CN101440180A - 聚烯烃基非线性电介质材料 - Google Patents

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Abstract

聚烯烃基非线性电介质材料，它涉及非线性电介质材料。它解决了现有聚烯烃基非线性电介质材料因功能填料种类单一、掺量大而引起的物理-机械性能、加工性能变差的问题。第一种聚烯烃基非线性电介质材料由聚烯烃基体材料、功能组分和抗氧剂制成；第二种聚烯烃基非线性电介质材料由低密度聚乙烯、功能组分、抗氧剂和交联剂制成。本发明聚烯烃基非线性电介质材料具有良好的电导和/或介电常数非线性特性、物理-机械性能和加工性能，具有较强的在不均匀电场中自行均化电场分布的能力。

Description

聚烯烃基非线性电介质材料
技术领域
本发明涉及非线性电介质材料。
背景技术
非线性电介质是指电导率和/或相对介电常数随电场强度改变而变化的绝缘介质。非线性电介质材料常应用于电气绝缘与制品。而现有非线性电介质材料包括陶瓷基非线性电阻材料、环氧树脂基防电晕漆(带)和橡胶基电阻应变片；陶瓷基非线性电阻材料需经高温烧结，其制造工艺复杂；环氧树脂基防电晕漆(带)和橡胶基电阻应变片因只含有一种功能组分碳化硅，且碳化硅掺量较大，故复合材料的电阻非线性系数可调控范围小，且其物理—机械性能和加工性能变差。
发明内容
本发明是为了解决现有聚烯烃基非线性电介质材料因功能填料种类单一、掺量大而引起的物理—机械性能、加工性能变差的问题，而提供的聚烯烃基非线性电介质材料。
第一种聚烯烃基非线性电介质材料按重量份数比由30～99份的聚烯烃基体材料、1～70份的功能组分和0.1～1份的抗氧剂制成；其中聚烯烃基体材料由聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯及线性低密度聚乙烯中的一种或几种组成；功能组分由碳化硅、氧化锌、氧化铝、钛酸钡、钛酸锶、钛酸锆、碳黑、石墨、碳纤维及碳纳米管中的两种或两种以上组成；抗氧剂由主抗氧剂组成，或者由主抗氧剂与辅助抗氧剂按质量比为1～3∶1的比例组成；其中主抗氧剂为4，4`-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、四(β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和/或2，6—二叔丁基对甲酚；辅助抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯、三(2，4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯和/或三(壬基苯基)亚磷酸酯。
第二种聚烯烃基非线性电介质材料按重量份数比由30～99份的低密度聚乙烯、1～70份的功能组分、0.1～1份的抗氧剂和1～2.5份的交联剂制成；其中功能组分由碳化硅、氧化锌、氧化铝、钛酸钡、钛酸锶、钛酸锆、碳黑、石墨、碳纤维及碳纳米管中的两种或两种以上组成；抗氧剂由主抗氧剂组成，或者由主抗氧剂与辅助抗氧剂按质量比为1～3∶1的比例组成；其中主抗氧剂为4，4`-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、四(β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和/或2，6—二叔丁基对甲酚；辅助抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯、三(2，4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯和/或三(壬基苯基)亚磷酸酯；交联剂为过氧化二异丙苯或1，1—二叔丁基过氧化环己烷。
本发明得到的聚烯烃基非线性电介质材料具有良好的电导和/或介电常数非线性特性、物理—机械性能(主要表现为具有较大的抗张强度和断裂伸长率、较好的韧性)和加工性能，具有较强的在不均匀电场中自行均化电场分布的能力。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式聚烯烃基非线性电介质材料按重量份数比由30～99份的聚烯烃基体材料、1～70份的功能组分和0.1～1份的抗氧剂制成；其中聚烯烃基体材料由聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯及线性低密度聚乙烯中的一种或几种组成；功能组分由碳化硅、氧化锌、氧化铝、钛酸钡、钛酸锶、钛酸锆、碳黑、石墨、碳纤维及碳纳米管中的两种或两种以上组成；抗氧剂由主抗氧剂组成，或者由主抗氧剂与辅助抗氧剂按质量比为1～3∶1的比例组成；其中主抗氧剂为4，4`-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、四(β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和/或2，6—二叔丁基对甲酚；辅助抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯、三(2，4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯和/或三(壬基苯基)亚磷酸酯。
本实施方式中所使用的原材料市场可购得。
本实施方式中功能组分由两种或两种以上混合时，按照任意比例混合。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是聚烯烃基非线性电介质材料按重量份数比由40～80份的聚烯烃基体材料、10～60份的功能组分和0.2～0.8份的抗氧剂制成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是聚烯烃基非线性电介质材料按重量份数比由50～70份的聚烯烃基体材料、20～50份的功能组分和0.3～0.7份的抗氧剂制成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是聚烯烃基非线性电介质材料按重量份数比由55～65份的聚烯烃基体材料、30～40份的功能组分和0.4～0.6份的抗氧剂制成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是聚烯烃基非线性电介质材料按重量份数比由60份的聚烯烃基体材料、35份的功能组分和0.5份的抗氧剂制成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的不同点是聚烯烃基体材料由聚丙烯、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯组成。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中聚丙烯、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯按任意比例混合。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一的不同点是聚烯烃基体材料由聚丙烯和高密度聚乙烯组成。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中聚丙烯和高密度聚乙烯可按任意比例混合。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一的不同点是聚烯烃基体材料由聚丙烯和低密度聚乙烯组成。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中聚丙烯和低密度聚乙烯可按任意比例混合。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一的不同点是聚烯烃基体材料由聚丙烯和线性低密度聚乙烯组成。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中聚丙烯和线性低密度聚乙烯可按任意比例混合。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一的不同点是聚烯烃基体材料由聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯组成。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯之间可按任意比例混合。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一的不同点是功能组分由氧化锌、钛酸钡和碳黑组成。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中氧化锌、钛酸钡和碳黑可按任意比例混合。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是功能组分由碳化硅、钛酸钡和碳黑组成。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中碳化硅、钛酸钡和碳黑可按任意比例混合。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是功能组分由氧化铝、钛酸锆和碳纳米管组成。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中氧化铝、钛酸锆和碳纳米管可按任意比例混合。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是功能组分由氧化锌、钛酸锶、钛酸锆、碳纤维和碳纳米管组成。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中氧化锌、钛酸锶、钛酸锆、碳纤维和碳纳米管可按任意比例混合。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是抗氧剂为四(β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一的不同点是抗氧剂为2，6—二叔丁基对甲酚和三(壬基苯基)亚磷酸酯。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一的不同点是抗氧剂为4，4`-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)和四(β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中4，4`-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)和四(β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯可按任意比例混合。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一的不同点是抗氧剂为4，4`-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)和三(2，4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一的不同点是主抗氧剂与辅助抗氧剂按质量比为2∶1的比例组成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十：本实施方式聚烯烃基非线性电介质材料按重量份数比由40份的低密度聚乙烯、20份的碳化硅和石墨，以及0.4份的四(β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯制成。
本实施方式中碳化硅和石墨可按任意比例混合。
将本实施方式中的40份的低密度聚乙烯、20份的碳化硅和石墨和0.4份的四(β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯在温度为150～200℃的条件下熔融混炼即可得到聚烯烃基非线性电介质材料。
本实施方式得到的聚烯烃基非线性电介质材料为不交联聚烯烃基非线性电介质材料，多用于制造稳压、过压保护和消磁元器件，电缆终端和连接盒中均化电场分布的应变片，以及其他各种电气设备、制品的绝缘结构中用于均化电场分布的非线性绝缘层。
本实施方式中所得聚烯烃基非线性电介质材料经测得物理—机械性能、加工性能变都得到优化主要表现为：抗张强度为12～20Mpa，断裂伸长率为200％～1000％，非线性系数为1～20。
具体实施方式二十一：本实施方式聚烯烃基非线性电介质材料按重量份数比由30～99份的低密度聚乙烯、1～70份的功能组分、0.1～1份的抗氧剂和1～2.5份的交联剂制成；其中功能组分由碳化硅、氧化锌、氧化铝、钛酸钡、钛酸锶、钛酸锆、碳黑、石墨、碳纤维及碳纳米管中的两种或两种以上组成；抗氧剂由主抗氧剂组成，或者由主抗氧剂与辅助抗氧剂按质量比为1～3∶1的比例组成；其中主抗氧剂为4，4`-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、四(β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和/或2，6—二叔丁基对甲酚；辅助抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯、三(2，4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯和/或三(壬基苯基)亚磷酸酯；交联剂为过氧化二异丙苯或1，1—二叔丁基过氧化环己烷。
本实施方式中所使用的原材料市场可购得。
本实施方式中功能组分由两种或两种以上混合时，按照任意比例混合。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式二十一的不同点是聚烯烃基非线性电介质材料按重量份数比由40～80份的低密度聚乙烯、10～60份的功能组分、0.3～0.7份的抗氧剂和1.4～2.0份的交联剂制成。其它与具体实施方式二十一相同。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式二十一的不同点是聚烯烃基非线性电介质材料按重量份数比由50～70份的低密度聚乙烯、20～50份的功能组分、0.4～0.6份的抗氧剂和1.6～1.8份的交联剂制成。其它与具体实施方式二十一相同。
具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式二十一的不同点是聚烯烃基非线性电介质材料按重量份数比由60份的低密度聚乙烯、30份的功能组分、0.5份的抗氧剂和1.5份的交联剂制成。其它与具体实施方式二十一相同。
具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式二十一的不同点是主抗氧剂与辅助抗氧剂按质量比为2∶1的比例组成。其它与具体实施方式二十一相同。
具体实施方式二十六：本实施方式与具体实施方式二十一的不同点是功能组分由氧化锌、钛酸钡、钛酸锆和碳纳米管组成。其它与具体实施方式二十一相同。
本实施方式中氧化锌、钛酸钡、钛酸锆和碳纳米管可按任意比例混合。
具体实施方式二十七：本实施方式与具体实施方式二十一的不同点是：功能组由为碳化硅、钛酸钡、碳纤维和碳纳米管组成。其它与具体实施方式二十一相同。
本实施方式中碳化硅、钛酸钡、碳纤维和碳纳米管按任意比例混合。
具体实施方式二十八：本实施方式与具体实施方式二十一的不同点是功能组分由氧化锌、钛酸钡、石墨和碳纳米管组成。其它与具体实施方式二十一相同。
本实施方式中氧化锌、钛酸钡、石墨和碳纳米管按任意比例混合。
具体实施方式二十九：本实施方式与具体实施方式二十一的不同点是抗氧剂为四(β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和2，6—二叔丁基对甲酚。其它与具体实施方式二十一相同。
具体实施方式三十：本实施方式与具体实施方式二十一的不同点是抗氧剂为四(β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和三(2，4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯。其它与具体实施方式二十一相同。
具体实施方式三十一：本实施方式与具体实施方式二十一的不同点是交联剂为过氧化二异丙苯。其它与具体实施方式二十一相同。
具体实施方式三十二：本实施方式聚烯烃基非线性电介质材料按重量份数比由40份的低密度聚乙烯、20份的碳化硅和石墨、0.4份的四(β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和1.0份的过氧化二异丙苯制成。
本实施方式中碳化硅和石墨可按任意比例混合。
将本实施方式中的40份的低密度聚乙烯、20份的碳化硅和石墨、0.4份的四(β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和1.0份的过氧化二异丙苯在温度为120～125℃的条件下熔融混炼即可得到聚烯烃基非线性电介质材料。
本实施方式得到的聚烯烃基非线性电介质材料为交联聚烯烃基非线性电介质材料，可用于制造稳压、过压保护和消磁元器件，电缆终端和连接盒中均化电场分布的应变片，以及其他各种电气设备、制品的绝缘结构中用于均化电场分布的非线性绝缘层。
本实施方式中所得聚烯烃基非线性电介质材料经测得物理—机械性能、加工性能变都得到优化主要表现为：抗张强度为10～20Mpa，断裂伸长率为150％～1000％，非线性系数为0.5～20。

Claims (10)

1、聚烯烃基非线性电介质材料，其特征在于聚烯烃基非线性电介质材料按重量份数比由30～99份的聚烯烃基体材料、1～70份的功能组分和0.1～1份的抗氧剂制成；其中聚烯烃基体材料由聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯及线性低密度聚乙烯中的一种或几种组成；功能组分由碳化硅、氧化锌、氧化铝、钛酸钡、钛酸锶、钛酸锆、碳黑、石墨、碳纤维及碳纳米管中的两种或两种以上组成；抗氧剂由主抗氧剂组成，或者由主抗氧剂与辅助抗氧剂按质量比为1～3∶1的比例组成；其中主抗氧剂为4，4-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、四(β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和/或2，6—二叔丁基对甲酚；辅助抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯、三(2，4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯和/或三(壬基苯基)亚磷酸酯。
2、根据权利要求1所述的聚烯烃基非线性电介质材料，其特征在于聚烯烃基体材料由聚丙烯、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯组成。
3、根据权利要求1或2所述的聚烯烃基非线性电介质材料，其特征在于功能组分由氧化锌、钛酸钡和碳黑组成。
4、根据权利要求3所述的聚烯烃基非线性电介质材料，其特征在于抗氧剂为四(β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯。
5、根据权利要求3所述的聚烯烃基非线性电介质材料，其特征在于抗氧剂为2，6—二叔丁基对甲酚和三(壬基苯基)亚磷酸酯。
6、聚烯烃基非线性电介质材料，其特征在于聚烯烃基非线性电介质材料按重量份数比由30～99份的低密度聚乙烯、1～70份的功能组分、0.1～1份的抗氧剂和1～2.5份的交联剂制成；其中功能组分由碳化硅、氧化锌、氧化铝、钛酸钡、钛酸锶、钛酸锆、碳黑、石墨、碳纤维及碳纳米管中的两种或两种以上组成；抗氧剂由主抗氧剂组成，或者由主抗氧剂与辅助抗氧剂按质量比为1～3∶1的比例组成；其中主抗氧剂为4，4-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、四(β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和/或2，6—二叔丁基对甲酚；辅助抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯、三(2，4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯和/或三(壬基苯基)亚磷酸酯；交联剂为过氧化二异丙苯或1，1—二叔丁基过氧化环己烷。
7、根据权利要求6所述的聚烯烃基非线性电介质材料，其特征在于聚烯烃基非线性电介质材料按重量份数比由40～80份的低密度聚乙烯、10～60份的功能组分、0.3～0.7份的抗氧剂和1.4～2.0份的交联剂制成。
8、根据权利要求6或7所述的聚烯烃基非线性电介质材料，其特征在于功能组分由氧化锌、钛酸钡、石墨和碳纳米管组成。
9、根据权利要求8所述的聚烯烃基非线性电介质材料，其特征在于抗氧剂为四(β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和2，6—二叔丁基对甲酚。
10、根据权利要求8所述的聚烯烃基非线性电介质材料，其特征在于抗氧剂为四(β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和三(2，4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
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