CN115216099B - 聚四氟乙烯复合材料、灭弧喷口及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及复合材料技术领域，具体而言，涉及一种聚四氟乙烯复合材料、灭弧喷口及其制备方法和应用。聚四氟乙烯复合材料包括以下质量百分比的各组分：聚四氟乙烯86％～90.4％、微米氮化硼5％～7％、微米氧化铝4％～6％及纳米氧化铝0.6％～1％。上述聚四氟乙烯复合材料能够提高灭弧喷口的耐烧蚀性、致密性及电气击穿性能。
Description
技术领域
本申请涉及复合材料技术领域，具体而言，涉及一种聚四氟乙烯复合材料、灭弧喷口及其制备方法和应用。
背景技术
随着新型电力系统的深入研究与建设，直流系统将从传统的“端-端”形态过渡至“多端”，最后形成“直流电网”。由于多端直流系统及直流电网的输电能力更强、运行方式更灵活，能够有效解决多电源供电与多落点送电问题，将成为解决输电走廊紧缺与大规模可再生能源并网的有效技术手段之一。
直流高速开关(HSS，High Speed Switch)是多端直流以及直流电网的关键设备，具有负荷端的第三站在线投退以及直流线路故障的快速隔离功能，对支撑直流系统的柔性、可靠运行起着至关重要的作用。然而，目前HSS的直流小电弧开断能力较低(20A DC，恢复电压1kV)，如果直流高速开关具备更高的直流小电弧开断能力，可以提高多端直流中第三站的退出速度，优化直流控保策略，降低直流输送功率的损失。同时，如果HSS具备更高的耐直流电弧长时烧蚀能力(＞4000A DC，燃弧时间＞400ms)，可以支撑HSS应用更高直流负荷电流的极母线工况中。HSS灭弧室中的关键组部件“喷口”的性能决定了HSS的直流小电弧开断以及乃至耐电弧烧蚀性能的高低。喷口在HSS的灭弧室中主要起到控制气流熄灭电弧的作用，其耐烧蚀性、电气性能及机械强度等性能直接影响着开关设备的可靠运行，但是目前大多数喷口材料适用于交流电弧而未考虑直流电弧对喷口耐烧蚀性等性能的影响。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够提高灭弧喷口耐烧蚀性、致密性及电气击穿性能的聚四氟乙烯复合材料、灭弧喷口及其制备方法和应用。
本申请一方面，提供一种聚四氟乙烯复合材料，其包括以下质量百分比的各组分：
聚四氟乙烯86％～90.4％、微米氮化硼5％～7％、微米氧化铝4％～6％及纳米氧化铝0.6％～1％。
在其中一个实施例中，所述聚四氟乙烯复合材料包括以下质量百分比的各组分：
聚四氟乙烯88.2％～90.3％、微米氮化硼5％～6％、微米氧化铝4％～5％及纳米氧化铝0.7％～0.8％。
本申请一方面，还提供一种灭弧喷口，所述灭弧喷口的制备原料包括上述所述的聚四氟乙烯复合材料。
本申请另一方面，进一步提供一种如上述所述的灭弧喷口的制备方法，其包括以下步骤：
对所述聚四氟乙烯复合材料进行压制、烧结；所述烧结包括升温阶段和降温阶段，所述降温阶段的烧结温度和烧结时间满足下述公式：
y＝-0.1(h1-h2)2+k
式中，y为降温阶段的烧结温度，h1为烧结时间，h2为到最高烧结温度所用时间与在最高烧结温度时所用保温时间的总和，h1≥h2，k为最高烧结温度。
在其中一个实施例中，在对所述聚四氟乙烯复合材料进行压制之前，还包括在恒温恒湿环境下对所述聚四氟乙烯复合材料进行干燥的步骤。
在其中一个实施例中，所述恒温恒湿环境的温度为55℃～65℃，湿度＜10％。
在其中一个实施例中，所述聚四氟乙烯复合材料的制备方法包括：
采用双向旋转混料工艺，将所述聚四氟乙烯、所述微米氮化硼、所述微米氧化铝及所述纳米氧化铝混合；
可选地，所述混合的转速为800r/min～1200r/min。
在其中一个实施例中，所述压制的具体工艺包括：
对所述聚四氟乙烯复合材料进行预压和降压，制备灭弧喷口坯，所述预压的条件包括：真空度为55Pa～65Pa，压力为40MPa～60MPa，升压速率为4MPa/min～6MPa/min，保压时间为55min～65min，所述降压的降压速率为4MPa/min～6MPa/min；以及
将所述灭弧喷口坯在15MPa～20MPa下模压30min～40min。
在其中一个实施例中，所述升温阶段的升温方式为梯度升温，所述梯度升温的工艺具体如下：
先以8℃/min～12℃/min的升温速率升温至250℃～350℃，保温55min～65min；再分步升温至365℃～375℃，保温8h～10h；所述分步升温的升温步长为10℃～20℃，每步升温速率为3℃/min～5℃/min，每步保温时间为45min～55min。
本申请再一方面，提供一种如上述所述的灭弧喷口在制备直流高速开关中的应用。
相较于传统采用单一种类和粒度填料的聚四氟乙烯复合材料，上述提供的聚四氟乙烯复合材料，通过选择不同种类、不同粒度的填料配合使用，可有效提升灭弧喷口的直流电弧耐受性、直流小电弧开断能力，同时也可以避免开断速度的提升所导致的灭弧喷口机械强度下降的问题。而且以具有耐高温、耐电弧烧蚀性、高的光反射性、优异的化学稳定性和电气绝缘性的聚四氟乙烯为基体，可以减少灭弧喷口的长时弧光腐蚀，同时提高灭弧喷口的击穿强度和机械性能。
采用上述聚四氟乙烯复合材料制得的灭弧喷口的长时直流电弧耐受能力较高，且在4000A下每次耐受时间大于400ms，共计5次，远大于传统交流电弧燃弧耐受时间(1ms～30ms)，共计5次，从而可以提升灭弧喷口的电气性能、安全性以及灭弧喷口在直流高速开关开合直流电弧的热-力综合效应下的机械性能。而且灭弧喷口的小直流开断能力可以达到直流电流至少为35A以上，瞬态恢复电压(TRV)至少为10kV以上，可显著提高换流站退出速度，降低直流功率损失。
此外，采用上述制备方法制备灭弧喷口可以消除灭弧喷口的残余应力，可使其应力降低至少60％以上，从而提升了其机械强度。此外，还可以提升灭弧喷口的耐烧蚀性、电气击穿性及致密度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
图1为本申请一个实施例中制备灭弧喷口的工艺流程图；
图2为本申请一个实施例中制备灭弧喷口所采用的烧结工艺图。
具体实施方式
现将详细地提供本发明实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本发明进行多种修改和变化而不背离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。
因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求的范围及其等同范围中的此类修改和变化。本发明的其它对象、特征和方面公开于以下详细描述中或从中是显而易见的。本领域普通技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，而非意在限制本发明更广阔的方面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。在本文的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
除了在操作实施例中所示以外或另外表明之外，所有在说明书和权利要求中表示成分的量、物化性质等所使用的数字理解为在所有情况下通过术语“约”来调整。例如，因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，例如，1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。本申请第一方面，涉及一种聚四氟乙烯复合材料，其包括以下质量百分比的各组分：
聚四氟乙烯86％～90.4％、微米氮化硼5％～7％、微米氧化铝4％～6％及纳米氧化铝0.6％～1％。
相较于传统采用单一种类和粒度填料的聚四氟乙烯复合材料，上述提供的聚四氟乙烯复合材料，通过选择不同种类、不同粒度的填料配合使用，可有效提升灭弧喷口的直流电弧耐受性、直流小电弧开断能力，同时也可以避免开断速度的提升所导致的灭弧喷口机械强度下降的问题。而且以具有耐高温、耐电弧烧蚀性、高的光反射性、优异的化学稳定性和电气绝缘性的聚四氟乙烯为基体，可以减少灭弧喷口的长时弧光腐蚀，同时提高灭弧喷口的击穿强度和机械性能。
可以理解，以质量百分比计，聚四氟乙烯可以为86％～90.4％之间的任意值，示例性的，还可以为87％、88％、89％、90％；优选地，聚四氟乙烯为88.2％。
可以理解，以质量百分比计，微米氮化硼可以为5％～7％之间的任意值，示例性的，还可以为5.5％、6％、6.5％，优选为6％。
可以理解，以质量百分比计，微米氧化铝可以为4％～6％之间的任意值，示例性的，还可以为4.5％、5％、5.5％，优选为5％。
可以理解，以质量百分比计，纳米氧化铝可以为0.6％～1％之间的任意值，示例性的，还可以为0.7％、0.8％、0.9％，优选为0.8％。
本申请第二方面，还涉及一种灭弧喷口，其制备原料包括上述所述的聚四氟乙烯复合材料。
采用上述聚四氟乙烯复合材料制得的灭弧喷口的长时直流电弧耐受能力可以达到至少4000A DC，且在4000A下每次耐受时间大于400ms，共计5次，远大于传统交流电弧燃弧耐受时间(1ms～30ms)，从而可以提升灭弧喷口的电气性能、安全性以及灭弧喷口在直流高速开关开合直流电弧的热-力综合效应下的机械性能。而且灭弧喷口的小直流开断能力可以达到直流电流至少为35A以上，瞬态恢复电压(TRV)至少为10kV以上，可显著提高换流站退出速度，降低直流功率损失。
本申请第三方面，进一步提供一种如上述所述的灭弧喷口的制备方法，其包括以下步骤：
对聚四氟乙烯复合材料进行压制、烧结；其中，烧结包括升温阶段和降温阶段，降温阶段的烧结温度和烧结时间满足下述公式：
y＝-0.1(h1-h2)2+k
式中，y为降温阶段的烧结温度，h1为烧结时间，h2为到最高烧结温度所用时间与在最高烧结温度时所用保温时间的总和，h1≥h2，k为最高烧结温度。
在一些实施方式中，在对聚四氟乙烯复合材料进行压制之前，还包括在恒温恒湿环境下对聚四氟乙烯复合材料进行干燥的步骤。可以理解，此步骤还可以去除聚四氟乙烯复合材料中的水分和大尺寸聚合物杂质组分，以保证灭弧喷口的稳定性。在恒温恒湿环境下更可以降低聚四氟乙烯复合材料中的大尺寸聚合物杂质组分与聚四氟乙烯材料之间的胶合力，从而进一步有利于杂质组分的分离。
在一些实施方式中，恒温恒湿环境的温度为55℃～65℃，湿度＜10％。
在一些实施方式中，聚四氟乙烯复合材料的制备方法可以包括：
采用双向旋转混料工艺，将聚四氟乙烯、微米氮化硼、微米氧化铝及纳米氧化铝混合。可以理解，在混合前，可以预先除去聚四氟乙烯、微米氮化硼、微米氧化铝及纳米氧化铝中的水分和杂质。
可选地，混合的具体方式可以为先顺时针旋转混合，再逆时针旋转混合，其中，顺时针旋转混合和逆时针旋转混合的转速和时间不做限制，以能够混合均匀为准，例如，顺时针旋转混合和逆时针旋转混合的转速可以分别独立地为800r/min～1200r/min，时间可以为0.5h～2h。
在一些实施方式中，压制的方法不做限制，可以选用本领域常用的压制方法，在本申请中所用的压制方法具体可以包括以下步骤：
步骤S100：将聚四氟乙烯复合材料进行预压和降压，制备灭弧喷口坯，其中，预压的条件包括：真空度为55Pa～65Pa，压力为40MPa～60MPa，升压速率为4MPa/min～6MPa/min，保压时间为55min～65min，降压的降压速率为4MPa/min～6MPa/min；优选地，升压速率和降压速率相同，更进一步地，升压速率和降压速率均为5MPa/min。
步骤S200：将灭弧喷口坯在15MPa～20MPa下模压30min～40min。
在一些实施方式中，升温阶段的升温方式为梯度升温，梯度升温的工艺具体可以如下：
先以8℃/min～12℃/min的升温速率升温至250℃～350℃，保温55min～65min；再分步升温至365℃～375℃，保温8h～10h；其中，分步升温的升温步长为10℃～20℃，每步升温速率为3℃/min～5℃/min，每步保温时间为45min～55min。
优选地，梯度升温的工艺为：先以10℃/min的升温速率升温至300℃，保温60min；再分步升温至365℃～375℃，保温8h～10h；其中，分步升温的升温步长为15℃，每步升温速率为3℃/min～5℃/min，每步保温时间为45min～55min。
在一些实施方式中，降温阶段的温度达到100℃后，可以采用随炉冷却的方式继续冷却到约50℃。
采用上述制备方法制备灭弧喷口可以消除灭弧喷口的残余应力，可使其应力降低至少60％以上，从而提升了其机械强度。此外，还可以提升灭弧喷口的耐烧蚀性、电气击穿性及致密度。
本申请再一方面，提供一种如上述所述的灭弧喷口在制备直流高速开关中的应用。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细的说明。
实施例1
制备工艺流程如图1所示，详细步骤如下：
1)预处理：按照质量百分比计，取88.2％聚四氟乙烯、6％微米氮化硼、5％微米氧化铝及0.8％纳米氧化铝分别置于温度为60℃±5℃、湿度＜10％的环境下加热烘干；
2)将步骤1)中烘干的聚四氟乙烯、微米氮化硼、微米氧化铝和纳米氧化铝置于高速混合器中，采用双向旋转混料工艺，先在1000r/min的转速下顺时针混合1h，在10s内，再以1000r/min的转速逆时针混合1h，制得混匀的混合粉末；
3)压制：采用电子压力机，在真空度为60Pa，升压速率为5MPa/min下升压至55MPa对步骤2)中制得的混合粉末预压60min，随后以5MPa/min的降压速率降压，制得灭弧喷口坯。然后将灭弧喷口坯置于灭弧喷口模具内，并在18MPa下压制35min，制得成型灭弧喷口；
4)将步骤3)中制得的成型灭弧喷口置于烧结炉内进行烧结，以图2作为示意图以说明烧结工艺的升温阶段和降温阶段的升温模式和降温模式，本实施例的烧结的工艺参数具体如下：
升温阶段：以10℃/min的升温速率升温至300℃，保温60min，随后以升温步长为15℃，每步升温速率为5℃/min，每步保温时间为50min的条件分步升温至370℃，并保温10h；
降温阶段：按照公式y＝-0.1(h1-h2)2+k降温到100℃，式中，y为降温阶段的温度，h1为烧结时间，h2为到最高烧结温度所用时间与在最高烧结温度时所用保温时间的总和，k为最高烧结温度(370℃)。降温到100℃后随炉冷却至50℃，取出，即得灭弧喷口。测得该灭弧喷口的致密度为2.52g/cm3，其应力为2MPa，相较于传统的单一填料配方方法制得的灭弧喷口，其致密度提升了20％以上，应力降低了60％以上。
将上述灭弧喷口装配形成直流高速开关并进行相关性能测试，测试结果如下：
直流长时燃弧＞5000A，≥400ms，共计5次；直流小电流开断能力＞35A，10kV；分闸平均速度＞10.5m/s。
实施例2
本实施例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：聚四氟乙烯复合材料中各个组分的质量百分比不同，详细步骤如下：
1)预处理：按照质量百分比计，取90.3％聚四氟乙烯、5％微米氮化硼、4％微米氧化铝及0.7％纳米氧化铝分别置于温度为60℃±5℃、湿度＜10％的环境下加热烘干；
2)将步骤1)中烘干的聚四氟乙烯、微米氮化硼、微米氧化铝和纳米氧化铝置于高速混合器中，采用双向旋转混料工艺，先在1000r/min的转速下顺时针混合1h，在10s内，再以1000r/min的转速逆时针混合1h，制得混匀的混合粉末；
3)压制：采用电子压力机，在真空度为60Pa，升压速率为5MPa/min下升压至55MPa对步骤2)中制得的混合粉末预压60min，随后以5MPa/min的降压速率降压，制得灭弧喷口坯。然后将灭弧喷口坯置于灭弧喷口模具内，并在18MPa下压制35min，制得成型灭弧喷口；
4)将步骤3)中制得的成型灭弧喷口置于烧结炉内进行烧结，烧结的工艺参数具体如下：
升温阶段：以10℃/min的升温速率升温至300℃，保温60min，随后以升温步长为15℃，每步升温速率为5℃/min，每步保温时间为50min的条件分步升温至370℃，并保温10h；
降温阶段：按照公式y＝-0.1(h1-h2)2+k降温到100℃，式中，y为降温阶段的温度，h1为烧结时间，h2为到最高烧结温度所用时间与在最高烧结温度时所用保温时间的总和，k为最高烧结温度(370℃)。降温到100℃后随炉冷却至50℃，取出，即得灭弧喷口。测得该灭弧喷口的致密度为2.45g/cm3，其应力为3MPa，相较于传统的单一填料配方方法制得的灭弧喷口，其致密度提升了17％以上，应力降低了40％以上。
将上述灭弧喷口装配形成直流高速开关并进行相关性能测试，测试结果如下：
直流长时燃弧3000～5000A，≥400ms，共计5次；直流小电流开断能力10A～35A，10kV；分闸平均速度为9.5m/s～10.5m/s。
对比例1
本对比例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：聚四氟乙烯复合材料中各个组分的质量百分比不同，详细步骤如下：
1)预处理：按照质量百分比计，取94.5％聚四氟乙烯、2％微米氮化硼、3％微米氧化铝及0.5％纳米氧化铝分别置于温度为60℃±5℃、湿度＜10％的环境下加热烘干；
2)将步骤1)中烘干的聚四氟乙烯、微米氮化硼、微米氧化铝和纳米氧化铝置于高速混合器中，采用双向旋转混料工艺，先在1000r/min的转速下顺时针混合1h，在10s内，再以1000r/min的转速逆时针混合1h，制得混匀的混合粉末；
3)压制：采用电子压力机，在真空度为60Pa，升压速率为5MPa/min下升压至55MPa对步骤2)中制得的混合粉末预压60min，随后以5MPa/min的降压速率降压，制得灭弧喷口坯。然后将灭弧喷口坯置于灭弧喷口模具内，并在18MPa下压制35min，制得成型灭弧喷口；
4)将步骤3)中制得的成型灭弧喷口置于烧结炉内进行烧结，烧结的工艺参数具体如下：
升温阶段：以10℃/min的升温速率升温至300℃，保温60min，随后以升温步长为15℃，每步升温速率为5℃/min，每步保温时间为50min的条件分步升温至370℃，并保温10h；
降温阶段：按照公式y＝-0.1(h1-h2)2+k降温到100℃，式中，y为降温阶段的温度，h1为烧结时间，h2为到最高烧结温度所用时间与在最高烧结温度时所用保温时间的总和，k为最高烧结温度(370℃)。降温到100℃后随炉冷却至50℃，取出，即得灭弧喷口。测得该灭弧喷口的致密度为2.21g/cm3，其应力为4.5MPa，相较于传统的单一填料配方方法制得的灭弧喷口，其致密度提升了5％以上，应力降低了10％以上。
将上述灭弧喷口装配形成直流高速开关并进行相关性能测试，测试结果如下：
直流长时燃弧＜3000A，＜400ms，共计5次；直流小电流开断能力＜10A，10kV；分闸平均速度为＜9.5m/s。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种灭弧喷口的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
对聚四氟乙烯复合材料进行压制、烧结；所述烧结包括升温阶段和降温阶段，所述降温阶段的烧结温度和烧结时间满足下述公式：
y＝-0.1(h1-h2)2+k
式中，y为降温阶段的烧结温度，h1为烧结时间，h2为到最高烧结温度所用时间与在最高烧结温度时所用保温时间的总和，h1≥h2，k为最高烧结温度；
所述聚四氟乙烯复合材料包括以下质量百分比的各组分：
聚四氟乙烯86％～90.4％、微米氮化硼5％～7％、微米氧化铝4％～6％及纳米氧化铝0.6％～1％。
2.根据权利要求1所述的灭弧喷口的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯复合材料包括以下质量百分比的各组分：
聚四氟乙烯88.2％～90.3％、微米氮化硼5％～6％、微米氧化铝4％～5％及纳米氧化铝0.7％～0.8％。
3.根据权利要求1或2所述的灭弧喷口的制备方法，其特征在于，在对所述聚四氟乙烯复合材料进行压制之前，还包括在恒温恒湿环境下对所述聚四氟乙烯复合材料进行干燥的步骤。
4.根据权利要求3所述的灭弧喷口的制备方法，其特征在于，所述恒温恒湿环境的温度为55℃～65℃，湿度＜10％。
5.根据权利要求1或2所述的灭弧喷口的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯复合材料的制备方法包括：
采用双向旋转混料工艺，将所述聚四氟乙烯、所述微米氮化硼、所述微米氧化铝及所述纳米氧化铝混合。
6.根据权利要求5所述的灭弧喷口的制备方法，其特征在于，
混合的转速为800r/min～1200r/min。
7.根据权利要求1或2所述的灭弧喷口的制备方法，其特征在于，所述压制的具体工艺包括：
对所述聚四氟乙烯复合材料进行预压和降压，制备灭弧喷口坯，所述预压的条件包括：真空度为55Pa～65Pa，压力为40MPa～60MPa，升压速率为4MPa/min～6MPa/min，保压时间为55min～65min，所述降压的降压速率为4MPa/min～6MPa/min；以及
将所述灭弧喷口坯在15MPa～20MPa下模压30min～40min。
8.根据权利要求1或2所述的灭弧喷口的制备方法，其特征在于，所述升温阶段的升温方式为梯度升温，所述梯度升温的工艺具体如下：
先以8℃/min～12℃/min的升温速率升温至250℃～350℃，保温55min～65min；再分步升温至365℃～375℃，保温8h～10h；所述分步升温的升温步长为10℃～20℃，每步升温速率为3℃/min～5℃/min，每步保温时间为45min～55min。
9.一种灭弧喷口，其特征在于，根据权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到。
10.如权利要求9所述的灭弧喷口在制备直流高速开关中的应用。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009032499A (ja) * | 2007-07-26 | 2009-02-12 | Mitsubishi Electric Corp | 遮断器用絶縁ノズル |
| JP2012190715A (ja) * | 2011-03-11 | 2012-10-04 | Toshiba Corp | 耐アーク性絶縁物および遮断器 |
| CN105001565A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-10-28 | 平高集团有限公司 | 一种聚四氟乙烯复合材料，灭弧喷口及其制备方法，高压断路器 |
| CN105017695A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-11-04 | 平高集团有限公司 | 一种纳米改性聚四氟乙烯复合材料，灭弧喷口及其制备方法，高压断路器 |
| CN112300520A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-02-02 | 西安交通大学 | 一种具备耐电弧烧蚀性能的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法和应用 |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009032499A (ja) * | 2007-07-26 | 2009-02-12 | Mitsubishi Electric Corp | 遮断器用絶縁ノズル |
| JP2012190715A (ja) * | 2011-03-11 | 2012-10-04 | Toshiba Corp | 耐アーク性絶縁物および遮断器 |
| CN105001565A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-10-28 | 平高集团有限公司 | 一种聚四氟乙烯复合材料，灭弧喷口及其制备方法，高压断路器 |
| CN105017695A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-11-04 | 平高集团有限公司 | 一种纳米改性聚四氟乙烯复合材料，灭弧喷口及其制备方法，高压断路器 |
| CN112300520A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-02-02 | 西安交通大学 | 一种具备耐电弧烧蚀性能的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 烧结工艺对聚四氟乙烯喷口制品性能的影响;杨保利 等;绝缘材料;第第51卷卷(第第10期期);45-49 * |
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