CN103525297A - 用于熔断器的耐高温绝热绝缘涂层及其制备方法 - Google Patents

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赵晓辉
熊杰
陶伯万
朱昌伟
徐文立
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Abstract

本发明提供了一种用于熔断器的耐高温绝热绝缘涂层，以及其制备方法，用于改善熔断器熔断特性，提高片式熔断器的抗爆性。本发明涂层的涂料通过在耐高温绝缘有机硅树脂中添加无机粉体与气凝胶制备得到，添加无机粉体与气凝胶能够改善了涂层的连接性及熔断器表面的附着能力，增强涂层的强度和硬度；同时提升有机硅树脂的耐高温特性；并且，气凝胶的添加提高了涂层的绝热特性；从而有效改善熔断器的熔断特性。利用气凝胶的空间网状结构实现有效的空间隔断，抑制电弧的产生，提高片式熔断器的抗爆特性。本发明耐高温绝热绝缘涂层制备方法工艺简单可靠，制备成本低，并且能够与片式熔断器的生产方法进行良好的整合。

Description

用于熔断器的耐高温绝热绝缘涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于电子材料领域，特别涉及一种用于熔断器的耐高温绝热绝缘涂层及其制备方法。
背景技术
熔断器也被称为保险丝，它是一种安装在电路中，保证电路安全运行的电路保护元件。当流过熔断器的电流超过规定值时，其本身产生的热量会使熔体熔断，断开电路从而起到保护电路的作用。随着各类电子元器件的集成化和功率的不断提升，熔断器日益受到人们的重视，其熔断特性的好坏，对各类电子器件和设备的技术指标、稳定运行起着决定性的作用。
目前，为满足元器件日益小型化和高度集成化的需求，片式熔断器因其更小的尺寸和厚度成为了广泛研究的重点。片式熔断器正常工作中，当流过熔体的电流在超出额定电流时会发生高温熔融，断开电路从而保护电路。但由于熔断器自身热量的散失，熔体的熔断特性会下降，削弱对电路的保护功能；同时当在熔断器两端施加大电流后，熔体温度不断升高，在熔断前会有部分熔体金属气化，从而导致空气的电阻变低，产生电弧，发生电弧放电导致爆炸，对电路产生破坏。为提高和改善片式熔断器的熔体分断能力及抗爆性，则需要对熔体进行绝热绝缘保护，能够在较小的尺寸和厚度内实现良好的绝缘性能；同时在较高的温度下不产生破坏、降解或绝缘性能下降。因此，耐高温绝热绝缘涂层成为我们的研究重点。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于熔断器的耐高温绝热绝缘涂层及其制备方法，用于改善熔断器熔断特性，提高片式熔断器的抗爆性。该耐高温绝热绝缘涂层具有良好的绝热、绝缘、耐高温特性，具有一定的强度和硬度，并且制备方法工艺简单，制备成本低，完全能够与片式熔断器的生产方法进行良好的整合。
本发明方法采用的技术方案是：用于熔断器的耐高温绝热绝缘涂层，其特征在于，所述涂层的涂料包括有机硅树脂与无机填料，其质量比为1～10:1；所述无机填料包括无机粉体与气凝胶，质量比为1～4:2。
优选的，所述无机粉体为云母粉、滑石粉、钛白粉、氧化锌、石棉、晶须硅中的一种或一种以上；所述有机硅树脂为甲基苯基硅树脂或有机硅塑料；所述的气凝胶为超临界干燥制备得到的亲水基或疏水基气凝胶；该耐高温绝热绝缘涂层厚度为1～100μm。
本发明用于熔断器的耐高温绝热绝缘涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）无机填料制备：首先将无机粉体与气凝胶分别在玛瑙研钵中研磨10-20min，然后将研磨后的无机粉体与气凝胶按质量比1～4:2均匀混合，加入无水乙醇，用超声波发生机进行超声分散20-30min，形成均一稳定的悬浊液后，真空抽滤除去乙醇溶剂，并进行真空干燥，所得粉体即为无机填料；
（2）涂料制备：将有机硅树脂与无机填料按质量比1～10:1在室温下混合并搅拌10-20min，最后在浆料中添加1-3%的有机催干剂，混合均匀即得涂料；
（3）涂层涂覆：将涂料均匀刷涂或丝网印刷于熔断器表面，静置30-60min后即得耐高温绝热绝缘涂层。
优选的，步骤（1）中真空干燥在真空干燥箱中进行，干燥温度为100℃，干燥时间为24小时；步骤（3）中涂料涂覆于熔断器表面后可以放入烤箱中进行进一步烘烤处理，烘烤温度为150～200℃，保温时间为30～120min，烘烤结束后自然降温至室温。
本发明提供了一种用于熔断器的耐高温绝热绝缘涂层，以及其制备方法，用于改善熔断器熔断特性，提高片式熔断器的抗爆性。本发明耐高温绝热绝缘涂层的涂料通过在耐高温绝缘有机硅树脂中添加无机粉体与气凝胶制备得到，添加无机粉体与气凝胶能够改善了涂层的连接性及熔断器表面的附着能力，增强涂层的强度和硬度；同时提升有机硅树脂的耐高温特性；并且，气凝胶的添加提高了涂层的绝热特性；从而有效改善熔断器的熔断特性。利用气凝胶的空间网状结构实现有效的空间隔断，抑制电弧的产生，提高片式熔断器的抗爆特性。另外，添加有机催干剂使得涂层在室温下即可具有较高的硬度，涂层硬度可以达到铅笔硬度H以上并与熔断器实现良好的附着。本发明耐高温绝热绝缘涂层制备方法工艺简单可靠，制备成本低，并且能够与片式熔断器的生产方法进行良好的整合。
附图说明
图1为本发明应用于片式熔断器的结构示意图。
图2为实施例1中制备得涂覆有耐高温绝热绝缘涂层的片式熔断器与常规片式熔断器熔断特性对比图。
图3为常规片式熔断器熔断后光学显微镜观察到的表面形貌图。
图4实施例1中制备得涂覆有耐高温绝热绝缘涂层的片式熔断器熔断后光学显微镜观察到的表面形貌图。
具体实施方式
下面结合具体实施例与附图，对本发明做详细说明。
实施例1
将本发明应用于片式熔断器，其结构示意图如图1所示。其耐高温绝热绝缘涂层的涂料包括有机硅树脂与无机填料，其质量比为2:1；所述无机填料包括无机粉体与气凝胶，质量比为4:3；其中无机粉体为2000目的云母粉、2000目的滑石粉，其质量比为1:1。
其制备方法包括如下步骤：
（1）将尺寸为15mm×10mm的制备有片式熔断器的Al2O3陶瓷基板先后置于酒精和丙酮溶液浸泡进行超声波清洗10分钟，取出基板在加热台上100℃加热烘干，冷却至室温备用。
（2）无机填料制备：首先将2000目的云母粉、2000目的滑石粉与气凝胶按质量比1:1:1.5在玛瑙研钵中研磨20min，加入到100ml无水乙醇中，用超声波发生机进行超声分散20min，得到均一稳定的悬浊液后，真空抽滤除去过量的乙醇，将滤出物在真空干燥箱中100℃温度下真空干燥24小时，所得粉体即为无机填料；
（3）涂料制备：将耐高温绝缘有机硅树脂与无机填料按质量比2:1在室温下混合并搅拌10min，使有机硅树脂对无机填料有效包裹，浆料同时具有较好的流动性；最后在浆料中添加1%的有机催干剂，混合均匀即得涂料；
（4）涂层涂覆：将制备得到涂料均匀刷涂在片式熔断器及Al2O3陶瓷基板上，在空气中静置30min后即得涂覆于片式熔断器表面的耐高温绝热绝缘涂层。
将本实施例制备的涂覆有耐高温绝热绝缘涂层的片式熔断器置于管式炉中，进行高温测试。在400℃下恒温20分钟，涂层形貌没有明显变化，无变色、无裂纹、无结构破坏。由于熔断器一般熔断温度在900℃左右，因此在900℃下进行热冲击测试；涂层在900℃下恒温20秒，表面仍然保持了良好的连接性，无明显烧蚀现象、无裂纹、无结构破坏，同时高温冲击后涂层在基板上的附着强度良好，证明本涂层耐高温特性良好。室温下，采用四探针法测量涂层的电阻大于1000兆欧，绝缘性能优良；高温热冲击之后，涂层仍然保持了良好的绝缘特性（>200兆欧)；说明本实施制得耐高温绝热绝缘涂层能够达到绝缘绝热耐高温特性要求，并且有一定的强度，与熔断器附着强度良好。
将本实施例中的涂覆有耐高温绝热绝缘涂层的片式熔断器与常规片式熔断器进行熔断特性对比，其结果如图2所示。熔断特性测试采用3A的稳流源加载在保险丝两端，通过测量电压的变化来判断保险丝的熔断情况。从图中可以看出，与常规片式熔断器相比，涂覆有耐高温绝热绝缘涂层的片式熔断器电压变化更加平稳，扰动较少；在固定电流下，涂覆有涂层的片式熔断器熔断所需的时间几乎缩短为原来的一半，并且熔断前电压无明显波动和上升，熔断时电压变化更为陡峭；同时测试过程中温升也较小。说明耐高温绝热绝缘涂层绝热绝缘性能良好，有效抑制了熔断器熔断时热量的散失，改善了熔断器熔断特性。
用光学显微镜观察片式熔断器熔断前后表面形貌，常规片式熔断器熔断后表面形貌如图3所示，表面由于电弧和高温的作用而呈现出明显的熔融、变色和断裂现象。本实施例中的涂覆有耐高温绝热绝缘涂层的片式熔断器熔断后表面形貌如图4所示，发现其形貌与熔断前的相比较无明显差别。说明该涂层有效的抑制了电弧的产生，在改善熔断器熔断特性的同时减少了瞬间热冲击对熔断器的破坏，并对熔断器的抗爆性能有了显著的提升。
本发明提供的用于熔断器的耐高温绝热绝缘涂层及其制备方法并不局限适用于片式熔断器。

Claims (8)

1.用于熔断器的耐高温绝热绝缘涂层，其特征在于，所述涂层的涂料包括有机硅树脂与无机填料，其质量比为1～10:1；所述无机填料包括无机粉体与气凝胶，质量比为1～4:2。
2.按权利要求1所述用于熔断器的耐高温绝热绝缘涂层，其特征在于，所述无机粉体为云母粉、滑石粉、钛白粉、氧化锌、石棉、晶须硅中的一种或一种以上。
3.按权利要求1所述用于熔断器的耐高温绝热绝缘涂层，其特征在于，所述有机硅树脂为甲基苯基硅树脂或有机硅塑料。
4.按权利要求1所述用于熔断器的耐高温绝热绝缘涂层，其特征在于，所述的气凝胶为超临界干燥制备得到的亲水基或疏水基气凝胶。
5.按权利要求1所述用于熔断器的耐高温绝热绝缘涂层，其特征在于，所述涂层厚度为1～100μm。
6.按权利要求1所述用于熔断器的耐高温绝热绝缘涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）无机填料制备：首先将无机粉体与气凝胶分别在玛瑙研钵中研磨10-20min，然后将研磨后的无机粉体与气凝胶按质量比1～4:2均匀混合，加入无水乙醇，用超声波发生机进行超声分散20-30min，形成均一稳定的悬浊液后，真空抽滤除去乙醇溶剂，并进行真空干燥，所得粉体即为无机填料；
（2）涂料制备：将有机硅树脂与无机填料按质量比1～10:1在室温下混合并搅拌10-20min，最后在浆料中添加1-3%的有机催干剂，混合均匀即得涂料；
（3）涂层涂覆：将涂料均匀刷涂或丝网印刷于熔断器表面，静置30-60min后即得耐高温绝热绝缘涂层。
7.按权利要求6所述用于熔断器的耐高温绝热绝缘涂层的制备方法，其特征在于，步骤（1）中真空干燥在真空干燥箱中进行，干燥温度为100℃，干燥时间为24小时。
8.按权利要求6所述用于熔断器的耐高温绝热绝缘涂层的制备方法，其特征在于，步骤（3）中涂料涂覆于熔断器表面后放入烤箱中进行进一步烘烤处理，烘烤温度为150～200℃，保温时间为30～120min，烘烤结束后自然降温至室温。
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