[发明专利]一种基于梯度分布的自适应电场调控复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于梯度分布的自适应电场调控复合材料及其制备方法，首先制备ZnO压敏微球，然后取设定量的玻璃纤维，最后将环氧树脂、固化剂、ZnO压敏微球和玻璃纤维采用真空浇注制备得到高温固化环氧树脂基体的复合材料，利用玻璃纤维调控复合材料的三维网络，以抑制ZnO压敏微球的沉降，使复合材料的空间分布均匀，提高复合材料的性能。

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种基于梯度分布的自适应电场调控复合材料及其制备方法。

背景技术

电场自适应材料因其非线性电学特性而在高压设备应用中具有广阔的前景，电场自适应材料的自适应特性体现在其电学参数能够随着外电场进行改变，当材料某处的空间电场有明显高于临近区域平均电场的趋势时，该处材料的电导率或介电常数也会显著升高，从而使得该处的电场强度有所降低，因此能够达到均匀电场的作用。常规材料的电学参数对于设备电场分布的影响属于“开环”过程，一旦遇到温度变化、材料老化等扰动因素的影响，这一过程由于没有反馈机制，最终的电场分布就容易与预期或设计方案产生偏离，这是传统的电容均压法对材料参数变化稳定性较差的原因。但对于电场自适应材料而言，由于存在电场分布反过来也能影响材料电学参数的这一负反馈环节，因此是一个闭环的调节过程，其能够达到更好的改善电场分布的效果并且对于扰动因素的稳定性也更强，即电场自适应材料具有优异的电学特性，另外，电场自适应材料需要具有更低的发热和损耗，即电场自适应材料需要有优异的机械性能和热学特性，以在应用于高压设备时能够体现更好的性能。相关技术中，电场自适应复合材料以ZnO压敏微球为掺杂填料，能够大幅提高复合材料的性能，然而ZnO压敏微球密度更大，同时其比表面积较小，因此将ZnO压敏微球加入复合材料基体中时，ZnO压敏微球与基体界面结合强度不足以抵消重力的影响，ZnO压敏微球将在重力的作用下发生沉降，造成复合材料的空间分布不均匀，严重影响复合材料的性能，不能满足复合材料梯度与阈值场强大小的调控需求。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种基于梯度分布的自适应电场调控复合材料及其制备方法，利用玻璃纤维调控复合材料的三维网络，以抑制ZnO压敏微球的沉降，使复合材料的空间分布均匀，提高复合材料的性能。

为了实现以上目的，本发明提供了一种基于梯度分布的自适应电场调控复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)制备ZnO压敏微球：将ZnO、Bi₂O₃、MnO₂、Co₂O₃、Cr₂O₃、SiO₂、Sb₂O₃和Al₂O₃混合后煅烧筛分得到ZnO压敏微球；

2)取设定量的玻璃纤维；

3)将环氧树脂、固化剂、ZnO压敏微球和玻璃纤维采用真空浇注制备得到高温固化环氧树脂基体的复合材料。

进一步地，所述步骤1)中ZnO压敏微球的直径为10-30μm。

进一步地，所述步骤1)首先将摩尔百分比为95：1：0.5：1：0.4：1：1：0.1的ZnO、Bi₂O₃、MnO₂、Co₂O₃、Cr₂O₃、SiO₂、Sb₂O₃和Al₂O₃混合后放入球磨机中，并加入无水乙醇进行球磨；然后向球磨好的浆料中加入有机粘合剂，并倒入喷雾造粒机中进行喷雾造粒，得到球型颗粒；其次将球型颗粒放入煅烧炉中烧结后降温；最后将烧结产物进行筛分，得到ZnO压敏微球。

进一步地，所述步骤2)中取的玻璃纤维平均直径为13μm，平均长度为180μm。