一种氧化锌/环氧树脂复合压敏电阻的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氧化锌/环氧树脂复合压敏电阻的制备方法，属于电工材料技术领域。首先将ZnO为主要原料，按比例添加少量Bi2O3、MnO2、Sb2O3、Co2O3、SiO2和Cr2O3等均匀混合，喷过喷雾造粒得到微球并在高温下烧结成型，制得压敏电阻微球；然后将环氧树脂A、B组分与压敏电阻微球按照一定的比例在室温条件下均匀共混，并真空除气泡；将混合物注入带有电极的模具，在交流电场作用下静置一段时间，然后放入烘箱加热，待其固化后从模具中取出。本发明专利技术的制备方法利用小桥效应，使压敏电阻内部的微球在电场作用下形成稳定有效地链状导电通路，并可以采用具有不同电极形状的模具，在较低温度条件下获得形状多样的复合压敏电阻，并减少氧化锌等氧化物的使用量、降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锌/环氧树脂复合压敏电阻的制备方法
本专利技术涉及一种氧化锌/环氧树脂复合压敏电阻的制备方法，属于电工材料

技术介绍
氧化锌压敏电阻是以ZnO为主要原料，添加了少量的Bi2O3、MnO2、Sb2O3、Co2O3、SiO2和Cr2O3等，采用陶瓷烧结工艺制备而成。由于它造价低廉、非线性系数大、响应时间快、漏电流小、通流容量大、浪涌吸收能力强等优点，被广泛应用于电子电路异常过电压和浪涌吸收冲击的保护。因其具有造价低廉、优异的非线性伏安特性和大通流容量等优点，ZnO压敏电阻被广泛应用于电子电路异常过电压保护和作为电力系统避雷器的核心元件应用于电力系统防雷和电力设备保护。然而，由于必须在1000℃左右高温烧结成型，工艺复杂，使得传统的压敏电阻通常形状比较单一，很难做到形状随设备要求变化。因此，通常需要在设备中为压敏电阻预留空间，且压敏电阻的安装位置受到了限制，这给设备的设计带来了困扰。采喷雾造粒法制备而成球形压敏电阻颗粒具有稳定的晶界结构，因而具有优异的非线性伏安特性。将氧化锌压敏电阻微球掺入绝缘材料中，可以制备得到具有非线性伏安特性的复合材料。近年来，研究表明其可以应用于均压环、电缆端子、有机绝缘子、电机的定子绕组以及电力电子模块等。研究表明该复合材料的工作机理为掺入其中的压敏电阻微球相互间接触形成导电通路。然而，传统压敏电阻存在两个问题：一是微球之间不能有效接触；二是微球含量过高，导致制备成型过程更困难以及机械性能更差。非纯净液体电介质中杂质具有小桥效应，即当液体介质中有杂质时，在电场力作用下，水滴、纤维等比液体介电常数大的杂质将被吸引到电场强度较大的区域，并顺着电力线排列起来，在电极间局部地区构成杂质小桥。若果杂质足够多，还能构成贯通电极间隙的小桥。环氧树脂可以在室温下方便地成型，以环氧树脂为基体，利用小桥效应，将环氧树脂与压敏电阻微球结合起来可以在低温情况得到形状可变的复合压敏电阻。并且可以减少压敏电阻微球的使用量，减少成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种氧化锌/环氧树脂复合压敏电阻的制备方法，使用较少的氧化锌和其他金属氧化物，利用小桥效应，在较低的温度和一定的电场下使压敏电阻微球链状排列，形成稳定有效的导电通路，通过使用不同形状的电极制备出对应形状的压敏电阻，从而优化设备的绝缘设计。本专利技术提出的氧化锌/环氧树脂复合压敏电阻的制备方法，包括以下步骤：(1)将原料按以下摩尔百分比进行称量：将上述测量后的原料混合后球磨，得到粒径为在1～20微米的第一混合物；(2)将上述混合物利用喷雾造粒法造粒，得到直径为50～150微米的微球；(3)将上述微球以0.55℃/分钟速率升温至1200℃烧结4.5小时，再以1.6℃/分钟速率冷却至室温，将烧结后的微球过筛，得到粒径为100～125微米的压敏电阻微球；(4)以环氧树脂作为基体，在基体中加入上述压敏电阻微球，加入的质量百分比为：基体:压敏电阻微球＝3:(0.6～1.5)，得到第二混合物，其中所述的基体为A组分和B组分组成的常温固化环氧树脂，在室温下共混5分钟，在399～665Pa低压，真空脱气泡15分钟，然后将第二混合物注入带电极的模具中，给电极施加600V/mm的交流电场8小时，然后将带电极的模具置于60℃烘箱加热2小时，使模具中的第二混合物固化，固化后的第二混合物即为氧化锌/环氧树脂复合压敏电阻。本专利技术提出的氧化锌/环氧树脂复合压敏电阻的制备方法，具有以下优点：1、本专利技术提出的氧化锌/环氧树脂复合压敏电阻的制备方法，采用喷雾造粒法制备压敏电阻颗粒，每颗电阻微球均具有优异的非线性伏安特性。将ZnO压敏电阻微球掺入绝缘材料中，可以制备得到具有非线性伏安特性的复合材料。而且本方法可以在常温条件下制备压敏电阻，工艺简单、易操作。2、本专利技术的制备方法，可以通过灵活地设计压敏电阻成型过程中的所使用电极和模具的形状，以制备多种形状的复合压敏电阻，因此具有较强的形状可控性和简单的工艺流程，从而可以扩大压敏电阻的应用场合，方便设备的绝缘设计。3、本专利技术方法制备的复合压敏电阻，其中压敏电阻微球在交流电场作用下呈链状结构，压敏电阻微球之间直接有效接触，形成了导电通路，因此可以用尽可能少的压敏电阻微球实现抑制过电压的功能，有效降低了压敏电阻的制备成本，具有较为广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术方法中对矩形模具施加电压示意图。图2为对圆环形模具施加电压的示意图。图1和图2中，1是电极，2是压敏电阻微球，3是环氧树脂基体。具体实施方式本专利技术提出的氧化锌/环氧树脂复合压敏电阻的制备方法，包括以下步骤：(1)将原料按以下摩尔百分比进行称量：将上述测量后的原料混合后球磨，得到粒径为在1～20微米的第一混合物；(2)将上述混合物利用喷雾造粒法造粒，得到直径为50～150微米的微球；(3)将上述微球以0.55℃/分钟速率升温至1200℃烧结4.5小时，再以1.6℃/分钟速率冷却至室温，将烧结后的微球过筛，得到粒径为100～125微米的压敏电阻微球；(4)以环氧树脂作为基体，在基体中加入上述压敏电阻微球，加入的质量百分比为：基体:压敏电阻微球＝3:(0.6～1.5)，得到第二混合物，其中所述的基体为A组分和B组分组成的常温固化环氧树脂，在室温下共混5分钟，在399～665Pa低压，真空脱气泡15分钟，然后将第二混合物注入带电极的模具中，给电极施加600V/mm的交流电场8小时，然后将带电极的模具置于60℃烘箱加热2小时，使模具中的第二混合物固化，固化后的第二混合物即为氧化锌/环氧树脂复合压敏电阻。本专利技术方法制备的复合压敏电阻，其工作原理是：非纯净液体电介质中杂质具有小桥效应，环氧树脂可以在室温下方便地成型。以环氧树脂为基体，在电场力的作用下，压敏电阻微球可以在基体中沿电场线方向紧密排布，同时基体在固化剂作用下固化，形成稳定的导电通路。如图1和图2所示，其中，1是电极，2是压敏电阻微球，3是环氧树脂基体。可以采用具有不同形状电极的模具，在低温情况得到形状可变的复合压敏电阻。并且可以减少压敏电阻微球的使用量，减少成本。以下介绍本专利技术方法的实施例：实施例一(1)将原料按以下摩尔百分比进行称量：将上述测量后的原料混合后球磨，得到粒径为在1～20微米的第一混合物；(2)将上述混合物利用喷雾造粒法造粒，得到直径为50～150微米的微球；(3)将上述微球以0.55℃/分钟速率升温至1200℃烧结4.5小时，再以1.6℃/分钟速率冷却至室温，将烧结后的微球过筛，得到粒径为100～125微米的压敏电阻微球；(4)以环氧树脂作为基体，在基体中加入上述压敏电阻微球，加入的质量百分比为：基体:压敏电阻微球＝3:0.8，得到第二混合物，其中所述的基体为A组分和B组分组成的常温固化环氧树脂，在室温下共混5分钟，在600Pa低压，真空脱气泡15分钟，然后将第二混合物注入带矩形电极的模具中，给电极施加600V/mm的交流电场8小时，然后将带电极的模具置于60℃烘箱加热2小时，使模具中的第二混合物固化，固化后的第二混合物即为氧化锌/环氧树脂复合压敏电阻。采用此新型压敏电阻制备方法后，可以在室温条件很方便制造出长方体形状的压敏电阻，经测试此压敏电阻非线性系数可达23.5。实施例二(1)将原料按以下摩尔百本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化锌/环氧树脂复合压敏电阻的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)将原料按以下摩尔百分比进行称量：将上述测量后的原料混合后球磨，得到粒径为在1～20微米的第一混合物；(2)将上述混合物利用喷雾造粒法造粒，得到直径为50～150微米的微球；(3)将上述微球以0.55℃/分钟速率升温至1200℃烧结4.5小时，再以1.6℃/分钟速率冷却至室温，将烧结后的微球过筛，得到粒径为100～125微米的压敏电阻微球；(4)以环氧树脂作为基体，在基体中加入上述压敏电阻微球，加入的质量百分比为：基体:压敏电阻微球＝3:(0.6～1.5)，得到第二混合物，其中所述的基体为A组分和B组分组成的常温固化环氧树脂，在室温下共混5分钟，在399～665Pa低压，真空脱气泡15分钟，然后将第二混合物注入带电极的模具中，给电极施加600V/mm的交流电场8小时，然后将带电极的模具置于60℃烘箱加热2小时，使模具中的第二混合物固化，固化后的第二混合物即为氧化锌/环氧树脂复合压敏电阻。

【技术特征摘要】
1.一种氧化锌/环氧树脂复合压敏电阻的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)将原料按以下摩尔百分比进行称量：将上述测量后的原料混合后球磨，得到粒径为在1～20微米的第一混合物；(2)将上述混合物利用喷雾造粒法造粒，得到直径为50～150微米的微球；(3)将上述微球以0.55℃/分钟速率升温至1200℃烧结4.5小时，再以1.6℃/分钟速率冷却至室温，将烧结后的微球过筛，得到粒径为100～125微米的压敏电阻微球；(4)以环氧树脂...

【专利技术属性】
技术研发人员：何金良，胡军，郭志冲，杨霄，曾嵘，余占清，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11