CN101580609A - 灭弧树脂加工制品以及使用该制品的断路器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有极佳阻燃性的灭弧树脂加工制品，其中内部压力升高较小，可以产生能够有效消除电流中断时产生的电弧的热解气体，而且具有能够耐受该情况下的温度升高的耐热性以及能够耐受内部压力升高的耐压性；还提供了使用所述灭弧树脂加工制品的断路器。所述灭弧树脂加工制品包含含有以下组分(A)、(B)和(C)的树脂组合物：(A)聚烯烃树脂，其中亚甲基链上的一部分氢原子被羟基取代，所述聚烯烃树脂中的羟基含量为0.2－0.7摩尔/摩尔亚甲基，(B)包含水作为芯材料的微胶囊，(C)包含端部不饱和键的活性有机磷阻燃剂，对所述树脂组合物进行模塑，然后进行辐射交联。

Description

灭弧树脂加工制品以及使用该制品的断路器
技术领域
本发明涉及一种灭弧树脂加工制品，该制品具有阻燃性，用来消除在断路器等的电流中断时接触点上产生的电弧，本发明还涉及使用所述制品的断路器。
背景技术
在断路器等装置中，当可移动接触器的接触点与固定接触器的接触点打开的时候，其中会通过过载电流或额定电流，在接触点之间会产生电弧。为了消除这种电弧，通常在产生电弧的部分周围提供灭弧设备，该灭弧设备装备有灭弧室，所述灭弧室中包括灭弧部件。所述灭弧部件被电弧热解，通过所述灭弧部件产生的热解气体消除电弧。
现有一些灭弧部件，其主要使用以下树脂材料作为基质树脂：热固性树脂，例如不饱和聚酯树脂(见日本专利第3098042号)和三聚氰胺树脂(参见JP-A-2-256110)，以及热塑性树脂，例如聚烯烃树脂、聚酰胺树脂和聚缩醛树脂(见JP-A-7-302535)。
但是，热固性树脂的问题在于，其在模塑的时候容易产生毛头，因此其相较于热塑性树脂来说可模塑加工性能较差。另外，在灭弧的时候，灭弧部件会产生热解气体，因此灭弧设备的内部压力会升高。热固性树脂较硬，但是容易破碎，耐压强度较差，使用这种热固性树脂难以减小灭弧设备的尺寸。
热塑性树脂在模塑的时候不易产生毛头，但是其强度、耐压性和耐热性较差，灭弧部件容易随时间推移而变形或性能降低。包含大量的芳环的热塑性树脂，例如芳族聚酰胺树脂，具有极佳的强度、耐压性和耐热性，但是容易在燃烧的时候放出游离碳。出于这个原因，当使用包含大量芳环的热塑性树脂的时候，灭弧设备有可能会被炭腐蚀，因此问题在于灭弧设备的绝缘性质会降低。
为了改进灭弧设备的强度、耐压性、耐热性和绝缘性质，人们尝试着将强化纤维或金属氢氧化物之类的无机纤维加入绝缘性的热塑性树脂或热固性树脂中(参见日本专利3098042，JP-A-2-256110，JP-A-7-302535，JP-A-8-171847和WO98/36028)。但是，随着无机填料含量的增加，产生的热解气体的量会减少，会导致灭弧性质降低的问题。
另一方面，JP-A-2003-31063揭示了一种用于电绝缘的树脂模塑制品，其包含含水的微胶囊作为芯组分，还包含无机填料(包括氧化铝或氢氧化铝)。
WO2003/044818揭示了一种断路器，其使用通过对热塑性树脂(例如聚酯或聚酰胺)进行电子束处理制得的树脂加工制品。
JP-A-2003-31063所揭示的用于电绝缘的模塑制品包含含水的微胶囊作为芯组分，还包含无机填料，所述无机填料包括氧化铝或氢氧化铝。通过这种设计，当产生电弧，使得树脂模塑制品的表面热解，导致微胶囊碎裂，内部的水(水蒸气)释放出来，在树脂模塑制品的表面形成游离碳的时候，游离碳在作为催化剂的氧化铝存在下与水反应，生成一氧化碳或氢气。由此可以减少游离碳的量，同时灭弧设备的绝缘性质还有可能不易降低。但是，在JP-A-2003-31063中，没有就尝试抑制由于灭弧的时候产生热解气体而造成的灭弧设备内部压力升高开展研究，也没有就试图改进灭弧设备的耐热性和耐压性开展研究。
WO2003/044818通过对热塑性树脂施加电子束辐射，改进了树脂加工制品的强度、耐热性和耐压性，但是其效果不足。具体来说，电子束辐射中的电子束透过性可能不足，交联可能无法均匀地进行。另外，在灭弧性质方面几乎没有改进。另外，无法显著抑制灭弧时由于热解气体的产生而导致的灭弧设备内部压力的升高，灭弧设备容易由于灭弧的时候内部压力升高遭到破坏。
近年来，存在一种趋势，即希望断路器中使用的树脂材料的阻燃性不断提高。为了改进阻燃性，考虑了在灭弧材料中使用阻燃性树脂作为基质树脂。已知溴化物之类的卤化物对于树脂的阻燃性是很有效的，加入卤化物的树脂被广泛地用作阻燃性树脂。但是，根据燃烧条件，包含大量卤化物的阻燃性树脂有可能产生二噁类化合物。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种具有极佳阻燃性的灭弧树脂加工制品，其中内部压力升高较小，可以产生能够有效消除电流中断时产生的电弧的热解气体，而且具有能够耐受该情况下的温度升高的耐热性以及能够耐受内部压力升高的耐压性。
本发明的另一个目的是提供使用灭弧树脂加工制品的断路器。
为了达到上述目的，本发明的灭弧树脂加工制品包含含有以下组分(A)、(B)和(C)的树脂组合物：(A)聚烯烃树脂，其中亚甲基链上的一部分氢原子被羟基取代，所述聚烯烃树脂中的羟基含量为0.2-0.7摩尔/摩尔亚甲基，(B)包含水作为芯材料的微胶囊，(C)包含端部不饱和键的活性有机磷阻燃剂，对所述树脂组合物进行模塑，然后进行辐射交联。
附图说明
图1是本发明断路器的示例性断面透视图。
图2是用于所述断路器的灭弧室的透视图。
图3是用于所述断路器的灭弧设备的截面图。
具体实施方式
在本发明的灭弧树脂加工制品中，所述活性有机磷阻燃剂(C)的端部不饱和键与聚烯烃树脂(A)通过辐射反应和交联。辐射具有高透过性。因此，所述聚烯烃树脂(A)几乎是以三维网络结构形式均匀地交联的。因此，在灭弧树脂加工制品中，固定了相分离结构，因此具有极佳的耐热性和机械强度。另外，阻燃性组分稳定地结合入树脂中。因此，阻燃剂的渗出程度很小，可以表现出长时间的优良的阻燃性。
所述灭弧树脂加工制品包含微胶囊(B)，该微胶囊(B)包含水作为芯材料；另外，在聚烯烃树脂(A)中，侧链上的OH基团容易由于热解而解离。因此，当树脂加工制品的表面由于电弧而热解的时候，会产生包含大量氢气、H2O、O2和O的热解气体。结果，可以快速地灭弧。另外，对灭弧的贡献较小的组分，例如焦油组分的含量很少，灭弧设备的内部压力的升高可以得到抑制。在灭弧的时候，产生的游离碳(例如焦油组分)的量很少。因此，炭难以沉积在灭弧设备上，灭弧设备的绝缘性质不易降低。
在本发明的灭弧树脂加工制品中，所述树脂组合物优选包含1-70质量％的选自以下的至少一种无机填料：玻璃纤维、钛酸钡须晶、硅胶细小颗粒、勃姆石、滑石、高岭土、云母、碳酸镁和金属氢氧化物。根据该实施方式，树脂加工制品的强度和耐压性可以获得提高。
在本发明的灭弧树脂加工制品中，所述聚烯烃树脂(A)优选是乙烯-乙烯醇共聚物。
在本发明的灭弧树脂加工制品中，所述微胶囊(B)优选在芯材料中包含5-100质量％的水，在所述树脂组合物中所述微胶囊(B)的含量为0.5-90质量％。
根据以上各个实施方式，可以产生具有优良的灭弧性质的热解气体。结果，可以迅速灭弧，电弧电压不易降低。
在本发明的灭弧树脂加工制品中，所述活性有机磷阻燃剂(C)优选是以下式(I)和/或(II)表示的有机磷化合物，在所述树脂组合物中的含量为0.5-20质量％。
Figure A20091000673200071
式(I)中R1至R4各自表示CH2＝CY1-Y2-或者可能包含杂原子的单官能芳族烃基；R5表示可能包含杂原子的二官能芳族烃基；X1至X4各自表示选自-O-，-NH-和-(CH2＝CY1-Y2)N-的基团，X1至X4中的至少一种包括-NH-或-(CH2＝CY1-Y2)N-，R1至R4以及X1至X4中的至少一种包括CH2＝CY1-Y2，其中Y1表示氢或甲基，Y2表示包含1-5个碳原子的亚烷基或者-COO-Y3-，其中Y3表示包含1-5个碳原子的亚烷基。
Figure A20091000673200072
在式(II)中，一个分子中包含至少一个P-C键；Ar1和Ar2各自表示包含等于或少于20个碳原子且不含易动性氢的二官能芳族烃基；n是0-2的整数；R6至R10各自表示选自以下的基团：-NHCH2CH＝CH2，-N(CH2CH＝CH2)2，-OCH2CH＝CH2，-CH2CH＝CH2，-CH2CH2OCH＝CH2，-(C6H4)-CH＝CH2，-O(C6H4)-CH＝CH2，-CH2(C6H4)-CH＝CH2，-NH(C6H4)-CH＝CH2，-N(CH2CH＝CH2)-(C6H4)-CH＝CH2，-O-R-OOC-C(R’)＝CH2，-NH-R-NHCO-C(R’)＝CH2，包含等于或少于12个碳原子的芳基，其中R表示包含2-5个碳原子的亚烷基，R’表示氢或甲基；R6至R10中的至少一种包括-CH＝CH2基团或-C(CH3)＝CH2基团。
所述活性有机磷阻燃剂(C)在能量方面是稳定的，当与树脂一起粘合和模塑的时候不易蒸发。另外，所述活性有机磷阻燃剂(C)不易由于加热或剪切而分解，因此其模塑加工性不会变差。
另一方面，本发明的断路器包括具有固定接触点的固定接触器，具有可移动接触点的可移动接触器，所述可移动接触器与所述固定接触器相接触，对所述固定接触器发挥开关作用；该断路器还包括灭弧设备，该灭弧设备用来消除当所述固定接触器和可移动接触器发挥开关作用的时候产生的电弧；所述灭弧设备包括所述灭弧树脂加工制品。根据本发明的断路器，可以有效地消除在电流中断的时候在接触点产生的电弧，灭弧设备内部压力的升高可以受到抑制。结果，可以形成具有优良的中断性能(例如超负荷中断或短路中断)的小尺寸的断路器。
本发明的灭弧树脂加工制品具有极佳的强度、耐压性、耐热性、阻燃性和模塑加工性能，另外还能产生具有高灭弧功能的热解气体。因此，所述灭弧树脂加工制品可以有效地消除电流中断时在接触点产生的电弧，可以抑制灭弧设备中内部压力的升高。因此，使用所述灭弧树脂加工制品的本发明的断路器可以减小其尺寸，可以具有极佳的中断性能，例如过载中断或短路中断。
本发明的灭弧树脂加工制品是通过对包含以下组分的树脂组合物进行模塑，然后进行辐射交联而制得的：(A)聚烯烃树脂，其中亚甲基链上的一部分氢原子被羟基取代，所述聚烯烃树脂中的羟基(-OH)含量为0.2-0.7摩尔/摩尔亚甲基(-CH2-)，(B)包含水作为芯材料的微胶囊，(C)包含端部不饱和键的活性有机磷阻燃剂。
所述聚烯烃树脂(A)中羟基的含量为0.2-0.7摩尔/摩尔亚甲基，优选为0.2-0.65摩尔羟基/摩尔亚甲基。当羟基含量小于0.2的时候，在热解时具有极佳灭弧性质的热解气体难以产生。因此，电弧无法迅速消除，灭弧设备的内部压力会在电弧消失的时候增大。另一方面，当羟基含量超过0.7的时候，耐热性会降低。另外，热解温度会降低，使得通过熔融捏合进行模塑加工变得困难。
所述聚烯烃树脂(A)的分解潜热优选等于或大于30卡/克，更优选等于或大于40卡/克。为了增大聚烯烃树脂(A)的分解潜热，增大了羟基的含量。例如，对于亚甲基上的一部分氢原子被羟基取代，而且羟基的含量为0.2-0.7摩尔/摩尔亚甲基的聚烯烃树脂，其分解潜热为30-50卡/克。所述树脂的分解潜热可以通过在惰性气氛下，使待测树脂热解而测量。
这样的聚烯烃树脂优选是乙烯-乙烯醇共聚物。特别优选的是乙烯-乙烯醇共聚物，因为其具有优良的灭弧性质。但是，单独使用聚乙烯的时候具有较差的灭弧性质，单独使用聚乙烯醇的时候，模塑加工方法会受到限制。
微胶囊(B)包含水作为芯材料。所述微胶囊(B)的芯材料是含量优选为5-100质量％、更优选20-100质量％的水。当芯材料中包含等于或大于5质量％的水时，在灭弧的时候能够产生包含大量氢气或H2O并且具有高灭弧性的热解气体。
以微胶囊(B)的总量为基准计，所述芯材料的含量为5-90质量％，优选为10-70质量％。当以微胶囊(B)的总质量为基准计，所述芯材料的含量小于5质量％的时候，无法充分发挥冷却电弧的效果。当含量超过90质量％的时候，所述芯材料容易由于微胶囊涂层厚度的减小而在大气中蒸发，无法充分获得灭弧时芯材料冷却电弧的效果。
所述微胶囊(B)的涂层膜优选由包含苯乙烯聚合物的组合物组成，更优选在该组合物中，在苯乙烯聚合物中包含0.1-30质量％的环氧聚合物，特别优选在该组合物中，在苯乙烯聚合物中包含1-10质量％的环氧聚合物。由于使用由苯乙烯聚合物形成的涂层膜，可以在微胶囊中包含水作为芯材料。另外，由于所述涂层膜是由包含处于苯乙烯聚合物中的环氧聚合物的组合物形成的，所以涂层膜的网络结构会变得致密，使得芯材料难以在大气中蒸发。因此，在灭弧的时候，可以制得具有更高氢气和H2O含量的热解气体。
所述微胶囊(B)的粒径优选为1-700微米，更优选为10-300微米。当所述粒径在上述范围内的时候，可以很容易地将微胶囊分散在模塑的制品中。
在所述树脂组合物中，微胶囊(B)的含量优选为0.5-90质量％，更优选为30-70质量％。当树脂组合物中微胶囊(B)的含量等于或小于0.5质量％的时候，几乎无法得到以上的效果；当含量超过90质量％的时候，制得的模塑制品缺乏强度。
所述活性有机磷阻燃剂(C)是包含端部不饱和键的有机磷化合物，优选是下式(I)和(II)表示的有机磷化合物。
Figure A20091000673200101
式(I)中R1至R4各自表示CH2＝CY1-Y2-或者可能包含杂原子的单官能芳族烃基；R5表示可能包含杂原子的二官能芳族烃基；X1至X4各自表示选自-O-，-NH-和-(CH2＝CY1-Y2)N-的基团，X1至X4中的至少一种包括-NH-或-(CH2＝CY1-Y2)N-，R1至R4以及X1至X4中的至少一种包括CH2＝CY1-Y2，其中Y1表示氢或甲基，Y2表示包含1-5个碳原子的亚烷基或者-COO-Y3-，其中Y3表示包含1-5个碳原子的亚烷基。
Figure A20091000673200102
在式(II)中，一个分子中包含至少一个P-C键；Ar1和Ar2各自表示包含等于或少于20个碳原子且不含易动性氢的二官能芳族烃基；n是0-2的整数；R6至R10各自表示选自以下的基团：-NHCH2CH＝CH2，-N(CH2CH＝CH2)2，-OCH2CH＝CH2，-CH2CH＝CH2，-CH2CH2OCH＝CH2，-(C6H4)-CH＝CH2，-O(C6H4)-CH＝CH2，-CH2(C6H4)-CH＝CH2，-NH(C6H4)-CH＝CH2，-N(CH2CH＝CH2)-(C6H4)-CH＝CH2，-O-R-OOC-C(R’)＝CH2，-NH-R-NHCO-C(R’)＝CH2，包含等于或少于12个碳原子的芳基，其中R表示包含2-5个碳原子的亚烷基，R’表示氢或甲基；R6至R10中的至少一种包括-CH＝CH2基团或-C(CH3)＝CH2基团。
也即是说，上述有机磷化合物是包含-CH＝CH2基团和-C(CH3)＝CH2基团中的至少一种作为端部不饱和基团的化合物。该官能团是用来通过辐射能的辐射而与聚烯烃树脂(A)结合的官能团。优选在一个分子中包含两个或更多个端部不饱和键。
在式(I)表示的化合物中，CH2＝CY1-Y2-基团的具体例子包括CH2＝CH-CH2-，CH2＝CH-CH2CH2CH2-，CH2＝C(CH3)-CH2-，CH2＝CHCOO-CH2CH2-和CH2＝C(CH3)COO-CH2CH2-。
R1至R4可能包含杂原子的单官能芳烃基团优选是包含6-14个碳原子的芳烃基团。具体例子包括-C6H5-(苯基)，-C6H5OH-(羟基苯基)，-C6H5-C6H5OH-(羟基联苯基)，-CH2C6H5-(苄基)，-α-C10H7-(α-萘基)以及-β-C10H7-(β-萘基)。
R5可能包含杂原子的二官能芳烃基团优选是包含10-14个碳原子的芳烃基团。具体例子包括-p-C6H4-p-C6H4-，-p-C6H4-CH2-p-C6H4-，-p-C6H4-C(CH3)2-p-C6H4-，-p-C6H4-C(＝O)-p-C6H4-，-p-C6H4-SO2-p-C6H4-和2，6-C10H6＜(2，6-亚萘基)。
在本发明中，所述芳烃基不仅包含上述的芳烃基，例如苯基或-p-C6H4-p-C6H4-，而且包含除了芳烃基团以外还具有杂原子(例如氧或硫)的基团，例如上文所述的羟基苯基或-p-C6H4-SO2-p-C6H4-。
式(I)表示的有机磷化合物的例子包括以下式(I-1)-(I-18)所示的化合物。
Figure A20091000673200121
Figure A20091000673200131
Figure A20091000673200141
以上化合物可通过例如WO2005/012415所描述的方法合成。例如，上面(I-1)所示的化合物可以通过以下方式合成：将磷酰氯加入二甲基乙酰胺(DMAc)中，将溶有4，4’-联苯醇和三乙胺的DMAc溶液滴加入所得的溶液中进行反应，然后与烯丙基胺和三乙胺的混合溶液反应。
式(II)表示的化合物中，包含等于或少于12个碳原子的芳基的例子包括-C6H5(苯基)，-C6H5OH(羟基苯基)，-C6H5-C6H5OH(羟基联苯基)，-α-C10H7(α-萘基)以及-β-C10H7(β-萘基)。
Ar1和Ar2包含等于或少于20个碳原子、不含易动性氢的二官能芳烃基的例子包括p-C6H4-，p-C6H4-O-，-O-p-C6H4-O-，-p-C6H4-p-C6H4-，-p-C6H4-CH2-p-C6H4-，-p-C6H4-C(CH3)2-p-C6H4-，-p-C6H4-C(＝O)-p-C6H4-，-p-C6H4-SO2-p-C6H4-和2，6-C10H6＜(2，6-亚萘基)。易动性氢表示官能团中包含的高反应性氢，其倾向于通过很容易地与金属钠、卤化钠等在常温下反应而形成氢键和生成氢气，例如为-OH(羟基)，-NHCO-(酰胺键)或-NHCOO-(氨基甲酸酯基键)。
式(II)表示的有机磷化合物的例子包括以下结构式(II-1)至(II-23)所示的化合物。其中，(II-1)至(II-12)是其中n＝0的化合物，即一个分子中包含两个磷原子。另外，(II-13)至(II-20)是其中n＝1的化合物，即一个分子中包含三个磷原子。(II-21)至(II-23)是其中n＝2的化合物，即一个分钟包含四个磷原子。
Figure A20091000673200151
Figure A20091000673200161
Figure A20091000673200171
Figure A20091000673200181
以上化合物可通过例如WO2005/087852所描述的方法合成。例如，以上(II-1)所示的化合物可以通过以下步骤合成：使用4，4’-二氯联苯作为原料，使其与磷酰氯反应，并进一步与烯丙基溴反应，将不饱和基团引入端基。
在所述树脂组合物中，所述活性有机磷阻燃剂(C)的含量优选为0.5-20质量％，更优选为8-20质量％。当树脂组合物中活性有机磷阻燃剂(C)的含量小于0.5质量％的时候，几乎无法改进阻燃性，另外，树脂组合物的交联密度较差。因此，物理性质(例如强度、耐压性和耐热性)几乎无法获得改进。当含量超过20质量％的时候，活性有机磷阻燃剂过量，有可能产生未反应单体和活性有机磷阻燃剂的分解气体，低聚产物会渗出。
在本发明的灭弧树脂加工制品中，所述树脂组合物优选包含选自以下的至少一种无机填料(D)：强化纤维、钛酸钡须晶、硅胶细小颗粒、勃姆石、滑石、高岭土、云母、碳酸镁和金属氢氧化物。通过包含这些无机填料，所述灭弧树脂加工制品的强度、耐压性和耐热性获得改进，另外可以改进尺寸稳定性。
强化纤维的例子包括玻璃纤维、碳纤维和金属纤维。从强度和与树脂或无机填料的粘着性来看，优选使用玻璃纤维。这些强化纤维可以单独使用或者两种或更多种混合使用，可以是用常规的表面处理剂(例如癸烷偶联剂)处理的纤维。另外，玻璃纤维优选经过了表面处理，还用树脂覆盖。这样可以改进与树脂的粘着性。
当金属氢氧化物的粒径为1-10微米的时候，其在树脂中的分散性获得改进。为了抑制内部压力的升高，优选使用氢氧化铝、勃姆石和氢氧化镁。
在所述树脂组合物中，所述无机填料(D)的含量优选为1-70质量％，更优选为20-70质量％。当无机填料(D)的含量小于1质量％的时候，无法显著获得无机填料的效果；当含量超过70质量％的时候，产生的热解气体的量减少，结果灭弧性质会变差。
用于本发明的灭弧树脂加工制品的树脂组合物可以包含除了上述组分以外的各种常用添加剂，例如晶核形成剂、着色剂、抗氧化剂、脱模剂、增塑剂、热稳定剂、润滑剂或紫外抑制剂，这些其它添加剂的含量应使得本发明目的所预期的物理性质(例如耐热性、耐压性)不会受到显著影响。
本发明的灭弧树脂加工制品是通过对树脂组合物进行模塑，然后用辐射能对模塑的制品进行辐射而制得的。
用来对树脂组合物进行模塑的方法是常规方法。例如，通过对树脂组合物进行熔融捏合，然后制粒，然后通过常规的注塑、挤出成型、真空模塑或膨胀模塑进行模塑，可制得树脂加工制品。所述熔融捏合操作可以使用常规的熔融捏合处理机械进行，例如使用单螺杆或双螺杆挤出机、班伯里混合机(Banbury mixer)、捏和机或混合辊。捏合温度优选为170-230℃。当捏合温度低于170℃时，难以进行熔融捏合；当捏合温度超过230℃时，树脂组合物的羟基会解离，从而降低灭弧性质。
本发明的灭弧树脂加工制品可通过对这样制得的树脂模塑制品进行辐射而制得。辐射具有高透过性。因此，所述树脂组合物可以相当均匀地交联，可以使模塑的制品具有良好的强度、耐压性和耐热性。
可以使用α-射线、γ-射线、X-射线、紫外线等作为辐射能，对树脂模塑制品进行辐射，优选的是γ-射线，因为其透过性很强，可以均匀地进行辐射。
辐射的剂量优选等于或大于10千戈瑞，更优选为10-45千戈瑞。当辐射剂量在该范围内的时候，通过交联可以得到具有如上所述极佳的物理性质的灭弧树脂加工制品。当辐照剂量小于10千戈瑞的时候，通过交联形成的三维网络结构是非均相的，未反应的交联剂有可能会渗出。另一方面，当辐照剂量超过45千戈瑞的时候，由于氧化分解产物造成的树脂加工制品的内部应变得以保留，有可能造成变形、收缩等问题。
这样制得的本发明的灭弧树脂加工树脂具有极佳的强度、耐压性、耐热性、灭弧性质和阻燃性，可以优选地用作断路器的灭弧设备。
本发明的断路器如下所述。
本发明的断路器包括：具有固定接触点的固定接触器；具有可移动接触点的可移动接触器，所述可移动接触器与所述固定接触器接触，对所述固定接触器进行开关操作；以及灭弧装置，用来消除当所述固定接触器和可移动接触器之间进行开关操作的时候产生的电弧。
图1-3中显示了这样的断路器的一个例子作为具体例子。图1是断路器的断面透视图，图2是灭弧设备的透视图，图3是断路器的截面图。
在图1中，与具有整体形成的电源侧端部4的固定接触器5相对的边缘以U形折回，使其顺着可移动接触器1，在折回部5a的顶点提供了固定接触点7，该固定接触点7与可移动接触器1的可移动接触点6相接触。另外，在固定接触器5上提供了角形避电弧器9，其引导着可移动接触点6和固定接触点7之间产生的电弧朝向灭弧设备。
所述灭弧设备由栅格2和灭弧室13组成。多个栅格2以特定的距离叠置在绝缘材料12上，其结构设计使得可移动接触器1通过形成于栅格2上的V形凹槽2a在图1中实线所示的闭合位置和虚线所示的打开位置之间进行开关作用。另外，通过本发明的灭弧树脂加工制品形成的灭弧室13提供于所述可移动接触器1和栅格2之间。
在图1和图3中，所述绝缘材料12包括一对匹配的侧壁12a，以及在上部和下部将所述侧壁相连的连接件12b和12c，其通过抗电弧的三聚氰胺模塑树脂整体性地模塑。在朝向右侧壁和左侧壁12a的内部表面上以多步的形式形成具有矩形截面的凹槽14，以从侧壁12a的靠近可移动接触器1的侧端面(图3的右侧端面)倾斜地升起，所述栅格2被压入凹槽14中，以将右侧壁和左侧壁12a桥连。
另一方面，所述灭弧室13具有匹配的成对侧壁13a，以及沿着栅格2的凹槽2a以弧形将右侧壁和左侧壁13a的上端相连的前壁13b。用来分隔灭弧设备和开关机构的分隔壁15和用来覆盖所述可移动接触器1的上表面的绝缘盖片整体性地模塑于所述灭弧室13中。沿可移动接触器1的开关运动路径，在分隔壁15上提供了裂缝15a。在绝缘盖片16上提供了暴露出所述固定接触点7的窗口16a。在所述灭弧室13中，分隔壁15从图3中的右侧与绝缘材料12的内侧结合，以接触所述绝缘材料侧壁12a的边缘面，通过绝缘盖片16支承在固定接触点5上，通过与未显示的断路器的主体盖片保持在一起而固定。在此情况下，如图3所示，灭弧室13的侧壁13a从内侧覆盖了位于可移动接触器1两个侧面的栅格2的两个腿部(凹槽2a的两个侧面)，前壁13b位于最上部栅格2的凹槽2a的背后部分。
在以上的结构中，当中断电流的时候，在可移动接触点6和固定接触点7之间产生电弧，该电弧被引入栅格2中并被消除。在此情况下，栅格2的两个腿部都被灭弧室13的侧壁13a从内部覆盖，受到屏蔽而免受电弧的影响。结果，该部分免于受到电弧的熔融和散射；另外，从邻近电弧的侧壁13a产生具有高灭弧性质的热解气体，电弧的冷却受到促进，从而迅速消除电弧。
在以下实施例中更详细地描述了本发明，但是本发明并不限于此。
实施例1
加入了70质量份的聚烯烃树脂(商品名：EVAL-L104B，库拉雷有限公司(Kuraray Co.，Ltd.)生产)、20质量份的微胶囊(尼塞技术有限公司(manufactured by Nissei Technica Co.，Ltd.)生产)和10质量份的式(I-14)表示的活性有机磷阻燃剂，使用侧流式双螺杆挤出机(日本钢铁工业有限公司(Japan Steels Works，Ltd.)生产)在220℃捏合，制得树脂粒料，所述聚烯烃树脂包含0.58摩尔羟基/摩尔亚甲基，所述微胶囊的胶囊涂层膜是聚苯乙烯，包含95％的水作为芯材料。该树脂粒料在80℃干燥7小时，然后使用注塑机(α50C，FANUC生产)在树脂温度215℃、模具温度50℃的条件下进行模塑。使用钴60作为辐射源，以25千戈瑞的剂量用γ射线进行辐射，制得实施例1的灭弧树脂加工制品。
实施例2
加入50质量份的聚烯烃树脂(商品名：EVAL-L104B，库拉雷有限公司(Kuraray Co.，Ltd.)生产)、15质量份微胶囊(尼塞技术有限公司(manufactured by Nissei Technica Co.，Ltd.)生产)、10质量份氢氧化镁(商品名：N-4，神岛化学有限公司(Konoshima Chemical Co.，Ltd.)生产)、20质量份玻璃纤维(商品名：03.JAFT2Ak25，旭硝子纤维玻璃有限公司(Asahi FiberGlass Co.，Ltd.)生产)和5质量份的式(II-3)所示的活性有机磷阻燃剂，使用侧流式双螺杆挤出机(日本钢铁工业有限公司(Japan Steels Works，Ltd.)生产)在220℃捏合，制得树脂粒料，所述聚烯烃树脂包含0.58摩尔羟基/摩尔亚甲基，所述微胶囊的涂层膜是聚苯乙烯，芯材料中水的含量为95％。该树脂粒料在80℃干燥7小时，然后使用注塑机(α50C，FANUC生产)在树脂温度215℃、模具温度50℃的条件下进行模塑。使用钴60作为辐射源，以25千戈瑞的剂量用γ射线对模塑的产品进行辐照，制得实施例2的灭弧树脂加工制品。
实施例3
加入52质量份的聚烯烃树脂(商品名：EVAL-L104B，库拉雷有限公司(Kuraray Co.，Ltd.)生产)、20质量份微胶囊(尼塞技术有限公司(manufactured by Nissei Technica Co.，Ltd.)生产)、20质量份氢氧化镁(商品名：N-4，神岛化学有限公司(Konoshima Chemical Co.，Ltd.)生产)和8质量份的式(II-3)所示的活性有机磷阻燃剂，使用侧流式双螺杆挤出机(日本钢铁工业有限公司(Japan Steels Works，Ltd.)生产)在220℃捏合，制得树脂粒料，所述聚烯烃树脂包含0.58摩尔羟基/摩尔亚甲基，所述微胶囊的涂层膜是聚苯乙烯，芯材料中水的含量为95％。该树脂粒料在80℃干燥7小时，然后使用注塑机(α50C，FANUC生产)在树脂温度215℃、模具温度50℃的条件下进行模塑。使用钴60作为辐射源，以25千戈瑞的剂量用γ射线对模塑的产品进行辐照，制得实施例3的灭弧树脂加工制品。
比较例1
在与实施例1相同的条件下捏合制得树脂粒料，不同之处在于，不使用活性有机磷阻燃剂。该树脂粒料在80℃干燥7小时，然后使用注塑机(α50C，FANUC生产)在树脂温度215℃、模具温度50℃的条件下进行模塑，制得比较例1的灭弧树脂加工制品。
比较例2
在与实施例2相同的条件下捏合制得树脂粒料，不同之处在于，不使用活性有机磷阻燃剂。该树脂粒料在80℃干燥7小时，然后使用注塑机(α50C，FANUC生产)在树脂温度215℃、模具温度50℃的条件下进行模塑，制得比较例2的灭弧树脂加工制品。
比较例3
比较例3的灭弧树脂加工制品按照与实施例2相同的方式制备，不同之处在于，使用另外种类的不具有活性的有机磷阻燃剂(商品名：HCA-HQ，三光化工有限公司(Sanko Chemical Industry Co.，Ltd.)生产)代替所述活性有机磷阻燃剂。
比较例4
比较例4的灭弧树脂加工制品通过与实施例2相同的方式制备，不同之处在于，使用溴阻燃剂(商品名：Great Lakes pdbs-80，大湖公司(GreatLakes)生产)代替所述活性有机磷阻燃剂。
比较例5
比较例5的灭弧树脂加工制品通过与实施例2相同的方式制备，不同之处在于，使用聚乙烯树脂(商品名：HJ362，日本聚乙烯公司(NipponPolyethylene Corporation)生产)代替包含0.58摩尔羟基/摩尔亚甲基的聚烯烃树脂(商品名：EVAL-L104B，库拉雷有限公司(Kuraray Co.，Ltd.)生产)。
比较例6
加入25质量份不饱和聚酯树脂(商品名：7527，U-PICA有限公司生产)、35质量份Al(OH)3、5质量份苯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、0.3质量份作为聚合引发剂的叔丁基过氧化物Z和4.7质量份的粘度改性剂，用捏和机进行捏合，在进行捏合的同时，加入30质量份的玻璃纤维(商品名0.3.JAFTAk25，旭硝子纤维玻璃有限公司(Asahi Fiber Glass Co.，Ltd.)生产)并进行分散，从而制得主体模塑化合物。对该主体模塑化合物进行模塑，然后在140-150℃进行聚合，制得比较例6的灭弧树脂加工制品。
对实施力1-3以及比较例1-6的灭弧树脂加工制品的模塑加工性能进行评价。另外，使用每种灭弧树脂加工制品作为图1的断路器的灭弧室13，进行短路测试、耐热测试和阻燃测试。
短路测试如下进行。在闭合的情况下，电流在440伏/50千安的三相条件下通过，打开可移动接触器，产生电弧电流。测定灭弧设备在该电弧电流下的中断性质(灭弧性质)、是否存在破损(内部压力性质)和表面状态(耐热性)。
当短路电流中断的时候，中断性质被认为是“可接受的”。
当对是否存在起泡或下陷之类的问题进行观察时，如果没有观察到这类问题，则模塑加工性被看作是“可接受的”。
如下所述判断阻燃性。根据UL-94测试方法制备试样(长：5英寸，宽：1/2英寸，厚：3.2毫米)。将试样垂直固定，记录下用煤气灯引燃10秒之后的燃烧时间。火熄灭之后，进行10秒钟的第二次引燃，记录下引燃之后的燃烧时间。根据UL-94测试方法，通过总燃烧时间、第二次火熄灭之后的红热燃烧(炽热)时间以及是否存在能引燃棉花的滴落物，对阻燃性进行判断。
如果在120℃的环境下接触阻抗能够保持300小时，则金属污染被看作是“可接受的”，接触阻抗值等于或小于50mΩ。
以上测试结果列于下表1。
表1
Figure A20091000673200251

Claims (6)

1.一种灭弧树脂加工制品，其包含含有以下组份(A)、(B)和(C)的树脂组合物：(A)聚烯烃树脂，其中亚甲基链上的一部分氢原子被羟基取代，所述聚烯烃树脂中的羟基含量为0.2-0.7摩尔/摩尔亚甲基，(B)包含水作为芯材料的微胶囊，(C)包含端部不饱和键的活性有机磷阻燃剂，对所述树脂组合物进行模塑，然后进行辐射交联。
2.如权利要求1所述的灭弧树脂加工制品，其特征在于，所述树脂组合物包含1-70质量％的选自以下的至少一种无机填料(D)：玻璃纤维、钛酸钡须晶、硅胶细小颗粒、勃姆石、滑石、高岭土、云母、碳酸镁和金属氢氧化物。
3.如权利要求1或2所述的灭弧树脂加工制品，其特征在于，所述聚烯烃树脂(A)是乙烯-乙烯醇共聚物。
4.如权利要求1-3中任一项所述的灭弧树脂加工制品，其特征在于，所述微胶囊(B)在芯材料中包含5-100质量％的水，在所述树脂组合物中所述微胶囊(B)的含量为0.5-90质量％。
5.如权利要求1-4中任一项所述的灭弧树脂加工制品，其特征在于，所述活性有机磷阻燃剂(C)是以下式(I)和/或(II)表示的有机磷化合物，在所述树脂组合物中的含量为0.5-20质量％：
Figure A2009100067320002C1
式中R1至R4各自表示CH2＝CY1-Y2-或者可能包含杂原子的单官能芳烃基团；R5表示可能包含杂原子的二官能芳烃基团；X1至X4各自表示选自-O-，-NH-和-(CH2＝CY1-Y2)N-的基团，X1至X4中的至少一种包括-NH-或-(CH2＝CY1-Y2)N-，R1至R4以及X1至X4中的至少一种包括CH2＝CY1-Y2，其中Y1表示氢或甲基，Y2表示包含1-5个碳原子的亚烷基或者-COO-Y3-，其中Y3表示包含1-5个碳原子的亚烷基；
Figure A2009100067320003C1
其中一个分子中包含至少一个P-C键；Ar1和Ar2各自表示包含等于或少于20个碳原子且不含易动性氢的二官能芳烃基团；n是0-2的整数；R6至R10各自表示选自以下的基团-NHCH2CH＝CH2，-N(CH2CH＝CH2)2，-OCH2CH＝CH2，-CH2CH＝CH2，-CH2CH2OCH＝CH2，-(C6H4)-CH＝CH2，-O(C6H4)-CH＝CH2，-CH2(C6H4)-CH＝CH2，-NH(C6H4)-CH＝CH2，-N(CH2CH＝CH2)-(C6H4)-CH＝CH2，-O-R-OOC-C(R’)＝CH2，-NH-R-NHCO-C(R’)＝CH2，包含等于或少于12个碳原子的芳基，其中R表示包含2-5个碳原子的亚烷基，R’表示氢或甲基；R6至R10中的至少一种包括-CH＝CH2基团或-C(CH3)＝CH2基团。
6.断路器，其包括：具有固定接触点的固定接触器；具有可移动接触点的可移动接触器，所述可移动接触器与所述固定接触器接触，对所述固定接触器进行开关操作；以及灭弧装置，用来消除当所述固定接触器和可移动接触器之间进行开关操作的时候产生的电弧，
所述灭弧装置包括如权利要求1-5中任一项所述的灭弧树脂加工制品。
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