用于電阻性和導(dǎo)熱的斷路器和負(fù)載中心的散熱器合成物及其制備方法
【專利說明】用于電阻性和導(dǎo)熱的斷路器和負(fù)載中心的散熱器合成物及 其制備方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2013年8月28日提交的美國專利申請序列號(hào)No. 14/012,398的優(yōu) 先權(quán)和權(quán)益，其通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開概念一般涉及電開關(guān)設(shè)備，并且更特別地涉及諸如斷路器和負(fù)載面板或中 心的電路中斷器。本公開概念進(jìn)一步涉及用于制造電開關(guān)設(shè)備和相關(guān)外殼的合成物，以及 用于制備合成物的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 電開關(guān)設(shè)備包括例如電路開關(guān)裝置和電路中斷器，諸如斷路器、接觸器、電機(jī)啟動(dòng) 器、電機(jī)控制器和其它負(fù)載中心。這些設(shè)備一般為本領(lǐng)域公知的。例如，斷路器已知包括至 少一對(duì)可分離觸點(diǎn)，操作該可分離觸點(diǎn)從而保護(hù)電路免受過流條件（諸如過載條件或相對(duì) 高級(jí)別的短路或故障條件）的危害。電開關(guān)設(shè)備一般包括用于提供包括電開關(guān)設(shè)備中所包 含的電子器件（諸如可分離觸點(diǎn)、操作機(jī)構(gòu)和跳閘機(jī)構(gòu)）的外殼，以及用于提供強(qiáng)度和溫度 絕緣的殼體。構(gòu)成殼體的材料可能從可被塑模成各種幾何形狀的各種已知材料中選擇，諸 如但不限于液晶聚合物熱塑性塑料。在一些實(shí)例中，殼體可通過被稱為注射塑模的過程而 形成，該過程是注射塑模過程，其中導(dǎo)入樹脂（例如被注射）到腔或模具中并且然后允許其 定型或固化。結(jié)果得到例如殼體的單個(gè)模制塑料件。
[0005] 通常，在電開關(guān)設(shè)備（例如斷路器或負(fù)載中心）中使用的模制塑料是電阻性的，即 電流不能從其通過，諸如以提供屏蔽并防止位于設(shè)備外部的人員與導(dǎo)電部件接觸以及觸電 可能的屏障。
[0006] 本領(lǐng)域中同樣已知用于制造納米級(jí)尺寸的合成纖維的各種技術(shù)，例如電紡絲和 ForceSpinning?技術(shù)。圖1中示出了典型的電紡絲工藝。如圖1所示，電紡絲設(shè)備包括含聚 合物恪體（polymer molten mass)2或溶液的注射器1。紡絲毛細(xì)管（spinning capillary)3 位于注射器1的尖端，該紡絲毛細(xì)管與電壓生成布置6(電流源）的一極耦接。通過注射栗 9,將聚合物熔體2從注射器1向紡絲毛細(xì)管3傳送出去，其中在尖端處形成液滴。通過紡 絲毛細(xì)管3與反向電極5之間的電場，克服從紡絲毛細(xì)管3出來的聚合物熔體2或溶液的 液滴的表面張力。然后，從紡絲毛細(xì)管3出來的液滴變形，并且當(dāng)該液滴達(dá)到臨界電勢時(shí)被 吸出從而形成稱為射流的細(xì)絲。持續(xù)從紡絲毛細(xì)管3提取新的聚合物熔體2或溶液的這種 帶電的射流，然后在電場中向反向電極5加速。射流在其向反向電極5傳送期間通過溶劑 蒸發(fā)或通過冷卻而固化，由此在短時(shí)間期間生成彼此連接的連續(xù)的納米纖維7,具有幾納米 到幾微米的典型直徑。將這些納米纖維7以網(wǎng)或非紡織墊的形式放置在與反向電極5相關(guān) 聯(lián)的模板4上。導(dǎo)電模板4用作收集器，并與反向電極5 -起接地。聚合物納米纖維7在 導(dǎo)電模板4上直接紡成。
[0007] 圖2中示出了典型的ForceSpinning?設(shè)備（其在商業(yè)上可從FibeRio? Technology Corporation獲得）。如圖2所示，F(xiàn)orceSpinning?設(shè)備包括噴絲頭20,該噴 絲頭20具有包含液態(tài)材料24的容器22。在操作期間，噴絲頭20以高的每分鐘轉(zhuǎn)速在軸 25上離心轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生流體靜力和離心力。隨著噴絲頭20轉(zhuǎn)動(dòng)，流體靜力和離心力將液態(tài)材 料24推送到具有位于其中的孔口 27的外壁26。圖2示出了一個(gè)孔口 27,然而可以預(yù)想在 外壁26中可以形成多個(gè)孔口。液態(tài)材料24進(jìn)入到一個(gè)或多個(gè)孔口 27,并從空口釋放。離 心力和流體靜力組合以啟動(dòng)液態(tài)材料24的噴射，其撞擊纖維收集器28以產(chǎn)生納米纖維29。 在圖2中，將纖維收集器28設(shè)置為圍繞噴絲頭20的僅一部分，然而可以預(yù)想纖維收集器28 可以被設(shè)置為圍繞直至噴絲頭20的整個(gè)周圍。
[0008] 在ForceSpinning?設(shè)備中，由離心力代替用于在電紡絲設(shè)備中產(chǎn)生納米纖維的 靜電力。液態(tài)材料可包括溶液或熔融材料，諸如聚合物熔體?？蛇m用材料的示例包括熱塑 性塑料、熱固性樹脂和撞擊擠壓聚合物，諸如聚四氟乙烯（PTFE)。除了納米纖維之外，設(shè) 備還可產(chǎn)生微米或亞微米范圍的纖維。在ForceSpinning?技術(shù)中，電導(dǎo)性和/或靜電電 荷不是針對(duì)用以產(chǎn)生纖維的材料選擇的相關(guān)參數(shù)，并且因此與靜電紡絲相比將紡成的材料 的范圍可以更寬，例如可將具有低電解常數(shù)的材料紡成納米纖維而無需額外的鹽或溶劑。 ForceSpinning?設(shè)備的受控變量為噴絲頭的轉(zhuǎn)速、收集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及孔口的形狀和尺 寸。
[0009] 在本領(lǐng)域中同樣已知通過將聚合物材料注射成模型來產(chǎn)生注射塑模部件。在典 型的注射塑模制造過程中，加熱的熔融塑料在壓力下被推入到塑模腔中。注射塑模包括含 模具腔的模具，該模具腔形成期望的完成組件的形狀并且與熔融材料（例如典型地為樹脂 但還可包括金屬）的源進(jìn)行直接流體導(dǎo)通。熔融材料被推入到模具腔中并且允許其冷卻成 形。因此，熔融材料符合腔的形狀。然后從模具腔移出冷卻的組件。然后可重復(fù)該過程從 而制造額外的組件。
[0010] 一般而言，模具腔是要被制造的負(fù)部件。也就是說，當(dāng)采用塑料填充腔時(shí)，模具腔 被冷卻并且塑料成為產(chǎn)生完成的正組件的固體材料。
[0011] 注射壓力可改變并且可以在從5000到20, OOOpsi的范圍內(nèi)。由于所涉及的高壓， 模具在注射和冷卻期間可能需要使用以噸測量的鎖模力而夾緊封閉。
[0012] 常規(guī)的注射塑模技術(shù)能夠制造大量的具有高級(jí)別精度和一致性的組件。例如，采 用材料、組件設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的適當(dāng)組合，可相對(duì)容易地實(shí)現(xiàn)小于0. 001英寸（0. 0025mm) 的保持公差。已證明采用額外的努力可獲得甚至更窄（即更緊）的公差。
[0013] 用于制造諸如斷路器和外殼的電開關(guān)設(shè)備的常規(guī)過程，通常使用作為熱絕緣體的 塑模材料。一般而言，熱絕緣體提供低的或最小的熱傳導(dǎo)和熱耗散。因此，由熱絕緣體制造 的斷路器和外殼在電和熱上使包含在其中的電子器件與載流操作機(jī)構(gòu)絕緣。因此，斷路器 和外殼的端子或其它關(guān)鍵位置可具有提高的溫度。本領(lǐng)域中已知測量并記錄這些溫度（在 端子或其它關(guān)鍵位置中），以保證安全操作以及受限的退化或故障。
[0014] 相應(yīng)地，存在識(shí)別用于構(gòu)造模制電開關(guān)設(shè)備的材料的改進(jìn)空間。期望提供用于制 造電開關(guān)設(shè)備和外殼的電阻性且更導(dǎo)熱的模制合成物，以及最終允許這些設(shè)備散熱，由此 減小熱傳輸量并降低端子或其它關(guān)鍵位置的溫度。
[0015] 進(jìn)一步，存在制造注射模制部件并且特別是使模制部件功能化從而給予其所選擇 的性能的改進(jìn)空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本公開概念的實(shí)施例滿足這些和其它需求。
[0017] 根據(jù)本公開概念的一方面，提出用于制造電阻性和導(dǎo)熱電開關(guān)設(shè)備的合成物。合 成物包括含聚合物的第一組分和含納米纖維的第二組分。第二組分的導(dǎo)熱性高于第一組分 的導(dǎo)熱性，由此包括合成物的電開關(guān)設(shè)備與由第一組分構(gòu)成而缺少第二組分的電開關(guān)設(shè)備 相比改進(jìn)了熱耗散。
[0018] 第二組分包括從聚合物、含聚合物的材料、金屬、含金屬的材料、無機(jī)材料和這些 的混合中所選擇的纖維材料以及填充物。填充物可具有比纖維材料和第一組分中的每一者 的導(dǎo)熱性更高的導(dǎo)熱性。
[0019] 在某些實(shí)施例中，可將第一和第二組分組合以形成混合物?；旌衔锝?jīng)受注射塑模 過程以形成模制物體，該模制物體形成電開關(guān)設(shè)備的至少一部分。
[0020] 在某些其它實(shí)施例中，第一組分可經(jīng)受注射塑模過程以形成模制物體，該模制物 體形成電開關(guān)設(shè)備的至少一部分，并且第二組分可沉積在模制物體的外表面的至少一部分 上。第二組分可能是墊的形式。墊可能是多孔的，并且此外具有沉積在外表面上的第二組 分的模制物體可