TEMPO 氧化納米纖維素增強(qiáng)芳綸云母紙基復(fù)合材料及其性能研究

鮑晶晶，謝 璠，黨婉斌，司聯(lián)蒙，楊凱倫，賈峰峰，陸趙情

(陜西科技大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院 陜西省造紙技術(shù)及特種紙開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 輕化工程國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心 中國(guó)輕工業(yè)紙基功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710021)

0 引言

隨著我國(guó)工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展，大型電氣設(shè)備逐漸向高頻高壓化、輕量化等方向發(fā)展.對(duì)各類電氣絕緣材料的安全可靠性提出了更高的要求，材料應(yīng)盡可能地滿足其在高電壓、高負(fù)荷等惡劣環(huán)境中的應(yīng)用[1,2].芳綸云母紙基復(fù)合材料作為一種新型的復(fù)合電氣絕緣材料，是通過(guò)現(xiàn)代濕法造紙工藝，以有機(jī)的高性能芳綸纖維和無(wú)機(jī)的云母片為原料所制備的一種紙基復(fù)合材料.其具有優(yōu)良的絕緣性、耐高溫性、阻燃性、化學(xué)穩(wěn)定性以及靈活的可設(shè)計(jì)性等性能[3,4]，廣泛應(yīng)用于高壓電機(jī)、變壓器等絕緣電氣設(shè)備中.然而，由于芳綸纖維結(jié)晶度高及且表面惰性，限制了其與云母間的界面結(jié)合作用，致使芳綸纖維與云母片在材料中松散堆積，材料中存在大量結(jié)構(gòu)缺陷，導(dǎo)致材料具有較低的力學(xué)及絕緣性能.因此，改善芳綸與云母間的界面結(jié)合以獲得高性能芳綸云母紙基復(fù)合材料成為人們關(guān)注的焦點(diǎn).

目前，多種方法已被用于提高芳綸纖維的界面結(jié)合能力.一方面可通過(guò)化學(xué)刻蝕[5]、等離子體處理[6,7]、紫外線輻射[8]等方法活化芳綸纖維表面.其原理是通過(guò)破壞芳綸纖維表面的分子結(jié)構(gòu)使其暴露出更多的活性基團(tuán)，從而提升芳綸復(fù)合材料的力學(xué)及絕緣性能.但是這些方法對(duì)纖維具有較大的損傷，嚴(yán)重影響材料最終的性能；另一方面可通過(guò)在芳綸纖維表面引入富含活性基團(tuán)的其它物質(zhì)來(lái)提高芳綸纖維的界面結(jié)合能力[9,10].此類方法雖然對(duì)纖維本身?yè)p傷較小，但實(shí)驗(yàn)中常會(huì)涉及各種化學(xué)試劑對(duì)芳綸進(jìn)行改性處理，操作過(guò)程復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)且會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的危害.基于此，尋求一種對(duì)芳綸纖維無(wú)傷害、操作簡(jiǎn)單且綠色環(huán)保的方法來(lái)改善紙基復(fù)合材料中芳綸纖維與云母間的界面結(jié)合作用顯得尤為重要.

TEMPO氧化納米纖維素(TOCNs)是一種用氮氧自由基TEMPO對(duì)木質(zhì)纖維素進(jìn)行處理得到的表面含有大量羧基基團(tuán)的納米纖維素.由于TOCNs含有豐富的活性基團(tuán)，使其在作為增強(qiáng)材料應(yīng)用方面具有極大的發(fā)展?jié)摿11,12].Kong L等[13]以TOCNs為改性劑，采用相轉(zhuǎn)化技術(shù)制備了三乙酸纖維素(CTA)超濾膜.結(jié)果表明，加入TOCNs后制備的CTA/TOCNs復(fù)合膜的力學(xué)性能顯著提高.Zhou Y M等[14]將TOCNs作為增強(qiáng)材料加入到聚乙烯醇(PVA)薄膜中，材料的拉伸強(qiáng)度以及熱穩(wěn)定性能都得到顯著地提升.Li N等[15]為了提高水凝膠的力學(xué)性能，引入 TOCNs來(lái)制備具有良好機(jī)械強(qiáng)度的TOCNs/聚丙烯酰胺/明膠復(fù)合水凝膠.以上研究表明，可通過(guò)引入TOCNs有效改善各原料間界面結(jié)合作用，顯著提高材料的力學(xué)性能.

因此，本研究以片狀云母、對(duì)位芳綸沉析纖維為原料，TOCNs為增強(qiáng)材料，采用真空輔助抽濾法制備TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料.擬通過(guò)TOCNs的引入來(lái)改善芳綸纖維與云母間的界面結(jié)合作用，減少紙基復(fù)合材料中的結(jié)構(gòu)缺陷.并通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)、傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)、伺服材料多功能高低溫控制試驗(yàn)機(jī)以及耐壓測(cè)試儀等實(shí)驗(yàn)儀器研究不同TOCNs添加量的TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、力學(xué)及絕緣性能.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及藥品

對(duì)位芳綸沉析纖維，平均長(zhǎng)度為0.644～0.869 mm，由河北硅谷化工有限公司提供；白云母，平均粒徑169.6μm，比表面積13.26 m2/kg，由東方電機(jī)有限公司提供；TEMPO氧化納米纖維素(TOCNs)，1.2 mmol-COONa/g，由加拿大Cellulose Lab公司提供.

去離子水(自制)；定性濾紙(GB/T1914-2007，杭州特種紙業(yè)有限公司)；微孔濾膜(YY8-1-88型，上海市新亞凈化器件廠).

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與表征

S260標(biāo)準(zhǔn)纖維解離器；JY99-IIDN超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)；BBS-3紙頁(yè)成型器；TD11-H紙頁(yè)壓榨機(jī).

采用德國(guó)Bruker公司Vertex70型傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)紙基復(fù)合材料的化學(xué)基團(tuán)進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)OPUS軟件對(duì)測(cè)試所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，紙基復(fù)合材料掃描波數(shù)范圍為500～4 000 cm-1.采用捷克TESCAN公司JSM-6360LV型掃描電子顯微鏡對(duì)紙基復(fù)合材料表面及截面的微觀形貌進(jìn)行分析，加速電壓為10 kV，樣品測(cè)試前需噴金處理.

采用國(guó)產(chǎn)DCHJY03型電腦測(cè)控厚度緊度儀測(cè)試樣品的緊度，每個(gè)樣品測(cè)5次，取平均值.

采用日本KRK2085-D型層間結(jié)合測(cè)試儀測(cè)試樣品的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度，每個(gè)樣品測(cè)5次，取平均值.

采用AI-7000-NGD伺服材料多功能高低溫控制試驗(yàn)機(jī)對(duì)紙基復(fù)合材料的應(yīng)力-應(yīng)變性能進(jìn)行測(cè)試，選用50 kgf的傳感器，拉伸速率為5 mm/min，試樣夾距為20 mm，樣品尺寸：50 mm×10 mm.

采用國(guó)產(chǎn)CS2672D全數(shù)顯耐壓測(cè)試儀對(duì)紙基復(fù)合材料的擊穿電壓進(jìn)行測(cè)試，交流電壓下升壓速率為0.2 kV/s，樣品充分烘干，為確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)每個(gè)樣品取10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試后取平均值.樣品的擊穿強(qiáng)度需通過(guò)公式E=U/d計(jì)算獲得，公式中U代表樣品的擊穿電壓(kV)；E代表?yè)舸?qiáng)度(kV/mm)；d代表樣品擊穿處的厚度(mm).

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 實(shí)驗(yàn)原料預(yù)處理

將一定比例的TOCNs和云母混合加入一定量的去離子水中，超聲分散10 min；再將芳綸沉析纖維在高頻疏解機(jī)中分散攪拌20 000 r后加入到上述TOCNs/云母的混合液中攪拌1 min后備用.其中纖維與云母的質(zhì)量比為7∶3，TOCNs分別占芳綸纖維質(zhì)量的0 wt.%、1 wt.%、2.5 wt.%、10 wt.%、20 wt.%.

1.3.2 TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料的制備

芳綸云母紙基復(fù)合材料的制備過(guò)程如圖1所示.首先，將上述疏解分散好的漿料倒入抽濾瓶中，借助真空輔助進(jìn)行抽濾，隨后用紙頁(yè)壓榨機(jī)壓榨3 min，再將其在108 ℃下干燥8 min，得到TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料，紙樣定量為80 g/m2.采用相同的方法分別制備不同TOCNs添加量的TOCNS-芳綸云母紙基復(fù)合材料(0 wt.%、1 wt.%、2.5 wt.%、10 wt.%、20 wt.%)(為了方便區(qū)分，將不同TOCNs添加量的TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料命名為T(mén)OCNs-X，其中X代表TOCNs的添加量).

圖1 芳綸云母紙基復(fù)合材料的制備流程示意圖

2 結(jié)果與討論

2.1 TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料微觀形貌分析

因?yàn)椴牧系慕Y(jié)構(gòu)對(duì)其性能有很大的影響，因此首先通過(guò)SEM表征材料表面及截面微觀形貌，分析其結(jié)構(gòu)特征.圖2為不同TOCNs添加量(0 wt.%、2.5 wt.%、20 wt.%)的TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料的表面和橫截面的微觀形貌圖.

(a)TOCNs-0表面 (b)TOCNs-2.5表面

(c)TOCNs-20表面 (d)TOCNs-0截面

(e)TOCNs-2.5截面 (f)TOCNs-20截面圖2 不同TOCNs添加量的TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料的表面和截面SEM圖

首先，由圖2(a)～(c)中各紙基復(fù)合材料的表面形貌可知.隨著TOCNs添加量的增加，材料中孔隙顯著減少，材表面更加平滑.其次，對(duì)圖2(d)～(f)中各個(gè)紙基復(fù)合材料的截面形貌圖進(jìn)行對(duì)比分析.圖2(d)中TOCNs-0的截面形貌中存在大量橫向長(zhǎng)線狀間隙，材料結(jié)構(gòu)出現(xiàn)分層現(xiàn)象，表明芳綸纖維與云母的界面結(jié)合作用較弱；圖2(e)中TOCNs-2.5的截面形貌中芳綸纖維彼此纏結(jié)的同時(shí)包覆在云母的表面.TOCNs分散嵌合于紙基復(fù)合材料的間隙中使得其中間隙明顯減少，僅存在少量更窄更短的間隙分布于紙基材料中.

同時(shí)，材料更加均勻密實(shí)，如圖3所示其緊度與TOCNs-0相比也明顯增加.表明隨著紙基復(fù)合材料中TOCNs的引入，芳綸纖維與云母間的界面結(jié)合作用增強(qiáng).圖(f)中TOCNs-20的截面更加平滑，然而紙基材料中的間隙變寬的同時(shí)有少量縱向間隙出現(xiàn)，表明大量TOCNs的引入不利于芳綸纖維與云母間界面結(jié)合作用的增強(qiáng).

圖3 不同TOCNs添加量的TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料的緊度

綜上可知，當(dāng)在芳綸云母紙基復(fù)合材料中引入適量的TOCNs時(shí)，其可以均勻分散于紙基復(fù)合材料中.一方面，因其尺寸相對(duì)較小可填補(bǔ)材料中的結(jié)構(gòu)缺陷；另一方面，TOCNs表面大量的活性基團(tuán)使其可起到粘結(jié)劑的作用.有效改善芳綸纖維與云母的界面結(jié)合作用，使材料的緊度增加的同時(shí)，其結(jié)構(gòu)更加均勻密實(shí).這樣的結(jié)構(gòu)可以有效地傳遞應(yīng)力，增加擊穿電子移動(dòng)路徑，從而保證TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料優(yōu)異的力學(xué)性能以及擊穿強(qiáng)度.然而當(dāng)引入大量的TOCNs時(shí)，TOCNs極易絮聚成團(tuán)而不能均勻分散于材料中.成團(tuán)的TOCNs會(huì)對(duì)芳綸纖維與云母的界面結(jié)合作用產(chǎn)生不良影響，進(jìn)而影響材料的結(jié)構(gòu).

2.2 TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料的FT-IR分析

一般而言，氫鍵作用有助于紙基復(fù)合材料的力學(xué)性能提高，而TOCNs的表面含有大量的羧基基團(tuán)以及羥基基團(tuán)，其可能與芳綸纖維與云母暴露出的少量活性基團(tuán)形成氫鍵作用.在此，采用FT-IR表征了不同TOCNs添加量的TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料的結(jié)合作用，如圖4所示.

首先，對(duì)于TOCNs-0的譜圖分析可得，在3 317 cm-1，1 640 cm-1(C=O)，1 545 cm-1(N-H)以及1 400 cm-1(C-N)處均出現(xiàn)了芳綸纖維的特征吸收峰.此外，在1 020 cm-1與820 cm-1處也出現(xiàn)了云母中Si-O-Si的伸縮振動(dòng)峰.

其次，對(duì)比分析各紙基復(fù)合材料的紅外譜圖.隨著TOCNs的添加，3 623 cm-1處出現(xiàn)了自由羥基O-H的伸縮振動(dòng)吸收峰，且此峰強(qiáng)度在TOCNs添加量為20 wt.%時(shí)達(dá)到最大，這可歸因于TOCNs表面含有大量的羧酸以及羥基基團(tuán).同時(shí)，隨著紙基復(fù)合材料中TOCNs添加量的增加，在3 317 cm-1處出現(xiàn)的N-H的伸縮振動(dòng)吸收峰也逐漸增強(qiáng)同時(shí)吸收范圍變寬.這是因?yàn)門(mén)OCNs不僅有大的比表面積，而且表面有大量的羧酸基團(tuán)(-COOH)以及羥基(-OH)基團(tuán).在紙基復(fù)合材料中其可與芳綸纖維中暴露出的-NH基團(tuán)及云母暴露出的-OH基團(tuán)形成氫鍵作用[16]，從而提高芳綸纖維及云母的界面結(jié)合作用，優(yōu)化紙基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu).

圖4 不同TOCNs添加量的TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料的FT-IR譜圖

2.3 TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料力學(xué)性能分析

電氣絕緣材料在使用中會(huì)受到較高強(qiáng)度的負(fù)荷，因此，為了保證電氣系統(tǒng)正常運(yùn)作需要材料具備良好的力學(xué)性能.因此，將進(jìn)一步探究TOCNs的添加對(duì)TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響.

內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度對(duì)材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力傳遞效果有直接影響，可衡量紙基復(fù)合材料的界面粘結(jié)情況[17].在紙基復(fù)合材料中引入富含活性基團(tuán)的TOCNs可通過(guò)改善其中芳綸與云母的界面結(jié)合作用，提高材料的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度.

圖5為不同TOCNs添加量的紙基復(fù)合材料的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度.由圖5可知，隨著TOCNs添加量的增加，紙基復(fù)合材料的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度呈現(xiàn)出先遞增后降低的趨勢(shì).TOCNs-2.5的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度最大，約為T(mén)OCNs-0的兩倍.

這得益于TOCNs作為良好的粘合劑，有效改善了芳綸纖維與云母的界面結(jié)合作用，使得結(jié)構(gòu)更加均勻密實(shí).當(dāng)材料受到外力時(shí)，承受應(yīng)力的有效面積增加，同時(shí)紙基復(fù)合材料可以通過(guò)界面給TOCNs傳遞應(yīng)力來(lái)吸收更多外界能量，從而提高材料的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度.然而，當(dāng)添加大量的TOCNs時(shí)，其極易絮聚成團(tuán)而不易于提高芳綸纖維與云母的界面結(jié)合作用，會(huì)使材料中出現(xiàn)新的結(jié)構(gòu)缺陷(如圖2所示).當(dāng)材料受到外力作用時(shí)，材料中的結(jié)構(gòu)缺陷會(huì)影響應(yīng)力傳遞，進(jìn)而對(duì)其內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度產(chǎn)生不良影響.

圖5 不同TOCNs添加量的TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度

圖6為不同TOCNs添加量紙基復(fù)合材料的應(yīng)力-應(yīng)變拉伸曲線以及抗張強(qiáng)度與斷裂應(yīng)變圖.如圖6(a)所示，隨著紙基復(fù)合材料中TOCNs添加量的增加其拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì).TOCNs-0的拉伸強(qiáng)度較低，這是由于芳綸纖維與云母的界面結(jié)合力弱，導(dǎo)致紙基復(fù)合材料中缺陷多，結(jié)構(gòu)松散，當(dāng)受到外力拉伸時(shí)其結(jié)構(gòu)易被破壞.隨著紙基復(fù)合材料中TOCNs添加量的增加，紙基復(fù)合材料中結(jié)構(gòu)缺陷減少同時(shí)更加密實(shí)，紙基復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)出逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì).

由圖6(b)可知，隨著材料中TOCNs的引入，其抗張強(qiáng)度逐漸增大.TOCNs-20的抗張強(qiáng)度最大為18.21 MPa，相比于TOCNs-0增長(zhǎng)了約82%.這是由于加入的TOCNs具有優(yōu)異的表面活性以及大的比表面積，有利于其填充在芳綸纖維與云母間，作為填充材料和粘結(jié)材料優(yōu)化紙基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu).此外，TOCNs作為優(yōu)良的增強(qiáng)材料，不僅可以與芳綸以及云母形成氫鍵，其自身也可形成氫鍵作用.在紙基復(fù)合材料受到拉伸應(yīng)力時(shí)，TOCNs可進(jìn)行良好的界面應(yīng)力傳遞，改善應(yīng)力集中，從而提高了紙基復(fù)合材料的抗張強(qiáng)度.

然而，隨著材料中TOCNs的持續(xù)引入，其斷裂應(yīng)變并未與抗張強(qiáng)度同步增加.各紙基復(fù)合材料中，TOCNs-10的斷裂應(yīng)變最大為2.98 %，相比于TOCNs-0增長(zhǎng)了約48%，而TOCNs-20的斷裂應(yīng)變?yōu)?.61%.這歸因于當(dāng)在紙基復(fù)合材料中引入大量的TOCNs時(shí)，表面富含活性基團(tuán)的小尺寸TOCNs會(huì)絮聚成致密的團(tuán)塊散布于材料中.當(dāng)紙基復(fù)合材料材料受到外力拉伸時(shí)，具有纏繞包覆作用的片狀芳綸纖維間可產(chǎn)生局部微量的相對(duì)滑動(dòng)，而結(jié)構(gòu)更加致密的TOCNs團(tuán)塊卻難以相對(duì)移動(dòng).因而當(dāng)大量TOCNs加入到紙基復(fù)合材料中時(shí)，其斷裂應(yīng)變減小.

(a)應(yīng)力-應(yīng)變拉伸曲線

(b)抗張強(qiáng)度與斷裂應(yīng)變圖6 不同TOCNs添加量的TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料的力學(xué)性能

2.4 TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料擊穿強(qiáng)度分析

因?yàn)榻^緣材料在使用中常會(huì)發(fā)生介電擊穿，使得材料受到破壞而失去絕緣性能.因而對(duì)絕緣材料而言，擊穿強(qiáng)度是評(píng)價(jià)材料絕緣性能的一項(xiàng)重要指標(biāo).根據(jù)GB/T29310，采用兩參數(shù)Weibull 分布對(duì)各個(gè)紙基復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.圖7(a)中，離散點(diǎn)為擊穿試驗(yàn)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，中間直線為Weibull 分布的擬合直線.如圖7(b)所示，EBD 為尺度參數(shù)，表示失效概率為63.2%時(shí)的擊穿電壓，也稱為平均擊穿電壓.β為形狀參數(shù)，代表試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分散性，其值越大，數(shù)據(jù)分散性越小[18].

由圖7(a)可知，隨著TOCNs添加量的增加，紙基復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度也呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，其中TOCNs-20的擊穿強(qiáng)度最大.對(duì)由Weibull 分布對(duì)各個(gè)紙基復(fù)合材料的擊穿數(shù)據(jù)分析所得到的平均擊穿強(qiáng)度EBD對(duì)比分析，如圖7(b)所示，當(dāng)TOCNs的添加量高至20 wt.%時(shí)，材料的平均擊穿強(qiáng)度也達(dá)到最大為14.59 kV/mm，相比于未添加TOCNs的紙基復(fù)合材料TOCNs-0的平均擊穿強(qiáng)度提高了約79%.

(a)擊穿強(qiáng)度Weibull分布圖

(b)平均擊穿強(qiáng)度EBD及統(tǒng)計(jì)參數(shù)β圖7 不同TOCNs添加量的TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度數(shù)據(jù)分析

結(jié)合圖8中的TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)機(jī)理圖分析，TOCNs的加入可顯著優(yōu)化紙基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，減少材料中的結(jié)構(gòu)缺陷.一般情況下，紙基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)缺陷中充滿空氣.因?yàn)榭諝獾慕殡姵?shù)小，在高電壓的情況下更易被擊穿.因此隨著紙基復(fù)合材料中結(jié)構(gòu)缺陷的增多，其擊穿強(qiáng)度也會(huì)降低.TOCNs的添加改善了芳綸云母紙基復(fù)合材料的絕緣性能，主要體現(xiàn)在以下兩方面：一方面TOCNs微小的尺寸可以填補(bǔ)紙基復(fù)合材料中的結(jié)構(gòu)缺陷；另一面TOCNs以氫鍵作用填充在芳綸纖維與云母之間，在擊穿過(guò)程中增加了材料被擊穿前電子的移動(dòng)路徑，從而提高擊穿強(qiáng)度.

圖8 TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)機(jī)理圖

3 結(jié)論

(1)TOCNs的適量加入可有效地改善芳綸云母紙基復(fù)合材料中芳綸纖維與云母松散堆積的情況.這得益于小尺寸TOCNs不僅可以填補(bǔ)紙基復(fù)合材料中的結(jié)構(gòu)缺陷，優(yōu)化材料的結(jié)構(gòu)；并且TOCNs表面豐富的活性基團(tuán)可與芳綸纖維以及云母表面暴露出的活性基團(tuán)形成氫鍵來(lái)提高芳綸與云母的界面結(jié)合作用，促使紙基復(fù)合材料形成均勻密實(shí)的內(nèi)部結(jié)構(gòu).

(2)紙基復(fù)合材料中引入TOCNs可有效提高其內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度以及抗張強(qiáng)度.當(dāng)TOCNs的添加量為20 wt.%時(shí)，TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料抗張強(qiáng)度達(dá)到最大為18.21 MPa，相比于未添加紙基復(fù)合材料增長(zhǎng)了82%.

(3)TOCNs的添加量為20 wt.%時(shí)，TOCNs-芳綸云母紙基復(fù)合材料的平均擊穿強(qiáng)度達(dá)到最大，可達(dá)14.59 kV/mm，相比于未添加的紙基復(fù)合材料的平均擊穿強(qiáng)度提高了79%.