[发明专利]一种聚合物纤维布增强的ZnO压敏微球-环氧树脂复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了属于复合材料技术领域的一种聚合物纤维布增强的ZnO压敏微球‑环氧树脂复合材料的制备方法。所述制备方法采用湿法缠绕的方法，以表面光滑的镜面板为聚合物纤维布缠绕模具，将处于黏流状态的ZnO压敏微球‑环氧树脂混合物刷涂于聚合物纤维布上下表面，然后将刷涂后的聚合物纤维布缠绕于模具表面后固化得到；由于聚合物纤维布充分发挥防止ZnO压敏微球沉降的效果，使得制备得到的复合材料中ZnO压敏微球在材料内部均匀分布。与此同时，ZnO压敏微球‑环氧树脂复合材料表现出良好的非线性电导特性：在低电场下表现出良好的绝缘性能，随着电场的提升，电流密度快速提升。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种聚合物纤维布增强的ZnO压敏微球-环氧树脂复合材料的制备方法。

背景技术

材料制备是实现非线性复合材料应用于高压设备的关键环节。ZnO压敏微球-环氧树脂复合材料兼具环氧树脂的高机械强度、耐老化性能以及ZnO压敏微球大范围可调的非线性电学性能而得到学界的广泛关注。已有学者先后将ZnO压敏微球-环氧树脂复合材料用作高温超导电缆的应力锥，航天器材料、GIL绝缘子表面涂层等，用以改善电场分布以及抑制电荷积聚。

然而，由于ZnO压敏微球与环氧树脂基体存在密度差异且环氧树脂在固化前具有良好的流动性，在ZnO-环氧树脂复合材料的制备过程中，不可避免地会出现ZnO压敏微球沉降问题，从而影响填料在基体中分布的均匀性，进一步影响复合材料性能。有学者提出以四针状ZnO晶须作为第二填料抑制ZnO压敏微球沉降，也有学者通过在环氧树脂固化前期不停搅拌的方式防止ZnO沉淀。然而，上述方法分别对填料类型及制作工艺提出了更高的要求，在工程应用中具有较大的局限性。因此，亟待提出一种复合材料的方法，在避免颗粒沉降，使其均匀分布的的同时，同时兼具良好的电学性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种聚合物纤维布增强的ZnO压敏微球-环氧树脂复合材料的制备方法，所述制备方法采用湿法缠绕的方法，以表面光滑的镜面板为聚合物纤维布缠绕模具，将处于黏流状态的ZnO压敏微球-环氧树脂混合物刷涂于聚合物纤维布上下表面，然后将刷涂后的聚合物纤维布缠绕于模具表面，在保压状态下固化得到；

由于聚合物纤维布发挥防止ZnO压敏微球沉降的效果，使得ZnO压敏微球在复合材料内部均匀分布。

进一步的，对所述复合材料进行电导测试。

采用刷涂后的聚合物纤维布为3-5层；进一步的为3层。

采用刷涂后的聚合物纤维布，覆盖缠绕于模具上；具体过程为：用毛刷将ZnO压敏微球-环氧树脂混合物刷涂于聚合物纤维布的上下表面至聚合物纤维布被完全浸润，而后将聚合物纤维布缠绕于镜面板表面；重复上述刷涂操作2次，将被ZnO压敏微球-环氧树脂混合物浸润的聚合物纤维布重叠覆盖缠绕于上一层聚合物纤维布之上，制成具有3-5层聚合物纤维布的复合结构。

所述固化过程为：对缠绕完成的磨具表面施加均匀的压力，保压状态下置于干燥箱中固化，干燥箱温度为100-150℃，固化时间为10-15小时。

保压过程中施加的压力为5-20kPa；控制复合材料整体厚度为0.3～3.0mm；每相邻的两层纤维布的间距为100-300μm。

ZnO压敏微球粒径与聚合物纤维布孔隙直径的比例在1.2-2：1之间。

进一步的，所述ZnO压敏微球的粒径为20-80μm；聚合物纤维布表面具有10-60μm的孔隙，单根纤维的直径为15-25μm。

所述聚合物纤维布具体包括无纺布、聚酯纤维布或涤纶纤维布。

所述ZnO压敏微球-环氧树脂混合物的制备过程为：

1)分别将环氧树脂基体、固化剂、ZnO微球、涂抹脱模剂的镜面板置于干燥箱中干燥、预热；