CN103606497A - 熔断器用灭弧浆料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种熔断器用灭弧浆料，其按重量比包括以下组分：产气材料5~40份、酚醛树脂0~10份、石英砂20~60份、有机溶剂0.6~10份、去离子水15~30份。所述产气材料主要为脲醛树脂等粉状材料；所述酚醛树脂可采用硼改性酚醛树脂等可溶于有机溶剂的耐高温树脂，主要作用是提高脲醛树脂的耐热性能；该灭弧浆料可通过填充或厚膜印刷等方式包覆在熔体周围，在电弧作用下会产生气体，促使电弧熄灭，石英砂的加入保证了金属熔体的快速冷却降温，从而使所述灭弧浆料可以用在250VAC/100A以上高电压大电流分断的场合。本发明的灭弧浆料具有生产成本低、操作简单、无卤环保、灭弧能力强等显著优点，适合用于目前常见的管壳式或厚膜印刷式表面贴装微型熔断器中。
Description
技术领域
本发明涉及一种分断能力在250VAC/100A以上表面贴装微型熔断器用的灭弧浆料，具体涉及一种以产气灭弧材料为基体的灭弧浆料，以及该浆料的制备方法。
背景技术
熔断器主要是由熔体和支撑或保护熔体的绝缘体组成，利用熔点较低的金属材料或浆料制成金属丝或片状电极等作为熔体，串联在被保护电路中，当电路或电路中的设备过载或发生故障时，熔体因发热而被瞬时熔断，从而切断电路，达到保护电路或设备的目的。随着熔断器微型化的发展，熔体的分断安全问题逐渐成为高电压大电流应用时需要考虑的重点因素。在故障电流过大或短路断开的瞬间，熔体上会产生能量强大的电弧，如果熔体附近没有设置熄灭此种电弧的材料，熔断器就会燃烧甚至有产生爆炸的危险，轻则烧毁电路中其他贵重元件，重则甚至会因电弧引燃发生火灾、危及人身安全。
熔体分断时电弧的成因主要为在电场力作用下的碰撞游离和高温状态下的热游离作用，使熔体本身和其周围介质中产生大量游离电子，因而，要使电弧熄灭，就必须使其间的消游离速度大于游离速度，即离子消失的速度大于离子产生的速度。一方面，电弧是由热游离维持的，降低电弧温度就可以减弱热游离，减少新带电质点的产生，同时也减小了带电质点的运动速度，加强了复合作用；另一方面，增加气体压力，电弧中质点的浓度就变大，质点间的距离减小，复合作用变强，电弧就容易熄灭。
CN102122595A公开了一种用于保险丝的灭弧剂，该灭弧剂在传统的石英砂灭弧材料中加入氯化盐，如氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化钡等，利用石英砂可瞬间吸取电弧产生的热量，高温分解出的氯离子可中和电弧产生的离子，避免电弧产生的离子在高温条件下被拉弧，从而起到很好的灭弧效果。但由于表面贴装微型熔断器中都有无卤的要求，并且卤盐具有较强的吸湿性能，对金属熔体长期使用过程中的可靠性影响较大，因而这种改进的应用范围有极大限制。专利FR2927465A1、US8089023B2、CA101503540A等中公布了一种具有极佳灭弧性能、耐热性、耐压性和模塑可加工性的灭弧树脂加工制品制作的断路器壳体，包括聚烯烃树脂、交联剂和金属氢氧化物三个部分，专利US2008237194A1、CN101615525A等中也公布了一种含有金属氢氧化物或三聚氰胺及胶粘剂等灭弧材料制作的熔断器用套管或衬管，利用金属氢氧化物与电弧接触时产生水蒸汽来熄灭电弧，剩余固体组合物形成的残留物不降低组合物的介电强度，但这样的灭弧材料虽然具有比较高的灭弧性能，但通常采用模塑、挤压成型为熔断器壳体，很难制成浆料形式而应用到表面贴装微型熔断器上。CN202977346U中公布了一种耐高压表面贴装式管状熔断器，通过在绝缘管内的熔体周围填充硅胶层，利用硅胶的高绝缘性和高耐压击穿能力来熄灭电弧，利用硅胶本身的弹性来吸收熔体熔断过程中产生的能量，然而实际操作时，这一结构在当熔断器的额定分断能力要求超过250VAC/50A时就失去了预期的作用。
某些固体有机绝缘材料如聚酰胺、有机玻璃等，在电弧的高温作用下能迅速气化，产生大量主要成分为氢及其化合物的气体，这些材料可称为产气灭弧材料。熔体分断时，产气材料受电弧侵蚀后产生气体，会增大产品内部压力，增加了游离离子的复合机率；另外产气材料产生的气体中含有H2，H2有良好的导热性能，对冷却电弧起到关键作用。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种灭弧浆料，其能够非常有效地熄灭熔体分断过程中产生的电弧，具有能够在电弧作用下快速分解产生灭弧气体，及承受该过程中内部压力冲击的机械强度，也具有快速吸收或传递电弧能量，及能够承受弧隙间高电压的介电强度。本发明的灭弧浆料可用于目前常见的表面贴装微型熔断器结构中管壳状熔断器的填充灭弧浆料，以及基板印刷式熔断器的印刷灭弧浆料。本发明的另一个目的是提供这种灭弧浆料的制备方法，该制备方法具有工艺简单，生产效率高，制造成本低等显著优点。
技术方案：为实现上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种熔断器用灭弧浆料，按重量比包括下述组分：产气材料5~40份、酚醛树脂0~10份、石英砂20~60份、有机溶剂0.6~10份、去离子水15~30份。
优选地，所述产气材料能够在电弧作用下放出气体，且挥发后炭残留量低。所述产气材料主要为脲醛树脂、三聚氰胺改性脲醛树脂或聚酰亚胺等粉状材料；所述酚醛树脂为可溶于有机溶剂的耐高温树脂。所述酚醛树脂采用硼改性耐高温酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂或酚醛树脂。所述石英砂的粒度为200目及以上的微细粉末。所述有机溶剂为无水乙醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）和工业酒精中的至少一种。
一种制备熔断器用灭弧浆料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)按重量比分别称取酚醛树脂和有机溶剂并混合，在室温~80℃的温度下搅拌，使酚醛树脂颗粒完全溶解；
2)按重量比分别称取产气材料和石英砂，加入到由步骤1得到的混合溶液中；
3)加入去离子水调节浆料粘度至可灌封或可印刷的粘度范围，得到本发明所述高分断能力表面贴装微型熔断器用灭弧浆料。
优选地，按重量比称取以下材料：产气材料5~40份、酚醛树脂0~10份、石英砂20~60份、有机溶剂0.6~10份、去离子水15~30份。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有下述有益效果，
1）、本发明，灭弧浆料，其能够非常有效地熄灭熔体分断过程中产生的电弧，具有能够在电弧作用下快速分解产生灭弧气体，及承受该过程中内部压力冲击的机械强度，也具有快速吸收或传递电弧能量，及能够承受弧隙间高电压的介电强度。
2）、本发明熔断器用灭弧浆料适用于高分断能力表面贴装微型熔断器，采用酚醛树脂改性脲醛树脂来改善脲醛树脂耐热性差方面的不足，使脲醛树脂的热分解温度提高到280℃以上，从而可以满足表面贴装熔断器回流焊或波峰焊等焊接要求；另外，固化后的产气灭弧浆料包覆在熔体周围形成具有一定强度和韧性的保护层，在电弧作用下会产生气体，促使电弧熄灭，石英砂的加入保证了金属熔体的快速冷却降温，从而使所述灭弧浆料可以用在250VAC/100A以上高电压大电流分断的场合。
3）、本发明灭弧浆料生产成本低，操作简单，无卤环保，适合作为目前常见高压表面贴装微型熔断器的填充与印刷浆料，并取代传统的石英砂灭弧填充工艺。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作详细地描述。
本发明熔断器用灭弧浆料按重量比包括下述组分：产气材料5~40份、酚醛树脂0~10份、石英砂20~60份、有机溶剂0.6~10份、去离子水15~30份。
所述产气材料能够在电弧作用下放出气体，且挥发后炭残留量低。所述产气材料为脲醛树脂、三聚氰胺改性脲醛树脂或聚酰亚胺粉状材料。所述酚醛树脂为可溶于有机溶剂的耐高温树脂。所述酚醛树脂采用硼改性耐高温酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂或酚醛树脂。所述石英砂的粒度为200目及以上的微细粉末。所述有机溶剂为无水乙醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）和工业酒精中的至少一种。
上述熔断器用灭弧浆料的制备方法，包括如下步骤：
1)按重量比分别称取酚醛树脂和有机溶剂并混合，在20~80℃的温度下搅拌，使酚醛树脂颗粒完全溶解；
2)按重量比分别称取产气材料和石英砂，加入到由步骤1得到的混合溶液中；
3)加入去离子水调节浆料粘度至可灌封或可印刷的粘度范围，既得高分断能力表面贴装微型熔断器用灭弧浆料。
实施例1
称取酚醛树脂0.128g，无水乙醇0.646g，在40℃水浴锅内加热并搅拌，使酚醛树脂完全溶解；在得到的溶液中加入1.067g脲醛树脂粉末、0.326g粗石英砂(粒度为200目)，0.200g细石英砂(粒度为500目)，再加入0.767g去离子水，调节其粘度至10 Pa·s的可灌封浆料。
将陶瓷管的一侧管壁中部形成一个0.3mm*0.05mm的长方形开孔，并按正常工艺组装成额定电流为2A、尺寸规格为6.1mm*2.5mm*2.5mm的表面贴装熔断器，并置于上述得到的灌封浆料中，对该浆料抽真空10min，使灭弧浆料灌封到管壳内部，然后采用自来水清洗熔断器表面，并按50℃/20minà80℃/20minà100℃/30min的干燥工艺进行固化，得到分断能力可满足250VAC/100A的高压熔断器。
对10pcs该熔断器产品进行250VAC/100A分断能力测试，分断测试后产品标记清晰，瓷管无明显开裂，无持续飞弧现象，在熔断器周围粘附棉花不会被引燃。
实施例2
称取硼改性耐高温酚醛树脂0.089g，DMF 0.356g，室温下搅拌至树脂完全溶解，再加入0.601g脲醛树脂、1.499g粗石英砂(粒度为250目)，1.052g细石英砂(粒度为800目)，并加入1.075g去离子水调节浆料粘度，得到本发明所述高分断能力表面贴装微型熔断器用灭弧浆料。
按实例1组装工艺得到额定电流为4A、尺寸规格为6.1mm*2.5mm*2.5mm的表面贴装熔断器，并置于上述得到的灌封浆料中，对该浆料抽真空10min，使灭弧浆料灌封到管壳内部，然后采用自来水清洗熔断器表面，并按50℃/20minà80℃/20minà100℃/30min的干燥工艺进行固化，得到分断能力可满足250VAC/100A的高压熔断器。
对10pcs该熔断器产品进行250VAC/100A分断能力测试，分断测试后产品标记清晰，瓷管无明显开裂，无持续飞弧现象，在熔断器周围粘附棉花不会被引燃。
实施例3
称取有机硅改性酚醛树脂0.067g，工业酒精0.892g，在60℃水浴锅内加热并搅拌，使酚醛树脂完全溶解；再加入改性脲醛树脂0.370g、石英砂2.943g(粒度为800目)，并加入0.816g去离子水调节浆料粘度到50 Pa·s，通过厚膜印刷工艺将所述灭弧浆料印刷在设计额定电流为2A、尺寸规格为6.1mm*2.5mm氧化铝陶瓷基板表面的熔断体图形上方，做为灭弧涂层，待树脂固化后再印刷一层保护层，即得到要求的熔断器产品。
对10pcs得到的熔断器产品进行250VAC/100A分断能力测试，分断测试后产品标记清淅，保护层无明显开裂，无持续飞弧引燃现象。
实施例4
称取硼硅双改性耐高温酚醛树脂0.067g，NMP 0.264g，在80℃水浴锅内加热并搅拌，使酚醛树脂完全溶解；再加入0.442g脲醛树脂和4.430g粒度为500目的石英砂，并加入1.116g去离子水调节浆料粘度，得到本发明所述高分断能力表面贴装微型熔断器用灭弧浆料。
按实例1组装工艺得到额定电流为5A、尺寸规格为6.1mm*2.5mm*2.5mm的表面贴装熔断器，并置于上述得到的灌封浆料中，对该浆料抽真空10min，使灭弧浆料灌封到管壳内部，然后采用自来水清洗熔断器表面，并按50℃/20minà80℃/20minà100℃/30min的干燥工艺进行固化，得到分断能力可满足250VAC/100A的高压熔断器。
对10pcs该熔断器产品进行250VAC/100A分断能力测试，分断测试后产品标记清晰，瓷管无明显开裂，无持续飞弧现象，在熔断器周围粘附棉花不会被引燃。
实施例5
称取聚酰亚胺0.452g，DMF 0.460g，在80℃水浴锅内加热并搅拌至完全溶解；再加入2.809g粒度为8000目的气相二氧化硅，并加入0.917g DMF调节浆料粘度，得到本发明所述高分断能力表面贴装微型熔断器用灭弧浆料。
按实例1组装工艺得到额定电流为5A、尺寸规格为6.1mm*2.5mm*2.5mm的表面贴装熔断器，并置于上述得到的灌封浆料中，对该浆料抽真空10min，使灭弧浆料灌封到管壳内部，然后采用自来水清洗熔断器表面，并按50℃/20minà80℃/20minà100℃/30min的干燥工艺进行固化，得到分断能力可满足250VAC/100A的高压熔断器。
对10pcs该熔断器产品进行250VAC/100A分断能力测试，分断测试后产品标记清晰，瓷管无明显开裂，无持续飞弧现象，在熔断器周围粘附棉花不会被引燃。
实施例6
称取聚酰亚胺0.536g，DMF 0.429g，在80℃水浴锅内加热并搅拌至完全溶解；再加入2.68g粒度为500目的无定形二氧化硅，并加入1.34g 无水乙醇调节浆料粘度，得到本发明所述高分断能力表面贴装微型熔断器用灭弧浆料。
按实例1组装工艺得到额定电流为5A、尺寸规格为6.1mm*2.5mm*2.5mm的表面贴装熔断器，并置于上述得到的灌封浆料中，对该浆料抽真空10min，使灭弧浆料灌封到管壳内部，然后采用自来水清洗熔断器表面，并按50℃/20minà80℃/20minà100℃/30min的干燥工艺进行固化，得到分断能力可满足250VAC/100A的高压熔断器。
对10pcs该熔断器产品进行250VAC/100A分断能力测试，分断测试后产品标记清晰，瓷管无明显开裂，无持续飞弧现象，在熔断器周围粘附棉花不会被引燃。
对比例1
采用高温硅胶（可耐温度≥300℃）按实施例1所述组装工艺得到额定电流为2A、尺寸规格为6.1mm*2.5mm*2.5mm的表面贴装熔断器产品，并抽真空灌封、室温固化24h后，进行250VAC/100A分断试验，分断后产品瓷管表面会发生喷黑现象，导致产品标记难以辨识，在熔断器周围粘附的棉花会被引燃。将高温硅胶:石英砂(1000目以上)=1:1~3（重量比）混合，可以进一步提高浆料的灭弧性能，但也只能得到最高额定电流为4A的产品满足250VAC/100A分断条件要求。
对比例2
采用奥斯邦185 UL阻燃硅胶为灭弧材料（可耐温度≥280℃），并加入硅烷偶联剂稀释得到合适灌封的粘度，按实施例1所述组装工艺得到额定电流为2A、尺寸规格为6.1mm*2.5mm*2.5mm的表面贴装熔断器产品，并抽真空灌封、室温固化24h、印刷保护层后，进行250VAC/100A分断试验，分断外观合格、无持续飞弧引燃现象；但组装成额定电流为2A以上规格的产品，分断测试时出现不同程度的喷黑现象。
另外，此灭弧浆料须采用专门的硅胶清洗剂清洗，材料成本对比实施例有明显提高。
可以理解的是这里所描述实施例的各种改变和变型对本领域技术人员来说是显而易见的，在不脱离本发明主题的精神和范围内做出其他改变但没有超出其预期优点时，可以认为这样的改变被附加的权利要求所覆盖。
Claims (9)
1.一种熔断器用灭弧浆料，其特征在于：按重量比包括下述组分：产气材料5~40份、酚醛树脂0~10份、石英砂20~60份、有机溶剂0.6~10份、去离子水15~30份。
2.根据权利要求1所述的熔断器用灭弧浆料，其特征在于：所述产气材料能够在电弧作用下放出气体，且挥发后炭残留量低。
3.根据权利要求2所述的熔断器用灭弧浆料，其特征在于：所述产气材料为脲醛树脂、三聚氰胺改性脲醛树脂或聚酰亚胺粉状材料。
4.根据权利要求1所述的熔断器用灭弧浆料，其特征在于：所述酚醛树脂为可溶于有机溶剂的耐高温树脂。
5.根据权利要求4所述的熔断器用灭弧浆料，其特征在于：所述酚醛树脂采用硼改性耐高温酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂或酚醛树脂。
6.根据权利要求1所述的熔断器用灭弧浆料，其特征在于：所述石英砂的粒度为200目及以上的微细粉末。
7.根据权利要求1所述的熔断器用灭弧浆料，其特征在于：所述有机溶剂为无水乙醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）和工业酒精中的至少一种。
8.一种制备权利要求1~7中任一权利要求所述的熔断器用灭弧浆料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)按重量比分别称取酚醛树脂和有机溶剂并混合，在20~80℃的温度下搅拌，使酚醛树脂颗粒完全溶解；
2)按重量比分别称取产气材料和石英砂，加入到由步骤1得到的混合溶液中；
3)加入去离子水调节浆料粘度至可灌封或可印刷的粘度范围，既得高分断能力表面贴装微型熔断器用灭弧浆料。
9.根据权利要求8所述的制备熔断器用灭弧浆料的方法，其特征在于：按重量比称取以下材料：产气材料5~40份、酚醛树脂0~10份、石英砂20~60份、有机溶剂0.6~10份、去离子水15~30份。
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Denomination of invention: Arc extinction slurry for fuse protector Effective date of registration: 20191203 Granted publication date: 20160622 Pledgee: Bank of China Limited Nanjing Chengdong Branch Pledgor: Nanjing Sart Technology Development Co., Ltd. Registration number: Y2019320000322 |
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Date of cancellation: 20201130 Granted publication date: 20160622 Pledgee: Bank of China Limited Nanjing Chengdong Branch Pledgor: NANJING SART AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2019320000322 |
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Denomination of invention: Arc extinguishing paste for fuse Effective date of registration: 20201201 Granted publication date: 20160622 Pledgee: Bank of China Limited Nanjing Chengdong Branch Pledgor: NANJING SART AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2020980008709 |
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Date of cancellation: 20211029 Granted publication date: 20160622 Pledgee: Bank of China Limited Nanjing Chengdong Branch Pledgor: NANJING SART SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2020980008709 |