云母作為絕緣材料用于各種電氣、電機(jī)工業(yè)中，具有優(yōu)良的性能。隨著大片優(yōu)質(zhì)云母資源的枯竭，利用碎云母制備的云母紙因其厚度均勻、介電強(qiáng)度波動(dòng)小、電暈起始電壓高而穩(wěn)定成為云母絕緣材料的主力軍。云母紙是將破碎后的細(xì)小鱗片在造紙機(jī)上抄造成大面積的紙張，它的成形主要靠鱗片間的靜電引力和范德華力。然而，這兩種力較小，抄造的云母紙強(qiáng)度低不能直接應(yīng)用，需要預(yù)先補(bǔ)強(qiáng)，通常的方法是在粘結(jié)劑的作用下將云母紙和補(bǔ)強(qiáng)材料粘合在一起形成云母紙材料。然而，這種補(bǔ)強(qiáng)工藝需要大量的粘結(jié)劑，極大的降低了材料中云母的含量，影響材料的絕緣性能、使用壽命等。為了保持云母材料的絕緣性能，并提高材料的機(jī)械強(qiáng)度，新的補(bǔ)強(qiáng)材料和補(bǔ)強(qiáng)工藝是云母紙材料發(fā)展的方向。芳綸纖維具有極高的強(qiáng)度，且具有優(yōu)良的絕緣性能，芳綸纖維與云母鱗片通過(guò)合適的工藝復(fù)合提高云母紙材料的強(qiáng)度是新興研究的熱點(diǎn)。
本文添加8％含量的芳綸纖維與云母鱗片復(fù)合制備芳綸云母紙復(fù)合材料，選擇合適的云母原料、制漿方式獲得云母漿料后，通過(guò)云母鱗片的表面改性和芳綸纖維的分散、改性，提高芳綸纖維與云母鱗片的界面結(jié)合強(qiáng)度、均勻度等。在添加8％含量的芳綸纖維的情況下制備的芳綸云母紙復(fù)合材料的性能基本達(dá)到了國(guó)外添加50％芳綸纖維抄造的復(fù)合云母紙的水平，極大的提高了紙張的強(qiáng)度，省去了以往云母紙材料需要浸膠、補(bǔ)強(qiáng)的工藝，可直接使用，簡(jiǎn)化了工藝流程。通過(guò)大量的試驗(yàn)研究，獲得了各項(xiàng)工藝參數(shù)的最佳條件，主要得到以下結(jié)果：
一、選定了云母原料后，通過(guò)對(duì)比水力制漿法和煅燒化學(xué)制漿法制備的云母漿料抄造的云母紙和芳綸云母紙的性能，可知煅燒化學(xué)制漿法制備的云母漿料更利于提高紙張的介電強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度；通過(guò)正交試驗(yàn)獲得了煅燒化學(xué)制漿工藝的最佳條件。進(jìn)行了云母漿料粒度組成對(duì)芳綸云母紙復(fù)合材料性能的影響研究，并通過(guò)正交試驗(yàn)獲得了最佳的云母鱗片粒度組成用于芳綸云母紙的制備。
二、盡量減少生產(chǎn)用水中雜質(zhì)金屬離子、懸浮物，避免堿性水質(zhì)是提高芳綸云母紙強(qiáng)度性能的前提；凈化水質(zhì)后，可選用不同的改性劑對(duì)云母鱗片進(jìn)行表面改性提高云母鱗片的表面性質(zhì);通過(guò)對(duì)比幾類不同的改性劑可知，聚丙烯酰胺類改性劑和淀粉類改性劑對(duì)云母鱗片的改性效果明顯。其中淀粉類改性劑較好，以陽(yáng)離子淀粉改性劑為最佳；當(dāng)陽(yáng)離子淀粉改性劑的用量為10kg/t，改性云母漿料濃度為16％，改性時(shí)間30min改性后的云母鱗片抄造的芳綸云母紙比未經(jīng)改性云母鱗片抄造的芳綸云母紙的拉伸強(qiáng)度提高了277.5％，改性效果十分明顯，且改性劑的添加不影響材料的介電性能。
三、通過(guò)不同的改性方式對(duì)芳綸纖維進(jìn)行表面改性研究，發(fā)現(xiàn)超聲波改性對(duì)提高芳綸纖維的表面活性，促使纖維表面微纖維、帚化較有利；同時(shí)，輔以硅烷偶聯(lián)劑改性，可有效的提高芳綸纖維的表面力，提高材料的強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)600W的超聲波改性5min,再以30kg/t的硅烷偶聯(lián)劑改性5h后的芳綸纖維與云母鱗片混合抄造的芳綸云母紙的拉伸強(qiáng)度由23.97N/cm提高至28.56N/cm，提高了19.1%，改性效果明顯。聚氧化乙烯和十二烷基苯磺酸鈉同時(shí)使用作為芳綸纖維的分散劑，可實(shí)現(xiàn)芳綸纖維的均勻分散，提高抄造的芳綸云母紙的均勻度。
四、通過(guò)對(duì)比三種不同的抄造成形工藝，最終確定了最適合芳綸云母紙抄造的工藝:混漿抄造工藝，其工藝流程簡(jiǎn)單，操作方便，芳綸纖維的補(bǔ)強(qiáng)效果好，極大的提高了云母紙材料的強(qiáng)度。
五、進(jìn)行了芳綸云母紙的熱壓操作，獲得了最佳的熱壓工藝參數(shù)，即在平板硫化機(jī)上以240℃的溫度，22MPa的壓力下熱壓1h。經(jīng)過(guò)熱壓后，芳綸云母紙的拉伸強(qiáng)度可達(dá)33.65N/cm，介電強(qiáng)度33.84KV/mm、耐折度1.74，材料的密實(shí)度、柔軟性能增強(qiáng)。并對(duì)比了自制芳綸云母紙與NOMEX418紙的各項(xiàng)性能，包括機(jī)械性能、耐溫性能、絕緣性能和使用穩(wěn)定性，自制芳綸云母紙的拉伸強(qiáng)度、介電強(qiáng)度較高，耐溫性能和穩(wěn)定性與NOMEX418類似，體積電阻率和介質(zhì)損耗有待進(jìn)一步提高。課題研究中，芳綸云母紙均在實(shí)驗(yàn)室條件下制得，工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)紙張的性能會(huì)進(jìn)一步提升。
六、探討了芳綸云母紙復(fù)合增強(qiáng)的機(jī)理：云母鱗片的級(jí)配提高了材料的密實(shí)度，減少了材料內(nèi)部的裂隙，降低了材料從裂隙處破壞的幾率；改性劑在云母鱗片表面的物理吸附和化學(xué)鍵和提高了云母鱗片的表面力，超聲波空化作用和偶聯(lián)劑的偶聯(lián)作用提高了芳綸纖維的表面活性，有效的改善了材料的界面結(jié)合性能，增加了材料的塑性，提高了材料的整體性能。
芳綸云母紙復(fù)合材料的研制具有重要的意義:首先，本課題芳綸云母紙的制備可填補(bǔ)國(guó)內(nèi)無(wú)相關(guān)產(chǎn)品的空白，打破對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的依賴。其次，芳綸纖維的補(bǔ)強(qiáng)云母紙基材料可以達(dá)到很高的強(qiáng)度，制備的芳綸云母紙可直接使用，無(wú)需再添加補(bǔ)強(qiáng)材料，提高了材料中云母的含量，有利延長(zhǎng)云母紙材料的使用壽命，提高電氣設(shè)備的安全性。通過(guò)合適的工藝流程，可一次成形，省去了傳統(tǒng)工藝的浸膠、補(bǔ)強(qiáng)工藝，簡(jiǎn)化了工藝流程。再次，芳綸纖維的使用，有利于減薄了紙基絕緣的厚度，對(duì)電氣設(shè)備的小型化有重要的意義。最后，添加少量的芳綸纖維極大的降低了芳綸云母紙生產(chǎn)的成本，增加了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。