本發(fā)明涉及電力設(shè)備絕緣材料，尤其涉及一種基于纖維素納米晶體增強(qiáng)相的絕緣紙自愈合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法。

背景技術(shù)：

1、油浸式變壓器在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)承受多種因素的影響，導(dǎo)致其內(nèi)部的纖維素絕緣紙出現(xiàn)損傷。機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力、電應(yīng)力及環(huán)境因素都會(huì)對(duì)纖維素絕緣紙?jiān)斐捎绊?。機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力可能導(dǎo)致絕緣紙產(chǎn)生微裂紋，而電應(yīng)力則容易引發(fā)電樹(shù)枝等電損傷現(xiàn)象。這些損傷形式不僅會(huì)降低絕緣紙的機(jī)械性能，還會(huì)導(dǎo)致其絕緣性能的下降，進(jìn)而影響變壓器的正常運(yùn)行。特別是微裂紋和電樹(shù)枝等缺陷，會(huì)在電場(chǎng)作用下逐漸擴(kuò)展，最終可能導(dǎo)致絕緣擊穿，嚴(yán)重威脅變壓器的安全性和可靠性。

2、為了確保電力變壓器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，維持其內(nèi)部絕緣系統(tǒng)的完整性至關(guān)重要。絕緣紙一旦受損通常難以修復(fù)，也無(wú)法進(jìn)行更換。這不僅會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的停機(jī)，還會(huì)增加維護(hù)成本和停電風(fēng)險(xiǎn)。因此，開(kāi)發(fā)具有自修復(fù)能力的絕緣紙材料，能夠在損傷發(fā)生時(shí)主動(dòng)修復(fù)微裂紋和電樹(shù)枝等缺陷，對(duì)于提高變壓器的運(yùn)行可靠性和延長(zhǎng)其使用壽命具有重要意義。自修復(fù)絕緣紙能夠有效恢復(fù)機(jī)械強(qiáng)度和絕緣性能，減少因損傷導(dǎo)致的故障，降低維護(hù)和更換的頻率，從而確保變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行和電力供應(yīng)的可靠性。

3、自修復(fù)技術(shù)已經(jīng)在絕緣材料領(lǐng)域有了初步研究，例如，絕緣涂層，絕緣電纜。自修復(fù)技術(shù)通過(guò)各種機(jī)制，如微膠囊、自愈合聚合物和動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵，成功實(shí)現(xiàn)了材料在受損后的自動(dòng)修復(fù)。將自修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于纖維素絕緣紙的構(gòu)建也具有很大的可行性。纖維素絕緣紙是一種環(huán)保、易得的材料，而纖維素納米晶體(cnc)則因其優(yōu)異的機(jī)械性能和生物相容性，成為理想的增強(qiáng)相材料。通過(guò)將纖維素納米晶體與纖維素絕緣紙復(fù)合，構(gòu)建出具有自修復(fù)能力的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以有效提升絕緣紙的機(jī)械強(qiáng)度和自修復(fù)性能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力變壓器內(nèi)部絕緣系統(tǒng)的保護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)以上不足，本發(fā)明提供一種基于纖維素納米晶體增強(qiáng)相的絕緣紙自愈合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，解決了油浸式變壓器中纖維素絕緣紙容易產(chǎn)生微裂紋、電樹(shù)枝的問(wèn)題，具體技術(shù)方案如下：

2、一種基于纖維素納米晶體增強(qiáng)相的絕緣紙自愈合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，包括以下步驟：

3、(1)制備呋喃基改性紙漿懸濁液：將解離纖維素紙漿與無(wú)水n,n-二甲基甲酰胺在氮?dú)夥諊袛嚢?，并在超聲波下超聲后，加入糠醛和固體酸催化劑反應(yīng)，冷卻，將混合溶液置于離心機(jī)中，進(jìn)行高速離心去除固體酸，得呋喃基改性紙漿懸濁液；

4、(2)制備纖維素納米晶體：將解離纖維素紙漿脫水，并在水中機(jī)械攪拌后，洗滌至ph中性，冷凍干燥，收集纖維素納米晶體粉末保存，備用；

5、(3)制備馬來(lái)酰亞胺功能化纖維素納米晶體：先將所述纖維素納米晶體懸浮于無(wú)水n,n-二甲基甲酰胺中，再加入馬來(lái)酰亞胺和4-二甲氨基吡啶，在冰浴中冷卻，接著緩慢滴加含n,n'-二環(huán)己基碳二亞胺的無(wú)水n,n-二甲基甲酰胺溶液，室溫?cái)嚢韬筮M(jìn)行酸溶液沉淀和透析，最后冷凍干燥，即得所述馬來(lái)酰亞胺功能化纖維素納米晶體；

6、(4)制備自修復(fù)纖維素絕緣紙：先將所述馬來(lái)酰亞胺功能化纖維素納米晶體添加到去離子水中攪拌，得馬來(lái)酰亞胺功能化纖維素納米晶體懸浮液，再緩慢將所述馬來(lái)酰亞胺功能化纖維素納米晶體懸浮液加入到步驟(1)制得的呋喃基改性的纖維素紙漿懸濁液中，攪拌使其充分混合后，倒入紙頁(yè)成型器中過(guò)濾成濕紙，接著將所述濕紙熱壓、抽真空、真空干燥，最后將干燥成型的絕緣紙進(jìn)行壓光處理，即得所述自修復(fù)纖維素絕緣紙。

7、進(jìn)一步地，步驟(1)和步驟(2)中，所述解離纖維素紙漿的制備方法為：先將纖維素漿板分解為小塊后放入去離子水中浸泡，浸泡后在碎漿機(jī)中疏解，再放入打漿機(jī)中打漿至打漿度為40-50°sr，最后將打好的紙漿進(jìn)行解離，并加水使紙漿濃度為5-10％，即得所述解離纖維素紙漿。

8、進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述解離纖維素紙漿與無(wú)水n,n-二甲基甲酰胺的體積比為2-4:1；所述糠醛的加入量為所述解離纖維素紙漿質(zhì)量的10-20wt％，所述固體酸的加入量為所述解離纖維素紙漿質(zhì)量的1-5wt％。

9、進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述攪拌時(shí)間為1-2h，超聲時(shí)間為2-4h，反應(yīng)溫度為90-110℃，反應(yīng)時(shí)間為18-24h。

10、進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述機(jī)械攪拌水溫為45-55℃，攪拌時(shí)間為1-2h。

11、進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述纖維素納米晶體粉末的保存溫度為4-6℃。

12、進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述馬來(lái)酰亞胺的制備方法為：先將馬來(lái)酸酐溶解在乙酸溶液中，再加入溶解有β-丙氨酸的乙酸溶液室溫?cái)嚢?-5h，接著加入乙酸升溫至100-115℃攪拌10-15h，冷卻，用甲苯萃取并純化，即得所述馬來(lái)酰亞胺。

13、進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述冰浴中冷卻溫度為0℃，所述室溫?cái)嚢钑r(shí)間為20-24h。

14、進(jìn)一步地，步驟(4)中，所述馬來(lái)酰亞胺功能化纖維素納米晶體與去離子水的質(zhì)量比為1:10-20。

15、進(jìn)一步地，所述馬來(lái)酰亞胺功能化纖維素納米晶體懸浮液與所述呋喃基改性纖維素紙漿懸濁液的質(zhì)量比為1:5-10。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

17、1.本發(fā)明針對(duì)油浸式變壓器中纖維素絕緣紙容易產(chǎn)生微裂紋、電樹(shù)枝問(wèn)題，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，基于diels-alder可逆反應(yīng)提出了一種基于纖維素納米晶體增強(qiáng)相的絕緣紙自愈合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，其動(dòng)態(tài)特性使絕緣紙能夠在不需要外部維護(hù)的條件下對(duì)微裂紋、電樹(shù)枝進(jìn)行自愈，提高了變壓器固體絕緣的可靠性，延長(zhǎng)了變壓器的服役壽命。

18、2.本發(fā)明主要是通過(guò)纖維素長(zhǎng)鏈的呋喃基改性和添加馬來(lái)酰亞胺功能化的纖維素納米晶體來(lái)制備具有自修復(fù)功能網(wǎng)絡(luò)的絕緣紙，呋喃基團(tuán)和馬來(lái)酰亞胺基團(tuán)能夠進(jìn)行可逆的diels-alder反應(yīng)，在絕緣紙中形成自修復(fù)網(wǎng)絡(luò)，賦予了絕緣紙自修復(fù)功能。纖維素納米晶體的增強(qiáng)作用能夠保證修復(fù)過(guò)程中的絕緣紙結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且確保微裂紋、電樹(shù)枝損傷修復(fù)后的絕緣紙的機(jī)械強(qiáng)度和絕緣性能。這對(duì)促進(jìn)絕緣材料的發(fā)展、提高變壓器運(yùn)行可靠性、延長(zhǎng)其服役壽命，保障新型電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的理論指導(dǎo)意義和實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)特征：

1.一種基于纖維素納米晶體增強(qiáng)相的絕緣紙自愈合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于纖維素納米晶體增強(qiáng)相的絕緣紙自愈合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，其特征在于，步驟(1)和步驟(2)中，所述解離纖維素紙漿的制備方法為：先將纖維素漿板分解為小塊后放入去離子水中浸泡，浸泡后在碎漿機(jī)中疏解，再放入打漿機(jī)中打漿至打漿度為40-50°sr，最后將打好的紙漿進(jìn)行解離，并加水使紙漿濃度為5-10％，即得所述解離纖維素紙漿。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于纖維素納米晶體增強(qiáng)相的絕緣紙自愈合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，其特征在于，步驟(1)中，所述解離纖維素紙漿與無(wú)水n,n-二甲基甲酰胺的體積比為2-4:1；所述糠醛的加入量為所述解離纖維素紙漿質(zhì)量的10-20wt％，所述固體酸的加入量為所述解離纖維素紙漿質(zhì)量的1-5wt％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于纖維素納米晶體增強(qiáng)相的絕緣紙自愈合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，其特征在于，步驟(1)中，所述攪拌時(shí)間為1-2h，超聲時(shí)間為2-4h，反應(yīng)溫度為90-110℃，反應(yīng)時(shí)間為18-24h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于纖維素納米晶體增強(qiáng)相的絕緣紙自愈合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，其特征在于，步驟(2)中，所述機(jī)械攪拌水溫為45-55℃，攪拌時(shí)間為1-2h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于纖維素納米晶體增強(qiáng)相的絕緣紙自愈合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，其特征在于，步驟(2)中，所述纖維素納米晶體粉末的保存溫度為4-6℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于纖維素納米晶體增強(qiáng)相的絕緣紙自愈合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，其特征在于，步驟(3)中，所述馬來(lái)酰亞胺的制備方法為：先將馬來(lái)酸酐溶解在乙酸溶液中，再加入溶解有β-丙氨酸的乙酸溶液室溫?cái)嚢?-5h，接著加入乙酸升溫至100-115℃攪拌10-15h，冷卻，用甲苯萃取并純化，即得所述馬來(lái)酰亞胺。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于纖維素納米晶體增強(qiáng)相的絕緣紙自愈合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，其特征在于，步驟(3)中，所述冰浴中冷卻溫度為0℃，所述室溫?cái)嚢钑r(shí)間為20-24h。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于纖維素納米晶體增強(qiáng)相的絕緣紙自愈合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，其特征在于，步驟(4)中，所述馬來(lái)酰亞胺功能化纖維素納米晶體與去離子水的質(zhì)量比為1:10-20。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于纖維素納米晶體增強(qiáng)相的絕緣紙自愈合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，其特征在于，步驟(4)中，所述馬來(lái)酰亞胺功能化纖維素納米晶體懸浮液與所述呋喃基改性纖維素紙漿懸濁液的質(zhì)量比1:5-10。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于纖維素納米晶體增強(qiáng)相的絕緣紙自愈合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，涉及電力設(shè)備絕緣材料技術(shù)領(lǐng)域。步驟如下：(1)制備解離纖維素紙漿；(2)將解離纖維素紙漿與糠醛和固體酸催化劑反應(yīng)，得呋喃基改性紙漿懸濁液；(3)將解離纖維素紙漿脫水洗滌、冷凍干燥，得纖維素納米晶體(CNC)；(4)制備馬來(lái)酰亞胺；(5)將CNC與馬來(lái)酰亞胺反應(yīng)，得馬來(lái)酰亞胺功能化纖維素納米晶體(CNC?Mal)；(6)將CNC?Mal懸浮液加入呋喃基改性紙漿懸濁液中制成濕紙，熱壓，干燥，得自修復(fù)功能的纖維素絕緣紙。本發(fā)明首次將馬來(lái)酰亞胺功能化纖維素納米晶體和呋喃基改性纖維素相結(jié)合，構(gòu)建出具有自修復(fù)能力的絕緣紙，延長(zhǎng)了變壓器服役壽命，降低了維護(hù)成本和停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉捷豐,張鐿議,鄧軍,黃萍,賈鵬飛,王宇雷,王濤,胡旭初,何平,張煒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣西大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/24