一种基于梯度分布的自适应电场调控复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于梯度分布的自适应电场调控复合材料及其制备方法，首先制备ZnO压敏微球，然后取设定量的玻璃纤维，最后将环氧树脂、固化剂、ZnO压敏微球和玻璃纤维采用真空浇注制备得到高温固化环氧树脂基体的复合材料，利用玻璃纤维调控复合材料的三维网络，以抑制ZnO压敏微球的沉降，使复合材料的空间分布均匀，提高复合材料的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于梯度分布的自适应电场调控复合材料及其制备方法
本专利技术涉及复合材料制备
，具体涉及一种基于梯度分布的自适应电场调控复合材料及其制备方法。
技术介绍
电场自适应材料因其非线性电学特性而在高压设备应用中具有广阔的前景，电场自适应材料的自适应特性体现在其电学参数能够随着外电场进行改变，当材料某处的空间电场有明显高于临近区域平均电场的趋势时，该处材料的电导率或介电常数也会显著升高，从而使得该处的电场强度有所降低，因此能够达到均匀电场的作用。常规材料的电学参数对于设备电场分布的影响属于“开环”过程，一旦遇到温度变化、材料老化等扰动因素的影响，这一过程由于没有反馈机制，最终的电场分布就容易与预期或设计方案产生偏离，这是传统的电容均压法对材料参数变化稳定性较差的原因。但对于电场自适应材料而言，由于存在电场分布反过来也能影响材料电学参数的这一负反馈环节，因此是一个闭环的调节过程，其能够达到更好的改善电场分布的效果并且对于扰动因素的稳定性也更强，即电场自适应材料具有优异的电学特性，另外，电场自适应材料需要具有更低的发热和损耗，即电场自适应材料需要有优异的机械性能和热学特性，以在应用于高压设备时能够体现更好的性能。相关技术中，电场自适应复合材料以ZnO压敏微球为掺杂填料，能够大幅提高复合材料的性能，然而ZnO压敏微球密度更大，同时其比表面积较小，因此将ZnO压敏微球加入复合材料基体中时，ZnO压敏微球与基体界面结合强度不足以抵消重力的影响，ZnO压敏微球将在重力的作用下发生沉降，造成复合材料的空间分布不均匀，严重影响复合材料的性能，不能满足复合材料梯度与阈值场强大小的调控需求。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提出一种基于梯度分布的自适应电场调控复合材料及其制备方法，利用玻璃纤维调控复合材料的三维网络，以抑制ZnO压敏微球的沉降，使复合材料的空间分布均匀，提高复合材料的性能。为了实现以上目的，本专利技术提供了一种基于梯度分布的自适应电场调控复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)制备ZnO压敏微球：将ZnO、Bi2O3、MnO2、Co2O3、Cr2O3、SiO2、Sb2O3和Al2O3混合后煅烧筛分得到ZnO压敏微球；2)取设定量的玻璃纤维；3)将环氧树脂、固化剂、ZnO压敏微球和玻璃纤维采用真空浇注制备得到高温固化环氧树脂基体的复合材料。进一步地，所述步骤1)中ZnO压敏微球的直径为10-30μm。进一步地，所述步骤1)首先将摩尔百分比为95：1：0.5：1：0.4：1：1：0.1的ZnO、Bi2O3、MnO2、Co2O3、Cr2O3、SiO2、Sb2O3和Al2O3混合后放入球磨机中，并加入无水乙醇进行球磨；然后向球磨好的浆料中加入有机粘合剂，并倒入喷雾造粒机中进行喷雾造粒，得到球型颗粒；其次将球型颗粒放入煅烧炉中烧结后降温；最后将烧结产物进行筛分，得到ZnO压敏微球。进一步地，所述步骤2)中取的玻璃纤维平均直径为13μm，平均长度为180μm。进一步地，所述步骤3)中环氧树脂、固化剂、ZnO压敏微球和玻璃纤维的质量比为：100：38：(300～400)：(55～75)。进一步地，所述步骤3)中首先将ZnO压敏微球和玻璃纤维混合均匀，并高温烘箱中预热；然后将环氧树脂、固化剂、ZnO压敏微球和玻璃纤维的混合物混合均匀后进行真空处理；其次将真空处理完成后的混合溶液倒入预热好的模具中进行再次真空处理；再次将真空处理后的模具放入高温烘箱中进行固化处理后脱模；最后将脱模得到的样品再次放入高温烘箱中进行二次固化，即得到高温固化环氧树脂基体的复合材料。进一步地，所述步骤3)中环氧树脂采用高温固化双酚A型环氧树脂，固化剂为甲基四氢基邻苯二甲酸酐。进一步地，所述步骤1)中对得到的ZnO压敏微球进行表面功能化处理：将ZnO压敏微球分散于溶剂中，再向混合液中加入偶联剂，在反应完全后分离得到表面改性的ZnO压敏微球。进一步地，所述步骤1)中对得到的ZnO压敏微球进行表面功能化处理中，溶剂为正庚烷，偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，ZnO压敏微球、偶联剂和溶剂的质量比为：5：1：35。本专利技术还提供了一种复合材料，采用上述的制备方法制备得到。与现有技术相比，本专利技术的制备方法首先制备ZnO压敏微球，然后取设定量的玻璃纤维，最后将环氧树脂、固化剂、ZnO压敏微球和玻璃纤维采用真空浇注制备得到高温固化环氧树脂基体的复合材料，本专利技术利用玻璃纤维在环氧树脂内构成三维网络结构，通过玻璃纤维来调控三维网络疏密程度，在重力的作用下，三维网络对ZnO压敏微球的沉降具有抑制作用，从而实现ZnO压敏微球自上而下的梯度分布，玻璃纤维三维网络稠密，ZnO微球更难发生沉降，从而使梯度减小，当三维网络密集到一定程度时，将完全限制ZnO压敏微球的沉降，此时复合材料将变成空间分布均匀的复合材料，提高复合材料的性能，并且通过改变玻璃纤维与ZnO压敏微球的含量能够实现复合材料梯度与阈值场强大小的调控。附图说明图1为环氧树脂/玻璃纤维复合材料的三种样品的各位置的SEM图；图2为ZnO压敏微球与玻璃纤维的SEM图；图3为样品1、样品4和样品7的不同位置的SEM图；图4为九种样品的各测量点的伏安特性曲线图；图5为样品1、样品2和样品3在不同位置的阈值场强分布图；图6为样品1、样品4和样品7在不同位置的阈值场强分布图；图7为复合材料中不同玻璃纤维含量和ZnO压敏微球空间分布示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的实施例提供了一种一种基于梯度分布的自适应电场调控复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)制备ZnO压敏微球：将ZnO、Bi2O3、MnO2、Co2O3、Cr2O3、SiO2、Sb2O3和Al2O3混合后煅烧筛分得到ZnO压敏微球；2)取设定量的玻璃纤维；3)将环氧树脂、固化剂、ZnO压敏微球和玻璃纤维采用真空浇注制备得到高温固化环氧树脂基体的复合材料。优选地，步骤1)中ZnO压敏微球的直径为10-30μm。具体地，步骤1)首先将摩尔百分比为95：1：0.5：1：0.4：1：1：0.1的ZnO、Bi2O3、MnO2、Co2O3、Cr2O3、SiO2、Sb2O3和Al2O3混合后放入球磨机中，并加入无水乙醇进行球磨；然后向球磨好的浆料中加入有机粘合剂，并倒入喷雾造粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于梯度分布的自适应电场调控复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)制备ZnO压敏微球：将ZnO、Bi

【技术特征摘要】
1.一种基于梯度分布的自适应电场调控复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备ZnO压敏微球：将ZnO、Bi2O3、MnO2、Co2O3、Cr2O3、SiO2、Sb2O3和Al2O3混合后煅烧筛分得到ZnO压敏微球；
2)取设定量的玻璃纤维；
3)将环氧树脂、固化剂、ZnO压敏微球和玻璃纤维采用真空浇注制备得到高温固化环氧树脂基体的复合材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中ZnO压敏微球的直径为10-30μm。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)首先将摩尔百分比为95：1：0.5：1：0.4：1：1：0.1的ZnO、Bi2O3、MnO2、Co2O3、Cr2O3、SiO2、Sb2O3和Al2O3混合后放入球磨机中，并加入无水乙醇进行球磨；然后向球磨好的浆料中加入有机粘合剂，并倒入喷雾造粒机中进行喷雾造粒，得到球型颗粒；其次将球型颗粒放入煅烧炉中烧结后降温；最后将烧结产物进行筛分，得到ZnO压敏微球。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中取的玻璃纤维平均直径为13μm，平均长度为180μm。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中环氧树脂、固化剂、ZnO压敏微球和玻璃...

【专利技术属性】
技术研发人员：何金良，胡军，袁之康，赵孝磊，杨霄，李琦，张波，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11