本發(fā)明涉及通過超聲波調(diào)控介觀結(jié)構(gòu)的耐電樹納米復(fù)合物的制備方法，屬于高壓絕緣領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

聚乙烯中的電樹枝現(xiàn)象嚴(yán)重影響聚乙烯絕緣材料的使用壽命，同時(shí)也使其在很多領(lǐng)域中的應(yīng)用受到限制。很多實(shí)驗(yàn)研究表明，添加微量的納米蒙脫土相較于其他微米級(jí)的填料更可以顯著提高復(fù)合物的介電性能以及電樹枝特性。

超聲波處理作為一種特殊能量作用形式，在很多方面都得到了廣泛應(yīng)用。超聲波在發(fā)生能量作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生局部超高溫、超高壓以及超聲空化作用，特別是超聲空化作用所產(chǎn)生的空化能，能夠使處于超聲波作用下的固體顆粒之間發(fā)生劇烈碰撞，從而導(dǎo)致固體顆粒的粒徑尺度減小。超聲波的空化原理指的是，存在于液體中的空氣泡(微氣核)在超聲波的作用下發(fā)生振動(dòng)，當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)空氣泡(微氣核)發(fā)生生長與崩潰的動(dòng)力學(xué)過程，在這個(gè)過程中所產(chǎn)生的條件足以使有機(jī)物、無機(jī)物在空氣泡中發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、熱分解，促進(jìn)分均相界面的攪動(dòng)，實(shí)現(xiàn)介觀的均勻混合，同時(shí)可以阻止晶核的生長和團(tuán)聚，控制顆粒的尺寸與分布。人們正是利用超聲波具有的上述特點(diǎn)，來處理化工、電鍍、生物醫(yī)學(xué)等方面的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提高作為耐高壓絕緣材料的聚乙烯納米復(fù)合物耐電樹枝能力，結(jié)合國內(nèi)外關(guān)于超聲技術(shù)作用于納米材料的文獻(xiàn)，利用超聲技術(shù)對(duì)納米蒙脫土進(jìn)行了剝離處理，采用熔融插層法與低密度聚乙烯混合，制備出超聲處理蒙脫土/聚乙烯納米復(fù)合物。

本發(fā)明所述通過超聲波調(diào)控介觀結(jié)構(gòu)的耐電樹納米復(fù)合物的制備方法按下列步驟實(shí)現(xiàn)：

一、先將蒙脫土加入到一定濃度的酸溶液中在水浴鍋中高速攪拌，蒙脫土均勻溶解在酸溶液中，使用離心機(jī)對(duì)溶解到酸溶液中的蒙脫土進(jìn)行離心，去除蒙脫土內(nèi)雜質(zhì)；

二、向離心后的溶液中加十八烷基三甲基銨鹽，然后繼續(xù)放在水浴鍋中高速攪拌，使用分液漏斗靜置后，取上層懸濁液用去離子水反復(fù)進(jìn)行洗滌，直至AgNO₃滴定無白色沉淀；

三、將上述的懸濁液倒入燒杯中，并置于超聲波振蕩儀中振蕩，然后放入烘箱中烘干，最后經(jīng)研磨、過篩；

四、先向混煉式轉(zhuǎn)矩流變儀中加入聚乙烯，待其完全熔融后，將步驟三中的蒙脫土以不同比例分?jǐn)?shù)加入其中，與聚乙烯共混。

本發(fā)明制備的納米復(fù)合物是利用功率超聲波來二次剝離有機(jī)化處理之后的蒙脫土。根據(jù)目前的研究狀況看來，決定納米復(fù)合物耐電樹性能的主要因素是納米填料的分散性及由此而調(diào)控的介觀結(jié)構(gòu)，而常規(guī)納米填料制備方法很難使納米復(fù)合物內(nèi)的無機(jī)納米填料達(dá)到納米級(jí)分散程度。這是因?yàn)楫?dāng)填料顆粒尺寸減小到0.1μm以下時(shí)，填料顆粒的表面能相對(duì)來說會(huì)變得很高，導(dǎo)致填料顆粒之間發(fā)生自聚集效應(yīng)。以蒙脫土為例，這種表面能的存在會(huì)導(dǎo)致其發(fā)生層狀堆疊，降低了蒙脫土的分散性。本實(shí)驗(yàn)將有機(jī)化處理后的蒙脫土再次進(jìn)行超聲處理，就是為了在與聚合物熔融共混前破壞蒙脫土的層狀堆疊結(jié)構(gòu)，使其顆粒尺寸更微小，在與聚合物共混時(shí)的分散性更好。另一方面，通過超聲剝離蒙脫土的異相成核作用，調(diào)控納米復(fù)合物的晶粒尺度及結(jié)晶度等。當(dāng)聚合物與納米填料的混合在介觀尺度上達(dá)到均勻時(shí)，填料的納米特性能得以充分發(fā)揮，從而達(dá)到提高納米復(fù)合物耐電樹性能的目的。

附圖說明

圖1和圖2分別是是本發(fā)明所述實(shí)施例1中三種試樣晶粒尺度和結(jié)晶度的示意圖。

圖3是本發(fā)明所述實(shí)施例2中三種試樣電樹引發(fā)電壓的示意圖。

圖4和圖5分別是是本發(fā)明所述實(shí)施例3中三種試樣電樹生長長度和電樹生長形態(tài)的示意圖。

圖中：(1)、(2)、(3)分別為聚乙烯、未經(jīng)超聲波調(diào)控介觀結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合物、超聲波調(diào)控介觀結(jié)構(gòu)的耐電樹納米復(fù)合物。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式通過超聲波調(diào)控介觀結(jié)構(gòu)的耐電樹納米復(fù)合物的制備方法按下列步驟實(shí)施：

一、稱取適當(dāng)質(zhì)量的蒙脫土，配以適當(dāng)濃度的乙酸溶液混合在一起，隨后將混合好的的蒙脫土懸濁液在一定溫度下水浴加熱并高速攪拌。將攪拌好的懸濁液靜置至冷卻，進(jìn)行離心提純；

二、測(cè)量提純后的懸濁液量，大致估計(jì)出蒙脫土含量，按一定比例配制表面改性劑溶液，選擇十八烷基三甲基氯化銨作為表面改性劑。將蒙脫土懸濁液與配制好的表面改性劑溶液混合后，放置在水浴加熱并高速攪拌一段時(shí)間。將制得的溶液冷卻后倒入分液漏斗，靜置一段時(shí)間后，除去下層清液；

三、將上層泡沫狀部分全部倒入抽濾漏斗中，加入去離子水進(jìn)行抽濾，直至用硝酸銀溶液滴定至無沉淀即停止抽濾。將上述中的懸濁液倒入燒杯中，并置于超聲波振蕩儀中振蕩；最后將蒙脫土放置烘箱，設(shè)置好溫度，烘烤。將烘干后的蒙脫土進(jìn)行研磨、過篩，處理完畢；

四、先向混煉式轉(zhuǎn)矩流變儀中加入聚乙烯，混煉溫度為150°C，螺桿轉(zhuǎn)速為50r/min，待其完全熔融后，將步驟三中的蒙脫土以不同比例分?jǐn)?shù)加入其中，與聚乙烯共混。

本實(shí)施例所使用的聚乙烯為中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司，蒙脫土原土：陽離子交換量為80mmol/100g。

實(shí)施例1

對(duì)制備的兩種納米復(fù)合物及聚乙烯三種試樣的介觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)量，其中一種納米復(fù)合物的有機(jī)蒙脫土通過超聲波二次剝離，另一種納米復(fù)合物的有機(jī)蒙脫土未經(jīng)過超聲波二次處理。結(jié)果表明，通過超聲波調(diào)控介觀結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合物其晶粒尺度減小如圖1所示，結(jié)晶度提高如圖2所示。

實(shí)施例2

對(duì)制備的兩種納米復(fù)合物及聚乙烯三種試樣的電樹枝起始電壓進(jìn)行了測(cè)量和統(tǒng)計(jì)，其中一種納米復(fù)合物為通過超聲波調(diào)控介觀結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合物，另一種為未經(jīng)過超聲波調(diào)控介觀結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合物，結(jié)果表明，通過超聲波調(diào)控介觀結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合物的電樹枝引發(fā)電壓顯著提高，電樹枝的起樹率降低，如圖3所示。

實(shí)施例3

制備的納米復(fù)合物進(jìn)行電樹枝生長特性實(shí)時(shí)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，并對(duì)比研究超聲處理前后納米復(fù)合物的電樹枝生長特性及樹枝形態(tài)特性等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖4及圖5所示：超聲處理蒙脫土/聚乙烯納米復(fù)合物的電樹枝生長長度明顯縮短，且電樹枝形態(tài)變?yōu)楦芗膮矤?。結(jié)構(gòu)分析表明，超聲處理技術(shù)可以促進(jìn)蒙脫土片層結(jié)構(gòu)剝離，使蒙脫土均勻分散在聚乙烯中，形成剝離型蒙脫土/聚乙烯納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而有效提高了聚乙烯基體的耐電樹枝性能。