[发明专利]一种耐电树枝聚烯烃基微纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐电树枝聚烯烃基微纳米复合材料及其制备方法，所述耐电树枝聚烯烃基微纳米复合材料是以低密度聚乙烯为基体材料，采用微米蒙脱土和纳米氧化锌作为无机填料，通过熔融共混法制备而成，其中蒙脱土含量为0.5wt%，氧化锌含量为1wt%。制备方法是：将低密度聚乙烯与十八烷基铵盐改性处理过的蒙脱土在转矩流变仪熔融共混，两分钟后待其混合均匀，再与硅烷偶联剂处理过的纳米氧化锌颗粒熔融共混，得到耐电树枝聚烯烃基微纳米复合材料。本发明能够有效抑制聚乙烯基体中的电树枝发展，对提高聚乙烯绝缘材料的使用寿命及电力设备的安全运行有重要意义。

技术领域

本发明属于电介质、复合材料领域，更具体地，涉及一种耐电树枝聚烯烃基微纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

随着纳米技术的发展，聚合物基纳米复合材料中纳米粒子的作用可以有效改善聚合物某方面或多方面的性能。研究表明，在具有半结晶结构的聚乙烯体系中，ZnO、SiO₂等球形纳米粒子的引入可以改善聚乙烯的空间电荷、击穿等性能，层状蒙脱土的引入可以有效提高聚乙烯的耐电树枝化性能。但由于纳米粒子比表面积大、表面能高、单个纳米粒子极不稳定，为了使自身趋于稳定，纳米粒子之间易相互吸引而产生团聚，这种现象导致了纳米复合材料在目前工程实际应用中表现并不十分优异。已有的研究工作发现，将介观形态不同、性质不同的微米粒子和纳米粒子共混引入到聚合物基体中，可有效地避免单一纳米粒子的团聚现象，在充分发挥纳米粒子优越特性的同时，还具有复合协同多功能特性。利用无机微纳米粒子改善聚合物基体的介电性能逐渐成为研究的新热点，同时也为绝缘材料的改性提供了新的思路。

发明内容

针对单一的蒙脱土颗粒在低密度聚乙烯基体中容易发生团聚现象，使蒙脱土/低密度聚乙烯复合材料抑制电树枝发展的效果并不理想，本发明的目的在于提供一种耐电树枝聚烯烃基微纳米复合材料及其制备方法，通过两种微纳米粒子之间的复合协同作用，更好的起到耐电树的效果。

本发明提供了一种耐电树枝聚烯烃基微纳米复合材料及其制备方法，其特征在于，是以低密度聚乙烯为基体，通过与改性微米蒙脱土、改性纳米氧化锌熔融共混制得，其中微米蒙脱土占复合材料的比重是0.5wt%、纳米氧化锌占复合材料的比重是1wt%。

所述耐电树枝聚烯烃基微纳米复合材料制备方法，包括如下步骤：

1、打开转矩流变仪，设置温度为140℃，螺杆转速为40r/min，混炼时间为20min，并开始升温；

2、升温至设定温度向转矩流变仪中加入低密度聚乙烯至完全熔融，将低密度聚乙烯与改性处理过的蒙脱土在转矩流变仪熔融共混，两分钟后待其混合均匀，再加入纳米氧化锌颗粒熔融共混20min，得到耐电树枝聚烯烃基微纳米复合材料。

一种耐电树枝聚烯烃基微纳米复合材料及其制备方法，其特征在于微米蒙脱土的处理方法：利用十八烷基铵盐作为插层剂，对蒙脱土进行预插层和有机化处理。经过表面修饰可以得到有机化蒙脱土，体积较大的长链有机阳离子置换了片层间原有的无机阳离子，使得蒙脱土层间距增大同时由亲无机性转变为亲有机性。

一种耐电树枝聚烯烃基微纳米复合材料及其制备方法，其特征在于纳米氧化锌的表面修饰方法：利用硅烷偶联剂对纳米氧化锌颗粒进行表面修饰，硅烷偶联剂在一定条件下可以通过化学反应作用或物理吸附作用覆盖纳米氧化锌粒子表面，从而通过改善复合材料中界面的作用来提高复合材料的宏观性能。

一种耐电树枝聚烯烃基微纳米复合材料及其制备方法，其特征在于，所述低密度聚乙烯为颗粒状，密度约为0.917g/cm³，熔点为105~112℃。

一种耐电树枝聚烯烃基微纳米复合材料及其制备方法，其特征在于，所述微米蒙脱土利用十八烷基铵盐作为偶联剂进行预插层以及有机化处理，为片层结构。

一种耐电树枝聚烯烃基微纳米复合材料及其制备方法，其特征在于，所述的纳米氧化锌经过硅烷偶联剂改性化处理以及600℃煅烧处理，球状，平均粒径为30nm，纯度99.9%。