本發(fā)明公開了一種防雷半導體材料的制備方法，屬于防雷半導體材料技術領域。
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、財產損失不計其數。半導體是人類當代工業(yè)發(fā)展中不可或缺的材料，通常意義上講，半導體是指常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料。半導體在收音機、電視機以及測溫上有著廣泛的應用。半導體材料可按化學組成來分，再將結構與性能比較特殊的非晶態(tài)與液態(tài)半導體單獨列為一類。按照這樣分類方法可將半導體材料分為元素半導體、無機化合物半導體、有機化合物半導體和非晶態(tài)與液態(tài)半導體。半導電護層的防雷作用主要有兩方面，一是雷擊大地時，使落雷點的雷電流均勻流入電纜護層，避免落雷點與金屬護套間高電壓擊穿。二是使進入電纜護層的雷電流分流入地，以減少纜芯與金屬護套間的感應電壓值。因此，半導電護層導通脈沖電流效果是防雷性能的主要指標，而影響脈沖電流的主要參數是半導電護層的體積電阻率和脈沖電流強度。故要求電纜護層體積電阻率要盡量小，脈沖電流強度盡量大。同時也要考慮到雷電參數、環(huán)境條件、使用條件的影響。實驗表明，這些因素主要是重復脈沖放電、溫度、浸水和使用過程中的多次彎曲等。但是傳統(tǒng)半導體材料存在防雷效果不佳，半導體防雷材料與復合材料的連接性不好以及防雷效率不佳，半導體材料表面總是存在局部電子電流和離子電流不相等，造成半導體材料表面形成電荷累積，導致性能退化甚至失效的缺陷。
技術實現要素：
本發(fā)明主要解決的技術問題：針對目前傳統(tǒng)半導體材料與復合材料的連接性不好，其表面存在局部電流和離子電流不等，導致半導體材料表面形成電荷累積，防雷效率不佳的缺陷，本發(fā)明取球磨后的鱗片石墨粉末，加入重鉻酸鉀和硫酸的反應液中，得反應物用硝酸鈉浸泡，浸泡后煅燒得煅燒物，與硫酸鐵和氯化鐵的混合，加堿反應后生成四氧化三鐵，超聲分散后晶化，得改性膨脹石墨，與聚苯胺等混料、造粒即得防雷半導體材料，本發(fā)明將鱗片石墨粉末作為原料，對其表面改性后負載納米四氧化三鐵，可以到達導電、潤滑、可塑等優(yōu)良的性能，使半導體材料表面累積的電荷可以遠程勻速遷移，彌補了傳統(tǒng)半導體材料表面局部電流和離子電流不均衡的缺陷，經實例證明，所得的防雷半導體材料與復合材料的粘結性較好，防雷效果佳，具有廣闊的經濟前景。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：
（1）稱取5～10g鱗片石墨，放入球磨機中球磨，過60～70目篩，得鱗片石墨粉末，稱取3～5g重鉻酸鉀加入到100～150mL質量分數98%硫酸溶液中，攪拌至固體溶解得溶解液，將鱗片石墨粉末加入到溶解液中，攪拌混合40～50min后靜置1～2h，靜置后抽濾得濾渣；
（2）將上述濾渣按質量比1:6加入質量分數30%硝酸鈉溶液中，浸泡1～2h后離心分離得沉淀物，用去離子水洗滌至中性后放入烘箱中，在80～100℃溫度下干燥3～5h得干燥物，放入預熱至800～900℃溫度的馬弗爐中，保溫煅燒2～4min，得煅燒物；
（3）分別稱取150～160g硫酸鐵和15～20g氯化鐵加入到600～700mL去離子水中，攪拌至固體溶解，用濃度為1mol/L氫氧化鈉調節(jié)pH至為11，調節(jié)后加入3～4g上述煅燒物，放入水浴鍋中，在40～50℃和300～500r/min轉速下攪拌混合30～50min，攪拌后用濃度為1mol/L氫氧化鈉調節(jié)pH至為12.5，調節(jié)后超聲分散5～10min；
（4）將上述分散后的混合液在40～50℃條件下保溫晶化3～5h，晶化后抽濾，得濾渣，用去離子水洗滌3～5次后放入烘箱中，在60～80℃溫度下干燥8～10h，干燥后球磨至粒徑為0.5～0.7μm，得改性膨脹石墨；
（5）按重量份數計，分別選取70～80份聚苯胺、5～10份上述改性膨脹石墨、1～3份硅烷偶聯劑KH-560、0.5～0.7份雙三苯基磷二氯化鈀，攪拌混合后加入混料機混合，混合20～30min后加入雙螺桿擠出機中，在擠出溫度為160～180℃和模頭溫度為190～200℃條件下擠出造粒，即可得到防雷半導體材料。
本發(fā)明的應用方法是：將本發(fā)明制得的防雷半導體材料加入擠塑機中擠制外徑為41～43mm、厚度為1～3mm的防雷電纜護套，控制擠塑機各段溫度為：加料口140～160℃，機身180～200℃，機頭為170～190℃，?？跍囟葹?80～190℃，擠出速度為10～12m/min，即得防雷電纜護套，在200～250℃下將其包覆于電纜表面，冷卻至室溫即可，所得防雷半導體材料電纜護套斷裂伸長率為400～500%，體積電阻率為200～250?·cm，耐雷水平為150～160kA。
本發(fā)明的有益效果是：
（1）本發(fā)明所得的防雷半導體材料具有較高的接卸性能和防雷性能，所得的防雷護套具有較長的壽命；
（2）所得材料與復合材料之間的相容性好，材料均化，分散均勻，具有良好的防雷效果，適合大規(guī)模生產應用。
具體實施方式
稱取5～10g鱗片石墨，放入球磨機中球磨，過60～70目篩，得鱗片石墨粉末，稱取3～5g重鉻酸鉀加入到100～150mL質量分數98%硫酸溶液中，攪拌至固體溶解得溶解液，將鱗片石墨粉末加入到溶解液中，攪拌混合40～50min后靜置1～2h，靜置后抽濾得濾渣；將上述濾渣按質量比1:6加入質量分數30%硝酸鈉溶液中，浸泡1～2h后離心分離得沉淀物，用去離子水洗滌至中性后放入烘箱中，在80～100℃溫度下干燥3～5h得干燥物，放入預熱至800～900℃溫度的馬弗爐中，保溫煅燒2～4min，得煅燒物；分別稱取150～160g硫酸鐵和15～20g氯化鐵加入到600～700mL去離子水中，攪拌至固體溶解，用濃度為1mol/L氫氧化鈉調節(jié)pH至為11，調節(jié)后加入3～4g上述煅燒物，放入水浴鍋中，在40～50℃和300～500r/min轉速下攪拌混合30～50min，攪拌后用濃度為1mol/L氫氧化鈉調節(jié)pH至為12.5，調節(jié)后超聲分散5～10min；將上述分散后的混合液在40～50℃條件下保溫晶化3～5h，晶化后抽濾，得濾渣，用去離子水洗滌3～5次后放入烘箱中，在60～80℃溫度下干燥8～10h，干燥后球磨至粒徑為0.5～0.7μm，得改性膨脹石墨；按重量份數計，分別選取70～80份聚苯胺、5～10份上述改性膨脹石墨、1～3份硅烷偶聯劑KH-560、0.5～0.7份雙三苯基磷二氯化鈀，攪拌混合后加入混料機混合，混合20～30min后加入雙螺桿擠出機中，在擠出溫度為160～180℃和模頭溫度為190～200℃條件下擠出造粒，即可得到防雷半導體材料。
實例1
稱取5g鱗片石墨，放入球磨機中球磨，過60目篩，得鱗片石墨粉末，稱取3g重鉻酸鉀加入到100mL質量分數98%硫酸溶液中，攪拌至固體溶解得溶解液，將鱗片石墨粉末加入到溶解液中，攪拌混合40min后靜置1h，靜置后抽濾得濾渣；將上述濾渣按質量比1:6加入質量分數30%硝酸鈉溶液中，浸泡1h后離心分離得沉淀物，用去離子水洗滌至中性后放入烘箱中，在80℃溫度下干燥3h得干燥物，放入預熱至800℃溫度的馬弗爐中，保溫煅燒2min，得煅燒物；分別稱取150g硫酸鐵和15g氯化鐵加入到600mL去離子水中，攪拌至固體溶解，用濃度為1mol/L氫氧化鈉調節(jié)pH至為11，調節(jié)后加入3g上述煅燒物，放入水浴鍋中，在40℃和300r/min轉速下攪拌混合30min，攪拌后用濃度為1mol/L氫氧化鈉調節(jié)pH至為12.5，調節(jié)后超聲分散5min；將上述分散后的混合液在40℃條件下保溫晶化3h，晶化后抽濾，得濾渣，用去離子水洗滌3次后放入烘箱中，在60℃溫度下干燥8h，干燥后球磨至粒徑為0.5μm，得改性膨脹石墨；按重量份數計，分別選取70份聚苯胺、5份上述改性膨脹石墨、1份硅烷偶聯劑KH-560、0.5份雙三苯基磷二氯化鈀，攪拌混合后加入混料機混合，混合20min后加入雙螺桿擠出機中，在擠出溫度為160℃和模頭溫度為190℃條件下擠出造粒，即可得到防雷半導體材料。
本發(fā)明的應用方法是：將本發(fā)明制得的防雷半導體材料加入擠塑機中擠制外徑為41mm、厚度為1mm的防雷電纜護套，控制擠塑機各段溫度為：加料口140℃，機身180℃，機頭為170℃，?？跍囟葹?80℃，擠出速度為10m/min，即得防雷電纜護套，在200℃下將其包覆于電纜表面，冷卻至室溫即可，所得防雷半導體材料電纜護套斷裂伸長率為400%，體積電阻率為200?·cm，耐雷水平為150kA。
實例2
稱取10g鱗片石墨，放入球磨機中球磨，過70目篩，得鱗片石墨粉末，稱取5g重鉻酸鉀加入到150mL質量分數98%硫酸溶液中，攪拌至固體溶解得溶解液，將鱗片石墨粉末加入到溶解液中，攪拌混合50min后靜置2h，靜置后抽濾得濾渣；將上述濾渣按質量比1:6加入質量分數30%硝酸鈉溶液中，浸泡2h后離心分離得沉淀物，用去離子水洗滌至中性后放入烘箱中，在100℃溫度下干燥5h得干燥物，放入預熱至900℃溫度的馬弗爐中，保溫煅燒4min，得煅燒物；分別稱取160g硫酸鐵和20g氯化鐵加入到700mL去離子水中，攪拌至固體溶解，用濃度為1mol/L氫氧化鈉調節(jié)pH至為11，調節(jié)后加入4g上述煅燒物，放入水浴鍋中，在50℃和500r/min轉速下攪拌混合50min，攪拌后用濃度為1mol/L氫氧化鈉調節(jié)pH至為12.5，調節(jié)后超聲分散10min；將上述分散后的混合液在50℃條件下保溫晶化5h，晶化后抽濾，得濾渣，用去離子水洗滌5次后放入烘箱中，在80℃溫度下干燥10h，干燥后球磨至粒徑為0.7μm，得改性膨脹石墨；按重量份數計，分別選取80份聚苯胺、10份上述改性膨脹石墨、3份硅烷偶聯劑KH-560、0.7份雙三苯基磷二氯化鈀，攪拌混合后加入混料機混合，混合30min后加入雙螺桿擠出機中，在擠出溫度為180℃和模頭溫度為200℃條件下擠出造粒，即可得到防雷半導體材料。
本發(fā)明的應用方法是：將本發(fā)明制得的防雷半導體材料加入擠塑機中擠制外徑為43mm、厚度為3mm的防雷電纜護套，控制擠塑機各段溫度為：加料口160℃，機身200℃，機頭為190℃，?？跍囟葹?90℃，擠出速度為12m/min，即得防雷電纜護套，在250℃下將其包覆于電纜表面，冷卻至室溫即可，所得防雷半導體材料電纜護套斷裂伸長率為500%，體積電阻率為250?·cm，耐雷水平為160kA。
實例3
稱取7g鱗片石墨，放入球磨機中球磨，過65目篩，得鱗片石墨粉末，稱取4g重鉻酸鉀加入到130mL質量分數98%硫酸溶液中，攪拌至固體溶解得溶解液，將鱗片石墨粉末加入到溶解液中，攪拌混合45min后靜置1.5h，靜置后抽濾得濾渣；將上述濾渣按質量比1:6加入質量分數30%硝酸鈉溶液中，浸泡1.5h后離心分離得沉淀物，用去離子水洗滌至中性后放入烘箱中，在90℃溫度下干燥4h得干燥物，放入預熱至850℃溫度的馬弗爐中，保溫煅燒3min，得煅燒物；分別稱取155g硫酸鐵和17g氯化鐵加入到650mL去離子水中，攪拌至固體溶解，用濃度為1mol/L氫氧化鈉調節(jié)pH至為11，調節(jié)后加入3.5g上述煅燒物，放入水浴鍋中，在45℃和400r/min轉速下攪拌混合40min，攪拌后用濃度為1mol/L氫氧化鈉調節(jié)pH至為12.5，調節(jié)后超聲分散7min；將上述分散后的混合液在45℃條件下保溫晶化4h，晶化后抽濾，得濾渣，用去離子水洗滌4次后放入烘箱中，在70℃溫度下干燥9h，干燥后球磨至粒徑為0.6μm，得改性膨脹石墨；按重量份數計，分別選取75份聚苯胺、7份上述改性膨脹石墨、2份硅烷偶聯劑KH-560、0.6份雙三苯基磷二氯化鈀，攪拌混合后加入混料機混合，混合25min后加入雙螺桿擠出機中，在擠出溫度為170℃和模頭溫度為195℃條件下擠出造粒，即可得到防雷半導體材料。
本發(fā)明的應用方法是：將本發(fā)明制得的防雷半導體材料加入擠塑機中擠制外徑為42mm、厚度為2mm的防雷電纜護套，控制擠塑機各段溫度為：加料口150℃，機身190℃，機頭為180℃，?？跍囟葹?85℃，擠出速度為11m/min，即得防雷電纜護套，在230℃下將其包覆于電纜表面，冷卻至室溫即可，所得防雷半導體材料電纜護套斷裂伸長率為450%，體積電阻率為230?·cm，耐雷水平為155kA。