專利名稱：用于氣體斷路器的弱導電噴嘴和其所用的基于ptfe的材料的制作方法
用于氣體斷路器的弱導電噴嘴和其所用的基于PTFE的材
料描述本發(fā)明涉及一種由包含聚四氟乙烯(PTFE)和至少一種添加劑的組合物制成的氣 體斷路器噴嘴和氣體斷路器噴嘴的材料，所述添加劑使得所述噴嘴具有弱介電電導率。在所述氣體斷路器中用于絕緣和斷路的氣體例如可為空氣、SF6, CO2, N2或其混合 物。技術(shù)現(xiàn)狀中電壓體系和高電壓體系中所用的氣體斷路器中的噴嘴必須滿足許多不同需求。 適于那些噴嘴的材料因此必須提供至少部分看似彼此矛盾的許多不同材料性質(zhì)。例如，噴 嘴材料必須具有高介電耐受性、低介電常數(shù)和低介電損耗、在開關(guān)操作期間暴露于電弧時 優(yōu)良的燒蝕性質(zhì)、無煙灰產(chǎn)生、不嚴重的毒性和化學分解產(chǎn)物、良好的機械性質(zhì)、光學性質(zhì) 和熱學性質(zhì)等。已經(jīng)表明聚四氟乙烯(PTFE)或具有少量顏料的PTFE是氣體斷路器中的噴 嘴的非常合適的材料，因為它具有滿足該應(yīng)用的需求的獨特材料性質(zhì)組合。然而，由于PTFE 的絕緣性質(zhì)，由PTFE制成的斷路器中的噴嘴會電學上充電，這可為介電領(lǐng)域設(shè)計中的嚴重 限制且如果不加以適當小心，則會引起意外故障。如果電荷沉積在絕緣噴嘴表面上，使電場 分布顯著變形，則會觸發(fā)擊穿。這在斷路器設(shè)計中施以額外限制。過去，人們試圖通過將各種導電/半導電材料用于氣體斷路器的噴嘴而避免噴嘴 充電。因此，發(fā)明人已指出材料的所需電導率必須在絕緣性質(zhì)和抗靜電性質(zhì)的界線范圍內(nèi)， 這在技術(shù)上非常難以實現(xiàn)，特別是如果必須保留所需PTFE所滿足的機械學、熱學和光學性 質(zhì)的情況。例如，在DE 3025042中，提供具有金屬填料的燒結(jié)PTFE作為斷路器的材料，其中 所述金屬填料優(yōu)選由一種或多種以下金屬形成鎢、鋁、銅、鐵。導電填料的量在5%重量至 30%重量范圍內(nèi)，在燒結(jié)處理之前將其與PTFE混合。需要高填料含量以達到滲過閾值。然 而，已經(jīng)表明高填料含量導致難以在滲過開始時將電導率恰好控制在所需范圍內(nèi)。這降低 了 PTFE的機械性質(zhì)的品質(zhì)，完全改變了材料的光學性質(zhì)并降低了斷路性能。在W02005015574中，結(jié)合芯片載體、影印機部件、計算機、印刷機等考慮關(guān)于電 磁屏蔽和靜電消除的問題。除了許多其他聚合物之外，已經(jīng)提議將PTFE與碳納米管共混 以解決所述問題。因此，碳納米管應(yīng)該以網(wǎng)絡(luò)形式存在于有機聚合物的組合物中且描述了 所述導電組合物具有小于或等于約IxlO2至IxlO8Ohm · cm的總體積電阻率(bulk volumn resistivity)。已經(jīng)設(shè)想共混作為制造方法。所述共混包括熔融共混和/或溶液共混。已用PTFE和導電或半導電填料進行了各種其他實驗。例如，US2006186567公開 了一種優(yōu)選具有厚度為30 μ m至500 μ m的單層結(jié)構(gòu)的帶或條，其通過潤滑擠出PTFE粉末 與選自炭黑、碳納米管或碳納米纖維的填料的混合物形成，其中所述填料的含量為約3%重 量至6%重量且所得材料顯示小于IxlO8歐姆/ □的表面電阻率。在另一實例中，已與少量炭黑一起燒結(jié)HDPE，形成填料量< 重量的導電網(wǎng)絡(luò)。 在燒結(jié)處理期間，形成一種核殼結(jié)構(gòu)。所述核主要由HDPE形成，所述殼-網(wǎng)絡(luò)由填料形成。(K. -H. MobiUS :Fullstoffhaltige elektrisch leitfahige Kunststoffe 78(1), 1988, 53-57 頁，Carl Hanser Verlag, Miinchen 1988)。EP 1655739公開了一種組合物，其具有相當好的化學和機械性質(zhì)且在20°C下電 介質(zhì)電阻率為約IxlO-3Ohm ·πι，其有含氟聚合物的連續(xù)聚合相和導電顆粒的分散相。所述 分散相包含分散在連續(xù)聚合相中的多個導電顆粒。所述導電顆粒選自石墨、鋼、鐵、銅、銀、 鋁、鎳、鎢、金、銅-錳，每一所選者呈纖維或粉末形式?；蛘?，所述顆粒選自炭黑、碳納米管 或碳纖維、青銅纖維和其組合。所述組合物含有20%重量至90%重量的含氟聚合物。制造 所述組合物的方法中的主要方面為硫化和硫化與共聚的組合。在US2004262581中，將獲得具備機械學性質(zhì)和電學性質(zhì)的最小不勻性的導電制 品。該目標將使用來自聚合樹脂、碳納米管和可能的其他導電填料以及增塑劑的組合物實 現(xiàn)，通過使用注塑方法由該組合物形成所要制品。除了許多其他聚合樹脂之外，已提議將 PTFE樹脂作為所述組合物的基礎(chǔ)材料。發(fā)明描述然而，由于大量填料(其降低組合物的機械學、光學和熱學品質(zhì))或由于無法控制 的電導率(其不能針對氣體斷路器的需要進行調(diào)節(jié))，以上提供的材料中沒有一種顯示氣 體斷路器所需的材料性質(zhì)。因此，全球研發(fā)部門仍在探求兼具氣體斷路器的噴嘴所必需的 所有不同性質(zhì)的合適組合物，其可因價格合理而生產(chǎn)或其可耐用并易于維護。因此，本發(fā)明的目標在于提供滿足上述屬性且特別具有完全受控的電導率同時保 持斷路器噴嘴和斷路器噴嘴材料的所有其他基本機械學、熱學、光學和其他必要性質(zhì)基本 不變的斷路器噴嘴和斷路器噴嘴材料。這通過權(quán)利要求1的斷路器的噴嘴和權(quán)利要求16的斷路器的材料實現(xiàn)。斷路器噴嘴的需求由PTFE滿足，其滿足的廣泛程度目前已知的其他材料不能企 及。因此，PTFE已是本發(fā)明關(guān)于斷路器的噴嘴且特別是斷路器噴嘴材料的基礎(chǔ)材料。本發(fā)明的斷路器噴嘴和斷路器噴嘴材料由PTFE和少量賦予PTFE必要光學性質(zhì)的 第一添加劑和少量第二添加劑(所謂的填料)制成。第一添加劑為顏料或顏料樣物質(zhì)。第 二添加劑為具有介電導電性質(zhì)的物質(zhì)或組合物或至少使得操作斷路器噴嘴期間所得材料 具有確定介電電導率的物質(zhì)或組合物。由于其成分經(jīng)特別選擇而高于或等于例如6eV的高 電離電勢，第二添加劑不會分別惡化斷路器的熱學性能和介電斷路性能。在使噴嘴材料顯示核殼樣結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)選擇非常小量的添加劑。所述核殼樣結(jié)構(gòu) 的殼主要由第一添加劑和第二添加劑或程度不同地僅僅由第二添加劑形成。所述核殼樣結(jié) 構(gòu)的核主要由PTFE或PTFE和第一添加劑分別形成。所得斷路器噴嘴和所得斷路器材料的 介電電導率σ在lxlO_14S/m< σ < lxlO_8S/m范圍內(nèi)，它由主要形成核殼結(jié)構(gòu)的殼的第二 添加劑引起。PTFE和由PTFE制成的斷路器噴嘴具有優(yōu)越的光學性質(zhì)，另外，在斷路器中的開關(guān) 操作期間可通過分別采用合適量的第一添加劑或所有添加劑調(diào)節(jié)預知燒蝕行為。由于少量 的第二添加劑，燒蝕行為和抗輻射性與已知基于PTFE的斷路器材料非常類似。不形成嚴重 煙灰且分解產(chǎn)物并不嚴重。另外，機械強度和介電強度足夠。 第一添加劑優(yōu)選在0. 005 %體積至0. 5 %體積范圍內(nèi)，優(yōu)選在0. 0Iv-%至0. 2 %體 積范圍內(nèi)選擇。然而，第一添加劑的實際使用量取決于第一添加劑的化學特性和其粒徑。所
5述粒徑的范圍處于nm至ym等級。粒徑越小，必須加入的第一添加劑的量越小。根據(jù)其化 學特性和粒徑，第一添加劑的分散容易程度不同。顆粒越容易分散，加到組合物中的第一添 加劑的均勻性越高且量越小。高均勻性進一步改善燒蝕性質(zhì)，由此增加本發(fā)明斷路器噴嘴 和本發(fā)明用于斷路器噴嘴的材料的壽命。第一顏料樣添加劑選自MoS2和/或摻雜或未摻 雜的氟化物，例如CaF2, SnF2等；和/或鋁(例如Al2CoO4)和/或鋅和/或銅和/或鈦和/ 或鎂的摻雜或未摻雜的氧化物。第一添加劑經(jīng)常賦予PTFE灰色。因此，經(jīng)常將其稱為“灰 色-PTFE，，。相對于燒結(jié)組合物來講，選擇第二添加劑填料的量以小于2%體積，優(yōu)選小于 體積。所述量取決于顆粒的粒徑、形狀和其化學和物理特性，特別取決于構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)的第二添 加劑的電導率和性能。第二添加劑的量的下限為約0.001%體積。在上述范圍內(nèi)選擇添加劑的量，使斷路器噴嘴和斷路器噴嘴材料的可控介電電導 率 σ 在 lxlO_14S/m< σ < lxl(T8S/m 范圍內(nèi)，尤其在 lxl(T13S/m < σ < lxl(T9S/m 范圍內(nèi)。在操作時且尤其在暴露于開關(guān)操作期間的電弧期間和/或緊接其后在氣體斷路 器中的情況下第二添加劑屬于顯現(xiàn)導電性質(zhì)的導電和/或半導電填料或物質(zhì)。在第一 實施方案中，第二添加劑選自納米和/或微米尺寸的半導電填料，其具有在lX10_9S/m至 lxlO_2S/m范圍內(nèi)，優(yōu)選在lxlO_8S/m至lxlO_4S/m范圍內(nèi)的低電導率。這在電導率的易于重 現(xiàn)性方面具有優(yōu)勢。納米和/或微米尺寸的半導電填料或填料組合可選自摻雜和/或未摻 雜的氧化物，如Zn0、Sn02、Ti02、Ni0、鐵氧化物，例如Fe3O4 ；和/或硫化物，如CuS、FeS2、NiS 等；和/或硫酸鹽/硫化物，例如BaSO4, MoS2 ；和/或銻化物，例如Ag3Sb ；和/或碲化物和 /或硒化物和/或半導電包覆顆粒，如云母(例如Minatec 微云母，得自Merck )和/或 包覆納米硅酸鹽和/或?qū)щ姺勰?，如Zelec ECP，得自Zelec 。此外，摻雜型或嵌入型碳納米 顆粒和/或微米或納米尺寸的硅酸鹽根據(jù)其具體化學和電學性質(zhì)可為用作第二添加劑的 良好選擇。具有降低電導率的這些填料可以大大高于核殼材料的滲過極限的填料量加入。 滲過閾值尤其取決于PTFE的粒徑、填料的縱橫比和填料結(jié)團和/或成網(wǎng)的能力。高縱橫比 是指顆粒的長度與直徑或長度與厚度的高比率。具有高縱橫比的顆粒例如有納米管、炭黑 和其他具有二維結(jié)構(gòu)的添加劑如納米薄片(例如石墨烯(graphene))和碳納米錐體。為了實現(xiàn)核殼微觀結(jié)構(gòu)，選擇填料的粒徑小于PTFE的粒徑。在一個有利的實施方 案中，PTFE的粒徑例如為20 μ m-40 μ m且半導電填料的粒徑小于4 μ m。另一優(yōu)勢通過加入 高縱橫比(例如縱橫比高于3)的填料和/或納米尺寸的填料形成網(wǎng)絡(luò)而實現(xiàn)。在另一實施方案中，第二添加劑選自碳納米顆粒群組，其中所述納米顆粒可直接 或以預混料形式加入。碳納米顆粒群組包含納米尺寸的炭黑和/或單壁納米管和/或多 壁納米管和/或碳納米薄片(例如石墨烯)和/或碳納米錐體。為了防止對機械學、光學 和熱學性質(zhì)等產(chǎn)生大影響，選擇第二添加劑的選擇范圍以使得噴嘴和材料中的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分 別包含非常小的顆粒數(shù)目且具有對于斷路器噴嘴來說足夠的電導率。單壁納米管和/或多壁納米管的直徑為約5nm-100nm且長度在數(shù)μ m至約Icm范 圍內(nèi)。這意味著縱橫比可達到IxlO9范圍。但是，典型值為直徑為約lOnm，長度為20 μ m，其 導致縱橫比為2000。這些高縱橫比非常有利，因為高縱橫比的填料引起低滲過閥值，使得噴 嘴和材料中降至低于體積的填料即可實現(xiàn)所述電導率，分別利用填料的高縱橫比和噴 嘴和材料的核殼結(jié)構(gòu)的組合效應(yīng)。炭黑為典型直徑為IOnm以至數(shù)IOOnm的常以細長或球形的初級碳顆粒群簇。石墨烯為橫向尺寸為IOOnm以至數(shù)10 μ m且厚度低至小于lnm-2nm 的碳薄片。碳錐體或圓盤可以直徑為約3μπι且層厚度為約20nm-50nm且所得縱橫比為約 10-200 得到。通常，可以確定，由于根據(jù)本發(fā)明的噴嘴或材料的核殼結(jié)構(gòu)，所得本發(fā)明的噴嘴或 本發(fā)明材料的滲過閥值從10%體積-20%體積的典型總體積(bulk volumn)降到通常小于
體積的體積。如果另外第二填料具有高縱橫比(例如纖維或片狀填料)和/或具有形 成網(wǎng)絡(luò)的趨勢(如對于納米尺寸的粉末如炭黑等常觀察到)，則可能將滲過閥值進一步降 低到大大低于體積的值，例如降低到低至0. 001%體積的值。在另一實施方案中，碳納米顆粒以配混物形式加入，該配混物中碳納米顆粒的量 通常在配混物的0. 5%體積至5%體積范圍，其余為聚合物。根據(jù)所述碳納米顆粒的縱橫 比，滲過極限在0. 005%體積至0. 05%體積范圍內(nèi)。這是指，具有碳納米尺寸的配混物作為 第二添加劑的本發(fā)明的由PTFE制成的氣體斷路器的噴嘴和氣體斷路器噴嘴的材料，所述 核殼樣結(jié)構(gòu)的滲過閾值為約0. 05%體積，根據(jù)填料的縱橫比具有較高值或較低值。與此形 成對照，具有煙灰或煙灰團塊的已知三維結(jié)構(gòu)的滲過閾值在體積體積范圍內(nèi)且對 于球形微米尺寸的填料如Fe3O4滲過閥值在20%體積-50%體積范圍內(nèi)。在另一改進的實施方案中，第二添加劑還可包含極低濃度的金屬納米顆粒。所述 金屬顆粒例如選自Ag和/或Au和/或Sn和/或Pd和/或In和/或Ti和/或TiB2和/ 或TiC和/或TiOx (其中χ < 2)和/或RuO2和/或Ag-Cu和/或Ag-Pd。所述金屬顆粒 的尺寸為約5nm至500nm。其縱橫比在1至高于100范圍內(nèi)。作為第二添加劑加入的金屬 顆粒的量主要取決于所選金屬顆粒的縱橫比，該縱橫比越高，所述量越小。金屬納米顆粒的 加入量通常在0. 001%體積至體積范圍內(nèi)。如果金屬顆粒的縱橫比高于100，則金屬顆 粒的量甚至可小于0. 001%體積。在另一實施方案中，第二添加劑包含用于靜電耗散配混物的添加劑，例如商品 Eonomer 700 和Pelestat ，其為與炭黑或其他顆粒，特別是半導電或金屬納米顆粒聚合 并固有地沉積的導電聚合物(ICP)，對于這些耗散配混物，其具有中間電阻率和高達360°C 或更高的可加工性。另一實施方案包含一種或數(shù)種可熔融處理的導電含氟聚合物細粉，其在噴嘴或噴 嘴材料各自的生產(chǎn)過程例如燒結(jié)期間熔融并由此形成所形成核殼結(jié)構(gòu)的薄導電殼結(jié)構(gòu)。粉 末的粒徑因此優(yōu)選大大小于所用PTFE的粒徑，例如粉末的粒徑為約1 μ m-10 μ m且PTFE的 粒徑為約20μπι-40μπι。導電含氟聚合物優(yōu)選選自聚偏二氟乙烯(PVDF)/碳納米管配混物， 例如得自 RTP 公司的 RTP 3300 和 / 或得自 HyperionCatalysis International 的 FIBRIL 母料，其為具有大量填料的組合物，提供其以由最終用戶將其與未填充的組合物混合以形 成有限量填料的組合物。那些母料例如為包含半導電或?qū)щ娂{米管和PVDF或乙烯四氟乙 烯(ETFE)或全氟烷氧基(PFA)作為基料的組合物，其中所述母料中納米顆粒的含量在5% 體積-25%體積范圍內(nèi)。使用絕緣填料如納米尺寸和/或微米尺寸的硅酸鹽或SiO2作為第二添加劑可實 現(xiàn)特殊效應(yīng)。所述第二添加劑形成絕緣噴嘴，但在斷路器中應(yīng)用期間，先前絕緣的填料在表 面區(qū)域與電弧的化學分解產(chǎn)物相互作用，由此形成具有足以防止靜電充電的高電導率的表 面區(qū)域。
因為PTFE，尤其燒結(jié)PTFE具有小孔，通過用有限電導率的介電液體裝填所述小 孔可得到很好的結(jié)果。為了裝填所述孔，可使用高壓浸滲。導電液體例如可選自相對電容 率ε優(yōu)選為至少5的芳族化合物和/或醇和/或蓖麻油或其組合。這些液體形成內(nèi)部導 電網(wǎng)絡(luò)和/或在一定時間內(nèi)擴散和/或在電弧事件期間/電弧事件之后從孔擴散到表面， 這導致表面電荷減少。那些介電液體的實例有異丙苯基醇(相對電容率ε 8、電導率 σ lxlOU1)；苯乙酮(ε = 17、ο 5χ10_9 Ω—cm O ；酰胺(例如丙酰胺C7H15NO或 丁酰胺C6H13NO)；硝基苯胺C6H6N2O2 ；順丁烯二酸酐C4H2O3 ；甘油C3H8O3 ；二甲砜C2H6O2S ；其中 通常不得不認為有機物質(zhì)的ε越高，電導率越高。另一選擇將是使用在室溫下為固體但具 有低于360°C的熔點的滲過材料，并且其為金屬或半金屬，例如In、Se、Sn ；或熱蠟，例如具 有導電顆粒的蠟和/或有機蠟和/或含有最多60%體積Iinitrate的碳蠟。制造用于氣體斷路器噴嘴的本發(fā)明材料和本發(fā)明的斷路器噴嘴的優(yōu)選方法是粉 末加工。必須針對添加劑類型，特別是所加填料的類型調(diào)整粉末加工路徑?？赡艿姆椒ㄓ?干混；與母料熱混；將填料預分散在例如可蒸發(fā)的潤滑劑中或有機溶劑等中。納米填料可 提供有表面相容劑，其減少團塊并簡化混合處理。隨后按照模壓并燒結(jié)或熱壓的標準技術(shù) 處理混合粉末?；旧希愃朴诜勰┮苯鸹蛱沾勺⑺苤兴梅椒?，粉末注塑隨后燒結(jié)也是可 行的。這開辟了(近)凈形噴嘴的可能性，與現(xiàn)今機器加工工藝相比，這非常有吸引力。
實施例下文中，提供了用于氣體斷路器噴嘴的本發(fā)明材料和本發(fā)明斷路器噴嘴以及其制 造方法的幾個實施例實施例1通過在乙醇中分散且隨后在攪拌下蒸發(fā)溶劑得到粒徑為10 μ m-40 μ m的PTFE、粒 徑為1 μ m-5 μ m的MoS2的第一添加劑和呈多壁碳納米管形式的第二添加劑的均相混合物。 將干燥的粉末等靜壓壓制成圓柱形狀并在375°C下燒結(jié)4小時。所得的本發(fā)明PTFE噴嘴 材料具有根據(jù)本發(fā)明的核殼結(jié)構(gòu)，包含濃度為0. 15%體積的MoS2的第一添加劑和濃度為 0. 體積的多壁碳納米管的第二添加劑。實施例2向粒徑為10 μ m-40 μ m的PTFE粉中加入作為第一添加劑的量為約0. 1 %體積且粒 徑為0. Ιμ - μπι的摻雜有摩爾MnO和0. 5%摩爾MgO的顏料ΖηΟ。加入作為第二添加 劑的平均粒徑為30nm、濃度為0. 25%體積的摻雜有SnO2的納米尺寸的銦(納米-ITO)。所 述混合物以均相基于乙醇的分散體形式得到。如在實施例1中一樣進行進一步處理。實施例3加入作為第一添加劑的0. 05%體積的平均粒徑為150nm的MoS2。加入作為第二 添加劑的2%體積的母料，其由混入ETFE基料中的5%體積碳納米管組成。將所述母料粒 化到小于10 μ m的平均粒徑且隨后與粒徑為10 μ m-40 μ m的PTFE和MoS2-顏料干混。將 所述混合物熱等壓壓制成圓柱形狀并在360°C下燒結(jié)2小時。實施例4將PTFE粉末與0.15%體積的粒徑為1 μ m_5 μ m的MoS2混合，隨后將其均衡干壓 成圓柱狀預成型品。在第一步驟中，將所述預成型品燒結(jié)到理論密度的96%。在第二步驟中，經(jīng)由真空壓力滲過用蓖麻油填塞半成品的孔。一般而言，本發(fā)明提供的由PTFE制成(尤其由燒結(jié)的PTFE制成)的氣體斷路器的 噴嘴和氣體斷路器噴嘴的材料顯示極低滲過閾值和可控電導率以及在氣體斷路器中使用 所需的光學和機械性質(zhì)。因此，光學性質(zhì)通過少量呈顏料或顏料樣物質(zhì)形式的第一添加劑 得到，可控電導率通過少量加入第二添加劑實現(xiàn)。第二添加劑選自壓到根據(jù)本發(fā)明的半成 品的孔中的介電液體或在開始擠壓和/或燒結(jié)之前加到第一組分PTFE和第一添加劑中的 物質(zhì)或組分。最后提到的第二添加劑引起核殼樣結(jié)構(gòu)并導致連續(xù)滲過網(wǎng)絡(luò)。由于第一添加 劑和第二添加劑的特定選擇，使得在具有極低數(shù)量的填料顆粒的燒結(jié)PTFE中建立該滲過 網(wǎng)絡(luò)成為可能，因此，對于氣體斷路器的材料和氣體斷路器的噴嘴可得到低且可控的電導 率。如果使用具有高縱橫比的填料，所需材料的量減少，該減少使得燒結(jié)產(chǎn)品的品質(zhì)提高。還可使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的不同方法來代替分別生產(chǎn)氣體斷路器的噴嘴 和材料的燒結(jié)法。這類方法例如為注塑法。
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權(quán)利要求
一種氣體斷路器噴嘴，所述噴嘴由包含PTFE和至少一種使所述噴嘴具有弱介電電導率的添加劑的組合物制成，其中所述組合物包含作為主要物質(zhì)的PTFE、賦予PTFE斷路器噴嘴必要光學性質(zhì)的第一顏料樣添加劑和賦予PTFE受控介電電導率的第二添加劑，其中選擇所述添加劑的量，以使得所述噴嘴材料顯示核殼樣結(jié)構(gòu)，其中所述核殼樣結(jié)構(gòu)的核主要由PTFE和/或PTFE與第一顏料樣添加劑形成，且其中所述核殼樣結(jié)構(gòu)的殼包含第二添加劑，第二添加劑通過形成所述核殼樣結(jié)構(gòu)的殼使得噴嘴的介電電導率σ在1x10 14S/m＜σ＜1x10 8S/m范圍內(nèi)。
2.權(quán)利要求1的噴嘴，其中所述第一顏料樣添加劑選自MoS2和/或摻雜或未摻雜的氟 化物，特別是CaF2、SnF2 ；和/或鋁和/或鋅和/或銅和/或鈦和/或鎂的摻雜或未摻雜的 氧化物，特別是Al2CoO4,且特別地，其中所述粒徑在納米至微米范圍內(nèi)。
3.權(quán)利要求1或2的噴嘴，其中所述第一顏料樣添加劑的加入量為0.005%體積至 0. 5%體積，優(yōu)選為0. 01%體積至0. 2%體積。
4.前述權(quán)利要求中任一項的噴嘴，其中所述第二添加劑的加入量小于或等于2%體 積，特別是小于體積。
5.前述權(quán)利要求中任一項的噴嘴，其中所述噴嘴的所述電導率σ在lx10_13S/m<σ<lxl(T9S/m 范圍內(nèi)。
6.前述權(quán)利要求中任一項的噴嘴，其中所述第二添加劑為具有在lxlO_9S/m至lxlO_2S/ m范圍內(nèi)的低電導率的納米或微米尺寸的半導電填料，特別選自摻雜和/或未摻雜的SnO2 ； 和/或摻雜和/或未摻雜的ZnO ；和/或摻雜和/或未摻雜的TiO2 ；和/或各種氧化物和/ 或硫化物和/或硫酸鹽和/或銻化物和/或碲化物和/或硒化物和/或半導電包覆顆粒如 云母和/或包覆納米硅酸鹽和/或?qū)щ姺勰?br> 7.權(quán)利要求1至5中任一項的噴嘴，其中所述第二添加劑選自碳納米顆?；虬技{ 米顆粒的配混物，且其中所述碳納米顆粒為炭黑顆粒和/或單壁納米管和/或多壁納米管 和/或碳納米薄片和/或碳納米錐體和/或石墨烯。
8.權(quán)利要求1至5中任一項的噴嘴，其中所述第二添加劑包含金屬納米顆粒，其中所述 金屬顆粒選自Ag和/或Au和/或Sn和/或Pd和/或In和/或Ti和/或TiB2和/或 TiC 和 / 或 TiOx 和 / 或 RuO2 和 / 或 Ag-Cu 和 / 或 Ag-Pd。
9.權(quán)利要求1至5中任一項的噴嘴，其中所述第二添加劑包含用于靜電耗散化合物的 添加劑，特別是在炭黑或其他顆粒上的沉積導電聚合物。
10.權(quán)利要求1至5中任一項的噴嘴，其中所述第二添加劑包含可熔融處理的導電含氟 聚合物的細粉，其在生產(chǎn)過程期間，尤其在燒結(jié)過程期間熔融，由此形成所述核殼結(jié)構(gòu)的薄 導電殼結(jié)構(gòu)。
11.權(quán)利要求1至5中任一項的噴嘴，其中所述第二添加劑包含絕緣填料，所述絕緣填 料在表面區(qū)域與電弧的分解產(chǎn)物相互作用且由此形成具有足以防止靜電充電的高電導率 的表面區(qū)域，所述第二添加劑優(yōu)選選自納米尺寸或微米尺寸的SiO2和/或硅酸鹽。
12.權(quán)利要求1至5中任一項的噴嘴，其中所述PTFE特別是燒結(jié)PTFE具有小孔，且所 述第二添加劑為填充在所述小孔中的具有有限電導率的介電液體，其中所述液體優(yōu)選選自 熔點低于360°C的芳族化合物和/或醇和/或蓖麻油和/或有機蠟和/或金屬或半金屬。
13.前述權(quán)利要求中任一項的噴嘴，其中所述第二添加劑的成分具有高電離電勢，其經(jīng)特別選擇高于或等于6eV。
14.權(quán)利要求1至5中任一項的噴嘴，其中所述第二添加劑選擇為兩種或更多種權(quán)利要 求6-13中提供的第二添加劑的組合。
15.前述權(quán)利要求中任一項的噴嘴，其中將所述組合物燒結(jié)以分別生成噴嘴或噴嘴材料。
16.一種氣體斷路器材料，其由包含PTFE和至少一種使得PTFE材料具有弱介電電導 率的添加劑的組合物制成，其中所述組合物包含在所述組合物的0. 005%體積至0. 5%體 積范圍內(nèi)的第一顏料樣添加劑和在小于或等于所述組合物的2%體積的范圍內(nèi)的第二添加 劑，其中所述材料顯示核殼樣結(jié)構(gòu)，且其中所述核殼樣結(jié)構(gòu)的核主要由PTFE和/或PTFE和 第一添加劑形成，且所述核殼樣結(jié)構(gòu)的殼主要由第二添加劑形成，且其中所述材料的介電 電導率σ在lxlO_14S/m< σ < lxlO_8S/m范圍內(nèi)且由形成所述核殼樣結(jié)構(gòu)的殼的添加劑 引起。
17.權(quán)利要求16的氣體斷路器材料，其中所述組合物的第二添加劑選自權(quán)利要求6-13 中提供的第二添加劑中的一種，或者兩種或更多種權(quán)利要求6-13中提供的第二添加劑的組合。
18.權(quán)利要求16的氣體斷路器材料，其中所述組合物的第一顏料樣添加劑選自權(quán)利要 求2和/或3中提供的第一添加劑中的一種。
19.權(quán)利要求16-18中任一項的氣體斷路器材料，其中將所述組合物燒結(jié)以生成所述 材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氣體斷路器的噴嘴和由包含PTFE和至少一種使基于PTFE的材料具有弱介電電導率的添加劑的組合物制成的材料或氣體斷路器噴嘴，其中所述組合物包含作為主要物質(zhì)的PTFE、賦予PTFE斷路器噴嘴必要光學性質(zhì)的第一顏料樣添加劑和賦予PTFE受控介電電導率的第二添加劑，其中選擇所述添加劑的量，以使得所述材料顯示核殼樣結(jié)構(gòu)，其中所述核殼樣結(jié)構(gòu)的核主要由PTFE和/或PTFE與第一顏料樣添加劑形成，且其中所述核殼樣結(jié)構(gòu)的殼主要由第二添加劑形成，第二添加劑通過形成所述核殼樣結(jié)構(gòu)的殼使得燒結(jié)產(chǎn)品的介電電導率σ在1x10-14S/m＜σ＜1x10-8S/m范圍內(nèi)。
文檔編號C08L27/18GK101946288SQ200780102382
公開日2011年1月12日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者D·斯托爾, F·格魯特, L·尼邁耶, M·西格, S·沙爾 申請人:Abb研究有限公司