一种芳香族聚噁二唑纤维云母绝缘纸及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种合成纤维云母复合材料，特别涉及一种含芳香族聚噁二唑（简称 P0D)纤维和云母的高性能绝缘纸状复合材料。本发明还涉及POD纤维云母纸的原料配比、 制备方法、工艺及其应用。
【背景技术】
[0002] 绝缘材料是电工器材中使带电体与其他部分隔离的材料。常用的固态材料有云 母、绝缘纸、层压板、橡皮、塑料、油漆、玻璃、陶瓷、绝缘套管等。
[0003] 绝缘材料的作用是在电气设备中把电势不同的带电部分隔离开来。因此绝缘材料 首先应具有较高的绝缘电阻和耐压强度，并能避免发生漏电、击穿等事故。其次耐热性能要 好，避免因长期过热而老化变质；此外，还应有良好的导热性、耐潮防雷性和较高的机械强 度以及工艺加工方便等特点。绝缘材料是决定电机、电器技术经济指标的关键因素之一。 电机的重要技术经济指标之一是质量功率比，即kg/kW值。减少比值，对电机有重要意义。 据报道，从1900年到1967年，Ihp (0. 75kW)的电机质量由40kg减少到10kg，目前已降低到 6kg/kW水平。导致这种变化的重要原因是采用耐热性高的绝缘材料。降低kg/kW值可节约 大量金属材料，降低电机成本。如一台A级（105°C )电动机采用H级（180°C )绝缘之后， 可缩小体积30%~50%，节约铜20%、硅钢片30%~50%、铸铁25%。当然，采用同一型 号机，用耐温指数更高的绝缘材料，可以提高功率或延长电机的使用寿命。从电机、电器产 品的造价情况来看，绝缘材料所占费用约在一半，这些都说明了绝缘材料在电机、电器工业 中所占的地位和作用。
[0004] 不同的电工设备对绝缘材料性能的要求各有侧重。高压电工装置如高压电机、高 压电缆等用的绝缘材料要求有高的击穿强度和低的介质损耗。低压电器则以机械强度、断 裂伸长率、耐热等级等作为主要要求。因此，绝缘材料的电性能、热性能、力学性能、耐气候 变化、耐腐蚀等性能指标也极其重要。能同时拥有这些特性的材料将是最有前途的绝缘材 料。
[0005] 芳香族聚噁二唑（Poly-l，3,4_oxadiazole，简称P0D)是一种具备优良热稳定性、 化学稳定性、电绝缘性的耐高温芳杂环高分子材料，基本分子链结构如下：
[0007] POD纤维及其POD纸状材料都是复合材料中的战略性材料。其耐温性及高温下的 电绝缘性、尺寸稳定性等主要性能指标都显著优于间位芳纶纤维及芳纶纸材料，POD纸在高 温下的电气强度保持率比芳纶纸高一倍多。这说明POD纸是一种比芳纶纸更加优异的电绝 缘材料，特征是高热稳定性，高力学性能，高电气强度，低介电常数和介电损耗。POD纸的电 阻率和厚度无关，绝缘强度不受温度、湿度影响，还具有优异的耐化学腐蚀性等特点，是电 子电气行业必不可少的理想绝缘材料。POD纤维与其他高性能纤维材料对比如下： [0008] 表1 POD纤维与其它耐高温纤维的常规性能对比
[0011] 表2 POD纤维与其它耐高温纤维的耐高温性能对比
[0012] CN 105155328 A m "Ti 3/8 页
[0013] 云母是含锂、钠、铝、锌、铁、钒等金属元素并具有层状结构的含水铝硅酸盐族矿物 的总称，是一种非常重要的绝缘材料；云母纸则是将云母破碎后采用造纸工艺制成的绝缘 纸。具有无毒、无味、耐高温、耐老化、耐高压、防水、耐酸、碱、矿物油、化学药剂、抗风化，并 有很好的弹性和挠曲性。在电气性能方面：具有较高的绝缘强度和较大的电阻，恒定介电 常数及固定电容，较低的电介质损耗，较低热膨胀系数，超绝缘性，抗电弧等优良的介质性 能而著称。据我国各矿区云母的测试结果统计，当云母片厚为0. 015mm时，平均击穿电压 2. 0~5. 7KV，击穿强度为133~407KV/mm。耐火、难熔化、不易燃、低热传导，超常热稳定 性，暴露于高温条件下无任何异常变化。主要应用在大型发电机、电动机绝缘等大型电器设 备和电工器材的绝缘材料；其次用于制造蒸汽锅炉、冶炼炉的炉窗和机械上的零件；同时 也是各行各业如烤面包机、吹风机、微波炉等无处不用的重要部件中的主要绝缘材料。云母 纸的出现，在某种程度上推动了电气工业特别是电机制造工业的发展，被誉为当代电气电 子工业做出重要贡献的四大技术之一。
[0014] 从单一绝缘性能上看，POD纤维纸有其它材料不能取代的特性。特别是在温度波 动和电压突然波动（电晕）下绝缘性能高度稳定，这是POD材料在高温和温度波动时其材 料温度损耗极小的特性所决定的。但是在高温和高电压的耐受能力上不及云母绝缘材料； 而云母纸制成的云母带同样也是大型发电机和高压电机中的重要绝缘材料。云母纸由于天 然材料结构特性决定，强度较低，在耐冲击的性能上远不如芳纶纤维纸。由于云母产品的特 性，制成的云母纸分布不够均匀，在温度波动和电压突然波动下耐电晕性能差，绝缘性能大 幅下降。将POD纤维与云母结合制成纤维云母纸，这样将两者优势结合，成为一种新型的绝 缘材料，耐温可达900°C，击穿电压可达30KV/mm，弥补了云母分布不均匀的缺陷，特别是耐 电晕能力大幅提高。将推动电工产业的飞跃发展，市场前景极其广阔。
[0015] 随着全世界的发电机和电动机的电压增高和波动的增加，如欧洲用于牵引电机和 发电机的高速火车上，火车提速需要带来的必然是电压增加和波动增加。因此，对于绝缘产 品的更高要求促使新型"P0D纤维云母绝缘材料"的需求迫在眉睫。但是由于常规的云母纸 中很难加入纤维，成纸性不好，无法满足下游产品的需求，一直以来无法解决这一难题。
【发明内容】
[0016] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种以POD纤维和云母作为原材料的新型纤 维云母绝缘纸，使得该材料具有耐高温、耐腐蚀、阻燃、绝缘、机械强度高、表面光滑平整、电 气性能好、加工性好等优势，获得更加稳定的绝缘性能以及耐电晕能力。
[0017] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种芳香族聚噁二唑纤维云母 绝缘纸，按照质量百分含量，其原料组成为：3%~70%的芳香族聚噁二唑短切纤维、2%~ 50%的芳香族聚噁二唑沉析纤维、28%~95%的云母。
[0018] 所述的云母为煅烧云母或非煅烧云母；
[0019] 所述的非煅烧云母为金云母、白云母或人工晶体云母。
[0020] 云母选型：
[0022] 所述的云母，其鳞片大小为16目~140目。
[0023] 所述的云母，其组成，按鳞片大小及质量百分比为：16~20目的鳞片8~15%、 20~40目的鳞片25~40%、40~60目的鳞片15~25%、60~80目的鳞片10~20%、 80~100目的鳞片3~6 %、100~120目的鳞片1~3 %、120~140目的鳞片1~3 %。 通过对POD纤维电荷的分析和云母鳞片的配比，在此情况下为最佳的比例分配。纤维与云 母之间通过强电荷的吸引力和范德华力，使纤维表面布满云母，而且分布均匀，使产品抗电 晕能力更强，弥补了纯云母纸局部抗电晕差的弱点，超过此范围的鳞片配比制得的POD纤 维云母纸的最重要指标渗透率、透气性、强度和均匀度都很差，无法满足下游产品的生产工 艺，因此采用本方法生产的产品性能更加稳定、应用更加宽广。
[0024] 所述的POD短切纤维：纤维的纤度为0. 1~纤维的长度为2~20mm ;
[0025] 所述的POD沉析纤维：由POD树脂直接制备而成；
[0026] POD短切纤维是芳香族聚噁二唑（Poly-l，3,4-〇xadiazole，简称POD纤维）纤 维，纤维纤度为1~2d、长度为2~IOmm ;P0D沉析纤维为芳香族聚噁二唑（Poly-1，3， 4-oxadiazole)树脂制备而成（简称POD沉析纤维）。由于纤维和云母的比例分配不同，可 选择不同的云母鳞片比例。
[0027] 先将POD纤维通过超声波进行分散处理，然后经过特制盘磨对POD纤维进行压电 效应处理。当纤维和云母接触时，纤维所产生的电荷以及范德华力使纤维对云母鳞片具有 极强的吸附力，使纤维与云母分布均匀。
[0028] 表3 POD纤维处理后电荷对比表
[0030] 本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种POD纤维云母绝缘纸的制备方 法。
[0031] 为解决第二个技术问题，本发明采用的技术方案是：一种POD纤维云母绝缘纸的 制备方法，其步骤为：将POD短切纤维进行超声和压电效应处理，将POD沉析纤维经超声和 压电效应处理，直至打浆度为55~75〇 SR ;然后将处理后的POD短切纤维、POD沉析纤维与 云母鳞片按比例配合，POD短切纤维及POD沉析纤维与云母混合匀度处理，稳浆、圆网纸机 抄造、成型处理；最后经热压处理得POD纤维云母纸成品或直接得到POD纤维云母纸成品。
[0032] 在POD短切纤维与云母混合生产过程中，是通过圆网纸机进行一次抄造成型。同 时根据客户需求可对纸张表面热压处理，调整孔隙、渗透率及纸张厚度。根据不同的需求采 取不同的原料配比以满足绝缘产品的制造工艺要求。在该工艺要求的范围内制造出的绝缘 纸，具有很好的绝缘性能，以及现有产品中不具备的机械性能、物理性能、化学性能等特性， 可在绝缘复合材料方面使用。目前，这种POD纤维云母绝缘纸制造工艺在国内外还未见报 道。
[0033] 通过上述工艺方法获得的POD纤维云母绝缘纸应用于绝缘材料中。
[0034] 本发明有益效果：本发明的POD纤维云母绝缘纸，提高了单一 POD