CN107845555A - 用于熔断器的灭弧材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及灭弧材料技术领域，特别是涉及一种用于熔断器的灭弧材料及其制备方法，本发明提供的灭弧材料包括二氧化硅、硅橡胶和三聚氰胺，按照重量份计算，所述二氧化硅的含量为0.3‑1.2份，所述硅橡胶的含量为0.6‑1.2份，所述三聚氰胺的含量为0.1‑1.0份，本发明的灭弧材料组分简单，材料易得，成本低，同时灭弧材料中不含水及具有防潮性能，对金属熔体的长期使用不会产生影响，进一步提高灭弧材料的使用寿命，抗老化程度高，能够很好地抑制电弧的形成和扩散，由本发明的灭弧材料制备的熔断器进行分断能力测试，当产品尺寸为2.8mm×6.5mm时，产品安培数可达到7A或更高，能够满足250Vac/50A的分断能力测试。
Description
技术领域
本发明涉及灭弧材料技术领域，特别是涉及一种用于熔断器的灭弧材料及其制备方法。
背景技术
熔断器(fuse)是指当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路的一种电器，是一种电流保护器，其根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开，熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。
熔断器主要由熔体和熔管以及外加填料等部分组成。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物，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。同时，采用石英砂作为熔断器的填料还存在如下问题：(1)石英砂作为矿物质，受产地影响较大，铁等金属杂质难以去除；(2)石英砂的表面粗糙，在熔断器组装时难以控制填充密度的均一度，进而影响分断效果；(3)导热系数大，散热较快，使熔断器难以分断低倍过载。目前，还有研究者采用耐热性、耐压性和模塑可加工性的灭弧树脂作为灭弧材料，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，同时该灭弧材料对树脂的要求非常高，导致组合物成本高，且采用挤压成型工艺需要挤出机等设备，导致生产成本高、工艺复杂等问题。
因此，急需采用新的用于熔断器的灭弧材料来解决上述问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的之一在于，提供一种熔断器用灭弧材料，成分简单，而且能够有效得抑制电弧的形成和扩散，并能提高熔断器的分断能力。
本发明的目的之二是提供上述熔断器用灭弧材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于熔断器的灭弧材料，所述灭弧材料包括二氧化硅、硅橡胶和三聚氰胺，按照重量份计算，所述二氧化硅的含量为0.3-1.2份，所述硅橡胶的含量为0.6-1.2份，所述三聚氰胺的含量为0.1-1.0份。
在本发明中，优选地，二氧化硅的含量为0.3-1.2份，比如二氧化硅的含量可以为0.3份、0.5份、0.7份、0.9份、1.2份；硅橡胶的含量为0.6-1.2份，比如硅橡胶的含量可以为0.6份、0.8份、1.0份、1.2份；三聚氰胺的含量为0.1-1.0份，比如三聚氰胺的含量可以为O.1份、0.3份、0.6份、1.0份。
与现有技术相比，本发明的用于熔断器的灭弧材料包括二氧化硅、硅橡胶和三聚氰胺，二氧化硅具有热惯性和较高的绝缘性能，能吸收电弧能量，使电弧很快冷却，加快电弧熄灭过程，三聚氰胺在电弧的作用下，会分解大量的气体，使得管内压力迅速增加，从而使得电弧迅速熄灭，利用二氧化硅和三聚氰胺双重灭弧的功能，两种灭弧作用，进一步提高其灭弧能力，此外，硅橡胶具有突出的电器绝缘性，有助于熄灭电弧，更重要的是还具有优良的粘接性，本发明中采用的硅橡胶与二氧化硅和三聚氰胺混合之后，硅橡胶能够粘结在二氧化硅和三聚氰胺的表面上，经烘干后能负载于二氧化硅和三聚氰胺的表面上，固化并包覆在二氧化硅和三聚氰胺的表面，能够促进二氧化硅和三聚氰胺熄灭电弧的能力以及提高熔断器的分断能力。本发明的灭弧材料组分简单，材料易得，成本低，灭弧能力强，同时灭弧材料中不含水及硅橡胶具有防潮性能，对金属熔体的长期使用不会产生影响，进一步提高灭弧材料的使用寿命，抗老化程度高。
于本发明中，二氧化硅的纯度可达99.99％甚至更高，对促进电弧扩大的杂质铁离子含量低于0.01％；所制备而得的合成灭弧材料杂质含量低，所得灭弧材料成分纯净。具体地，二氧化硅为微晶二氧化硅、无定形二氧化硅或二者结合的组合物，二氧化硅的颗粒粒径影响灭弧能力，控制二氧化硅的颗粒度能使最终合成的灭弧材料均匀度高。一般选择合适的颗粒，保证接触面大，比如，二氧化硅为颗粒度是800-1200目的微晶二氧化硅，二氧化硅为颗粒度是550-700目无定形二氧化硅，采取900目的微晶二氧化硅能够做到接触面大，效果最优。更进一步，二氧化硅可以是经石英砂粉碎筛选并化学提纯的晶体二氧化硅，其特性为晶体形态、不吸水、导热系数＞20w/(m·k)，灭弧能力较强；也可以是由硅藻土原矿粉碎并化学提纯的无定形二氧化硅，其特性为多孔保温材料，易吸水、导热系数≥0.12W/(m·k)；还可以是晶体二氧化硅和无定形二氧化硅的组合物，通过调整两者比例，可以得到不同导热系数的灭弧材料。
较佳地，所述硅橡胶可以为加成型或者缩合型硅橡胶，由于缩合型硅橡胶能够接触空气中的水分子或被粘物表面的水分子而固化，固化过程中会产生乙醇等低分子物质，因而，优选为缩合型硅橡胶。
本发明还提供了一种制备上述灭弧材料的方法，所述方法包括以下步骤：
a.将所述二氧化硅和三聚氰胺进行前处理；
b.将所述硅橡胶与所述二氧化硅和三聚氰胺进行搅拌得到混合物A；
c.将所述混合物A进行烘干，得到灭弧材料。
较佳地，所述搅拌是采用超声波进行搅拌，利用超声波搅拌使得硅橡胶均匀的覆盖在二氧化硅和三聚氰胺的表面。
较佳地，所述前处理为将所述二氧化硅和三聚氰胺分别通过筛网，经过筛网处理后，能够保证二氧化硅和三聚氰胺的颗粒度的一致性，进而保证空间密度的一致性，确保灭弧性能的稳定性。
具体地，所述筛网包括上筛网和下筛网，所述上筛网叠加于所述下筛网的表面上，所述上筛网的孔径大于所述下网筛的孔径。
较佳地，所述上筛网的孔径为15～25μ，所述下网筛的孔径为3～13μ，其中优选为，上筛网的孔径为20μ，下网筛的孔径为10μ，在该筛网的孔径下获得的二氧化硅和三聚氰胺，其灭弧能力最强。
附图说明
图1为采用本发明的材料作为灭弧填充材料，闭合角为30度的波形图。
图2为采用本发明的材料作为灭弧填充材料，闭合角为60度的波形图。
图3为采用本发明的材料作为灭弧填充材料，闭合角为80度的波形图。
图4为采用石英砂作为灭弧填充材料，闭合角为30度的波形图。
图5为采用石英砂作为灭弧填充材料，闭合角为60度的波形图。
图6为采用石英砂作为灭弧填充材料，闭合角为80度的波形图。
具体的实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，以助于本领域技术人员理解本发明。
实施例1
一种用于熔断器的灭弧材料，灭弧材料包括微晶二氧化硅0.3份、硅橡胶1.2份和三聚氰胺0.5份。
制备硅橡胶的方法：
a.将配方量的微晶二氧化硅和三聚氰胺进行前处理，具体地，先分别通过
上筛网，然后通过下筛网，进入到收集盘中，上筛网的孔径为20μ，下网
筛的孔径为10μ；
b.将配方量的硅橡胶与经步骤a处理好的微晶二氧化硅和三聚氰胺进行搅拌得到混合物A，具体地，将超声波搅拌针放进收集盘，开电源，搅拌5分钟，获得混合物A；
c.将含有混合物A的收集盘放进100℃烘箱进行4-4.5小时进行干燥，得到灭弧材料，灭弧材料呈块状。
采用该实施例的灭弧材料制备的熔断器产品，进行250Vac/50A分断能力测试，产品尺寸为2.8mm×6.5mm，产品安培数可达到7A或更高，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
一种用于熔断器的灭弧材料，灭弧材料包括无定形二氧化硅0.8份、硅橡胶1.0份和三聚氰胺1.0份。
灭弧材料的制备方法同实施例1相同。
采用该实施例的灭弧材料制备的熔断器产品，进行250Vac/50A分断能力测试，产品尺寸为2.8mm×6.5mm，产品安培数可达到7A或更高，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
一种用于熔断器的灭弧材料，灭弧材料包括无定形二氧化硅0.6份、微晶二氧化硅0.2份、硅橡胶1.0份和三聚氰胺1.0份。
灭弧材料的制备方法同实施例1相同。
采用该实施例的灭弧材料制备的熔断器产品，进行250Vac/50A分断能力测试，产品尺寸为2.8mm×6.5mm，产品安培数可达到7A或更高，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4
一种用于熔断器的灭弧材料，灭弧材料包括微晶二氧化硅1.2份、硅橡胶0.8份和三聚氰胺0.1份。
灭弧材料的制备方法同实施例1相同。
采用该实施例的灭弧材料制备的熔断器产品，进行250Vac/50A分断能力测试，产品尺寸为2.8mm×6.5mm，产品安培数可达到7A或更高，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
一种用于熔断器的灭弧材料，灭弧材料包括微晶二氧化硅0.7份、硅橡胶1.2份和三聚氰胺1.0份。
灭弧材料的制备方法同实施例1相同。
采用该实施例的灭弧材料制备的熔断器产品，进行250Vac/50A分断能力测试，产品尺寸为2.8mm×6.5mm，产品安培数可达到7A或更高，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，测得闭合角为30度，60度和80度的分断波形图，参考图1-3。
对比例1
采用石英砂作为灭弧材料，利用该灭弧材料做成熔断器，其中，与实施例1-5的熔断器的具有相同尺寸，相同的熔丝，采用相同的工艺制备，仅填充材料不同，并进行250Vac/50A的分断试验，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，测得闭合角为30度，60度和80度的分断波形图，参考图4-6。
对比例2
一种用于熔断器的灭弧材料，灭弧材料包括微晶二氧化硅0.3份和三聚氰胺0.5份。
灭弧材料的制备方法同实施例1相同。
采用该实施例的灭弧材料制备的熔断器产品，进行250Vac/50A分断能力测试，产品尺寸为2.8mm×6.5mm，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。
实施例1-5与对比例1-2相比，采用二氧化硅、硅橡胶和三聚氰胺作为灭弧材料制备的熔断器均在250Vac/50A的分断试验后，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，能够达到灭弧测试要求，灭弧能力强，更进一步参考图1-6，图1-3是本申请的灭弧填充材料做成的熔断器，进行250Vac/50A的分断波形，对应的闭合角为30度，60度和80度，图4-6是石英砂填充材料做成的熔断器，进行250Vac/50A的分断波形，对应的闭合角为30度，60度和80度，由此可知，图1-3中的波形干净清新，没有拉弧，而图4-6中的波形都有很明显的拉弧，并导致熔断炸飞，可见，本申请的填充灭弧材料，其灭弧能力比简单的石英砂填充材料整整高出一个等级，普通石英砂过不了250Vac/50A，而本申请的灭弧填充料，则能满足该灭弧要求，与对比例2相比，仅仅采用二氧化硅和三聚氰胺作为灭弧材料制备的熔断器均在250Vac/50A的分断试验后，也达不到灭弧要求，实施例1中是由于硅橡胶的加入，一方面硅橡胶具有绝缘性能，提高了其灭弧能力，另一方面由于硅橡胶覆盖在二氧化硅和三聚氰胺的表面，促进了二氧化硅和三聚氰胺的灭弧能力，而对比例2没有硅橡胶，因此灭弧能力差。
本发明的灭弧材料组分简单，材料易得，成本低，同时灭弧材料中不含水及硅橡胶具有防潮性能，对金属熔体的长期使用不会产生影响，进一步提高灭弧材料的使用寿命，抗老化程度高，使用本发明的材料作为填充材料制备的熔断器进行分断能力测试，当产品尺寸为2.8mm×6.5mm时，产品安培数可达到7A或更高，能够满足250Vac/50A的分断能力试验。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述的特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括在本发明权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种用于熔断器的灭弧材料，其特征在于，包括二氧化硅、硅橡胶和三聚氰胺，按照重量份计算，所述二氧化硅的含量为0.3-1.2份，所述硅橡胶的含量为0.6-1.2份，所述三聚氰胺的含量为0.1-1.0份。
2.根据权利要求1所述的用于熔断器的灭弧材料，其特征在于，按照重量份计算，所述二氧化硅的含量为0.7份，所述硅橡胶的含量为1.2份，所述三聚氰胺的含量为1.0份。
3.根据权利要求1所述的用于熔断器的灭弧材料，其特征在于，所述二氧化硅为微晶二氧化硅、无定形二氧化硅或二者结合的组合物。
4.根据权利要求3所述的用于熔断器的灭弧材料，其特征在于，所述微晶二氧化硅的导热系数＞20w/(m·k)。
5.根据权利要求1所述的用于熔断器的灭弧材料，其特征在于，所述硅橡胶为缩合型硅橡胶。
6.制备如权利要求1-5中任意一项所述的用于熔断器的灭弧材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.将所述二氧化硅和三聚氰胺进行前处理；
b.将所述硅橡胶与所述二氧化硅和三聚氰胺进行搅拌得到混合物A；
c.将所述混合物A进行烘干，得到灭弧材料。
7.根据权利要求6所述的用于熔断器的灭弧材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌采用超声波进行。
8.根据权利要求6所述的用于熔断器的灭弧材料的制备方法，其特征在于，所述前处理为将所述二氧化硅和三聚氰胺分别通过筛网。
9.根据权利要求8所述的用于熔断器的灭弧材料的制备方法，其特征在于，所述筛网包括上筛网和下筛网，所述上筛网叠加于所述下筛网的表面上，所述上筛网的孔径大于所述下网筛的孔径。
10.根据权利要求9所述的用于熔断器的灭弧材料的制备方法，其特征在于，所述上筛网的孔径为15～25μ，所述下网筛的孔径为3～13μ。
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