本發(fā)明屬于防電暈絕緣材料，特別涉及一種珍珠層狀蒙脫土基無機絕緣薄膜的制備方法。

背景技術：

1、隨著我國現(xiàn)代化電力系統(tǒng)和深空探測領域的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代電氣設備正快速向小型化和大功率化方向演進。這一趨勢對電氣絕緣材料提出了更為嚴格的要求，尤其是在絕緣可靠性方面。盡管傳統(tǒng)材料如金屬、陶瓷、云母紙和聚合物在極端環(huán)境下的應用和開發(fā)已有研究，但它們各自存在局限性。金屬和陶瓷材料雖然力學性能出色且耐受極端環(huán)境，但金屬因密度高而受限，陶瓷則因脆性大難以塑形。另一方面，云母紙雖然具有優(yōu)良的電絕緣性能、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，但是微觀均勻性差，微觀組分之間的應力傳遞效率低，導致力學性能和介電強度仍然不足，且厚度過大，不適合用于小型化的大功率電氣設備。聚合物材料雖然均勻、輕質、厚度薄且具有良好的延展性，但普遍存在防電暈能力不足的問題。自然界選擇的材料因其在進化過程中的不斷優(yōu)化，經常被視為高性能和高效率解決方案的靈感來源。通過深入研究自然界中的生物材料的形成機制和自組裝過程，開發(fā)出既具有優(yōu)異性能又符合可持續(xù)發(fā)展要求的新型結構材料至關重要。

技術實現(xiàn)思路

1、為克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種珍珠層狀蒙脫土基無機絕緣薄膜的制備方法，針對現(xiàn)有技術中存在的不足，以調控二維納米材料結構的取向度、有序性、致密性和界面相互作用為研究思路，采用典型的天然二維層狀納米材料蒙脫土，利用真空輔助自組裝及熱力耦合技術，制備出具有非線性電導特性的無機絕緣薄膜，具有較高的防電暈特性。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種珍珠層狀蒙脫土基無機絕緣薄膜的制備方法，包括以下步驟：

3、步驟1，準備如下制備原料：蒙脫土、n-甲基-2-吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏氟乙烯-六氟丙烯；

4、步驟2，二維納米蒙脫土分散液的制備；

5、步驟3，聚偏氟乙烯-六氟丙烯的包覆；

6、步驟4，無機絕緣薄膜的成型；

7、步驟5，無機絕緣薄膜的干燥；

8、步驟6，無機絕緣薄膜的熱力耦合處理。

9、所述步驟1，蒙脫土為未經剝離的鈉基蒙脫土原料。

10、所述步驟2，二維納米蒙脫土分散液是通過化學-機械剝離法制備得到，具體步驟為：

11、將1.5-2.5g蒙脫土原料溶于300-500ml的n-甲基-2-吡咯烷酮溶液中磁力攪拌10-20min，得到蒙脫土分散液，然后緩慢加入18-30g聚乙烯吡咯烷酮，繼續(xù)攪拌12-20h，然后靜置48-72h，取上清液，得到二維納米蒙脫土分散液。

12、所述的蒙脫土原料提前在80-90℃鼓風干燥箱中烘干處理6-8h，以去除殘余水分。

13、所述的磁力攪拌的速度為3000-3200rpm。

14、所述的聚乙烯吡咯烷酮平均分成三等分，每份間隔5-7min緩慢加入。

15、所述的步驟3，聚偏氟乙烯-六氟丙烯的包覆是在二維納米蒙脫土分散液中加入納米蒙脫土質量1%-5%的聚偏氟乙烯-六氟丙烯，然后超聲處理30-40min，繼續(xù)攪拌1-2h，得到聚偏氟乙烯-六氟丙烯包覆的二維納米蒙脫土分散液。

16、所述的步驟4，無機絕緣薄膜的成型是采用真空抽濾裝置對聚偏氟乙烯-六氟丙烯包覆的二維納米蒙脫土分散液進行抽濾，利用液體的定向流速作用，對納米片進行取向，使其平行的排列在平均孔徑為220μm的濾紙上，得到濕潤的無機絕緣薄膜。

17、所述的步驟5，無機絕緣薄膜的干燥處理是將濕潤的薄膜置于80-90℃的鼓風干燥箱中烘干6-8h。

18、所述的步驟6，無機絕緣薄膜的熱力耦合處理是將步驟5干燥后的薄膜置于熱壓機上，在溫度為180-200℃，壓力為18-20mpa條件下，熱壓30-50min，最終得到具有珍珠層狀結構的蒙脫土無機絕緣薄膜。

19、本發(fā)明采用仿生制造策略，有望逐步取代傳統(tǒng)的絕緣材料制造方法。這種策略的核心在于模仿自然界中生物材料的層次結構和界面相互作用，以此來實現(xiàn)人工材料的多功能化。通過精心設計材料的微觀結構，可以顯著提升材料性能。在這一過程中，利用具有不同功能的納米主體材料，賦予了復合材料更加智能化的特性，而且這種策略具有很好的普適性，可以更好的運用在二維納米材料上；通過精確控制二維納米材料的排列和分布，可以有效地優(yōu)化復合材料的力學性能、熱穩(wěn)定性、電導性等關鍵性質，從而推動高性能復合材料的發(fā)展。例如，導電性能卓越的石墨烯和具有阻燃特性的蒙脫土納米片等材料，可以被用作增強相，它們不僅增強了基礎材料的力學性能，還提供了額外的功能，如電導性或阻燃性。這種智能功能性的實現(xiàn)，依賴于納米材料與基體之間的協(xié)同效應，以及納米尺度上的界面工程。通過精確控制納米組分的分散性、界面相容性和相互作用力，可以優(yōu)化復合材料的整體性能，使其在特定的應用環(huán)境中表現(xiàn)出色。

20、本發(fā)明的有益效果是：

21、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過真空輔助自主裝與熱力耦合相結合，構建仿珍珠層狀結構，同時在成膜過程中加入聚偏氟乙烯-六氟丙烯，增加納米片層間作用，減少缺陷，制備出具有非線性電導特性的防電暈無機絕緣薄膜。真空輔助自組裝可以提高納米片的取向度，最大發(fā)揮納米片的二維特性，二維納米的平行堆疊排列，使垂直于納米片解理面的介電強度最大化。熱力耦合技術可以進一步增加片層之間致密性，提高材料的絕緣特性。通過上述處理，本發(fā)明最終獲得的仿珍珠層狀結構的無機絕緣薄膜，非線性系數(shù)可以達到10.66，擊穿場強最高為224.3kv/mm，在80kv/mm的場強下耐電暈時間達到1287.6min。通過調整聚偏氟乙烯-六氟丙烯的含量可以改變薄膜的電導率和非線性系數(shù)，因此可應用在不同實際場合中。

技術特征：

1.一種珍珠層狀蒙脫土基無機絕緣薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種珍珠層狀蒙脫土基無機絕緣薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟1，蒙脫土為未經剝離的鈉基蒙脫土原料。

3.根據權利要求1所述的一種珍珠層狀蒙脫土基無機絕緣薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟2，二維納米蒙脫土分散液是通過化學-機械剝離法制備得到，具體步驟為：

4.根據權利要求3所述的一種珍珠層狀蒙脫土基無機絕緣薄膜的制備方法，其特征在于，所述的蒙脫土原料提前在80-90℃鼓風干燥箱中烘干處理6-8h，以去除殘余水分。

5.根據權利要求3所述的一種珍珠層狀蒙脫土基無機絕緣薄膜的制備方法，其特征在于，所述的磁力攪拌的速度為3000-3200rpm。

6.根據權利要求2所述的一種珍珠層狀蒙脫土基無機絕緣薄膜的制備方法，其特征在于，所述的聚乙烯吡咯烷酮平均分成三等分，每份間隔5min緩慢加入。

7.根據權利要求1所述的一種珍珠層狀蒙脫土基無機絕緣薄膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟3，聚偏氟乙烯-六氟丙烯的包覆是在二維納米蒙脫土分散液中加入納米蒙脫土質量1%-5%的聚偏氟乙烯-六氟丙烯，然后超聲處理30-40min，繼續(xù)攪拌1-2h，得到聚偏氟乙烯-六氟丙烯包覆的二維納米蒙脫土分散液。

8.根據權利要求1所述的一種珍珠層狀蒙脫土基無機絕緣薄膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟4，無機絕緣薄膜的成型是采用真空抽濾裝置對聚偏氟乙烯-六氟丙烯包覆的二維納米蒙脫土分散液進行抽濾，利用液體的定向流速作用，對納米片進行取向，使其平行的排列在平均孔徑為220μm的濾紙上，得到濕潤的無機絕緣薄膜。

9.根據權利要求1所述的一種珍珠層狀蒙脫土基無機絕緣薄膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟5，無機絕緣薄膜的干燥處理是將濕潤的薄膜置于80-90℃的鼓風干燥箱中烘干6-8h。

10.根據權利要求1所述的一種珍珠層狀蒙脫土基無機絕緣薄膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟6，無機絕緣薄膜的熱力耦合處理是將步驟5干燥后的薄膜置于熱壓機上，在溫度為180-200℃，壓力為18-20mpa條件下，熱壓30-50min，最終得到具有珍珠層狀結構的蒙脫土無機絕緣薄膜。

技術總結
一種珍珠層狀蒙脫土基無機絕緣薄膜的制備方法，步驟1，準備如下制備原料：蒙脫土、N?甲基?2?吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏氟乙烯?六氟丙烯；步驟2，二維納米蒙脫土分散液的制備；步驟3，聚偏氟乙烯?六氟丙烯的包覆；步驟4，無機絕緣薄膜的成型；步驟5，無機絕緣薄膜的干燥；步驟6，無機絕緣薄膜的熱力耦合處理；該材料具有卓越的電氣絕緣性能，非線性系數(shù)高達10.66，擊穿場強可達224.3kV/mm，且在80kV/mm的高電場下，耐電暈時間長達1287.6min。通過調整聚偏氟乙烯?六氟丙烯的含量，可靈活調節(jié)材料的電導率和非線性系數(shù)，使其適應多樣化的應用需求。

技術研發(fā)人員：劉曉旭,孫家明,李文杰
受保護的技術使用者：陜西科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23