CN113278263A - Pc/pbt合金材料作为电源适配器内部绝缘材料的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种PC/PBT合金材料作为电源适配器内部绝缘材料的用途，本发明采用PC/PBT合金材料通过一定的注塑工艺得到的绝缘件厚度可以做到0.35～0.7mm的范围内，解决高功率密度电源适配器的初次级器件安全隔离问题，满足国标GB4943.1‑2011相关的湿热以及耐压测试要求，符合人们对电源适配器小型化轻量化的发展要求，具有广阔的应用前景和市场。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料的应用领域，具体涉及PC/PBT合金材料作为电源适配器内部绝缘材料的用途。
背景技术
现在电源适配器产品都追求小而精，将产品的体积压缩到最小，尽可能的最大化功率密度，但是按照常规做法电源初次级器件必须做安全隔离，以满足安规和安全的需要，常用方法有两种，第一种是拉开距离，所有初次级的器件距离都必须大于6mm；第二种是用绝缘材料隔开，在初次级件增加一个绝缘器件，而第一种方法的产品体积较大，已不符合现在市场消费者的外观审美要求，所以电源产品都是按照第二种方法做设计生产，作为初次级隔离的绝缘材料有很多种，例如PC、PA、PA66等，这些绝缘材料不但要起到绝缘隔离的作用，同时还要满足电源适配器安规测试，即国标GB4943.1-2011章节2.9.2湿热处理和章节5.2耐压测试，以及耐温、耐湿、支撑强度、阻燃等级的要求，在满足以上测试要求的情况，还要满足可生产性，即注塑成型条件的要求。
使用PC作为绝缘材料，绝缘隔离器件的厚度要满足模具成型要求，使用PC料，结构简单的，厚度最小可以做到0.8mm，但是PC料流动性较差，成型困难，所以设计厚度难以进一步降低，压缩不了电源体积。使用PA或PA66(尼龙)作为绝缘材料，可以将绝缘件的壁厚做小，在一些功率密度较小的产品上可以使用，但是需要拉开初次级器件间的距离，同时也要做密封防护的，存在适配器体积无法减小以及增加成本的问题。此外，PA或PA66吸湿性能较为明显，当材料处于高湿环境下一段时间，材料的绝缘等级就会降低，从而引起电源适配器产品的耐压不良，以及安全性等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种PC/PBT合金材料作为电源适配器内部绝缘材料的用途，以解决现有技术中常用的电源适配器绝缘材料存在的厚度难以进一步降低、难以满足国标GB4943.1-2011以及相应注塑条件要求的问题。
为了实现以上目的及其他目的，本发明是通过包括以下技术方案实现的：本发明首先提供了一种PC/PBT合金材料作为电源适配器内部绝缘材料的用途。
在一实施例中，所述PC/PBT合金材料中PC和PBT重量比为1:(1.5～2.5)。
在一实施例中，所述绝缘材料的厚度为0.35～0.7mm。
在一实施例中，所述PC/PBT合金材料的拉伸强度大于等于48MPa，所述拉伸强度为基于ASTM D638测试的结果，所述PC/PBT合金材料的绝缘强度大于30kV/mm，所述绝缘强度为基于ASTM D149测试的结果，所述PC/PBT合金材料的体积电阻率大于等于1015Ω·cm，所述体积电阻率为基于ASTM D257 IEC60093测试的结果。
在一实施例中，所述PC/PBT合金材料具有以下特征中的任意一项或多项：
(1)基于ASTM D792测试的结果，所述PC/PBT合金材料的比重为1～1.5g/cm3；
(2)基于ASTM D256测试的结果，所述PC/PBT合金材料的冲击强度大于500J/m；
(3)基于ASTM D648测试的结果，所述PC/PBT合金材料的热变形温度在1.82MPa的条件下为90～130℃；
(4)基于ASTM D790测试的结果，所述PC/PBT合金材料的弯曲强度大于80MPa。
在一实施例中，所述PC/PBT合金材料为PC/PBT合金粒子。
在一实施例中，所述PC/PBT合金粒子选自Sabic 357U-BK1066型号。
在一实施例中，所述绝缘材料通过将PC/PBT合金粒子进行注塑工艺制备得到。
在一实施例中，所述注塑工艺参数包括：注塑机料筒的温度为250～270℃，注塑压力为0.3～0.7MPa，模具温度为50～75℃，保压时间为1～2秒。
在一实施例中，所述电源适配器的体积为50～60cm3，所述电源适配器的功率大于等于65W。
如上所述，本发明采用PC/PBT合金材料通过一定的注塑工艺得到的绝缘件厚度可以做到0.35～0.7mm的范围内，解决了高功率密度电源适配器的初次级器件安全隔离问题，满足国标GB4943.1-2011相关的湿热以及耐压测试要求，符合人们对电源适配器小型化轻量化便携的发展要求，具有广阔的应用前景和市场。
附图说明
图1为本发明所述电源适配器的结构示意图。
图2为本发明所述电源适配器的结构爆炸图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图2所示。本发明所述电源适配器(Power Adapter)，是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备，一般由外壳、变压器、电感、电容、控制IC、PCB板等元器件组成，它的工作原理可以是由交流输入转换为直流输出(AC-DC)，电源适配器广泛配套于路由器、电话子母机、游戏机、语言复读机、随身听、笔记本、手机等设备中，大部分电源适配器可以自动检测100～240V交流电(50/60Hz)。根据匹配的电器不同，本发明所述电源适配器的输出功率可以是30～200W，例如30W、45W、60W、65W、72W、95W、150W等等，进一步的，本发明所述电源适配器的功率可以大于等于65W，在一些实施例中，所述电源适配器可以用于电子移动设备的充电中，所述电子移动设备例如可以是手机、平板电脑等等。
如图1至图2所示，所述电源适配器可以由外部的外壳(1,3)和内部的电路元器件2构成，所述外壳(1,3)可以包括有上端外壳1以及下端外壳3，所述上端外壳1上可以设置有USB接口11，所述下端外壳3的一端面上可以对称设置有金属插脚31。
如图1至图2所示，所述内部的电路元器件2可以包括有散热片(21,23)，所述散热片(21,23)可以包括有顶部散热片21以及底部散热片23，所述内部元器件2还可以包括有电路板(PCBA)25，所述电路板25上设置有把交流电转化为直流电的各种电路元件，所述电路元件包括电容、变压器、各种电阻等等。所述内部的电路元器件2中还可以包括有绝缘材料(22,24)，所述绝缘材料(22,24)包括有第一绝缘件22以及第二绝缘件24，所述第一绝缘件21可以是对原边器件的绝缘隔离，所述一绝缘件21可以是EMI绝缘件，所述第二绝缘件24可以是副边器件的绝缘件，所述第二绝缘件24可以是将电路板上的铁芯进行保护隔离。本发明所述第一绝缘件21以及第二绝缘24件均可以是采用PC/PBT合金材料进行制备。
本发明提供了PC/PBT合金材料作为电源适配器内部绝缘材料的用途。本发明所述PC/PBT合金材料可以是一种将PC和PBT共混造粒后形成的粒料状材料。本发明所述PC/PBT合金材料可以是由PC和PBT两种高分子聚合物加工成型，其中，聚碳酸酯(PC)是一种白色透明的带有高剪切粘度的线型高分子聚合物，英文名称为Polycarbonate，常用缩写PC代替，PC的结构式如式Ⅰ所示，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是由1,4-丁二醇与对苯二甲酸经过缩合聚合而成的缩聚物，PBT的结构如式Ⅱ所示。
PC/PBT具有PC和PBT二者的综合特性，例如PC的高韧性和几何稳定性以及PBT的化学稳定性、热稳定性和润滑特性等。PC的优点是室温刚而韧，但高温的情况下，热变形严重，缺点是应力开裂，粘度大，PBT的优点是它的刚性不受温度的影响，变形小，但是韧性不足，这样共混后的材料PC/PBT可以保留两者的优点，可以使得PC/PBT具有较高的表面硬度，较高的刚性和韧性，也有较高的抗高温形的能力，同时也具有较高的抗应力开裂能力，满足国标GB4943.1-2011相关的湿热以及耐压测试要求。
在一些实施例中，所述PC/PBT合金材料可以是PC和PBT按照质量比1:(1.5～2.5)组成的合金粒子，进一步的所述质量比可以是1:2，本发明采用较多的PBT配比较少比例的PC，流动性较好的PBT的配比量较大，可以制备得到厚度更小的绝缘件，添加适量的PC也同时提高了PBT材料的刚性和韧性。
一般情况下，吸水性过高会使得成型绝缘件在湿热条件下吸水过多，导致耐压测试不能通过，在一实施例中，所述PC/PBT合金材料的吸水性可以是小于0.1％(ASTM D570)，进一步的可以为0.07％、0.08％、0.09％等，所述PC/PBT合金材料的拉伸强度可以大于40MPa(ASTM D638)，进一步的可以是大于等于48MPa，例如48MPa、50MPa、60MPa，所述PC/PBT合金材料的绝缘强度可以大于30kV/mm(ASTM D149)，例如31、32、34、35kV/mm，所述PC/PBT合金材料的体积电阻率可以大于等于1015Ω·cm(ASTM D257IEC60093)，例如1016等等。在一些实施例中，所述PC/PBT合金材料可以选自SABIC公司的357U型号。
在一些实施例中，所述PC/PBT合金材料的比重可以是1～1.5g/cm3(ASTM D792)，所述PC/PBT合金材料的冲击强度可以是大于500J/m(ASTM D256)，所述PC/PBT合金材料的弯曲强度可以是大于80MPa(ASTM D790)。所述PC/PBT合金材料的热变形温度可以是90～130℃(ASTM D648，1.82MPa)，例如95℃、98℃、100℃等等。
如图2所示，本发明所述绝缘材料(22,24)的厚度可以是0.35mm～0.7mm，进一步的可以是0.35～0.5mm，例如0.4mm，本发明所述合金材料制备得到的绝缘材料(22,24)的厚度可以小于0.4mm，从而大大缩小电源适配器整体的大小。本发明所述电源适配器可以是高功率密度的电源适配器，在一些实施例中，所述电源适配器的高度可以为2～3cm，宽度可以为2～3cm，长度可以为6～8cm，进一步的，所述电源适配器的体积可以是50～60cm3，例如53cm3、55cm3等等。在一实施例中，本发明所述电源适配器的体积为53cm3，功率为65W，功率密度为1.226W/cm3＝20.123W/立方英寸，而目前行业的平均水平是15W/立方英寸左右，可见本发明所述电源适配器功率密度较高，具有较好的便携性能。
如图2所示，本发明所述第一绝缘件21以及第二绝缘件24可以通过注塑工艺制备得到。所述注塑可以包括有称重、干燥、注塑、冷却等过程。所述称重可以是称取适量的PC/PBT合金粒子，所述干燥可以将所述合金粒子置于干燥桶内干燥，所述干燥温度可以是100～120℃，所述干燥时间可以是3～4小时。所述注塑可以包括设定注塑机的参数，例如所述注塑机料筒的温度可以是250～270℃，例如260℃、265℃等，注塑压力可以是0.3～0.7MPa，例如0.5MPa、0.6MPa。模具温度可以是50～75℃，保压时间可以是1～2秒，待注塑机达到以上设定参数后启动注塑机进行注塑，所述冷却可以是常温下自然冷却，所述冷却后即可得到对应结构的绝缘件，观察所述绝缘件的外貌并进行落球测试满足国标GB4943.1-2011标准即为合格产品。
此外，本发明的绝缘材料(22,24)结构较为复杂，采用如上所述PC/PBT合金材料配合一定的注塑工艺可以实现复杂绝缘件的成型制作，以便可以将传统电源适配器内部不同位置的多个绝缘件都集中在一个或者两个以内的绝缘件上，在减少体积的情况下，可以减少装配步骤，提高组装效率及可靠性，降低成本。
评价
本发明采用不同原材料的粒子进行注塑工艺制备得到的绝缘件进行相关性能测试。具体样品见表1所示。表1中具体的物性参数的测试方法和参考标准如表2所示。
表1实施例样品对照表
将样品1～8按照GB4943.1-2011在一定湿热条件下对外观、韧性以及耐压、阻燃等进行测试。本发明所述测试可以通过5个湿热阶段来评价，第一阶段，湿热处理24小时；通过第一阶段测试的样品直接进入第二阶段测试，即湿热处理48小时进行相关测试，以此类推；通过第二阶段测试的样品直接进入第三阶段的测试，即湿热处理72小时，同理，通过第三阶段测试的样品直接进入第四阶段测试，即湿热处理96小时，最后将通过第四阶段测试的样品进入第五阶段测试，即湿热处理120小时后再次评价绝缘件的外观、韧性以及耐压性能。本发明采用如上所述湿热评价方法可以便于逐级淘汰一些较短湿热条件下达不到相关外观、韧性以及耐压测试要求的样品，以便提高测试的效率。
(1)外观：对样品1～8进行不同阶段对应时间的湿热处理后，取出观察样品外观是否有变形、起泡、破损的情况，没有变形、起泡、破损等现象的样品外观测试PASS。表3中采用√表示PASS，X表示NO PASS。
(2)韧性测试：本发明韧性测试采用落球测试的方法进行，测试条件：500g钢球/混凝土地面，0.5M高度，500g钢球自由落下朝向绝缘件三面中心位置各一次(最大化避开结构孔位置处)，胶壳不可破损/严重开裂，允许轻微开裂(无碎屑)则可表示韧性测试PASS，否则NO PASS。
(3)耐压测试：绝缘材料按照GB4943.1-2011中章节2.9.2进行湿热处理(温度40℃，湿度93％)，然后再进行章节5.2.2规定的抗电强度测试(测试采用电压为3500Vac,1分钟的加严测试)，测试设备：交直流耐压测试仪(TONGHUI，TH9320A)，待测物处理：绝缘材料最薄处正方面分别粘贴铜箔(导体)，其中漏电流小于10mA表示测试结果PASS，否则NOPASS。
(4)阻燃性能测试：样品1经过CNAS实验室检测通过GB4943.1-2011有关阻燃性能的要求。
表3可以看出，样品1满足所有阶段的测试，而单独的PC或者PA材质的绝缘件都存在流动性差，模具无法成型，无法做到绝缘件厚度在0.4mm以下，或者耐压测试无法通过的问题，而PBT材质的绝缘件可以满足除了韧性测试的所有阶段的测试(PBT材质很脆，手掰即段，故直接省去了不同阶段的韧性测试)，因此本发明采用了PBT和PC混合的合金粒子最终制备得到了满足条件的绝缘件。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.PC/PBT合金材料作为电源适配器内部绝缘材料的用途。
2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于：所述PC/PBT合金材料中PC和PBT重量比为1:(1.5～2.5)。
3.根据权利要求1所述的用途，其特征在于：所述绝缘材料的厚度为0.35～0.7mm。
4.根据权利要求1所述的用途，其特征在于：所述PC/PBT合金材料的拉伸强度大于等于48MPa，所述拉伸强度为基于ASTM D638测试的结果，所述PC/PBT合金材料的绝缘强度大于30kV/mm，所述绝缘强度为基于ASTM D149测试的结果，所述PC/PBT合金材料的体积电阻率大于等于1015Ω·cm，所述体积电阻率为基于ASTM D257 IEC60093测试的结果。
5.根据权利要求1所述的用途，其特征在于：所述PC/PBT合金材料具有以下特征中的任意一项或多项：
(1)基于ASTM D792测试的结果，所述PC/PBT合金材料的比重为1～1.5g/cm3；
(2)基于ASTM D256测试的结果，所述PC/PBT合金材料的冲击强度大于500J/m；
(3)基于ASTM D648测试的结果，所述PC/PBT合金材料的热变形温度在1.82MPa的条件下为90～130℃；
(4)基于ASTM D790测试的结果，所述PC/PBT合金材料的弯曲强度大于80MPa。
6.根据权利要求1所述的用途，其特征在于：所述PC/PBT合金材料为PC/PBT合金粒子。
7.根据权利要求6所述的用途，其特征在于：所述PC/PBT合金粒子选自Sabic357U-BK1066型号。
8.根据权利要求6所述的用途，其特征在于：所述绝缘材料通过将PC/PBT合金粒子进行注塑工艺制备得到。
9.根据权利要求8所述的用途，其特征在于：所述注塑工艺参数包括：注塑机料筒的温度为250～270℃，注塑压力为0.3～0.7MPa，模具温度为50～75℃，保压时间为1～2秒。
10.根据权利要求1所述的用途，其特征在于：所述电源适配器的体积为50～60cm3，所述电源适配器的功率大于等于65W。
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2021
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