CN108483994A - 一种陶瓷复合绝缘材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种陶瓷复合绝缘材料及其制备方法，由以下成分制备而成：废旧陶瓷、改性苘麻纤维、氧化铝、氧化镁、碳酸钙、改性高岭土、改性脲醛树脂、无水乙醇、分散剂、稳定剂和偶联剂。本发明制备而成的陶瓷复合绝缘材料，其性能稳定、介电常数低、绝缘性能好，抗压力强，并且原材料绿色环保，对环境无污染。

Description

一种陶瓷复合绝缘材料及其制备方法
技术领域
本发明属于绝缘材料技术领域，具体涉及一种陶瓷复合绝缘材料及其制备方法。
背景技术
结构陶瓷作为结构材料用来制造结构零部件，主要使用其力学性能，如加强度、韧性、硬度、模量、耐磨性、耐高温性能(高温强度、抗热震性、耐烧蚀性)等。功能陶瓷作为功能材料用来制造功能器件，主要使用其物理性队如电磁性能、热性能、光性能、生物性能等。例如铁氧体、铁电陶瓷主要使用其电磁性能用来制造电磁元件。介电陶瓷用来制造电容器，压电陶瓷用来制作位移或压力传感器。固体电解质陶瓷利用其离子传身特性可以制作氧探测器。生物陶瓷用来制造人工骨骼和人工牙齿等。超导材料和光导纤维也属于功能陶瓷的范畴。碳化硅等新型陶瓷还可用来制造发动机的叶片、切削刀具、机械密封件、轴承、火箭喷嘴、炉子管道等，具有非常广泛的用途。
本发明提供的一种陶瓷绝缘复合材料，在保留陶瓷材料坚硬牢固的性质时，降低材料的介电常数，增加其绝缘性能，使其具有优越的电学性质，拓宽其应用的范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种陶瓷复合绝缘材料及其制备方法，本发明制备而成的陶瓷复合绝缘材料，其性能稳定、介电常数低、绝缘性能好，抗压力强，并且原材料绿色环保，对环境无污染。
本发明提供了如下的技术方案：
一种陶瓷复合绝缘材料，包括以下重量份的原料：废旧陶瓷24-33份、改性苘麻纤维18-23份、氧化铝12-17份、氧化镁11-16份、碳酸钙13-18份、改性高岭土20-26份、改性脲醛树脂14-19份、无水乙醇6-12份、分散剂4-11份、稳定剂6-11份和偶联剂5-12份。
优选的，所述绝缘材料包括以下重量份的原料：废旧陶瓷28-33份、改性苘麻纤维19-21份、氧化铝14-17份、氧化镁12-14份、碳酸钙13-16份、改性高岭土23-26份、改性脲醛树脂14-17份、无水乙醇6-10份、分散剂4-9份、稳定剂6-8份和偶联剂6-9份。
优选的，所述绝缘材料包括以下重量份的原料：废旧陶瓷31份、改性苘麻纤维21份、氧化铝15份、氧化镁12份、碳酸钙16份、改性高岭土23份、改性脲醛树脂17份、无水乙醇6份、分散剂7份、稳定剂6份和偶联剂9份。
一种陶瓷复合绝缘材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将废旧陶瓷、氧化铝、氧化镁和碳酸钙混合，导入球磨机中，球料比为10:1，球磨时间在2-3h，球磨机转速为200-300r/min，得到材料一；
b、将改性高岭土、分散剂和无水乙醇混合，搅拌制成浆料；
c、向浆料中加入改性苘麻纤维、偶联剂，在60-80℃的水浴加热下，以300-500r/min的转速搅拌反应1-2h，得到材料二；
d、将材料一与材料二混合，导入反应釜中，在80-90℃下蒸干溶液，得到固体物，将固体物导入高温煅烧炉中，在550-620℃下煅烧2-3h，得到材料三；
e、将材料三与改性脲醛树脂、稳定剂混合均匀，导入开炼机中，在200-220℃下开练40-60min，再导入热压模具中，进行热压处理30-40min，冷却至常温后，置于惰性气体保温箱中养护2-3天，即可得到成品。
优选的，所述步骤b的改性高岭土的制备方法为：将高岭土、沸石粉末混合均匀，置于180-240℃下干燥处理10-15min，再分散到的乙醇溶液中，在60-80℃下加热反应30-40min，然后加入改性剂，继续搅拌反应1-2h，过滤，将过滤产物用乙醇洗涤3-5次，即可得到改性高岭土。
优选的，所述步骤b的分散剂为焦磷酸钠、正磷酸钠、酒石酸钠和硅酸钠中的任一种或几种的混合。
优选的，所述步骤c的改性苘麻纤维的制备方法为：将苘麻纤维置于纤维切割机中剪切成2-4mm的短纤维，再置于60-70℃的真空干燥箱中干燥1-2h，与质量浓度为15-25%的氢氧化钠溶液混合，搅拌40-50min，再过滤掉氢氧化钠溶液，用去离子洗涤3-5次，静置晾干，即可得到改性苘麻纤维。
优选的，所述步骤e的改性脲醛树脂的制备方法为：将尿素、甲醛和去离子水混合置于反应釜中搅拌均匀，再加入碳酸钠调节pH值至8-9，升温至60-75℃续搅拌反应20-30min，再加入聚苯乙烯、氯甲基聚苯乙烯与N，N-二甲基甲酰胺混合制成的溶液，搅拌10-15min，加入十二烷基苯磺酸钠，在80-90℃搅拌反应1-2h，经过滤、洗涤、干燥，即可得到改性脲醛树脂。
本发明的有益效果是：
本发明制备而成的陶瓷复合绝缘材料，其性能稳定、介电常数低、绝缘性能好，抗压力强，并且原材料绿色环保，对环境无污染。
本发明中添加的氧化铝、氧化镁和碳酸钙形成的固体粉末，可保证制成的绝缘材料具有较高的导热性和散热性，并且与改性高岭土的特殊孔隙结构相配合，可整体形成较好的散热网络，加上添加的改性脲醛树脂，改性脲醛树脂经过处理后可有效包裹、附着在各成分的表面，使得制备的成品在具有优异导热性的同时，绝缘性能也在原有材料特性的基础上得到提升。
具体实施方式
实施例1
一种陶瓷复合绝缘材料，包括以下重量份的原料：废旧陶瓷24份、改性苘麻纤维18份、氧化铝17份、氧化镁11份、碳酸钙13份、改性高岭土26份、改性脲醛树脂14份、无水乙醇12份、分散剂11份、稳定剂11份和偶联剂12份。
一种陶瓷复合绝缘材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将废旧陶瓷、氧化铝、氧化镁和碳酸钙混合，导入球磨机中，球料比为10:1，球磨时间在2h，球磨机转速为200r/min，得到材料一；
b、将改性高岭土、分散剂和无水乙醇混合，搅拌制成浆料；
c、向浆料中加入改性苘麻纤维、偶联剂，在60℃的水浴加热下，以500r/min的转速搅拌反应2h，得到材料二；
d、将材料一与材料二混合，导入反应釜中，在90℃下蒸干溶液，得到固体物，将固体物导入高温煅烧炉中，在550℃下煅烧2h，得到材料三；
e、将材料三与改性脲醛树脂、稳定剂混合均匀，导入开炼机中，在220℃下开练60min，再导入热压模具中，进行热压处理30min，冷却至常温后，置于惰性气体保温箱中养护2天，即可得到成品。
步骤b的改性高岭土的制备方法为：将高岭土、沸石粉末混合均匀，置于180℃下干燥处理15min，再分散到的乙醇溶液中，在60℃下加热反应40min，然后加入改性剂，继续搅拌反应1h，过滤，将过滤产物用乙醇洗涤3次，即可得到改性高岭土。
步骤b的分散剂为焦磷酸钠、正磷酸钠、酒石酸钠和硅酸钠的混合。
步骤c的改性苘麻纤维的制备方法为：将苘麻纤维置于纤维切割机中剪切成2mm的短纤维，再置于70℃的真空干燥箱中干燥1h，与质量浓度为15%的氢氧化钠溶液混合，搅拌40min，再过滤掉氢氧化钠溶液，用去离子洗涤5次，静置晾干，即可得到改性苘麻纤维。
步骤e的改性脲醛树脂的制备方法为：将尿素、甲醛和去离子水混合置于反应釜中搅拌均匀，再加入碳酸钠调节pH值至9，升温至75℃续搅拌反应20min，再加入聚苯乙烯、氯甲基聚苯乙烯与N，N-二甲基甲酰胺混合制成的溶液，搅拌15min，加入十二烷基苯磺酸钠，在90℃搅拌反应1h，经过滤、洗涤、干燥，即可得到改性脲醛树脂。
实施例2
一种陶瓷复合绝缘材料，包括以下重量份的原料：废旧陶瓷28份、改性苘麻纤维19份、氧化铝14份、氧化镁12份、碳酸钙16份、改性高岭土23份、改性脲醛树脂14份、无水乙醇6份、分散剂4份、稳定剂8份和偶联剂6份。
一种陶瓷复合绝缘材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将废旧陶瓷、氧化铝、氧化镁和碳酸钙混合，导入球磨机中，球料比为10:1，球磨时间在2h，球磨机转速为200r/min，得到材料一；
b、将改性高岭土、分散剂和无水乙醇混合，搅拌制成浆料；
c、向浆料中加入改性苘麻纤维、偶联剂，在60℃的水浴加热下，以300r/min的转速搅拌反应1h，得到材料二；
d、将材料一与材料二混合，导入反应釜中，在80℃下蒸干溶液，得到固体物，将固体物导入高温煅烧炉中，在550℃下煅烧2h，得到材料三；
e、将材料三与改性脲醛树脂、稳定剂混合均匀，导入开炼机中，在200℃下开练40min，再导入热压模具中，进行热压处理30min，冷却至常温后，置于惰性气体保温箱中养护2天，即可得到成品。
步骤b的改性高岭土的制备方法为：将高岭土、沸石粉末混合均匀，置于180℃下干燥处理10min，再分散到的乙醇溶液中，在60℃下加热反应30min，然后加入改性剂，继续搅拌反应1h，过滤，将过滤产物用乙醇洗涤3次，即可得到改性高岭土。
步骤b的分散剂为焦磷酸钠、正磷酸钠、酒石酸钠和硅酸钠的混合。
步骤c的改性苘麻纤维的制备方法为：将苘麻纤维置于纤维切割机中剪切成2mm的短纤维，再置于60℃的真空干燥箱中干燥1h，与质量浓度为15%的氢氧化钠溶液混合，搅拌40min，再过滤掉氢氧化钠溶液，用去离子洗涤3次，静置晾干，即可得到改性苘麻纤维。
步骤e的改性脲醛树脂的制备方法为：将尿素、甲醛和去离子水混合置于反应釜中搅拌均匀，再加入碳酸钠调节pH值至8，升温至60℃续搅拌反应20min，再加入聚苯乙烯、氯甲基聚苯乙烯与N，N-二甲基甲酰胺混合制成的溶液，搅拌15min，加入十二烷基苯磺酸钠，在80℃搅拌反应1h，经过滤、洗涤、干燥，即可得到改性脲醛树脂。
实施例3
一种陶瓷复合绝缘材料，包括以下重量份的原料：废旧陶瓷31份、改性苘麻纤维21份、氧化铝15份、氧化镁12份、碳酸钙16份、改性高岭土23份、改性脲醛树脂17份、无水乙醇6份、分散剂7份、稳定剂6份和偶联剂9份。
一种陶瓷复合绝缘材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将废旧陶瓷、氧化铝、氧化镁和碳酸钙混合，导入球磨机中，球料比为10:1，球磨时间在3h，球磨机转速为300r/min，得到材料一；
b、将改性高岭土、分散剂和无水乙醇混合，搅拌制成浆料；
c、向浆料中加入改性苘麻纤维、偶联剂，在80℃的水浴加热下，以500r/min的转速搅拌反应2h，得到材料二；
d、将材料一与材料二混合，导入反应釜中，在90℃下蒸干溶液，得到固体物，将固体物导入高温煅烧炉中，在620℃下煅烧3h，得到材料三；
e、将材料三与改性脲醛树脂、稳定剂混合均匀，导入开炼机中，在220℃下开练60min，再导入热压模具中，进行热压处理40min，冷却至常温后，置于惰性气体保温箱中养护2天，即可得到成品。
步骤b的改性高岭土的制备方法为：将高岭土、沸石粉末混合均匀，置于240℃下干燥处理15min，再分散到的乙醇溶液中，在80℃下加热反应40min，然后加入改性剂，继续搅拌反应2h，过滤，将过滤产物用乙醇洗涤5次，即可得到改性高岭土。
步骤b的分散剂为焦磷酸钠、正磷酸钠、酒石酸钠和硅酸钠的混合。
步骤c的改性苘麻纤维的制备方法为：将苘麻纤维置于纤维切割机中剪切成4mm的短纤维，再置于70℃的真空干燥箱中干燥2h，与质量浓度为25%的氢氧化钠溶液混合，搅拌50min，再过滤掉氢氧化钠溶液，用去离子洗涤5次，静置晾干，即可得到改性苘麻纤维。
步骤e的改性脲醛树脂的制备方法为：将尿素、甲醛和去离子水混合置于反应釜中搅拌均匀，再加入碳酸钠调节pH值至9，升温至75℃续搅拌反应30min，再加入聚苯乙烯、氯甲基聚苯乙烯与N，N-二甲基甲酰胺混合制成的溶液，搅拌15min，加入十二烷基苯磺酸钠，在90℃搅拌反应2h，经过滤、洗涤、干燥，即可得到改性脲醛树脂。
检测以上实施例制备的成品，得到以下检测数据：
表一：
项目 体积电阻率（Ω·M） 导热率（W/m·k）
实施例1 94×1014 187
实施例2 95×1014 195
实施例3 91×1014 191
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种陶瓷复合绝缘材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：废旧陶瓷24-33份、改性苘麻纤维18-23份、氧化铝12-17份、氧化镁11-16份、碳酸钙13-18份、改性高岭土20-26份、改性脲醛树脂14-19份、无水乙醇6-12份、分散剂4-11份、稳定剂6-11份和偶联剂5-12份。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷复合绝缘材料，其特征在于，所述绝缘材料包括以下重量份的原料：废旧陶瓷28-33份、改性苘麻纤维19-21份、氧化铝14-17份、氧化镁12-14份、碳酸钙13-16份、改性高岭土23-26份、改性脲醛树脂14-17份、无水乙醇6-10份、分散剂4-9份、稳定剂6-8份和偶联剂6-9份。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷复合绝缘材料，其特征在于，所述绝缘材料包括以下重量份的原料：废旧陶瓷31份、改性苘麻纤维21份、氧化铝15份、氧化镁12份、碳酸钙16份、改性高岭土23份、改性脲醛树脂17份、无水乙醇6份、分散剂7份、稳定剂6份和偶联剂9份。
4.权利要求1-3任一项所述的一种陶瓷复合绝缘材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
a、将废旧陶瓷、氧化铝、氧化镁和碳酸钙混合，导入球磨机中，球料比为10:1，球磨时间在2-3h，球磨机转速为200-300r/min，得到材料一；
b、将改性高岭土、分散剂和无水乙醇混合，搅拌制成浆料；
c、向浆料中加入改性苘麻纤维、偶联剂，在60-80℃的水浴加热下，以300-500r/min的转速搅拌反应1-2h，得到材料二；
d、将材料一与材料二混合，导入反应釜中，在80-90℃下蒸干溶液，得到固体物，将固体物导入高温煅烧炉中，在550-620℃下煅烧2-3h，得到材料三；
e、将材料三与改性脲醛树脂、稳定剂混合均匀，导入开炼机中，在200-220℃下开练40-60min，再导入热压模具中，进行热压处理30-40min，冷却至常温后，置于惰性气体保温箱中养护2-3天，即可得到成品。
5.根据权利要求4所述的一种陶瓷复合绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b的改性高岭土的制备方法为：将高岭土、沸石粉末混合均匀，置于180-240℃下干燥处理10-15min，再分散到的乙醇溶液中，在60-80℃下加热反应30-40min，然后加入改性剂，继续搅拌反应1-2h，过滤，将过滤产物用乙醇洗涤3-5次，即可得到改性高岭土。
6.根据权利要求4所述的一种陶瓷复合绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b的分散剂为焦磷酸钠、正磷酸钠、酒石酸钠和硅酸钠中的任一种或几种的混合。
7.根据权利要求4所述的一种陶瓷复合绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述步骤c的改性苘麻纤维的制备方法为：将苘麻纤维置于纤维切割机中剪切成2-4mm的短纤维，再置于60-70℃的真空干燥箱中干燥1-2h，与质量浓度为15-25%的氢氧化钠溶液混合，搅拌40-50min，再过滤掉氢氧化钠溶液，用去离子洗涤3-5次，静置晾干，即可得到改性苘麻纤维。
8.根据权利要求4所述的一种陶瓷复合绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述步骤e的改性脲醛树脂的制备方法为：将尿素、甲醛和去离子水混合置于反应釜中搅拌均匀，再加入碳酸钠调节pH值至8-9，升温至60-75℃续搅拌反应20-30min，再加入聚苯乙烯、氯甲基聚苯乙烯与N，N-二甲基甲酰胺混合制成的溶液，搅拌10-15min，加入十二烷基苯磺酸钠，在80-90℃搅拌反应1-2h，经过滤、洗涤、干燥，即可得到改性脲醛树脂。
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