CN114864351A - 一种高稳定热熔块及其制备方法、热熔断体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高稳定热熔块及其制备方法、热熔断体，按重量百分比计，高稳定热熔块包括80～100％苯甲酸苯酯、0～20％填料、0～3％润滑剂、0～5％粘接剂和0～2％颜料。本发明以苯甲酸苯酯为主材料，并通过加入适量的填料、润滑剂、粘接剂和颜料混合成混合物，压制后得到有机物型高稳定热熔块。以苯甲酸苯酯作为热敏材料具有绝缘电阻高、操作响应速率快、抗潮解和耐温高稳定等特点。使用本发明的高稳定热熔块装配成的热熔断体具有较高的绝缘性和稳定性。此外，本发明的高稳定热熔块的制备方法简单，易于操作且生产成本低，从而提高了企业的经济价值，为热熔块的生产带来了广泛的理论基础。

Description

一种高稳定热熔块及其制备方法、热熔断体

技术领域

本发明涉及热熔断体技术领域，且特别涉及一种高稳定热熔块及其制备方法、热熔断体。

背景技术

热熔断体也叫温度保险丝，是一种不可恢复式的过温保护装置。作为电器类终端保护元器件，其主要用于电熨斗、热电吹风机、电热炉、微波炉、冰箱、电饭煲、电暖壶、咖啡壶、三明治炉、电动机等小家电以进行过热保护。热熔断体一般在规定的温度下工作，通过其内部由热敏材料成型的热熔块对外界温度进行感应。当外界温度到达使热熔块物料状态变化的温度时，保险丝内部发生分断动作，从而切断所串联的电路以达到保护作用。

热熔块是有机物型热熔断体生产工艺的技术核心。因热敏材料的物理及化学性质不同，使得由不同热敏材料制成的热熔块的抗潮解性、耐高温等性能存在差异，从而可能造成装有该热熔块的热熔断体的热稳定性、物理或化学稳定性较差，且易受环境影响。如采用热塑性树脂作为热敏材料制成热熔块在升华、潮解性以及加工成型性方面较使用有机物具有更大的优势。但是，由于作为高分子物质的热塑性树脂本身具有较宽的熔化吸收峰，因此将其作为热熔断体的热敏材料时，热熔断体的温度精度及响应速度成为急需解决的问题。

目前，商业化的热熔块一般选用纯的有机物，或两种及两种以上的有机物的混合物制成。但由于有机物的升华作用，使得有时在达到指定动作温度前因颗粒缩小或软化变形从而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和指定动作温度以下的环境中，会促使热熔块的升华。有机物作为热熔块的主要和重要成分，其自身的稳定性对热熔块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，还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。如果热熔块采用易溶于水的热敏材料制成，则熔断器在储存或使用中容易因受潮而在达到异常温度之前就发生操作或操作后失灵，因此必须尽量避免。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高稳定热熔块，该热熔块具有较高的绝缘电阻和稳定性，且操作响应速率快和抗潮解。

本发明的另一目的在于提供一种高稳定热熔块的制备方法，该方法操作简单、参数可控且生产成本低，适用于工业化大规模生产。

本发明的第三个目的在于提供一种热熔断体，该热熔断体具有较高的绝缘性和稳定性。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种高稳定热熔块，按重量百分比计，包括80～100％苯甲酸苯酯、0～20％填料、0～3％润滑剂、0～5％粘接剂和0～2％颜料。

本发明提出一种高稳定热熔块的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照所述的高稳定热熔块的质量百分比称取各组分，混合均匀后，得到混合物；

S2、将所述混合物放入压制机中压制，得到所述高稳定热熔块。

本发明还提供了一种热熔断体，包括上述的高稳定热熔块。

本发明实施例的高稳定热熔块及其制备方法、热熔断体的有益效果是：

1、本发明以苯甲酸苯酯为主材料，并通过加入适量的填料、润滑剂、粘接剂和颜料混合成混合物，压制后得到有机物型高稳定热熔块。以苯甲酸苯酯作为热敏材料具有绝缘电阻高、操作响应速率快、抗潮解和耐温高稳定等特点，可以克服现有的热敏材料在预定温度环境下长期正常工作时因热熔块收缩导致的热熔断体提前动作的短板。

2、使用本发明的高稳定热熔块装配成的热熔断体处在热熔块软化或熔融所引起的形变时，在450℃的温度下一段时间(在IEC60691或国标GB9816.1中，一般要求10min)，热熔块所提供的绝缘性至少为0.2MΩ。该热熔断体在通过额定电流时，能保持168小时而不发生其导电状态，其表面温度(即保持温度Th)可达到65℃。与行业内普遍使用的同温度规格热熔块相比，其可保持温度基本处于58℃，具有巨大的优势。

3、本发明的高稳定热熔块的制备方法简单，易于操作且生产成本低，从而提高了企业的经济价值，为热熔块的生产带来了广泛的理论基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明的装有高稳定热熔块的热熔断体在操作前的截面图；

图2为本发明的装有高稳定热熔块的热熔断体在操作后的截面图；

图3为本发明的高稳定热熔块的结构示意图；

图4为本发明的高稳定热熔块的制备流程图；

图5为苯甲酸苯酯和香豆素的质量变化曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的高稳定热熔块及其制备方法、热熔断体进行具体说明。

本发明实施例提供的一种高稳定热熔块8，按重量百分比计，包括80～100％苯甲酸苯酯、0～20％填料、0～3％润滑剂、0～5％粘接剂和0～2％颜料。

本发明的高稳定热熔块8以苯甲酸苯甲酯作为主材料，并在其中添加填料、润滑剂、粘接剂和颜料。其中，加入填料有助于热熔块能更好的成型，并增加成型时的强度，防止成型时因硬度不够而导致的裂纹、剥落或破损等缺陷。此外，加入填料还能使热熔块在高温下维持其几何尺寸，且有助于提高热熔断体操作后的绝缘电阻。使用润滑剂不仅能减少因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。使用熔点或热变形温度与有机物粉末熔点接近的粘接剂，可有效抑制在规定的动作温度以下的环境中感温颗粒的升华。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述苯甲酸苯酯的纯度≥98.0％。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述填料选自碳酸钙、硅酸镁铝、白炭黑、云母、滑石、高岭土中的一种或几种。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述润滑剂选自硬脂酸钙、硅酸镁、EBS、氮化硼中的一种或几种。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述粘接剂选在聚乙二醇粉末、环氧树脂、聚酰胺、间苯二酚中的一种或几种。

本发明针对目前业内使用的同温度规格的热敏材料容易升华和潮解特性，提出一种新的熔点约70℃的热熔断体用热敏材料苯甲酸苯酯。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的可动电极与电极引线分离，从而形成的误动作，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，会促使感温颗粒升华的情况。苯甲酸苯酯具有较低升华特性，因而可以有效减少上述情况的发生。表1为目前业内使用的同温度规格的主材料香豆素与新材料苯甲酸苯酯的基本特性比较。

表1苯甲酸苯酯与香豆素基本理化性质对比

由于苯甲酸苯酯具有相对较低的升华特性且不溶于水，因而将其用作热熔断体的热熔块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，从而防止在储存期或使用中绝缘性能受损。此外，该熔断器能防止电性能和其它类似性能下降，还能防止因时间过长而发生的变化，使得熔断器在预定的温度下稳定的工作，从而提高热熔断器的稳定性和可靠性。

参照图3和图4所示，本发明还提供了一种高稳定热熔块8的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照上述的高稳定热熔块8的质量百分比称取各组分，混合均匀后，得到混合物；

S2、将所述混合物放入压制机中压制，得到所述高稳定热熔块8。

在本发明的优选实施例中，高稳定热熔块8的直径为3.2mm，其高度为3.0mm。当然，需要说明的是，在本发明的其他实施例中，高稳定热熔块8的直径和高度可根据实际需要进行选择，其均在本发明的保护范围内，本发明不做具体限定。

参照图1～图2所示，本发明还提供了一种热熔断体，包括第一引线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、高稳定热熔块8、外壳9和第二引线10。优选地，第一引线1采用镀银铜线，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，第二引线10采用镀锡铜线。

具体地，在外壳9的两端分别开设有通孔。所述外壳9的一端包裹设置有第一引线1，其另一端包裹设置有第二引线10，且第一引线1和第二引线10分别贯穿与其对应的通孔。在外壳9与第一引线1连接端设置有封口树脂2。在外壳9内部设置有绝缘子3，且其上套设有一细弹簧4。星状簧片5设置在绝缘子3设置有细弹簧的一端，且第一引线1贯穿绝缘子3与星状簧片5相连。在星状簧片5远离绝缘子3的一端设有一粗弹簧，且该粗弹簧远离星状簧片5的一端设有高稳定热熔块8。所述高稳定热熔块8与第二引线10相连。在粗弹簧7和星状簧片5之间以及粗弹簧7和高稳定热熔块8之间还分别设有一圆片6。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供的一种高稳定热熔块8，根据以下方法制备得到：

(1)分别称取各组分，混合均匀后，得到混合物。其中，混合物中，苯甲酸苯酯有机物的质量百分比为90％、碳酸钙的质量百分比为7.0％，硬脂酸钙的质量百分比为1.0％，聚酰胺的质量百分比为1.0％，蓝颜料的质量百分比为1.0％。

(2)将上述混合物放入压制机中压制，得到直径3.2mm，高度为3.0mm的高稳定热熔块8。

实施例2

本实施例中提供了一种高稳定热熔块8，根据以下方法制备得到：

(1)分别称取各组分，混合均匀后，得到混合物。其中，混合物中，苯甲酸苯酯有机物的质量百分比为95％、硅酸镁铝的质量百分比为3.0％，硬脂酸钙的质量百分比为0.5％，环氧树脂粉末的质量百分比为0.5％，蓝颜料的质量百分比为1.0％。

(2)将上述混合物放入压制机中压制，得到直径3.2mm，高度为3.0mm的高稳定热熔块8。

实施例3

本实施例中提供了一种高稳定热熔块8，根据以下方法制备得到：

(1)分别称取各组分，混合均匀后，得到混合物。其中，混合物中，苯甲酸苯酯有机物的质量百分比为85％、碳酸钙的质量百分比为10.0％，硬脂酸钙的质量百分比为2.0％，聚乙二醇的质量百分比为1.5％，蓝颜料的质量百分比为1.5％。

(2)将上述混合物放入压制机中压制，得到直径3.2mm，高度为3.0mm的高稳定热熔块8。

对比例1

本对比例提供一种热熔块，其与实施例2的区别在于：

(1)分别称取各组分，混合均匀后，得到混合物。其中，混合物中，香豆素的质量百分比为95％、硅酸镁铝的质量百分比为3.0％，硬脂酸钙的质量百分比为0.5％，环氧树脂粉末的质量百分比为0.5％，蓝颜料的质量百分比为1.0％

对比例2

本对比例提供一种热熔块，其与实施例3的区别在于：

(1)分别称取各组分，混合均匀后，得到混合物。其中，混合物中，香豆素的质量百分比为85％、碳酸钙的质量百分比为10.0％，硬脂酸钙的质量百分比为2.0％，聚乙二醇的质量百分比为1.5％，蓝颜料的质量百分比为1.5％。

试验例1

将实施例1的高稳定热熔块8装入热熔断体(AUPO BF)中，并用油池测试该热熔断器的操作温度，结果如表2所示：

表2装有高稳定热熔块的热熔断器的操作温度

从表2可以看出，以苯甲酸苯酯作为热熔块主材的热熔断体，其实际动作温度分布集中，满足IEC60691安全标准规定。

试验例2

分别将实施例2的高稳定热熔块和对比例1的热熔块装入热熔断体(AUPO BF)中，以IEC60691/UL1020所定义的标准对比实施例2的热熔断体和对比例1的热熔断体的Th性能。其中，Th即给热熔断体施加额定电流时，其导电状态在一周内不会改变的最高温度。测试结果如表3所示：

表3装有高稳定热熔块的热熔断器和装有热熔块的热熔断器的Th性能

从表3可以看出，以苯甲酸苯酯作为热熔块主材的热熔断体具有更高的Th温度，满足IEC60691安全标准规定。

试验例3

分别将实施例3的高稳定热熔块8和对比例2的热熔块装入热熔断体(AUPO BF)中，以IEC60691/UL1020所定义的标准对比实施例3与对比例2的Tm性能。其中，Tm即热熔断体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。试验结果如表4所示：

表4装有高稳定热熔块的热熔断器和装有热熔块的热熔断器的Tm性能

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4可以看出，在三只试样并联同时测试情况下，以苯甲酸苯酯作为热敏材料的热熔断体比以香豆素作为热敏材料的热熔断体具有更高的保持其机械和电气性能不受损害的最高温度。

试验例4

本试验例分别对苯甲酸苯酯和香豆素因有机物升华引起的质量减损率方法进行对比验证，具体步骤如下：

取相同质量的苯甲酸苯酯和香豆素，分别放置在同一种敞口容器中，然后再放入恒定温度(60℃)的烤箱内一定时间(192H)。通过对比材料升华质量减损率来间接反映热敏材料的耐温性能，结果如图5所示。

如图5所示为苯甲酸苯酯和香豆素的质量变化曲线图。从表1和图5可以看出，在60℃的环境下，苯甲酸苯酯的升华质量减损率为3.0％，而香豆素达到7.5％，可见苯甲酸苯酯的热稳定性明显优于香豆素，因此可防止熔断器在使用时因升华相对较强导致的体积缩小和质量减损等造成的非预期断路。

试验例5

本试验例使用质量减损率的方法验证苯甲酸苯酯和香豆素的潮解性，具体步骤如下：

分别取一定量的苯甲酸苯酯和香豆素，先称其初始重量，然后将熔块浸没在25℃的水中，24小时后将水离心分离后倒掉，室温下干燥，随后再称其重量，并与浸没于水之前测试的值进行比较，测试结果如表5所示：

表5苯甲酸苯酯和香豆素的质量减损率

	初始重量/g	试验后重量/g	质量减损率
				苯甲酸苯酯	4.973	4.965	0.16％
香豆素	4.956	4.855	2.04％

从表5可以看出，苯甲酸苯酯的质量减损率仅为0.16％，其远小于香豆素的质量减损率。因此，苯甲酸苯酯的抗潮解性远高于香豆素。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种高稳定热熔块，其特征在于，按重量百分比计，包括80～100％苯甲酸苯酯、0～20％填料、0～3％润滑剂、0～5％粘接剂和0～2％颜料。

2.根据权利要求1所述的高稳定热熔块，其特征在于，所述苯甲酸苯酯的纯度≥98.0％。

3.根据权利要求1所述的高稳定热熔块，其特征在于，所述填料选自碳酸钙、硅酸镁铝、白炭黑、云母、滑石、高岭土中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的高稳定热熔块，其特征在于，所述润滑剂选自硬脂酸钙、硅酸镁、EBS、氮化硼中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的高稳定热熔块，其特征在于，所述粘接剂选在聚乙二醇粉末、环氧树脂、聚酰胺、间苯二酚中的一种或几种。

6.一种高稳定热熔块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、按照权利要求1～5任意一项所述的高稳定热熔块的质量百分比称取各组分，混合均匀后，得到混合物；

S2、将所述混合物放入压制机中压制，得到所述高稳定热熔块。

7.一种热熔断体，其特征在于，包括如权利要求1～5任意一项所述的高稳定热熔块。

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