[发明专利]聚乙烯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料的制备领域，具体涉及一种高介电常数聚乙烯复合材料的制备方法。

背景技术

聚乙烯(Polyethylene,PE)是一种质轻无毒的热塑性高分子材料，因其具有卓越的电学性能，优良的耐低温性和良好的化学稳定性及机械加工性能，而被广泛地应用到工业、农业中，尤其成为制备电线电缆及电力终端设备的主要材料。但聚乙烯材料的介电常数较低(1.5～2.2)，导致该材料能量储存能力差，严重限制其在电缆终端平衡电场及电力终端储能设备中的应用。为提高聚乙烯材料的介电常数，通常方法是通过填加第二相陶瓷氧化物填料，如TiO₂和BaTiO₃等，来增强聚乙烯复合材料的介电常数。在目前的聚乙烯复合材料中，即使在填加高浓度陶瓷氧化物填料下，聚乙烯复合材料的介电常数并不高。如将质量分数为20％的BaTiO₃加入到聚乙烯中得到的复合材料介电常数仅有3.19(Polymer Testing 32(2013)1342-1349)。目前现有陶瓷类填料增强聚乙烯复合材料介电常数的效果不明显，甚至在高磁场条件下失效。

发明内容

本发明目的是为了解决现有低体积浓度(≤10％)陶瓷类填料增强聚乙烯复合材料介电常数的效果不显著，在高磁场条件下失效的技术问题，提供了一种聚乙烯复合材料的制备方法。

聚乙烯复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

一、晶化处理：向含有硝酸铜和硝酸钙的乙二醇甲醚澄清溶液中加入钛酸四丁酯，磁力搅拌均匀，经充分反应得到溶胶，然后点燃溶胶获得粉末，将粉末置于马弗炉中，以2～10℃/min升温速率，升温至700～900℃并保温1～3h，再以2～10℃/min的速率升温至1000～1100℃，保温4～8h，冷却至室温，得到晶化的CaCu₃Ti₄O₁₂粉体，其中，硝酸钙、硝酸铜与钛酸四丁酯的摩尔比为1:3:4；

二、施镀：将步骤一所得到的晶化的CaCu₃Ti₄O₁₂粉体进行表面处理后加入到由硫酸镍、柠檬酸、水合肼、乙二胺和去离子水组成的镀液中施镀10～60min，镀液温度85～100℃，搅拌速率100～300r/min，控制pH值为12～14，装载量为10～30g/L，施镀后经过滤清洗，得核壳结构CaCu₃Ti₄O₁₂@Ni粉体，其中由硫酸镍、柠檬酸、水合肼、乙二胺和去离子水组成的镀液中硫酸镍、柠檬酸、水合肼与乙二胺的摩尔比为0.16:0.14:0.6:1；

三、熔融共混：将步骤二所得到的核壳结构CaCu₃Ti₄O₁₂@Ni粉体与聚乙烯颗粒置于转矩硫变仪中熔融共混10～60min，混料温度100～160℃，转速为20～40r/min，然后将均匀共混料装入模具，置于平板硫化机上热压成型，压力为0～15MPa，模压温度100～160℃，加压时间5～25min，冷却至室温，获得聚乙烯基复合膜，其中，核壳结构CaCu₃Ti₄O₁₂@Ni粉体与聚乙烯颗粒的体积分数比为0.010～0.111:1；

四、磁化处理：将步骤三所得到的聚乙烯基复合膜置于磁钢气隙中高温磁化处理，磁场强度为0.1～1.4T，加热温度100～160℃，保温时间10～240min，冷却后制得聚乙烯/CaCu₃Ti₄O₁₂@Ni复合材料，完成聚乙烯复合材料的制备。