專(zhuān)利名稱(chēng)：裝熱控塊的熱熔斷器以及制造熱控塊的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及裝熱控塊的熱熔斷器及為此使用的熱控塊的制造方法，具體涉及采用熱塑性樹(shù)脂作熱敏材料的裝熱控塊的熱熔斷器。
背景技術(shù)：
熱熔斷器通常分為兩類(lèi)，取決于所采用的熱敏材料裝有采用非導(dǎo)電熱敏材料作熱控塊的熱熔斷器，以及采用導(dǎo)電低熔點(diǎn)合金作可熔合金的熱熔斷器。這兩者都是所謂的非可逆的在一規(guī)定溫度下工作的熱控開(kāi)關(guān)，用以切斷設(shè)備、裝置等中的電流或當(dāng)周?chē)鷾囟壬叩臅r(shí)候?yàn)楸Ｗo(hù)這些設(shè)備裝置免遭損壞而提供導(dǎo)電通路。熱熔斷器在取決于所采用熱敏材料的某一溫度下操作。一般說(shuō)來(lái)，作為保護(hù)性電器元件產(chǎn)品，它的操作溫度范圍在60-240℃，額定電流范圍在0.5A-15A，這是一種電保護(hù)方法，用來(lái)在常溫下原先為通路狀態(tài)或斷路狀態(tài)，轉(zhuǎn)換成在一預(yù)定溫度下為斷路狀態(tài)或通路狀態(tài)。裝熱控塊的熱熔斷器采用非導(dǎo)電熱控塊，這些熱控塊裝入兩端帶有引線的殼體內(nèi)，有個(gè)壓縮彈簧一類(lèi)東西施力于一可移動(dòng)導(dǎo)電體上。熱控塊由具有預(yù)定熔化溫度的化學(xué)物質(zhì)制成，選造粒，然后形成為塊。
通常實(shí)際使用的裝有熱控塊的熱熔斷器是采用一種通常由單種具有已知熔點(diǎn)的有機(jī)化合物制成的熱控塊，此時(shí)與粘結(jié)劑混合強(qiáng)化造粒效果，與潤(rùn)滑劑混合保證填充密度均勻，與顏料混合用來(lái)區(qū)分熱控塊的種類(lèi)。例如裝有單種有機(jī)化合物為熱控塊的熱熔斷器，已知有日本專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為60-138819所述的。它采用一種純化學(xué)物質(zhì)4-甲基繖形酮(作為一種有機(jī)化合物)用于熱控塊。而且已知混合兩種或以上有機(jī)化合物，它所提供的熔點(diǎn)不同于原先原料的熔點(diǎn)。例如日本專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)2002-163966和62-246217都揭示了兩種或以上已知有機(jī)化合物混合在一起提供低共熔物，它的熔點(diǎn)要低于原先這幾種有機(jī)化合物。這些專(zhuān)利還描述了所獲得的低共熔物具有的熱穩(wěn)定性與絕緣性。在那種情況中，裝熱控塊的熱熔斷器采用由純化學(xué)物質(zhì)制成的熱控塊部件，且據(jù)稱(chēng)如果偶然引入另任何一種化學(xué)物質(zhì)，其熔點(diǎn)會(huì)發(fā)生變化。因此，熱熔斷器通常采用保證試劑或其它相似的高純?cè)噭┲圃鞜峥貕K，且所有這些化學(xué)物質(zhì)為低分子化合物。而且，所有這些均由粉末狀化學(xué)物質(zhì)制成。如果所述試劑是單種化學(xué)試劑，它就直接成形為塊。如果所述試劑包含兩種以上化學(xué)試劑，則先將它們混合在一起，然后成形為塊。對(duì)于熱控塊熔化時(shí)的絕緣電阻，日本實(shí)用型專(zhuān)利申請(qǐng)6-12594提出了解決與成塊有關(guān)問(wèn)題的方法。
通常作為熱敏可熔材料，它包括石蠟，日本專(zhuān)利公開(kāi)50-138354和日本實(shí)用專(zhuān)利申請(qǐng)51-145538所公開(kāi)的一種抗熱非導(dǎo)電合成樹(shù)脂等用作熱熔斷器。他們利用的是熱敏材料本身的可熔性。然而這些材料并未商業(yè)上應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兯x用的材料性質(zhì)、結(jié)構(gòu)等具有尚需解決的問(wèn)題。
當(dāng)裝有熱控塊的熱熔斷器所遭遇的溫度高達(dá)接近于其熔點(diǎn)時(shí)，該熱控塊會(huì)升華，因而尺寸減小。而且，由于熱控塊的潮解性，遇潮氣，水等會(huì)溶解。無(wú)論那種情況，都會(huì)引起裝有熱控塊的破壞。正因如此，這類(lèi)裝有熱控塊的熱熔斷器的熱穩(wěn)定性，物理或化學(xué)穩(wěn)定性很差，易受環(huán)境影響。另外，由于這類(lèi)熱控塊是由粉體壓實(shí)成形的，因而在其生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)因強(qiáng)度不夠而導(dǎo)致裂紋、剝落等，這類(lèi)裝有熱控塊的熱熔斷器還有一個(gè)缺點(diǎn)，其特點(diǎn)在于操作后絕緣電阻較低，如日本專(zhuān)利公開(kāi)2002-163966和日本實(shí)用性專(zhuān)利申請(qǐng)6-12594就提出過(guò)這個(gè)問(wèn)題。而且近年來(lái)，對(duì)熔斷器有一種不斷的要求，即要求其提供快速響應(yīng)，要提高它的響應(yīng)速度。為了著手解決上述缺點(diǎn)，提出過(guò)種種解決方法。然而，這些方法都不能令人滿意，沒(méi)有一種能都解決這些問(wèn)題的材料。例如，下面會(huì)詳細(xì)敘述，具有高絕緣電阻的材料不一定是非潮解性的。它卻比其它材料更易溶解。還有一個(gè)缺點(diǎn)是容易升華。
如上所述，采用熱控塊的熱熔斷器用的是相對(duì)較純的化學(xué)物質(zhì)作熱敏材料，且該物質(zhì)先造粒，再形為成一預(yù)定形狀作為熱控塊。制成熱控塊的材料易受環(huán)境條件的影響而軟化、變形、升華、潮解等，還有許許多多與生產(chǎn)工藝步驟有關(guān)的問(wèn)題，以及產(chǎn)后的儲(chǔ)存條件等問(wèn)題。例如，如果熱控塊本身由潮解性材料形成，當(dāng)暴露外部空氣中，它會(huì)發(fā)生變形、溶解等一類(lèi)變化。因此，必須要進(jìn)行嚴(yán)格密封處理阻斷與外界空氣接觸。而且，由于熱控塊由粉末模壓而成，因此其機(jī)械強(qiáng)度較弱，且在組裝熱熔器過(guò)程中，彈簧的作用力會(huì)使熱控塊變形而造成缺陷。另外，如果制成的熱熔斷器成品儲(chǔ)存在高溫高濕度環(huán)境中，熱控塊會(huì)發(fā)生升華、潮解等一類(lèi)變化，會(huì)影響產(chǎn)品壽命，也有損于其電特性。采用常規(guī)化學(xué)物質(zhì)，特別是低分子量化學(xué)物質(zhì)的熱控塊，當(dāng)暴露在高溫高濕環(huán)境中會(huì)明顯軟化與變形。因尺寸變小而引發(fā)接觸性能上的缺點(diǎn)。因此，需要有一種裝熱控塊熱熔斷器，所述熱控塊在使用時(shí)幾乎不受周?chē)h(huán)境，時(shí)間變化的影響，且即使儲(chǔ)存于惡劣氣氛，遭遇高溫高濕、有毒氣體等一類(lèi)條件，熱控塊本身也不產(chǎn)生毛病。
采用樹(shù)脂材料的常規(guī)熱熔斷器利用樹(shù)脂材料的可熔性。然而，沒(méi)有一種特定方法能設(shè)定操作溫度，且操作溫度的精確度也不能令人滿意。而且，由于不清楚精確的操作溫度，缺少實(shí)際應(yīng)用性，還有其它不足之處，需要裝有熱控塊的熱熔斷器能克服這類(lèi)不足之處。至于響應(yīng)速度問(wèn)題，也尚未指明過(guò)一種特定解決方法，且沒(méi)有一種熱熔斷器可以提供實(shí)際使用的快速響應(yīng)。而且，所采用的樹(shù)脂很難選擇，因?yàn)樗男再|(zhì)變化范圍太寬。例如，如果樹(shù)脂材料利用結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂的熔點(diǎn)，則該熔點(diǎn)會(huì)隨樹(shù)脂的結(jié)晶度、組成等情況有明顯的變化，且熔斷器的操作溫度不僅取決于熔點(diǎn)。如果操作溫度不作調(diào)節(jié)，僅靠熱塑性樹(shù)脂的熔點(diǎn)進(jìn)行選擇，則選擇范圍有限，且沒(méi)有材料能滿足熱熔斷器實(shí)際應(yīng)用中所要求的操作溫度的范圍。還有，甚至結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂的熔點(diǎn)具有較寬的熱吸收峰，這種寬吸收峰離熱熔斷器所要求窄吸收峰材料相去甚遠(yuǎn)。而對(duì)于無(wú)定形熱塑性樹(shù)脂，又不能利用其本身熔點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
用于熱控塊的熱敏材料的一個(gè)物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)被指明來(lái)用于材料選擇，且根據(jù)一種新穎的好的調(diào)節(jié)方法能確保預(yù)定的操作溫度，因而提供實(shí)際可用的裝熱控塊的熱熔斷器。更具體地說(shuō)，常規(guī)熱控塊的各種物理與化學(xué)上的缺點(diǎn)，一般可通過(guò)確定溫度設(shè)置的方法來(lái)提供新穎的好的裝熱控塊的熱熔斷器，以及為此制造熱控塊的方法。
具體是，選擇一種熱敏材料，所要求的操作溫度通過(guò)設(shè)定溫度以減少熱控塊的升華的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，由此提供性能好的熱控塊。另外，所提供的熱控塊能在高溫下使用，因而熱穩(wěn)定性好，且受水、乙醇等一類(lèi)材料的潮解性下降。還有，所提供的熱控塊的機(jī)械強(qiáng)度有所提高，減少了開(kāi)裂、剝落等一類(lèi)情況造成的缺陷，且提高了其高溫下的介電強(qiáng)度與絕緣電阻。由于具備這些特性，所提供裝熱控塊的熱熔斷器能獲得較為滿意的操作溫度精確度與響應(yīng)速度，還能在高溫下使用，即具有較好的熱穩(wěn)定性。
如果采用常規(guī)，低分子量的純化學(xué)物質(zhì)，且利用其熔點(diǎn)作為操作溫度，則熱敏材料可從成千上萬(wàn)種材料中進(jìn)行選擇。然而，如果熱敏材料為高分子量物質(zhì)，則操作溫度的設(shè)定就成問(wèn)題而需要解決，使熔斷器以較高的精確度操作。而且，所提供的裝熱控塊的熱熔斷器是使用高分子量物質(zhì)，可以包括較寬的溫度范圍。此外，與常規(guī)方法不同，本發(fā)明提供的方法采用熱穩(wěn)定性、物理與化學(xué)穩(wěn)定性都好的熱敏材料，有助于熱控塊的制造。
為了達(dá)此目的，本發(fā)明裝熱控塊的熱熔斷器包括一個(gè)由熱敏材料制成的熱控塊，這種熱敏材料選自高分子量物質(zhì)的熱敏樹(shù)脂，它所具有的熱變形溫度可用溫度設(shè)定法調(diào)節(jié)到任何使用的所需操作溫度。更具體地說(shuō)，熱熔斷器包括圓柱狀殼體；其內(nèi)裝有由熱敏材料成形的熱控塊，該熱敏材料受熱時(shí)發(fā)生熱變形；連接在殼體一個(gè)開(kāi)口的由第一引線件形成的第一電極；連接在殼體的另一個(gè)開(kāi)口的由第二引線件形成的第二電極；置于殼體內(nèi)的可移動(dòng)的導(dǎo)電部件，它與所述熱控塊御接；裝在殼體內(nèi)的彈簧的彈力，它施力于可移動(dòng)導(dǎo)電部件上，其中所述熱控塊由受熱時(shí)顯示塑性的高分子量物質(zhì)制成；熱控塊用溫度設(shè)定方法調(diào)節(jié)其熱變形程度；所述熱控塊在受到來(lái)自彈簧施加的力的情況下，受熱至所需操作溫度時(shí)變軟或熔化而熱變形；且當(dāng)所述熱控塊加熱到所需操作溫度時(shí)，對(duì)第一與第二電極之間的電路起開(kāi)關(guān)作用。更具體地說(shuō)，它包括由熱塑性樹(shù)脂制成的熱控塊，此熱控塊在一預(yù)定溫度下熱變形，裝有熱控塊的圓柱狀殼體，靠近該殼體一個(gè)開(kāi)口的第一引線件，靠近該殼體另一個(gè)開(kāi)口的第二引線件，以及裝在殼體內(nèi)可移動(dòng)的導(dǎo)電部件和由強(qiáng)壓縮彈簧和弱壓縮彈簧組成的起開(kāi)關(guān)作用的彈簧件，用溫度設(shè)定法，將使熱控塊軟化或熔化的變形溫度調(diào)節(jié)到所需的操作溫度。具體是，熱控塊可以或由高分子量無(wú)定形熱塑性樹(shù)脂或由結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂制成。對(duì)于無(wú)定形熱塑性樹(shù)脂，方法是將所需操作溫度調(diào)節(jié)到高于軟化溫度(Tg)的一個(gè)溫度范圍之內(nèi)，而對(duì)于結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂而言，利用的是由外推初始熔點(diǎn)(Tim)和熔化溫度的峰值(Tpm)所代表的熔融溫度特性的溫度之差。而且，對(duì)于后者，結(jié)晶度、退火方法、或添加晶核也可用于本方法。
另外，本發(fā)明的溫度設(shè)定方法可以采用一只彈簧，按需要設(shè)置施加在熱控塊上的力而調(diào)節(jié)操作溫度。而且最好使用烯烴樹(shù)脂，可以使用熱塑性樹(shù)脂的聚合反應(yīng)、共聚反應(yīng)，與彈性體或聚合物混合，或可以添加增塑劑等來(lái)設(shè)定熱控塊自身的熱變形溫度。另外，熱控塊的機(jī)械強(qiáng)度可以進(jìn)行改變，提供各個(gè)熱變形溫度。更具體地說(shuō)，可以通過(guò)添加填料等，改變熱控塊的尺寸，進(jìn)而改變熱控塊上受到的負(fù)載，在熱控塊與彈簧之間引入或不引入一個(gè)插板，改變此板的尺寸，或改變類(lèi)似物理外形等來(lái)達(dá)到。
本發(fā)明的裝熱控塊的熱熔斷器包括由結(jié)晶高分子量物質(zhì)形成的熱控塊，它在一預(yù)定溫度下變形；裝有熱控塊的圓柱狀殼體，連接在殼體一個(gè)開(kāi)口的由第一引線件形成的第一電極；連接在殼體的另一個(gè)開(kāi)口的由第二引線件形成的第二電極；置于殼體內(nèi)并與所述熱控塊御接的可移動(dòng)導(dǎo)電部件；施力于可移動(dòng)導(dǎo)電部件上彈簧，其中所述熱控塊在所需操作溫度下熱變形，而對(duì)第一電極與第二電極之間的電路起開(kāi)關(guān)作用。所述熱控塊的操作溫度用溫度設(shè)定方法來(lái)決定。在一預(yù)定溫度下熔化或軟化的熱敏材料制成的熱控塊，最好采用結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂作為基本材料，其中可以加入各種添加劑、增強(qiáng)材料或填料等。另外，為了獲得所需操作溫度，可以改變基本材料即結(jié)晶高分子或結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂的聚合度或采用其它類(lèi)似方法來(lái)調(diào)節(jié)熔點(diǎn)。更具體地說(shuō)，如果必需要調(diào)節(jié)操作溫度，可以選擇基本材料，且按需要對(duì)基本材料進(jìn)行聚合、共聚、增塑或與其它材料混合。而且，在合成與提純這些基本材料即高分子物質(zhì)或熱塑性樹(shù)脂時(shí)采用的催化劑可以改變，以便提供不同機(jī)械強(qiáng)度、不同分子量與不同熔點(diǎn)的材料。由此而得到的熱控塊可以防止與潮解或升華有關(guān)的質(zhì)量損失。遇水潮解現(xiàn)象幾乎消失，且提高了介電特性，同時(shí)機(jī)械強(qiáng)度增加，也消除了裂紋與剝落，從而消除了缺陷。本發(fā)明的裝熱控塊的熱熔斷器包括由結(jié)晶高分子量物質(zhì)而成的熱控塊，它在一預(yù)定溫度下熔化或軟化；裝有熱控塊的圓柱狀殼體；連接在殼體一個(gè)開(kāi)口的由第一引線件形成的第一電極；連接在殼體另一個(gè)開(kāi)口的由第二引線件形成的第二電極；置于殼體內(nèi)并與所述熱控塊御接的可移動(dòng)導(dǎo)電部件；施力于可移動(dòng)導(dǎo)電部件上的彈簧，其中所述熱控塊在所需操作溫度下熱變形而對(duì)第一電極與第二電極之間的電路起開(kāi)關(guān)作用。其中按照取決于該熱控塊本身潮解性與升華性的質(zhì)量損失程度來(lái)選擇熱控塊。
本發(fā)明提供制造裝熱控塊的熱熔斷器方法，該熱熔斷器包括由結(jié)晶高分子量物質(zhì)形成的熱控塊，它在一預(yù)定溫度下熱變形；裝有熱控塊的圓柱狀殼體；連接在殼體一個(gè)開(kāi)口的由第一引線件形成的第一電極；連接在殼體的另一個(gè)開(kāi)口的由第二引線件形成的第二電極；置于殼體內(nèi)并與所述熱控塊御接的可移動(dòng)導(dǎo)電部件；施力于可移動(dòng)導(dǎo)電部件上的彈簧，其中所述熱控塊在所需操作溫度下熱變形而對(duì)第一電極與第二電極之間的電路起開(kāi)關(guān)作用，其中熱控塊采用注射成形、擠壓成形、薄板沖壓成形或重熔成形等方法成形。熱控塊一般由粉末模壓而成。與此不同，本發(fā)明還可以采用熔融成形，因而可以采用注射成形、擠壓成形、薄板沖壓成形或其它相似工藝方法。本發(fā)明不僅能提供常規(guī)幾何形狀的熱控塊，還有可以形成帶有空腔、凹陷、孔洞等一類(lèi)形狀的熱控塊。如此大的成形自由度有助于提供具有快速響應(yīng)能力的熱控塊，還降低了生產(chǎn)成本。因而可以提供價(jià)廉、具有快速響應(yīng)能力的熱熔斷器。而且，為了改進(jìn)在氣體屏蔽性、高吸濕性一類(lèi)情況下存在問(wèn)題的熱控塊的特性，較好可在局部或全部用不同的熱塑樹(shù)脂。
本發(fā)明的熱控塊僅由高分子熱塑性樹(shù)脂的熱敏材料制成，是聚合的、共聚的，混合的，還可使用各種添加劑。這樣一種設(shè)定溫度的方法允許熱熔斷器可從更寬熱敏材料范圍中選擇制成，具有更寬的操作溫度范圍，而且不僅可以彌補(bǔ)常規(guī)的溫度范圍，還可以選擇在更高溫度范圍內(nèi)還呈穩(wěn)定的材料。還有，由于在選用材料中以及使用添加劑中考慮了熱控塊的物理與化學(xué)性質(zhì)，使得熱控塊更容易成形，成形的熱控塊強(qiáng)度增加了，阻止了變形，延長(zhǎng)了壽命，提高了操作穩(wěn)定性。特別是，簡(jiǎn)化的制造工藝和熱控塊的強(qiáng)度有助于將熱控塊部件裝入熱熔斷器，降低了熔斷器成本。而且，如果熔斷器在高濕度條件下存放長(zhǎng)時(shí)間或存放在有害氣體環(huán)境中，熔斷器能穩(wěn)定相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間，防止腐蝕和絕緣性能受損，不僅在儲(chǔ)存期內(nèi)，且在使用中，該熔斷器能防止電性能與其它類(lèi)似性能的下降，還能防止因時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而發(fā)生的變化，因而使熔斷器在預(yù)定的溫度穩(wěn)定工作，從而提高熔斷器穩(wěn)定性、可靠性和其它類(lèi)似的實(shí)際效果。
而且，本發(fā)明的溫度設(shè)定方法容許采用的彈簧部件具有強(qiáng)壓縮彈簧與弱壓縮彈簧的組合調(diào)節(jié)，能改變施加的壓力，因而可以得到任何所需的操作溫度，不管熱敏材料是結(jié)晶態(tài)還是無(wú)定形態(tài)。對(duì)于結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂來(lái)說(shuō)，由JIS-K-7121定義的外推初始熔化溫度(Tim)和峰值熔化溫度(Tpm)之間的溫差被用來(lái)提供在寬廣范圍內(nèi)設(shè)定操作溫度的裝熱控塊的熔斷器。另外，對(duì)于無(wú)定形熱塑性樹(shù)脂來(lái)說(shuō)，熱變形溫度可以調(diào)節(jié)在高于軟化溫度(Tg)的溫度范圍內(nèi)，且可以將樹(shù)脂壓成所需的熱控塊裝入熔斷器。設(shè)定溫度的另一種方法可以是將熱塑性樹(shù)脂自身共聚，將彈性體或聚合物混合，或添加如滑石為代表的填料或增塑劑等調(diào)節(jié)來(lái)熱變形溫度。換言之，在本發(fā)明中，通過(guò)對(duì)高分子物質(zhì)的熱塑性樹(shù)脂進(jìn)行化學(xué)與物理加工和主體構(gòu)造為代表的彈簧壓力產(chǎn)生的熱變形溫度的改變，使得可以調(diào)節(jié)所需的熱變形溫度，且設(shè)定操作溫度，并提供其它類(lèi)似的明顯的作用。
本發(fā)明裝熱控塊的熔斷器可用于交流適配器、充電器、馬達(dá)、蓄電池或用在移動(dòng)設(shè)備中的其它類(lèi)似器件，辦公設(shè)備，車(chē)載設(shè)備與其它各種家用電器中作為保護(hù)性器件，用來(lái)精確探測(cè)異常過(guò)熱，在預(yù)定溫度下迅速切斷電路或讓電路異通。
本發(fā)明上述與其它目標(biāo)、特征、內(nèi)容與優(yōu)點(diǎn)在后面連同本發(fā)明附圖一起的詳細(xì)說(shuō)明中獲得更分清晰的了解。


圖1為裝有本發(fā)明熱控塊的熱熔斷器在操作前截面圖。
圖2為裝有本發(fā)明熱控塊的熱熔斷器在操作后截面圖。
圖3A-3F是本發(fā)明熱熔斷器中使用的熱控塊的各個(gè)透視圖。
圖4所示為本發(fā)明熱熔斷器中的熱控塊所采用的熱塑性樹(shù)脂的升華特性曲線。
圖5所示為本發(fā)明熱熔斷器中的熱控塊所采用的均相PP的DSC特性曲線。
圖6所示為本發(fā)明熱熔斷器中的熱控塊所采用的無(wú)規(guī)共聚PP的DSC特性曲線。
圖7所示為本發(fā)明熱熔斷器的熱控塊在長(zhǎng)期儲(chǔ)存中發(fā)生的變化。
圖8所示為反映響應(yīng)速度差別的特性曲線，響應(yīng)速度取決于本發(fā)明熱熔斷器的熱控塊經(jīng)過(guò)了機(jī)械加工與否。
圖9所示為本發(fā)明熱熔斷器的熱控塊的結(jié)晶度與操作溫度變差之間的關(guān)系特性曲線。
圖10所示為裝有常規(guī)熱控塊的熔斷器的用作熱控塊的熱敏材料的升華特性曲線。
圖11所示為裝有常規(guī)熱控塊的熔斷器的用作熱控塊的熱敏材料(其操作溫度為152℃)的DSC特性曲線。
圖12所示為裝有常規(guī)熱控塊的熔斷器的用作熱控塊的熱敏材料(其操作溫度為169℃)的DSC特性曲線。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明裝有熱控塊的熱熔斷器包括由高分子量熱塑性樹(shù)脂形成的熱控塊，它在一預(yù)定溫度下會(huì)熱變形；裝有熱控塊的圓柱狀殼體；夾裝而連接在金屬殼體一個(gè)開(kāi)口的第一引線件，使殼體內(nèi)壁作為第一電極；連接在殼體另一個(gè)開(kāi)口的絕緣套管；穿過(guò)套管，其尾部作為第二電極的第二引線件；位于殼體內(nèi)，并與殼體內(nèi)壁御接因而與熱控塊御接的可移動(dòng)觸頭(這里也稱(chēng)為“可移動(dòng)導(dǎo)電件”)；位于殼體內(nèi)施力作用于移動(dòng)觸頭上的壓縮彈簧件(這里也稱(chēng)為“彈簧件”)。采用在受熱時(shí)呈現(xiàn)塑性的高分子物質(zhì)形成熱控塊，采用溫度設(shè)定方法調(diào)節(jié)熱控塊的熱變形程度。彈簧件向熱控塊施力，當(dāng)熱控塊受熱達(dá)到所需操作溫度時(shí)，就軟化或熔化因而變形，此第一電極與第二電極就被隔斷或連通，起開(kāi)關(guān)作用。
更具體地說(shuō)，壓縮彈簧件由強(qiáng)弱壓縮彈簧組成，強(qiáng)壓縮彈簧頂著弱壓縮彈簧的回彈性施力，推動(dòng)可動(dòng)觸頭與第二電極接觸。具體是，強(qiáng)壓縮彈簧安置在熱控塊與觸頭之間，有個(gè)壓板裝在彈簧另一端，以便制造，也有利于彈簧穩(wěn)定工作。如果這種熱熔斷器的熱控塊的溫度升高到熱變形溫度，則熱控塊發(fā)生變形，且弱壓縮彈簧施力使可動(dòng)觸頭移動(dòng)，切斷電路，使熱熔斷器正常時(shí)為通路，異常時(shí)為斷路。正如這里所述，本發(fā)明采用的熱塑性樹(shù)脂不一定為100％晶質(zhì)；它可以是半晶質(zhì)熱塑性樹(shù)脂、無(wú)定形熱塑性樹(shù)脂等，且可以與溫度設(shè)定法組合使用。
表1所示為可用作裝熱控塊的熱熔斷器的熱敏材料的結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂以及它們的熔點(diǎn)。本發(fā)明設(shè)定溫度的方法可以根據(jù)樹(shù)脂的化學(xué)與物理性質(zhì)用來(lái)調(diào)節(jié)所需的操作溫度。與此不同，可用作熱敏材料的無(wú)定形熱塑性樹(shù)脂包括聚氯乙烯(PVC)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酯(PC)、改性聚苯醚(PPE)。
表1

在本發(fā)明中，無(wú)定形熱塑性樹(shù)脂用來(lái)制造熱控塊，溫度設(shè)定方法能使在操作溫度下的熱變形調(diào)節(jié)在等于或高于軟化點(diǎn)(Tg)的溫度范圍內(nèi)，以便使裝有熱控塊的熱熔斷器在異常狀態(tài)下工作。
還有，也如表1中部分列出的，本發(fā)明熱熔斷器可以采用結(jié)晶熱敏樹(shù)脂形成熱控塊。這些結(jié)晶熱敏樹(shù)脂包括低密度聚乙烯(LDPE)、線型低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超大分子量聚乙烯、極低密度聚乙烯(VLDPE)和其它類(lèi)似的聚乙烯(PE)、以及聚縮醛(POM)、聚丙烯(PP)、乙烯乙酸乙烯酯共聚物(EVA)，乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、聚甲基戊烯(PMP)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、氯乙烯三氟乙烯共聚物(ECTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、全氟烷氧基烷(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯-二氟乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯-乙烯共聚物(EFEP)和其它類(lèi)似的含氟樹(shù)脂(FR)，還有聚酯基的聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚亞苯基硫醚(PPS)、聚酰胺(PA6、PA6-6、PA-12、PA11、PA 9T、PA 6T、PA 46、PA 6-10、PA MXD6)和類(lèi)似的直鏈脂族聚酰胺、聚乙烯醇(PVA)、聚醚醚酮(PEEK)、液晶聚合物(LCP)、聚，1，4-亞環(huán)己基二亞甲基對(duì)苯二酸酯、乙烯和丙烯酸甲酯二元共聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸乙酯二元共聚物(EEA)、乙烯-丙烯酸丁酯二元共聚物(EBA)、乙烯-丙烯酸酯-酸酐單體的三元共聚物等。
如果采用結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂制造用于熱熔斷器的熱控塊，則可以利用彈簧施力，使得在所需的設(shè)定溫度，熱控塊受熱發(fā)生變形，像開(kāi)關(guān)那樣或切斷或?qū)ǖ谝浑姌O與第二電極之間的電路。更具體地說(shuō)，操作溫度用溫度設(shè)定法進(jìn)行調(diào)節(jié)，一開(kāi)始選擇結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂的熔點(diǎn)為基點(diǎn)，然后根據(jù)需要由外推的初始熔化溫度(Tim)和外推的結(jié)束熔化溫度(Tem)來(lái)決定熱變形溫度。對(duì)于普通低分子量化合物，峰值熔化溫度(Tpm)與外推的初始熔化溫度(Tim)之間較小的差值更適宜于那些用于熱熔斷器的熱控塊的材料。根據(jù)本發(fā)明，設(shè)定溫度的自由度可在一定范圍內(nèi)提供Tim和Tpm的溫度而得到。換句話說(shuō)，Tim和Tpm的溫度之差等于或大于5℃或10℃，視所選的材料而定。Tim與Tpm的溫度差值可用來(lái)調(diào)節(jié)操作溫度的變化具有正確值。另外，根據(jù)本發(fā)明，如果使用單個(gè)彈簧件，采本發(fā)明的溫度設(shè)定法可按需要設(shè)定施加在熱控塊上的負(fù)載力，調(diào)節(jié)不同的操作溫度。
本發(fā)明的特點(diǎn)在于采用溫度設(shè)定法調(diào)節(jié)所需的操作溫度，所述方法包括按照結(jié)晶度選擇結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂，提高其操作精確性。例如，裝有熱控塊的熱熔斷器要求熱控塊由結(jié)晶度至少為20％，至少30％，或至少40％的熱敏材料制成，但是可按照熱變形溫度如何變化來(lái)選擇優(yōu)選的結(jié)晶度。熱塑性樹(shù)脂的結(jié)晶度還可以經(jīng)過(guò)退火或添加晶核進(jìn)行調(diào)節(jié)，就可以設(shè)定熱控塊的變形溫度，這種效應(yīng)對(duì)于具有高結(jié)晶度的聚烯烴特別明顯。另外，還可以有另一種溫度設(shè)定方法即通過(guò)調(diào)節(jié)所采用的熱塑性樹(shù)脂的共聚反應(yīng)，與彈性體混合，與聚合物混合，或填料或增塑劑的添加。而且，通過(guò)加于熱控塊上的力可以改變熱控塊的熱變形溫度，這個(gè)力可以是調(diào)節(jié)強(qiáng)壓縮彈簧與弱壓縮彈簧的負(fù)載值，改變插在強(qiáng)壓縮彈簧與熱控塊之間壓板件的大小來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載值而改變，或調(diào)節(jié)熱控塊自身的大小與體積等方法來(lái)按需要改變。另外，如遇需要，這些方法可以組合使用。另外，還可以通過(guò)改變熱控塊的機(jī)械強(qiáng)度來(lái)調(diào)節(jié)熱控塊的熱變形溫度。
根據(jù)本發(fā)明，熱控塊可以由兩種或兩種以上高分子物質(zhì)形成的熱敏材料制得，這些物質(zhì)例如已列在表1與表2中。另外，可以采用聚合物的混合和/或聚合物的合金化，或者調(diào)節(jié)聚合反應(yīng)或共聚反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)熱變形溫度。例如，聚合、共聚或縮聚可以提供不同性質(zhì)的熱敏材料。更具體地說(shuō)，對(duì)于乙烯與丙烯酸鹽的共聚反應(yīng)，特別是與丙烯酸甲酯的共聚反應(yīng)，可以獲得乙烯和甲基丙烯酸酯的二元共聚物(EMA)。對(duì)于乙烯與丙烯酸乙酯的共聚反應(yīng)，可以得到乙烯-丙烯酸乙酯的二元共聚物(EEA)。對(duì)于乙烯與丙烯酸丁酯的共聚反應(yīng)，可以得到乙烯-丙烯酸丁酯的二元共聚物(EBA)。另外，還可以有乙烯、丙烯酸酯與酸酐單體三元共聚物，等等。這些有助于擴(kuò)大選擇操作溫度的范圍，這是熱熔斷器的重要因素。還有，如果將兩種熱塑性樹(shù)脂混合，它們可能在分子水平上充分混合在一起。然而，通常會(huì)出現(xiàn)相分離現(xiàn)象，或者兩者兼容性差。一般說(shuō)來(lái)，兩種熱塑性樹(shù)脂在分子水平上完全混合在一起的話，則呈現(xiàn)的性質(zhì)介于兩種熱塑性樹(shù)脂之間。而且，如果兩種樹(shù)脂的優(yōu)點(diǎn)合乎需要的話，則可以以相分離形式使用，例如PA 6與橡膠(乙烯-丙烯橡膠)混煉一起提供，或PA 6與橡膠混煉在一起，可經(jīng)共聚反應(yīng)再提供PA 6/乙烯-丙烯橡膠無(wú)規(guī)共聚物橡膠混合物。特別是本發(fā)明中橡膠的塑性可以認(rèn)為是強(qiáng)度的特性，然而本發(fā)明主要是改進(jìn)生產(chǎn)方法與生產(chǎn)工藝，使產(chǎn)品達(dá)到熔點(diǎn)的目標(biāo)值。還有另一種組合，HDPE與PA可以混合在一起，再添加增容劑來(lái)提供聚合物的混合物。還有另一種混合物例子，是EVA、PA、PP與EVOH的混合聚合物。這些是用作薄膜的例子。如果這些材料都分別單獨(dú)用作薄膜，則其氣體屏蔽性較低。而它們各自與EVOH混合，就具有高氣體屏蔽性，提供具有高氣體屏蔽性的混合聚合物。
根據(jù)本發(fā)明，苯乙烯樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂和含氟樹(shù)脂可以選用，用來(lái)聚合、共聚或縮聚，從而調(diào)節(jié)熱變形溫度。這里有一個(gè)例子就聚酰胺樹(shù)脂而言，選用熔點(diǎn)為220℃的PA 6，與PA 6T共聚，得到熔點(diǎn)為295℃的PA 6/6T共聚物。另外，PA 6與熔點(diǎn)為260℃的PA 66共聚，得到熔點(diǎn)為196℃的PA 6/66共聚物，而PA 66/6共聚物的熔點(diǎn)為243℃。表2列出了具有這種結(jié)晶度和各自熔點(diǎn)的熱塑性樹(shù)脂。
表2

特別是聚酯樹(shù)脂與含氟樹(shù)脂共聚物，它們的熔點(diǎn)范圍相對(duì)較寬。此外，無(wú)定形熱塑性高分子橡膠、聚酯等可以混合提供具有塑性的熱控塊。例如，苯乙烯彈性體、烯烴彈性體、聚酰胺彈性體、氨基甲酸酯彈性體、聚酯彈性體可以組合成混合物，且聚烯烴的效果較佳。更具體地說(shuō)，對(duì)于聚酯類(lèi)的混合物，聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)與聚醚嵌段共聚物市場(chǎng)有售，是Du Pont-Toray Co.Ltd.生產(chǎn)的商品Hytrel。這種共聚物的熔點(diǎn)范圍較寬，在154-227℃之間。如果PBT單獨(dú)用來(lái)制造熱控塊，則熱控塊的硬度提高，還可能出現(xiàn)裂紋。具有橡膠彈性體功能的PBT與聚醚的嵌段共聚物提供的熱控塊具有塑性。如果它被用在熱熔斷器中，則熔斷器具有可調(diào)的操作溫度，如果溫度到達(dá)時(shí)，熱控塊會(huì)平穩(wěn)地變形，結(jié)果還能獲得更快的響應(yīng)速度。
對(duì)于含氟樹(shù)脂，改變共聚物單體的比例，可產(chǎn)生各種共聚物。特別是四氟乙烯-六氟丙烯-1，1二氟乙烯共聚物可在低溫下使用，可對(duì)它的單體的比例進(jìn)行調(diào)節(jié)，使所選熔點(diǎn)在110-195℃之間。一個(gè)例子日本3M公司產(chǎn)的Dyneon THV。另外，裝有熱控塊的熱熔斷器具有很寬的溫度范圍現(xiàn)在已生產(chǎn)，市場(chǎng)有售，這樣寬的溫范圍用常規(guī)方法是無(wú)法達(dá)到的。首先包括PTFE，它的操作溫度，約327℃，PFA與FEP分別約為305℃與270℃。須指出，含氟樹(shù)脂具有優(yōu)異的化學(xué)耐性，如果連續(xù)使用，PTFE能耐受260℃，PFA耐受260℃，F(xiàn)EP耐受200℃。這樣，采用這種樹(shù)脂熱控塊的熱熔斷器呈現(xiàn)的熱穩(wěn)定性要明顯好于采用常規(guī)化學(xué)物質(zhì)經(jīng)粉末壓模而成的熱控塊的熔斷器。
本發(fā)明的溫度設(shè)定方法通過(guò)二種以上高分子物質(zhì)的共混聚合物，聚合物合金等聚合混煉方法調(diào)節(jié)熱變形溫度。它們選自表1和表2所列的材料，表中還列出了可變的混合比例(或單體比例)。EVAL就是由KURARAY CO.，Ltd.生產(chǎn)的EVOH的商品，這里將予以說(shuō)明。EVOH是乙烯-乙烯醇的共聚物，通過(guò)改變聚合物的乙烯含量，可以提供不同熔點(diǎn)的材料。F101的乙烯含量為32mol％，其熔點(diǎn)為183℃，E105的乙烯含量為44mol％，其熔點(diǎn)為165℃。G156的乙烯含量為47mol％，其熔點(diǎn)為160℃。改變乙烯含量不是為了改變?nèi)埸c(diǎn)，而是用來(lái)改善氣體屏蔽性、可加工性能等等，因?yàn)檫@是EVOH所要求的。另外，根據(jù)本發(fā)明，改變聚合程度也有可能調(diào)節(jié)熱變形溫度。聚合程度由改變分子量的分配而進(jìn)行控制，因而可以提供不同平均分子量的材料。因此，得到的是密度不同的結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂。結(jié)果，可以獲得具有同種組分卻有在密度上可控制的不同操作溫度的熱控塊。下面拿聚乙烯(PE)舉例說(shuō)明。PE按密度分類(lèi)，它的熔點(diǎn)取決于密度。
LDPE密度0.910-0.935，熔點(diǎn)105-110℃HDPE密度0.941-0.965，熔點(diǎn)130-135℃另外，除了這種PE之外，還有熔點(diǎn)在120-130℃之間的LLDPE，熔點(diǎn)在135-138℃之間的超大分子量的PE，等等。對(duì)于同種材料，通過(guò)密度可改變溫度。然而，熱變形溫度不僅可以通過(guò)聚合程度進(jìn)行調(diào)節(jié)選擇，還可以通過(guò)LDPE與HDPE或LLDPE的混合進(jìn)行調(diào)節(jié)選擇。另外，還可以在結(jié)晶高分子物質(zhì)、熱塑性樹(shù)脂等中添加增塑劑來(lái)降低熱變形溫度。
根據(jù)本發(fā)明，按要求可以在結(jié)晶高分子物質(zhì)中添加輔助材料。輔助材料一般可區(qū)分為添加劑、增強(qiáng)材料和填料。添加劑通常包括抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、晶核、增容劑、著色劑、抗菌劑、防霉劑、潤(rùn)滑劑與起泡劑等。其中對(duì)熱熔斷器最重要的是抗氧化劑與熱穩(wěn)定劑，尤其對(duì)高溫時(shí)的熱穩(wěn)定性而言，晶核用于提高結(jié)晶度，利用結(jié)晶樹(shù)脂的特點(diǎn)，著色劑用來(lái)顯示熔斷器的操作溫度范圍。
增強(qiáng)材料包括云母、碳酸鈣、玻璃纖維、碳纖維、芳族聚酰胺纖維等。它們可在共聚、彈性體混煉等時(shí)添加，使得熱控塊或比要求的更容易軟化，或使得熱控塊在高溫下能夠維持其幾何尺寸。填料包括滑石、粘土、碳酸鈣與類(lèi)似的增量劑、阻燃劑、抗靜電劑、增塑劑等。增量劑引入樹(shù)脂中用來(lái)降低樹(shù)脂材料的成本。引入阻燃劑使樹(shù)脂不易燃燒。引入抗靜電劑是用來(lái)防止樹(shù)脂儲(chǔ)存時(shí)電荷的累積。
另外，熱控塊的幾何尺寸也可用來(lái)調(diào)節(jié)熱變形溫度。例如，熱控塊中可以添加填料一類(lèi)材料；熱控塊可以改變其大小或形狀；熱控塊與彈簧之間插有夾板來(lái)進(jìn)行適當(dāng)修正。熱控塊的幾何尺寸得以改變，從而可以調(diào)節(jié)其機(jī)械強(qiáng)度，從而改變熱變形溫度。
本發(fā)明的另一方面，依據(jù)潮解性，為避免熱控塊本身的潮解性，采用質(zhì)量減損率方法來(lái)選用熱控塊。例如可以用下述標(biāo)準(zhǔn)選擇，將材料浸沒(méi)在23℃的水中，長(zhǎng)達(dá)24小時(shí)，其質(zhì)量減損率等于或小于5質(zhì)量％，較好是其質(zhì)量減損率等于或小于1質(zhì)量％。這就是說(shuō)，要為熔斷器選用不溶于水的熱控塊。如果熱熔斷器的熱控塊選用的是溶于水的熱敏材料，則熔斷器在儲(chǔ)存中或使用中達(dá)到異常溫度之前就發(fā)生操作或以后操作失靈，或者與水發(fā)生反應(yīng)，須進(jìn)行糾正。不管何種情況，均會(huì)引起熱熔斷器的毛病，必須避免。
另一方面，本發(fā)明裝有熱控塊的熱熔斷器是按照因升華而引起的質(zhì)量減損率進(jìn)行選擇，用以避免熱控塊本身因升華造成的后果。更具體地說(shuō)，熱控塊最好經(jīng)熱重分析(TG)，在預(yù)定升溫速率下加熱到一預(yù)定溫度，隨后測(cè)得的質(zhì)量減損率作為選用依據(jù)。例如，所選用的熱控塊，當(dāng)其在升溫速率至少為5℃/分加熱到操作溫度時(shí)，質(zhì)量減損率最好＜5質(zhì)量％，更佳＜1質(zhì)量％。使用這種選用標(biāo)準(zhǔn)的方法可防止因升華造成的毛病。因此，防止采用易升華的材料，有助于選擇不易升華材料，可以防止在預(yù)定異常溫度以外的溫度區(qū)域發(fā)生斷路情況，它也是用作提高絕緣電阻與提高介電強(qiáng)度的重要指標(biāo)。另外，本發(fā)明優(yōu)選的熱控塊，在熱重分析(TG)時(shí)，其在高于操作溫度至少50℃時(shí)的質(zhì)量減損率要＜1質(zhì)量％。較低的質(zhì)量減損率表明該熱控塊性能優(yōu)異。特別當(dāng)其用作一種指標(biāo)指導(dǎo)選擇，則因升華造成的質(zhì)量減損就極小。這一點(diǎn)對(duì)熱熔斷器很重要。它防止了熔斷器在使用時(shí)因體積縮小、質(zhì)量減損等造成的斷路，以及操作后造成對(duì)絕緣性能的影響，而這是熱熔斷器的一個(gè)重要功能。例如，如果熱控塊在儲(chǔ)存與使用中升華，且附著于觸頭附近，造成絕緣電阻下降引起操作異常。為此，選用熱控塊的材料必須有較高的固態(tài)體積電阻率，也要有較小的升華性質(zhì)。
為此，本發(fā)明裝有熱控塊的熱熔斷器采用的熱控塊在高于操作溫度下，經(jīng)過(guò)至少一分鐘后的絕緣電阻至少為0.2MΩ。例如，較好的是熱控塊的潮解質(zhì)量減損率至多為5％，在操作溫度的升華質(zhì)量減損率至多為5％，其在高于操作溫度至少50℃經(jīng)時(shí)至少1分鐘后的絕緣電阻為0.2MΩ，這就滿足了UL1020標(biāo)準(zhǔn)。最優(yōu)選的是，如前所述熱熔斷器結(jié)構(gòu)裝有的熱控塊，在高于操作溫度100℃的溫度下經(jīng)過(guò)至少在1分鐘后它的絕緣電阻至少為0.2MΩ。另外，上述結(jié)構(gòu)的熱熔斷器適宜裝入的熱控塊，操作后在350℃下、最好為400℃的溫度下測(cè)得的絕緣電阻至少0.2MΩ。
本發(fā)明另一方面指出，裝有熱控塊的熱熔斷器所用的熱控塊的幾何結(jié)構(gòu)可以用來(lái)提高響應(yīng)速度。熱控通常塊呈圓柱狀。然而，如有必要，它最好是帶有空腔的圓柱體，或其表面有凹陷的圓柱體，還可以成形為空心管狀。這種構(gòu)型可以提高裝有熱控塊的熱熔斷器的響應(yīng)速度，因而響應(yīng)更為精確，更為可靠。
根據(jù)本發(fā)明，熱控塊是用高分子化合物的熱敏樹(shù)脂與它們共聚物的方法制造的。這就有助于使粉體造粒然后成形為熱控塊。除了常規(guī)方法之外，還可用注射成形或擠壓成形法將熔化的樹(shù)脂材料成形為所需的幾何形狀。例如，先將材料擠壓成形，再切割成所需長(zhǎng)度而形成熱控塊，或直接沖壓成厚度與熱控塊高度相同的薄板，因而成形為所需幾何形狀的熱控塊。如此，復(fù)雜形狀的熱控塊也可用擠壓成形直接得到。如果需要的是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，基本上呈柱狀或空心的管狀，則擠壓成形或薄板沖壓就足夠了。而且，本發(fā)明熱控塊也可用重熔成形法制成。任何一種方法成本都很低廉。特別是，如果要用成本經(jīng)常采用的方法，可選擇擠壓成形。對(duì)于不能用注射方法種類(lèi)的材料，可以采用別的技術(shù)，以便在更寬范圍內(nèi)選擇生產(chǎn)方法與材料。
熱控塊可以由二種以上不同類(lèi)型的熱塑性樹(shù)脂制成，其中至少一種用以調(diào)節(jié)操作溫度，而其它材料，至少其中一種包括部分或全部用來(lái)指示操作溫度的熱塑性樹(shù)脂。通過(guò)雙色成形或形成各沉積層成板的方法，采用二種以上不同類(lèi)型熱敏樹(shù)脂直接成形為熱控塊，如果還要考慮氣體屏蔽性、吸潮性，以及銅引起的危害，則需在熱控塊表面部分地或全部地覆蓋一層保護(hù)層，使熱控塊性能提高。雖然熔化材料照此可用來(lái)得到所要的熱控塊，如果考慮其受熱經(jīng)過(guò)成問(wèn)題，或材料的熔點(diǎn)和分解溫度太靠近，則也要按常規(guī)考慮采用粉末壓制法。另外，熱控塊成形以后，可以經(jīng)退火處理，調(diào)節(jié)其結(jié)晶度。
實(shí)施例1圖1與圖2各自所示為本實(shí)施方式裝有熱控塊的熔斷器的截面。圖1為正常溫度正常時(shí)候的熱熔斷器的截面。圖2為熔斷器遭遇異常熱量時(shí)進(jìn)行操作時(shí)的截面。這種結(jié)構(gòu)類(lèi)似于NEC SCHOTT器件公司生產(chǎn)的裝有熱控塊的熱熔斷器SEFUSE，不同的僅在于所用的熱敏材料不同。圓柱形殼體1為銅、黃銅或類(lèi)似良導(dǎo)熱體金屬制成的殼體，它的個(gè)開(kāi)口帶有插裝在殼體上的第一引線件2。金屬殼體1內(nèi)裝有熱控塊3，這是本發(fā)明的特點(diǎn)，還有起開(kāi)關(guān)作用的一對(duì)壓板4與5，包括強(qiáng)壓縮彈簧與弱壓縮彈簧6與8的彈簧件和可移動(dòng)導(dǎo)電件7，后者由具有良導(dǎo)電性并有一定塑性的銀合金制成，殼體1另一個(gè)開(kāi)口裝有絕緣套管9以及穿過(guò)套管9的第二引線件10，此第二引線件與殼體1絕緣，在其尾端裝有固定電極11，再加以密封。除了開(kāi)口外，用環(huán)氧樹(shù)脂或類(lèi)似的密封膠12對(duì)殼體進(jìn)行密封，用絕緣套管13罩蓋第二引線件10，并固定第二引線件10。這里采用的熱控塊3是本發(fā)明的特點(diǎn)。采用溫度設(shè)定法，用的是具有任何熱變形溫度的熱塑性樹(shù)脂作主要材料，成形為按需要調(diào)節(jié)了操作溫度的熱控塊，本方法選擇使用的材料，其熱變形溫度就是熱熔斷器的操作溫度。圖1所示為在正常溫度下的裝有熱控塊的熱熔斷器，它的第一引線件與第二引線件2與10導(dǎo)通，圖2所示為超過(guò)它的操作溫度時(shí)在異常溫度下的熔斷器，兩個(gè)引線件已經(jīng)不通。
熱控塊3單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)本發(fā)明九種熱塑性樹(shù)脂和用于常規(guī)產(chǎn)品的熱敏樹(shù)脂比較它們的潮解性，升華和機(jī)械強(qiáng)度，如表3和表4所示，“0”表示合格，“X”表示不合格。機(jī)械強(qiáng)度列于表5，以是否出現(xiàn)裂紋/剝落為依據(jù)。對(duì)本發(fā)明采用的九種熱塑性樹(shù)脂均示以分類(lèi)名、商品名(或產(chǎn)品名)、級(jí)別和制造廠商以及規(guī)格，列于如下1.LDPEL(商品名J REX LDPE-JM910N，由日本聚烯烴公司生產(chǎn)，產(chǎn)品目錄上的熔點(diǎn)為108℃)2.LLDPE(商品名J REX LLDPE-AM830A，由日本聚烯烴公司生產(chǎn)，產(chǎn)品目錄上的熔點(diǎn)為122℃)3.POM(商品名Iupital F20-54，由三菱工程塑料公司生產(chǎn)，產(chǎn)品目錄上的熔點(diǎn)為166℃)4.PP(商品名Grand Polypro J557F，由Grand聚合物公司生產(chǎn)，產(chǎn)品目錄上的熔點(diǎn)為170℃)5.HDPE(商品名Hizex HDPE-1300J，由Mitsui化學(xué)公司生產(chǎn)，產(chǎn)品目錄上的熔點(diǎn)為1134℃)6.PMP(商品名TPX-RT18，由Mitsui化學(xué)公司生產(chǎn)，產(chǎn)品目錄上的熔點(diǎn)為237℃)7.FEP(商品名Neoflon NP-101，由Daikin工業(yè)公司生產(chǎn)，產(chǎn)品目錄上的熔點(diǎn)為270℃)8.PBT(商品名Valox 310，由GE塑料(日本)公司生產(chǎn)，產(chǎn)品目錄上的熔點(diǎn)為227℃)9.RET(乙烯、丙烯酸酯和酸酐單體的三元共聚物商品名Rex Pearl ET182，由日本聚烯烴公司生產(chǎn)，產(chǎn)品目錄上的熔點(diǎn)為99℃)潮解性測(cè)定如表3所示，熱敏熱控塊進(jìn)行了測(cè)試，對(duì)本發(fā)明九種熱塑性樹(shù)脂及用于常規(guī)產(chǎn)品的熱敏材料比較其與潮解相關(guān)的指標(biāo)。與熱敏材料潮解有關(guān)的毛病取決于其所水分的影響，通過(guò)熱控塊質(zhì)量減損率進(jìn)行比較與考察。測(cè)試方法如下將原先測(cè)量過(guò)重量的熱控塊浸沒(méi)于23℃水中，長(zhǎng)達(dá)24小時(shí)，然后在室溫下干燥，隨后測(cè)量其通常量，與浸沒(méi)于水之前測(cè)得的值進(jìn)行比較，得到質(zhì)量減損率。質(zhì)量減損率分為＞5質(zhì)量％，＜5質(zhì)量％，＜1質(zhì)量％和未見(jiàn)潮解四種，為的是區(qū)分合格/不合格。受測(cè)試的熱控塊九種由本發(fā)明使用的熱塑性樹(shù)脂制成，三種由常規(guī)產(chǎn)品中的熱敏材料制成。
表3

*1代表乙烯-丙烯酸酯-酸酐單體三元共聚物從表3清楚可見(jiàn)，常規(guī)192℃產(chǎn)品的質(zhì)量減損率＜1質(zhì)量％，常規(guī)110℃產(chǎn)品的質(zhì)量減損率在1-5質(zhì)量％之間，而常規(guī)113℃產(chǎn)品的質(zhì)量減損率＞5質(zhì)量％。特別是，用于常規(guī)熱控塊的材料Resprcom在高濕度條件下由于潮解，極有可能造成斷路，盡管材料本身具有高的電阻率。而本發(fā)明產(chǎn)品，九種材料均未見(jiàn)潮解。因此，與常規(guī)產(chǎn)品相比，本發(fā)明產(chǎn)品明顯不同，經(jīng)測(cè)試其產(chǎn)品防潮性能很高。本產(chǎn)品被評(píng)價(jià)為在高濕度條件下不易斷路。
升華測(cè)定表4所示為升華的測(cè)定。與熱敏材料的升華相關(guān)的毛病在高溫下更易出現(xiàn)。為了測(cè)定熱控塊的升華性質(zhì)，將熱控塊暴露在高溫下，隨后測(cè)定其質(zhì)量減損率。測(cè)試樣品與測(cè)定潮解性所用的樣品相同，即本發(fā)明的九種產(chǎn)品與三種常規(guī)產(chǎn)品，采用島津公司的TGA-50，對(duì)熱控塊作熱重分析(TG)，溫度上升速率10℃/分，氮?dú)饬髁?0cc/分。每個(gè)熱控塊單獨(dú)測(cè)定，測(cè)得在操作溫度的質(zhì)量減損率為＜5質(zhì)量％和＜1質(zhì)量％作為界限，在高于操作溫度50℃的質(zhì)量減損率＜1質(zhì)量％為界限。本測(cè)定值是參照原先質(zhì)量值而得到的質(zhì)量減損率，以質(zhì)量％表示。
表4

括號(hào)內(nèi)數(shù)值為實(shí)際質(zhì)量減損值。
*1表示乙烯-丙烯酸酯-酸酐單體三元共聚物如表4所示，在操作溫度，常規(guī)110℃和192℃產(chǎn)品的質(zhì)量減損率＜1質(zhì)量％，與此不同，常規(guī)113℃產(chǎn)品的質(zhì)量減損率為6.21質(zhì)量％，而在高于操作溫度50℃的溫度，三種常規(guī)產(chǎn)品的質(zhì)量減損率＞1質(zhì)量％。與此不同，本發(fā)明九種產(chǎn)品的質(zhì)量減損率＜1質(zhì)量％。圖4和圖10表示由熱重分析儀測(cè)得的表明升華溫度(℃)與升華量(mg)的升華特性。圖4是本發(fā)明產(chǎn)品(Rex Pearl(RET)的特性曲線，其操作溫度為101℃)。圖10是常規(guī)產(chǎn)品(Resorcin，其操作溫度為110℃)的特性曲線。
機(jī)械強(qiáng)度測(cè)定熱控塊所關(guān)注的另一問(wèn)題，是特別在裝裝之前因振動(dòng)、掉落、相互之間接觸等造成的裂紋、剝落等。由本發(fā)明的九種材料制成的熱控塊和三種常規(guī)產(chǎn)品，各取100粒。讓它們從離地面高度1米處下落，比較其中各有多少粒產(chǎn)生裂紋和/或剝落。重復(fù)下落10次。表5是它們的結(jié)果。從結(jié)果可見(jiàn)，三種常規(guī)產(chǎn)品有一半以上都出現(xiàn)裂紋和/或剝落，相反本發(fā)明產(chǎn)品未出現(xiàn)任何裂紋。說(shuō)明本發(fā)明熱控塊的機(jī)械強(qiáng)度大有提高，幾乎無(wú)裂紋或剝落。
表5

*1表示乙烯-丙烯酸酯-酸酐單體三元共聚物實(shí)施例2進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，舉例說(shuō)明圖1裝有熱控塊的熱熔斷器的熱控塊3的幾何形狀的不同，檢查它們的功能與影響。熱控塊3基本上呈柱狀，對(duì)如圖3所示的各種舉例性的不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)定。根據(jù)本發(fā)明，熱變形溫度由預(yù)定特定幾何形狀的方法進(jìn)行設(shè)定，這種方法在按需要調(diào)節(jié)操作溫度方面是有效的。圖3所示具有六種不同幾何構(gòu)型的熱控塊。圖3A為一般性用途的，是基本圓柱狀的熱控塊30。與四方體相比，裝入基本呈圓柱體的熱控塊較為滿意，通過(guò)修改圓柱體長(zhǎng)度與直徑，可按需要調(diào)節(jié)操作溫度。圖3B所示為帶凹陷31的熱控塊32。圖3C所示為空心的即帶有空腔33基本上呈管狀的熱控塊34。熱控塊32與34均有外形尺寸，類(lèi)似于熱控塊30據(jù)此設(shè)定操作溫度。凹陷31與空腔33如實(shí)施例5所述，在要求快速響應(yīng)方面是有效的。除了這些幾何構(gòu)型之外，熱控塊可制成不同尺寸，通過(guò)改變外部尺寸的方法設(shè)定溫度來(lái)調(diào)節(jié)熱變形溫度。只要不偏離本發(fā)明概念，不限于圓柱狀，可以有各種各樣外部尺寸，如八角形、六角形等。特別是，不采用模具來(lái)形成尺寸或幾何構(gòu)型的擠壓成形，其在截面上發(fā)生變形。這些都包括在本發(fā)明設(shè)定操作溫度的方法之內(nèi)，只要能確保在所需操作溫度能精確操作。
圖3D、3E和3F所示為幾種不同熱塑性樹(shù)脂部分制成的熱控塊的例子。圖3D與3E舉例說(shuō)明具有一定操作溫度的熱控塊36與38的表面部分地分別采用不同的熱塑性樹(shù)脂35和37。圖3F所示為熱控塊40表面全部地被不同于熱控塊40的熱塑性樹(shù)脂39覆蓋。圖3D熱控塊例如可以是將一些薄層疊成的板進(jìn)行沖壓而成形的。如果壓板4是銅制的，則熱塑性樹(shù)脂36會(huì)受到金屬，特別是銅的影響。上述結(jié)構(gòu)用在插入一層保護(hù)層35以便保護(hù)熱控塊36免遭金屬的影響。圖3E所示為側(cè)壁帶有保護(hù)層37的熱控塊。這種結(jié)構(gòu)通過(guò)擠壓成形很容易得到。在考慮到鄰近金屬的影響時(shí)，或如PA一類(lèi)高吸潮性材料被如PET或類(lèi)似聚酯類(lèi)材料形成的一層保護(hù)層保護(hù)時(shí)，這種結(jié)構(gòu)是有效的。圖3F所示為熱控塊40表面全部被不同于熱控塊40的材料形成的保護(hù)層39覆蓋。這很容易例如用注射成形等方法得到。這種結(jié)構(gòu)，以及3D和3E的結(jié)構(gòu)能有效保護(hù)熱控塊以免因金屬、吸潮等造成的樹(shù)脂降解。具體的是，圖3E的結(jié)構(gòu)，保護(hù)層僅在側(cè)壁，提供的防潮或類(lèi)似的作用有限，而圖3F結(jié)構(gòu)的熱控塊全部被覆蓋，因而防潮或類(lèi)似作用較明顯。
實(shí)施例3本實(shí)施方式采用的熱塑性樹(shù)脂是用來(lái)生成熱控塊3，再制成圖1所示的裝熱控塊的熱熔斷器，該熔斷器的操作溫度與變差(操作變差R)列于表6。另外，表7列出了絕緣電阻值作為高溫350℃與400℃的電學(xué)特性。表7中，“o”表示一分鐘后的絕緣電阻值至少0.2MΩ，而“x”表示一分鐘后的絕緣電阻值＜0.2MΩ。
表6單位℃

RET乙烯-丙烯酸酯-酸酐單體三元共聚物L(fēng)DPE低密度聚乙烯LLDPE線型低密度聚乙烯HDPE高密度聚乙烯POM聚縮醛PP；聚丙烯PBT聚對(duì)苯二甲酸亞乙酯PMP聚甲基戊烯FEP聚四氟乙烯-六氟丙烯表7

o0.2MΩ(1分鐘)合格x0.2MΩ(1分鐘)不好Td裝有熱熔斷器的操作溫度RET乙烯-丙烯酸酯-酸酐單體三元共聚物L(fēng)DPE低密度聚乙烯LLDPE線型低密度聚乙烯HDPE高密度聚乙烯POM聚縮醛PP；聚丙烯PBT聚對(duì)苯二甲酸亞乙酯PMP聚甲基戊烯FEP聚四氟乙烯-六氟丙烯從圖6清晰可見(jiàn)，本發(fā)明的熱控塊在操作溫度的情況與常規(guī)產(chǎn)品熱控塊差不多，基熔斷器操作精確度優(yōu)異，操作可靠性很好。變差的值(R)在1℃范圍內(nèi)，與通常要求的±2℃或4℃相比，本發(fā)明熱熔斷器具有充分的操作精確度。
另外，從圖7可見(jiàn)，操作后的常規(guī)產(chǎn)品對(duì)于操作溫度(Td)+50℃的絕緣電阻下降，而本發(fā)明所用的九種類(lèi)型操作后的絕緣電阻至少為0.2MΩ，甚至對(duì)于操作溫度(Tg)+100℃，以及350℃、400℃的絕緣電阻仍至少0.2MΩ。特別是，采用具有高操作溫度的含氟樹(shù)脂F(xiàn)EP的裝熱控塊的熱熔斷器可以在高溫區(qū)應(yīng)用，其操作溫度約268℃，超過(guò)常規(guī)產(chǎn)品最大的操作溫度即240℃。而且發(fā)現(xiàn)熔斷器的絕緣電阻不存在問(wèn)題，因?yàn)楹鷺?shù)脂的分解溫度特別高。如果它在高溫下連續(xù)工作，也不發(fā)生明顯降解，其絕緣電阻也大于常規(guī)的熱控塊。
實(shí)施例4由共聚物形成的熱控塊按需要測(cè)定與操作溫度調(diào)節(jié)相關(guān)的內(nèi)容，包括防潮性能。實(shí)驗(yàn)采用乙烯、丙烯酸酯和酸酐單體的三元共聚物(品名Rex Pearl ET)的熱敏材料。產(chǎn)品目錄上Rex Pearl ET182的熔點(diǎn)為99℃，密度為0.937。Rex PearlET184M的熔點(diǎn)為86℃，密度為0.945。通過(guò)調(diào)節(jié)單體比率，可以調(diào)節(jié)熔點(diǎn)，然后分別裝入熱熔斷器，測(cè)量它的操作溫度。如表8所示，可以發(fā)現(xiàn)盡管裝熱控塊的熱熔斷器傾向于在稍高于熱控塊自身熔點(diǎn)的溫度操作，但溫度變差(R)很小，常規(guī)產(chǎn)品化學(xué)物質(zhì)的變差最大達(dá)4℃，隨該化學(xué)物質(zhì)生產(chǎn)廠家而異。因此已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果熱控塊熔點(diǎn)和熱熔斷器的操作溫度相關(guān)的話，則它足以用作熱熔斷器的熱控塊。
表8單位(℃)

裝有Rex Pearl ET182熱控塊的熱熔斷器(其操作溫度101℃)，測(cè)試了它的防潮性。作為比較，取用的常規(guī)產(chǎn)品(Resorcin)，它的操作溫度(110℃)高于Rex Pearl ET182。在85℃/95％條件下進(jìn)行測(cè)定，這種條件比65℃/95％嚴(yán)酷，這是一種熱熔斷器制造廠家采用的測(cè)試條件。每種產(chǎn)品的樣品數(shù)為200個(gè)。表9列出了測(cè)試結(jié)果。熱控塊的潮解性可用它的外形尺寸表示。即是，初始值設(shè)定為100％。按需要在一設(shè)定時(shí)間后，取出熱控塊，測(cè)定其尺寸小，記錄它們的改變。另外在儲(chǔ)存前后測(cè)得它們的操作溫度與變差(R)，列于表9。
表9 單位(℃)

由表值顯而易見(jiàn)，以熱控塊形式在裝入熱熔斷器之前，容易溶于水的材料在熔斷器內(nèi)也容易潮解，強(qiáng)度下降，1,500小時(shí)后，采用裝有常規(guī)化學(xué)物質(zhì)熱控塊的熱熔斷器全部碎裂，而由本發(fā)明的熱塑性樹(shù)脂(Rex Pearl ET182)制成的熱控塊暴露在同一條件下，長(zhǎng)達(dá)5,000小時(shí)時(shí)間后，呈現(xiàn)穩(wěn)定的尺寸變化。盡管Rex Pearl ET182也有熱控塊尺寸變小的傾向，這是由于在鄰近它的熔點(diǎn)溫度下儲(chǔ)存變軟所致，并非像常規(guī)產(chǎn)品那樣潮解所致。另外，裝熱控塊的熱熔斷器在5,000小時(shí)后取出測(cè)定，發(fā)現(xiàn)該熔斷器基本上在如同初次測(cè)定值的相同溫度下操作。發(fā)現(xiàn)盡管比常規(guī)產(chǎn)品的操作溫度低的熱控塊在相同溫度/濕度下儲(chǔ)存，它要比常規(guī)產(chǎn)品在熱、物理、防潮等方面穩(wěn)定的時(shí)間更長(zhǎng)。還發(fā)現(xiàn)Resorcin，該材料盡管具有大的體積電阻率，其熔斷器產(chǎn)品在110℃下操作，但該的水潮解性很高，如果將它裝入熱熔斷器，暴露在高濕條件下較長(zhǎng)時(shí)間，就會(huì)碎裂。
實(shí)施例5以塑性結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂為例考察熔點(diǎn)的調(diào)節(jié)。在本實(shí)施例中，熱塑性聚醚-酯彈性體Hytrel(產(chǎn)品名Hytrel由Du Pont-Toray公司生產(chǎn))是一種PBT(熔點(diǎn)在220-227℃之間)與聚醚嵌段的共聚物，在該溫度范圍內(nèi)，樹(shù)脂熔點(diǎn)范圍在154-227℃之間。在本實(shí)施例中它用作圖1的熱控塊，測(cè)定熔斷器的操作溫度與變異(R)。用Hytrel3046(熔點(diǎn)160℃)、3546L(熔點(diǎn)154℃)、4047(熔點(diǎn)182℃)、2751(熔點(diǎn)227℃)和PBT(熔點(diǎn)227℃，商品名Valox，由GE塑料(日本)有限公司生產(chǎn))進(jìn)行比較。測(cè)量結(jié)果列于表10。
表10 單位(℃)

從表10顯而易見(jiàn)，盡管Hytrel的熔點(diǎn)與熔斷器的操作溫度之間稍有差異，但衡量操作精確度的變差R值在±1℃范圍之內(nèi)，質(zhì)量均優(yōu)于常規(guī)技術(shù)的指標(biāo)。因此可以確認(rèn)，如果單獨(dú)采用PBT，則操作溫度為227℃，采用PBT的共聚物或彈性體，則可對(duì)熔斷器的操作溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
實(shí)施例6在本實(shí)施例中，要證實(shí)通過(guò)改變熱控塊的幾何構(gòu)型，可改變裝有熱控塊的熱熔斷器的響應(yīng)速度。熱控塊由日本聚烯烴有限公司生產(chǎn)的商品名為JREXLDPE-JM910N，(其熔點(diǎn)在產(chǎn)品目錄上為108℃)的LDPE制成。樣品為如圖3A所示的柱狀產(chǎn)品30(未鉆孔洞的)與如圖3C所示的在柱體中心附近有孔洞31呈管狀物的產(chǎn)品34(鉆了孔洞的)。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，將裝熱控塊的熱熔斷器浸沒(méi)于油槽(oil bus)中加熱到高于它的熔點(diǎn)之上，比較熔斷器操作之前經(jīng)歷時(shí)間的情況。
圖8所示的圖中，橫座標(biāo)表示油槽的溫度，縱座標(biāo)表示熔斷器操作之前經(jīng)歷的時(shí)間。從圖8顯而易見(jiàn)，鉆了孔洞的產(chǎn)品34的熔斷器，它的響應(yīng)速度要快于未鉆孔洞的產(chǎn)品30。通常，這類(lèi)經(jīng)加工的幾何構(gòu)型伴隨有如機(jī)械強(qiáng)度等方面的問(wèn)題，在高溫高濕條件下使用容易變形，引起碎裂。因此很難進(jìn)行上述結(jié)構(gòu)上的修改。與此不同，本發(fā)明產(chǎn)品具有強(qiáng)度上的穩(wěn)定性，且可以按需要加入增強(qiáng)材料，而這種熱控塊可以如上所述那樣進(jìn)行加工鉆孔。必須指出熱控塊也可以具有圖3C之外的其它幾何構(gòu)型。例如考慮到產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度，可對(duì)它的側(cè)壁等處進(jìn)行切割，刻成凹陷等提高其響應(yīng)速度。
實(shí)施例7在本實(shí)施例中認(rèn)證了熱變形溫度可由施加在熱控塊上的力進(jìn)行調(diào)節(jié)。熱敏材料采用的是高分子物質(zhì)ABS，這是Technopolymer公司生產(chǎn)的無(wú)定形熱塑性樹(shù)脂。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為將產(chǎn)品尺寸與設(shè)定溫度的方法結(jié)合。無(wú)定形熱塑性樹(shù)脂ABS的軟化點(diǎn)為90℃，將這種樹(shù)脂材料制成兩種不同尺寸的熱控塊。一種熱控塊的直徑為Φ3.2mm，高度H為3.0mm，另一種Φ＝3.2mm，H＝3.5mm。在本實(shí)施例中，施加標(biāo)準(zhǔn)的彈簧作用力，測(cè)試操作溫度。測(cè)試結(jié)果列于表11。具體地說(shuō)，固定直徑不變，僅長(zhǎng)度方向上改變0.5mm，操作溫度可調(diào)節(jié)大約20℃。從這個(gè)結(jié)果可見(jiàn)，如果采用無(wú)定形樹(shù)脂，操作溫度的變差(R)在±1℃范圍之內(nèi)，這種材料可用于熱熔斷器。
表11 單位(℃)


然后采用Technopolymer公司生產(chǎn)的一種類(lèi)似的ABS材料，證實(shí)了通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧件的作用力，可以調(diào)節(jié)熱變形溫度。使用的是上述的圓柱狀熱控塊，其Φ＝3.2mm，H＝3.5mm，該熱控塊彈簧件所作用的力。彈簧力的值包括標(biāo)準(zhǔn)值，和標(biāo)準(zhǔn)值乘以1.3的值作比較。表12列出了操作溫度變差(R)。
表12 單位(℃)

從表12顯而易見(jiàn)，彈簧力為標(biāo)準(zhǔn)值的1.3倍時(shí)，可以降低操作溫度大約9℃。從上述結(jié)果還可見(jiàn)，采用無(wú)定形熱塑性樹(shù)脂，加上適當(dāng)溫度設(shè)定方法，可使操作溫度精確到±1℃之內(nèi)，而現(xiàn)有熱控塊要求小于±2℃-±3℃之內(nèi)，提供的裝熱控塊的熱熔斷器具有可比的相當(dāng)好的操作精確度。在本實(shí)驗(yàn)中，是對(duì)弱壓縮彈簧8作了修正。如果強(qiáng)壓縮彈簧6進(jìn)行修正，也可以獲得類(lèi)似結(jié)果。如果兩者結(jié)合一起使用，同樣可以獲得類(lèi)似結(jié)果。
實(shí)施例8在本實(shí)施例中，實(shí)驗(yàn)采用的是由結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂制成的熱控塊。在此實(shí)驗(yàn)中，由Mitsui化學(xué)公司生產(chǎn)的Mitsui Polypro無(wú)規(guī)PP用作高分子結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂。制得的熱控塊直徑Φ＝3.2mm，高度H＝3.0mm，另一個(gè)熱控塊直徑Φ＝3.2mm，高度H＝3.5mm，將彈簧件施加的力設(shè)定一標(biāo)準(zhǔn)值。表13所示為操作溫度與變差(R)的測(cè)試結(jié)果。從表13顯而易見(jiàn)，直徑不變，長(zhǎng)度改變0.5mm，操作溫度可以調(diào)節(jié)大約6℃。另外，操作溫度的變差(R)在±1℃范圍之內(nèi)，表明可以用作熱熔斷器。
表13 單位(℃)

類(lèi)似地，由Mitsui化學(xué)公司生產(chǎn)的Mitsui Polypro無(wú)規(guī)PP制成的熱控塊進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，采用調(diào)節(jié)彈簧件施加的力用以改變熱變形溫度進(jìn)行溫度設(shè)定的方法，以便證實(shí)實(shí)際的操作溫度可以調(diào)節(jié)。熱控塊直徑Φ＝3.2mm，高度H＝3.5mm，圓柱狀構(gòu)型的熱控塊所受的力為標(biāo)準(zhǔn)值以及標(biāo)準(zhǔn)值乘以1.3的值。對(duì)兩種不同力的值測(cè)定裝熱控塊的熱熔斷器，測(cè)定結(jié)果列于表14。弱壓縮彈簧8的力為標(biāo)準(zhǔn)值和該力乘以1.3的值，從而改變彈簧力的值。
表14 單位(℃)

可以發(fā)現(xiàn)，受標(biāo)準(zhǔn)力值的熱控塊的熔斷器在約151℃時(shí)操作，而受標(biāo)準(zhǔn)力值乘以1.3倍的熱控塊的熔斷器在148℃時(shí)操作。由此可以確認(rèn)，通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧的力，可以將操作溫度調(diào)節(jié)大約3℃。從這些結(jié)果顯而易見(jiàn)，結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂本身的熔點(diǎn)不必考慮，只是調(diào)節(jié)施加在熱控塊上的力可以設(shè)定熱熔斷器所要求的操作溫度，對(duì)調(diào)節(jié)的操作溫度，操作精確度可在±1℃范圍之內(nèi)。該熱控塊作為熱熔斷器具有足夠操作精確度。
實(shí)施例9裝有本發(fā)明熱控塊的一個(gè)熱熔斷器采用高分子結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂作熱敏材料，利用外推的初始熔化溫度Tim與峰值熔化溫度Tpm之溫差的方法設(shè)定溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。由Mitsui化學(xué)品公司生產(chǎn)的Homo PP與無(wú)規(guī)PP的共聚物制成的圖1的熱控塊與常規(guī)低分子量化學(xué)物質(zhì)制成的熱控塊(152℃與169℃產(chǎn)品)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較。設(shè)定彈簧件的弱壓縮彈簧8，使其施加的力為一標(biāo)準(zhǔn)值和該標(biāo)準(zhǔn)值乘以1.3倍，從而調(diào)節(jié)熱變形溫度。由島津公司產(chǎn)的差示掃描式量熱計(jì)(DSC)DCS-50用來(lái)測(cè)量熱控塊，掃描速率為10℃/分。圖5、6、11與12所示為測(cè)量結(jié)果。
圖5Homo PP(由Mitsui化學(xué)公司產(chǎn))圖6無(wú)規(guī)共聚PP(由Mitsui化學(xué)公司產(chǎn))圖11152℃產(chǎn)品(SEFUSE)
圖12169℃產(chǎn)品(SEFUSE)從獲得的溫度結(jié)果算出Tim與Tpm的溫差ΔT，列于表15。表16列出了測(cè)得的操作溫度結(jié)果。
表15 單位(℃)

表16單位(℃)

從這些結(jié)果顯而易見(jiàn)，盡管熱敏材料的Tim與Tpm的溫差ΔT較大，但這些材料的作為操作精確度衡量的R與常規(guī)產(chǎn)品相當(dāng)，溫差ΔT大的產(chǎn)品更適合采用設(shè)定操作溫度的方法。雖然上述中是利用Tim與Tpm的溫差，但如果熱塑性樹(shù)脂有足夠粘度或彈簧施力較小的時(shí)候，也可以通過(guò)設(shè)定峰值熔化溫度(Tpm)與外推的終止熔化溫度(Tem)之溫差的方法來(lái)設(shè)定操作溫度。因此本發(fā)明可以將操作溫度按需設(shè)定在Tim與Tem之間范圍內(nèi)。
實(shí)施例10采用結(jié)晶聚酯結(jié)合操作溫度的設(shè)定進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用的結(jié)晶聚酯為T(mén)oyobo公司生產(chǎn)的ByronGM470與GM990。這些是聚酯與添加的增塑劑形成的無(wú)規(guī)共聚物。DSC測(cè)量結(jié)果列于表17。然后，實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)操作溫度。SEFUSE被測(cè)試。通過(guò)設(shè)定弱彈簧8施加的力為一標(biāo)準(zhǔn)值和該標(biāo)準(zhǔn)值的1.3倍的方法來(lái)調(diào)節(jié)熱變形溫度。測(cè)量操作溫度，將結(jié)果列于表18。
表17單位(℃)

表18 單位(℃)

從測(cè)量結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，GM470的ΔT約為18℃，它的操作溫度的變差在±1℃范圍之內(nèi)，借助彈簧的作用力值可以有效地調(diào)節(jié)溫度，而GM990的ΔT約為35℃，它的操作溫度的變差較大，無(wú)法調(diào)節(jié)操作溫度。更具體地說(shuō)，如果ΔT太大，R增大，由實(shí)施例9的常規(guī)產(chǎn)品可以看出；如果ΔT太小，R很小，但是不能調(diào)節(jié)溫度。另外，如在Byron產(chǎn)品所見(jiàn)，材料中添加增塑劑進(jìn)行共聚反應(yīng)，作為熱敏材料，它的熱變形溫度變化了，這種材料仍可用作熱敏材料裝入熱熔斷器。也可以通過(guò)添加彈性體、共混聚合物與增塑劑、填料等設(shè)定溫度方法，來(lái)改變熱敏材料的熱變形溫度。
實(shí)施例11在本實(shí)施例中，根據(jù)結(jié)晶度選用不同結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。用結(jié)晶度表示結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂的結(jié)晶程度。將結(jié)晶度為10％-60％的熱敏材料作為熱控塊裝入熱熔斷器(商品名SEFUSE)，該產(chǎn)品由NEC SCHOTT元件公司生產(chǎn)，測(cè)量其操作溫度。對(duì)各結(jié)晶度測(cè)量5個(gè)樣品。最高操作溫度減去最低操作溫度作為操作溫度變差，結(jié)果列于表19與圖9。
表19

從這些結(jié)果可見(jiàn)，結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂選來(lái)用作熱敏材料，它的結(jié)晶度會(huì)影響操作溫度的變差。熱熔斷器的操作溫度通常允許有±2℃的變差，可以發(fā)現(xiàn)要滿足這個(gè)范圍，大于20％結(jié)晶度較佳，而要想獲得±1℃，即操作精確度須更高，則40％或更高的結(jié)晶度較佳。
結(jié)晶度可以通過(guò)退火或添加晶核進(jìn)行調(diào)節(jié)，這類(lèi)技術(shù)對(duì)于提高聚烯烴樹(shù)脂的結(jié)晶度特別有效。必須指出，本發(fā)明所述結(jié)晶度也包括當(dāng)該樹(shù)脂使用時(shí)的結(jié)晶度，包括退火作用的結(jié)果，不一定僅僅指產(chǎn)品運(yùn)輸時(shí)的結(jié)晶度。
實(shí)施例12本實(shí)施例通過(guò)壓板4的有/無(wú)而設(shè)定操作溫度的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中所用的熱敏材料由DAIKIN INDUSTRIES公司生產(chǎn)的含氟樹(shù)脂，NeoflonFEP。操作測(cè)試用SEFUSE進(jìn)行。必須指出如前面敘述的，依靠彈簧施加的力，熱敏材料的尺寸與體積來(lái)設(shè)定操作溫度，在同一條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。表20所列的是測(cè)得的操作溫度。
表20 單位(℃)

由此可見(jiàn)，采用單種熱敏材料，插入壓板4或抽去壓板4，使得熱控塊3受到調(diào)節(jié)的壓力，可以調(diào)節(jié)操作溫度大約5℃。上述說(shuō)明是就有無(wú)壓板而言的，還發(fā)現(xiàn)發(fā)壓板4的大小也可以進(jìn)一步改變施加在熱控塊上的力，結(jié)果可以調(diào)節(jié)操作溫度大約5℃。有各種調(diào)節(jié)方法，調(diào)節(jié)熱敏材料的尺寸、同時(shí)調(diào)節(jié)彈簧的作用力、就可以進(jìn)一步設(shè)定不同的操作溫度。
在本發(fā)明中，溫度設(shè)定方法可用于單種材料，在不同溫度下操作，從而制成各種熱控塊裝入到熱熔斷器中。另外，還可以發(fā)現(xiàn)，除了選擇熱敏材料本身外，通過(guò)物理與化學(xué)方法來(lái)調(diào)節(jié)熱變形溫度，可以使熱熔斷器在不同的溫度下操作。
雖然本文進(jìn)行了詳細(xì)敘述與說(shuō)明，但可以理解，這些說(shuō)明與實(shí)施方式僅是示例性的說(shuō)明，它們不應(yīng)該用來(lái)限制本發(fā)明，本發(fā)明的精神與范圍僅受所附的權(quán)利要求的限定。
權(quán)利要求
1.一種裝有熱控塊的熱熔斷器，它包括圓柱狀殼體(1)，其內(nèi)裝有熱控塊(3)，該熱控塊是由熱敏材料成形的，所述熱敏材料受熱時(shí)會(huì)變形；第一引線件(2)形成的第一電極，它連接在所述殼體(1)一個(gè)開(kāi)口上；第二引線件(10)形成的第二電極，它連接在所述殼體(1)另一開(kāi)口上；可移動(dòng)導(dǎo)電件(7)，位于所述殼體內(nèi)(1)，與所述熱控塊(3)御接；位于所述殼體(1)內(nèi)的彈簧(6，8)，施力于所述可移動(dòng)導(dǎo)電件(7)上，其中所述熱控塊(3)由受熱時(shí)呈塑性的高分子物質(zhì)制成；所述熱控塊(3)的熱變形程度由溫度設(shè)定法調(diào)節(jié)；在受到所述彈簧(6，8)所施加力的情況下，所述熱控塊(3)受熱至所需操作溫度時(shí)會(huì)熔化軟化或熔化而熱變形；并且所述熱控塊(3)加熱到所需的操作溫度時(shí)，對(duì)所述第一和第二電極之間的電路起開(kāi)關(guān)作用。
2.如權(quán)利要求1所述的裝有熱控塊的熱熔斷器，其特征在于所述高分子物質(zhì)為無(wú)定形熱塑性樹(shù)脂，所述溫度設(shè)定法包括將操作溫度調(diào)節(jié)到高于所述熱塑性樹(shù)脂的軟化點(diǎn)(Tg)溫度范圍內(nèi)的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的裝有熱控塊的熱熔斷器，其特征在于所述高分子物質(zhì)為結(jié)晶熱塑性樹(shù)脂，所述溫度設(shè)定法包括利用所述熱塑性樹(shù)脂的外推初始熔化溫度(Tim)和峰值熔化溫度(Tpm)的溫差來(lái)調(diào)節(jié)熱變形溫度。
4.如權(quán)利要求3所述的裝有熱控塊的熱熔斷器，其特征在于所述溫度設(shè)定方法包括利用所述溫差來(lái)調(diào)節(jié)操作溫度的變差，使其具有正確值。
5.如權(quán)利要求3所述的裝有熱控塊的熱熔斷器，其特征在于所述溫度設(shè)定方法包括通過(guò)結(jié)晶度選擇熱塑性樹(shù)脂，來(lái)提高操作的精確度。
6.如權(quán)利要求3所述的裝有熱控塊的熱熔斷器，其特征在于所述溫度設(shè)定方法包括退火和/或添加晶核。
7.如權(quán)利要求1所述的裝有熱控塊的熱熔斷器，其特征在于所述高分子物質(zhì)包括至少一種選自苯乙烯彈性體、烯烴彈性體、聚酰胺彈性體、氨基甲酸酯彈性體和聚酯彈性體。
8.如權(quán)利要求7所述的裝有熱控塊的熱熔斷器，其特征在于所述烯烴基高分子物質(zhì)為聚烯烴樹(shù)脂。
9.如權(quán)利要求1所述的裝有熱控塊的熱熔斷器，其特征在于所述高分子物質(zhì)為熱塑性樹(shù)脂，所述溫度設(shè)定法包括利用聚合反應(yīng)和共聚反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)熱變形溫度。
10.如權(quán)利要求1所述的裝有熱控塊的熱熔斷器，其特征在于所述高分子物質(zhì)為熱塑性樹(shù)脂。所述溫度設(shè)定法包括將所述熱塑性樹(shù)脂彈性體或聚合物進(jìn)行混合來(lái)調(diào)節(jié)熱變形溫度。
11.如權(quán)利要求1所述的裝有熱控塊的熱熔斷器，其特征在于所述高分子物質(zhì)為熱塑性樹(shù)脂，所述溫度設(shè)定法包括在所述熱塑性樹(shù)脂中添加增塑劑或填料來(lái)調(diào)節(jié)熱變形溫度。
12.如權(quán)利要求1所述的裝有熱控塊的熱熔斷器，其特征在于所述高分子物質(zhì)為熱塑性樹(shù)脂，所述溫度設(shè)定法包括修改所述熱控塊的尺寸來(lái)調(diào)節(jié)熱變形溫度。
13.一種裝有熱控塊的熱熔斷器，它包括熱控塊(3)，由在一預(yù)定溫度下熔化或軟化的結(jié)晶高分子物質(zhì)制成；內(nèi)裝所述熱控塊(3)的圓柱狀殼體(1)；連接在所述殼體(1)一個(gè)開(kāi)口的第一引線件(2)，形成第一電極；連接在所述殼體(1)另一個(gè)開(kāi)口的第二引線件(10)，形成第二電極；置于所述殼體內(nèi)的可移動(dòng)的導(dǎo)電部件(7)，并與熱控塊(3)御接；置于所述殼體(1)內(nèi)的彈簧(6，8)，它施力于所述可移動(dòng)導(dǎo)電部件(7)上，所述熱控塊(3)在一指定溫度下發(fā)生熱變形，對(duì)所述第一電極與第二電極之間的電路起開(kāi)關(guān)作用，其中所述熱控塊(3)根據(jù)質(zhì)量減損率進(jìn)行選擇，減損率取決于所述熱控塊本身的潮解或升華。
14.如權(quán)利要求13所述的裝有熱控塊的熱熔斷器，其特征在于將所述熱控塊單獨(dú)浸沒(méi)在預(yù)定溫度的水，經(jīng)過(guò)預(yù)定的浸泡時(shí)間，如果其質(zhì)量減損率至多為5質(zhì)量％，則所述熱控塊被選來(lái)防止與潮解有關(guān)的缺陷。
15.如權(quán)利要求13所述的裝有熱控塊的熱熔斷器，其特征在于將所述熱控塊單獨(dú)在預(yù)定升溫速率下加熱到預(yù)定溫度進(jìn)行熱重分析(TG)，由此測(cè)得質(zhì)量減損率，并以此選擇熱控塊，用來(lái)防止與升華有關(guān)的缺陷。
16.如權(quán)利要求15所述的裝有熱控塊的熱熔斷器，其特征在于所述的預(yù)定溫度是指操作溫度，且選用的所述熱控塊的減損率至多為5質(zhì)量％
17.如權(quán)利要求15所述的裝有熱控塊的熱熔斷器，其特征在于所述的預(yù)定溫度是指操作溫度再加上至少50℃，選用的所述熱控塊的減損率至多為1質(zhì)量％
18.如權(quán)利要求13所述的裝有熱控塊的熱熔斷器，其特征在于所述熱控塊提供的絕緣電阻在高于操作溫度下經(jīng)過(guò)至少一分鐘時(shí)間后至少為0.2MΩ。
19.如權(quán)利要求13所述的裝有熱控塊的熱熔斷器，其特征在于所述熱控塊的選擇按其潮解性能的質(zhì)量減損率至多為5質(zhì)量％，并且按其升華性能，在操作溫度的質(zhì)量減損率至多為5質(zhì)量％，并且所述熱控塊提供的絕緣電阻在高于所述操作溫度至少50℃經(jīng)過(guò)至少一分鐘后至少為0.2MΩ。
20.一種制造裝熱控塊的熱熔斷器的方法，所述熱熔斷器包括熱控塊(3)它由在一預(yù)定溫度下會(huì)發(fā)生熱變形的高分子物質(zhì)制成；內(nèi)裝所述熱控塊(3)的圓柱狀殼體(1)；連接在所述殼體(1)一個(gè)開(kāi)口而形成第一電極的第一引線件(2)；連接在所述殼體(1)另一個(gè)開(kāi)口而形成第二電極的第二引線件(10)；置于所述殼體內(nèi)的可移動(dòng)的導(dǎo)電部件(7)，它與熱控塊(3)御接；置于所述殼體(1)內(nèi)的彈簧(6，8)，它施力于所述可移動(dòng)導(dǎo)電部件(7)上，所述熱控塊在一指定溫度下發(fā)生熱變形，斷開(kāi)所述第一電極與第二電極之間的電路，其中所述熱控塊是(3)由注射成形、擠壓成形、薄板沖壓等法成形的，或者用重熔成形。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于所述熱控塊(3)成形為基本圓柱狀，內(nèi)部具有空腔的基本管狀，或平面部分有凹陷的圓柱狀。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于所述熱控塊(3)由至少兩種不同類(lèi)型的熱塑性樹(shù)脂部分制成，其中一種熱塑性樹(shù)脂部分調(diào)節(jié)其操作溫度，而另一種所述熱塑性樹(shù)脂部分覆蓋著調(diào)節(jié)所述操作溫度的熱塑性樹(shù)脂的至少一部分。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于所述成形的熱控塊(3)再經(jīng)退火處理。
全文摘要
提供一種熱敏材料，可對(duì)裝有熱控塊的熱熔斷器的操作溫度、或熱變形溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)能防止暴露在惡劣外部環(huán)境發(fā)生變形、變化或出現(xiàn)類(lèi)似缺陷，提供一種價(jià)廉、操作溫度選擇范圍寬、操作后絕緣電阻高、操作響應(yīng)速度快、熱控塊(3)的機(jī)械強(qiáng)度提高的熱熔斷器。為此，熱敏材料由相應(yīng)高分子物質(zhì)的熱塑性樹(shù)脂制成，熱控塊(3)的熱變形溫度用溫度設(shè)定法調(diào)節(jié)，殼體(1)為內(nèi)裝彈簧件的強(qiáng)壓縮彈簧和弱壓縮彈簧(6)和(8)且加以密封的金屬殼。
文檔編號(hào)H01H69/02GK1612277SQ20041008988
公開(kāi)日2005年5月4日 申請(qǐng)日期2004年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月28日
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