CN105679621A - 一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法，包括引线Ⅰ、封口树脂、绝缘子、细弹簧、星状簧片、圆片、粗弹簧、热熔断体、外壳和引线Ⅱ，所述外壳的两端设置有通孔，所述外壳一端包裹设置有引线Ⅰ，所述外壳的另一端包裹设置有引线Ⅱ，所述外壳与引线Ⅰ连接端设置有封口树脂。本发明通过覆盆子酮有机物加入填料、润滑剂、粘接剂和颜料混合成混合物制成熔块；具有Tf84oC工作温度，升华性小、热稳定性好的热熔断器用有机物热敏型热控快；使熔断器在预定的温度稳定的工作，从而提高熔断器的稳定性、可靠性；有助于提高热熔断器操作后的绝缘电阻；可有效抑制在规定的动作温度以下的环境中，温敏颗粒的升华。

Description

一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法。

背景技术

根据所采用的热敏材料，非复原性温度开关通常分为两类，即：使用非导电性热敏物质的热敏颗粒型温度熔断器和使用导电性的低熔点合金的可熔合金型温度熔断器。它们均是在周围环境温度上升时，在规定的温度下软化并熔融或熔化向两端收缩成球，从而阻断设备和装置的电流传导路径以对其进行保护。其中，对于热敏颗粒型温度熔断器，使用的热敏材料一般为纯的有机物单体或两种及两种以上的有机物的混合物（US6673257，US120121795，US4065741），另专利CN16122277A,CN101404231A，CN1855339A,CN1750205A公布了采用热塑性树脂作为热敏材料用于装热熔断体的热熔断器。这种材料作为热熔断体材料其在升华、潮解性以及加工成型性方面较使用有机物具有优势，然而，由于作为高分子物质的热塑性树脂由于其本身具有较宽的熔化吸收峰，这就使得其作为热熔断器的热敏材料时，热熔断器的温度精度及响应速度成为急需解决的问题。为满足热熔断器在实际应用中所要求的操作温度范围及精度，在上述CN16122277A,CN101404231A，CN1855339A中提到采用温度设定法调节所需要的操作温度，即：1）按照结晶度选择结晶热塑性树脂，热塑性树脂的结晶度可以通过退火或添加晶核进行调节，从而可以设定热熔断体的变形温度；2）调节所采用的热塑性树脂的共聚反应，与弹性体混合，与共聚物混合，或添加填料或增塑剂；3)调节加于热熔断体上的力，这个力可以调节强压缩弹簧和弱压缩弹簧的负载值，或是调节热熔断体自身的大小与体积、机械强度。在实际应用中为达到材料的批次均与稳定性，这就对上述提到的温度设定方法提出了较高的加工工艺控制条件，另外使热熔断体轻质化处理来提高热熔断体的响应速度的方法，增加了热敏颗粒的成型的难度，增加了制造成本。此外，由于以有机物的熔点作为操作温度，简单易控制。因此，目前商业化的采用热敏材料作为热熔断体的热熔断器，一般是选用纯的有机物，或两种及两种以上的有机物的混合物，但由于有机物的这种升华作用，有时在达到指定动作温度前颗粒缩小或软化变形，导致可动电极与引线分离，形成误动作状态。尤其是在通电的使用状态下，指定动作温度以下的环境中，会促使温敏颗粒升华。为减弱这种以纯的有机物作为热敏材料的升华问题通常会添加粘接剂、润滑剂、增强材料等。粘接剂如环氧树脂粉末、聚酰胺、聚乙二醇等，润滑剂如硬脂酸钙、白炭黑等，增强材料如碳酸钙，云母玻璃纤维，碳纤维等，有的还添加颜料以便于将不同温度点的热熔断体区分开来。此外，由于有机物作为热熔断器的主要和重要成分，其自身的稳定性对热熔断器的稳定性起着至关重要的作用，因此，在选用有机物作为热敏材料时，除考虑熔化温度外，要尽量选择升华特性较小的材料。此外，热熔断体热敏材料自身的潮解特性也是影响其寿命和电气性能的重要因素之一。如果热熔断器的热熔断体是易溶于水的热敏材料，则熔断器在储存中或使用中由于受潮，而在达到异常温度之前就发生操作或操作后失灵，必须尽量避免，因此，选用的有机物材料最好是不溶于水的材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法，包括引线Ⅰ、封口树脂、绝缘子、细弹簧、星状簧片、圆片、粗弹簧、热熔断体、外壳和引线Ⅱ，所述外壳的两端设置有通孔，所述外壳一端包裹设置有引线Ⅰ，所述外壳的另一端包裹设置有引线Ⅱ，所述外壳与引线Ⅰ连接端设置有封口树脂，所述外壳内部设置有绝缘子、细弹簧、星状簧片、圆片、粗弹簧和热熔断体，所述引线Ⅰ贯穿绝缘子与星状簧片相连，所述绝缘子上设置有细弹簧，所述星状簧片右侧和热熔断体左侧连接设置有圆片，圆片之间设置有粗弹簧，所述热熔断体与引线Ⅱ相连。

进一步地，所述熔块由以下物质及重量百分比的原理制备而成：

覆盆子酮有机物50～90%、填料0～20%、润滑剂0～3%、粘接剂0～10%和颜料0～2%。

进一步地，一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法，包括如下步骤：

S1、称取覆盆子酮有机物50～90%、填料0～20%、润滑剂0～3%、粘接剂0～10%和颜料0～2%；

S2、将上述物质混合均匀；

S3、将S2所得的混合物通过压制机制成直径为3.2mm，高度为3.0mm的熔块；

进一步地，所述圆片通过星状簧片经细弹簧和粗弹簧的压缩进入熔块表面。

进一步地，所述引线Ⅰ采用镀银铜线，所述引线Ⅱ采用镀锡铜线。

进一步地，所述填料为碳酸钙、硅酸镁铝、白炭黑、云母、滑石、高岭土等中的一种或几种的混合；有助于其能更好的成型，增加成型时的强度，防止成型时因硬度不够而导致的裂纹、剥落或破损等缺陷，或使得热熔断体在高温下维持其几何尺寸，而且还有助于提高热熔断器操作后的绝缘电阻。

进一步地，所述润滑剂为硬脂酸钙、硅酸镁、EBS、氮化硼等中一种或几种的混合；使用润滑剂不仅可减少粉末压制成型中对仪器的粘接导致的缺口等缺陷不良，还有利于保证填料填充密度的均匀性。

进一步地，所述粘接剂粉末为聚乙二醇粉末、环氧树脂、聚酰胺、间苯二酚中的一种或几种的混合；使用熔点或热变形温度较有机物粉末低10~20ºC的粘接剂，可有效抑制在规定的动作温度以下的环境中，温敏颗粒的升华。

进一步地，所述外壳采用铜、黄铜或类似良导热体金属制成的圆柱形壳体。

本发明通过外壳内部设置有绝缘子、细弹簧、星状簧片、圆片、粗弹簧和热熔断体，热熔断体由覆盆子酮有机物组成，热熔断体内设置有填料、润滑剂和粘接剂；圆片通过星状簧片经细弹簧和粗弹簧的压缩进入热熔断体表面；外壳一端包裹设置有引线Ⅰ，所述外壳的另一端包裹设置有引线Ⅱ；本发明通过覆盆子酮有机物加入填料、润滑剂、粘接剂和颜料混合成混合物制成熔块；具有Tf84ºC工作温度，升华性小、热稳定性好的热熔断器用有机物热敏型热控快；使熔断器在预定的温度稳定的工作，从而提高熔断器的稳定性、可靠性；有助于提高热熔断器操作后的绝缘电阻；可有效抑制在规定的动作温度以下的环境中，温敏颗粒的升华。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1为本发明装有热熔断体的热熔断器在操作前的截面图。

图2为本发明装有热熔断体的热熔断器在操作后的截面图。

图3为为本发明的热熔断体图。

图4为本发明的覆盆子酮的IR谱图。

图5为本发明的覆盆子酮的DSC特性曲线。

图6为本发明的覆盆子酮与常规Tf84ºC用有机物香兰素于69ºC烘烤168H的质量变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1-6所示，一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法，包括引线Ⅰ1、封口树脂2、绝缘子3、细弹簧4、星状簧片5、圆片6、粗弹簧7、熔块8、外壳9和引线Ⅱ10，所述外壳9的两端设置有通孔，所述外壳9一端包裹设置有引线Ⅰ1，所述外壳9的另一端包裹设置有引线Ⅱ10，所述外壳9与引线Ⅰ1连接端设置有封口树脂2，所述外壳9内部设置有绝缘子3、细弹簧4、星状簧片5、圆片6、粗弹簧7和熔块8，所述引线Ⅰ1贯穿绝缘子3与星状簧片5相连，所述绝缘子3上设置有细弹簧4，所述星状簧片5右侧和熔块8左侧连接设置有圆片6，圆片6之间设置有粗弹簧7，所述熔块8与引线Ⅱ10相连。

一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法，所述熔块8由以下重量百分比的原理制备而成：

覆盆子酮有机物50～90%、填料0～20%、润滑剂0～3%、粘接剂0～10%和颜料0～2%。

一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法，包括如下步骤：

S1、称取覆盆子酮有机物50～90%、填料0～20%、润滑剂0～3%、粘接剂0～10%和颜料0～2%；

S2、将上述物质混合均匀；

S3、将S2所得的混合物通过压制机制成直径为3.2mm，高度为3.0mm的熔块；

所述圆片6通过星状簧片5经细弹簧4和粗弹簧7的压缩进入熔块8表面。

所述引线Ⅰ1采用镀银铜线，所述引线Ⅱ10采用镀锡铜线。

所述填料为碳酸钙、硅酸镁铝、白炭黑、云母、滑石、高岭土等中的一种或几种的混合；有助于其能更好的成型，增加成型时的强度，防止成型时因硬度不够而导致的裂纹、剥落或破损等缺陷，或使得热熔断体在高温下维持其几何尺寸，而且还有助于提高热熔断器操作后的绝缘电阻。

所述润滑剂为硬脂酸钙、硅酸镁、EBS、氮化硼等中一种或几种的混合；使用润滑剂不仅可减少粉末压制成型中对仪器的粘接导致的缺口等缺陷不良，还有利于保证填料填充密度的均匀性。

所述粘接剂粉末为聚乙二醇粉末、环氧树脂、聚酰胺、间苯二酚中的一种或几种的混合；使用熔点或热变形温度较有机物粉末低10~20ºC的粘接剂，可有效抑制在规定的动作温度以下的环境中，温敏颗粒的升华。

所述外壳9采用铜、黄铜或类似良导热体金属制成的圆柱形壳体。

本发明针对目前Tf84ºC热敏材料的容易升华和潮解特性，提出一种新的Tf84ºC热熔断器用热敏材料覆盆子酮，其具有较低的升华特性，且不溶于水。在实际应用中可有效避免在升华作用相对较强的情况下，有时在未达到指定动作温度时因颗粒缩小，导致可动电极与电极引线分离，从而形成误动作。特别是在通电的使用状态下，在规定的动作温度以下的环境中，会促使温敏颗粒升华，选用覆盆子酮这种具有较低升华特性的热敏材料，可以有效减少这样的因素。表1给出了常规Tf84ºC热敏材料香兰素与新材料覆盆子酮的基本特性比较。本专利提到香兰素与覆盆子酮的纯度均是指≥99%。

表1 新材料覆盆子酮与香兰素基本理化性质对比

由于覆盆子酮的这种不溶于水以及相对较低的升华特性，使得其作为热敏材料的热熔断体具有较高的稳定性和更长的使用寿命，即使在高温高湿条件下，熔断器也能稳定相当长一段时间，防止绝缘性能受损，不仅在存储期内，且在使用中，该熔断器能防止电性能与其它类似性能下降，还能防止因时间过长而发生的变化，因而使熔断器在预定的温度稳定的工作，从而提高熔断器的稳定性、可靠性。

根据表1、图6所述，将覆盆子酮与香兰素同时置于烤箱中，烤箱温度为69ºC条件下放置168H,覆盆子酮质量减损率仅为0.7%，而常规香兰素达到6.8%，升华特性明显降低。这一点对热熔断器很重要，它防止了熔断器在使用时因升华相对较强导致的体积缩小、质量减损等造成的断路，以及操作后造成对绝缘性能的影响。

此外，由表1对比两种材料的溶解特性，覆盆子酮是不溶于水的，减少了其作为热敏材料的热熔断器在存储和使用中因热敏丸潮解而发生的提前动作和电气性能下降的因素。

将覆盆子酮与香兰素压制成直径为Ø3.2mm，高度H为3.0mm的熔块。取一定量的熔块，称其初始重量，然后将熔块浸没在25ºC的水中，24小时候，将水离心分离后倒掉，室温下干燥，随后称其重量，并与浸没于水之前测试的值进行比较，结果利于表2。

名称	浸没于水之前(g)	浸没于水24H干燥后(g)	质量减损（%）
				香兰素	9.7	8.9	8%
覆盆子酮	11.7	11.5	1.7%

从对比结果看，覆盆子酮的防潮能力明显较香兰素高，质量损失仅仅减少了1.7%，而且这1.7%的质量减损主要是在由于在离心分离倒掉水的时候，会损失一部分粉末，覆盆子酮的质量损失主要是粉末随水流失，而不是诸如香兰素的溶解导致的质量损耗。因此，由覆盆子酮得到的热熔断体可防止因潮解带来的熔断器绝缘性能下降，异常早断等性能缺陷，提高了熔断器的稳定性。

实施事例：

将占主料10%的碳酸钙、1.5%二氧化硅、1% PEG8000，1%硬脂酸钙，0.2%颜料紫与覆盆子酮粉末混合均匀，并压制成图3所示的热熔断体。将图3所示的热熔断体装入到图1所示的热熔断器中（AUPO BF）。用油池测试熔断器的操作温度，结果列于表3。

表3

从这些结果可以看出，以覆盆子酮作为Tf84ºC热敏材料的热熔断器，实际动作温度分布集中，满足IEC60691安全标准规定。

对比事例：

将占主料10%的碳酸钙、1.5%二氧化硅、1% PEG8000，1%硬脂酸钙，0.2%颜料蓝与香兰素粉末混合均匀，并压制成图3所示的热熔断体（AUPO BF）。将图3所示的热熔断体装入到图1所示的热熔断器中。

以IEC60691/UL1020所定义的标准，对比上述实施事例与对比事例Th。Th，即给热熔断体施加额定电流时，其导电状态在一周类不会改变的最高温度。结果列于表4。

表4

根据表4结果可以看出，在施加额定电流时，由覆盆子酮作为热敏材料的热熔断器，具有更高的Th温度。这与前面测试热敏材料的升华特性结果是一致的。

以IEC60691/UL1020所定义的标准，对比上述实施事例与对比事例Tm。Tm，即热熔断器在改变成断开电路状态之后，能够在规定时间之内保持其机械和电气性能不受损害的最高温度。待恒温箱温度控制在设定温度下+0/-5℃。将试样三只试样并联后，置于烤箱中，在此温度保持10分钟，随后做耐压试验和绝缘电阻实验，试验结束后，试样应无闪络，击穿或重新接通。结果列于表5。

表5

Ｙ:重接通；Ｎ；无重新接通；OK:试样无闪络、击穿； NG:试样闪络或击穿；

从表5可见，在加严三只并联同时测试情况下，以覆盆子酮为热敏材料的热熔断器可以较常规的以香兰素为热敏材料的热熔断器具有更高的保持其机械和电气性能不受损害的最高温度。

本发明通过外壳内部设置有绝缘子、细弹簧、星状簧片、圆片、粗弹簧和热熔断体，热熔断体由覆盆子酮有机物组成，热熔断体内设置有填料、润滑剂和粘接剂；圆片通过星状簧片经细弹簧和粗弹簧的压缩进入热熔断体内部；外壳一端包裹设置有引线Ⅰ，所述外壳的另一端包裹设置有引线Ⅱ；本发明通过覆盆子酮有机物加入填料、润滑剂、粘接剂和颜料混合成混合物制成熔块；具有Tf84ºC工作温度，升华性小、热稳定性好的热熔断器用有机物热敏型热控快；使熔断器在预定的温度稳定的工作，从而提高熔断器的稳定性、可靠性；有助于提高热熔断器操作后的绝缘电阻；可有效抑制在规定的动作温度以下的环境中，温敏颗粒的升华。

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法，其特征在于：包括引线Ⅰ(1)、封口树脂(2)、绝缘子(3)、细弹簧(4)、星状簧片(5)、圆片(6)、粗弹簧(7)、熔块(8)、外壳(9)和引线Ⅱ(10)，所述外壳(9)的两端设置有通孔，所述外壳(9)一端包裹设置有引线Ⅰ(1)，所述外壳(9)的另一端包裹设置有引线Ⅱ(10)，所述外壳(9)与引线Ⅰ(1)连接端设置有封口树脂(2)，所述外壳(9)内部设置有绝缘子(3)、细弹簧(4)、星状簧片(5)、圆片(6)、粗弹簧(7)和熔块(8)，所述引线Ⅰ(1)贯穿绝缘子(3)与星状簧片(5)相连，所述绝缘子(3)上设置有细弹簧(4)，所述星状簧片(5)右侧和熔块(8)左侧连接设置有圆片(6)，圆片(6)之间设置有粗弹簧(7)，所述熔块(8)与引线Ⅱ(10)相连。

2.根据权利要求1所述的一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法，其特征在于：所述熔块(8)由以下重量百分比的原理制备而成：

覆盆子酮有机物50～90％、填料0～20％、润滑剂0～3％、粘接剂0～10％和颜料0～2％。

3.根据权利要求2所述的一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、称取覆盆子酮有机物50～90％、填料0～20％、润滑剂0～3％、粘接剂0～10％和颜料0～2％；

S2、将上述物质混合均匀；

S3、将S2所得的混合物通过压制机制成直径为3.2mm，高度为3.0mm的熔块。

4.根据权利要求1所述的一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法，其特征在于：所述圆片(6)通过星状簧片(5)经细弹簧(4)和 粗弹簧(7)的压缩进入熔块(8)表面。

5.根据权利要求1所述的一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法，其特征在于：所述引线Ⅰ(1)采用镀银铜线，所述引线Ⅱ(10)采用镀锡铜线。

6.根据权利要求3所述的一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法，其特征在于：所述填料为碳酸钙、硅酸镁铝、白炭黑、云母、滑石、高岭土等中的一种或几种的混合；有助于其能更好的成型，增加成型时的强度，防止成型时因硬度不够而导致的裂纹、剥落或破损等缺陷，或使得热熔断体在高温下维持其几何尺寸，而且还有助于提高热熔断器操作后的绝缘电阻。

7.根据权利要求3所述的一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸钙、硅酸镁、EBS、氮化硼等中一种或几种的混合；使用润滑剂不仅可减少粉末压制成型中对仪器的粘接导致的缺口等缺陷不良，还有利于保证填料填充密度的均匀性。

8.根据权利要求3所述的一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法，其特征在于：所述粘接剂粉末为聚乙二醇粉末、环氧树脂、聚酰胺、间苯二酚中的一种或几种的混合；使用熔点或热变形温度较有机物粉末低10～20℃的粘接剂，可有效抑制在规定的动作温度以下的环境中，温敏颗粒的升华。

9.根据权利要求1所述的一种热熔断器使用的高稳定热熔断体及其制备方法，其特征在于：所述外壳(9)采用铜、黄铜或类似良导热体金属制成的圆柱形壳体。