摘 要

我国大型电机设备的发展与大功率家用电器的普及，对于其所用绝缘材料的性能有了进一步的需求。论文利用云母与高强度芳纶纤维进行复合绝缘材料的制备，基于云母和芳纶纤维表面性质的差异，对两者的表面改性和流延成型技术进行了论述，得到以下结论：

（1）传统云母绝缘材料是将天然云母抄造成纸，以此为原料制备云母板、云母带等云母绝缘制品，但存在机械性能较差，制备工艺复杂等问题。新型复合云母绝缘材料及其成型方法是电工绝缘材料发展的方向。

（2）芳纶纤维可作为增强材料与云母混合，但二者界面结合性差，需进行表面改性改变二者的表面性质。利用超声作用或高温低浓度酸可改变芳纶纤维的表面性质，提高复合材料的机械强度，偶联剂则可作为云母表面的高效改性剂，提高其与有机界面的相容性。

非水基流延成型工艺最为适合云母芳纶纤维复合材料的制备，工艺简单，制得的材料性能稳定。

（3）云母分散性能研究表明，当pH在5~10之间时，云母颗粒分散情况良好，过高或过低的pH都会导致颗粒团聚现象的出现；通过Zeta电位的测定探究了六偏磷酸钠和羧甲基纤维素对云母颗粒的分散作用机理，其中六偏磷酸钠的分散作用更为稳定。

关键词：云母，芳纶纤维，表面改性，流延成型，复合材料

Abstract

With the development of large-scale motor equipment and the popularity of high-power household appliances, there is a further demand for the performance of the insulation materials used. In this paper, mica and high strength aramid fiber are used to prepare composite insulating materials. based on the difference of surface properties of mica and aramid fiber, the surface modification and tape casting technology of mica and aramid fiber are discussed. The following conclusions can be drawn:

（1）Traditional mica insulating materials are made of natural mica into paper, which are used as raw materials to prepare mica board, mica tape and other mica insulating products,but there are some problems such as poor mechanical properties and complex preparation process. New composite mica insulation material and its forming method are the developing direction of electrical insulation material.

（2）Aramid fiber can be mixed with mica as reinforcement material, but their interface bonding is poor, so surface modification is needed to change their surface properties. The surface properties of aramind fibers can be changed by ultrasound or high temperature and low concentration of acid, and the mechanical strength of composites can be improved. The coupling agent can be used as an efficient modifier of mica surface to improve its compatibility with organic interface.

The non-aqueous casting process is most suitable for the preparation of mica aramid fiber composite materials. The process is simple and the properties of the materials obtained are stable.

（3）Studies on mica dispersion show that mica particles are well dispersed when pH is between 5 and 10, and high or low pH will lead to particle agglomeration; The dispersion mechanism of sodium hexametaphosphate and carboxymethyl cellulose on mica particles was studied by measuring Zeta potential, among which the dispersion of sodium hexametaphosphate was more stable.

Keywords: Mica, Aramid fibers, The surface modification, Stretch forming, Composite materials

目 录

第一章 云母电工绝缘材料 1

1.1 云母概况 1

1.1.1 云母资源概况 1

1.1.2 云母的结构与特性 2

1.1.3 云母的应用 3

1.2 云母绝缘材料 5

1.2.1 云母纸 5

1.2.2 云母板 7

1.2.3 云母带 8

1.2.4 云母异型件 10

1.2.5 云母复合绝缘材料 10

1.3 云母绝缘材料的测试分析方法 11

1.3.1厚度测试 11

1.3.2密度测试（浸渍法） 12

1.3.3拉伸强度和断裂伸长率测试 13

1.3.4电气强度测试 13

1.4研究的目的和意义 14

1.4.1研究意义 14

1.4.2研究目的 14

第二章 芳纶/云母复合绝缘材料 15

2.1 芳纶纤维的概况 15

2.1.1芳纶纤维的发展 15

2.1.2芳纶纤维类型与用途 16

2.1.3芳纶纸基绝缘材料 17

2.2 芳纶和云母的表面改性 19

2.2.1 芳纶与云母的界面差异 19

2.2.2 芳纶纤维的表面改性 19

2.2.3 云母的表面改性 20

2.3 芳纶/云母复合绝缘材料 22

2.3.1 芳纶/云母复合材料的发展 22

2.3.2 芳纶/云母复合材料的研究现状 23

2.3.3 存在的难点及问题 24

2.4 本章小结 24

第三章 流延成型技术 25

3.1流延成型技术 25

3.1.1工艺简介 25

3.1.2流延成型方法分类 25

3.2流延成型浆料制备 28

3.2.1溶剂对浆料的影响 28

3.2.2分散剂对浆料的影响 30

3.2.3粘结剂对浆料的影响 32

3.2.4增塑剂对浆料的影响 32

3.3流延成型过程控制 33

3.3.1流体特性 33

3.3.2流延工艺控制 34

3.3.3干燥工艺对流延成型的影响 34

3.3.4流延生胚的性能表征 35

3.4本章小结 36

第四章 云母流延成型探索实验 38

4.1 试验原料 38

4.2研究方法 39

4.2.1 分散性能测试 39

4.2.2 流延成型 39

4.3 绢云母的分散性能研究 39

4.3.1 pH对颗粒分散效果的影响 39

4.3.3 CMC对颗粒分散效果的影响 41

4.3.4 机理分析 41

4.4 云母流延成型初步探索 43

4.5 本章小结 43

第五章 结论 44

参考文献 45

致谢 47

第一章 云母电工绝缘材料

1.1 云母概况

1.1.1 云母资源概况

云母矿在自然界中分布相当广泛，根据USGC统计，全世界片云母主要由印度、俄罗斯和中国等国家产出，年供应量1万吨左右^[1]；印度、俄罗斯、中国等国是全球云母产量最多的几个国家，其中印度产量占比达到80%，是最大的生产国。随着技术的发展，云母的代用品不断出现，目前天然片云母消费占比正在不断减少。

云母矿中大部分为碎云母矿，主要由中国、俄罗斯等17个国家产出，产量达到全球总产量90%。世界云母主要生产国及其矿区分布见表1-1。