[发明专利]一种具备高交流击穿场强的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具备高交流击穿场强的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法和应用。该方法以聚四氟乙烯为基体，以微米级和纳米级氮化硼为填料，经混料、模压、烧结、机械加工等步骤制备出微纳米氮化硼共掺聚四氟乙烯复合试样。本发明通过掺杂微纳米氮化硼对聚四氟乙烯进行改性，掺杂的最佳总质量分数为7％。本发明提出的方法使得聚四氟乙烯/氮化硼复合材料的聚集态结构发生了较大的变化，改变了复合材料的陷阱参数，显著提高了复合材料的交流击穿场强，可以广泛应用于高压断路器喷口制备领域。

技术领域

本发明属于高压绝缘材料领域，涉及一种具备高交流击穿场强的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

高压断路器是电力系统中用于控制和保护的最重要设备之一，在高压电路中起控制作用，具有足够的断流能力和完善的灭弧结构。高压断路器的喷口是灭弧室的核心结构。聚四氟乙烯由于具有良好的耐高温性能和热稳定性等优异性能，通常用作喷口材料，但是聚四氟乙烯喷口面临严重的烧蚀和击穿问题。因此，研究聚四氟乙烯材料的击穿机理，探索在保证耐烧蚀性能的情况下提高聚四氟乙烯材料击穿场强的方法，对实际工程应用具有十分重要的意义。

目前，为提高材料某方面的性能，常用的方法是向基体中掺杂高性能填料制成复合材料。氮化硼由于具有优异的导热性能和较低的电导率，成为聚四氟乙烯喷口中常用的提升烧蚀和击穿性能的填料。有研究表明，向基体中掺杂高导热填料例如氮化硼，可以有效地提升复合材料的导热性能，进而提升复合材料的耐烧蚀性能；此外有研究表明，在较低的掺杂质量分数下，纳米填料的掺杂往往可以提高复合材料的击穿场强，且随着掺杂填料质量分数的增加，耐烧蚀性能有提升的趋势。

但是，微米氮化硼质量分数过大会使击穿性能劣化，且以往的研究主要集中在微米氮化硼填料的含量和粒径上，且多用于提高材料的耐烧蚀性能，配方往往不能兼顾提升材料击穿性能，将微米氮化硼和纳米氮化硼作为共掺填料来提升聚四氟乙烯复合材料的交流击穿场强的研究还未见报道。

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具备高交流击穿场强的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法和应用，通过调整微米和纳米氮化硼掺杂比例来对聚四氟乙烯进行改性，可操作性强、可靠性高、应用广泛。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种具备高交流击穿场强的聚四氟乙烯复合材料，该复合材料以微米氮化硼和纳米氮化硼作为掺杂粉末对聚四氟乙烯进行掺杂；

该复合材料，以质量百分比计，掺杂粉末占7％，聚四氟乙烯占93％；

所述掺杂粉末中，所用微米氮化硼的粒径为3～5.5μm，所用纳米氮化硼的。

优选地，掺杂粉末中，纳米氮化硼为0.1％～0.5％，微米氮化硼为6.5％～6.9％。

本发明还公开了上具备高交流击穿场强的聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将纳米氮化硼粉末和微米氮化硼粉末分别过筛后，充分干燥，然后混合，获得氮化硼填料；

2)将氮化硼填料与聚四氟乙烯颗粒充分混合均匀，得到混合粉料；

3)将混合粉料压制成型、烧结，得到具备耐电弧烧蚀性能的聚四氟乙烯复合材料。

优选地，步骤1)中，过筛采用100～200目筛网。

优选地，步骤1)中，充分干燥是将纳米氮化硼粉末和微米氮化硼粉末于60～80℃下干燥至少12h。

优选地，步骤2)中，将氮化硼掺杂混合粉末与聚四氟乙烯颗粒充分混合均匀是采用高速混料机进行混合，高速混料机的转速为1800～2000转/分。

优选地，步骤3)中，烧结制度如下：