CN105001565B - 一种聚四氟乙烯复合材料，灭弧喷口及其制备方法，高压断路器 - Google Patents
一种聚四氟乙烯复合材料，灭弧喷口及其制备方法，高压断路器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种聚四氟乙烯复合材料，灭弧喷口及其制备方法，高压断路器。聚四氟乙烯复合材料由以下重量百分比的组分组成：铝酸钴7～15％、氮化硼1～15％，余量为聚四氟乙烯。灭弧喷口可采用上述聚四氟乙烯复合材料。本发明的灭弧喷口，采用无机填料铝酸钴、氮化硼复配填充聚四氟乙烯复合材料，合理调配填充比例，明显改善了喷口材料的热导率，提高了材料的耐电弧烧蚀性能，同时具有优异的机械性能；本发明提供的灭弧喷口可提升断路器的开断性能，从而提高高压断路器的运行稳定性。
Description
技术领域
本发明属于高压断路器技术领域，具体涉及一种聚四氟乙烯复合材料，使用该复合材料的灭弧喷口及其制备方法，同时还涉及一种该灭弧喷口的高压断路器。
背景技术
高压SF6断路器作为电力系统中重要的电力设备，目前正在朝着高电压、大容量的方向发展，在提供电力能源稳定性和运行可靠性方面的要求也越来越高。SF6断路器灭弧室的喷口，对开断过程中吹弧气体的流动起着控制作用，其直接影响开断过程中喷口内SF6气体介质强度的恢复特性及灭弧能力。当断路器在开断短路电流时，电弧在喷口内炽燃，与喷口发生能量交换，引起喷口表面烧蚀和内部分解，喷口材料被电弧烧蚀的程度直接影响高压断路器的开断能力和使用寿命。
目前，喷口材料多采用聚四氟乙烯材料。聚四氟乙烯(PTFE)具有极佳的电气绝缘性能和耐高温、耐电弧性能，同时具有优良的热稳定性、较高的光反射性、突出的化学惰性、卓越的物理机械性能及良好的耐气候性，广泛应用于电器和高、中、低压开关中，用作绝缘材料、断路器喷口(喷嘴)、垫带、制动环、衬套等。但是，由于聚四氟乙烯材料在400℃以上即开始发生显著分解，而开断过程中电弧温度可达3500K以上，将纯PTFE材料用作灭弧喷口时，在电弧辐射作用下，由于纯PTFE对电弧能量的无规则吸收，喷口材料会发生显著的表面分解和严重的内部破裂。因此，在喷口制作的过程中，通常在PTFE材料中添加一些无机粉体材料作为填料制成复合型材料，使其成为能量吸收中心，从而规范电弧能量的吸收，减小喷口的无规则分解和破裂，以期增强喷口的耐烧蚀性能，延长喷口的使用寿命。
现有技术中，采用无机填料填充的复合型材料主要有氧化铝填充聚四氟乙烯复合材料、二硫化钼填充聚四氟乙烯复合材料和氮化硼填充聚四氟乙烯复合材料，但是上述材料普遍存在热导率低，喷口导热散热能力较差，耐电弧烧蚀能力较低的问题，还不能满足使用的要求。
专利CN102731943公开了一种由二硫化钼、氮化硼、聚四氟乙烯三种材料复合制成的耐高电压、大电流电弧烧蚀的喷口，其质量百分比组成为：(1～10μm)氮化硼1～8％，(1～10μm)二硫化钼为0.1～0.4％，余量为聚四氟乙烯。在高压断路器朝高电压、大容量发展的今天，该复合材料喷口依然存在着热导率低、耐电弧烧蚀性能不足的问题。
发明内容
本发明提供一种聚四氟乙烯复合材料，同时提供一种使用上述聚四氟乙烯复合材料的灭弧喷口，解决现有复合材料喷口热导率低、耐电弧烧蚀性能差的问题。
本发明另外提供上述灭弧喷口的制备方法。
本发明还提供一种使用上述灭弧喷口的高压断路器。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种聚四氟乙烯复合材料，由以下重量百分比的组分组成：铝酸钴7～15％、氮化硼1～15％，余量为聚四氟乙烯。
作为优选方案，上述聚四氟乙烯复合材料由以下重量百分比的组分组成：铝酸钴7～10％、氮化硼7～15％，余量为聚四氟乙烯。上述聚四氟乙烯复合材料的重量百分比组成进一步优选为：铝酸钴7～10％、氮化硼7～10％，余量为聚四氟乙烯。
本发明提供的灭弧喷口使用上述聚四氟乙烯复合材料。
铝酸钴具有尖晶石结构，耐温性达1200～1400℃，具有优异的耐高温性和耐化学稳定性。铝酸钴是一种应用广泛的陶瓷颜料，在军用伪装涂料，静电复印和高透光率的汽车灯具涂料中也有应用。
采用本发明聚四氟乙烯复合材料的灭弧喷口，以无机填料铝酸钴、氮化硼复配填充聚四氟乙烯，铝酸钴组分可以在断路器开断过程中快速吸收电弧的能量，然后再缓慢向环境散发所吸收的能量，可以减少电弧对喷口的烧蚀作用；氮化硼组分分解温度高，可降低电弧辐射过程中PTFE的分解速率。通过合理调配填充比例，明显改善了喷口材料的热导率，提高了材料的耐电弧烧蚀性能，同时具有优异的机械性能和耐高温性能。
本发明提供的上述灭弧喷口的制备方法，包括取配方量的聚四氟乙烯树脂粉、铝酸钴粉、氮化硼粉混合后，进行模压、烧结，即得。
所述聚四氟乙烯树脂粉的粒径为45～55μm，铝酸钴粉的粒径为1～5μm，氮化硼粉的粒径为5～9μm。
所述混合是指在高速搅拌机中以400～600r/min转速搅拌10～30min。
所述模压的压力为30～40MPa，保压时间为30～35min。
所述烧结的温度为330～375℃，烧结时间为40～55h。
本发明提供一种使用上述灭弧喷口的高压断路器。高压断路器，诸如敞开断路器、罐式断路器、全金属封闭组合电器的断路器等，喷口作为高压断路器灭弧室关键零部件，对开断过程中吹弧气体的流动起着控制作用，高压断路器的其他部件如操动机构、传动机构、触头等可采用公知技术。由于本发明提供的灭弧喷口热导率高，耐电弧烧蚀性能得到了极大改善，提升了断路器的开断性能，从而提高了高压断路器的运行稳定性。
附图说明
图1为实施例1灭弧喷口的结构示意图；
图2为使用实施例1灭弧喷口的高压断路器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例的聚四氟乙烯复合材料，由以下重量百分比的组分组成：铝酸钴7％、氮化硼1％，余量为聚四氟乙烯树脂。
本实施例的灭弧喷口采用上述聚四氟乙烯复合材料。灭弧喷口的结构如图1所示，1为喷口的喉部，高压断路器的开断过程在喷口内部完成，对喷口的喉部1形成烧蚀。
本实施例的灭弧喷口的制备方法，包括下列步骤：
1)取聚四氟乙烯树脂粉，进行打散、磨细处理，按照配方将粒径为45μm的聚四氟乙烯树脂粉、粒径为1μm的铝酸钴粉、粒径为5μm的氮化硼粉进行初步混合后，置于高速混料机中进行终混(转速为500r/min，时间为20min)，得混合料；
2)将步骤1)所得混合料加入模具中进行模压成型，模压的压力为30MPa，保压30min后脱模，得半成品；
3)将步骤2)所得半成品在330℃温度下烧结40h，即得。
采用本实施例灭弧喷口的高压断路器结构如图2所示，包括静主触头1、静弧触头2、喷口4、动主触头5、动弧触头6、压气缸7和压气活塞9，喷口4、动主触头5、动弧触头6和压气缸7固装在一起；分闸时，压气缸7沿运动方向10运动，静弧触头2和动弧触头6分开，触头间产生电弧3，压气缸7内的SF6气体8受到压缩后，高速喷入喷口4内部，从而熄灭电弧3。
实施例2-12
实施例2-12的聚四氟乙烯复合材料，各组分的重量百分比如表1所示。
表1实施例2～12的聚四氟乙烯复合材料各组分的重量百分比
使用实施例2-12聚四氟乙烯复合材料的灭弧喷口结构与实施例1相同。
实施例2-12的灭弧喷口采用表1所示的各组分配比通过混合、模压、烧结制备而成。原料的粒径及混合、模压、烧结试验条件见表2。
表2实施例2～12灭弧喷口的制备工艺条件
使用实施例2～12所述灭弧喷口的高压断路器的结构与实施例1相同。
实验例
本实验例对实施例1～12所得灭弧喷口的性能进行检测，结果如表2所示。所述耐烧蚀性试验条件为：直流电压600伏，直流电流5安培。其中，对比例1的灭弧喷口基材为聚四氟乙烯树脂，填料为氧化铝，填充质量百分比为10％。对比例2的灭弧喷口基材为聚四氟乙烯树脂，填料为二硫化钼，填充质量百分比为2％。对比例3的灭弧喷口基材为聚四氟乙烯树脂，填料为氮化硼，填充质量百分比为7％。对比例1～3灭弧喷口的规格与实施例1～12相同，制备方法中各工艺条件与实施例8～10相同。
表3实施例1～12和对比例的灭弧喷口性能指标
由表3的实验结果可以看出，本发明提供的灭弧喷口的热导率较氧化铝填充配方更高，耐烧蚀性能较氮化硼填充配方更好，伸长率和拉伸强度等指标也得到进一步改善。本发明提供的灭弧喷口在热导率、耐烧蚀性、机械性能等方面均有提高，可大大提升断路器的开断性能，提高高压断路器的运行稳定性。
Claims (9)
1.一种灭弧喷口，其特征在于：由以下重量百分比的组分组成：铝酸钴7～15％、氮化硼1～15％，余量为聚四氟乙烯。
2.根据权利要求1所述的灭弧喷口，其特征在于：由以下重量百分比的组分组成：铝酸钴为7～10％，氮化硼为7～15％，余量为聚四氟乙烯。
3.根据权利要求2所述的灭弧喷口，其特征在于：由以下重量百分比的组分组成：铝酸钴为7～10％，氮化硼为7～10％，余量为聚四氟乙烯。
4.一种如权利要求1或2或3所述的灭弧喷口的制备方法，其特征在于：取配方量的聚四氟乙烯树脂粉、铝酸钴粉、氮化硼粉混合后，进行模压、烧结，即得。
5.根据权利要求4所述的灭弧喷口的制备方法，其特征在于：铝酸钴粉的粒径为1～5μm。
6.根据权利要求4所述的灭弧喷口的制备方法，其特征在于：所述聚四氟乙烯树脂粉的粒径为45～55μm，氮化硼粉的粒径为5～9μm。
7.根据权利要求4所述的灭弧喷口的制备方法，其特征在于：所述模压的压力为30～40MPa，保压时间为30～35min。
8.根据权利要求4所述的灭弧喷口的制备方法，其特征在于：所述烧结的温度为330～375℃，烧结时间为40～55h。
9.一种使用权利要求1或2或3所述灭弧喷口的高压断路器。
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