CN104576253A - 一种耐高温老化的合金型热熔断体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐高温老化的合金型热熔断体及其制备方法，属电器设备用保险热熔断体制造技术领域。它由环氧树脂胶、助熔剂、热元件等构成；其特点是：壳体内安装的热元件两端分别焊装有引线，热元件周围填装有助熔剂；壳体开口处的引线周围填装有环氧树脂胶；添加耐高温老化填料及可调热膨胀系数矿物质的环氧树脂胶，隔绝空气好，有效防止热元件氧化。由松香、硬脂酸、EVA、三乙醇胺等组成的助熔剂，提高耐高温老化能力，防止热元件被腐蚀，高温老化时间可达10000小时，且熔断性好，产品质量高，结构简单，制作、使用安全方便。解决了现有技术受制于制作材料，导致耐受高温老化能力差、时间短，很难达到家电企业高质量标准要求的问题。

Description

一种耐高温老化的合金型热熔断体

技术领域

本发明涉及一种耐高温老化的合金型热熔断体，属电器设备用保险热熔断体制造技术领域。

背景技术

电器、电子设备类器件在故障状态下易出现超温现象，故按规定要使用合金型热熔断体加以保护，以避免高温导致电路起火烧毁电器、电子设备酿成火灾危及民众生命和财产安全。

业内生产合金型热熔断体都需要按国标进行抽样老化试验，通常老化时间为1700多个小时。因制作材料所限，现有合金型热熔断体在经过长时间高温老化后会出现不能正常熔断现象；当高温老化时间超过3500小时后，竟然有接近一半数量的合金型热熔断体不能正常熔断。家用电器的使用寿命一般可长达十年，但当家用电器使用几年后因出故障而超温需要热熔断体保护时，若其无法熔断行使保护功能则后果不堪设想。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高温老化时间可达10000小时，且熔断性好，产品质量高，结构简单，制作方便，使用安全；解决现有技术受制于制作材料，导致现有合金型热熔断体耐受高温老化能力差、时间短，很难达到家电企业高质量标准要求问题的耐高温老化的合金型热熔断体。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的

该耐高温老化的合金型热熔断体由壳体、引线、环氧树脂胶、助熔剂和热元件构成，壳体内安装有热元件，热元件左右两端分别焊装有引线，热元件的周围填装有助熔剂；壳体开口处的引线周围填装有环氧树脂胶；其特征在于：

所述的壳体由添加了30%玻璃纤维的聚酰胺66组成，壳体四周壁厚不小于0.6mm，底部厚度不小于0.7mm；

所述的引线由延伸率大于20%、直径为0.5mm～1.0mm的软质镀锡铜丝制成；

所述的助熔剂由下述质量份的原材料组成：

松香 80～94份， 硬脂酸 3～10份，

乙烯-醋酸乙烯共聚物 1～5份， 三乙醇胺 2～6份，

蓖麻油 0.2～1份， 癸二酸二正辛脂 0.2～1份；

助熔剂的软化温度要比热元件的额定动作温度低5℃～15℃；

所述的热元件由下述质量份的原材料组成：

Sn 40～50份， Bi 4～30份， In 20～56份；

热元件的额定动作温度为80℃～133℃，直径为0.56mm～1.0mm；4mm长度的热元件的内电阻应小于5mΩ；

所述的环氧树脂胶由下述质量份的原材料组成：

酚醛环氧树脂 45～65份， 气相二氧化硅 0.2～1份，

消泡剂 0.3～0.6份， 碳酸钙 8～15份，

氢氧化铝 10～20份， 脂环胺 12～20份；

环氧树脂胶的热变形温度要高于160℃，或比热元件的额定动作温度高30℃以上；

所述的环氧树脂胶在常温初步固化后应再加热固化，加热固化温度较热元件的额定动作温度低20℃，时间不少于4小时。

本发明与现有技术相比的有益效果在于

该耐高温老化的合金型热熔断体采用添加有耐高温老化填料及可调节热膨胀系数矿物质的环氧树脂胶，密闭性好，有效隔绝空气，防止热元件氧化。助熔剂由松香、硬脂酸、EVA、三乙醇胺、蓖麻油、癸二酸二正辛脂组成，增强耐高温老化能力，防止热元件被腐蚀，高温老化时间可达10000小时，且熔断性好，产品质量高，结构简单，制作方便，使用安全；很好地解决了现有技术受制于制作材料，导致现有合金型热熔断体耐受高温老化能力差、时间短，很难达到家电企业高质量标准要求的问题。

附图说明

图1为一种耐高温老化的合金型热熔断体的主剖视结构示意图；

图2为一种耐高温老化的合金型热熔断体的侧视结构示意图。

图中：1、壳体， 2、热元件，3、引线，4、助熔剂，5、环氧树脂胶。

具体实施方式

下面结合附图对该耐高温老化的合金型热熔断体作进一步详细描述：

该耐高温老化的合金型热熔断体由壳体1、热元件2、引线3、助熔剂4、环氧树脂胶5构成，壳体1内安装有热元件2，热元件2左右两端分别焊装有引线3，热元件2的周围填装有助熔剂4；壳体1开口处的引线3周围填装有环氧树脂胶5。

所述的壳体1由添加了30%玻璃纤维的聚酰胺66组成，壳体1四周壁厚不小于0.6mm，底部厚度不小于0.7mm。

所述的引线3由延伸率大于20%、直径为0.5mm～1.0mm的软质镀锡铜丝制成。

所述的环氧树脂胶5由耐高温老化的填料，质量份为0.2～1份的气相二氧化硅，以提高致密性；质量份为45～65份的酚醛环氧树脂及 12～20份的脂环胺，以提高耐温性；质量份为碳酸钙8～15份及10～20份氢氧化铝，可调节胶的热膨胀系数；环氧树脂胶5的热变形温度应高于160℃，或比热元件2的额定动作温度高30℃以上；环氧树脂胶5经第一次常温初步固化后再进行第二次加热固化，第二次加热固化温度应比热元件2的额定动作温度低20℃，加热固化时间不少于4小时；

所述的助熔剂4由质量份为松香80～94，硬脂酸3～10，乙烯-醋酸乙烯共聚物（简称EVA）1～5，三乙醇胺2～6，蓖麻油0.2～1，癸二酸二正辛脂0.2～1的原材料组成：助熔剂4的软化温度应比热元件2的额定动作温度低5℃～15℃。

所述的热元件2由Sn—Bi—In，额定动作温度80℃～133℃，直径为0.56mm～1.0mm或同等截面积给定熔点的低熔点合金母材，按照质量份为Sn 40～50份，Bi 4～30份，In 20～56份的原材料制成；4mm长度的热元件2的内电阻应小于5mΩ。（参见附图1～2）。

本申请人此前将Sn—Bi—In成分的合金按现有技术的配比制作成热熔断体，其耐高温老化时间只能达到国标要求的1704小时，根本达不到10000小时的要求。将现有技术的Sn—Bi—In成分的合金制作成普通的热熔断体，按照国标要求将其在120℃环境温度下进行高温老化3100小时后，近10%的样品已断裂，同时有15%的样品即使再次将温度升高到180℃时也不能熔断，根本不能达到家电使用年限的质量标准。

耐高温老化的合金型热熔断体的引线3长度为40mm～95mm时，引线3的延伸率应大于20%，原因在于当引线3的延伸率低于20%时，引线3的硬度过大，使与引线3接触处的环氧树脂胶5受损，进而减少环氧树脂胶5与引线3的粘接面积，降低环氧树脂胶5的密封性能。

环氧树脂胶5是将热元件2与外界空气隔绝的重要成分，是热熔断体实现耐高温老化的重要基础，当环氧树脂胶5本身不耐高温老化时，空气中的氧会直接透过环氧树脂胶5进入壳体1内将热元件2氧化。因此，必须在环氧树脂胶5中掺入耐高温老化的填料，即气相二氧化硅以调节致密性，脂环胺以提高耐温性，以及碳酸钙、氢氧化铝调节热膨胀系数。环氧树脂胶5的热变形温度应高于160℃，或比合金型热熔断体的额定动作温度高30℃以上，其原因是当环境温度达到双组份环氧树脂胶5的热变形温度时，环氧树脂胶5的密封性能及机械强度均会发生逆转，极大削弱对热元件2的固定与保护作用，迅速氧化热元件2。

环氧树脂胶5在常温初步固化后应再加热固化，加热固化温度较热元件2的额定动作温度低20℃，时间不少于4小时，经这样加热固化后的环氧树脂胶5才能达到抗高温老化的要求。

同样，当环氧树脂胶5与壳体1的粘接力不够时，空气中的氧也会直接透过环氧树脂胶5与壳体1的粘合面氧化安装在壳体1内的热元件2。此外，当环氧树脂胶5的热膨胀性不满足壳体1、引线3的热膨胀要求时，也会在壳体1、环氧树脂胶5、引线3三者之间形成空隙，达不到对热元件2的密封、保护要求。

制作壳体1的材料采用添加了30%玻璃纤维的聚酰胺66（PA66），完全符合环保要求。壳体1必须表面光滑，质地均匀，无油污、无针眼、无气泡，壳体1的开口无毛刺。

热元件2的周围填装有助熔剂4，助熔剂4的软化温度应比热元件2的额定动作温度低5℃～15℃。且助熔剂4由松香、硬脂酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物（简称EVA）、三乙醇胺、蓖麻油、癸二酸二正辛脂组成。当热元件2的额定动作温度低于105℃时应添加降低助熔剂4软化点的化学试剂，当助熔剂4的软化点等于或高于热元件2的额定动作温度时会导致热元件2的熔断温度增大，助熔剂4的软化点低于热元件2的额定动作温度较多时会导致合金型热熔断体的耐高温老化时间达不到10000小时。

松香采用特级天然松香，若使用普通松香、氢化松香，合金型热熔断体的耐高温老化时间只能达到两千多个小时；

硬脂酸可调节助熔剂4的酸值，酸值过大会分散热元件2的熔断温度，酸值较小则会降低热元件2的耐高温老化性能。

乙烯-醋酸乙烯共聚物的软化点可根据热元件2的额定动作温度而定，软化点过高，乙烯-醋酸乙烯共聚物会阻止已经熔化的热元件2在助溶剂4的作用下的球状收缩；软化点过低，乙烯-醋酸乙烯共聚物耐高温老化性能差。乙烯-醋酸乙烯共聚物可将松香、硬脂酸、三乙醇胺有效雾化，并作区域化隔离，达到“玉米糊”效果，使助熔剂4内的有效成分能够分隔保存，禁锢松香及硬脂酸的酸值，缓解酸性物质对热元件2的腐蚀，提高助熔剂4的耐高温老化能力。

三乙醇胺为分析纯，可中和高温条件下助熔剂释放的部分酸值，防止热元件2被腐蚀；蓖麻油可增加助熔剂4的油性，提高热熔断体的电性特性；癸二酸二正辛脂用于调节松香的硬度及粘性。

热元件2的两侧分别焊接有引线3，焊接时应避免虚焊、假焊、搭焊，否则，会直接导致热元件2与引线3的有效接触面积减少或焊接点附近热元件2的有效截面积变细，当减小到一定程度时，就会导致热元件2的电流负载能力及额定动作温度急剧下降，严重减少抗高温老化时间，甚至达不到1704小时。

热元件2的直径应为Ф0.58mm～Ф1.0mm或同等截面积，当热元件2的直径低于Ф0.5mm或同等截面积时，在热熔断体受热老化过程中，热元件2表面的合金就会因高温而部分氧化而影响热熔断体的电流负载能力；同时，热元件2的内电阻增大，最终因焦耳热导致热熔断体的额定动作温度产生大的误差。

热元件2的额定动作温度范围应控制在80℃～133℃之间。

下面通过具体实施例对本发明作进一步的描述如下，实施例分为两组，每组试样数为100支。

实施例一：

按Sn 40质量份、Bi 4质量份、In 56质量份的比例选取合金母材制成外径为Ф0.6mm或同等截面积的热元件2，热元件2的表面应光滑，无毛刺、裂纹、气泡、机械损伤，无油渍、污渍，无腐蚀；

用电阻焊将引线3焊接在该热元件2上，引线3为优质软态镀锡铜丝，该引线3表面的镀锡层应无损伤且无油渍、污渍、焊剂等残留物；

用松香88质量份、硬脂酸7质量份、乙烯-醋酸乙烯共聚物（简称EVA）2质量份、三乙醇胺2质量份、蓖麻油1质量份、癸二酸二正辛脂1质量份配置的助熔剂4涂覆焊接后的热元件2。

配制助熔剂4时，先将松香缓慢熔化，再混入上述其余质量份的试剂，待全部熔化后充分搅拌均匀迅速涂覆在热元件2的外表面，为防止热元件2受热熔化，涂覆时间应小于1秒，同时控制热元件2外表面涂覆助熔剂4的量，当助熔剂4的量过少时会影响热熔断体的最终耐高温老化时间，量过多时则热元件2在套入壳体1的过程中，助熔剂4易摩擦壳体1开口处及壳体1内壁，降低环氧树脂胶5对引线3和壳体1开口的密封效果，同样会影响热熔断体的耐高温老化性能。

将涂覆助熔剂4后的热元件2套入壳体1内，引线3应位于壳体1的中间，热元件2应接近壳体1底部，壳体1开口处及壳体1内壁应无助熔剂4。用热变形温度为160℃的环氧树脂胶5密封壳体1即形成产品。环氧树脂胶5在室温下初步固化后转入烘箱，在95℃温度中进行4小时的第二次高温固化。

1）、取试样50支并分别进行编号，将样品放入温度在±0.5℃范围内试验烘箱内，依据国标GB9816.1-2013热熔断体的要求和应用导则对老化的要求进行测试，并将试验第二阶段的放置时间增加到50周，其他试验要求均不变，当第六阶段试验结束后所有的样品均已正常熔断动作，10000小时老化试验符合要求。

2）、取试样50支并分别进行编号，将样品放入温度在±0.5℃范围内试验烘箱内，依据国标GB9816.1-2013热熔断体的要求和应用导则对老化的要求进行测试，并将试验第三阶段的放置时间增加到50周，其他试验要求均不变，当第六阶段试验结束后所有的样品均已正常熔断动作，10000小时老化试验符合要求。

实施例二：

按Sn 45质量份、Bi 48质量份、In 7质量份的比例选取合金母材制成外径为0.6mm或同等截面积的热元件2，热元件2的表面应光滑，无毛刺、裂纹、气泡、机械损伤，无油渍、污渍，无腐蚀等；用电阻焊将引线3焊接在该热元件2上，引线3为优质软态镀锡铜丝，该引线3表面的镀锡层应无损伤且无油渍、污渍、焊剂等残留物；

用松香90质量份、硬脂酸5质量份、乙烯-醋酸乙烯共聚物（简称EVA）2质量份、三乙醇胺2质量份、蓖麻油1质量份、癸二酸二正辛脂1质量份等试剂配置的助熔剂4涂覆焊接后的热元件2，后续操作除环氧树脂胶5外与前述完全相同故不赘述。环氧树脂胶5在室温下初步固化后转入烘箱在110℃进行4小时的第二次高温固化。

1）、取试样50支并分别进行编号，将样品放入温度在±0.5℃范围内试验烘箱内，依据国标GB9816.1-2013热熔断体的要求和应用导则对老化的要求进行测试，并将试验第二阶段的放置时间增加到50周，其他试验要求均不变，当第六阶段试验结束后所有的样品均已正常熔断动作，10000小时老化试验符合要求。

2）、取试样50支并分别进行编号，将样品放入温度在±0.5℃范围内试验烘箱内，依据国标GB9816.1-2013热熔断体的要求和应用导则对老化的要求进行测试，并将试验第三阶段的放置时间增加到50周，其他试验要求均不变，当第六阶段试验结束后所有的样品均已正常熔断动作，10000小时老化试验符合要求。

两组试验充分表明本发明合金型热熔断体的耐高温老化能力均达到10000小时。完全达到电器、电子设备及此类组件生产企业的要求，同时完全满足国标GB9816.1-2013对合金型热熔断体的高标准质量要求。

以上所述只是该发明的具体实施方式，上述举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后可以对上述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (1)

1.一种耐高温老化的合金型热熔断体，它由壳体（1）、热元件（2）、引线（3）、助熔剂（4）和环氧树脂胶（5）构成，壳体（1）内安装有热元件（2），热元件（2）左右两端分别焊装有引线（3），热元件（2）的周围填装有助熔剂（4），壳体（1）开口处的引线（3）周围填装有环氧树脂胶（5），其特征在于：

所述的壳体（1）由添加了30%玻璃纤维的聚酰胺66组成，壳体（1）四周壁厚不小于0.6mm，底部厚度不小于0.7mm；

所述的引线（3）由延伸率大于20%、直径为0.5mm～1.0mm的软质镀锡铜丝制成；

所述的助熔剂（4）由下述质量份的原材料组成：

松香 80～94份， 硬脂酸 3～10份，

乙烯-醋酸乙烯共聚物 1～5份， 三乙醇胺 2～6份，

蓖麻油 0.2～1份， 癸二酸二正辛脂 0.2～1份；

助熔剂的软化温度要比热元件的额定动作温度低5℃～15℃；

所述的热元件（2）由下述质量份的原材料组成：

Sn 40～50份， Bi 4～30份， In 20～56份；

热元件（2）的额定动作温度为80℃～133℃，直径为0.56mm～1.0mm；4mm长度的热元件（2）的内电阻应小于5mΩ；

所述的环氧树脂胶（5）由下述质量份的原材料组成：

酚醛环氧树脂 45～65份， 气相二氧化硅 0.2～1份，

消泡剂 0.3～0.6份， 碳酸钙 8～15份，

氢氧化铝 10～20份， 脂环胺 12～20份；

环氧树脂胶（5）的热变形温度要高于160℃，或比热元件（2）的额定动作温度高30℃以上；

所述的环氧树脂胶（5）在常温初步固化后应再加热固化，加热固化温度较热元件（2）的额定动作温度低20℃，时间不少于4小时。