CN110211762A - 一种电流互感器柔性软磁铁芯 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电流互感器柔性软磁铁芯，包括5‑90wt％的软磁粉末、10‑95wt％的聚合物、0.5‑1wt％的发泡剂、1‑5wt％的阻燃剂和0.5‑1wt％的固化剂，其制备方法包括按配比将软磁粉末、聚合物、发泡剂、阻燃剂和固化剂混合，搅拌均匀，形成胶体混合物；将所述胶体混合物加工成形的步骤，属于互感器相关技术领域；本发明所提供的电流互感器柔性软磁铁芯，具有较好的磁导性，矫顽力低，且机械性能良好；本发明所提供的制备方法工艺简单且成本低，易于操作并工业化生产。

Description

一种电流互感器柔性软磁铁芯

【技术领域】

本发明属于电流互感器相关技术领域，具体涉及一种电流互感器柔性软磁铁芯。

【背景技术】

电流互感器是探测器的一种，能够监视配电系统的漏电流，并可同时实现对电器设备的监视和控制，为漏电监视、预防电气火灾提供解决方案。

电流互感器是由铁芯和绕组组成，现有的电流互感器柔性铁芯由软磁材料粉末或颗粒压制后，再在外部包覆绝缘层，以保证铁芯具备一定的机械性能，如具备一定的柔性，但该铁芯的机械性能较差、易变性且因外绝缘层的绝缘效果，存在检测精度不够准确的问题。

【发明内容】

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种互感器柔性软磁铁芯，该铁芯主要由软磁粉末、聚合物、阻燃剂和发泡剂制备而成，可直接制成任意形状的柔性铁芯，不易发生变形且无需在外层包覆绝缘层，具备优异的磁导性和机械性能，而且具有较高的探测精度，可探测到极小电流，为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种电流互感器柔性软磁铁芯，按质量百分数计，包括5-90％的软磁粉末、10-95％的聚合物、0.5-1％的发泡剂和0.5-1％的固化剂。

进一步地，所述软磁粉末为含铁-镍、铁-钴、铁-钴-镍元素组合中至少一种的合金。

进一步地，所述软磁粉末为针状、球状、片状、圆柱形状中的一种或两种以上的混合物。

进一步地，所述聚合物为硅橡胶、聚四氟乙烯、环氧树脂、聚酰亚胺、三聚氰胺甲醛树脂、氟橡胶、丁基橡胶、顺丁橡胶、三元乙丙橡胶、丙烯酸酯橡胶中的任意一种或两种以上的混合物。

进一步地，所述固化剂为脂肪族胺类、芳香族胺类、脂环胺类、聚酰胺类、改性胺类、酸酐中的其中一种或两种以上的混合物。

进一步地，所述阻燃剂为磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、膨胀型阻燃剂、无机氢氧化物阻燃剂中的其中一种或两种以上的混合物。

本发明还提供了如上所述的电流互感器柔性软磁铁芯的制备方法，包括如下步骤：

S1：按配比将软磁粉末、聚合物、发泡剂和固化剂混合，搅拌均匀，形成胶体混合物；

S2：将所述胶体混合物加工成形，即制成电流互感器柔性软磁铁芯。

进一步地，所述S1中混合温度为80-200℃。

进一步地，所述S2中通过注塑成形、压塑成形、挤出成形、压延成形中的其中一种加工成形。

相较于现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明将软磁粉末、阻燃剂与聚合物混合，软磁粉末和阻燃剂分散于聚合物中，在固化剂作用下，软磁粉末可紧密结合，在固化剂和发泡剂的作用下固化后形成微孔状的柔性软磁铁芯，该铁芯具备良好的机械性能，无需外包绝缘层即可直接使用，微孔的结构可以使该铁芯更加柔软；因软磁粉末的作用，该铁芯具有良好的磁导性，较低的矫顽力，且具备较高的探测精度，可探测到极小电流(最低可探测到微安级电流)。

本发明所提供的制备方法，制备工艺简单且工艺条件要求简单，易于操作且可批量化生产。

【具体实施方式】

本发明旨在提供一种电流互感器柔性软磁铁芯，主要由软磁粉末、阻燃剂和聚合物制备而成，具有较好的柔性以及探测精度高，主要技术方案如下：

一种电流互感器柔性软磁铁芯，按质量百分数计，包括5-90％的软磁粉末、10-95％的聚合物、0.5-1％的发泡剂和0.5-1％的固化剂。

该方案中，随着软磁粉末含量的增加，铁芯的磁导率增加，机械性能降低，故要保证铁芯的磁导率与机械性能的最优，优选软磁粉膜与聚合物的质量比为(3-6)：1；所述软磁粉末为含铁-镍、铁-钴、铁-钴-镍元素组合中至少一种的合金；包括但不限于铁硅铝合金、坡莫合金、铁氧体磁芯、硅钢片、非晶及纳米晶合金；所述软磁粉末为针状、球状、片状、圆柱状中的其中一种或两种以上的混合物，优选采用球状与其他形状的混合物，球状与针状、片状和圆柱状的其中一种或两种以上的混合可保证铁芯在保证较高的磁通量同时，具有较低的矫顽力，更优选的，球状的软磁粉末粒径为10nm-4mm，该粒径范围的软磁粉末可与聚合物更好地结合，使铁芯具有较高的机械性能。

所述聚合物包括但不限于硅橡胶、聚四氟乙烯、环氧树脂、聚酰亚胺、三聚氰胺甲醛树脂、氟橡胶、丁基橡胶、顺丁橡胶、三元乙丙橡胶、丙烯酸酯橡胶中任意一种或两种以上的混合物。

所述固化剂为脂肪族胺类、芳香族胺类、脂环胺类、聚酰胺类、改性胺类、酸酐类中的其中一种或两种以上的混合物，脂肪族胺类如乙二胺(EDA)、二乙烯三胺(DETA)、三乙烯四胺(TETA)、四乙烯五胺(TEPA)、多乙烯多胺(PEPA)、二丙烯三胺(DPTA)、二甲胺基丙胺(DMAPA)、二乙胺基丙胺(DEAPA)、己二胺(HDA)、二乙胺(DEA)等；芳香族胺类如间苯二胺(m-PDA)、间苯二甲胺(MXDA)、二氨基二苯基甲烷(DDM)等；脂环胺类如六氢吡啶(HHP)、二氨基环己烷(DAHM)等；酸酐类丙酮四羧酸二酐(BTDA)、四氢邻苯二甲酸酐(THPA)、戊二酸酐(GA)等；改性胺类如烷基醇胺、环氧胺、改性双氰胺、羟甲基二乙基三胺等。

所述发泡剂包括但不限于碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢胺、亚硝酸铵、硼氢化钾、硼氢化钠、过氧化氢、偶氮二甲酰胺、偶氮异丁腈、偶氮二碳酸二异丙酯、乙醇、乙醚、甲苯、丙酮等。

所述阻燃剂可用磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、膨胀型阻燃剂、无机氢氧化物阻燃剂中的至少一种，磷系阻燃剂如磷酸酯、磷杂菲(DOPO)、磷腈化合物、有机次磷酸、有机次磷酸盐、聚磷酸铵、磷酸铵盐、磷酸盐及聚磷酸盐等；氮系阻燃剂如三聚氰胺、三聚氰胺尿酸盐(MCA)等；膨胀型阻燃剂如三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)等；无机氢氧化物阻燃剂如氢氧化铝、氢氧化镁等。

本发明还提供如上所述的互感器柔性软磁铁芯的制备方法，包括如下步骤：

S1：按配比将软磁粉末、聚合物、发泡剂、阻燃剂和固化剂混合，搅拌均匀，形成胶体混合物；

S2：将所述胶体混合物加工成形，即制成电流互感器柔性软磁铁芯。

优选的，S1中的混合温度可以为80-200℃；S2中可通过注塑成形、压塑成形、挤出成形、压延成形中的其中一种方法加工成形。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种电流互感器柔性软磁铁芯，由5wt％的铁氧体磁芯、90wt％的丁基橡胶、0.5wt％的硼氢化钾、4wt％的聚磷酸铵和0.5wt％的DETA组成，其制备方法如下：

S1：按配比将铁氧体磁芯、DETA、聚磷酸铵和硼氢化钾加入丁基橡胶中，加热至100℃，在100℃下搅拌均匀，形成胶体混合物；

S2：将S1中的胶体混合物加入挤出机中，挤出所需形状，静置冷却至常温，固化成形，即制成电流互感器柔性软磁铁芯。

实施例2

一种电流互感器柔性软磁铁芯，由10wt％的硅铁铝合金、88wt％的硅橡胶、0.5wt％的过氧化氢、1wt％的氢氧化铝和0.5wt％的TETA组成，其制备方法如下：

S1：按配比将硅铁铝合金、TETA、氢氧化铝和过氧化氢加入硅橡胶中，加热至150℃，在150℃下搅拌均匀，形成胶体混合物；

S2：将S1中的胶体混合物加入挤出机中，挤出所需形状，静置待冷却至常温，固化成形，即制成电流互感器柔性软磁铁芯。

实施例3

一种电流互感器柔性软磁铁芯，由30wt％的坡莫合金(其中，镍含量在45-50％)、65wt％的顺丁橡胶、1wt％的亚硝酸铵、3wt％的磷酸酯和1wt％的m-PDA组成，其制备方法如下：

S1：按配比将坡莫合金、m-PDA、磷酸酯和亚硝酸铵加入顺丁橡胶中，加热至200℃，在200℃下搅拌均匀，形成胶体混合物；

S2：将S1中的胶体混合物加入挤出机中，挤出所需形状，静置冷却至常温，固化成形，即制成电流互感器柔性软磁铁芯。

实施例4

一种电流互感器柔性软磁铁芯，由50wt％的铁硅铝合金、27wt％的三聚氰胺甲醛树脂、0.5wt％的碳酸铵、2wt％的三聚氰胺和0.5wt％的DETA组成，其制备方法如下：

S1：按配比将铁硅铝合金、DETA、三聚氰胺和碳酸铵加入三聚氰胺甲醛树脂中，加热至80℃，在80℃下搅拌均匀，形成胶体混合物；

S2：将S1中的胶体混合物加入挤出机中，挤出所需形状，静置冷却至常温，固化成形，即制成电流互感器柔性软磁铁芯。

实施例5

一种电流互感器柔性软磁铁芯，由80wt％的铁氧体磁芯、15wt％的丙烯酸酯橡胶、1wt％的碳酸氢钠、3wt％的MPP和1wt％的EDA组成，其制备方法如下：

S1：按配比将铁氧体磁芯、EDA、MPP和碳酸氢钠加入丙烯酸酯橡胶中，加热至100℃，在100℃的温度下搅拌均匀，形成胶体混合物；

S2：将S1中的胶体混合物加入挤出机中，挤出所需形状，静置冷却至常温，固化成形，即制成电流互感器柔性软磁铁芯。

实施例6

一种电流互感器柔性软磁铁芯，由85wt％的铁硅铝合金、10wt％的聚酰亚胺、0.5wt％的偶氮二甲基酰胺、3.5wt％的聚碳酸铵和1wt％的DETA组成，其制备方法如下：

S1：按配比将铁硅铝合金、DETA、聚碳酸铵和偶氮二甲基酰胺加入聚酰亚胺中，加热至200℃，在200℃的温度下搅拌均匀，形成胶体混合物；

S2：将S1中的胶体混合物加入挤出机中，挤出所需形状，冷却至常温，固化成形，即制成电流互感器柔性软磁铁芯。

实施例7

一种电流互感器柔性软磁铁芯，由90wt％的铁硅铝合金、5wt％的聚四氟乙烯、0.5wt％的碳酸氢钠、4wt％DOPO和0.5wt％的PEPA组成，其制备方法如下：

S1：按配比将铁硅铝合金、PEPA、DOPO和碳酸氢钠加入聚四氟乙烯中，加热至150℃，在150℃的温度下搅拌均匀，形成胶体混合物；

S2：将S1中的胶体混合物加入挤出机中，挤出所需形状，静置冷却至常温，固化成形，即制成电流互感器柔性软磁铁芯。

实施例8

一种电流互感器柔性软磁铁芯，由70wt％的硅钢片、27wt％的丁基橡胶、1wt％的碳酸铵、1wt％的MCA和1wt％的DETA组成，其制备方法如下：

S1：按配比将硅钢片、DETA、MCA和碳酸铵加入丁基橡胶中，加热至150℃，在150℃的温度下搅拌均匀，形成胶体混合物；

S2：将S1中的胶体混合物加入挤出机中，挤出所需形状，静置冷却至常温，固化成形，即制成电流互感器柔性软磁铁芯。

用磁导率测量仪检测实施例1-8所制备的电流互感器柔性软磁铁芯的磁导率，检测结果如表1所示：

表1实施例1-8所制备的电流互感器柔性软磁铁芯磁导率检测结果

需要说明的是，S2中的成形方式不仅限于挤出成形，还可使用压塑成形、注塑成形、挤出成型、压延成形等方式，现有的聚合物的成形方式均适用于本发明。

综上，随着软磁粉末的含量增加，所制备的电流互感器柔性软磁铁芯的磁导率上升，探测精度越高，当软磁粉末的含量为80wt％时，磁导率最高，探测精度最高，当软磁粉末超过80wt％，磁导率下降，探测精度下降，故实施例5为本发明最优实施方案。

以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的专业技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电流互感器柔性软磁铁芯，其特征在于，按质量百分数计，包括5-90％的软磁粉末、10-95％的聚合物、0.5-1％的发泡剂、1-5wt％的阻燃剂和0.5-1％的固化剂。

2.根据权利要求1所述的电流互感器柔性软磁铁芯，其特征在于，所述软磁粉末为含铁-镍、铁-钴、铁-钴-镍元素组合中任意一种的合金。

3.根据权利要求1所述的电流互感器柔性软磁铁芯，其特征在于，所述软磁粉末为针状、球状、片状、圆柱形状中的一种或两种以上的混合物。

4.根据权利要求2所述的电流互感器柔性软磁铁芯，其特征在于，所述聚合物为硅橡胶、聚四氟乙烯、环氧树脂、聚酰亚胺、三聚氰胺甲醛树脂、氟橡胶、丁基橡胶、顺丁橡胶、三元乙丙橡胶、丙烯酸酯橡胶中的任意一种或两种以上的混合物。

5.根据权利要求1所述的电流互感器柔性软磁铁芯，其特征在于，所述固化剂为脂肪族胺类、芳香族胺类、脂环胺类、聚酰胺类、改性胺类、酸酐中的其中一种或两种以上的混合物。

6.根据权利要求1所述的电流互感器柔性软磁铁芯，其特征在于，所述阻燃剂为磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、膨胀型阻燃剂、无机氢氧化物阻燃剂中的其中一种或两种以上的混合物。

7.如权利要求1-6任一项所述的电流互感器柔性软磁铁芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：按配比将软磁粉末、聚合物、发泡剂、阻燃剂和固化剂混合，搅拌均匀，形成胶体混合物；

S2：将所述胶体混合物加工成形，即制成电流互感器柔性软磁铁芯。

8.根据权利要求7所述的电流互感器柔性软磁铁芯的制备方法，其特征在于，所述S1中混合温度为80-200℃。

9.根据权利要求7所述的电流互感器柔性软磁铁芯的制备方法，其特征在于，所述S2中通过注塑成形、压塑成形、挤出成形、压延成形中的其中一种加工成形。