聚丙烯/氧化锆复合材料的制备及介电性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.03.008

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (3): 44-48.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.03.008

聚丙烯/氧化锆复合材料的制备及介电性能研究

国江(), 许梦伊(), 李辉, 黄想, 林浩, 姜胜宝, 陈尚, 陈程

中国电力科学研究院有限公司，北京 100089

收稿日期:2023-07-27 出版日期:2024-03-26 发布日期:2024-03-28
通讯作者: 许梦伊，女，硕士研究生，研究方向：绝缘材料，薄膜材料，xumengyi@epri.sgcc.com.cn
E-mail:1361050891@qq.com;xumengyi@epri.sgcc.com.cn
作者简介:国江（1985-），男，高级工程师，研究方向为高电压技术，1361050891@qq.com
基金资助:
国家电网有限公司总部科技项目资助（直流电容器用纳米复合绝缘介质材料特性与制备工艺研究：5500?202155350A?0?0?00）

Preparation and dielectric properties of polypropylene/ZrO₂composite materials

GUO Jiang(), XU Mengyi(), LI Hui, HUANG Xiang, LIN Hao, JIANG Shengbao, CHEN Shang, CHEN Cheng

China Electric Power Research Institute Co，Ltd，Beijing 100089，China

Received:2023-07-27 Online:2024-03-26 Published:2024-03-28
Contact: XU Mengyi E-mail:1361050891@qq.com;xumengyi@epri.sgcc.com.cn

摘要/Abstract

摘要：

通过乳液包覆法对氧化锆（ZrO₂）粉末进行表面改性，以提高其在聚丙烯（PP）基体中的分散性，继而探究改性聚丙烯/氧化锆复合材料（PP/g⁃ZrO₂）的介电性能、热学性能和力学性能。结果表明，1 kHz测试频率下时，当g⁃ZrO₂添加含量为50 %时，PP/g⁃ZrO₂的介电常数提高至4.28，介电损耗缓慢提升；此外，改性后复合材料在400 ℃时的热稳定性明显提高，当g⁃ZrO₂添加量为20 %时，复合材料拉伸强度可达38.33 MPa，结合改性前后ZrO₂在PP基体中的团聚状态分析，当ZrO₂填料添加量为30 %时，复合材料的综合性能最优。

关键词: 氧化锆, 聚丙烯, 介电性能, 热稳定性, 复合材料

Abstract:

The surface modification of zirconium oxide （ZrO₂） powders was performed through emulsion coating to improve their dispersion in the polypropylene （PP） matrix. The dielectric， thermal， and mechanical properties of the modified ZrO₂/PP （PP/g⁃ZrO₂） composites were investigated. The results indicated that the dielectric constant of the PP/g⁃ZrO₂ composites increased to 4.28， and their dielectric loss increased from 0.007 1 to 0.068 at a frequency of 1 kH at a ZrO₂ content of 50 wt%. In addition， the thermal stability of the PP/g⁃ZrO₂ composites was significantly improved， and their tensile strength reached 38.33 MPa at a ZrO₂ content of 20 wt%. Through analyzing the agglomeration state of ZrO₂ in the PP matrix before and after modification， the composites achieved optimal overall performance at a ZrO₂ content of 30 wt%.

Key words: zirconium oxide, polypropylene, dielectric property, thermal stability, composite

中图分类号:

TQ325.1⁺4

国江, 许梦伊, 李辉, 黄想, 林浩, 姜胜宝, 陈尚, 陈程. 聚丙烯/氧化锆复合材料的制备及介电性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(3): 44-48.

GUO Jiang, XU Mengyi, LI Hui, HUANG Xiang, LIN Hao, JIANG Shengbao, CHEN Shang, CHEN Cheng. Preparation and dielectric properties of polypropylene/ZrO₂composite materials[J]. China Plastics, 2024, 38(3): 44-48.

图/表 9

图1 样品制备流程图

Fig.1 Sample preparation flow chart

图2 不同PP复合体系的SEM微观形貌

Fig.2 SEM of different PP composite systems

图3 PP/ZrO2复合材料的介电性能

Fig.3 Dielectric properties of PP/ZrO2 composites

图4 PP/g⁃ZrO2复合材料的介电性能

Fig.4 Dielectric properties of PP/g⁃ZrO2 composites

图5 DSC降温曲线

Fig.5 DSC results of the samples

样品	质量分数/%	结晶温度/℃	结晶度/%
PP	-	109.3	55.0
PP/ZrO₂	5	114.5	56.3
	10	116.4	56.9
	20	120.1	57.6
	30	118.9	58.2
	40	123.1	58.9
	50	124.7	59.1
PP/g⁃ZrO₂	5	123.0	58.3
	10	124.5	59.0
	20	126.2	60.9
	30	126.4	61.2
	40	127.4	61.7
	50	132.1	62.3

表1 不同质量分数的PP/ZrO2和PP/g⁃ZrO2复合材料的结晶温度和结晶度

Tab.1 Crystallization temperature and crystallinity of PP/ZrO2 and PP/g⁃ZrO2 composites with different mass fractions

图6 PP、PP/30 %ZrO2和PP/30 %g⁃ZrO2的XRD图谱

Fig6 XRD of PP，PP/30 %ZrO2 and PP/30 %g⁃ZrO2

图7 不同复合体系的TG曲线

Fig.7 TG curves of different composite systems

图8 添加不同质量分数ZrO2的PP的拉伸强度

Fig.8 Tensile strength of PP with different mass fractions of ZrO2

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