本發(fā)明涉及一種電氣設(shè)備絕緣材料，具體涉及一種納米TiO₂改性纖維素絕緣紙的制備方法。

背景技術(shù)：

纖維素絕緣紙是油浸式變壓器中變壓器絕緣的重要材料。目前己經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種合成纖維的絕緣紙，有的具有優(yōu)異的抗熱老化性，有的具有良好的機(jī)械性能，有具有很好的絕緣性能，但遠(yuǎn)不如天然纖維素絕緣紙，例如：相對(duì)介電常數(shù)太高，導(dǎo)致變壓器內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)分布不合理；與絕緣油的相容性差，不能夠浸漬或者浸漬不能徹底致使存在大量氣泡；機(jī)械性能不足，長(zhǎng)期的使用會(huì)變軟；或者價(jià)格昂貴不適合大規(guī)模使用。纖維素絕緣紙具有良好的浸漬性和合適的抗張強(qiáng)度，但其工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)還有待提高。

納米TiO₂粒子內(nèi)部具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，且無(wú)毒和具有超親水性等特點(diǎn)。納米TiO₂的內(nèi)部是由Ti原子和O原子構(gòu)成的完整晶體結(jié)構(gòu)，外部是帶有不飽和鈦離子的表面，由于Ti-O鍵并不平衡，所以具有較強(qiáng)的極性。研究認(rèn)為，納米TiO₂經(jīng)過(guò)紫外光的照射后，納米TiO₂中的價(jià)帶電子容易被激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生的電子和空穴會(huì)向TiO₂表面移動(dòng)，在TiO₂表面產(chǎn)生空穴電子對(duì)，正四價(jià)的鈦原子將與電子反應(yīng)生成正三價(jià)的鈦，TiO₂表面的氧橋離子與空穴發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氧空位。由于納米TiO₂表面鈦原子配位的缺失容易吸附水，其表面吸附水容易被解離而被氧空位吸附，形成表面羥基。

納米TiO₂大的比表面積，其表面能夠產(chǎn)生大量的羥基，這為與表面具有大量羥基的纖維素緊密結(jié)合提供了條件，保證了納米TiO₂在纖維素上的附著率。另外，研究表明，納米TiO₂對(duì)絕緣油的絕緣性能能夠起到較好的作用，且其價(jià)格便宜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種納米TiO₂改性纖維素絕緣紙的制備方法。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過(guò)添加納米TiO₂粒子對(duì)絕緣紙進(jìn)行改性，納米TiO₂粒子與纖維素緊密 結(jié)合，提高了絕緣紙的工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)，且抗張強(qiáng)度未變，配方簡(jiǎn)單、納米填料成本低，制備方法簡(jiǎn)單、易于操作。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種納米TiO₂改性纖維素絕緣紙的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

1)制備紙漿懸濁液：用去離子水解離經(jīng)去離子水浸泡的漿板，打漿至15-90°SR打漿度，得紙漿懸濁液；

2)納米TiO₂溶液制備：對(duì)分散于去離子水中的納米TiO₂磁力攪拌5-60min；

3)納米TiO₂與紙漿共混：將步驟1)和步驟2)所得的物料混合，以100-500r/min的速率攪拌5-30min制按質(zhì)量百分比計(jì)的含1-4％的TiO₂的紙漿；

4)絕緣紙的成型及壓光：于步驟3)所得混合液中加入4-6L去離子水，攪拌，靜置5-30min，紙漿過(guò)濾，加熱和真空抽濾5-8min得成型紙張，密閉12-48h，壓光。

所述的納米TiO₂改性纖維素絕緣紙的制備方法的第一優(yōu)選技術(shù)方案，步驟1)所述打漿前，將漿料分解為1cm×1cm的小塊，疏解5-12min。

所述的納米TiO₂改性纖維素絕緣紙的制備方法的第二優(yōu)選技術(shù)方案，步驟1)所述打漿度為45°SR。

所述的納米TiO₂改性纖維素絕緣紙的制備方法的第三優(yōu)選技術(shù)方案，步驟1)所述解離為解離1200～1500轉(zhuǎn)時(shí)待紙漿下沉后再解離，重復(fù)此操作8～15次。

所述的納米TiO₂改性纖維素絕緣紙的制備方法的第四優(yōu)選技術(shù)方案，步驟2)所述納米TiO₂溶液的濃度為0.001～0.02g/ml。

所述的納米TiO₂改性纖維素絕緣紙的制備方法的第五優(yōu)選技術(shù)方案，步驟3)所述納米TiO₂質(zhì)量為紙漿總質(zhì)量的2-3％。

所述的納米TiO₂改性纖維素絕緣紙的制備方法的第六優(yōu)選技術(shù)方案，步驟3)所述納米TiO₂的量為紙漿總質(zhì)量的3％。

所述的納米TiO₂改性纖維素絕緣紙的制備方法的第七優(yōu)選技術(shù)方案，步驟4)所述成型的溫度為100～120℃。

所述的納米TiO₂改性纖維素絕緣紙的制備方法的第八優(yōu)選技術(shù)方案，所述成型的溫度為110℃。

所述的納米TiO₂改性纖維素絕緣紙的制備方法的第九優(yōu)選技術(shù)方案，步驟4)所述壓光壓強(qiáng)為4-4.5MPa。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1)本發(fā)明通過(guò)添加納米TiO₂粒子對(duì)絕緣紙進(jìn)行改性，納米TiO₂粒子與纖維素緊密結(jié)合，提高了絕緣紙的工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)，TiO₂含量為3％時(shí)，改性絕緣紙的工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)最高，提高了20.81％，同時(shí)抗張強(qiáng)度沒(méi)有明顯變化；

2)本發(fā)明改性絕緣紙配方簡(jiǎn)單、納米填料成本低，制備方法簡(jiǎn)單、易于操作。

附圖說(shuō)明

圖1：納米TiO₂含量對(duì)工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)的影響；

圖2：納米TiO₂含量對(duì)抗張強(qiáng)度的影響。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例1

一種納米TiO₂改性纖維素絕緣紙的制備方法，步驟如下：

1)制備紙漿懸濁液：稱取漿板530g，放入一個(gè)裝有6L去離子水的干凈容器中浸泡4小時(shí)后，先向打漿機(jī)的水槽內(nèi)加入6L去離子水。將漿料撕成約1cm×1cm×1cm的小塊放入水槽中，開(kāi)始疏解，時(shí)間控制8分鐘后開(kāi)始打漿。定期用肖伯氏打漿度儀測(cè)量打漿度。待漿料的打漿度到45°SR時(shí)停止打漿，打漿結(jié)束后，用特制的布袋接住紙漿，然后將紙漿中的水分慢慢擠出，得到打漿后的紙漿。將紙漿放入到密封的塑料袋中平衡水分24小時(shí)；

稱取濕漿的重量15g，放入解離器中，加入去離子水到解離器的二分之一至三分之二的位置。開(kāi)始解離，在計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)數(shù)顯示1200轉(zhuǎn)時(shí)，停止解離，等所有紙漿都下沉后再啟動(dòng)解離器進(jìn)行解離，重復(fù)操作8次。

2)濕紙的制備：將解離后的纖維倒入貯漿室，加入6L去離子水，用勻漿板上下攪動(dòng)漿料幾次，使得漿料在貯漿室分布均勻，靜止15分鐘，觀察纖維在混合溶液中沒(méi)有明顯的運(yùn)動(dòng)后，開(kāi)始濾水，紙漿被濾網(wǎng)過(guò)濾在表面，就形成了濕紙。

3)絕緣紙的成型及壓光：采用紙樣成型器的真空熱壓部分進(jìn)行加熱，將溫度設(shè)定為110℃，待溫度升高到110℃后，將兩面都鋪有白布的濕紙放入到真空烘干器中，對(duì)樣品進(jìn)行加熱和真空抽濾。干燥約5分鐘后將絕緣紙拿出，稱量放入到樣品袋中備 用，紙張成型后，將其放入到密閉的樣品袋中，放置24小時(shí)讓其自行平衡水分；

采用平板硫化機(jī)進(jìn)行壓光，紙張為圓片，面積0.0314m²，壓光壓強(qiáng)為4.5MPa，最終得到成品紙張。

實(shí)施例2

一種納米TiO₂改性纖維素絕緣紙的制備方法，步驟如下：

1)制備紙漿懸濁液：稱取漿板530g，放入一個(gè)裝有6L去離子水的干凈容器中浸泡4小時(shí)后，先向打漿機(jī)的水槽內(nèi)加入6L去離子水。將漿料撕成約1cm×1cm×1cm的小塊放入水槽中，開(kāi)始疏解，時(shí)間控制8分鐘后開(kāi)始打漿。定期用肖伯氏打漿度儀測(cè)量打漿度。待漿料的打漿度到45°SR時(shí)停止打漿，打漿結(jié)束后，用特制的布袋接住紙漿，然后將紙漿中的水分慢慢擠出，得到打漿后的紙漿。將紙漿放入到密封的塑料袋中平衡水分24小時(shí)；

稱取濕漿的重量15g，放入解離器中，加入去離子水到解離器三分之一至三分之二的位置。開(kāi)始解離，在計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)數(shù)顯示1200轉(zhuǎn)時(shí)，停止解離，等所有紙漿都下沉后再啟動(dòng)解離器進(jìn)行解離，重復(fù)操作8次。

2)納米TiO₂溶液制備：稱取質(zhì)量百分比1％的納米TiO₂加入到裝有500ml的去離子水中，并用磁力攪拌器攪拌30分鐘。將分散好的納米TiO₂水溶液加入到解離后的紙漿懸濁液中，然后以100轉(zhuǎn)/分鐘的速率進(jìn)行攪拌30分鐘。肉眼觀察混合漿料中無(wú)明顯聚集的紙漿纖維和分層現(xiàn)象。

3)納米TiO₂與紙漿共混：將解離后的纖維與納米TiO₂的混合溶液倒入貯漿室。加入6L去離子水，用勻漿板上下攪動(dòng)漿料幾次，使得漿料在貯漿室分布均勻，靜止15分鐘，觀察纖維在混合溶液中沒(méi)有明顯的運(yùn)動(dòng)后，開(kāi)始濾水，紙漿被濾網(wǎng)過(guò)濾在表面，就形成了濕紙。

4)絕緣紙的成型及壓光：采用紙樣成型器的真空熱壓部分進(jìn)行加熱，將溫度設(shè)定為110℃，待溫度升高到110℃后，將兩面都鋪有白布的濕紙放入到真空烘干器中，對(duì)樣品進(jìn)行加熱和真空抽濾。干燥約5分鐘后將絕緣紙拿出，稱量放入到樣品袋中備用，紙張成型后，將其放入到密閉的樣品袋中，放置24小時(shí)讓其自行平衡水分；

采用平板硫化機(jī)進(jìn)行壓光，紙張為圓片，面積0.0314m²，壓光壓強(qiáng)為4.5MPa，最終得到成品紙張。

實(shí)施例3

一種納米TiO₂改性纖維素絕緣紙的制備方法，步驟如下：

1)制備紙漿懸濁液：稱取漿板530g，放入一個(gè)裝有6L去離子水的干凈容器中浸泡4小時(shí)后，先向打漿機(jī)的水槽內(nèi)加入6L去離子水。將漿料撕成約1cm×1cm×1cm的小塊放入水槽中，開(kāi)始疏解，時(shí)間控制8分鐘后開(kāi)始打漿。定期用肖伯氏打漿度儀測(cè)量打漿度。待漿料的打漿度到45°SR時(shí)停止打漿，打漿結(jié)束后，用特制的布袋接住紙漿，然后將紙漿中的水分慢慢擠出，得到打漿后的紙漿。將紙漿放入到密封的塑料袋中平衡水分24小時(shí)；

稱取濕漿的重量15g，放入解離器中，加入去離子水到解離器三分之一至三分之二的位置。開(kāi)始解離，在計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)數(shù)顯示1200轉(zhuǎn)時(shí)，停止解離，等所有紙漿都下沉后再啟動(dòng)解離器進(jìn)行解離，重復(fù)操作8次。

2)納米TiO₂溶液制備：稱取質(zhì)量百分比2％的納米TiO₂加入到裝有500ml的去離子水中，并用磁力攪拌器攪拌30分鐘。將分散好的納米TiO₂水溶液加入到解離后的紙漿懸濁液中，然后以100轉(zhuǎn)/分鐘的速率進(jìn)行攪拌30分鐘。肉眼觀察混合漿料中無(wú)明顯聚集的紙漿纖維和分層現(xiàn)象。

3)納米TiO₂與紙漿共混：將解離后的纖維與納米TiO₂的混合溶液倒入貯漿室。加入6L去離子水，用勻漿板上下攪動(dòng)漿料幾次，使得漿料在貯漿室分布均勻，靜止15分鐘，觀察纖維在混合溶液中沒(méi)有明顯的運(yùn)動(dòng)后，開(kāi)始濾水，紙漿被濾網(wǎng)過(guò)濾在表面，就形成了濕紙。

4)絕緣紙的成型及壓光：采用紙樣成型器的真空熱壓部分進(jìn)行加熱，將溫度設(shè)定為110℃，待溫度升高到110℃后，將兩面都鋪有白布的濕紙放入到真空烘干器中，對(duì)樣品進(jìn)行加熱和真空抽濾。干燥約5分鐘后將絕緣紙拿出，稱量放入到樣品袋中備用，紙張成型后，將其放入到密閉的樣品袋中，放置24小時(shí)讓其自行平衡水分；

采用平板硫化機(jī)進(jìn)行壓光，紙張為圓片，面積0.0314m²，壓光壓強(qiáng)為4.5MPa，最終得到成品紙張。

實(shí)施例4

一種納米TiO₂改性纖維素絕緣紙的制備方法，步驟如下：

1)制備紙漿懸濁液：稱取漿板530g，放入一個(gè)裝有6L去離子水的干凈容器中浸泡4小時(shí)后，先向打漿機(jī)的水槽內(nèi)加入6L去離子水。將漿料撕成約1cm×1cm×1cm 的小塊放入水槽中，開(kāi)始疏解，時(shí)間控制8分鐘后開(kāi)始打漿。定期用肖伯氏打漿度儀測(cè)量打漿度。待漿料的打漿度到45°SR時(shí)停止打漿，打漿結(jié)束后，用特制的布袋接住紙漿，然后將紙漿中的水分慢慢擠出，得到打漿后的紙漿。將紙漿放入到密封的塑料袋中平衡水分24小時(shí)；

稱取濕漿的重量15g，放入解離器中，加入去離子水到解離器三分之一至三分之二的位置。開(kāi)始解離，在計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)數(shù)顯示1200轉(zhuǎn)時(shí)，停止解離，等所有紙漿都下沉后再啟動(dòng)解離器進(jìn)行解離，重復(fù)操作8次。

2)納米TiO₂溶液制備：分別稱取質(zhì)量百分比為3％的納米TiO₂加入到裝有500ml的去離子水中，并用磁力攪拌器攪拌30分鐘。將分散好的納米TiO₂水溶液加入到解離后的紙漿懸濁液中，然后以100轉(zhuǎn)/分鐘的速率進(jìn)行攪拌30分鐘。肉眼觀察混合漿料中無(wú)明顯聚集的紙漿纖維和分層現(xiàn)象。

3)納米TiO₂與紙漿共混：將解離后的纖維與納米TiO₂的混合溶液倒入貯漿室。加入6L去離子水，用勻漿板上下攪動(dòng)漿料幾次，使得漿料在貯漿室分布均勻，靜止15分鐘，觀察纖維在混合溶液中沒(méi)有明顯的運(yùn)動(dòng)后，開(kāi)始濾水，紙漿被濾網(wǎng)過(guò)濾在表面，就形成了濕紙。

4)絕緣紙的成型及壓光：采用紙樣成型器的真空熱壓部分進(jìn)行加熱，將溫度設(shè)定為110℃，待溫度升高到110℃后，將兩面都鋪有白布的濕紙放入到真空烘干器中，對(duì)樣品進(jìn)行加熱和真空抽濾。干燥約5分鐘后將絕緣紙拿出，稱量放入到樣品袋中備用，紙張成型后，將其放入到密閉的樣品袋中，放置24小時(shí)讓其自行平衡水分；

采用平板硫化機(jī)進(jìn)行壓光，紙張為圓片，面積0.0314m²，壓光壓強(qiáng)為4.5MPa，最終得到成品紙張。

實(shí)施例5

一種納米TiO₂改性纖維素絕緣紙的制備方法，步驟如下：

1)制備紙漿懸濁液：稱取漿板530g，放入一個(gè)裝有6L去離子水的干凈容器中浸泡4小時(shí)后，先向打漿機(jī)的水槽內(nèi)加入6L去離子水。將漿料撕成約1cm×1cm×1cm的小塊放入水槽中，開(kāi)始疏解，時(shí)間控制8分鐘后開(kāi)始打漿。定期用肖伯氏打漿度儀測(cè)量打漿度。待漿料的打漿度到45°SR時(shí)停止打漿，打漿結(jié)束后，用特制的布袋接住紙漿，然后將紙漿中的水分慢慢擠出，得到打漿后的紙漿。將紙漿放入到密封的塑料袋中平衡水分24小時(shí)；

稱取濕漿的重量15g，放入解離器中，加入去離子水到解離器三分之一至三分之二的位置。開(kāi)始解離，在計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)數(shù)顯示1200轉(zhuǎn)時(shí)，停止解離，等所有紙漿都下沉后再啟動(dòng)解離器進(jìn)行解離，重復(fù)操作8次。

2)納米TiO₂溶液制備：分別稱取質(zhì)量百分比為4％的納米TiO₂加入到裝有500ml的去離子水中，并用磁力攪拌器攪拌30分鐘。將分散好的納米TiO₂水溶液加入到解離后的紙漿懸濁液中，然后以100轉(zhuǎn)/分鐘的速率進(jìn)行攪拌30分鐘。肉眼觀察混合漿料中無(wú)明顯聚集的紙漿纖維和分層現(xiàn)象。

3)納米TiO₂與紙漿共混：將解離后的纖維與納米TiO₂的混合溶液倒入貯漿室。加入6L去離子水，用勻漿板上下攪動(dòng)漿料幾次，使得漿料在貯漿室分布均勻，靜止15分鐘，觀察纖維在混合溶液中沒(méi)有明顯的運(yùn)動(dòng)后，開(kāi)始濾水，紙漿被濾網(wǎng)過(guò)濾在表面，就形成了濕紙。

4)絕緣紙的成型及壓光：采用紙樣成型器的真空熱壓部分進(jìn)行加熱，將溫度設(shè)定為110℃，待溫度升高到110℃后，將兩面都鋪有白布的濕紙放入到真空烘干器中，對(duì)樣品進(jìn)行加熱和真空抽濾。干燥約5分鐘后將絕緣紙拿出，稱量放入到樣品袋中備用，紙張成型后，將其放入到密閉的樣品袋中，放置24小時(shí)讓其自行平衡水分；

采用平板硫化機(jī)進(jìn)行壓光，紙張為圓片，面積0.0314m²，壓光壓強(qiáng)為4.5MPa，最終得到成品紙張。

圖1和圖2分別對(duì)實(shí)施例1-5制得的絕緣紙的工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)和抗張強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)定。由圖1可知：納米TiO₂含量為0-3％時(shí)，絕緣紙的工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)不斷提高，當(dāng)納米TiO₂含量為4％時(shí)，絕緣紙工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)開(kāi)始減低；圖2顯示：納米TiO₂含量為1％、2％、3％時(shí)，絕緣紙的抗張強(qiáng)度并沒(méi)有明顯的變化，抗張強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分散性也基本相同，但當(dāng)納米TiO₂含量的含量為4％時(shí)絕緣紙的抗張強(qiáng)度急劇下降，分散性也急劇增大。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推斷，當(dāng)納米TiO₂含量增大到4％時(shí)，其分散性變差，阻礙其與纖維素氫鍵的結(jié)合，造成絕緣紙性能變差。

以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，參照上述實(shí)施例可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。