CN112679952A - 一种产气灭弧管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种产气灭弧管及其制备方法，所述产气灭弧管包括以下重量份数的物质：30～60份功能相，10～20份增强改性剂，10～40份产气添加剂。所述制备方法，包括以下步骤：步骤一，按重量配比称取功能相、增强改性剂、产气添加剂、脱模剂，搅拌混合均匀；步骤二，将步骤一所得物料在120℃～140℃下干燥；步骤三，将步骤二所得物料注塑成型，机筒温度控制在250℃～320℃，喷嘴温度为280℃～340℃，模具温度为120℃～160℃，注射压力为40MPa～100MPa。本发明的产气灭弧管通过产气添加剂在电弧高温作用下的热分解，吸收电弧能量并释放灭弧气体，留下孔隙通道，大大提高其分断能力。

Description

一种产气灭弧管及其制备方法

技术领域

本发明属于灭弧管及其制法，具体为一种产气灭弧管及其制备方法。

背景技术

分断能力要达到DC/AC250V 100A及以上的表面贴装管状微型熔断器产品，其内部一般都需要填充灭弧材料，用以熄灭金属熔体在过电流熔断时所产生的电弧，并缓冲熔断瞬间产生的爆炸压力对熔断器外壳所带来的巨大冲击。但灭弧材料的填充一般又会增强产品的散热，进而影响其熔断特性，导致具有较高分断能力的产品一般抗浪涌能力均较差的窘境。

熔体分断过程产生的影响一般可分为两个部分：熔体刚刚气化起弧瞬间产生的脉冲形式压力——爆炸压力和整个燃弧期间产生的压力---燃弧压力。在熔体气化起弧的瞬间，会产生一个上升很快、持续时间很短的脉冲形式的爆炸压力；燃弧压力则存在于整个燃弧过程中，其压力的变化完全受燃弧过程中的电流变化控制，若起弧后的电流是减小的，则燃弧压力不会有大的上升，对管壳的危害作用很小。但电流若保持不变或不断上升，则燃弧压力必将上升，这时燃弧压力也对管壳危害较大。随着燃弧时间增长，管壳温度增高，强度下降，最后引起管壳破裂或爆炸。

因此，不同灭弧材料的填充，对熔断器熔断过程所产生电弧的作用机理是不同的。如填充石英砂作为灭弧材料时，熔丝熔断后会在石英砂的狭沟中产生电弧，其受到石英砂的冷却作用，使电弧迅速熄灭，并利用石英砂的运动来缓冲爆炸压力冲击，其缺点是灭弧能力范围小。当填充产气材料作为灭弧材料时，其通过在熔体熔化的高温作用下使产气材料分解释放惰性气体，利用气体的高热导率和耐电强度，可以提高分断后气体间隙的击穿电压，减少电击穿的可能性。但现有的产气材料，一般耐热温度较低，易老化，长期高温环境下使用安全受到限制。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种产气灭弧管，本发明的另一目的是提供一种产气灭弧管的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种产气灭弧管，包括以下重量份数的物质：30～60份功能相，10～20份增强改性剂，10～40份产气添加剂。

进一步地，功能相为聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚砜中的一种或多种。功能相的主要作用是熔断器绝缘外壳的支撑主体，提供绝缘外壳的强度和保护。功能相需采用注塑级材料，以实现产品的注塑成型。

进一步地，增强改性剂为玻璃纤维、聚对苯酰胺纤维、芳纶纤维、聚芳酰胺纤维中的一种或多种。增强改性剂的作用主要为提高主体材料的机械强度，防止绝缘外壳在熔断器产品分断时产生的爆炸压力冲击下，产生不良。增强改性用的纤维采用磨碎纤维，长度为0.1mm～1mm，直径为0.1～10μm。

进一步地，产气添加剂为氢氧化铝、水合氧化铝、氢氧化镁中的一种或多种。产气添加剂的主要作用是通过添加剂本身在电弧高温下的热分解作用，释放气体灭弧；因绝缘外壳的耐电弧特性，产气添加剂分解后预期会在绝缘外壳上留下泄气通道，提高产品的灭弧能力。

必要时上述产气灭弧管，还包括0～1份脱模剂。脱模剂为硬脂酸锌或有机硅。

上述产气灭弧管的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，按重量配比称取功能相、增强改性剂、产气添加剂、脱模剂，搅拌混合均匀；

步骤二，将步骤一所得物料在120℃～140℃下干燥；

步骤三，将步骤二所得物料注塑成型，机筒温度控制在250℃～320℃，喷嘴温度为280℃～340℃，模具温度为120℃～160℃，注射压力为40MPa～100MPa，保压时间为20～150s，退火温度为180～250℃，退火时间为0～3h，通过注塑成型，得到需要尺寸与形状的产气灭弧管。优选地，退火温度为250℃，退火时间为3h。

注塑成型优选采用螺杆式注塑机，要求加热温度至少可以达到350℃，注塑压力可达到150MPa以上，并带有自锁式喷嘴。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：

1、产气灭弧管主体采用可耐受电弧的树脂材料，在其内部填充产气添加剂，通过产气添加剂在电弧高温作用下的热分解，吸收电弧能量并释放灭弧气体，并在灭弧管主体上留下孔隙通道，大大提高了熔断器产品的分断能力；

2、相对传统的以陶瓷管壳结构的熔断器产品，本发明的产气灭弧管熔断器产品具有分断能力高的优点，且在高分断能力熔断器的生产中，省去了灭弧材料填充的步骤，大大降低了工艺难度，提升了产品质量一致性。

具体实施方式

以下各实施例中所使用的原料、装置均为直接购买使用。

作为功能相的聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮和聚砜都是注塑级材料，其重均分子量(Mw)为10000～100000，以实现产品的注塑成型。

注塑成型采用螺杆式注塑机，加热温度可以达到350℃，注塑压力可达到150MPa以上，并带有自锁式喷嘴。

功能相的主要作用是熔断器绝缘外壳的支撑主体，提供绝缘外壳的强度和保护。增强改性剂的作用主要为提高主体材料的机械强度，防止绝缘外壳在熔断器产品分断时产生的爆炸压力冲击下，产生不良。产气添加剂的主要作用是通过添加剂本身在电弧高温下的热分解作用，释放气体灭弧。因绝缘外壳的耐电弧特性，产气添加剂分解后预期会在绝缘外壳上留下泄气通道，提高产品的灭弧能力。

实施例1

一种产气灭弧管的制备方法，包括以下步骤：

S1、物料混合：按重量配比称取30份注塑级的功能相(聚酰亚胺)、18份增强改性剂(聚对苯酰胺纤维)、10份产气添加剂(水合氧化铝)、0～1份脱模剂(硬脂酸锌)，搅拌混合均匀；增强改性剂采用长度为0.1mm、直径为0.1μm的磨碎纤维；

S2、预干燥：将S1所得物料在130℃下干燥2小时；

S3、注塑成型：将S2所得物料注塑成型，螺杆式注塑机的机筒温度控制在250℃，喷嘴温度为280℃，模具温度为120℃，注射压力为40MPa，保压时间为20s，退火温度为180℃，退火时间为3h，注塑成型最终尺寸为9.6*2.6*2.6(mm)、内孔直径为1.7mm的方形产气灭弧管。

以所制得的灭弧管为绝缘外壳，以0.20mm厚、1.6mm宽的纯银片为金属熔体，并在金属熔体中部冲压形成需要的狭颈，得到电流规格为50A的熔断器产品，测试其分断能力可满足DC72V500A。

实施例2

一种产气灭弧管的制备方法，包括以下步骤：

S1、物料混合：按重量配比称取60份注塑级的功能相(聚醚醚酮)、20份增强改性剂(聚芳酰胺纤维)、25份产气添加剂(氢氧化镁)、0.5份脱模剂(有机硅)，搅拌混合均匀；增强改性剂采用长度为1mm、直径为10μm的磨碎纤维；

S2、预干燥：将S1所得物料在135℃下干燥3小时；

S3、注塑成型：将S2所得物料注塑成型，螺杆式注塑机的机筒温度控制在320℃，喷嘴温度为340℃，模具温度为160℃，注射压力为100MPa，保压时间为150s，退火温度为250℃，退火时间为0h，注塑成型最终尺寸为11.8*3.8*3.8(mm)、内孔直径为2.4mm的方形产气灭弧管。

以所制得的灭弧管为绝缘外壳，以0.30mm厚、1.9mm宽的纯银片为金属熔体，并在金属熔体中部冲压形成需要的狭颈，得到电流规格为80A的熔断器产品，测试其分断能力可满足DC72V1000A。

实施例3

一种产气灭弧管的制备方法，包括以下步骤：

S1、物料混合：按重量配比称取45份注塑级的功能相(聚砜)、15份增强改性剂(玻璃纤维、聚对苯酰胺纤维混合物，其中玻璃纤维与聚对苯酰胺纤维的质量比为1：1)、10～40份产气添加剂(氢氧化铝、氢氧化镁混合物，其中氢氧化铝与氢氧化镁的质量比为1：1)、0.2份脱模剂(硬脂酸锌)，搅拌混合均匀；增强改性剂采用长度为0.5mm、直径为5μm的磨碎纤维；

S2、预干燥：将S1所得物料在125℃下干燥3.5小时；

S3、注塑成型：将S2所得物料注塑成型，螺杆式注塑机的机筒温度控制在290℃，喷嘴温度为330℃，模具温度为125℃，注射压力为70MPa，保压时间为80s，退火温度为215℃，退火时间为1.5h，注塑成型最终尺寸为11.8*3.8*3.8(mm)、内孔直径为2.4mm的方形产气灭弧管。

以所制得的灭弧管为绝缘外壳，以0.30mm厚、1.9mm宽的纯银片为金属熔体，并在金属熔体中部冲压形成需要的狭颈，得到电流规格为80A的熔断器产品，测试其分断能力可满足DC72V1000A。

实施例4

一种产气灭弧管的制备方法，包括以下步骤：

S1、物料混合：按重量配比称取50份注塑级的功能相(聚苯硫醚)、10份增强改性剂(玻璃纤维)、40份产气添加剂(氢氧化铝)搅拌混合均匀；增强改性剂采用长度为0.3mm、直径为2μm的磨碎纤维；

S2、预干燥：将S1所得物料在140℃下干燥4小时；

S3、注塑成型：将S2所得物料注塑成型，螺杆式注塑机的机筒温度控制在300℃，喷嘴温度为310℃，模具温度为150℃，注射压力为50MPa，保压时间为40s，退火温度为190℃，退火时间为1h，注塑成型最终尺寸为11.8*3.8*3.8(mm)、内孔直径为2.4mm的产气灭弧管。

以该灭弧管为绝缘外壳，以0.45mm厚、2.2mm宽的纯银片为金属熔体，并在金属熔体中部冲压形成需要的狭颈，得到电流规格为100A的熔断器产品，测试其分断能力可满足DC84V1000A。

实施例5

一种产气灭弧管的制备方法，包括以下步骤：

S1、物料混合：按重量配比称取40份注塑级的功能相(聚砜)、12份增强改性剂(芳纶纤维)、32份产气添加剂(氢氧化铝)，搅拌混合均匀；增强改性剂采用长度为0.7mm、直径为8μm的磨碎纤维；

S2、预干燥：将S1所得物料在120℃下干燥2.5小时；

S3、注塑成型：将S2所得物料注塑成型，螺杆式注塑机的机筒温度控制在280℃，喷嘴温度为300℃，模具温度为140℃，注射压力为90MPa，保压时间为120s，退火温度为230℃，退火时间为2h，注塑成型最终尺寸为9.6*2.6*2.6(mm)、内孔直径为1.7mm的方形产气灭弧管。

以所制得的灭弧管为绝缘外壳，以0.30mm厚、1.7mm宽的纯银片为金属熔体，并在金属熔体中部冲压形成需要的狭颈，得到电流规格为80A的熔断器产品，测试其分断能力可满足DC72V1000A。

对比例1

本对比例的其余步骤与实施例5的均相同，区别在于：所使用的芳纶纤维的长度为分别为200mm、500mm、1cm、3cm、5cm，按照标准测试其制得的产气灭弧管，并与未进行纤维增强的产气灭弧管的性能(耐热温度为175℃，冲击强度为23KJ/m²，分断能力DC72V100A为56％合格)相比，性能提升比例数据如下：

表1产气灭弧管的测试性能

纤维长度	耐热温度	冲击强度	分断能力
				0.7mm	218％	195％	100％合格
200mm	186％	179％	86％合格
				500mm	175％	170％	78％合格
1cm	161％	163％	71％合格
				3cm	135％	154％	64％合格
5cm	112％	148％	59％合格

由表1可以看出，由于设计的熔断器产品尺寸较小，纤维的长径比越小时，内部纤维在树脂基体中的分散性越好，与树脂的结合性越好，对产品的耐热温度、冲击强度和分断能力均有提升。

Claims (9)

1.一种产气灭弧管，其特征在于，包括以下重量份数的物质：30～60份功能相，10～20份增强改性剂，10～40份产气添加剂。

2.根据权利要求1所述的一种产气灭弧管，其特征在于：所述功能相为聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚砜中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种产气灭弧管，其特征在于：所述增强改性剂为玻璃纤维、聚对苯酰胺纤维、芳纶纤维、聚芳酰胺纤维中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种产气灭弧管，其特征在于：所述产气添加剂为氢氧化铝、水合氧化铝、氢氧化镁中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种产气灭弧管，其特征在于，还包括0～1份脱模剂。

6.根据权利要求5所述的一种产气灭弧管，其特征在于：所述脱模剂为硬脂酸锌或有机硅。

7.根据权利要求1～6任一所述的一种产气灭弧管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，按重量配比称取功能相、增强改性剂、产气添加剂、脱模剂，搅拌混合均匀；

步骤二，将步骤一所得物料在120℃～140℃下干燥；

步骤三，将步骤二所得物料注塑成型，机筒温度控制在250℃～320℃，喷嘴温度为280℃～340℃，模具温度为120℃～160℃，注射压力为40MPa～100MPa。

8.根据权利要求7所述的一种产气灭弧管的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，保压时间为20～150s。

9.根据权利要求7所述的一种产气灭弧管的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，退火温度为180～250℃，退火时间为0～3h。