[发明专利]低阀值场强高机械性能的非线性电导复合物材料

说明书

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，特别是一种低阀值场强高机械性能的 非线性电导复合物材料，适用于削弱更为广泛电压等级设备的场强集中处 的高场强，达到均匀场强的目的。

背景技术

高低压电力系统中，存在很多电场分布不均匀的位置，如电缆终端、电缆 连接头、穿墙套管法兰、绝缘子等，通常在场强集中位置安装具有半导电 特性材料制成的压控管、应力锥等结构进行均匀场强。相比于半导电材料， 非线性电导材料对场强均匀的效果更为显著。通过向聚合物中添加压敏陶 瓷粉体可以得到具有非线性特性的复合材料，氧化锌压敏陶瓷粉体复合物 因为具有更好的非线性系数，因此在众多非线性电导复合物材料中均匀场 强效果最好。根据不同应用场景，所需均压材料的阀值场强也有所不同， 从几百伏特每毫米到几千伏特每毫米不等，因此需要对非线性电导复合物 阀值场强进行调整。针对氧化锌压敏陶瓷粉体复合物阀值场强调整的研究 有很多，这些研究均是针对复合物中氧化锌压敏陶瓷粉体的大小、含量及 氧化锌压敏陶瓷粉体晶粒和晶界等进行调整，非线性电导复合材料阀值场 强调整范围有限。而且，一般为了获得阀值场强相对较小的复合物，需要 向聚合物中加入大尺寸、大含量的氧化锌压敏陶瓷粉体，这也降低了复合 物的机械性能而无法满足实际工程需要。因此，如何有效降低复合物阀值 场强并保证复合物具有足够的机械强度是一个值得研究的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种低阀值场强高机械性 能的非线性电导复合物材料。具体设计方案为：

一种低阀值场强高机械性能的非线性电导复合物材料，包括环氧树脂、 聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡胶、硅橡胶、无机填料粉体。

所述无机填料粉体包括氧化锌压敏陶瓷粉体、碳纤维。

所述无机填料粉体的体积份数及尺寸由应用场合所需要阀值场强决定。

所述无机填料粉体中各成分的体积份数取值为氧化锌瓷粉体15-50份， 碳纤维2-20份。

所述无机填料粉体中，氧化锌瓷粉体大小取值区间为10μm到300μm。

所述无机填料粉体中，碳纤维直径取值区间为30nm到20μm，长度 取值区间为30μm到2mm。

通过本发明的上述技术方案得到的低阀值场强高机械性能的非线性 电导复合物材料，其有益效果是：

本发明提出的具有更低阀值场强、机械性能良好的非线性电导复合材 料，通过向传统氧化锌陶瓷粉体组成的二元非线性电导复合物中加入碳纤 维，不仅使非线性电导复合材料的阀值场强范围变得更大，而且相较于二 元非线性电导复合物，由氧化锌压敏陶瓷粉体、碳纤维共同组成的三元非 线性电导复合物的机械性能也得到明显提高，扩大了非线性电导复合物在 实际应用中的使用范围。

具体实施方式

下面对本发明进行具体描述。

一种低阀值场强高机械性能的非线性电导复合物材料，包括环氧树脂、 聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡胶、硅橡胶、无机填料粉体。

所述无机填料粉体包括氧化锌压敏陶瓷粉体、碳纤维。

所述无机填料粉体的体积份数及尺寸由应用场合所需要阀值场强决定。

所述无机填料粉体中各成分的体积份数取值为氧化锌瓷粉体15-50份， 碳纤维2-20份。

所述无机填料粉体中，氧化锌瓷粉体大小取值区间为10μm到300μm。

所述无机填料粉体中，碳纤维直径取值区间为30nm到20μm，长度 取值区间为30μm到2mm。

实施例1

本实施例中得到的非线性电导复合材料，阀值场强定义为当电流密度 达到3μA/cm2时场强的数值，力学性能测试评价方法采用GB/T 528-2009 标准。

非线性电导复合材料基体选用硅橡胶。

无机填料包括氧化锌陶瓷粉体、碳纤维。

氧化锌陶瓷粉体平均直径为40μm。碳纤维平均直径为5μm，平均长 度为80μm。通过调节碳纤维和氧化锌陶瓷粉体的含量，来调节三元非线 性电导复合物的阀值场强。

当氧化锌陶瓷粉体体积份数为20份、碳纤维体积份数为15份时，氧 化锌陶瓷粉体/碳纤维/硅橡胶三元非线性电导复合材料阀值场强最小为 500V/mm。

对于氧化锌陶瓷粉/硅橡胶二元非线性电导复合材料，当氧化锌陶瓷粉 体体积份数为60份时，阀值场强最小为1600V/mm。