一種阻燃產(chǎn)氣聚酰胺滅弧復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種阻燃產(chǎn)氣聚酰胺滅弧復(fù)合材料及其制 備方法和在制備微型斷路器應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 微型斷路器分?jǐn)嗄芰κ钱a(chǎn)品性能高低的重要指標(biāo)，分?jǐn)嗄芰Φ母叩秃托Ч脡呐c 產(chǎn)品滅弧性能高低有著極其重要的關(guān)聯(lián)。隨著終端客戶的多樣化發(fā)展，產(chǎn)品的分?jǐn)嗄芰σ?求越來越高，為此，大家對斷路器的滅弧系統(tǒng)的研究越來越多。
[0003] 斷路器滅弧主要有以下幾種滅弧方法：速拉滅弧法，冷卻滅弧法，吹弧滅弧法，長 弧滅弧法，短滅弧法，狹溝或狹縫滅弧法，真空滅弧法和六氟滅弧法等，各研發(fā)單位和企業(yè) 對滅弧效果的研究，大多從結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度分析和研究。
[0004] 申請公布號為CN 102760595A(申請?zhí)枮?01110107729. 5)的中國發(fā)明申請（申 請人為北京正北元電器有限公司，發(fā)明人為張威）公開了一種高滅弧性能滅弧室，包括兩 個內(nèi)側(cè)板、兩個外側(cè)板、滅弧片和擋板，以及上引弧片，內(nèi)側(cè)板、外側(cè)板和擋板以及上引弧片 構(gòu)成一個半封閉腔體內(nèi)，形成動觸頭活動空間，靜觸頭位于滅弧片的底部，上引弧片位于滅 弧室上方。該滅弧室應(yīng)用在塑殼斷路器上，其具有全新的結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可以 大大提高斷路器分?jǐn)嗄芰?，保證電網(wǎng)可靠工作的特點。
[0005][0006] 西門子公司，大江控股集團(tuán)有限公司，上海諾雅克電氣有限公司，上海永繼等眾多 國內(nèi)外公司對滅弧裝置，結(jié)構(gòu)等做了較為詳細(xì)的研究，并有眾多的發(fā)明。
[0007] 然而目前對滅弧材料的研究相對較少，特別是熱塑性的滅弧材料研究。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明提供了一種既有很高的阻燃性能又能產(chǎn)生氣體協(xié)助滅弧的阻燃產(chǎn)氣聚酰 胺滅弧復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
[0010] 一種阻燃產(chǎn)氣聚酰胺滅弧復(fù)合材料，由如下重量百分比的原料組成：
[0011] 聚酰胺 20.0%?85.0%; 聚酰胺預(yù)聚物 5.0%?25.0%; 熄弧金屬化合物 5.0%?15.0%; 熄弧吸水化合物 0.0%?15.0%; 熄弧產(chǎn)氣阻燃化合物 10.0%?20.0%; 產(chǎn)氣促進(jìn)劑 0.5%?2.0%; 加工助劑 0.0%?5.0% (優(yōu)選為0.2%?5.0%)。
[0012] 本發(fā)明中，通過上述特定量的各組分組合在一起，各組分之間能夠相互影響，共同 作用，各組分之間能夠相互產(chǎn)生協(xié)同作用，使得本發(fā)明阻燃產(chǎn)氣聚酰胺滅弧復(fù)合材料在經(jīng) 受電弧后，產(chǎn)生的氣體明顯增多，氣體的壓力增大明顯，對低壓斷路器滅弧能力的提升有很 大的幫助。并且，本發(fā)明阻燃產(chǎn)氣聚酰胺滅弧復(fù)合材料的熱分解溫度大幅度降低，材料在高 溫電弧存在下更容易分解產(chǎn)生氣體。同時還具有很高的阻燃性能。
[0013] 作為優(yōu)選，所述的阻燃產(chǎn)氣聚酰胺滅弧復(fù)合材料，由如下重量百分比的原料組 成：
[0014] 聚酰胺 50%?80%; 聚酰胺預(yù)聚物 5%?15%; 熄弧金屬化合物 4%?11%; 熄弧吸水化合物 0.2%?3%; 熄弧產(chǎn)氣阻燃化合物 12%?18%; 產(chǎn)氣促進(jìn)劑 0.5%?2%; 加工助劑 0.2%?5%。
[0015] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述的阻燃產(chǎn)氣聚酰胺滅弧復(fù)合材料，由如下重量百分比的原料組 成：
[0016] 聚酰胺 56%?77%; 聚酰胺預(yù)聚物 5%?15%; 熄弧金屬化合物 4%?11%; 熄弧吸水化合物 0.2%?I %; 熄弧產(chǎn)氣阻燃化合物 13%?16%; 產(chǎn)氣促進(jìn)齊IJ 0.5%?0.6%; 加工助劑 0.4%?0.5%。
[0017] 聚酰胺作為基體材料，在聚酰胺基體材料中添加其他成分，各組分之間能夠相互 產(chǎn)生協(xié)同作用，既有很高的阻燃性能又能產(chǎn)生氣體協(xié)助滅弧，作為優(yōu)選，所述的聚酰胺為相 對粘度2. 2?2. 4的聚酰胺66 (PA66)或者相對粘度1. 5?2的聚酰胺6 (PA6)。所述的聚 酰胺是低粘的PA66,相對粘度為2. 2?2. 4,如中國神馬股份的EPR24,美國首諾的21SPC。 所述的聚酰胺或者是相對粘度1. 5?2的具有樹枝狀的新型低粘度PA6,具有樹枝狀的新型 低粘度PA6相對于同等分子量的線性PA6,具有更高的流動性能，和更多的端基，如株洲時 代新材的 PA6, XC030, PA6, XC040 等。
[0018] 預(yù)聚物是指單體經(jīng)初步聚合而成的物質(zhì)，用在單體難于一次完全聚合成聚合物， 或避免聚合物在加工成型中容易發(fā)生空洞和裂縫的場合。例如制備聚酰亞胺時，常先使均 苯四酸二酐與芳香二胺在二甲基亞砜等溶劑中初步聚合成聚酰胺預(yù)聚物，再在300°c左右 環(huán)合、脫水而成聚酰胺樹脂或制品。聚酰胺預(yù)聚物的胺值為200?400mg KOH/g。聚酰胺預(yù) 聚物是分子量較低的聚酰胺預(yù)聚物，其數(shù)均分子量為小于等于2000。
[0019] 所述的熄弧金屬化合物是具有高溫狀態(tài)下脫水或產(chǎn)生氣體的化合物，如氫氧化 鎂、氫氧化鋁、碳酸鈣、3. 5水硼酸鋅等。即所述的熄弧金屬化合物為氫氧化鎂、氫氧化鋁、碳 酸鈣、3. 5水硼酸鋅中的一種或兩種以上。
[0020] 所述的熄弧吸水化合物選自常溫下具有優(yōu)良吸水性能，高溫下能釋放水的聚合物 吸水材料。所述的熄弧吸水化合物為聚丙烯酸鈉。
[0021] 所述的熄弧產(chǎn)氣阻燃化合物既是產(chǎn)氣成份，也是為尼龍材料提供阻燃特性的成 份，所述的熄弧產(chǎn)氣阻燃化合物為三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸縮聚物中的一種或兩種。三聚 氰胺氰尿酸縮聚物可采用三聚氰胺氰尿酸鹽。
[0022] 所述的產(chǎn)氣促進(jìn)劑為硝酸鉀、硝酸銨、過氯酸鉀、葵二酸、對苯二甲酸、辛二酸中的 一種或兩種以上。在經(jīng)受電弧后，產(chǎn)氣促進(jìn)劑能夠促進(jìn)本發(fā)明阻燃產(chǎn)氣聚酰胺滅弧復(fù)合材 料產(chǎn)生氣體,產(chǎn)生的氣體明顯增多,從而提高滅弧能力。
[0023] 所述的加工助劑為含二苯甲酮官能團(tuán)化合物的穩(wěn)定劑、受阻酚穩(wěn)定劑、亞磷酸酯 穩(wěn)定劑、受阻胺穩(wěn)定劑中的一種或兩種以上。
[0024] 本發(fā)明還提供了一種阻燃產(chǎn)氣聚酰胺滅弧復(fù)合材料的制備方法，采用現(xiàn)有的雙螺 桿擠出機(jī)即可實現(xiàn)，制備簡單，易于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
[0025] -種阻燃產(chǎn)氣聚酰胺滅弧復(fù)合材料的制備方法，包括步驟：
[0026] 將聚酰胺和選擇性添加的加工助劑混合均勻，由主喂料加入雙螺桿擠出機(jī)，再將 熄弧金屬化合物、選擇性添加的熄弧吸水化合物、熄弧產(chǎn)氣阻燃化合物和產(chǎn)氣促進(jìn)劑混合 均勻由側(cè)喂料加入雙螺桿擠出機(jī)，聚酰胺預(yù)聚物也由側(cè)喂料加入雙螺桿擠出機(jī)，經(jīng)擠出、拉 條、冷卻、切粒和烘干后，制得阻燃產(chǎn)氣聚酰胺滅弧復(fù)合材料。
[0027] 所述的雙螺桿擠出機(jī)的長徑比35?40 :1。所述的雙螺桿擠出機(jī)中各工作段的溫 度為 215°C _270°C。
[0028] 本發(fā)明阻燃產(chǎn)氣聚酰胺滅弧復(fù)合材料既有很高的阻燃性能又能產(chǎn)生氣體協(xié)助滅 弧，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，特別適用用于制備微型斷路器，具體可應(yīng)用于制備微型斷路器滅 弧側(cè)板，也可制備滅弧格柵外殼。使得制備的微型斷路器具有高滅弧性能，使得微型斷路器 具有更好的分?jǐn)嗄芰?，產(chǎn)品性能高。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0030] 本發(fā)明阻燃產(chǎn)氣聚酰胺滅弧復(fù)合材料中，通過上述特定量的各組分組合在一起， 各組分之間能夠相互影響，共同作用，各組分之間能夠相互產(chǎn)生協(xié)同作用，使得本發(fā)明阻燃 產(chǎn)氣聚酰胺滅弧復(fù)合材料在經(jīng)受電弧后，產(chǎn)生的氣體明顯增多，氣體的壓力增大明顯，對低 壓斷路器滅弧能力的提升有很大的幫助。并且，本發(fā)明阻燃產(chǎn)氣聚酰胺滅弧復(fù)合材料的熱 分解溫度大幅度降低，材料在高溫電弧存在下更容易分解產(chǎn)生氣體。同時還具有很高的阻 燃性能。
[0031] 本發(fā)明阻燃產(chǎn)氣聚酰胺滅弧復(fù)合材料既有很高的阻燃性能又能產(chǎn)生氣體協(xié)助滅 弧，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，特別適用用于制備微型斷路器。使得制備的微型斷路器具有高 滅弧性能，使得微型斷路器具有更好的分?jǐn)嗄芰?，產(chǎn)品性能高，有利于市場化大規(guī)模推廣利 用。
[0032] 本發(fā)明阻燃產(chǎn)氣聚酰胺滅弧復(fù)合材料的制備方法，采用現(xiàn)有的雙螺桿擠出機(jī)即可 實現(xiàn)，制備簡單，易于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，具備廣闊的應(yīng)用前景。
【具體實施方式】
[0033] 實施例1
[0034] 采用以下重量的原料：
[0035] PA66低粘（神馬實業(yè)股份有限生產(chǎn)，型號EPR24，相對粘度2.4) 61.8kg； PA6低粘（株洲時代新材料科技股份有限公司，型號XC030,相對粘度 1.8) 15.0 kg； 聚酰胺預(yù)聚物（常州山峰化工有限公司，型號，SF651,胺值mgKOH/g 300士 20) 5.0kg； 氫氧化鎂（濰坊海利隆鎂業(yè)有限公司，型號H1410 ) 4.0kg； 聚丙烯酸鈉（任丘市萬方化工有限公司） 0.2kg; 三聚氰胺氰尿酸鹽（四川精細(xì)化工研究設(shè)計院型號MC-12) 13.0 kg 硝酸鉀（長沙鑫本化工有限公司，高純度熔鹽級） 〇.5kg; 熱穩(wěn)定劑（亞磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯；瑞士汽巴精細(xì)化工，型 '；：168) 0.25kg： 熱穩(wěn)定劑（N，N'_雙-[3- (3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酰基]已二胺；瑞 士汽巴精細(xì)化工，型號：1098) 0.25kg；
[0036] 將聚酰胺66、聚酰胺6和熱穩(wěn)定劑（1098、168)攪拌混合均勻，再由精密計量的喂 料器送入雙螺桿擠出機(jī)；將熄弧金屬化合物（氫氧化鎂）、熄弧吸水化合物（聚丙烯酸鈉）、 熄弧產(chǎn)氣阻燃化合物（三聚氰胺氰尿酸鹽）和產(chǎn)氣促進(jìn)劑（硝酸鉀）高速攪拌均勻，從精 密計量喂料器由第四節(jié)側(cè)喂料口加入雙螺桿擠出機(jī)；聚酰胺預(yù)聚物由液態(tài)計量加料器從第 六節(jié)機(jī)筒加入，充分塑化、熔融、復(fù)合后經(jīng)擠出、拉條、水冷卻、切粒和烘干，制得聚酰胺復(fù)合 材料；其中，雙螺桿擠出機(jī)的長徑比為36 :1，各段螺桿溫度為：第一節(jié)機(jī)筒到第八節(jié)機(jī)筒的 各工作段溫度為 265±5, 265±5, 265±5,