本發(fā)明涉及電介質(zhì)工程領(lǐng)域，特別是涉及一種納米二氧化硅/低密度聚乙烯復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

低密度聚乙烯具有介電性能好、損耗小、化學(xué)性能穩(wěn)定及易加工成型等優(yōu)點(diǎn)，成為絕緣材料的代表性材料。在交流輸電中，隨著電壓等級(jí)的提高，對(duì)絕緣材料電性能的要求也越來越高；在直流輸電中，直流高電場(chǎng)作用會(huì)使聚乙烯絕緣材料中積聚大量的空間電荷，空間電荷的存在會(huì)使絕緣材料中電場(chǎng)產(chǎn)生畸變，長(zhǎng)期作用的結(jié)果就是導(dǎo)致絕緣材料中產(chǎn)生局部放電、電樹枝甚至擊穿，嚴(yán)重影響絕緣材料的電性能，這已成為制約高壓直流輸電技術(shù)發(fā)展的一大難題。

納米復(fù)合材料的出現(xiàn)為這一難題提供了一種解決方案。由于納米顆粒具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)等諸多特殊效應(yīng)，它與聚合物基體之間可以通過各種化學(xué)作用和物理作用結(jié)合在一起，形成大量界面微域，這些界面微域具有很高的勢(shì)壘，是能級(jí)很深的陷阱。這些由納米填料引入的深陷阱不同于聚合物本身的缺陷陷阱，它與聚合物分子鏈結(jié)合而又獨(dú)立于分子鏈之外，能夠捕獲電荷、復(fù)合電荷，限制其移動(dòng)，因此熱電子難以激發(fā)，從而減少了聚合物分子的裂解，提高了絕緣性能。納米二氧化硅/低密度聚乙烯復(fù)合材料不僅提高了低密度聚乙烯的交直流擊穿場(chǎng)強(qiáng)，而且對(duì)空間電荷的抑制效果也非常明顯，是一種高介電性能的絕緣材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種納米二氧化硅/低密度聚乙烯復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有結(jié)晶度高、電導(dǎo)率低、空間電荷積聚少、交直流擊穿場(chǎng)強(qiáng)高等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種納米二氧化硅/低密度聚乙烯復(fù)合材料，是以低密度聚乙烯為基體，通過與改性納米二氧化硅和抗氧劑熔融共混制得，其中納米二氧化硅占復(fù)合材料的比重是0.5 wt%、抗氧劑占復(fù)合材料的比重是0.3 wt%。

所述納米二氧化硅/低密度聚乙烯復(fù)合材料的制備過程包括如下步驟：

1、將低密度聚乙烯加入到混煉機(jī)中至完全熔融，溫度為120 ℃~150 ℃，轉(zhuǎn)速為30~50 rpm；

2、將抗氧劑和改性納米二氧化硅加入到混煉機(jī)中與低密度聚乙烯共混，即得納米二氧化硅/低密度聚乙烯復(fù)合材料。

本發(fā)明中，所述低密度聚乙烯的密度約為0.917 g/cm3，熔融指數(shù)為1.5。

本發(fā)明中，所述改性納米二氧化硅是經(jīng)憎水型偶聯(lián)劑(六甲基二硅氮烷)進(jìn)行表面處理，標(biāo)稱粒徑為30 nm，純度為99.9%。

本發(fā)明中，所述抗氧劑為四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯。

本發(fā)明中，所述納米二氧化硅/低密度聚乙烯復(fù)合材料制備過程中的混煉機(jī)可以選擇轉(zhuǎn)矩流變儀或開煉機(jī)。

附圖說明

圖1是純低密度聚乙烯和所述復(fù)合材料的DSC曲線；

圖2是純低密度聚乙烯和所述復(fù)合材料電導(dǎo)率隨場(chǎng)強(qiáng)的變化；

圖3是純低密度聚乙烯和所述復(fù)合材料加壓時(shí)空間電荷分布；

圖4是純低密度聚乙烯和所述復(fù)合材料短路時(shí)空間電荷分布；

圖5是純低密度聚乙烯和所述復(fù)合材料的交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)weibull分布圖；

圖6是純低密度聚乙烯和所述復(fù)合材料的直流擊穿場(chǎng)強(qiáng)weibull分布圖。

具體實(shí)施方式

利用熔融共混法制備本發(fā)明所述納米二氧化硅/低密度聚乙烯復(fù)合材料（以40 g為例），其制備過程包括以下步驟：

1、將混煉機(jī)升溫至120 ℃，并設(shè)置轉(zhuǎn)速為40 rpm；

2、將39.68 g低密度聚乙烯加入到混煉中至完全熔融；

3、將0.12g抗氧劑和0.2 g改性納米二氧化硅加入到混煉機(jī)中與低密度聚乙烯共混20 min，得到納米二氧化硅/低密度聚乙烯復(fù)合材料，并用潔凈的剪刀將其剪成顆粒狀裝袋備用；

4、利用平板硫化機(jī)120 ℃下對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行成型處理，出模得到片材，用于各種性能測(cè)試，得圖1至圖6測(cè)試結(jié)果。

由圖1材料DSC曲線可計(jì)算的純低密度聚乙烯結(jié)晶度為30.47%，而所述納米二氧化硅/低密度聚乙烯復(fù)合材料結(jié)晶度為35.04%，相對(duì)于純低密度聚乙烯提高了15%。由圖 2可以看出所述納米二氧化硅/低密度聚乙烯復(fù)合材料電導(dǎo)率明顯低于純低密度聚乙烯，對(duì)于純低密度聚乙烯，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)為10kV/mm左右時(shí)，電荷開始注入，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)升至20kV/mm時(shí)，電導(dǎo)電流開始急劇增加，而納米二氧化硅/低密度聚乙烯復(fù)合材料在整個(gè)區(qū)間內(nèi)電導(dǎo)電流沒有明顯增長(zhǎng)，50kV/mm場(chǎng)強(qiáng)下其電導(dǎo)率比純低密度聚乙烯減小了94.2%。由圖3和圖4可以看出所述納米二氧化硅/低密度聚乙烯復(fù)合材料在加壓和短路時(shí)的空間電荷量較純低密度聚乙烯大大減少，這說明納米二氧化硅/低密度聚乙烯復(fù)合材料對(duì)空間電荷積聚的抑制效果很好。從圖5和圖6可以看出，純低密度聚乙烯的交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)為118.5 kV/mm，直流擊穿場(chǎng)強(qiáng)為333.0 kV/mm，而所述納米二氧化硅/低密度聚乙烯復(fù)合材料的交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)為139.4 kV/mm，直流擊穿場(chǎng)強(qiáng)為401.8 kV/mm，較純低密度聚乙烯分別提高了17.64%和 20.66%。

申請(qǐng)人聲明：凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。