CN114147955A - 一种热塑性介电功能梯度复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法，包括如下步骤：将梯度量的若干组分的介电无机填料分别与热塑性基体进行塑炼处理后得到若干热塑性介电功能复合混合料，将混合料分别进行压片处理，获得若干片的热塑性介电功能梯度复合片材；对若干片的热塑性介电功能梯度复合片材分别进行电学性能和加工性能测试得到性能模型；根据性能模型确定介电无机填料在热塑性基体中的最大含量；将低于介电无机填料最大含量的热塑性介电功能梯度复合混合料片材分别进行拉丝处理、熔融堆积成型，得到热塑性介电功能梯度复合材料。制备方法简单方便，此法成型速度快、制备效率高、成本低，具有较大的应用价值。

Description

一种热塑性介电功能梯度复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本申请属于电气绝缘复合材料技术领域，尤其涉及一种热塑性介电功能梯度复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着我国电力系统向超/特高压发展，以及脉冲功率设备向高电压、小型化发展，电力设备及脉冲功率设备对固体绝缘性能的要求日益增高。传统提高固体绝缘性能的方法主要有改善绝缘几何结构(控形)及向绝缘材料中添加纳米填料以改善材料电学性能和加工性能(控性)，然而这两种方法各有其局限性：控形的方法增大了绝缘结构的复杂度，增加了其制造难度，且复杂的结构不利于设备的小型化；控性的方法容易产生纳米填料的团聚现象，使其对耐电性能的提升效果有限。
近年来，有学者提出了介电功能梯度材料这一概念，将控形与控形有机结合，通过调控绝缘材料的介电特性(电导率/介电常数)分布，以调控电场分布，达到缓解局部电场过高现象以降低闪络电压的目的，具有较高的可行性与较大的应用前景。目前，制备介电功能梯度材料的主要方法包括叠层法、离心法、柔性混合浇注法及磁控溅射法等，而上述方法均有其局限性。例如，叠层法无法实现绝缘子的一体化制造，且其层间结合强度不足；离心法无法主动调节材料的介电参数分布，其制备流程较为复杂且效果有限；柔性混合浇注法中，高介电填料的增加对树脂基复合材料的粘度影响较大，使其介电常数上限较低，从而使耐电性能的提升效果有限；磁控溅射法中，表面梯度层与基体的结合强度有限，长时间使用存在表面层剥落的风险。
最近，3D打印技术已被证实为一种极具潜力的介电功能梯度材料制备方法。3D打印是由点到线到面的累积增材制造过程，可通过控制绝缘材料每一点的介电参数，最终实现介电功能梯度绝缘子的整体制备，具有较大的可行性与先进性。然而，现有研究较多的采用立体光固化技术进行介电功能梯度材料的增材制造，此技术所采用的基体为光敏树脂，其固化时间较长，打印效率较低。此外，固化后的树脂无法回收，只能以焚烧或掩埋的方法进行处理，造成了严重的环境污染和资源浪费。
发明内容
本申请的目的在于提供一种热塑性介电功能梯度复合材料及其制备方法和应用，旨在解决现有技术中介电功能梯度材料制备工艺复杂，材料性能单一且层间粘结性差的问题。
为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
第一方面，本申请提供一种热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将介电无机填料设置为梯度量的若干组分；
将若干组分的介电无机填料分别与热塑性基体进行塑炼处理后得到若干热塑性介电功能复合混合料，将所述复合混合料分别进行压片处理，获得若干片的热塑性介电功能复合片材；
对若干片的所述热塑性介电功能复合片材分别进行电学性能和加工性能测试，根据测试结果，拟合热塑性介电功能复合片材的性能模型；
根据所述性能模型，确定介电无机填料在所述热塑性基体中的最大含量；
将低于介电无机填料最大含量的所述热塑性介电功能复合混合料分别进行拉丝处理得到丝材，将所述丝材熔融堆积成型进行增材制造，得到热塑性介电功能梯度复合材料。
第二方面，本申请提供一种热塑性介电功能梯度复合材料，所述热塑性介电功能梯度复合材料由所述的热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法制备得到的。
第三方面，本申请提供一种绝缘材料，所述绝缘材料包含所述的热塑性介电功能梯度复合材料。
本申请第一方面提供的一种热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法，该制备方法先提供梯度量的若干介电无机填料，分别与热塑性基体混合后制备混合料后进行压片处理，并测定具有不同复合材料片的电学性能和加工性能，拟合得到复合材料片的电学性能和加工性能模型，通过该复合材料片的电学性能和加工性能模型能够判断出复合材料片中各个复合材料片的性能；并根据需求，以电学性能和加工性能模型为参考，确定介电无机填料在所述热塑性基体中的最大含量；将低于介电无机填料最大含量的所述热塑性介电功能复合混合料分别进行拉丝处理得到丝材，最终通过熔融堆积成型3D打印技术实现了介电功能梯度复合材料的制备。该制备方法简单方便，根据材料的电学性能和加工性能模型进行加工处理，通过性能模型确定各层材料，使各材料层之间粘结性强，确保得到的复合材料具有梯度的电学性能和加工性能且电气绝缘性能良好。此法成型速度快、制备效率高、成本低，具有较大的应用价值。
本申请第二方面提供的热塑性介电功能梯度复合材料为采用热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法制备得到，因此得到的热塑性介电功能梯度复合材料各材料层之间粘结性强，确保得到的复合材料具有梯度的电学性能和加工性能且电气绝缘性能良好。
本申请第三方面提供的绝缘材料，绝缘材料包含热塑性介电功能梯度复合材料，故得到的绝缘材料各材料层之间粘结性强，具有梯度的电学性能和加工性能且电气绝缘性能良好。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供1的复合材料相对介电常数、体积电阻率、介质损耗及熔融指数随填料体积含量的变化关系；
图2为本申请实施例1、对比例1和对比例2中制得的绝缘子介电梯度材料分布示意。
图3为本申请实施例1、对比例1和对比例2中制得的绝缘子沿面电场分布曲线。
图4为对比例3中低熔融指数热塑性复合材料的熔融指数随填料体积含量的变化关系。
具体实施方式
为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
术语“第一“、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XX也可以被称为第二XX，类似地，第二XX也可以被称为第一XX。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
本申请实施例第一方面提供一种热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S01.将介电无机填料设置为梯度量的若干组分；
S02.将若干组分的介电无机填料分别与热塑性基体进行塑炼处理后得到若干热塑性介电功能复合混合料，将复合混合料分别进行压片处理，获得若干片的热塑性介电功能复合片材；
S03.对若干片的热塑性介电功能复合片材分别进行电学性能和加工性能测试，根据测试结果，拟合热塑性介电功能复合片材的性能模型；
S04.根据性能模型，确定介电无机填料在热塑性基体中的最大含量；
S05.将低于介电无机填料最大含量的热塑性介电功能复合混合料分别进行拉丝处理得到丝材，将丝材熔融堆积成型进行增材制造，得到热塑性介电功能梯度复合材料。
本申请第一方面提供的一种热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法，该制备方法先提供梯度量的若干介电无机填料，分别与热塑性基体混合后制备混合料后进行压片处理，以热塑性基体和不同含量的介电无机填料为原料，先制备并测定具有不同复合材料片的电学性能和加工性能，的复合材料片，拟合且得到复合材料片的电学性能和加工性能模型，通过该复合材料片的电学性能和加工性能模型能够判断出复合材料片中各个复合材料片的性能；并根据需求，以电学性能和加工性能模型为参考，确定介电无机填料在热塑性基体中的最大含量；将低于介电无机填料最大含量的热塑性介电功能复合混合料分别进行拉丝处理得到丝材，将介电无机填料含量不同的复合混合料分别进行拉丝处理得到了电气性能及加工性能良好的不同介电参数热塑性复合材料丝材，最终通过熔融堆积成型3D打印技术实现了介电功能梯度复合材料的制备。该制备方法简单方便，根据材料的电学性能和加工性能模型进行加工处理，通过性能模型确定各层材料，使各材料层之间粘结性强，确保得到的复合材料具有梯度的电学性能和加工性能且电气绝缘性能良好。此法成型速度快、制备效率高、成本低，具有较大的应用价值。
步骤S01中，将介电无机填料设置为梯度量的若干组分，通过设置梯度量的介电无机填料，能够与热塑性基体进行混合，有利于得到相应的混合材料的性质模型，有利于对具有最大介电性质的材料进行筛选。
在一些实施例中，将介电无机填料设置为梯度量的若干组分的步骤中，包括：将介电无机填料设置为0份、10份、20份、30份、40份、50份、60份。控制介电无机填料的添加份数为梯度型量的0～60份，能够较好地对混合材料的电学性能合加工性能进行分析统计。
在一些实施例中，介电无机填料选自二氧化钛、钛酸钡、钛酸锶、钛酸锶钡、钛酸铜钙、氧化镁、氧化锌、氧化铝中的至少一种。提供介电无机填料对热塑性材料进行改性处理，使得到的复合混合料介电性质较佳。
在一些实施例中，控制介电无机填料的粒径为0.1～20微米；控制介电无机填料的粒径较小，确保能够与热塑性基体混合均匀，若粒径过大，则会造成混合不均，对改善性质效果较差；若粒径过小，则介电无机填料会流失，起不到改善电学性能和加工性能的效果。
步骤S02中，将若干组分的介电无机填料分别与热塑性基体进行塑炼处理后得到若干热塑性介电功能复合混合料，将混合料分别进行压片处理，获得若干片的热塑性介电功能复合片材。
在一些实施例中，热塑性基体包括如下重量份原材料：
热塑性材料 98～99.8份；
第一抗氧剂 0.1～1份；
第二抗氧剂 0.1～1份。
采用两种不同类型的抗氧剂对热塑性材料进行改性处理，能够确保得到的热塑性基体抗氧化效果较佳，有利于与介电无机填料协同作用。
在一些实施例中，热塑性材料选自聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯、聚酰胺、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺中的至少一种，选择上述至少一种热塑性材料，均可以在一定温度下具有可塑性，效果较佳。
在一些实施例中，第一抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1035、抗氧剂1076中的至少一种；第二抗氧剂选自抗氧剂168、抗氧剂618、抗氧剂626中的至少一种。选择不同的抗氧剂，可以延缓或抑制热塑性材料的氧化过程的进行，从而阻止热塑性材料的老化。
进一步，将若干组分的介电无机填料分别与热塑性基体进行塑炼处理后得到若干热塑性介电功能复合混合料。
在一些实施例中，将若干组分的介电无机填料分别与热塑性基体进行塑炼处理的步骤中，还包括：将若干组分的介电无机填料分别与热塑性基体分别进行烘干处理，烘干处理确保混合过程中没有水分的掺和，能够确保混合料中不存在其他杂质。在具体实施例中，将若干组分的介电无机填料分别与热塑性基体分别在真空烘干箱中进行烘干处理，其中，真空干燥箱的温度设置为60～120℃，干燥时间为2～12h。
在一些实施例中，将若干组分的介电无机填料分别与热塑性基体进行塑炼处理的步骤中，具体处理步骤为：将烘干后的若干组分的介电无机填料分别与热塑性基体在密炼机(流变仪)中熔融并均匀混合，并在造粒机中进行造粒，得到介电性质不同的复合混合料。在具体实施例中，密炼机(流变仪)的温度为160～300℃，转子转速为40～80rpm，混料时间为5～20min。
进一步，将混合料分别进行压片处理，获得若干片的热塑性介电功能复合片材。
在一些实施例中，将复合混合料分别进行压片处理的步骤中，压片处理的温度为160～300℃，压力为5～20MPa，模具的厚度为0.05～1.5mm。控制压片处理的温度和压力，能够确保复合混合料能够压制成片，同时保证得到的复合混合料具有相应的介电性质。
步骤S03中，对若干片的热塑性介电功能复合片材分别进行电学性能和加工性能测试，根据测试结果，拟合热塑性介电功能复合片材的性能模型。
在一些实施例中，对复合材料片的电学性能和加工性能测试，其中，电学性能包括相对介电常数、介质损耗及体积电阻率等性质，加工性能包括材料的熔融指数。通过测定复合材料片的相对介电常数、介质损耗、体积电阻率以及熔融指数，最终得到复合材料相对介电常数、体积电阻率、介质损耗及熔融指数随填料体积含量的变化关系；根据测试结果，拟合热塑性介电功能复合片材的性能模型。
在一些实施例中，加工性质中，熔融指数的测定采用熔融指数测定仪进行测定。进一步，控制熔融指数测定仪的温度设置为160～300℃，加压砝码重量为0.325～21.6kg，其测试标准按照国家标准《GB/T 3682—2000热塑性塑料熔体质量流动速率和熔体体积流动速率的测定》。
由于复合混合料中，介电无机填料的含量均不相同，因此得到的复合混合料的电学性质和加工性能也不同，根据性能模型，可以确定介电无机填料含量不同的复合混合料所表现的不同性能，有利于后续根据该性能模型确定热塑性介电功能梯度复合材料各层材料。
步骤S04中，根据性能模型，确定介电无机填料在热塑性基体中的最大含量。
在一些实施例中，复合材料片中，应满足的电学性能指标为：介质损耗角正切值小于0.1，体积电阻率大于108Ω·cm；熔融指数大于1g/10min(230℃、2.16kg条件下测试)，确保复合材料片满足电学性能与加工性能指标，进而进一步确定复合材料填料含量的最大值(即相对介电常数最大值)。
步骤S05中，将低于介电无机填料最大含量的热塑性介电功能复合混合料分别进行拉丝处理得到丝材，将丝材熔融堆积成型进行增材制造，得到热塑性介电功能梯度复合材料。
在一些实施例中，根据性能模型，可以确定介电无机填料含量不同的复合混合料满足电学性能与加工性能指标，进而进一步确定复合材料填料含量的最大值(即相对介电常数最大值)；进一步根据需求，确定低于介电无机填料最大含量的热塑性介电功能复合混合料，其中，各层复合混合料为具有不同含量的介电无机填料。
在具体实施例中，综合复合混合料的电学性能和加工性能，选择相对介电常数最大值(即填料掺杂含量最大值)的复合混合料作为上限材料，依次递减进行后加工，得到热塑性介电功能梯度复合材料。
在一些实施例中，将低于介电无机填料最大含量的热塑性介电功能复合混合料分别进行拉丝处理得到丝材的步骤中，拉丝处理的温度为160～300℃，控制拉丝的处理温度适中，使得到的产品能够形成规格一致的3D打印丝材。在具体实施例中，得到的丝材直径为1.75±0.05mm.
在一些实施例中，将丝材熔融堆积成型进行增材制造的步骤中，控制打印喷头的温度为160～300℃，底板温度为50～150℃，打印速度为20～100mm/s。采用熔融堆积成型的方法，利用丝材中含有的热塑性材料的热熔性和粘结性，在所设置的温度和打印速度下进行处理，确保得到的热塑性介电功能梯度复合材料呈梯度式的层结构叠合，且各层高为0.2～1mm，填充率为100％。
本申请第二方面提供一种热塑性介电功能梯度复合材料，热塑性介电功能梯度复合材料由的热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法制备得到的。
本申请第二方面提供的热塑性介电功能梯度复合材料为采用热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法制备得到，因此得到的热塑性介电功能梯度复合材料各材料层之间粘结性强，确保得到的复合材料具有梯度的电学性能和加工性能且电气绝缘性能良好。
本申请第三方面提供一种绝缘材料，绝缘材料包含热塑性介电功能梯度复合材料。
本申请第三方面提供的绝缘材料，绝缘材料包含热塑性介电功能梯度复合材料，故得到的绝缘材料各材料层之间粘结性强，具有梯度的电学性能和加工性能且电气绝缘性能良好。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
一种热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法
该制备方法包括如下步骤：
(1)将重量份为100、90、80、70、60、50和40的热塑性基体与重量份为0、10、20、30、40、50和60的介电无机填料分别于60℃进行干燥处理6小时后，在密炼机(流变仪)中混合并造粒，其中密炼机温度设置为190℃，转子转速为50rpm，混合时间为10min，最终得到二氧化钛填料体积含量分别为0％、2.3％、5.1％、8.4％、12.5％、17.6％和24.3％的聚丙烯基复合材料颗粒；取适量上述颗粒在热压成型机中压片，其中热压成型机温度为190℃，压力为15MPa，压片时间为10min，最终得到不同填料含量的复合材料样片；其中，采用中国石化茂名分公司生产的Z30S型聚丙烯，其熔融指数为26g/10min(测试条件为230℃、2.16kg)；
(2)将复合混合料分别进行压片处理，其中热压成型机温度为190℃，压力为15MPa，压片时间为10min，最终得到不同填料含量的复合材料片；
(3)将复合材料片进行电学性能和加工性能测试，其中，包括：用西林电桥测试的介质损耗及电容，并根据相对介电常数与电容的关系计算出材料的相对介电常数；用高阻计测量上述样片的体积电阻率；用熔融指数测定仪测量上述复合材料颗粒的熔融指数；最终得到复合材料相对介电常数、体积电阻率、介质损耗及熔融指数随填料体积含量的变化关系，整理得到复合材料片的性能模型；
(4)根据性能模型，综合复合混合料的电学性能和加工性能，选择相对介电常数最大值(即填料掺杂含量最大值)的复合混合料作为上限材料，确定介电无机填料在热塑性基体中的最大含量；将低于介电无机填料最大含量的热塑性介电功能梯度复合混合料分别加入拉丝机中，拉丝机温度设置为190℃，丝材直径为1.75±0.05mm，制得填料含量不同的聚丙烯基3D打印丝材；将上述填料含量不同的丝材分别加入熔融堆积成型3D打印机中，打印机喷头温度设置为205℃，打印速度为40mm/s，打印平台温度为130℃，层高设置为0.2mm，填充率为100％；制备得到热塑性介电功能梯度复合材料。
进一步，以实施例1得到的热塑性介电功能梯度复合材料为原料，制备圆台型绝缘子。
对比例1
热塑性介电功能复合材料
提供重量份为100份的热塑性基体为原料，其余步骤与实施例1相同，制备热塑性介电功能复合材料。
进一步，以对比例1得到的热塑性介电功能复合材料为原料，制备圆台型绝缘子。
对比例2
双层热塑性介电功能复合材料
提供重量份为100份和50份的热塑性基体分别和0份、50份二氧化钛为原料，其余步骤与实施例1相同，制备双层热塑性介电功能复合材料。
进一步，以对比例2得到的双层热塑性介电功能复合材料为原料，制备圆台型绝缘子。
对比例3
低熔融指数的介电功能梯度复合材料
采用中国石化扬子分公司生产的F401型聚丙烯为原料，其熔融指数为2.4g/10min(测试条件为230℃、2.16kg)，除此之外，其余步骤与实施例1相同，制备低熔融指数的介电功能梯度复合材料。
进一步，以对比例3得到的低熔融指数的介电功能梯度复合材料为原料，制备圆台型绝缘子。
性能测试与结果分析
(1)实施例1提供的热塑性介电功能梯度复合材料片的电学性能和加工性能如图1所示，由图1可知，聚丙烯基复合材料的相对介电常数随二氧化钛填料含量的增加而增大，且两者有类似指数函数的关系；复合材料的体积电阻率随填料含量的增加而减小；复合材料介质损耗随填料含量的增加而增大；复合材料熔融指数随填料含量的增加而减小；因此，需综合考虑上述因素，在保证复合材料电学性能(体积电阻率不能太小、介质损耗不能太大)和加工性能(熔融指数不能太小)良好的前提下，选择最佳的填料含量上限值。因此，可以发现，实施例1中二氧化钛体积分数为24.3％(质量分数为60％)时，复合材料的熔融指数为0.61g/10min(小于1g/10min)，其加工性能较差，不利于3D打印，因此选择二氧化钛填料含量的最大掺杂比例为17.6％体积分数(50％质量分数)。
(2)如图2所示，图2a为对比例1提供的热塑性介电功能复合材料制得的圆台型绝缘子材料示意图，图2b为对比例2提供的双层热塑性介电功能复合材料制得的圆台型绝缘子材料示意图，图2c为实施例1提供的热塑性介电功能梯度复合材料制得的圆台型绝缘子材料示意图。
由图3可知，实施例1中准连续梯度绝缘子与对比例2中双层梯度绝缘子电极-介质-气氛三结合点处的电场强度相比于对比例1中的匀质绝缘子均有显著降低；而对比例2中两层材料的界面处(沿面距离0.2mm处)存在明显的层间电场畸变现象，而实施例1中层间电场畸变现象相比于对比例2较为缓和。
由图4可知，F401型聚丙烯基复合材料的熔融指数随填料含量的增加有明显的下降现象，填料体积分数为12.6％(质量分数为40％)时，复合材料熔融指数降低到1g/10min以下，使其加工性能较差，不利于3D打印，其最大填料含量小于12.6％体积分数；因此，熔融指数较低的热塑性材料基体会使复合材料的填料含量上限降低，从而减小了介电功能梯度材料介电参数的可调范围，进而限制了此材料对绝缘子沿面耐电性能的提升。
综上，本申请实施例在不增加绝缘子几何结构复杂度的前提下有效均化其沿面电场分布，提升固体绝缘耐电性能；其中，采用可回收热塑性材料作为基体，解决了传统热固性绝缘材料难以回收的问题，符合节能环保的需求；同时考虑了复合材料的电气绝缘性能及加工性能，使制得的介电功能梯度材料不仅电学性能良好，也满足3D打印的工艺需求，提高了最终制得的介电梯度绝缘部件的成型精度；进一步，采取熔融堆积成型的方法进行介电功能梯度材料的制备，可以主动调控介电梯度绝缘部件的介电参数空间分布，具有较高的可行性与先进性。同时，此法成型速度快、制备效率高、成本低，具有较大的应用价值。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将介电无机填料设置为梯度量的若干组分；
将若干组分的介电无机填料分别与热塑性基体进行塑炼处理后得到若干热塑性介电功能复合混合料，将所述复合混合料分别进行压片处理，获得若干片的热塑性介电功能复合片材；
对若干片的所述热塑性介电功能复合片材分别进行电学性能和加工性能测试，根据测试结果，拟合热塑性介电功能复合片材的性能模型；
根据所述性能模型，确定介电无机填料在所述热塑性基体中的最大含量；
将低于介电无机填料最大含量的所述热塑性介电功能复合混合料分别进行拉丝处理得到丝材，将所述丝材熔融堆积成型进行增材制造，得到热塑性介电功能梯度复合材料。
2.根据权利要求1所述的热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法，其特征在于，将介电无机填料设置为梯度量的若干组分的步骤中，包括：将介电无机填料设置为0份、10份、20份、30份、40份、50份、60份。
3.根据权利要求1所述的热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法，其特征在于，所述介电无机填料选自二氧化钛、钛酸钡、钛酸锶、钛酸锶钡、钛酸铜钙、氧化镁、氧化锌、氧化铝中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法，其特征在于，所述介电无机填料的粒径为0.1～20微米。
5.根据权利要求1～4任一所述的热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法，其特征在于，所述热塑性基体包括如下重量份原材料：
热塑性材料 98～99.8份；
第一抗氧剂 0.1～1份；
第二抗氧剂 0.1～1份。
6.根据权利要求5所述的热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法，其特征在于，所述热塑性材料选自聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯、聚酰胺、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺中的至少一种；和/或，
所述第一抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1035、抗氧剂1076中的至少一种；和/或，
所述第二抗氧剂选自抗氧剂168、抗氧剂618、抗氧剂626中的至少一种。
7.根据权利要求1～4任一所述的热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法，其特征在于，所述压片处理的步骤中，温度为160～300℃，压力为5～20MPa，模具的厚度为0.05～1.5mm。
8.根据权利要求1～4任一所述的热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法，其特征在于，所述拉丝处理的步骤中，温度为160～300℃；和/或，
将所述丝材熔融堆积成型进行增材制造的步骤中，控制打印喷头的温度为160～300℃，底板温度为50～150℃，打印速度为20～100mm/s。
9.一种热塑性介电功能梯度复合材料，其特征在于，所述热塑性介电功能梯度复合材料由权利要求1～8任一所述的热塑性介电功能梯度复合材料的制备方法制备得到的。
10.一种绝缘材料，其特征在于，所述绝缘材料包含权利要求9所述的热塑性介电功能梯度复合材料。
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