一种纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料的制备方法，包括以下步骤：制备ZnO纳米片；对ZnO纳米片进行改性；将改性后的ZnO纳米片分散在溶剂中形成ZnO悬浊液，将硝酸银和适量分散剂溶于溶剂中得到溶液A，将适量硼氢化钠和氢氧化钠溶于溶剂中形成溶液B，将溶液A与溶液B分别缓慢滴入所述ZnO悬浊液中，得到ZnO@Ag；取ZnO@Ag，绝缘基体材料和交联剂依次进行混炼和热压硫化成型，最终得到ZnO@Ag/绝缘复合材料。本发明专利技术可以有效的提高EPDM的电导特性，具有较低的阈值场强，良好的电导率非线性系数以及较稳定的直流击穿场强，且本发明专利技术制备工艺及所需设备简单，成本低廉，安全无污染，容易实施。易实施。易实施。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及直流电缆附件绝缘材料
，具体而言，涉及一种纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]高压直流输电具有传输容量大，传输距离长，线路成本低和功率损耗小的优点。高压直流电缆及附件作为直流电网建设的物理基础和关键设备，是直流电网建设和发展的重要基础。由于直流电缆附件是具有不同绝缘体的同轴分层结构。电缆主绝缘如交联聚乙烯(XLPE)和增强绝缘层如(EPDM)或硅橡胶(SR)之间的电导率差异较大，将导致应力锥处的电场严重变形，从而导致局部电场要大于其击穿场强，并最终击穿。解决此问题的有效方法是改变电缆附件绝缘材料的性能，以解决电场分布不均匀的问题。
[0003]三元乙丙橡胶因其具有优异的电绝缘性能，良好的耐氧化、耐热、耐酸碱性能等，且价格较低廉，被广泛应用于高压直流电缆附件中。本研究选用三元乙丙橡胶作为直流电缆附件中增强绝缘的主体材料，通过填充纳米片状ZnO长Ag无机填料对三元乙丙橡胶进行改性，研究其不同温度下的电导率及击穿性能。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术提出了一种纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料及其制备方法，旨在解决现有直流缆附件中绝缘材料内电场分布不均匀的问题。
[0005]本专利技术提供了一种纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，取适量氢氧化钠溶液和乙酸锌溶液，并将氢氧化钠溶液滴入乙酸锌溶液中，滴加完毕后静置一段时间，得到含有白色沉淀物的溶液；步骤2，对所述溶液中的白色沉淀物进行分离、干燥并研磨后，在预设温度下煅烧一段时间得到ZnO纳米片；取适量ZnO纳米片与溶剂和改性剂混合搅拌并分散一段时间后，进行分离、干燥和研磨，得到改性后的ZnO纳米片；步骤3，将所述改性后的ZnO纳米片分散在溶剂中形成ZnO悬浊液，将硝酸银和适量分散剂溶于溶剂中得到溶液A，将适量硼氢化钠和氢氧化钠溶于溶剂中形成溶液B，将溶液A与溶液B分别缓慢滴入所述ZnO悬浊液中，并对得到的溶液进行分离、干燥和研磨，得到ZnO@Ag；步骤4，取适量ZnO@Ag，绝缘基体材料和交联剂依次进行混炼和热压硫化成型，最终得到ZnO@Ag/绝缘复合材料。
[0006]进一步地，上述纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料的制备方法中，所述步骤1中，乙酸锌与氢氧化钠的物质的量之比为0.5-1.5:2.5-3.5。
[0007]进一步地，上述纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料的制备方法中，所述步骤2中的煅烧工艺为：以1-3℃/min的速度升温至200-400℃，并保温1-3h。
[0008]进一步地，上述纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料的制备方法中，所述步骤2中的溶剂为去离子水和无水乙醇的混合液，其中，ZnO纳米片的质量与去离子水和无水乙醇的体积之比为：1-2g:100-200mL:5-10mL；ZnO纳米片：改性剂：甲酸的质量比为：4-8:2-4:1-2。
[0009]进一步地，上述纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料的制备方法中，所述步骤3中，硝酸银：硼氢化钠：氢氧化钠的摩尔比为1-3:2-4:3-6，硝酸银：聚乙烯醇的质量比为5-10：2-5，ZnO悬浊液的浓度为10-20g/L。
[0010]进一步地，上述纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料的制备方法中，所述改性剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷和硅烷偶联剂中的至少一种。
[0011]进一步地，上述纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料的制备方法中，所述复合材料中的绝缘基体材料为三元乙丙橡胶、硅橡胶和聚乙烯中的至少一种。
[0012]进一步地，上述纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料的制备方法中，所述交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰和乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一种。
[0013]进一步地，上述纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料的制备方法中，所述步骤4中，ZnO@Ag、绝缘基体材料与交联剂的质量比为10～30:68～88:2。
[0014]本专利技术还提供了一种纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料，所述复合材料由纳米Ag粒子离散分散在ZnO纳米片上后与绝缘复合材料复合而成，所述纳米片状ZnO的面宽为200-700nm，厚度为10-50nm，所述纳米Ag粒子的粒径为20-40nm。
[0015]本专利技术提供的纳米片状ZnO@Ag/三元乙丙橡胶复合材料改善了由于同轴层状结构，不同材料电导率差异较大，电场分布不均的问题。纳米片状ZnO@Ag可以有效的提高EPDM的电导特性，具有较低的阈值场强，良好的电导率非线性系数以及较稳定的直流击穿场强，且本专利技术制备工艺及所需设备简单，成本低廉，安全无污染，容易实施。
附图说明
[0016]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0017]图1为本专利技术实施例中，纳米片状ZnO及ZnO@Ag的X射线衍射图谱；
[0018]图2为本专利技术实施例中，不同填充含量的ZnO@Ag/EPDM(三元乙丙橡胶)复合材料的X射线衍射图谱；
[0019]图3为本专利技术实施例中，ZnO@Ag、30wt.％ZnO@Ag/EPDM复合材料的扫描电子显微镜图像；
[0020]图4为本专利技术实施例中，不同含量的ZnO@Ag/EPDM复合材料在不同温度下的电导率随电场强度变化图谱；
[0021]图5为本专利技术实施例中，不同含量的ZnO@Ag/EPDM复合材料在不同温度下的直流击穿韦伯尔分布图谱。
[0022]图6a为电缆附件中的电缆接头使用纯EPDM时的电位分布图；
[0023]图6b为电缆接头使用30wt.％ZnO@Ag/EPDM时的电位分布图。
具体实施方式
[0024]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围
完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0025]本专利技术实施例提供了一种纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0026]步骤1，取适量氢氧化钠溶液和乙酸锌溶液，并将氢氧化钠溶液滴入乙酸锌溶液中，滴加完毕后静置一段时间，得到含有白色沉淀物的溶液。
[0027]具体而言，乙酸锌与氢氧化钠的物质的量之比为0.5-1.5:2.5-3.5。
[0028]本实施例中，选用的乙酸锌溶液浓度为0.1-0.3mol/L，氢氧化钠溶液浓度为0.6-1.2mol/L，氢氧化钠溶液的滴加速度为1-3ml/min本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，取适量氢氧化钠溶液和乙酸锌溶液，并将氢氧化钠溶液滴入乙酸锌溶液中，滴加完毕后静置一段时间，得到含有白色沉淀物的溶液；步骤2，对所述溶液中的白色沉淀物进行分离、干燥并研磨后，在预设温度下煅烧一段时间得到ZnO纳米片；取适量ZnO纳米片与溶剂和改性剂混合搅拌并分散一段时间后，进行分离、干燥和研磨，得到改性后的ZnO纳米片；步骤3，将所述改性后的ZnO纳米片分散在溶剂中形成ZnO悬浊液，将硝酸银和适量分散剂溶于溶剂中得到溶液A，将适量硼氢化钠和氢氧化钠溶于溶剂中形成溶液B，将溶液A与溶液B分别缓慢滴入所述ZnO悬浊液中，并对得到的溶液进行分离、干燥和研磨，得到ZnO@Ag；步骤4，取适量ZnO@Ag，绝缘基体材料和交联剂依次进行混炼和热压硫化成型，最终得到ZnO@Ag/绝缘复合材料。2.根据权利要求1所述的纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，乙酸锌与氢氧化钠的物质的量之比为0.5-1.5:2.5-3.5。3.根据权利要求1所述的纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的煅烧工艺为：以1-3℃/min的速度升温至200-400℃，并保温1-3h。4.根据权利要求1所述的纳米片状ZnO@Ag/绝缘复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的溶剂为去离子水和无水乙醇的混合液，其中，ZnO纳米片的质...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宗喜，欧阳本红，赵鹏，陈铮铮，李红雷，迟庆国，王绪彬，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司国家电网有限公司哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：