一种改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于复合材料技术领域，特别涉及一种改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料，包括改性陶瓷和低密度聚乙烯；所述改性陶瓷的体积占所述改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的体积的1～10％；所述改性陶瓷为CaCu

A modified ceramic / LDPE Composite and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于复合材料
，特别涉及一种改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着电能传输技术在高电压环境下的快速发展，电力电缆和电缆终端附件需要具备更高的柔韧性和更长的使用寿命。但是电场集中这一问题限制了电力电缆及其附件的使用寿命提升；尤其在电缆接头处，电缆屏蔽层断口处出现电场集中现象，导致电缆绝缘层至屏蔽层处承受较大的不均匀电应力分布。如果这种集中的电应力不及时被分散，集中电应力处将会被击穿；进一步，靠近屏蔽层断口处的绝缘层积累较多表面电荷，最终会导致电力电缆绝缘层失效，电缆接头处被击穿，电缆丧失使用价值。所以，如何降低电力电缆接头屏蔽层断口处集中的电应力对电力传输领域十分重要。通过在电力电缆屏蔽层断口处套上一种具有高介电常数和低介电损耗及低电导率的聚合物基复合材料电应力管，可有效降低电缆绝缘层至屏蔽层断口处的集中电场。在众多高分子聚合物材料中，因低密度聚乙烯具有优良的绝缘特性而被选作电力电缆绝缘层材料，为减少杂质引入及增加介电兼容性，选择以此为电应力管的基体材料，引入具有高介电常数的陶瓷，使其构成具有高介电常数的陶瓷/低密度聚乙烯复合材料体系，是制备电应力管的方法之一。然而，现有陶瓷类填料形成的低密度聚乙烯复合材料，如钛酸钡/低密度聚乙烯复合材料、钛酸铜钙/低密度聚乙烯复合材料等，虽然可以获得较高介电常数值，但是所得陶瓷/低密度聚乙烯复合材料往往表现出介电损耗高、材料体系内电场分布不均匀性提升的特点，使得该类复合材料绝缘性能较差，电缆接头的使用寿命低。因此，亟需寻求一种兼顾较高的介电常数、较低的介电损耗和电导率的复合材料，以满足电力传输领域中对绝缘材料内电场强度分布均匀性提高和绝缘寿命延长的需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料及其制备方法。本专利技术提供的改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料具有介电常数高、介电损耗低和电导率低的特点，作为电应力控制材料时内电场分布均匀，绝缘寿命长。本专利技术还提供了一种改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的应用。为了实现上述专利技术的目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料，包括改性陶瓷和低密度聚乙烯；所述改性陶瓷的体积占所述改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的体积的1～10％；所述改性陶瓷为CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷。本专利技术还提供了上述技术方案所述改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：将CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷球磨后，得到CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷粉末；将所述CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷粉末和低密度聚乙烯熔融共混后进行热压，得到所述改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料。优选的，所述CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷以CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷粉末的形态存在；所述CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷粉末的粒径为1～3μm。优选的，所述CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷的制备方法，包括以下步骤：将硝酸钙、硝酸铜、硝酸锆与乙二醇甲醚混合，得到均质混合溶液；将所述均质混合溶液和钛酸四丁酯混合，得到溶胶；将所述溶胶依次进行陈化、燃烧、研磨和烧结，得到所述CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷。优选的，所述硝酸钙、硝酸铜、硝酸锆和钛酸四丁酯的摩尔比为1：3：0.05：3.95。优选的，所述陈化的温度为18～25℃，时间为12～24h；所述烧结包括依次进行的第一烧结和第二烧结；所述第一烧结的温度为750～950℃，时间为1～4h；所述第二烧结的温度为1000～1100℃，时间为5～8h；所述第一烧结和第二烧结的温度通过升温达到，所述升温的速率独立地为2～8℃/min。优选的，所述球磨中液体介质为无水乙醇，所述球磨的液料比为(4～12)：1；所述球磨的球料比为(4～7)：1，球磨转速为200～500rpm，时间为3～6h。优选的，所述熔融共混的温度为110～150℃，时间为20～80min。优选的，所述热压的温度为110～150℃，时间为20～30min，压力为5～25MPa。本专利技术还提供了上述技术方案所述改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料在电缆领域中的应用。本专利技术提供了一种改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料，包括改性陶瓷和低密度聚乙烯(LDPE)；所述改性陶瓷的体积占所述改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的体积的1～10％；所述改性陶瓷为CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷。本专利技术提供的改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料中，CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷具有ABO3型体立方钙钛矿晶体结构，Zr元素取代CaCu3Ti4O12晶体中B位Ti的位置，Zr元素对CaCu3Ti4O12陶瓷的B位掺杂改性，能够降低对CaCu3Ti4O12陶瓷的本征介电损耗和电导率，使得CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷的介电损耗和电导率更低，即具有更高的本征绝缘性能；另外，CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷与LDPE材料具有较高的兼容性，孔洞、团聚等缺陷更少，一定体积百分含量的CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷有利于提升改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的绝缘性能。实施例测试结果表明，本专利技术提供的改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的介电常数为2.14～3.45，介电损耗为0.0013～0.0125，电导率为0.17×10-13～2.42×10-13S/cm，最大畸变电场强度为100kV/mm。附图说明图1为实施例4所得改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料和对比例4所得CaCu3Ti4O12陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的断面SEM测试，其中，(a)为对比例4的断面SEM图，(b)为实施例4的断面SEM图；图2为由界面面积计算结果得到不同陶瓷材料体积含量的复合材料内部界面面积趋势图；图3为不同测试频率下，实施例2～4所得改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料、对比例1提供的低密度聚乙烯材料和对比例2～4提供的CaCu3Ti4O12陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的介电常数测试的测试结果图；图4为不同测试频率下，实施例2～4所得改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料、对比例1提供的低密度聚乙烯材料和对比例2～4提供的CaCu3Ti4O12陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的介电损耗测试的测试结果图；图5为不同测试频率下，实施例2～4所得改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料、对比例1提供的低密度聚乙烯材料和对比例2～4提供的CaCu3Ti4O12陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的电导率测试的测试结果图；图6为实施例4所得改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料和对比例4提供的CaCu3Ti4O本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料，其特征在于，包括改性陶瓷和低密度聚乙烯；/n所述改性陶瓷的体积占所述改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的体积的1～10％；所述改性陶瓷为CaCu

【技术特征摘要】
1.一种改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料，其特征在于，包括改性陶瓷和低密度聚乙烯；
所述改性陶瓷的体积占所述改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的体积的1～10％；所述改性陶瓷为CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷。


2.权利要求1所述改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷球磨后，得到CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷粉末；
将所述CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷粉末和低密度聚乙烯熔融共混后，进行热压，得到所述改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷以CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷粉末的形态存在；所述CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷粉末的粒径为1～3μm。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述CaCu3Ti3.95Zr0.05O12陶瓷的制备方法包括以下步骤：
将硝酸钙、硝酸铜、硝酸锆与乙二醇甲醚混合，得到均质混合溶液；
将所述均质混合溶液和钛酸四丁酯混合，得到溶胶；
将所述溶胶依次进行陈化、燃烧、研磨和烧结，得到所述CaCu3Ti3.95Zr0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：高亮，林秀影，王昌文，于长兴，
申请(专利权)人：绥化学院，
类型：发明
国别省市：黑龙;23