本發(fā)明公開了一種多元摻雜改性防雷材料的制備方法，屬于防雷材料技術領域。
背景技術：
自然界每年都有幾百萬次閃電，雷電災害是“聯(lián)合國國際減災十年”公布的最嚴重的十種自然災害之一。最新統(tǒng)計資料表明，雷電造成的損失已經(jīng)上升到自然災害的第三位。全球每年因雷擊造成人員傷亡、財產(chǎn)損失不計其數(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年因雷擊以及雷擊負效應造成的人員傷亡達3000～4000人，財產(chǎn)損失在50億元到100億元人民幣。雷電災害所涉及的范圍幾乎遍布各行各業(yè)?，F(xiàn)代電子技術的高速發(fā)展，帶來的負效應之一就是其抗雷擊浪涌能力的降低。以大型CMOS集成元件組成的這些電子設備普遍存在著對暫態(tài)過電壓、過電流耐受能力較弱的缺點，暫態(tài)過電壓不僅會造成電子設備產(chǎn)生誤操作，也會造成更大的直接經(jīng)濟損失和廣泛的社會影響。
雷擊是一種普通的自然現(xiàn)象，是高密度正、負電荷集中在邊界上的放電現(xiàn)象。它具有高電壓、大電流、電流上升率高等特點。雷擊時電壓可高達2MV，峰值電流可達200kA，雷電以μs級的瞬間放出數(shù)十至數(shù)百kW·h的能量，可產(chǎn)生30000℃的高溫和10個以上大氣壓力。當電機穿越某一極性空間電荷集中區(qū)到達鄰近相反極性空間集中的邊界處或邊界內(nèi)，電機就會遭到雷擊。電機遭雷擊時，雷擊的高壓電會擊穿絕緣材料或局部結構，雷擊時的大電流會使導電不連續(xù)的部位起火。材料被燒蝕造成結構的性能大幅下降，甚至失效。對于結構整體油箱區(qū)，雷擊甚至會引起油箱著火爆炸。隨著新型復合材料性能的不斷提高，復合材料在電機等主要承力部件。由于復合材料導電性能較金屬差，當復合材料結構遭受雷擊時，很難將高能量的電流傳導出去，必然導致大能量的聚集，導致破壞結構從而影響電機的使用性能，因此必須對電機復合材料部件進行有效的雷擊防護。而戶外的高壓電機必須依賴防雷材料得以防止電機的損壞，但是目前傳統(tǒng)的防雷材料摻雜的一些金屬粒度不均勻，電解質(zhì)易被擊穿，導致接地材料在高強度電擊狀態(tài)下，放電不均勻以及放電速率低等問題的出現(xiàn)。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要解決的技術問題：針對傳統(tǒng)防雷材料的電解質(zhì)易擊穿，放電不均勻以及放電速率低等缺陷，提供了一種多元摻雜改性防雷材料的制備方法。本發(fā)明以石墨為原料進行研磨得粉末，與硫酸亞鐵溶液混勻后超聲振蕩得石墨粉末分散液，將分散液與硼氫化鈉溶液混合后水浴、過濾，用無水乙醇洗滌下層沉淀、干燥得摻雜石墨插層顆粒，然后再將顆粒進行研磨與二甲基甲酰胺混合后超聲分散得石墨插層粉末分散液，與LiClO4等混合后水浴、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)制得凝膠電解質(zhì)，最后將其涂覆于預處理后的鎂鋁合金表面制得一種多元摻雜改性防雷材料。通過將無機物、金屬和有機產(chǎn)物多元摻雜結合，有效的解決了傳統(tǒng)防雷材料放電不均勻以及電解質(zhì)易擊穿等缺陷，導熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料，導電性比一般的非金屬礦高100倍，具有較佳的應用前景。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：
（1）選取石墨并置于球磨罐中，在250~300r/min下球磨2~3h，隨后收集石墨粉末，按質(zhì)量比1:10，將石墨粉末與質(zhì)量濃度25％硫酸亞鐵溶液中，攪拌混合并在200~300W下超聲振蕩10~15min，制備得石墨粉末分散液；
（2）按質(zhì)量比1:5，將1mol/L硼氫化鈉溶液與上述制備的石墨粉末分散液攪拌混合，在35~40℃下水浴加熱10~15min，隨后停止加熱并靜置冷卻至室溫，過濾并收集下層沉淀，用無水乙醇洗滌3~5次后，在65~70℃下干燥6~8h，制備得摻雜石墨插層顆粒；
（3）將上述制備的摻雜石墨插層顆粒置于球磨罐中球磨2~3h，制備得摻雜石墨插層粉末，隨后按質(zhì)量比1:10，將摻雜石墨插層粉末與二甲基甲酰胺攪拌混合，在200~300W下超聲分散10~15min，收集得石墨插層粉末分散液；
（4）按重量份數(shù)計，分別稱量10~15份水滑石、10~15份LiClO4、15~20份聚偏氟乙烯樹脂和45~50份上述制備的石墨插層粉末分散液置于三角燒瓶中，攪拌混合并置于75~80℃下水浴加熱20~24h，隨后停止加熱并靜置冷卻至室溫，再在65~70℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的1/4，制備得凝膠電解質(zhì)；
（5）收集鎂鋁合金，依次用4#，8#，12#的砂紙打磨其表面，待打磨完成后，用無水乙醇洗滌3~5次后，靜置晾干并將上述制備的凝膠電解質(zhì)均勻涂覆至處理完成的鎂鋁合金表面，控制涂覆厚度為1.2~1.3mm，待涂覆完成后，在室溫下靜置固化6~8h，再于65~80℃下干燥6~8h，即可制得一種多元摻雜改性防雷材料。
本發(fā)明的應用方法是：將本發(fā)明制得的多元摻雜改性防雷材料一端與接地搖表，另一端與高壓電機連接，將接地搖表開關置于最大倍率，進行接地電阻測量，本發(fā)明制得的多元摻雜改性防雷材料耐壓大小為1～2kV，沖擊電壓轉(zhuǎn)移系數(shù)為1/900～1/800，電機使用壽命較同類產(chǎn)品延長5～7年。
本發(fā)明的有益效果是：
（1）本發(fā)明方法簡單易于操作，通過將無機物、金屬和有機產(chǎn)物多元摻雜結合，解決了傳統(tǒng)防雷材料電解質(zhì)易被擊穿的缺陷，均勻度較佳；
（2）本發(fā)明有效的防止電機在雷擊狀態(tài)作業(yè)的損壞，延長電機使用壽命5～7年。
具體實施方式
首先選取石墨并置于球磨罐中，在250~300r/min下球磨2~3h，隨后收集石墨粉末，按質(zhì)量比1:10，將石墨粉末與質(zhì)量濃度25％硫酸亞鐵溶液中，攪拌混合并在200~300W下超聲振蕩10~15min，制備得石墨粉末分散液；按質(zhì)量比1:5，將1mol/L硼氫化鈉溶液與上述制備的石墨粉末分散液攪拌混合，在35~40℃下水浴加熱10~15min，隨后停止加熱并靜置冷卻至室溫，過濾并收集下層沉淀，用無水乙醇洗滌3~5次后，在65~70℃下干燥6~8h，制備得摻雜石墨插層顆粒；將上述制備的摻雜石墨插層顆粒置于球磨罐中球磨2~3h，制備得摻雜石墨插層粉末，隨后按質(zhì)量比1:10，將摻雜石墨插層粉末與二甲基甲酰胺攪拌混合，在200~300W下超聲分散10~15min，收集得石墨插層粉末分散液；按重量份數(shù)計，分別稱量10~15份水滑石、10~15份LiClO4、15~20份聚偏氟乙烯樹脂和45~50份上述制備的石墨插層粉末分散液置于三角燒瓶中，攪拌混合并置于75~80℃下水浴加熱20~24h，隨后停止加熱并靜置冷卻至室溫，再在65~70℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的1/4，制備得凝膠電解質(zhì)；收集鎂鋁合金，依次用4#，8#，12#的砂紙打磨其表面，待打磨完成后，用無水乙醇洗滌3~5次后，靜置晾干并將上述制備的凝膠電解質(zhì)均勻涂覆至處理完成的鎂鋁合金表面，控制涂覆厚度為1.2~1.3mm，待涂覆完成后，在室溫下靜置固化6~8h，再于65~80℃下干燥6~8h，即可制得一種多元摻雜改性防雷材料。
實例1
首先選取石墨并置于球磨罐中，在250r/min下球磨2h，隨后收集石墨粉末，按質(zhì)量比1:10，將石墨粉末與質(zhì)量濃度25％硫酸亞鐵溶液中，攪拌混合并在200W下超聲振蕩10min，制備得石墨粉末分散液；按質(zhì)量比1:5，將1mol/L硼氫化鈉溶液與上述制備的石墨粉末分散液攪拌混合，在35℃下水浴加熱10min，隨后停止加熱并靜置冷卻至室溫，過濾并收集下層沉淀，用無水乙醇洗滌3次后，在65℃下干燥6h，制備得摻雜石墨插層顆粒；將上述制備的摻雜石墨插層顆粒置于球磨罐中球磨2h，制備得摻雜石墨插層粉末，隨后按質(zhì)量比1:10，將摻雜石墨插層粉末與二甲基甲酰胺攪拌混合，在200W下超聲分散10min，收集得石墨插層粉末分散液；按重量份數(shù)計，分別稱量10份水滑石、10份LiClO4、15份聚偏氟乙烯樹脂和45份上述制備的石墨插層粉末分散液置于三角燒瓶中，攪拌混合并置于75℃下水浴加熱20h，隨后停止加熱并靜置冷卻至室溫，再在65℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的1/4，制備得凝膠電解質(zhì)；收集鎂鋁合金，依次用4#，8#，12#的砂紙打磨其表面，待打磨完成后，用無水乙醇洗滌3次后，靜置晾干并將上述制備的凝膠電解質(zhì)均勻涂覆至處理完成的鎂鋁合金表面，控制涂覆厚度為1.2mm，待涂覆完成后，在室溫下靜置固化6h，再于65℃下干燥6h，即可制得一種多元摻雜改性防雷材料。
本發(fā)明的應用方法是：將本發(fā)明制得的多元摻雜改性防雷材料一端與接地搖表，另一端與高壓電機連接，將接地搖表開關置于最大倍率，進行接地電阻測量，本發(fā)明制得的多元摻雜改性防雷材料耐壓大小為1kV，沖擊電壓轉(zhuǎn)移系數(shù)為1/900，電機使用壽命較同類產(chǎn)品延長5年。
實例2
首先選取石墨并置于球磨罐中，在270r/min下球磨2.5h，隨后收集石墨粉末，按質(zhì)量比1:10，將石墨粉末與質(zhì)量濃度25％硫酸亞鐵溶液中，攪拌混合并在250W下超聲振蕩13min，制備得石墨粉末分散液；按質(zhì)量比1:5，將1mol/L硼氫化鈉溶液與上述制備的石墨粉末分散液攪拌混合，在37℃下水浴加熱13min，隨后停止加熱并靜置冷卻至室溫，過濾并收集下層沉淀，用無水乙醇洗滌4次后，在67℃下干燥7h，制備得摻雜石墨插層顆粒；將上述制備的摻雜石墨插層顆粒置于球磨罐中球磨2.5h，制備得摻雜石墨插層粉末，隨后按質(zhì)量比1:10，將摻雜石墨插層粉末與二甲基甲酰胺攪拌混合，在250W下超聲分散13min，收集得石墨插層粉末分散液；按重量份數(shù)計，分別稱量13份水滑石、13份LiClO4、17份聚偏氟乙烯樹脂和47份上述制備的石墨插層粉末分散液置于三角燒瓶中，攪拌混合并置于77℃下水浴加熱22h，隨后停止加熱并靜置冷卻至室溫，再在67℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的1/4，制備得凝膠電解質(zhì)；收集鎂鋁合金，依次用4#，8#，12#的砂紙打磨其表面，待打磨完成后，用無水乙醇洗滌4次后，靜置晾干并將上述制備的凝膠電解質(zhì)均勻涂覆至處理完成的鎂鋁合金表面，控制涂覆厚度為1.25mm，待涂覆完成后，在室溫下靜置固化7h，再于67℃下干燥7h，即可制得一種多元摻雜改性防雷材料。
本發(fā)明的應用方法是：將本發(fā)明制得的多元摻雜改性防雷材料一端與接地搖表，另一端與高壓電機連接，將接地搖表開關置于最大倍率，進行接地電阻測量，本發(fā)明制得的多元摻雜改性防雷材料耐壓大小為2kV，沖擊電壓轉(zhuǎn)移系數(shù)為1/900，電機使用壽命較同類產(chǎn)品延長6年。
實例3
首先選取石墨并置于球磨罐中，在300r/min下球磨3h，隨后收集石墨粉末，按質(zhì)量比1:10，將石墨粉末與質(zhì)量濃度25％硫酸亞鐵溶液中，攪拌混合并在300W下超聲振蕩15min，制備得石墨粉末分散液；按質(zhì)量比1:5，將1mol/L硼氫化鈉溶液與上述制備的石墨粉末分散液攪拌混合，在40℃下水浴加熱15min，隨后停止加熱并靜置冷卻至室溫，過濾并收集下層沉淀，用無水乙醇洗滌5次后，在70℃下干燥8h，制備得摻雜石墨插層顆粒；將上述制備的摻雜石墨插層顆粒置于球磨罐中球磨3h，制備得摻雜石墨插層粉末，隨后按質(zhì)量比1:10，將摻雜石墨插層粉末與二甲基甲酰胺攪拌混合，在300W下超聲分散15min，收集得石墨插層粉末分散液；按重量份數(shù)計，分別稱量15份水滑石、15份LiClO4、20份聚偏氟乙烯樹脂和50份上述制備的石墨插層粉末分散液置于三角燒瓶中，攪拌混合并置于80℃下水浴加熱24h，隨后停止加熱并靜置冷卻至室溫，再在70℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的1/4，制備得凝膠電解質(zhì)；收集鎂鋁合金，依次用4#，8#，12#的砂紙打磨其表面，待打磨完成后，用無水乙醇洗滌5次后，靜置晾干并將上述制備的凝膠電解質(zhì)均勻涂覆至處理完成的鎂鋁合金表面，控制涂覆厚度為1.3mm，待涂覆完成后，在室溫下靜置固化8h，再于80℃下干燥8h，即可制得一種多元摻雜改性防雷材料。
本發(fā)明的應用方法是：將本發(fā)明制得的多元摻雜改性防雷材料一端與接地搖表，另一端與高壓電機連接，將接地搖表開關置于最大倍率，進行接地電阻測量，本發(fā)明制得的多元摻雜改性防雷材料耐壓大小為2kV，沖擊電壓轉(zhuǎn)移系數(shù)為1/800，電機使用壽命較同類產(chǎn)品延長7年。