日趋匮乏,另一方面,较丰富且难以成纸的低质云母得不到合理利用。其中,变质片麻岩云母,其电学性能与优质的伟晶岩型云母基本一致,但由于风化严重,表面活性点少,现有技术无法直接成纸,而未能作为云母纸原料加以利用,造成了云母资源的浪费。因此,研究以低质云母为原料的云母纸制造技术,提高云母资源的综合利用率,显得尤为重要。芳纶纤维云母纸是芳香族聚酰胺纤维与云母直接结合的新型材料,具有良好的电气性能、耐热性能、机械加工性能,被广泛应用于中型高压电机和变压器中。芳纶纤维云母纸由云母粉、芳纶浆粕和芳纶短切纤维组成,也是国际上最新出现的高性能云母纸。目前,我国这一产品主要依赖于进口,因此,对芳纶纤维云母纸生产工艺的研究十分必要。本文针对上述问题,分别开展了两方面的研究工作,其一,采用KH-550硅烷偶联剂对变质片麻岩云母片进行表面改性,利用硅烷偶联剂“分子桥”作用对云母进行表面处理,通过自乳化改性的环氧树脂和聚丙烯酰胺,使云母片表面桥联的环氧基团发生交联反应,显著提高了云母纸拉伸强度。研究表明,当助剂硅烷偶联剂KH-550为0.5%,改性环氧树脂为1%,聚丙烯酰胺为0.5%时,云母纸拉伸强度由72.17N/m提高到151.3N/m。其二,通过磷酸溶液对芳纶短切纤维进行表面处理,研究了磷酸溶液对芳纶短切纤维组成和结构的影响,并对分散剂PEO添加量和芳纶浆粕和芳纶短切纤维的配比进行研究,优化了芳纶纤维云母纸的制备工艺。研究表明,当磷酸浓度为40%,PEO添加量为0.2%,芳纶短切纤维与芳纶浆粕质量比为1.2：1时,这样的制备工艺制得的芳纶纤维云母纸各项性能最为优异,实验测得拉伸强度为187.7N/m,介电强度为11.7MV/m,渗透时间为12.3s。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 云母概述
• 1.1.1 云母的组成、结构及性能
• 1.1.2 云母的表面改性
• 1.1.3 表面改性剂
• 1.2 云母纸概论
• 1.3 云母纸的生产工艺
• 1.3.1 煅烧型云母纸的生产工艺
• 1.3.2 非煅烧型云母纸的生产工艺
• 1.4 芳纶纤维
• 1.4.1 芳纶纤维的形态
• 1.4.1.1 芳纶短纤维的形态
• 1.4.1.2 芳纶浆粕纤维的形态
• 1.5 芳纶纤维表面改性
• 1.5.1 芳纶纤维化学改性方法
• 1.5.2 芳纶纤维物理改性方法
• 1.6 芳纶纤维云母纸
• 1.7 本课题的目的和意义
• 第2章 实验原材料及仪器设备
• 2.1 实验原材料
• 2.1.1 云母原料
• 2.1.2 芳纶纤维原料
• 2.2 实验药品
• 2.3 实验设备
• 2.4 实验仪器
• 第3章 变质片麻岩云母纸的试验研究方法
• 3.1 变质片麻岩云母的表面改性
• 3.1.1 硅烷偶联剂溶液的配置
• 3.1.2 变质片麻岩云母预处理
• 3.1.3 变质片麻岩云母湿法偶联剂改性
• 3.2 水性环氧树脂的制备方法
• 3.2.1 环氧树脂的改性反应
• 3.2.2 环氧树脂乳化剂的合成
• 3.2.3 水性环氧树脂乳液的合成
• 3.3 变质片麻岩云母纸的制备
• 3.3.1 改性云母片交联反应预处理
• 3.3.2 变质片麻岩云母纸的抄造
• 3.4 云母纸的性能测试和分析方法
• 3.4.1 厚度的试验方法
• 3.4.2 渗透时间的试验方法
• 3.4.3 拉伸强度的试验方法
• 3.4.4 介电强度的试验方法
• 3.4.5 云母表面改性的红外光谱分析
• 3.4.6 云母表面改性的SEM分析
• 第4章 变质片麻岩云母纸实验结果与讨论
• 4.1 KH-550对云母纸拉伸强度的影响
• 4.2 KH-550对云母纸介电强度的影响
• 4.3 KH-550对云母纸渗透时间的影响
• 4.4 云母纸中助剂添加量的优化
• 4.5 云母表面改性的红外光谱分析
• 4.6 云母表面改性的SEM分析
• 4.7 KH-550与云母及水性环氧树脂结合机理
• 第5章 芳纶纤维云母纸的试验研究方法
• 5.1 芳纶短切纤维的表面改性
• 5.1.1 芳纶短切纤维的预处理
• 5.1.2 磷酸溶液处理芳纶短切纤维
• 5.2 芳纶短切纤维的测试方法
• 5.2.1 芳纶短切纤维相对分子量的测定
• 5.2.2 芳纶短切纤维XRD分析
• 5.2.3 芳纶短切纤维质量损失率测定
• 5.2.4 扫描电镜观察
• 5.3 芳纶纤维云母纸的制备
• 5.3.1 芳纶纤维浆料的制备
• 5.3.2 白云母浆料的制备
• 5.3.3 PEO溶液的配置
• 5.3.4 芳纶纤维云母纸的制备工艺流程
• 5.4 芳纶纤维云母纸性能的测试
• 5.4.1 芳纶纤维云母纸厚度的试验方法
• 5.4.2 介电强度的试验方法
• 5.4.3 拉伸强度的试验方法
• 5.4.4 渗透时间的试验方法
• 第6章 芳纶纤维云母纸的试验结果与分析
• 6.1 磷酸处理对纤维质量损失率的影响
• 6.2 磷酸处理对纤维相对分子质量的影响
• 6.3 磷酸处理对纤维聚集态结构的影响
• 6.4 磷酸处理对芳纶短切纤维形态结构的影响
• 6.5 PEO对芳纶纤维云母纸性能的影响
• 6.5.1 PEO对芳纶纤维云母纸的拉伸强度的影响
• 6.5.2 PEO对芳纶纤维云母纸的介电强度的影响
• 6.5.3 PEO对芳纶纤维云母纸的渗透时间的影响
• 6.6 纤维配比对芳纶纤维云母纸性能的影响
• 6.7 芳纶纤维云母纸制备工艺的优化
• 第7章 结论
• 7.1 片麻岩云母纸的试验结论
• 7.2 芳纶纤维云母纸的试验结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士研究生期间发表的论文及参研项目