本發(fā)明涉及納米纖維復(fù)合紙，特別是涉及一種高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱pbo納米絕緣復(fù)合紙及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的絕緣紙力學(xué)性能較差、導(dǎo)熱性能不佳，難以滿足電氣工程未來(lái)發(fā)展的需求。聚對(duì)苯撐苯并二噁唑(pbo)纖維具有突出的熱分解溫度(650℃)、極高的拉伸強(qiáng)度(5.8gpa)和優(yōu)異的阻燃性能(極限氧指數(shù)為68)，被譽(yù)為超級(jí)纖維。

2、由pbo纖維衍生的pbo納米纖維，在航空航天、電子信息和5g通訊等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，pbo納米纖維間相互作用較差，且其與云母片、蒙脫土等無(wú)機(jī)填料相容性較差，限制了其更廣闊的應(yīng)用。目前，鮮有關(guān)于pbo納米絕緣復(fù)合紙的報(bào)道，如何改善pbo納米纖維間相互作用，提高納米纖維網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，仍是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱pbo納米絕緣復(fù)合紙及其制備方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明技術(shù)方案之一：提供一種高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱pbo納米絕緣復(fù)合紙，按質(zhì)量份計(jì)，原料包括：

4、pbo纖維80～100份、云母片10～60份、殼聚糖2～5份、無(wú)水硫酸鈉4～8份、甲基磺酸300～500份和三氟乙酸300～500份。

5、本發(fā)明技術(shù)方案之二：提供一種上述高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱pbo納米絕緣復(fù)合紙的制備方法，步驟包括：

6、將pbo纖維加入甲基磺酸和三氟乙酸的混合酸液中，經(jīng)攪拌，得到pbo纖維分散液；

7、將殼聚糖、云母片和無(wú)水硫酸鈉分散于所述pbo納米纖維分散液中，均質(zhì)后靜置，得到云母片/pbo納米復(fù)合酸凝膠；

8、將所述云母片/pbo納米復(fù)合酸凝膠浸于水中進(jìn)行溶劑交換，得到納米復(fù)合水凝膠；

9、將所述納米復(fù)合水凝膠經(jīng)熱壓得到所述pbo納米絕緣復(fù)合紙。

10、進(jìn)一步的，所述攪拌為磁力攪拌，時(shí)間為48～96h，優(yōu)選為72h。

11、目的在于，使pbo纖維在該混合酸中形成穩(wěn)定的pbo納米纖維分散液。

12、進(jìn)一步的，所述均質(zhì)的轉(zhuǎn)速為10000～18000rpm，時(shí)間為20～60min，優(yōu)選為，轉(zhuǎn)速15000～18000rpm，時(shí)間30～50min。

13、進(jìn)一步的，所述靜置的時(shí)間為10～30h，優(yōu)選為20～30h。

14、均質(zhì)后得到的為云母片/pbo納米復(fù)合酸溶膠，經(jīng)過(guò)室溫靜置將云母片/pbo納米復(fù)合酸溶膠轉(zhuǎn)化為酸凝膠。

15、進(jìn)一步的，所述溶劑交換的步驟重復(fù)至少一次，優(yōu)選為6～10次，更優(yōu)選為8～10次。

16、優(yōu)選的，每次溶劑交換的時(shí)間為2h。

17、溶劑交換過(guò)程是將云母片/pbo納米復(fù)合酸凝膠浸泡在去離子水，期間三氟乙酸/甲基磺酸混合酸與去離子水發(fā)生溶劑交換，至溶液呈中性時(shí)，得到云母片/pbo納米復(fù)合水凝膠。

18、進(jìn)一步的，所述熱壓的壓力為0.1～0.3mpa，溫度為60～80℃，時(shí)間為15～30h，優(yōu)選為，壓力0.2～0.3mpa，溫度70～80℃，時(shí)間20～30h。

19、本發(fā)明在pbo納米纖維分散液中引入云母片、殼聚糖和無(wú)水硫酸鈉：通過(guò)引入云母片阻礙結(jié)構(gòu)中載流子的遷移，提高其絕緣性能；殼聚糖的引入改善了pbo納米纖維與云母片的界面相容性，減少云母片的團(tuán)聚現(xiàn)象，增強(qiáng)其力學(xué)性能，且降低pbo納米纖維與云母片間的界面熱障，減少聲子的散射，提高其導(dǎo)熱性能；同時(shí)，無(wú)水硫酸鈉中的硫酸根離子可以吸收pbo納米纖維中的氫離子，進(jìn)一步提高其相互間的π-π相互作用，促進(jìn)其形成凝膠。從而提升了本發(fā)明制備的pbo納米絕緣復(fù)合紙的力學(xué)性能、導(dǎo)熱性能和絕緣性能。

20、本發(fā)明技術(shù)方案之三：提供一種提升pbo納米絕緣復(fù)合紙中pbo納米纖維與無(wú)機(jī)填料相容性的方法，步驟包括：

21、將pbo纖維加入甲基磺酸和三氟乙酸的混合酸液中，經(jīng)攪拌，得到pbo纖維分散液；

22、將殼聚糖、云母片和無(wú)水硫酸鈉分散于所述pbo納米纖維分散液中，均質(zhì)后靜置，得到云母片/pbo納米復(fù)合酸凝膠；

23、將所述云母片/pbo納米復(fù)合酸凝膠浸于水中進(jìn)行溶劑交換，得到納米復(fù)合水凝膠；

24、將所述納米復(fù)合水凝膠經(jīng)熱壓得到所述pbo納米絕緣復(fù)合紙。

25、進(jìn)一步的，所述攪拌為磁力攪拌，時(shí)間為48～96h，優(yōu)選為72h。

26、進(jìn)一步的，所述均質(zhì)的轉(zhuǎn)速為10000～18000rpm，時(shí)間為20～60min，優(yōu)選為，轉(zhuǎn)速15000～18000rpm，時(shí)間30～50min。

27、進(jìn)一步的，所述靜置的時(shí)間為10～30h，優(yōu)選為20～30h。

28、進(jìn)一步的，所述溶劑交換的步驟重復(fù)至少一次，優(yōu)選為6～10次，更優(yōu)選為8～10次。

29、優(yōu)選的，每次溶劑交換的時(shí)間為2h。

30、進(jìn)一步的，所述熱壓的壓力為0.1～0.3mpa，溫度為60～80℃，時(shí)間為15～30h，優(yōu)選為，壓力0.2～0.3mpa，溫度70～80℃，時(shí)間20～30h。

31、進(jìn)一步的，所述pbo纖維與云母片的質(zhì)量比為8～10:1～6，優(yōu)選為，9～10:1～4。

32、進(jìn)一步的，所述pbo纖維與殼聚糖的質(zhì)量比為80～100:2～5，優(yōu)選為，90～100:3～5。

33、進(jìn)一步的，所述pbo纖維與無(wú)水硫酸鈉的質(zhì)量比為20～25:1～2，優(yōu)選為，90～100:5～8。

34、進(jìn)一步的，所述混合酸液中甲基磺酸和三氟乙酸的質(zhì)量比為3～5:3～5。

35、進(jìn)一步的，所述pbo纖維與混合酸液的質(zhì)量比為4～5:30～50，優(yōu)選為，9～10:80～100。

36、本發(fā)明技術(shù)方案之四：提供一種上述高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱pbo納米絕緣復(fù)合紙?jiān)陔姎夤こ讨械膽?yīng)用。

37、本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

38、本發(fā)明使用無(wú)水硫酸鈉對(duì)pbo納米纖維進(jìn)行改性，硫酸根離子能夠降低的pbo納米纖維之間的靜電排斥力，提高pbo納米纖維間的π-π相互作用，促進(jìn)其凝膠。通過(guò)引入云母片阻礙結(jié)構(gòu)中載流子的遷移，提高其絕緣性能；殼聚糖的引入改善了pbo納米纖維與云母片的界面相容性，減少云母片的團(tuán)聚現(xiàn)象，增強(qiáng)其力學(xué)性能，且降低pbo納米纖維與云母片間的界面熱障，減少聲子的散射，提高其導(dǎo)熱性能?；诖耍景l(fā)明制備的pbo納米絕緣復(fù)合紙具有優(yōu)異的力學(xué)性能、導(dǎo)熱性能和絕緣性能。實(shí)例結(jié)果表明，本發(fā)明提供的pbo納米絕緣復(fù)合紙的拉伸強(qiáng)度為143.9～295.9mpa、熱導(dǎo)率為2.8～4.3w/(m·k)、體積電阻率為1.3～6.0ω·cm、電擊穿強(qiáng)度為96～153kv/mm。

39、本發(fā)明提供了上述高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱pbo納米絕緣復(fù)合紙的制備方法。首先將適量pbo纖維放入甲基磺酸/三氟乙酸混合酸，磁力攪拌后得到pbo納米纖維分散液。然后，將殼聚糖、云母片和無(wú)水硫酸鈉依次分散于pbo納米纖維分散液中，通過(guò)高速勻質(zhì)機(jī)攪拌得到云母片/pbo納米復(fù)合酸溶膠，室溫靜置一段時(shí)間后獲得云母片/pbo納米復(fù)合酸凝膠。最后，將云母片/pbo納米復(fù)合酸凝膠浸泡在去離子水中進(jìn)行溶劑交換得到納米復(fù)合水凝膠，進(jìn)一步通過(guò)熱壓法得到pbo納米絕緣復(fù)合紙。

40、本發(fā)明提供的制備方法操作簡(jiǎn)單，適合工業(yè)化批量生產(chǎn)，且得到的高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱pbo納米絕緣復(fù)合紙有望應(yīng)用于一些極端的電氣工程環(huán)境。