[发明专利]一种改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料，包括改性陶瓷和低密度聚乙烯；所述改性陶瓷的体积占所述改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的体积的1～10％；所述改性陶瓷为CaCu₃Ti_3.95Zr_0.05O₁₂陶瓷。在本发明中，所述改性陶瓷中Zr元素对改性陶瓷的B位掺杂改性，能够降低对改性陶瓷的本征介电损耗和电导率。实施例结果表明，本发明提供的改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的介电常数高达3.45，介电损耗低至0.0013，电导率低至0.17×10^‑13S/cm。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着电能传输技术在高电压环境下的快速发展，电力电缆和电缆终端附件需要具备更高的柔韧性和更长的使用寿命。但是电场集中这一问题限制了电力电缆及其附件的使用寿命提升；尤其在电缆接头处，电缆屏蔽层断口处出现电场集中现象，导致电缆绝缘层至屏蔽层处承受较大的不均匀电应力分布。如果这种集中的电应力不及时被分散，集中电应力处将会被击穿；进一步，靠近屏蔽层断口处的绝缘层积累较多表面电荷，最终会导致电力电缆绝缘层失效，电缆接头处被击穿，电缆丧失使用价值。所以，如何降低电力电缆接头屏蔽层断口处集中的电应力对电力传输领域十分重要。

通过在电力电缆屏蔽层断口处套上一种具有高介电常数和低介电损耗及低电导率的聚合物基复合材料电应力管，可有效降低电缆绝缘层至屏蔽层断口处的集中电场。在众多高分子聚合物材料中，因低密度聚乙烯具有优良的绝缘特性而被选作电力电缆绝缘层材料，为减少杂质引入及增加介电兼容性，选择以此为电应力管的基体材料，引入具有高介电常数的陶瓷，使其构成具有高介电常数的陶瓷/低密度聚乙烯复合材料体系，是制备电应力管的方法之一。然而，现有陶瓷类填料形成的低密度聚乙烯复合材料，如钛酸钡/低密度聚乙烯复合材料、钛酸铜钙/低密度聚乙烯复合材料等，虽然可以获得较高介电常数值，但是所得陶瓷/低密度聚乙烯复合材料往往表现出介电损耗高、材料体系内电场分布不均匀性提升的特点，使得该类复合材料绝缘性能较差，电缆接头的使用寿命低。

因此，亟需寻求一种兼顾较高的介电常数、较低的介电损耗和电导率的复合材料，以满足电力传输领域中对绝缘材料内电场强度分布均匀性提高和绝缘寿命延长的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料及其制备方法。本发明提供的改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料具有介电常数高、介电损耗低和电导率低的特点，作为电应力控制材料时内电场分布均匀，绝缘寿命长。本发明还提供了一种改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的应用。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料，包括改性陶瓷和低密度聚乙烯；

所述改性陶瓷的体积占所述改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的体积的1～10％；所述改性陶瓷为CaCu₃Ti_3.95Zr_0.05O₁₂陶瓷。

本发明还提供了上述技术方案所述改性陶瓷/低密度聚乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将CaCu₃Ti_3.95Zr_0.05O₁₂陶瓷球磨后，得到CaCu₃Ti_3.95Zr_0.05O₁₂陶瓷粉末；