【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料，具体是一种芳纶复合绝缘纸及其制备方法。
技术介绍
1、聚合物基柔性绝缘纸由于其相对于金属或陶瓷材料的突出优势，以及低成本、易于加工、优异的柔韧性和轻量化被广泛应用于诸如柔性电子、电气绝缘、轨道交通等重要领域。其中，芳纶绝缘纸因其稳定的化学结构而具有优良的电绝缘性能、耐电压击穿性能和良好的机械性能并受到广泛关注。然而，芳纶绝缘纸固有的低导热性，无法及时到处设备产生的高密度热流，极大影响设备的工作效率和使用寿命。因此，提升芳纶绝缘纸的热导率迫在眉睫。
2、改善绝缘纸导热性的方法通常通过加入高效导热填料。碳纳米管、石墨烯、银粒子和纳米线作为良好的导热填料，使绝缘纸的导热性能得到了改善。但其电绝缘性差，制约了其在电子领域的应用。另一类陶瓷导热填料，如氧化铝、碳化硅、氮化硼等。在各种可能性中，2d氮化硼纳米片（bnns）凭借宽带隙和出色的二维声子输运特性，是最有效的提升导热系数方法之一。然而，由于bnns和芳纶的成分和结构不同，界面缺陷问题严重限制了复合绝缘纸的进一步发展。
3、综上，针对芳纶绝缘纸热导率低无法满足当前电气设备进一步发展需求的问题，亟需开发一种高导热芳纶绝缘纸。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种芳纶复合绝缘纸及其制备方法，本专利技术提供的芳纶复合绝缘纸是基于氮化硼纳米片（bnns）和芳纶纳米纤维（anf）复合的纤维毡沉积氮化硼纳米球的芳纶复合绝缘纸，其在具有优异绝缘性能的同时具有高的导热性能。p>
2、本专利技术提供了一种芳纶复合绝缘纸，包括：纤维毡和沉积在所述纤维毡上的氮化硼纳米球；所述纤维毡和所述氮化硼纳米球的质量比为（6~9）：（1~4）；所述纤维毡由质量比为（11~79）：100的氮化硼纳米片和芳纶纳米纤维构成。
3、本专利技术提供的芳纶复合绝缘纸包括由质量比为（11~79）：100的氮化硼纳米片和芳纶纳米纤维构成的纤维毡，又称bnns/anf纤维毡；所述氮化硼纳米片和芳纶纳米纤维的质量比为（11~79）：100，优选质量比为（30~70）：100。当bnns含量很低时，bnns作为导热填料难以形成有效搭接，当bnns含量过高时，纤维的孔隙率又会增大，限制热导率提升。
4、本专利技术所述氮化硼纳米片的粒径为100 nm~300 nm，所述氮化硼纳米片的厚度小于2 nm；所述芳纶纳米纤维的直径为10 nm~50 nm，所述芳纶纳米纤维的长度大于3 μm。在本专利技术的某些实施例中，所述氮化硼纳米片优选为氟化六方氮化硼纳米片（f-bnns），由六方氮化硼（h-bn）和氟化偶联剂制备得到；所述芳纶纳米纤维为对位芳纶纳米纤维；由所述氟化氮化硼纳米片和对位芳纶纳米纤维构成的纤维毡，又称f-bnns/anf纤维毡。本专利技术以所述氮化硼纳米片为2d氮化硼填料，尤其是以氟化氮化硼纳米片为2d氮化硼填料，传统的氮化硼纳米片作为增强填料，由于宽带隙和出色的二维声子输运特性，能够显著提高复合纸的面内导热系数，然而氮化硼纳米片与芳纶纳米纤维固有的成分和结构差异，导致二者的界面缺陷十分严重；而化学氟化改性通过化学接枝增强相容性，随着界面氢键的形成，能够预期地提高芳纶纳米纤维与氮化硼纳米片之间的界面相互作用，同时显著降低界面热阻。此外，f作为电负性最强的元素，具有极高的电子吸附力，有望在修饰填料与基体界面的同时改善复合纸的电性能，对抑制放电起到重要作用。
5、本专利技术所述芳纶复合绝缘纸还包括沉积在所述纤维毡上的氮化硼纳米球；所述纤维毡和所述氮化硼纳米球的质量比为（6~9）：（1~4）。本专利技术以氮化硼纳米球为0d氮化硼填料，其粒径为100 nm~200 nm，如果氮化硼纳米球尺寸过大，会破坏bnns/anf纤维毡的结构，过小则不能有效填充在bnns/anf纤维毡之间的空隙。氮化硼纳米球形成紧凑高效的额外导热网络，使得声子在相邻bnns之间的转移更加容易，使得复合绝缘纸在保持面内热导率的同时大幅提高复合绝缘纸的面外热导率。
6、本申请提供的芳纶复合绝缘纸，选用0d的氮化硼纳米球以及2d的氮化硼纳米片为导热填料，通过将2d的氮化硼纳米片与芳纶纳米纤维纺丝成两者复合的纤维毡，能够实现氮化硼纳米片在芳纶纳米纤维基体中的定向排列并构建主要导热网络，从而使所得的芳纶复合绝缘纸在具有优异绝缘性能的同时具有高的导热性能。
7、本专利技术还提供了一种上述任一技术方案所述的芳纶复合绝缘纸的制备方法，包括以下步骤：
8、s1）将所述芳纶纳米纤维原纤溶液和所述氮化硼纳米片混合纺丝，得到所述纤维毡；
9、s2）将所述氮化硼纳米球沉积在步骤s1）所述纤维毡上；
10、s3）将步骤s2）得到的物料高温热压，得到所述芳纶复合绝缘纸。
11、本专利技术首先将所述芳纶纳米纤维原纤溶液和所述氮化硼纳米片混合纺丝，得到所述纤维毡；具体而言，本专利技术将所述芳纶纳米纤维原纤溶液和所述氮化硼纳米片混合，通过超声处理以及磁力搅拌得到均匀的纺丝液，然后将制备好的纺丝液进行纺丝，将纺丝所得物料干燥，得到f-bnns/anf纤维毡。在本专利技术的某些实施例中，所述芳纶纳米纤维原纤溶液中的芳纶纳米纤维和所述氮化硼纳米片的质量比为100：（30~70）。本专利技术采用静电纺丝工艺，将anf与bnns纺丝成bnns/anf纤维毡。bnns的横向尺寸较大，尤其是f-bnns的横向尺寸较大，通过纺丝过程实现f-bnns的定向排列，构建f-bnns沿anf轴向的连续导热通道，大幅提升面内热导率。相比于单一的填料共混，静电纺丝出的f-bnns/anf纤维毡具有更大的比表面积和孔隙率，能够显著增加后续填料与f-bnns/anf纤维毡之间的接触面积，从而使填料与基体之间的结合力增强。
12、在本专利技术的一些实施例中，所述氮化硼纳米片为氟化氮化硼。本专利技术所述氟化氮化硼由氮化硼经过机械剥离和氟化得到的，具体而言是由六方氮化硼经过研磨机械剥离和氟化偶联剂氟化改性得到的。本专利技术首先将氮化硼、尿素、乙醇和水混合，得到研磨悬浮液；所述氮化硼、尿素、乙醇和水的质量比为1：(25~35)：(25~35)：(5~15)，优选为1：(28~32)：(28~32)：(8~12)，更优选为1：30：30：10。得到研磨悬浮液后，将所述研磨悬浮液依次进行研磨、离心和干燥，得到机械玻璃的氮化硼；所述研磨以250~350 r/min的转速进行，所述研磨的时间为64~80 h，所述研磨优选为球磨。得到机械玻璃的氮化硼后，将所述机械剥离的氮化硼、氟化偶联剂、乙醇和水混合搅拌，洗涤和干燥，得到氟化氮化硼；所述机械剥离的氮化硼、氟化偶联剂、乙醇和水的质量比为1：(15~25)：(45~55)：(5~15) ，优选为1：(18~22)：(48~52)：(8~12)；所述混合搅拌以1300~1700 r/min的转速进行。
13、本专利技术所述芳纶纳米纤维原纤溶液以芳纶纤维为原料，通过湿法球磨将其剥离为由芳纶纳米纤维组成的芳纶纳米纤维原纤溶液。在本专利技术的某些实施例中，所述芳纶本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种芳纶复合绝缘纸，其特征在于，包括：纤维毡和沉积在所述纤维毡上的氮化硼纳米球；所述纤维毡和所述氮化硼纳米球的质量比为（6~9）：（1~4）；
2.根据权利要求1所述的芳纶复合绝缘纸，其特征在于，所述氮化硼纳米球的粒径为100 nm~200 nm。
3.根据权利要求1所述的芳纶复合绝缘纸，其特征在于，所述氮化硼纳米片的粒径为100 nm~300 nm，所述氮化硼纳米片的厚度小于2 nm。
4.根据权利要求1所述的芳纶复合绝缘纸，其特征在于，所述芳纶纳米纤维的直径为10nm~50 nm，所述芳纶纳米纤维的长度大于3 μm。
5.根据权利要求1所述的芳纶复合绝缘纸，其特征在于，所述纤维毡由质量比为（30~70）：100的氮化硼纳米片和芳纶纳米纤维制成。
6.根据权利要求1所述的芳纶复合绝缘纸，其特征在于，所述氟化氮化硼纳米片为氟化六方氮化硼纳米片；
7.一种权利要求1~6中任一所述的芳纶复合绝缘纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S1）中，所
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S2）具体为：以步骤S1）所述纤维毡为滤膜，通过真空抽滤将所述氮化硼纳米球分散液沉积在所述纤维毡上。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S3）中，所述高温热压的温度为120℃~180℃，所述高温热压的压力为7 MPa~15 MPa。
...【技术特征摘要】
1.一种芳纶复合绝缘纸，其特征在于，包括：纤维毡和沉积在所述纤维毡上的氮化硼纳米球；所述纤维毡和所述氮化硼纳米球的质量比为（6~9）：（1~4）；
2.根据权利要求1所述的芳纶复合绝缘纸，其特征在于，所述氮化硼纳米球的粒径为100 nm~200 nm。
3.根据权利要求1所述的芳纶复合绝缘纸，其特征在于，所述氮化硼纳米片的粒径为100 nm~300 nm，所述氮化硼纳米片的厚度小于2 nm。
4.根据权利要求1所述的芳纶复合绝缘纸，其特征在于，所述芳纶纳米纤维的直径为10nm~50 nm，所述芳纶纳米纤维的长度大于3 μm。
5.根据权利要求1所述的芳纶复合绝缘纸，其特征在于，所述纤维毡由质量比为（30~70）：100的氮化硼纳...
【专利技术属性】
技术研发人员：卓然，付强，高萌，彭磊，喇元，李智，李阳，侯营，高锋，钱艺华，罗颜，黄之明，成传晖，陈秋霖，范才进，赵思诚，杨伟鸿，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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