一種環(huán)氧樹脂復(fù)合改性植物纖維絕緣紙的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電氣設(shè)備絕緣材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適合于變壓器使用的環(huán)氧 樹脂復(fù)合改性植物纖維絕緣紙的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 按照原材料的不同，絕緣紙可分為植物纖維紙、礦物纖維紙、合成纖維紙三大類。 其中，普通絕緣紙主要采用植物纖維為原材料，如快巴紙和牛皮紙，主要成分為纖維素、半 纖維素和木質(zhì)素等。
[0003] 植物纖維絕緣紙被廣泛用作電纜、線圈、電力變壓器等各項電器設(shè)備的絕緣材料， 其耐熱等級為A級。但若長時間在超過其允許的最高工作溫度下使用，會加速纖維素的分 解，造成機(jī)械強(qiáng)度下降，絕緣擊穿的概率增大，引發(fā)變壓器故障，即絕緣紙的可靠性和使用 壽命直接影響電器設(shè)備的安全和穩(wěn)定。因此，對絕緣紙的某些性能，包括物理方面的機(jī)械性 能，電氣方面的絕緣性能和化學(xué)方面的熱穩(wěn)定性能等提出了較高的要求。
[0004] 在機(jī)械性能上，如變壓器工作時，絕緣紙可能受到大功率高壓電機(jī)繞組高速運轉(zhuǎn)， 或啟、停作業(yè)帶來的負(fù)荷變化應(yīng)力損傷，以及繞組渦流造成的機(jī)械振動，或短路、過壓故障 造成的瞬時電動力，故要求絕緣紙必須具備較高的機(jī)械強(qiáng)度。所謂機(jī)械強(qiáng)度主要表現(xiàn)在抗 張強(qiáng)度、撕裂度和伸長率等方面。
[0005]在絕緣性能上，絕緣紙在電場中所需具備的四種特性是，絕緣電阻高，介質(zhì)損耗 小，介電常數(shù)較大，工頻擊穿電壓值較高。
[0006] 熱穩(wěn)定性能上，由于絕緣紙長期在變壓器的高溫環(huán)境中工作，熱老化導(dǎo)致植物纖 維或合成纖維大分子鏈斷裂，聚合度下降，絕緣紙脆性增加，逐漸失去機(jī)械強(qiáng)度和絕緣性 能。對植物纖維絕緣紙，其力學(xué)強(qiáng)度主要來自纖維素鏈間的糖苷鍵的強(qiáng)度和分子之間氫鍵 的作用力，纖維素緊密相連。但在熱和氧氣的共同長期作用下，纖維素高聚物分子開始產(chǎn)生 過氧化物，然后分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)一系列氧化反應(yīng)，使分子量下降并不斷揮發(fā)出小分子 產(chǎn)物。隨著熱老化過程的進(jìn)行，木質(zhì)素和半纖維素逐漸分解消失，纖維開始分離，最終纖維 表面出現(xiàn)破壞，機(jī)械強(qiáng)度顯著降低。纖維素耐熱老化性差，這是植物纖維絕緣紙紙最大的缺 點。
[0007] 國際電工委員會按照絕緣材料的耐熱程度將其分為七個等級：工作溫度90°C，耐 熱等級為Y級；l〇5°C為A級；120°C為E級；130°C為B級；155°C為F級；180°C為H級；200°C為C 級。研究表明，變壓器絕緣紙如果在正常工作溫度以下使用，壽命長達(dá)二十年。如果超過規(guī) 定的溫度，絕緣紙就會加速老化，壽命大大縮短。如A級絕緣紙從105°C起環(huán)境溫度每提高8 °C，壽命就會縮短一半，而B級絕緣紙溫度每提高10°C，H級絕緣紙溫度每提高12°C，使用壽 命縮短一半。可見，絕緣紙的使用壽命和絕緣性能受溫度影響顯著，熱穩(wěn)定性越好，絕緣紙 使用壽命就越長，因此，作為絕緣材料，熱穩(wěn)定性能是植物纖維絕緣紙十分重要的性能指 標(biāo)。
[0008] 雖然目前有七個等級的絕緣材料，以滿足電纜、線圈、電力變壓器等電氣設(shè)備的不 同應(yīng)用要求，但絕緣材料的耐熱等級越高，價格越昂貴。而普通絕緣紙由于熱穩(wěn)定性能的欠 缺，也包括熱老化導(dǎo)致的絕緣性能和機(jī)械性能的降低，限制了變壓器向小型化、大容量方向 發(fā)展。因此，在工程應(yīng)用中提出了這樣的需求:能否基于價格相對較為低廉的植物纖維絕緣 紙進(jìn)行改性后，由工作溫度為105°C提高到120°C，或130°C甚至更高的溫度等級。
[0009] 近年來，隨著電氣絕緣技術(shù)的發(fā)展，對絕緣材料的要求越來越高，性能單一的材料 已很難滿足高性能電氣產(chǎn)品的要求。因此，人工合成絕緣材料的優(yōu)越性在電工技術(shù)領(lǐng)域逐 步開始顯現(xiàn)，其中，高分子聚合物復(fù)合絕緣材料在油浸式變壓器中得到使用，提高了絕緣材 料的耐高溫與耐老化性能。以下引述的專利涉及利用改性或復(fù)合方法，提高絕緣紙或板的 絕緣性能、安全使用壽命或耐油性能，但這不能必然地解釋為，既有的這些技術(shù)對基于植物 纖維絕緣紙進(jìn)行改性來提高其熱穩(wěn)定性能是適宜的。
[0010] 高祿生等人的中國專利申請，公開號CN 102982859 A，公開了一種PFCP絕緣復(fù)合 材料，該材料為在絕緣紙上涂覆酚醛膠粘劑制成，其中，所述酚醛膠粘劑由以下質(zhì)量百分比 的組分組成:腰果酚改性酚醛樹脂94~99% ;芳綸纖維漿柏1~6% ;其中PFCP絕緣復(fù)合材料 膠含量為36~46%。
[0011] 王德生等人的中國專利申請，公開號CN 101062570 A，公開了一種低吸水率酚醛 紙層壓板及其制備方法和用途，采用立式和臥式聯(lián)合浸漬紙張的工藝路線，使用改性酚醛 樹脂為絕緣浸漬樹脂，樹脂數(shù)均分子量在450~600之間，將多張浸漬有改性酚醛樹脂的預(yù) 浸紙熱壓合成出低吸水率的酚醛樹脂紙層壓板。
[0012] 王金泉等人的中國實用新型專利CN201020265909.7，提供了 一種聚酰亞胺薄膜與 聚芳酰胺纖維紙復(fù)合材料，包括聚酰亞胺薄膜。聚酰亞胺薄膜的雙面通過耐熱膠粘劑各粘 貼一層聚芳酰胺纖維紙，其中：聚酰亞胺薄膜的厚度為〇. 05~0.125mm，聚芳酰胺纖維紙的 厚度為〇 · 05~0 · 13mm 〇
[0013] 黃順國等人的中國專利CN200810045837.2，提供了一種菱格點膠復(fù)合絕緣紙及其 制備方法，由聚酯薄膜層、用F級聚氨酯膠粘劑粘貼在聚酯薄膜層上下表面的電工絕緣用聚 酷纖維非織布層，以及呈菱格狀涂敷在各電工絕緣用聚酯纖維非織布層表面上的改性環(huán)氧 樹脂組成，該菱格點膠復(fù)合絕緣紙的制備方法，包括制備三層復(fù)合材料和制備菱格點膠復(fù) 合絕緣紙等步驟。
[0014] 廖瑞金等人的中國專利申請，公開號CN 102747654 A，公開了一種低介電常數(shù)的 絕緣紙的制備方法，用纖維解離器將原木漿進(jìn)行攪拌疏解，再將制備的SiO2空心微球懸濁 液倒入纖維解離器中混合、攪拌，抄造成定量120g/m 2的絕緣紙，經(jīng)壓實、干燥成型。
[0015] 張美云等人的中國專利申請，公開號CN 103174053 A，公開了一種芳綸1414紙基 材料的生產(chǎn)方法，將芳綸1414短切纖維漿料、改性熱塑性纖維漿料以及芳綸1414漿柏纖維 漿料混合均勻后疏解，然后加入馬來酸配一丙烯酸共聚物進(jìn)行混漿分散，然后調(diào)整紙漿濃 度，將得到的漿料懸浮液經(jīng)抄造成形、熱壓，得芳綸1414紙基原紙;芳綸1414紙基原紙在聚 酰亞胺樹脂膠液中浸漬，然后干燥除去揮發(fā)性溶劑，即得芳綸1414紙基材料。
[0016] 呂玉珍等人的中國專利申請，公開號CN 102623113 A，公開了一種提高變壓器油 浸紙絕緣性能的方法。該方法是將納米二氧化鈦或氧化鋅改性劑添加到電力設(shè)備用油浸紙 絕緣系統(tǒng)中，起到對油浸紙中電荷的消散和輸運作用，增強(qiáng)油浸紙板的絕緣特性。
[0017] 袁媛等人的中國專利申請，公開號CN 102723152 A，公開了一種提高纖維素絕緣 紙擊穿強(qiáng)度的改性方法及絕緣紙，以絕緣紙漿重量為基準(zhǔn)，加入6~IO %的MMT乙醇混合溶 液，在纖維解離器中攪拌、解離，攪拌時間為3~30min;其中MMT乙醇混合溶液制備方法為： 將蒙脫土以1:100的質(zhì)量比例溶于無水乙醇中，在磁力攪拌器上攪拌IOmin，得MMT乙醇混合 溶液。
[0018] 周松生的中國專利CN201210574487.5,提供了一種桐油改性酚醛樹脂組合物、其 制備方法和絕緣紙板，桐油改性酚醛樹脂組合物，包括以重量計15~25%的苯酚，5~15% 的桐油，0.1~1 %的對甲苯磺酸的甲醇溶液，0.1~1 %的三乙醇胺水溶液，10~50%的甲 醛，0.1~0.5%的三乙胺，0.5~5%的氨水，1~10%的增韌劑和10~50%的甲醇。
[0019] 楊立穩(wěn)的中國專利申請，公開號CN 102982923 A，公開了一種應(yīng)用在變壓器中的 新型絕緣紙，包括由改性聚酯切片雙向拉伸成的聚酯薄膜，聚酯薄膜上涂覆有一層菱格狀 膠層，菱格狀膠層為環(huán)氧樹脂膠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 本發(fā)明的目的是提供一種環(huán)氧樹脂復(fù)合改性植物纖維絕緣紙的制備方法，利用浸 漬用環(huán)氧樹脂對植物纖維絕緣紙進(jìn)行浸漬滲透，以獲得復(fù)合改性植物纖維絕緣紙，使原植 物纖維絕緣紙的熱穩(wěn)定性能、絕緣性能和機(jī)械性能顯著提高。
[0021 ]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0022] -種環(huán)氧樹脂復(fù)合改性植物纖維絕緣紙的制備方法，包括如下步驟:利用浸漬用 環(huán)氧樹脂對植物纖維絕緣紙進(jìn)行浸漬滲透，然后再進(jìn)行加熱預(yù)固化、對輥熱壓和加熱固化。
[0023] 根據(jù)以上方案，所述浸漬用環(huán)氧樹脂由環(huán)氧樹脂、增韌固化劑攪拌而成，所述增韌 固化劑由環(huán)氧樹脂固化劑和環(huán)氧樹脂增韌劑按質(zhì)量比1:1混合而成。
[0024]根據(jù)以上方案，所述環(huán)氧樹脂