[發明專利]一種基于表面功能化處理的電場自適應復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010692541.0
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111875965A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 胡軍;何金良;袁之康;趙孝磊;楊霄;李琦;張波;孟鵬飛;郝層層;史善哲;閃琪琪
• 申請（專利權）人: 清華大學;國網河北省電力有限公司
• 主分類號: C08L83/04
• 分類號: C08L83/04;C08L63/00;C08K9/06;C08K7/18;C09K5/14
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

本發明公開了一種基于表面功能化處理的電場自適應復合材料及其制備方法，制備方法首先制備ZnO壓敏微球，然后對ZnO壓敏微球進行表面改性，最后利用表面改性的ZnO壓敏微球得到高溫硫化固體硅橡膠基體的復合材料，或者高溫固化環氧樹脂基體的復合材料，由于對ZnO壓敏微球進行表面功能化處理，引入了官能團，使得表面改性的ZnO壓敏微球與基體間形成共價鍵，兩者之間除了存在物理連接外，也存在化學連接，因此表面改性的ZnO壓敏微球與基體之間的界面結合強度得到明顯增加，本發明的制備方法得到的復合材料在具有優異的電學特性的基礎上，能夠有效地提高復合材料的機械性能和熱學特性，具有廣泛的應用價值。

技術領域

本發明涉及復合材料制備技術領域，具體涉及一種基于表面功能化處理的電場自適應復合材料及其制備方法。

背景技術

電場自適應材料因其非線性電學特性而在高壓設備應用中具有廣闊的前景，電場自適應材料的自適應特性體現在其電學參數能夠隨著外電場進行改變，當材料某處的空間電場有明顯高于臨近區域平均電場的趨勢時，該處材料的電導率或介電常數也會顯著升高，從而使得該處的電場強度有所降低，因此能夠達到均勻電場的作用。常規材料的電學參數對于設備電場分布的影響屬于“開環”過程，一旦遇到溫度變化、材料老化等擾動因素的影響，這一過程由于沒有反饋機制，最終的電場分布就容易與預期或設計方案產生偏離，這是傳統的電容均壓法對材料參數變化穩定性較差的原因。但對于電場自適應材料而言，由于存在電場分布反過來也能影響材料電學參數的這一負反饋環節，因此是一個閉環的調節過程，其能夠達到更好的改善電場分布的效果并且對于擾動因素的穩定性也更強，即電場自適應材料具有優異的電學特性，另外，電場自適應材料需要具有更低的發熱和損耗，即電場自適應材料需要有優異的機械性能和熱學特性，以在應用于高壓設備時能夠體現更好的性能。因此需要設計出一種新型的電場自適應復合材料，以在具有優異的電學特性的基礎上，同時具有優異的機械性能和熱學特性。

發明內容

為了解決現有技術中的問題，本發明提出一種基于表面功能化處理的電場自適應復合材料及其制備方法，通過表面功能化處理，在復合材料具有優異的電學特性的基礎上，能夠有效地提高復合材料的機械性能和熱學特性。

為了實現以上目的，本發明提供了一種基于表面功能化處理的電場自適應復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)ZnO壓敏微球制備：將ZnO、Bi₂O₃、MnO₂、Co₂O₃、Cr₂O₃、SiO₂、Sb₂O₃和Al₂O₃混合后煅燒得到ZnO壓敏微球；

2)ZnO壓敏微球表面改性：將ZnO壓敏微球分散于溶劑中，再向混合液中加入偶聯劑，在反應完全后分離得到表面改性的ZnO壓敏微球；

3)復合材料制備：將硅橡膠、硫化劑和表面改性的ZnO壓敏微球采用混煉制備得到高溫硫化固體硅橡膠基體的復合材料；或者，將環氧樹脂、固化劑和表面改性的ZnO壓敏微球采用真空澆注制備得到高溫固化環氧樹脂基體的復合材料。

進一步地，所述步驟1)中ZnO、Bi₂O₃、MnO₂、Co₂O₃、Cr₂O₃、SiO₂、Sb₂O₃和Al₂O₃的摩爾百分比為95：1：0.5：1：0.4：1：1：0.1。