[发明专利]一种环氧树脂基纳米氧化锌复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物基纳米复合材料技术领域，具体涉及一种环氧树脂基纳米氧化锌复合材料及其制备方法。

背景技术

环氧树脂以其优良的电气、机械性能被当作一种绝缘材料应用于各类电气产品上，例如作为电力互感器、变压器、绝缘子等电器绝缘的浇注材料，断路器中的密封绝缘、直流电机绕组的浸渍等。绝缘材料是保证电机电器正常运行的关键条件，电力工业的飞速发展，对绝缘材料的性能提出了更高的要求，所以发展新型的绝缘材料或者对原有的绝缘材料进行性能上的改进，一直以来都是世界各国研究的热点。

纯环氧树脂往往脆性大，抗开裂能力差，一般会加入无机填料以改善其机械性能，并降低成本，但这会降低其电气性能。近些年来，随着纳米技术的发展，纳米材料被广泛的应用于医学、电子、生物、化工等众多领域，在此大环境下，在电工材料领域也开始将纳米材料应用于绝缘材料，在环氧树脂绝缘中加入纳米无机填料，不仅可以提高改善其机械性能，而且可期望提高绝缘材料的介电性能。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种环氧树脂基纳米氧化锌复合材料及其制备方法，本发明的复合材料具有介电性能优良，特别是工频击穿场强高的优点，本发明复合材料制备方法具有成本低廉的特点。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种环氧树脂基纳米氧化锌复合材料，其特征在于：所述复合材料由基体树脂、固化剂、促进剂以及添加剂组成，所述基体树脂为环氧树脂，固化剂为甲基六氢苯酐，促进剂为N，N-二甲基苄胺，添加剂为纳米氧化锌，该复合材料中各组分的重量份为：环氧树脂为100份、甲基六氢苯酐为70-120份、N，N-二甲基苄胺为1-4份以及纳米氧化锌为0.5-10份。

所述复合材料中各组分的重量份为：环氧树脂为100份、甲基六氢苯酐为80-110份、N，N-二甲基苄胺为1-3.5份以及纳米氧化锌为1-9.5份。

所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。

一种制备权利要求1所述复合材料的方法，包括如下步骤：

步骤1：纳米氧化锌、丙酮、环氧树脂混合高速剪切，首先将0.5-10重量份表面经偶联剂处理过的纳米氧化锌粒子加入到40-60重量份的环氧树脂稀释剂丙酮与100重量份的环氧树脂的混合溶液当中，搅拌使得分散液无分层混合，然后使用高速剪力机以5000-20000r/min的转速处理分散液15-60min；

步骤2：超声分散，将步骤1高速剪切处理后的分散液使用超声波发生器以功率500-1000W、频率20-25kHz处理分散液15-60min；

步骤3：水浴脱丙酮，将超声分散处理过的分散液放入温度为70℃的水浴箱里电动搅拌2-4h以脱去丙酮；

步骤4：加入固化剂和促进剂后真空脱气，首先向步骤3脱去丙酮的分散液中加入70-120重量份的固化剂甲基六氢苯酐以及1-4重量份的促进剂N，N-二甲基苄胺，并搅拌均匀，然后抽真空至相对真空度-0.09--0.1Mpa，随后加热至30-50℃并保温30-60min以脱去分散液中的气泡；

步骤5：烘箱固化，首先将脱泡后的分散液倒入经脱模剂处理的模具中，在烘箱中加热80-105℃并保温2-4h，然后继续加热至120-140℃并保温6-10小时，即可固化得到环氧树脂基纳米氧化锌复合材料。

步骤1所述纳米氧化锌粒子在加入到混合溶液之前进行烘干，烘干温度为100-130℃，烘干时间为5-10h。

步骤1所述的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂(KH550)、γ-(3，2-环氧丙氧基)甲基三甲氧基硅烷(KH560)、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH570)、钛酸四丁酯中的一种或两种以上，若为两种以上则为任意配比。

步骤1所述的环氧树脂稀释剂丙酮为分析纯的丙酮。

步骤5所述的脱模剂为质量浓度为5％的硅脂/甲苯溶液。

本发明把纳米氧化锌粒子通过高速剪切和超声波方法均匀分散到了环氧树脂基体中，表面处理方式保证了纳米氧化锌粒子的分散及纳米粒子与环氧树脂分子链的紧密交联。由于纳米粒子产生的特殊效应，例如界面效应等，使得仅添加少量纳米氧化锌即可制得介电性能优于纯环氧树脂的纳米复合材料。

附图说明

图1是本发明复合材料制备方法流程图。

图2是纳米粒子加入量为9.5重量份时，本发明的环氧树脂基纳米氧化锌复合材料试样断面的形貌扫描电镜图。