[發明專利]低閥值場強高機械性能的非線性電導復合物材料

在審

• 申請號: 201710308586.1
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107686629A
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 何金良;胡軍;趙孝磊;楊霄;李琦;曾嶸
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L23/06;C08L23/12;C08L23/16;C08L83/04;C08K7/06;C08K3/04;C08K3/22
• 代理公司: 重慶百潤洪知識產權代理有限公司50219
• 代理人: 劉立春

技術領域

本發明涉及電力設備技術領域，特別是一種低閥值場強高機械性能的 非線性電導復合物材料，適用于削弱更為廣泛電壓等級設備的場強集中處 的高場強，達到均勻場強的目的。

背景技術

高低壓電力系統中，存在很多電場分布不均勻的位置，如電纜終端、電纜 連接頭、穿墻套管法蘭、絕緣子等，通常在場強集中位置安裝具有半導電 特性材料制成的壓控管、應力錐等結構進行均勻場強。相比于半導電材料， 非線性電導材料對場強均勻的效果更為顯著。通過向聚合物中添加壓敏陶 瓷粉體可以得到具有非線性特性的復合材料，氧化鋅壓敏陶瓷粉體復合物 因為具有更好的非線性系數，因此在眾多非線性電導復合物材料中均勻場 強效果最好。根據不同應用場景，所需均壓材料的閥值場強也有所不同， 從幾百伏特每毫米到幾千伏特每毫米不等，因此需要對非線性電導復合物 閥值場強進行調整。針對氧化鋅壓敏陶瓷粉體復合物閥值場強調整的研究 有很多，這些研究均是針對復合物中氧化鋅壓敏陶瓷粉體的大小、含量及 氧化鋅壓敏陶瓷粉體晶粒和晶界等進行調整，非線性電導復合材料閥值場 強調整范圍有限。而且，一般為了獲得閥值場強相對較小的復合物，需要 向聚合物中加入大尺寸、大含量的氧化鋅壓敏陶瓷粉體，這也降低了復合 物的機械性能而無法滿足實際工程需要。因此，如何有效降低復合物閥值 場強并保證復合物具有足夠的機械強度是一個值得研究的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，設計了一種低閥值場強高機械性 能的非線性電導復合物材料。具體設計方案為：

一種低閥值場強高機械性能的非線性電導復合物材料，包括環氧樹脂、 聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡膠、硅橡膠、無機填料粉體。

所述無機填料粉體包括氧化鋅壓敏陶瓷粉體、碳纖維。

所述無機填料粉體的體積份數及尺寸由應用場合所需要閥值場強決定。

所述無機填料粉體中各成分的體積份數取值為氧化鋅瓷粉體15-50份， 碳纖維2-20份。

所述無機填料粉體中，氧化鋅瓷粉體大小取值區間為10μm到300μm。

所述無機填料粉體中，碳纖維直徑取值區間為30nm到20μm，長度 取值區間為30μm到2mm。

通過本發明的上述技術方案得到的低閥值場強高機械性能的非線性 電導復合物材料，其有益效果是：

本發明提出的具有更低閥值場強、機械性能良好的非線性電導復合材 料，通過向傳統氧化鋅陶瓷粉體組成的二元非線性電導復合物中加入碳纖 維，不僅使非線性電導復合材料的閥值場強范圍變得更大，而且相較于二 元非線性電導復合物，由氧化鋅壓敏陶瓷粉體、碳纖維共同組成的三元非 線性電導復合物的機械性能也得到明顯提高，擴大了非線性電導復合物在 實際應用中的使用范圍。

具體實施方式

下面對本發明進行具體描述。

一種低閥值場強高機械性能的非線性電導復合物材料，包括環氧樹脂、 聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡膠、硅橡膠、無機填料粉體。

所述無機填料粉體包括氧化鋅壓敏陶瓷粉體、碳纖維。

所述無機填料粉體的體積份數及尺寸由應用場合所需要閥值場強決定。

所述無機填料粉體中各成分的體積份數取值為氧化鋅瓷粉體15-50份， 碳纖維2-20份。

所述無機填料粉體中，氧化鋅瓷粉體大小取值區間為10μm到300μm。

所述無機填料粉體中，碳纖維直徑取值區間為30nm到20μm，長度 取值區間為30μm到2mm。

實施例1

本實施例中得到的非線性電導復合材料，閥值場強定義為當電流密度 達到3μA/cm2時場強的數值，力學性能測試評價方法采用GB/T 528-2009 標準。

非線性電導復合材料基體選用硅橡膠。

無機填料包括氧化鋅陶瓷粉體、碳纖維。

氧化鋅陶瓷粉體平均直徑為40μm。碳纖維平均直徑為5μm，平均長 度為80μm。通過調節碳纖維和氧化鋅陶瓷粉體的含量，來調節三元非線 性電導復合物的閥值場強。

當氧化鋅陶瓷粉體體積份數為20份、碳纖維體積份數為15份時，氧 化鋅陶瓷粉體/碳纖維/硅橡膠三元非線性電導復合材料閥值場強最小為 500V/mm。

對于氧化鋅陶瓷粉/硅橡膠二元非線性電導復合材料，當氧化鋅陶瓷粉 體體積份數為60份時，閥值場強最小為1600V/mm。