一种大范围电导调控的自均压复合膜及其制备方法

本发明属于膜，具体涉及一种大范围电导调控的自均压复合膜及其制备方法。

背景技术：

1、高压直流输电具有输电能力强、线路损耗小、传输容量大、运行稳定等优点，适用于远距离或超远距离输电。高压电力设备作为直流输电系统的重要组成部分，高压电力设备的绝缘水平是设备的核心问题，也是影响设备容量及其长期运行稳定性的关键因素。

2、高压直流输电的电压等级较高，随着电压等级的不断提高，高压电力设备及其部件由于局部高场强导致的绝缘失效问题日益突出。zno基的自适应均压复合材料由于其电学特性如电导率和介电常数能够随着周围电场的变化而变化，而被广泛应用在高压套管、电缆附件和电力电子封装的绝缘中。对于高压套管、电缆附件和电力电子器件来说，应用电压等级很高10kv及以上，因而zno非线性材料的导通电压相应地较高。仅靠单一zno掺杂的复合材料导通电压较高。而随着电子产品集成化迅速提高，静电放电成为影响电子产品可靠性的重要原因，想要将zno非线性材料用在电子产品静电泄放上，在没有静电的时候希望非线性复合材料保持绝缘状态，从而获得较低的热损耗，在有静电的时候希望非线性复合材料迅速进入导通态，能够快速将静电荷泄放。静电的电压等级相较于高压套管、电缆和电力电子期间来说，电压等级低，因而需要zno非线性复合材料的导通电压也要低。

3、现阶段，仅靠向橡胶基体中引入zno来降低导通电压，但是调控范围有限对导通电压的改善程度远远无法达到需求，因此，如何进一步降低导通电压是本领域长期致力研究的课题。

技术实现思路

1、本发明提供一种大范围电导调控的自均压复合膜，通过对复合膜的组分进行限定，有效降低复合膜的导通电压。

2、本发明还提供一种大范围电导调控的自均压复合膜的制备方法，能够制得上述性能优异的复合膜。

3、本发明的第一方面，提供一种大范围电导调控的自均压复合膜，包括橡胶基体膜以及掺杂在橡胶基体膜中的zno基无机填料、sic颗粒；

4、所述zno基无机填料、所述sic颗粒各自独立地掺杂在橡胶基体膜的内部和/或表面。

5、如上所述的复合膜，其中，所述复合膜按照质量份数包括以下组分：橡胶基体20～30份、zno基无机填料50～70份、sic颗粒10～15份、硫化剂0.5～1份。

6、如上所述的复合膜，其中，所述zno基无机填料的粒径为10～30μm；

7、所述sic颗粒的粒径为10～20μm。

8、如上所述的复合膜，其中，所述zno基无机填料包括zno以及掺杂在所述zno中的掺杂剂；

9、其中，所述掺杂剂包括bi2o3、mno2、co2o3、cr2o3、sb2o3、sio2、al2o3

10、如上所述的复合膜，其中，所述橡胶基体包括丁苯橡胶、硅橡胶中的至少一种；和/或，

11、所述复合膜的厚度为190～210μm。

12、如上所述的复合膜，其中，所述复合膜的导通电压为280～550v；

13、所述复合膜在外加电压100v以下时，泄露电流不超过1ua，且所述复合膜在外加电压为1500v～200v时，泄露电流为3ua～80ua。

14、本发明的第二方面，提供一种第一方面所述的大范围电导调控的自均压复合膜的制备方法，包括以下步骤：

15、将橡胶基体、zno基无机填料、sic、硫化剂混合，得到复合材料；

16、对所述复合材料依次进行热压处理、冷压处理后，得到复合膜。

17、如上所述的制备方法，其中，所述zno基无机填料通过包括以下过程的方法制得：将zno、掺杂剂按比例混合，经球磨处理、烧结处理后，得到zno基无机填料；和/或，

18、将橡胶基体、zno基无机填料、sic颗粒、硫化剂混合的过程包括：

19、将相当于反应原料总量的10～20wt％的橡胶基体、zno基无机填料、sic颗粒在第一条件下混合，得到第一混合体系；在第一条件下向所述第一混合体系内依次加入剩余的橡胶基体、sic颗粒、zno基无机填料，得到第二混合体系；其中，所述第一条件的温度为20～40℃，转速为5～10r/min；

20、对所述第二混合体系进行第一升速处理后，在第二条件下向所述第二混合体系内加入硫化剂进行反应；其中所述第一升速处理的速率为5～10r/min、间隔时间为20～30s，所述第二条件的温度为20～40℃，转速为50～60r/min。

21、如上所述的制备方法，其中，热压处理的温度为170～180℃，压力为10～15mpa，时间为5～10min；和/或，

22、冷压处理的温度为20～25℃，时间为5～10min。

23、如上所述的制备方法，其中，球磨处理的温度为20～40℃，时间为8～10h；和/或，

24、烧结处理的温度为1200～1300℃，时间为4～6h。

25、本发明的实施，至少具有以下有益效果：

26、本发明提供的大范围电导调控的自均压复合膜，通过将zno基无机填料、sic颗粒掺杂入橡胶基体膜中，将zno基非线性复合薄膜的导通电压大大降低，确保在没有静电时复合薄膜保持绝缘状态，从而保持低损耗，在有静电时候，能够迅速进入导通状态将静电荷泄放。

技术特征：

1.一种大范围电导调控的自均压复合膜，其特征在于，包括橡胶基体膜以及掺杂在橡胶基体膜中的zno基无机填料、sic颗粒；

2.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于，所述复合膜按照质量份数包括以下组分：橡胶基体20～30份、zno基无机填料50～70份、sic颗粒10～15份、硫化剂0.5～1份。

3.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于，所述zno基无机填料的粒径为10～30μm；

4.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于，所述zno基无机填料包括zno以及掺杂在所述zno中的掺杂剂；

5.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于，所述橡胶基体包括丁苯橡胶、硅橡胶中的至少一种；和/或，

6.根据权利要求1-5任一项所述的复合膜，其特征在于，所述复合膜的导通电压为280～550v；

7.一种权利要求1-6任一项所述的大范围电导调控的自均压复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述zno基无机填料通过包括以下过程的方法制得：将zno、掺杂剂按比例混合，经球磨处理、烧结处理后，得到zno基无机填料；和/或，

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，热压处理的温度为170～180℃，压力为10～15mpa，时间为5～10min；和/或，

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，球磨处理的温度为20～40℃，时间为8～10h；和/或，

技术总结
本发明提供一种大范围电导调控的自均压复合膜及其制备方法，复合膜包括橡胶基体膜以及掺杂在橡胶基体膜中的ZnO基无机填料、SiC颗粒；所述ZnO基无机填料、所述SiC颗粒各自独立地掺杂在橡胶基体膜的内部和/或表面。通过对复合膜的组分进行限定，有效降低复合膜的导通电压。

技术研发人员：胡军,何金良,罗兵,孙雅,张波,李琦,黄智文,徐永生
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15