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(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

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)。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(yīng)用。半導體材料可按化學組成來分，再將結(jié)構(gòu)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(yīng)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(shù)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(shù)、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(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)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(yīng)液中，得反應(yīng)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(yīng)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(jīng)實例證明，所得的防雷半導體材料與復合材料的粘結(jié)性較好，防雷效果佳，具有廣闊的經(jīng)濟前景。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量比1:6加入質(zhì)量分數(shù)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(diào)節(jié)pH至為11，調(diào)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(zhuǎn)速下攪拌混合30～50min，攪拌后用濃度為1mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至為12.5，調(diào)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(shù)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(lián)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(yīng)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℃，模口溫度為180～190℃，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(chǎn)應(yīng)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量比1:6加入質(zhì)量分數(shù)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(diào)節(jié)pH至為11，調(diào)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(zhuǎn)速下攪拌混合30～50min，攪拌后用濃度為1mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至為12.5，調(diào)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(shù)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(lián)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量比1:6加入質(zhì)量分數(shù)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(diào)節(jié)pH至為11，調(diào)節(jié)后加入3g上述煅燒物，放入水浴鍋中，在40℃和300r/min轉(zhuǎn)速下攪拌混合30min，攪拌后用濃度為1mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至為12.5，調(diào)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(shù)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(lián)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(yīng)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℃，模口溫度為180℃，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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量比1:6加入質(zhì)量分數(shù)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(diào)節(jié)pH至為11，調(diào)節(jié)后加入4g上述煅燒物，放入水浴鍋中，在50℃和500r/min轉(zhuǎn)速下攪拌混合50min，攪拌后用濃度為1mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至為12.5，調(diào)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(shù)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(lián)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(yīng)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量比1:6加入質(zhì)量分數(shù)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(diào)節(jié)pH至為11，調(diào)節(jié)后加入3.5g上述煅燒物，放入水浴鍋中，在45℃和400r/min轉(zhuǎn)速下攪拌混合40min，攪拌后用濃度為1mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至為12.5，調(diào)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(shù)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(lián)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(yīng)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。