芳纶云母纸因高强度芳纶纤维而具有优异的力学性能,同时结合天然云母耐高温、耐绝缘、耐电晕而具备出色的电气性能,逐渐成为新一代电气绝缘材料,具有广泛应用潜力。尽管早期已有芳纶纤维与云母混合制备绝缘材料的专利,近期也有美国杜邦公司实现高绝缘寿命芳纶纸的研发,但目前国内芳纶云母纸相关产品尚未出现。随着我国新兴工业技术的高速发展,具有优异综合性能如高机械强度,高耐温性,高绝缘性,以及恶劣环境下的高适应性电气绝缘材料,需求显著增加。因此,研究和开发高性能芳纶云母绝缘纸迫在眉睫。本论文针对芳纶纤维与云母混合成形制备工艺展开研究。通过对比间/对位芳纶沉析的形态差异,分析不同形貌对复合纸性能的影响,证实了对位沉析相对于间位呈现出更好的物理包覆效果和分散性特点;对位沉析纤维宽度分布为30~60μm,占纤维总量的25.5%,而间位沉析仅占12.9%,说明对位沉析在相同长度下具有更大的表面积,有利于应力传递,表现为高的抗张强度;同时,对位沉析也具有更好的热稳定性。云母粒径大小及分布也对纸张性能产生影响,结果表明粒径分布范围广的复配体系具有更优异的力学和电气性能;而均一粒径分布体系中,相较小粒径复合纸,大粒径云母复合纸具有更高力学强度,而不同粒径复合纸的耐压强度相近。通过分析芳纶纤维与云母配比对纸张性能的影响,明确不同形态芳纶纤维在纸张中发挥的作用。在对比沉析云母复合纸F-M和短切/沉析云母复合纸A-M力学和电学等其综合性能的基础上,实验结果分析表明,这两种纸张的抗张强度随纤维含量增加而持续升高,在添加量为50%时,分别达到最大值9.12N/cm和9.38N/cm;当纤维含量相同时,A-M复合纸的撕裂强度远大于F-M复合纸,但其耐压强度低于F-M复合纸;两种复合纸随纤维含量增大,抗水性明显提升;纸张初始分解温度逐渐降低,但仍具有良好的热稳定性。在芳纶云母纸中,沉析纤维主要起界面粘结作用,纤维量增多其包覆密度越大,纸张性能越好;短切纤维在低含量时会破环沉析云母粘结结构,当纤维量逐渐增多时,其在纸张中形成网络骨架,提升纸张力学性能。通过研究不同浓度多巴胺改性云母对芳纶云母纸性能的影响,进一步明确界面相互强度对复合纸性能的作用。首先利用AFM,XRD和FT-IR等表征了多巴胺改性云母的效果,其中AFM图显示改性云母表面呈现三角形的凹凸状,表面粗糙度RMS从4.32nm提高至14.8nm;改性云母的红外谱图在1629cm-1左右处有微弱增强,说明聚多巴胺在云母表面沉积量增多;改性云母XRD衍射图晶间距离的微增大,间接证明了多巴胺包覆完全;其次,对改性芳纶云母纸进行性能测试,结果表明,当多巴胺改性浓度为1.5%时,纸张的抗张强度从16.35N/cm提高到21.87N/cm,耐压强度达到16.04kV/mm,相对未改性提升了21.98%;纸张改性后,沉析纤维与云母粘结更加牢固,结构愈加稳定。
