阅读说明：本技术 一种树脂复合型绝缘云母纸及其制备方法 (Resin composite insulation mica paper and preparation method thereof ) 是由 吴海峰 赵建虎 张永平 陈战胜 姜志 于 2020-04-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种树脂复合型绝缘云母纸,包括组合云母纸层,其组合云母纸层中包括层叠的两层细粒径云母单片层和一层粗粒径云母单片层,其作为中间层的第二细粒径云母单片层上开点阵通孔,并在两面利用硅烷偶联剂改性并施胶,其胶层中通过芳纶纤维和纳米高导热无机颗粒增强,并在表层的第一细粒径云母单片层表面成型通过纳米高导热无机颗粒填充的补强树脂膜层。其制备时先分别制备三层云母单片层,然后对第二细粒径云母单片层进行处理,并依次叠层预成型,并在预成型后通过热压定型后收卷、裁边得到成品。本发明制得的云母纸在保持云母纸介电性能的同时能有效提高其机械强度和韧性,并具有高导热与高透气性能。(The invention discloses resin composite insulating mica paper, which comprises a composite mica paper layer, wherein the composite mica paper layer comprises two fine-grain-size mica single-sheet layers and one coarse-grain-size mica single-sheet layer which are stacked, a second fine-grain-size mica single-sheet layer serving as a middle layer is provided with dot-array through holes, the two surfaces of the second fine-grain-size mica single-sheet layer are modified and glued by a silane coupling agent, an adhesive layer is reinforced by aramid fibers and nano high-thermal-conductivity inorganic particles, and a reinforcing resin film layer filled with the nano high-thermal-conductivity inorganic particles is formed on the surface of the first fine-grain-size mica single-sheet layer of the surface. The preparation method comprises the steps of respectively preparing three mica single-sheet layers, processing the second fine-particle-size mica single-sheet layer, sequentially laminating and preforming, and rolling and cutting edges after hot-press forming to obtain the finished product. The mica paper prepared by the method can effectively improve the mechanical strength and toughness while keeping the dielectric property of the mica paper, and has high heat conduction and high air permeability.)

一种树脂复合型绝缘云母纸及其制备方法

技术领域

本发明涉及绝缘云母制品领域，具体为一种具有较佳物理性能的树脂复合型绝缘云母纸及其制备方法。

背景技术

云母纸产品作为目前云母最广泛的应用途径之一，由云母片原料通过破碎、打浆、抄造制成的云母纸往往具备片云母制品相对应品类的绝大部分性能，工业上被广泛用于电缆、大型机电设备中的绝缘材料，其具有电气强度高，介质损耗低，表面电阻和体积电阻高的电气性能，同时也具有高绝缘、抗电晕、耐酸碱、抗辐射、化学稳定性、富有弹性、高剥离性、耐剪切力和抗张强度大等优异的理化性能。

随着大型电机的集成化发展，特别是风电、核电、高铁牵引电机等设备都要求电机体积小、绝缘强度高、使用寿命长、安全可靠，因此对云母纸的尺寸或者某些理化性能提出了更高的要求，其中一项主要的性能指标就是物理强度，其对外表现为韧性、抗拉压、耐磨损、耐弯折以及抗冲击，而直接由云母片制得的云母纸的机械强度以及韧性都不好，不能满足领域行业日益增长的应用需求。

在现有技术中，也有对云母纸进行强化处理的，常用的强化处理的主要方法是通过施胶结构来改进云母纸物理结构的产品，但是其结构设计不尽合理，其产品都是通过牺牲部分电学性能来获得物理性能的，难于满足高绝缘条件的工艺性要求；也有云母纸表面进行喷胶加强的，但是这种喷胶加强的云母纸，其喷胶层通常都是成型于云母纸的表面，仅在云母纸的单面或者双面进行加强，无法提高云母纸的内部强度。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种树脂复合型绝缘云母纸及其制备方法，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种树脂复合型绝缘云母纸，包括组合云母纸层，所述组合云母纸层包括依次层叠的第一细粒径云母单片层、第二细粒径云母单片层以及粗粒径云母单片层，所述第二细粒径云母单片层两面利用硅烷偶联剂进行改性，并在两侧表面成型有树脂胶粘剂层；所述第二细粒径云母单片层的表面开点阵通孔，而在所述第一细粒径云母单片层的表面则成型有一层补强树脂膜层；

所述树脂胶粘剂层中通过7～9wt％的芳纶纤维进行增强，并填充有0.5～0.8wt％纳米高导热无机颗粒；所述补强树脂膜层为一层环氧树脂膜材，通过热压方式成型于第一细粒径云母单片层的表面，其树脂层内填充有0.5～3wt％的纳米高导热无机颗粒。

作为进一步限定，所述第一细粒径云母单片层与所述第二细粒径云母单片层中的云母鳞片粒径为-80目～+200目，而粗粒径云母单片层中的云母鳞片粒径为-60～+80目，且所述粗粒径云母单片层中云母定量为70～80g/m²。

作为进一步限定，所述组合云母纸层中的各云母单片层均为水剥分离出的云母鳞片抄造的非煅烧云母纸。

作为进一步限定，所述第二细粒径云母单片层两侧的树脂胶粘剂层的施胶量之和为单位面积内云母含量的15～20wt％。

作为进一步限定，所述补强树脂膜层的厚度为0.03～0.12mm，且优选厚度为0.05～0.07mm。

作为进一步限定，所述芳纶纤维为单丝长度为4～7mm，纤度为1～1.5D的短切间位芳纶纤维。

作为进一步限定，所述第二细粒径云母单片层的表面所开点阵通孔的单孔直径为3～5mm，且所述点阵通孔的单位面积之和为对应细粒径云母单片层单位面积的25～35％。

作为进一步限定，所述树脂胶粘剂层与所述补强树脂膜层中采用的树脂基材为双酚A型环氧树脂E44、E51、E20以及酚醛型环氧树脂F44、F51中的一种或组合。

作为进一步限定，所述纳米高导热无机颗粒为粒径为50～200nm的BeO、Al₂O₃、NiO、AlN、BN、SiC、BC中的一种或者组合物。

一种树脂复合型绝缘云母纸的制备方法，具体包括以下操作步骤：

S1、选择天然白云母与天然金云母作为原料，依次进行水洗、烘干得到干云母片，将上述干云母片利用高压水力破碎机中利用水力破碎剥分成云母鳞片，将破碎后的云母鳞片进行洗涤和过滤筛分，筛选出符合粒径条件的两组云母鳞片，烘干后得到非煅烧云母生粉；

S2、将云母生粉作为原料，利用圆网云母纸机抄造成第一细粒径云母单片层、第二细粒径云母单片层以及粗粒径云母单片层，抄造过程中通过控制浆料浓度来控制对应云母单片层的厚度；

S3、将第二细粒径云母单片层用平面压孔机在其纸张表面压孔获得带点阵通孔的第二细粒径云母单片层，将打孔后的第二细粒径云母单片层用硅烷偶联剂进行双面改性处理；

S4、将纳米高导热无机颗粒与树脂基材共混，经双螺杆挤出机挤出，造粒，粉碎，过筛，得到粉末状的纳米改性树脂胶粘剂粉末；将纳米高导热无机颗粒与树脂基材共混，加入助剂和水混合均匀后进行热处理后制成环氧树脂膜材；

S5、将第一细粒径云母单片层、第二细粒径云母单片层以及粗粒径云母单片层分别上卷，以粗粒径云母单片层为基材层，在其表面均匀喷洒树脂胶粘剂粉末以及芳纶纤维，喷洒完成后叠放第二细粒径云母单片层，然后在其表面再次均匀喷洒树脂胶粘剂粉末以及芳纶纤维，喷洒时控制喷洒量和比例关系，然后在第二细粒径云母单片层表面叠放第一细粒径云母单片层；

S6、将步骤S5制得的叠合云母纸层进行预热使树脂胶粘剂粉末熔融，然后在第一细粒径云母单片层表面叠放环氧树脂膜材，在热压辊的热压作用下复合形成云母纸坯料；

S7、对树脂复合型绝缘云母纸坯料进行收卷、裁边处理后即得成品树脂复合型绝缘云母纸。

作为进一步限定，所述助剂为增韧剂和/或固化添加剂，所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物中的一种或者组合，用量为0～3wt％；而所述固化添加剂为水玻璃和/或氢氧化钠，用量为0～0.05wt％。

作为进一步限定，步骤S7中进行热压辊热压时，热压温度为120～130℃，热压压力为12～16MPa，热压时间为30～45min。

有益效果：本发明的树脂复合型绝缘云母纸通过不同粒径的云母单片层进行组合，配合带纳米高导热无机颗粒的树脂层结构能使得云母纸内部形成大量的孔隙通道，具有优异的耐高温性、透气性和浸透性，有利于提高VPI绝缘处理工艺的处理时间，并提高绝缘致密性；而带点阵通孔并通过硅烷偶联剂改性处理的中间云母纸层结构能有利于树脂层与云母纸层的复合，并对填充胶层进行优化，使得芳纶纤维增强结构能搭接三层云母单片层，使得成品云母纸具有良好的柔韧性，高强度、高耐磨、抗撕裂性能。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的结构示意图。

其中：1、补强树脂膜层；2、第一细粒径云母单片层；3、第二细粒径云母单片层；4、粗粒径云母单片层；5、点阵通孔。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

在下述实施例中，本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

参见图1的树脂复合型绝缘云母纸的实施例，在本实施例中，云母纸自上而下包括一层补强树脂膜层1、第一细粒径云母单片层2、第二细粒径云母单片层3以及粗粒径云母单片层4，其中，第一细粒径云母单片层2、第二细粒径云母单片层3以及粗粒径云母单片层4均为水剥分离出的云母鳞片抄造的非煅烧云母纸，粗粒径云母单片层4在成型时的云母定量为75g/m²，第一细粒径云母单片层2与第二细粒径云母单片层3在成型时的云母定量为45g/m²。

粗粒径云母单片层4以粒径为-60～+80目的云母鳞片作为原料抄造制成，而第一细粒径云母单片层2和第二细粒径云母单片层3利用粒径为-80目～+200目的云母鳞片作为原料抄造制成，且在第二细粒径云母单片层3上还成型有阵列状的点阵通孔5，这些点阵通孔5的单孔直径为4mm，控制点阵通孔5的设置密度，使得单位长度内的点阵通孔5的面积之和为对应第二细粒径云母单片层3单位长度的面积的30％。

在第一细粒径云母单片层2与粗粒径云母单片层4之间填充有树脂胶粘剂，且该树脂胶粘剂均匀填充于第一细粒径云母单片层2与第二细粒径云母单片层3以及第二细粒径云母单片层3与粗粒径云母单片层4之间的间隙以及第二细粒径云母单片层3之间的点阵通孔5中，且在该树脂胶粘剂中包括7～9wt％的单丝长度为4～7mm，纤度为1D的芳纶纤维以及0.5～0.8wt％纳米高导热无机颗粒，且树脂胶粘剂的施胶量之和为单位面积内云母含量的15～20wt％；同时，在第一细粒径云母单片层2的表面成型的补强树脂膜层1中填充有0.5～3wt％的纳米高导热无机颗粒，且该补强树脂膜层1的厚度为0.03～0.12mm。

在本实施例中，补强树脂膜层1和树脂胶粘剂中中采用的树脂基材均为双酚A型环氧树脂E44、E51的质量比2:1的混合物树脂，而纳米高导热无机颗粒选用粒径为50～70nm的Al₂O₃、AlN和SiC的质量比3:1:1的混合物粉末。

在其他实施例中，树脂胶粘剂层和补强树脂膜层1中也采用的树脂基材为双酚A型环氧树脂E44、E51、E20以及酚醛型环氧树脂F44、F51中的一种或组合制成，其性能差异仅在于基于树脂基础性能的理化性能的差异，可通过对应的树脂性能和比例预测出相应的性能差异；而纳米高导热无机颗粒也可采用粒径为50～200nm的BeO、Al₂O₃、NiO、AlN、BN、SiC、BC中的一种或者组合物，其性能区别也仅在于基于不同粒径和种类的纳米高导热无机颗粒的原料本身的成本和热导性能的差异，亦可以通过现有技术推导出相应的性能差异。

具有上述实施例结构的树脂复合型绝缘云母纸通过以下方法制备：

选择天然白云母与天然金云母作为原料，依次进行水洗、烘干得到干云母片，将上述干云母片利用高压水力破碎机中利用水力破碎剥分成云母鳞片，将破碎后的云母鳞片进行洗涤和过滤筛分，筛分出粒径为-60～+80目的粗粒径云母鳞片和粒径为-80目～+200目的细粒径云母鳞片，将分类并进行烘干后得到非煅烧云母生粉；

利用上述云母生粉作为原料，利用圆网造纸机分别抄造成第一细粒径云母单片层2、第二细粒径云母单片层3以及粗粒径云母单片层4，控制第一细粒径云母单片层2与第二细粒径云母单片层3的云母定量为45g/m²，而粗粒径云母单片层4的云母定量为75g/m²，将第二细粒径云母单片层3用平面压孔机在其纸张表面压孔，调整平面压孔机的压孔孔径以及压孔间距，使得第二细粒径云母单片层3上点阵通孔5的单孔直径为4mm，单位长度内的点阵通孔5的面积之和为对应第二细粒径云母单片层3单位长度的面积的30％；然后将打孔后的第二细粒径云母单片层用硅烷偶联剂进行双面改性处理。

将不同比例的纳米高导热无机颗粒与树脂基材共混，经双螺杆挤出机挤出，造粒，粉碎，过筛，得到粉末状的纳米改性的树脂胶粘剂粉末，同时，将不同比例的高导热无机颗粒与树脂基材共混，加入2wt％的甲基丙烯酸甲酯作为增韧剂进行树脂基材的增韧，并添加0.03wt％的水玻璃来作为固化添加剂来提高固化速率。

将第一细粒径云母单片层2、第二细粒径云母单片层3以及粗粒径云母单片层4分别上卷，以粗粒径云母单片层4为基材层，在其表面均匀喷洒树脂胶粘剂粉末以及芳纶纤维，喷洒完成后叠放第二细粒径云母单片层3，然后在其表面再次均匀喷洒树脂胶粘剂粉末以及芳纶纤维，喷洒时控制喷洒量，控制树脂胶粘剂的施胶量，并调整芳纶纤维与树脂胶粘剂的施用比例关系，然后在第二细粒径云母单片层3表面叠放第一细粒径云母单片层2形成叠合云母纸层，将该叠合云母纸层送入隧道炉中，进行预热并使树脂胶粘剂粉末熔融，然后在第一细粒径云母单片层2的表面叠放不同厚度的环氧树脂膜材1，利用热压辊在热压温度125℃，热压压力14.5MPa的条件下，热压处理30min，即得到云母纸坯料，收卷、裁边处理后即得成品树脂复合型绝缘云母纸。

利用上述方法均可制得本发明的结构特征的树脂复合型绝缘云母纸，在上述工艺条件下，以树脂胶粘剂的施胶量、芳纶纤维、纳米高导热无机颗粒在树脂胶粘剂中的掺加量以及补强树脂膜层1的厚度在范围值的变化值作为变量，制作八组树脂复合型绝缘云母纸，并将这八组树脂复合型绝缘云母纸与市面上出售的具有相同云母定量、树脂胶粘剂施胶量和相近比例芳纶纤维增强的普通环氧云母纸作为对比组进行技术参数对比，其结果如下表所示：

由上表中的数据可以看出，在实施例的技术方案条件下制得的树脂复合型绝缘云母纸，与市售具有相同云母定量和树脂胶粘剂施胶量和类似加强芳纶纤维比例的普通环氧云母纸相比，其在能保持介电性能类似和少许增加的情况下，其以拉升性能为代表的物理强度具有小幅提升，挥发率降低，且透气性、挺度和导热率均显著优于市售普通环氧云母纸。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。