一种纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料及其制备方法，该复合材料是由低密度聚乙烯、改性纳米二氧化硅和抗氧剂组成，其中改性纳米二氧化硅占复合材料的比重是0.5 wt%、抗氧剂占复合材料的比重是0.3 wt%。其制备方法是：将低密度聚乙烯、改性纳米二氧化硅和抗氧剂加入到混炼机中，在120 ℃~150 ℃温度下熔融共混，即得复合材料。含有少量改性纳米二氧化硅的低密度聚乙烯复合材料表现出对空间电荷很好的抑制能力，其交直流击穿场强、结晶度均比纯低密度聚乙烯有较大提高，其电导率较纯低密度聚乙烯明显降低。

Nano silica / low density polyethylene composite material and preparation method thereof

The invention discloses a nano silica / low density polyethylene composite material and a preparation method thereof. The composite material is composed of low density polyethylene, modified nano silica and antioxidant, the modified nano silica composite materials accounted for the proportion is 0.5 wt%, anti oxygen agent proportion of composite material is 0.3 wt%. The preparation method is: low density polyethylene, modified nano silica and antioxidant added to the mixer, at 120 DEG ~150 DEG melt blending to obtain composite materials. Contains a small amount of nano silicon dioxide modified low density polyethylene composites exhibit good restraining ability of space charge, the DC breakdown strength and crystallinity were higher than that of the pure low density polyethylene is greatly improved, the conductivity of pure low density polyethylene was significantly reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料及其制备方法
本专利技术涉及电介质工程领域，特别是涉及一种纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料及其制备方法。
技术介绍
低密度聚乙烯具有介电性能好、损耗小、化学性能稳定及易加工成型等优点，成为绝缘材料的代表性材料。在交流输电中，随着电压等级的提高，对绝缘材料电性能的要求也越来越高；在直流输电中，直流高电场作用会使聚乙烯绝缘材料中积聚大量的空间电荷，空间电荷的存在会使绝缘材料中电场产生畸变，长期作用的结果就是导致绝缘材料中产生局部放电、电树枝甚至击穿，严重影响绝缘材料的电性能，这已成为制约高压直流输电技术发展的一大难题。纳米复合材料的出现为这一难题提供了一种解决方案。由于纳米颗粒具有表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应等诸多特殊效应，它与聚合物基体之间可以通过各种化学作用和物理作用结合在一起，形成大量界面微域，这些界面微域具有很高的势垒，是能级很深的陷阱。这些由纳米填料引入的深陷阱不同于聚合物本身的缺陷陷阱，它与聚合物分子链结合而又独立于分子链之外，能够捕获电荷、复合电荷，限制其移动，因此热电子难以激发，从而减少了聚合物分子的裂解，提高了绝缘性能。纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料不仅提高了低密度聚乙烯的交直流击穿场强，而且对空间电荷的抑制效果也非常明显，是一种高介电性能的绝缘材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料，该复合材料具有结晶度高、电导率低、空间电荷积聚少、交直流击穿场强高等优点。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料，是以低密度聚乙烯为基体，通过与改性纳米二氧化硅和抗氧剂熔融共混制得，其中纳米二氧化硅占复合材料的比重是0.5wt%、抗氧剂占复合材料的比重是0.3wt%。所述纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料的制备过程包括如下步骤：1、将低密度聚乙烯加入到混炼机中至完全熔融，温度为120℃~150℃，转速为30~50rpm；2、将抗氧剂和改性纳米二氧化硅加入到混炼机中与低密度聚乙烯共混，即得纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料。本专利技术中，所述低密度聚乙烯的密度约为0.917g/cm3，熔融指数为1.5。本专利技术中，所述改性纳米二氧化硅是经憎水型偶联剂(六甲基二硅氮烷)进行表面处理，标称粒径为30nm，纯度为99.9%。本专利技术中，所述抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯。本专利技术中，所述纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料制备过程中的混炼机可以选择转矩流变仪或开炼机。附图说明图1是纯低密度聚乙烯和所述复合材料的DSC曲线；图2是纯低密度聚乙烯和所述复合材料电导率随场强的变化；图3是纯低密度聚乙烯和所述复合材料加压时空间电荷分布；图4是纯低密度聚乙烯和所述复合材料短路时空间电荷分布；图5是纯低密度聚乙烯和所述复合材料的交流击穿场强weibull分布图；图6是纯低密度聚乙烯和所述复合材料的直流击穿场强weibull分布图。具体实施方式利用熔融共混法制备本专利技术所述纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料（以40g为例），其制备过程包括以下步骤：1、将混炼机升温至120℃，并设置转速为40rpm；2、将39.68g低密度聚乙烯加入到混炼中至完全熔融；3、将0.12g抗氧剂和0.2g改性纳米二氧化硅加入到混炼机中与低密度聚乙烯共混20min，得到纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料，并用洁净的剪刀将其剪成颗粒状装袋备用；4、利用平板硫化机120℃下对复合材料进行成型处理，出模得到片材，用于各种性能测试，得图1至图6测试结果。由图1材料DSC曲线可计算的纯低密度聚乙烯结晶度为30.47%，而所述纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料结晶度为35.04%，相对于纯低密度聚乙烯提高了15%。由图2可以看出所述纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料电导率明显低于纯低密度聚乙烯，对于纯低密度聚乙烯，当场强为10kV/mm左右时，电荷开始注入，当场强升至20kV/mm时，电导电流开始急剧增加，而纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料在整个区间内电导电流没有明显增长，50kV/mm场强下其电导率比纯低密度聚乙烯减小了94.2%。由图3和图4可以看出所述纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料在加压和短路时的空间电荷量较纯低密度聚乙烯大大减少，这说明纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料对空间电荷积聚的抑制效果很好。从图5和图6可以看出，纯低密度聚乙烯的交流击穿场强为118.5kV/mm，直流击穿场强为333.0kV/mm，而所述纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料的交流击穿场强为139.4kV/mm，直流击穿场强为401.8kV/mm，较纯低密度聚乙烯分别提高了17.64%和20.66%。申请人声明：凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料，其特征在于所述复合材料是由低密度聚乙烯、改性纳米二氧化硅和抗氧剂组成，其中纳米二氧化硅占复合材料的比重是0.5 wt%、抗氧剂占复合材料的比重是0.3 wt%。

【技术特征摘要】
1.一种纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料，其特征在于所述复合材料是由低密度聚乙烯、改性纳米二氧化硅和抗氧剂组成，其中纳米二氧化硅占复合材料的比重是0.5wt%、抗氧剂占复合材料的比重是0.3wt%。2.根据权利要求1所述的纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料，其特征在于：所述低密度聚乙烯的密度约为0.917g/cm3，熔融指数为1.5。3.根据权利要求1所述的纳米二氧化硅/低密度聚乙烯复合材料，其特征在于：所述改性纳米二氧化硅是经憎水型偶联剂(六甲基二硅氮烷)进行表面处理，标称粒径为30nm，纯度为99.9%。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓虹，王昆，李志华，潘宇，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23