开题报告.docx
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开题报告
研究生学位论文选题报告
及论文工作实施计划
学院:
电气工程学院
专业:
高电压与绝缘技术
研究生:
学号:
学位级别:
工学硕士
指导教师:
(教授)
入学年月:
2012年9月
说明
一、论文选题报告由研究生向系(研究室)汇报并听取意见后,整理成文填写。
二、研究生应在入学后的第三学期内完成选题报告。
三、本表须作为答辩申报材料之一。
一、论文选题报告(申请时间:
2014年1月8日)
论文题目:
新型芳纶纤维绝缘纸的制备及其性能研究
研究方向:
绝缘与功能电介质材料的研究
课题来源
国家
项目
部、省级
项目
横向
联系
自拟
合同
编号
经费数
(万元)
√
题目类型
基础
研究
应用
研究
工程
应用
其它
√
自选报告内容:
(课题学术和实用意义,国内外现状综述;研究目的、内容、技术路线;可行性论证等)
1课题学术和实用意义
安全、优质供电是对现代电力系统运行的基本要求,其中电网的安全运行是保证持续、稳定、可靠电力供应的基础。
随着电网容量的增大和运行电压等级的提高,电力系统的安全可靠运行将面临更大的挑战。
电网的瓦解和大面积的停电事故,将给国家经济和人民生活带来不可挽回的重大损失。
电力变压器作为电能传输和配送过程中能量转换的核心,是设备安全运行中最重要和最关键的设备。
由内绝缘问题引发的故障占据变压器事故的重要部分,历年来受到电力运行部门和研究学者的关注。
目前,已投入使用的电力变压器种类繁多,按冷却介质分,主要有油浸式变压器、干式变压器和充气变压器,其中以油浸式变压器产量最大。
电力变压器的油纸绝缘结构,即利用绝缘油浸渍绝缘纸,消除绝缘纸纤维孔隙所产生的气隙,提高其绝缘的电气强度[1-3],它是变压器正常工作和运行的基本条件,是油浸式变压器寿命的决定因素。
变压器油和油浸绝缘纸组成的油纸绝缘系统成为变压器内绝缘的主要组成部分,两者在长期运行过程中受到电、热等因素的影响而发生老化,引起变压器绝缘性能的下降。
在油浸式变压器运行期间,变压器油可以通过滤油或直接更换变压器油来降低变压器油老化带来的潜在危害,但绝缘纸缠绕在变压器绕组上,在变压器运行过程中无法进行更换,对干式变压器而言,同样存在以上问题,因此绝缘纸的老化终点也就意味着变压器的寿命终点。
为了提高变压器的使用寿命,从变压器诞生那天起,对变压器绝缘的研究和新型绝缘材料的开发和利用就从来没有停止过。
在绝缘材料家族中,绝缘性能优于芳纶绝缘纸的有很多,但在耐热性方面能与芳纶绝缘纸相匹敌的却极少,芳纶绝缘纸在高等级耐热绝缘领域具有不可替代的重要地位。
间位芳纶纸产品引入我国的时间不长,随着经济建设的迅猛发展和产业结构的优化升级,间位芳纶纸因其特殊的纸页结构,以及优良的机械、化学、电气和物理性能,在军工、通讯、交通、电气等相关产业领域的推广应用方兴未艾,市场销量呈现快速增长态势。
中国市场对间位芳纶纸的旺盛需求首先表现在电气绝缘领域,而变压器是目前我国使用芳纶绝缘纸最多的领域。
间位芳纶纸能加工成各种绝缘材料(主要是绝缘纸和层压板),用于电动机和发电机中线圈绕组、槽间、相间、匝间、线路终端绝缘;变压器中线圈、绕组层间绝缘;电缆和导线绝缘、核动力设备等的绝缘,提高设备的性能,延长电子设备的使用寿命。
芳纶绝缘纸的耐温绝缘等级为C级(220℃),用其制成的机电产品等可以从E级(120℃)提升到F级(150℃)、H级(180℃),大大提高了机电产品承受过热和超负荷的能力,并使之紧凑耐用,尺寸和重量减小,适合在高温高湿的恶劣环境中使用,是典型的环保型机电产品升级换代的革命性材料。
近年来,采用间位芳纶纸绝缘系统的变压器产品如非包封H级干式变压器、间位芳纶绝缘纸+高燃点β油混合绝缘变压器等异军突起。
这类变压器具有耐高温、过载能力强、难燃、安全、环保、节能、噪声低、免维护、寿命长等一系列优点,在世界范围被广泛用于防火要求高,负荷波动大以及污秽潮湿的恶劣环境,如机场、地铁、发电、冶金、医院、高层建筑、居民密集区以及石油化工、核电站、核潜艇等特殊环境中,受到广泛的认可和接受,在我国的市场份额也迅速上升,逐步成为新世纪主导方向性产品[4]。
然而,由于技术难度大、产品质量要求高、生产成本居高不下等原因,在以纸张为绝缘材料的制造业领域,目前世界上仍只有美国杜邦(DuPont)公司和日本帝人(Teijin)公司做得最好,形成了技术垄断。
我国自上世纪70年代以来,对芳纶纸开展了大量研制工作。
目前我国已有烟台氨纶集团、广东新会彩艳公司、上海圣欧集团等3家企业实现了间位芳纶短切纤维的工业化生产。
其次,制造芳纶纸的关键技术取得一定的突破,国内造纸行业的有关院校及研究院所都对芳纶纤维成纸技术进行了大量研究。
虽然如此,间位芳纶的沉析纤维的制造技术还有待改进,并且我国生产出来的间位芳纶绝缘纸性能不如Nomex纸的性能优良,仍然有许多问题亟待解决[5]。
综上所述,研究芳纶纸的制造工艺及改性方法,以提高自制芳纶纸的机械性能、电气性能以及耐热性能,从而制造出性能量良好的芳纶绝缘纸具有重要意义。
同时,对自制芳纶纸与Nomex绝缘纸进行热老化试验,对比研究自制芳纶纸与Nomex绝缘纸的抗老化性能,确定自制芳纶纸的耐热绝缘等级,结合绝缘纸的微观形貌特性,分析材料的物理结构与电气性能之间的联系,以期望提出改进自制芳纶纸绝缘性能的方法,也为提升油纸绝缘材料的热稳定性能和延长电力设备使用寿命提供参考依据,这对提升变压器的运行可靠性及延长其使用寿命来说具有实用价值和理论意义。
2国内外现状综述
2.1芳纶纤维的研究现状
芳纶纤维是目前世界上发展最快的一种高科技合成纤维,它是由美国杜邦公司在20世纪60年代成功开发并率先产业化的纤维产品[6]。
其聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺键构成,且其中至少85%的酰胺键直接键合在芳香环上,每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接与芳香环中的碳原子相连,并且置换其中一个氢原子的聚合物称为芳香聚酰胺树脂,由它纺成的纤维总称为芳香族聚酰胺纤维,我国定名为芳纶纤维[7]。
芳纶纤维有两大类:
全芳族聚酰胺纤维(Aromaticpolyamidefibre)和杂环芳族聚酰胺纤维(CBM)。
全芳族聚酰胺纤维主要包括对位的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(或称聚对苯撑对苯二甲酰胺纤维,PPTA)和聚对苯甲酰胺纤维(PBA)、间位的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维(PMIA)和聚间苯甲酰胺纤维、共聚芳酰胺纤维,以及如引入折叠基、巨型侧基的其它芳族聚酰胺纤维。
杂环芳族聚酰胺纤维是指含有氮、氧、硫等杂质原子的二胺和二酸氯缩聚而成的芳纶纤维,如有序结构的杂环聚酰胺纤维等[4]。
芳纶纤维以其轻质、阻燃、耐温、绝缘胶、抗辐射、高强度、高弹性模量以及良好的绝缘性和抗老化性能,广泛应用于能源、交通、化工、电子、建筑等行业的安全防护、环保过滤、结构增强和电气绝缘。
其中,对位芳纶纤维主要用于橡胶增强制品、防弹织物、复合结构材料、线缆材料、隔热隔声、防辐射结构板等,间位芳纶纤维主要用于电气绝缘纸、阻燃织物、隔热隔声、防辐射结构板、飞行器承力结构材料、烟尘过滤袋等[8-11]。
间位芳纶,即聚间苯二甲酰间苯二胺纤维(PMIA),最早是由美国杜邦公司研制成功,并于20世纪60年代末实现了产业化生产,商品名为Nomex,我国称为芳纶1313。
芳纶1313纤维的化学式如图1所示,它是将间苯二胺和间苯二甲酰氯缩聚得到的聚合物溶解在四氢吠喃、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮等有机溶剂中,用干法纺丝或湿法纺丝制成。
对位芳纶,即聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(PPTA),是由对苯二胺和对苯二甲酞氯缩聚得到的聚合物溶解于浓硫酸或氢氟酸或氯磺酸中制成具有液晶性能的溶液,再经干一湿法纺丝制成,杜邦公司的商品名为Kevlar,我国称为芳纶1414,芳纶1414纤维的化学式如图2所示。
对位芳纶纤维有着高韧性、高弹性模量和高耐热性,纤维呈金黄色。
对位芳纶纤维与间位芳纶纤维有着相近的运行温度,但它的强度及模量是间位芳纶纤维的3到7倍,极限氧指数(LOI值)为28-30vol.%,有良好的绝缘性和抗腐蚀性,生命周期很长,因而赢得“合成钢丝”的美誉[4]。
图1间位芳纶的分子结构
图2对位芳纶的分子结构
芳纶纤维以两种形态存在:
一种由芳纶纤维长丝经切短得到,称为短切纤维;另一种呈纤维浆粕状态,称为沉析纤维,它是由芳纶聚合体溶液细流在凝固液中,由沉析设备高速剧烈搅拌被剪切成细碎的浆粕状态,再经打浆至一定的游离度制得。
不同的形态决定了这两种纤维的作用不同,芳纶短切纤维提供纸张的机械强度,而沉析纤维起短纤维间填充和粘结作用和提供纸张的介电强度[12-13]。
通过湿法成形并热压,用芳纶短切纤维和沉析纤维可以制成芳纶绝缘纸。
间位芳纶纤维拥有一些独特的性能,是普通纤维无法比拟的,如下所示:
热稳定性:
耐高温性能好是间位芳纶最突出的特点,其电气性能与机械性能的有效性可保持10年之久[14]。
阻燃性:
材料在空气中燃烧所需要的最低氧浓度叫极限氧指数(LOI值),极限氧指数越大,其阻燃性能就越好。
间位芳纶的极限氧指数大于28%,属于难燃纤维,不会在空气中燃烧,也不助燃,有自熄性,有“防火纤维”之美称。
电绝缘性:
间位芳纶介电常数很低,固有的介电强度使其在高温、低温、高湿条件下均能保持优良的电绝缘性,用其制备的绝缘纸耐击穿电压可达到10万伏/mm,是全球公认的最佳绝缘材料。
化学稳定性:
间位芳纶是由酸胺键连接芳基所构成的线型大分子,其晶体中氢键在两个平面内排列成三维结构,这种较强的氢键作用使得其化学结构异常稳定,可耐大多高浓无机酸及其它化学品的腐蚀、抗水解作用和蒸汽腐蚀。
机械特性:
间位芳纶质量轻且强度好,强度是钢的5-6倍,模量是钢的两倍,重量是钢的五分之一。
间位芳纶系柔性高分子材料,低刚度高伸长特性使之具备与普通纤维相同的可纺性,可用常规纺机加工成各种织物或无纺布,耐磨抗撕裂,适用范围广泛。
耐辐射性:
间位芳纶耐α、β、χ射线辐射的性能优异。
用50kV的χ射线辐射100小时,其纤维强度保持原来的73%,而此时的涤纶或锦纶早已成粉末。
正是由于间位芳纶具有如上所述的优异性能,间位芳纶绝缘纸被广泛应用于电动机、发电机、变压器、电缆和导线绝缘、核动力设备中作为主要绝缘材料。
间位芳纶最早由美国DuPont(杜邦)公司研制成功,20世纪60年代末实现了商业化生产,商品名为“Nomex”。
目前,杜邦公司的间位芳纶仍然占据着全球第一的位置。
日本的帝人公司也开发了结构基本相同的间位芳纶,并成功地实现了商业化,商品名为“Conex”,尽管规模远不如杜邦,但也在很长的一段时间内与杜邦公司分庭抗礼。
直到进入21世纪后,我国的间位芳纶才异军突起[15]。
我国从20世纪60年代初就开始研究间位芳纶的生产技术,但遗憾的是,由于种种原因,所有的研究成果都未能达到工业化生产的技术水平,2003年以前一直未能实现间位芳纶的工业化。
烟台氨纶股份有限公司自1999年开始研究间位芳纶,先后取得小试和中试的成功。
2004年5月成功实现了间位芳纶纤维的工业化生产。
烟台氨纶间位芳纶的商品名为“纽士达”,现已应用于环保、安全、国防等领域。
经过不断扩建,目前总产能已达2800t/a。
除烟台氨纶外,广东彩艳公司也有1000t/a的间位芳纶产量。
尽管如此,国内间位芳纶的规模、技术、品牌等与国外一些大型公司相比差距较大,对芳纶产品的研究仍然是我国纺织产业的热点。
2.2芳纶纸改性技术的研究现状
芳纶表面改性的方法主要有高能物理法、涂覆法和化学法,具体如图3所示[16]。
高能物理法主要是利用等离子体、高能射线及超声波等提供的高能量在纤维表面形成自由基等活性中心,然后这些活性中心与其它物质发生反应,在纤维的表面引入极性基团,提高纤维的浸润性;同时也可以提高纤维表面的粗糙度,利用啮合作用增加芳纶纤维与基体的接触面积,从而提高芳纶纤维与基体的黏结强度。
离子体等高能物理法对芳纶纤维的表面处理效果显著,对芳纶纤维本身损伤小,但是这种方法存在时效性问题,对处理设备要求高,有些不易实现在线连续处理,限制了其推广应用。
涂覆法是在纤维的表面涂覆一层物质,这种物质和芳纶纤维及基体的黏结性都较好,起到类似双面胶的作用。
表面涂覆法操作简单、易于控制、对芳纶纤维无损伤,缺点是处理效果不够好、处理剂配制繁杂。
化学改性法是利用化学反应的形式在纤维表面引入能与基体相作用的基团,包括偶联剂法、刻蚀法、接枝法等。
化学处理简单易行、效果较好,容易实现在线连续,对设备要求不高,是目前芳纶纸生产所采用的主要改性方法。
需要注意的是要选取合适的处理剂和匹配的处理工艺,否则易损伤纤维且不易控制。
下面简单介绍化学改性法的研究现状。
图3芳纶纤维表面改性方法
2.2.1表面刻蚀法
表面刻蚀技术是指通过化学试剂处理纤维表面,促使纤维表面分子链的酰胺键水解或者破坏纤维表面结晶状态,粗化纤维表面的形貌结构,增强纤维的表面极性,增加纤维与树脂基体的黏合强度。
David等[17]利用氢氧化钠水溶液作为处理溶剂,改性后的纤维用来代替在复合材料中使用的石棉材料。
王扬等[18]采取不同浓度的磷酸水溶液对芳纶纤维进行表面处理,并对不同处理条件下纤维的单丝强度、表面性质及其环氧树脂复合材料的界面性能进行了分析和测试。
最终提高了复合材料的湿强度与弯曲强度和界面性能。
目前报道的表面刻蚀技术采用的均是间歇试验方法,一般包括3个步骤:
对纤维进行预处理;在反应器中于一定时间、温度、压力等条件下对纤维表面进行反应处理;对反应后的纤维进行后处理。
这些试验技术由于工艺、工程、环境污染等原因均很难用于工业化生产,因此将表面刻蚀技术应用于芳纶纸的工业化生产还需要相关技术人员进行更深入细致的研究。
2.2.2表面接枝法
表面接枝技术是指利用化学试剂与芳纶纤维表面进行反应,在纤维表面以化学键形式接枝上新的分子链,以改善纤维与树脂的复合性能。
通常来说,这种接枝物有两类:
一类是反应性物质,即接枝于纤维表面的分子能与树脂基体进行化学反应,使纤维与树脂以化学键牢固接合;另一类是极性物质,即新的分子链接枝于纤维表面后能大幅度增加纤维的表面极性,显著提高纤维的表面能,增强纤维与树脂基体的接合能力。
(1)酰胺键氮氢取代反应
目前报道的方法主要有两种:
一种是纤维表面的Na金属化反应,另一种是异氰酸酯接枝反应。
日本学者MTakayanagi(高柳素夫)等人[19-21]首先提出了利用Na金属化反应改性芳纶表面的技术,得到几乎完全反应的N-取代的芳纶纤维。
LSPenn[22]利用己烷二异氰酸脂与芳纶纤维表面分子链反应,发现此方法能提高纤维与树脂基体的接合力,并能提高复合材料的拉伸模量,同时减少纤维与树脂界面的缺陷。
RJDay等[23]应用同样的方法对Kevlar纤维进行表面改性,并用拉曼光谱表征了纤维增强树脂基本的性能。
(2)硝化还原反应
硝化还原反应是将芳纶纤维浸没在硝化反应介质中,在一定温度和时间下,硝化试剂与纤维反应,在纤维分子链苯环上引入硝基,然后用还原剂将硝基还原成氨基,从而在纤维表面引入极性基团,提高纤维表面的黏接性能。
RamazanB等[24]通过硝化还原反应处理芳纶,其韧性和纤维表面没有过多的降低和破坏,IFSS(界面剪切强度)也得到大幅度改善。
(3)氯磺化反应
氯磺化反应是指用氯磺酸处理芳纶,在纤维表面引入氯磺酰基团(─SO2Cl),然后与其它含有活性官能团(─OH、NH2、NHNH2等基团)的物质反应,在芳纶表面接枝上极性基团,提高纤维表面的黏接性能。
GSSheu等[25]采用二氯甲烷作溶剂,用氯磺酸在-10℃条件下处理Kevlar149,然后分别用水或氨基乙酸、乙二胺、2-丁醇等物质将纤维表面的—SO2Cl基团转变成—SO3H(或其它极性基团)。
改性后的纤维的IFSS(界面剪切强度)得到显著提高(增加约2.25倍),但纤维本体强度不受影响。
(4)溴化反应
溴化反应是将芳纶纤维与溴化试剂反应后再通过胺解反应在纤维表面引入胺基官能团的改性方法。
反应性胺基官能团的引入能显著提高纤维与环氧树脂基体的黏接性能。
YulongWu等[26]利用溴化试剂NBS与Kevlar49纤维反应后,采用乙二胺进行胺解反应,在纤维表面引入胺基官能团。
改性后的纤维与环氧树脂基体的剥离强度明显加大,它们形成的复合材料的ILSS也得到显著提高,并且纤维本体强度几乎不受影响。
由此说明,纤维表面胺基与环氧树脂形成的共价键是增强纤维与树脂基体界面性能的主要影响因素。
(5)傅-克反应
2010年,西安交通大学Liu等[27]利用傅-克反应改性芳纶表面。
改性后,芳纶/环氧树脂复合材料的界面剪切强度值提高了50%,材料表面氧/碳比例增加。
结果表明,该改性方式是一种适合工业化连续处理的方法,它不仅显著提高了芳纶/环氧树脂复合材料的界面结合强度,而且对芳纶纤维内在的拉伸强度几乎没有影响,纤维表面吸湿能力通过改性也被提高。
2.2.3偶联剂法
硅烷偶联剂在玻璃纤维增强复合材料中得到了广泛应用,同样其也可应用于改性芳纶纤维。
芳纶改性研究中应用最多的硅烷偶联剂是KH550[分子结构为H2NCH2CH2CH2Si(OCH2CH3)3]。
对芳纶纤维作表面处理时,由于KH550分子的一端含有─Si(OCH2CH3)基团,发生水解反应后,可与芳纶纤维分子中的─CO─发生反应,而另一端的胺基可与环氧基体树脂反应,从而在纤维与树脂基体间通过化学键形成“桥梁”连接,提高复合材料的力学性能。
张康助[28]采用KH550处理芳纶,利用NOL环短梁剪切试验件对比试验的方法,得出结论:
芳纶纤维经偶联剂处理比未经处理时其复合材料的ILSS(层间剪切强度)提高15.7%~16.7%。
龙军等[29]用一种大分子接枝偶联剂MGC对F-12纤维进行等离子体接枝改性,研究了MGC的相对分子质量和浓度对改性后的F-12/环氧复合材料的ILSS的影响,还通过化学分析电子能谱仪(ESCA)对改性机制进行了分析。
试验结果表明,在最佳工艺条件下,F-12/环氧复合材料的ILSS可提高到62.3MPa,提高了12.2%。
于涛等[30]采用硅烷偶联剂对芳纶纤维进行表面处理,使纤维与橡胶基体间形成偶联剂桥联和缠结,获得较好的界面过渡区,改善了界面结构,消除了应力突变,使复合材料的横向抗拉强度明显提高。
上述改性方法中大部分用于提高芳纶纤维与其他有机材料的复合性能,要想将其应用于提高芳纶纤维的亲水性及芳纶纤维之间的连接性,需要进行大量的研究与尝试,以寻找一种合适的改性方法。
2.3分散剂的研究现状
分散是将固体微小颗粒尽可能均匀分布在另一种不相容的物料中,也就是指内相为不溶性微粒分布在外相为液体或半固体中组成的粗分散体系,这样的体系也称作乳液。
悬浮液至少由三种基本成分组成:
分散相、连续相和分散剂,常用的分散剂是表面活性剂。
分散剂可以使悬浮液中的固体分散粒子被液相充分润湿和均匀分散,并使体系的分离、聚集和固体微粒的沉降速度降至最低,以维持悬浮液最大的动力学稳定性。
分散剂作用的机理可能是浆料中阴离子或非离子表面活性剂的加入降低了浆料悬浮液的表面张力,提高了纤维表面的润湿性能,减少了纤维因疏水性而引起的絮凝,其作用机理可能是:
赋予纤维表面电荷,使其几乎产生斥力(阴离子表面活性剂);
覆盖于纤维表面,起到保护胶体的作用;
在纤维周围形成黏度状态,防止纤维碰撞聚集;
表面活性剂具有良好的吸附剂悬浮特性,吸附在纤维表面,形成水膜,使纤维相互滑过而不致产生缠结;
纤维表面润湿性能的改变也减少了纤维间的摩擦力,减少了纤维间相互黏着的机会;当往悬浮液中添加多聚磷酸盐如六偏磷酸钠焦磷酸钾等多价电解质时,其可能导致纤维分散的机理是:
此类电解质的加入改变了纤维上的动电电荷,使纤维上的负电荷增加,纤维相互之间的斥力增大,从而构成了稳定的带阴性电荷的悬浮液[31]。
在造纸工业中使用的分散剂品种很多,按照用途来分,可分为纤维分散剂、树脂分散剂和涂布分散剂。
用作纤维分散剂的造纸化学品一般都具有一定的水溶性和亲水性,以及适宜的流变学特性,根据其作用机理一般分为三大类:
第一类为表面活性剂,有非离子型分散剂和阴离子型分散剂两种;第二类为一些电解质类无机盐,包括焦磷酸钾,六偏磷酸钠等;第三类为水溶性高分子,又称水溶性树脂或水溶性聚合物,是一种亲水性的高分子材料,在水中能溶解或溶胀而形成溶液或分散液。
它是目前在浆料分散方面用得较多的一类,其典型代表为聚氧化乙烯和聚丙烯酰胺。
水溶性高分子作为分散剂的作用机理是:
它们的加入使得浆液的黏度增高,相当于在纤维表面附着了一层薄薄的润滑膜,起到水溶性润滑剂的作用使纤维相互滑过而不致缠结;
浆液黏度的增加大大限制了纤维在水中的运动自由度,使纤维不相互接触,减少了纤维间的絮聚,改善了纤维成形交织的能力;
黏性介质对纤维的黏滞力使得许多纤维在停止搅拌时,还没有相互接触就松弛并变成钝态,从而在减少了内应力,在悬浮液中形成纤维网络;
悬浮液黏度的增加也增加了纤维在介质中的悬浮性,延长了纤维沉降的时间[32]。
聚氧化乙烯(PEO)由于其良好的分散性,被广泛用于造纸,尤其在合成纤维造纸中,对提高浆料的分散起到重要作用[33]。
PEO分子中含有亲水和疏水基团,可以增强芳纶纤维表面活性、增加表面张力,有助于水介质对芳纶纤维的湿润性,这对芳纶纤维在水中的分散特别有用,极少的添加量能发挥独特的纸浆分散效果,可达到质地厚度均匀的目的。
因此,本课题将选用分散剂PEO进行试验,研究其对芳纶纤维的作用及芳纶绝缘纸性能的影响。
2.4芳纶纸热老化的研究现状
国内外学者对芳纶纸在高温情况下的热老化降解情况做了许多研究。
1976年,澳大利亚国防科学技术组织的BrownJ.R.等人研究了高性能纤维受环境影响的力学性能。
在惰性和高温氧化条件下处理Nomex和Kevlar,通过测定拉伸强度、断裂伸长率和断裂功确定纤维的尺寸稳定性[34]。
1977年,他们利用差热分析法(DTA)、热重分析法(TG)和热力学分析法(TMA)对Kevlar49(杜邦对位高模型芳纶)和Nomex(杜邦间位型芳纶)的耐高温性进行评价。
研究表明,100℃左右纤维上吸收的水分失去,300℃附近有玻璃化温度出现。
然而,从DTA曲线上,看到Kevlar49在560℃有个结晶熔点,590℃有一急剧的热降解峰,而Nomex则没有熔融峰出现,只有在440℃附近出现了热降解。
对Kevlar49的热分析发现它的氧化反应比热降解更容易进行,而Nomex则相反[35]。
1982年,他们采用热解/气相色谱分析质谱测定法研究了Nomex和Kevlar在温度300℃-700℃范围内的热降解反应,并分析了在各个温度段中热降解的产物,另外他们还分析了结构上与Nomex和Kevlar纤维有关的芳香族纤维的热降解机理。
对于热稳定性和化学结构之间的关系,1982年,KhannaYP等人[36]研究了无取代基和有氯基、硝基取代的二(元)胺全芳基聚酰胺的热稳定性,热氧稳定性以及热转变方面的性能。
分析认为Nomex和Kevlar热稳定性能的降低是由于取代基的不同。
文中提出了吸电子取代基增加了聚酰胺的热氧稳定性。
聚酰胺高聚物显示了较宽的放热峰(630~700℃),这可能来源于体系的交联和环化反应。
1990年,上海市合成纤维研究所的余荣华对比了国产芳纶1414与Kevlar的耐热老化性能,发现芳纶1414可以在280℃左右较长时间的使用,100h强度保持率仍有85%,这是由于在它在热氧老化过程中纤维表面的空隙、裂缝等发展较Kevlar29和Kevlar49缓慢[37]。
1994年,zhangQ研究了[38]在静态空气和流动的氮气
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