專利名稱：電路斷路器的制作方法
電路斷路器本發(fā)明涉及電路斷路器，特別是高端的低壓斷路器，例如模殼式斷路器。斷路器是一種為保護(hù)電路免受過(guò)載或短路造成的損害而設(shè)計(jì)的自動(dòng)操作的電開(kāi)關(guān)。其基本功能是檢測(cè)故障情況并通過(guò)中斷連續(xù)性立即停止電流。不同于保險(xiǎn)絲(其操作一次，然后就不得不更換)，斷路器可以被(手動(dòng)或自動(dòng)地)復(fù)位以恢復(fù)正常操作。斷路器被制成各種尺寸，從保護(hù)個(gè)人家用電器的小設(shè)備到被設(shè)計(jì)成保護(hù)供給整個(gè)城市的高壓電路的大開(kāi)關(guān)裝置。所有的斷路器在其操作中具有共同的特性，但細(xì)節(jié)千差萬(wàn)別，基本取決于電壓等級(jí)、額定電流以及斷路器類型。低壓(低于1000VAC)型電路斷路器在住宅、商業(yè)及工業(yè)應(yīng)用中常見(jiàn)，其包括微型和小型斷路器(MCBs)、模殼式斷路器(MCCBs)、剩余電流裝置(RCDs)以及組合了 RCD的功能與過(guò)電流保護(hù)(RCBOs)的斷路器。斷路器通常包含由熱塑性或熱固性材料模制而成的殼體或外殼。斷路器的一些其他特性如下=MCB (微型斷路器)_額定 電流一般不超過(guò)125A ;跳閘特征(tripcharacteristic)通常不可調(diào)節(jié)。MCCB (模殼式斷路器)-額定電流達(dá)到1000A，并通過(guò)熱或熱磁式操作起作用；跳閘電流在較大等級(jí)上可調(diào)節(jié)。RCDs、MCBs、MCCBs、RCDs和RCBOs具有的共同點(diǎn)是通常都包含由熱塑性或熱固性材料模制成的殼體。例如通過(guò) K. Kuboyama 和 A. Kohanawa 在 Fuji electronic review,第 52卷，No. 4，第 112-118 頁(yè)描述 MCCBs、RCDs 和 RCBOs。斷路器必須檢測(cè)出故障狀態(tài)；在低壓斷路器中，這通常在斷路器外殼內(nèi)完成。一旦檢測(cè)到故障，斷路器中的觸點(diǎn)必須斷開(kāi)來(lái)中斷電路?？墒謩?dòng)操作小型斷路器(也與用于短路的螺線管(solenoid)和用于熱跳閘的雙金屬一起工作)；較大的單元具有螺線管來(lái)使機(jī)械裝置跳閘，并且具有電動(dòng)馬達(dá)來(lái)給彈簧恢復(fù)能量。斷路器觸點(diǎn)必須攜帶負(fù)載電流而無(wú)過(guò)量發(fā)熱，而且也必須能承受當(dāng)中斷電路時(shí)產(chǎn)生的電弧熱。觸點(diǎn)由銅或銅合金、銀合金以及其他材料制成。觸點(diǎn)的使用壽命受由于中斷電弧而引起的侵蝕的限制。微型斷路器和模殼式斷路器通常在接觸點(diǎn)磨損之后就被丟棄了，但能源斷路器和高壓斷路器具有可替換的觸點(diǎn)。當(dāng)電流中斷時(shí)，產(chǎn)生電弧。必須以受控的方法遏制、冷卻以及熄滅該電弧，從而使接觸點(diǎn)間的間隙能夠再次承受電路中的電壓。高電弧電壓和高關(guān)閉速度是重要的。最后，一旦故障情況已經(jīng)被清除，接觸點(diǎn)必須再次關(guān)閉來(lái)給中斷的電路恢復(fù)供電。低壓斷路器通常包含電弧形成室(或電弧室)和消弧室(或熄弧溝)。消弧室通常包含一疊所謂的去離子板或電弧分離板，它們通常由金屬制成。不同的斷路器使用真空、空氣、絕緣氣體或油作為電弧形成的介質(zhì)。使用不同的技術(shù)來(lái)熄滅電弧。低壓斷路器包含電弧室，其中通過(guò)電弧產(chǎn)生的氣體膨脹。在微型低壓斷路器中，電弧在空氣中熄滅。較大規(guī)格的斷路器(例如一些小型斷路器和MCCBs)通常包含金屬分離板或非金屬熄弧溝以吸收能量、分離和冷卻電弧、以及降低氣體的導(dǎo)電性。可以使用磁力滅弧線圈來(lái)使電弧偏轉(zhuǎn)到熄弧溝。從現(xiàn)有技術(shù)已知包含配備側(cè)法蘭的熄弧溝的電路斷路器。US2008/0290068描述了包含由一疊去離子板形成的消弧室的熄弧溝以及通過(guò)第一和第二法蘭連接的電弧形成室，所述熄弧溝配備排布于至少所述第一法蘭后的永磁體，其中所述電弧形成室包含增強(qiáng)的感應(yīng)部分(永磁體的第一部分將電弧推進(jìn)到消弧室)和轉(zhuǎn)移部分(永磁體的第二部分將電弧轉(zhuǎn)移至第一法蘭)，在縱向中平面中由第二部分產(chǎn)生的磁場(chǎng)基本上比由第一部分產(chǎn)生的磁場(chǎng)要弱。在這些電路斷路器中的法蘭由絕緣材料制成。US7541902B涉及開(kāi)關(guān)裝置領(lǐng)域，特別地能中斷直流電流、具體低強(qiáng)度電流(即包含在O. 5和150安培之間)。US 7541902B描述了含有熄弧溝的斷路器，其包含由一疊去離子板形成的消弧室以及通過(guò)第一和第二法蘭連接的電弧形成室，所述熄弧溝配備排列于至少第一法蘭后的永磁體。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一法蘭由陶瓷材料制成，而第二法蘭由產(chǎn)氣有機(jī)材料制成。EP1313121A1描述了含有消弧膜的電路斷路器，所述消弧膜包括主要包含非鹵素阻燃劑的模制消弧絕緣材料。非鹵素阻燃劑可從許多不同材料中選擇，包括有機(jī)三嗪化合物，例如氰脲酸三聚氰胺。在消弧絕緣材料中的基質(zhì)樹(shù)脂可從不同材料中選擇，包括聚酰胺，例如非芳族聚酰胺。低壓電開(kāi)關(guān)裝置的一個(gè)問(wèn)題是它們?cè)诶鄯e的最大電弧開(kāi)關(guān)電壓、開(kāi)關(guān)速度以及在多次短路中斷后性能的保留方面的局限性?！け景l(fā)明的目標(biāo)是提供電路斷路器，其中如上所述的問(wèn)題被降低了，至少在一定程度上被降低了。已經(jīng)用如本發(fā)明所述的電路斷路器實(shí)現(xiàn)了該目標(biāo)，所述電路斷路器包含至少部分通過(guò)側(cè)法蘭(side flange)連接的電弧形成室,所述側(cè)法蘭由阻燃劑聚合物組合物組成，所述阻燃劑聚合物組合物包含熱塑性聚合物，含有三嗪基阻燃劑和0_5wt. %的含磷或含鹵阻燃劑的阻燃劑體系，和0_15wt.%的增強(qiáng)劑，其中所述熱塑性聚合物包含熔點(diǎn)溫度至少260°C的聚酰胺，且三嗪基阻燃劑包含至少20wt. %的蜜白胺，其中重量百分比(wt. %)相對(duì)于聚合物組合物的總重量。根據(jù)本發(fā)明的斷路器(其中電弧形成室至少部分通過(guò)由這樣的聚合物組合物組成的側(cè)法蘭連接)的效果在于，最高適用開(kāi)關(guān)電壓增加，這樣允許較快的開(kāi)關(guān)時(shí)間以及較少的能量耗散。本文中術(shù)語(yǔ)熔點(diǎn)(溫度)被理解為根據(jù)ASTM D3417-97/D3418-97用DSC以10°C /min的加熱速度測(cè)量的溫度，其落在熔融范圍內(nèi)并顯示最高熔融速率。在根據(jù)本發(fā)明所述的電路斷路器中，消弧室適當(dāng)?shù)匕饘俜蛛x板。隨著電路斷路器中介電強(qiáng)度的保留越好，這種金屬板的存在越不重要。如果斷路器殼體的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁或其中一部分或多部分能夠由與法蘭中使用的相同的材料制成的話，那么通過(guò)這些壁或其部分(取決于其設(shè)計(jì))也能實(shí)現(xiàn)插入斷路器殼體的法蘭的功能。雖然可由所述阻燃劑組合物構(gòu)造完整的斷路器殼體(其可被解釋為其中一個(gè)或多個(gè)側(cè)法蘭構(gòu)成斷路器殼體的整體部分(integral part)的殼體),但很難按殼體的正常運(yùn)作需要在斷路器殼體上集成所有機(jī)械性能、電性能和其他性能。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)側(cè)法蘭由單獨(dú)的塑料部件組成，其能被插入殼體以至少部分連接電弧形成室。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，在電路斷路器的設(shè)計(jì)中不需要任何修改，在不犧牲其他性質(zhì)(例如殼體強(qiáng)度)的情況下保留最初的設(shè)計(jì)，同時(shí)提高了整體性能。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，電路斷路器為模殼式斷路器(MCCB)。MCCB的殼體適于由熱固性材料制成，而插入電弧形成室的一個(gè)或多個(gè)側(cè)法蘭由單獨(dú)的塑料部件組成，所述塑料部件由包含熱塑性聚合物的聚合物組合物制成。在聚合物組合物中使用的熱塑性聚合物為熔融溫度至少260°C的聚酰胺。這可以是例如脂族聚酰胺或半芳族聚酰胺，優(yōu)選脂族聚酰胺。合適的脂族聚酰胺的實(shí)例為聚酰胺66和聚酰胺46，以及聚酰胺66與其他脂族聚酰胺的共聚物和聚酰胺46與其他脂族聚酰胺的共聚物，前提條件是熔融溫度至少為260°C時(shí)。適宜地，熔融溫度在260-250°C范圍內(nèi)，但也可以使用具有更高熔融溫度的聚酰胺。合適地，熔融溫度至少260°C的聚酰胺以相對(duì)于組合物的總重量30_70wt. %的量存在。本發(fā)明中側(cè)法蘭或側(cè)壁的至少部分由其制成的聚合物組合物包含蜜白胺和熔融溫度在至少260°C的熱塑性聚酰胺。除蜜白胺外，組合物還可包含有限量的其他阻燃劑，例如磷阻燃劑、含氮阻燃劑、或甚至含鹵阻燃劑。合適的含氮阻燃劑為三嗪基阻燃劑。除蜜白胺外，聚合物組合物還可包含其他阻燃劑，例如磷阻燃劑、蜜白胺外的含氮 阻燃劑、或甚至含鹵阻燃劑。然而，為了在斷路器中側(cè)法蘭的正常運(yùn)作，必須保持有限的含磷或含鹵阻燃劑的量。優(yōu)選地，其總量應(yīng)為至多5wt. %，即組合物包含0-5wt. %的含磷或含鹵阻燃劑，更優(yōu)選地，聚合物組合物是無(wú)鹵的并且含磷或含鹵阻燃劑的量在0-5wt. %的范圍內(nèi)。也應(yīng)該保持有限的除蜜白胺外其他含氮阻燃劑(其實(shí)例有三聚氰胺和三聚氰胺脲酸酯)的量。優(yōu)選地除蜜白胺外含氮阻燃劑的量在0-5wt.%的范圍內(nèi)。值得注意的是，上面提到的重量百分比(wt. %)都相對(duì)于組合物的總重量。蜜白胺是三聚氰胺的縮合物。優(yōu)選地，相對(duì)于阻燃劑體系的總重量，阻燃劑體系包含至少70wt.%的蜜白胺。更優(yōu)選地，相對(duì)于阻燃劑體系的總重量，蜜白胺的量為80-100wt. % 的蜜白胺，或甚至 90-100wt. %。在聚合物組合物中蜜白胺含量越高，電路斷路器的性能更好。優(yōu)選地相對(duì)于聚合物組合物的總重量，蜜白胺的量為至少20wt. %、更優(yōu)選地至少30wt. %。所述量可高達(dá)45wt. %或甚至更高,但適當(dāng)?shù)刂炼?0wt. %。總體而言,相對(duì)于聚合物組合物的總重量，蜜白胺優(yōu)選以20-45wt. %、更優(yōu)選30-40wt. %的量存在。除熱塑性聚合物和三嗪基阻燃劑外，組合物還適當(dāng)?shù)匕渌M分，例如增強(qiáng)劑、無(wú)機(jī)填料和輔助添加劑。在聚合物組合物中纖維增強(qiáng)材料適當(dāng)?shù)貫椴ＡЮw維。合適的無(wú)機(jī)填料包括滑石和硅灰石。玻璃纖維的存在對(duì)介電強(qiáng)度的保留是有利的。過(guò)高的量對(duì)電弧電壓有負(fù)面影響。相對(duì)于聚合物組合物的總重量，玻璃纖維適宜以0-15wt、優(yōu)選5-lOwt. %的范圍內(nèi)的量存在。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，用作電弧形成室的側(cè)壁的部分或一個(gè)或多個(gè)法蘭的聚合物組合物由以下組成a. 30-70wt. %的熔點(diǎn)溫度至少260°C的聚酰胺；b. 20-40wt. % 的蜜白胺；c. 5-10wt. %纖維增強(qiáng)材料；d. 0-40wt. % 無(wú)機(jī)填料；和
e. 0-20wt. % 其他組分；本文中，重量百分比(wt. %)相對(duì)于所述聚合物組合物的總重量。本文中其他組分能夠是，例如輔助添加劑和不同于熔融溫度至少260°C的聚酰胺的其他聚合物。所述其他聚合物可從不同的聚合物中選擇，特別從能夠承受較高溫度的那些中選擇。優(yōu)選地，其他聚合物為選自由熔點(diǎn)較低的聚酰胺、聚酯、聚苯醚(PPE)和聚苯硫醚(PPS)組成的組的熱塑性聚合物。本發(fā)明將通過(guò)下面的實(shí)施例(EX)和對(duì)比例(CE)來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明。測(cè)試法蘭由阻燃劑組合物制成，并被插入由熱固性材料制成的MCCB中，在正常使用條件下測(cè)量MCCB的電弧電壓和介電強(qiáng)度的保留。在組合物中的各組分和測(cè)試組合的評(píng)級(jí)列于表I中。用于生產(chǎn)法蘭的阻燃劑聚合物組合物采用標(biāo)準(zhǔn)原材料、標(biāo)準(zhǔn)熔融擠出裝置和標(biāo)準(zhǔn)熔融復(fù)合步驟生產(chǎn)。PA46 (或聚酰胺46)為熔融溫度在295°C的聚酰胺。PA66 (或聚酰胺66)為熔融溫度在265°C的聚酰胺。表I.實(shí)施例(EX) I-IV和對(duì)比例(CE) A-C的組成和測(cè)試結(jié)果評(píng)級(jí)
權(quán)利要求
1.電路斷路器，其包含電弧形成室和消弧室，所述電弧形成室至少部分通過(guò)由聚合物組合物組成的側(cè)法蘭或側(cè)壁的至少部分連接，所述聚合物組合物包含熱塑性聚合物、三嗪基阻燃劑、至多0-5wt. %的含磷或含鹵阻燃劑以及0-15wt. %的增強(qiáng)劑，其中所述熱塑性聚合物包括熔點(diǎn)溫度至少260°C的聚酰胺，并且所述三嗪基阻燃劑包括至少20wt. %的蜜白胺，其中重量百分比(wt. %)相對(duì)于所述聚合物組合物的總重量。
2.如權(quán)利要求I所述的電路斷路器，其中所述電路斷路器為模殼式電路斷路器(MCCB)0
3.如權(quán)利要求1-2中任意一項(xiàng)所述的電路斷路器，其中所述電弧形成室包含兩個(gè)側(cè)法蘭，所述側(cè)法蘭由插入所述電弧形成室的單獨(dú)的塑料部件組成。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的電路斷路器，其中所述聚合物組合物包含阻燃劑體系，所述阻燃劑體系包含基于所述阻燃劑體系的總重量70-100wt.%量的蜜白胺。
5.如權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的電路斷路器，其中基于所述聚合物組合物的總重量，蜜白胺以20-40wt. %、優(yōu)選30-40wt. %的量存在。
6.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的電路斷路器，其中所述聚合物組合物由以下組成 a.30-70wt. %的熔點(diǎn)溫度至少260°C的聚酰胺； b.20-40wt. %的蜜白胺； c.5-10wt. %纖維增強(qiáng)材料； d.0_40wt. %無(wú)機(jī)填料；和 e.0-20wt. %其他組分； 其中所述wt. %相對(duì)于所述聚合物組合物的總重量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電路斷路器，其包含電弧形成室和消弧室，所述電弧形成室至少部分通過(guò)由聚合物組合物組成的側(cè)法蘭或側(cè)壁的至少部分連接，所述聚合物組合物包含熱塑性聚合物、三嗪基阻燃劑、至多0-5wt.%的含磷或含鹵阻燃劑以及0-15wt.%的增強(qiáng)劑，其中所述熱塑性聚合物包括熔點(diǎn)溫度至少260℃的聚酰胺，并且所述三嗪基阻燃劑包括至少20wt.%的蜜白胺，其中重量百分比(wt.%)相對(duì)于所述聚合物組合物的總重量。
文檔編號(hào)C08K3/30GK102947911SQ201180029881
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者羅布·約瑟夫·凱瑟琳娜·雷米勒·德曼特, 約翰尼斯·霍?？怂顾? 羅伯特·翰德里克·凱薩琳娜·簡(jiǎn)瑟恩 申請(qǐng)人:帝斯曼知識(shí)產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)管理有限公司