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CN106816345A - 塑壳断路器底座 - Google Patents

塑壳断路器底座 Download PDF

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CN106816345A
CN106816345A CN201510848304.8A CN201510848304A CN106816345A CN 106816345 A CN106816345 A CN 106816345A CN 201510848304 A CN201510848304 A CN 201510848304A CN 106816345 A CN106816345 A CN 106816345A
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Abstract

本发明涉及塑壳断路器底座，其包含接线端区、灭弧室区、触头区、操作机构区和脱扣单元区，其特征在于所述塑壳断路器底座是由热塑性组合物制成的，所述热塑性组合物具有根据ASTM E1461测定的1.0-5.0W/(m*K)的层内热导率和0.5-2W/(m*K)的层间热导率；其中所述塑壳断路器底座被分为多个相位腔；其中所述塑壳断路器底座具有一个相位腔、两个相位腔、三个相位腔或四个相位腔。

Description

塑壳断路器底座
技术领域
本发明涉及一种塑壳断路器底座，特别是，其涉及由热塑性组合物制成的塑壳断路器底座。
背景技术
断路器是一种可自动运行的电气开关，其被设计用来保护电路以防受到由过载或短路引起的损害。其基本功能是检测故障状态，并通过中断连接性来立即停止电流。与运行一次然后必须更换的保险丝不同，断路器可以重置(手动或自动重置)来恢复正常运行。断路器可以以各种尺寸来制备，从保护单个家用电器的小装置到被设计用来保护为整个城市供电的高压电路的大型开关。
尽管所有断路器在其运行中具有共同的特征，但是根据电压类型、电流等级和断路器类型，断路器在细节上变化相当大。低压(小于1000VAC)型断路器在家用、商用和工业应用中很普遍，并且包括微型和小型断路器(MCBs)、模壳断路器(MCCBs)、剩余电流装置(RCDs)和组合了RCD与过电流保护的断路器(RCBOs)。断路器通常包含由热塑性或热固性塑料模塑的外壳或壳体。
在使塑壳断路器小型化的过程中，温度上升是一个需要解决的大问题。MCCB的温度上升是由从导电电路所发散的热量引起的。当连接电源时，从导电电路产生热。由于空间有限，导电电路的温度快速上升。
一般来说，有两种方式来控制温度上升在MCCB的安全线以内，一种选项是降低特定尺寸(special dimension)的额定功率。另一种选项是提高额定功率MCCB的散热面积。这意味着，提高额定功率MCCB的尺寸。前述这两种选项都是不期望的，因为额定功率MCCB的小型化是一个趋势。
在现有技术中，使用热固性或热塑性组合物来生产断路器底座。由于其导热性能差，塑壳断路器的容量受到限制。因而，需要外部的散热片。
发明内容
本发明提供一种塑壳断路器底座，其包含接线端区、灭弧室区、触头区、操作机构区和脱扣单元区，其特征在于所述塑壳断路器底座是由热塑性组合物制成的，所述热塑性组合物具有根据ASTM E1461测定的1.0-5.0W/(m*K)的层内热导率(thermal conductivity in plane)和0.5-2W/(m*K)的层间热导率(thermal conductivity through plane)；其中塑壳断路器底座被分为多个相位腔；其中塑壳断路器底座具有一个相位腔、两个相位腔、三个相位腔或四个相位腔。
优选地，热塑性组合物的热导率在1.5至5W/(m*K)范围内；更优选地在1.6至3W/(m*K)范围内；最优选地在1.8至2.3W/(m*K)范围内。
优选地，相对于组合物的总重量，热塑性组合物包含如下或由如下组成：
20-70重量％的基础聚合物；
10-30重量％的导热且电绝缘填料；
10-30重量％的玻璃纤维；
10-25重量％的阻燃剂；和
0-20重量％的一些附加添加剂。
优选地，热塑性组合物的阻燃等级为根据IEC 60695-11-10测量的V-2、V-1或V-0，更优选地V-2或V-1。
优选地，热塑性组合物的拉伸模量在根据ISO 527-1/-2测量的7000至17000MPa范围内，更优选10000至14000MPa范围内。
优选地，热塑性组合物的断裂伸长率在根据ISO 527-1/-2测量的1.0至3.0％范围内，更优选地1.5至2.2％范围内。
可以使用能够承受高温的热塑性组合物，例如聚酰胺、聚酯、PPS和/或聚醚。
可以用在根据本发明的塑壳断路器底座的材料中的聚酰胺可以是熔点Tm为至少200℃的任意半结晶聚酰胺或者玻璃化转变点Tg为至少200℃的任意无定形聚酰胺，上述各温度是通过DSC以10℃/min的加热速率根据标准ISO 11357-3(2009)测定的。有利的是，聚酰胺具有至少220℃的通过DSC以10℃/min的加热速率根据标准ISO 11357-3(2009)测定的Tm或Tg。适宜的聚酰胺包括脂族聚酰胺，如PA6、PA4，6和PA6，6，以及半芳族聚酰胺，及其混合物。
适宜的半芳族聚酰胺还包括由对苯二甲酸、2，2，4-和2，4，4-三甲基六亚甲基二胺得到的共聚酰胺，由间苯二甲酸、月桂精内酰胺和3，5-二甲基-4，4-二胺基-二环己基甲烷得到的共聚酰胺，由间苯二甲酸、壬二酸和/或癸二酸和4，4-二胺基二环己基甲烷得到的共聚酰胺，由己内酰胺、间苯二甲酸和/或对苯二甲酸和4，4-二胺基二环己基甲烷得到的共聚酰胺，由己内酰胺、间苯二甲酸和/或对苯二甲酸和异氟尔酮二胺得到的共聚酰胺，由间苯二甲酸和/或对苯二甲酸和/或其他芳族或脂族二羧酸、可选的烷基取代的六亚甲基二胺和烷基取代的4，4-二胺基二环己基胺得到的共聚酰胺，以及上述聚酰胺的共聚酰胺，前提条件是它们具有至少200℃的Tm(或Tg)。
在本发明的上下文中，术语“熔融温度”为理解为通过DSC以10℃/min的加热速率根据标准ISO 11357-3(2009)测定的熔融温度，其被确定为具有最高熔融焓的温度。术语“玻璃化转变温度”在本文中被理解为通过DSC以10℃/min的加热速率根据标准ISO 11357-3(2009)测定的熔融温度，其被确定为母加热曲线的一阶导数(相对于时间)峰(相应于母加热曲线的拐点)处的温度。
本发明中使用的聚酰胺是选自由如下组成的组中的一种或多种：聚酰胺6、聚酰胺46、聚酰胺56、聚酰胺66、聚酰胺410、聚酰胺510、聚酰胺610、聚酰胺6T、聚酰胺8T、聚酰胺9T、聚酰胺10T以及它们的共聚酰胺；聚酰胺6T、聚酰胺8T、聚酰胺9T和聚酰胺10T与其他聚酰胺的共聚酰胺，所述其他聚酰胺例如聚酰胺4T、聚酰胺5T、聚酰胺7T、聚酰胺12T；聚酰胺6T、聚酰胺4T和聚酰胺46的共聚酰胺(聚酰胺6T/4T/46)，聚酰胺6T、聚酰胺66和聚酰胺46的共聚酰胺(聚酰胺6T/66/46)，聚酰胺6T、聚酰胺5T和聚酰胺56的共聚酰胺(聚酰胺6T/5T/56)，以及聚酰胺6T、聚酰胺66和聚酰胺56的共聚酰胺(聚酰胺6T/66/56)；更优选地，聚酰胺是聚酰胺6、聚酰胺46，最优选地所述聚酰胺是聚酰胺46。
优选地，热塑性组合物是导热的且电绝缘的。
热塑性组合物通常包含有机聚合物和分散于其中的导热性填料。然而，具有高热导率的导热性填料也具有高的电导率。因此，由于导热性聚合物组合物必须是电绝缘的，因而不得不限制或排除导电性填料的使用，并需要用电绝缘填料代替。
合适的导热且电绝缘填料包括氮化硼，因为其具有相对高的固有热导率并且其是电绝缘的。氮化硼可以是立方氮化硼、六方氮化硼、无定形氮化硼、斜方氮化硼或另外的同素异形体。其可以被作为粉末、团块或纤维使用。示例性氮化硼为PT350、PT360和PT370(可从General ElectricsAdvanced compositions购得)。
另一种合适的导热且电绝缘的填料包括碳黑和石墨。碳黑是一种无定形颗粒状碳材料，其可以通过例如油的氧化来生产。这种填料本身不是电绝缘的，并且当大量使用时，可导致电绝缘性不足的导热性组合物。然而，当以较低的量与其他导热且电绝缘的填料组合使用时，其显著地增强组合物的导热性，同时仍然保持电绝缘性质。
导热且电绝缘的填料的其他合适的例子包括经涂覆的金属球、氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)和金刚石。
优选地，相对于组合物的总重量，热塑性组合物包含10至30重量％的导热且电绝缘的填料。更优选地，相对于组合物的总重量，其包含15至25重量％的氮化硼和碳黑。
除了氮化硼和碳黑外，还可以使用能够分散于热塑性组合物中并提高聚合物组合物热导率的任意材料。
除了上文提到的填料外，热塑性组合物还可以包含导热性导电填料，前提是其用量足够小以致保留所要求的组合物的电绝缘性质。
本文中“热塑性组合物”被理解为根据IEC 60093的方法测量的绝缘体积电阻率(volume rate of insulation resistance)在1×1010至1×1016Ωm范围内的组合物。使用80x 80x 2mm的测试试样来进行体积电阻率测试。在测试前，在23℃和50％相对湿度下调节试样40个小时。优选地，本发明中使用的导热性电绝缘塑料组合物具有1×1012Ωm的体积电阻率。
塑壳断路器底座是通过例如注射模塑的方式制得的。
热塑性组合物可以包含制备这种模塑组合物的本领域技术人员所知晓的添加剂。合适的添加剂为例如稳定剂诸如UV稳定剂、热稳定剂和抗氧化剂，着色剂，加工助剂诸如脱模剂和润滑剂，流动改善添加剂诸如聚酰胺低聚物，提高耐冲击性的试剂，填料，增强剂诸如碳纤维和玻璃纤维，和阻燃剂诸如含卤阻燃剂、无卤素阻燃剂和阻燃增效剂。组合物还可以任选地包含除聚酰胺外的聚合物。
更优选地，热塑性组合物包含StanylTM(可从DSM购得)，具体的等级包括TC153、TC155、TC154和TC168；ArniteTMXLT，AkulonTMTC185，TC186。耐高温塑料的其他例子包括但不限于PA6(可从BASF，EMS，Lanxess，Solvay，KingFa购得)、PA66(可从BASF，Dupont，Lanxess，Solvay，SABIC，Asahi，KingFa购得)、PA 9T(可从Kururay购得)、Zytel HTN(PA6T/66 HTN，可从DuPont购得)、PA6T(可从Solvay购得)、PA6T/10T和PA10T/6T(可从EMS和KingFa购得)。
本发明还提供一种塑壳断路器，其包含本文前述的塑壳断路器底座、触头、接线端、灭弧室、操作机构和脱扣单元，其中触头与底座直接连接或者经由介质与底座连接，其中所述介质为金属、导热胶或其他可导热组合物，其中导热介质的热导率大于1W/(m*K)。
技术效果
本发明中记载的塑壳断路器底座具有良好的导热性质，因而实现了具有额定功率的断路器的尺寸减少或者在不改变尺寸的情况下提高断路器的容量。
附图说明
图1是模塑的断路器底座的一个示意图，其中1代表接线端区；2代表灭弧室区；3代表触头区；4代表操作机构区；5代表脱扣单元区。
图2是模塑的断路器底座的一个示意图。
图3是由实施例获得的两个MCCB的A、B、C相的平均温度升高曲线。
图4是由实施例获得的两个MCCB的B相上接线端的平均温度升高曲线。
具体实施方式
实施例1
通过使用DSMTC168(层内热导率为2.1W/(m*K)并且层间热导率为0.9W/(m*K))来模塑三相(A相、B相、C相)MCCB底座。所得到的MCCB底座包含接线端区、灭弧室区、触头区、操作机构区和脱扣单元区。
使用所得到的底座来装配MCCB-1，静态触头经由导热胶(SialnexST0903，热导率为30W/(m*K))与该底座相连。
实施例2
以与实施例1中所使用的相同模具，通过使用DSMTE250F6(层内热导率为0.4W/(m*K)并且层间热导率为0.35W/(m*K))来模塑三相(A相、B相、C相)MCCB底座。
通过使用由实施例2得到的底座来装配额定电流与MCCB-1相同的MCCB-2。
根据IEC60947-2 7.2.2测量在不同的发热功率下MCCB-1和MCCB-2的接线端的温升，结果示于图3和图4中。
结论
与MCCB-2相比，在相同的发热功率下，MCCB-1的接线端的温升降低约5K。该结果表明，MCCB-1底座的散热性比MCCB-2底座的散热性好。

Claims (9)

1.塑壳断路器底座，其包含接线端区、灭弧室区、触头区、操作机构区和脱扣单元区，其特征在于所述塑壳断路器底座是由热塑性组合物制成的，所述热塑性组合物具有根据ASTM E1461测定的1.0-5.0W/(m*K)的层内热导率和0.5-2W/(m*K)的层间热导率；其中所述塑壳断路器底座被分为多个相位腔；其中所述塑壳断路器底座具有一个相位腔、两个相位腔、三个相位腔或四个相位腔。
2.根据权利要求1所述的塑壳断路器底座，其中所述热塑性组合物包含：
20-70重量％的基础聚合物；
10-30重量％的导热且电绝缘填料；
10-30重量％的玻璃纤维；
10-25重量％的阻燃剂；
0-20重量％的一些附加添加剂；
以上用量均相对于所述组合物的总重量。
3.根据权利要求2所述的塑壳断路器底座，其中所述基础聚合物是选自由聚酰胺、聚酯、PPS和/或聚醚组成的组的一种或多种聚合物。
4.根据权利要求3所述的塑壳断路器底座，其中所述聚酰胺是选自由如下组成的组中的一种或多种：聚酰胺6、聚酰胺46、聚酰胺56、聚酰胺66、聚酰胺410、聚酰胺510、聚酰胺610、聚酰胺6T、聚酰胺8T、聚酰胺9T、聚酰胺10T以及它们的共聚酰胺；聚酰胺6T、聚酰胺8T、聚酰胺9T和聚酰胺10T与其他聚酰胺的共聚酰胺，所述其他聚酰胺例如聚酰胺4T、聚酰胺5T、聚酰胺7T、聚酰胺12T；聚酰胺6T、聚酰胺4T和聚酰胺46的共聚酰胺(聚酰胺6T/4T/46)，聚酰胺6T、聚酰胺66和聚酰胺46的共聚酰胺(聚酰胺6T/66/46)，聚酰胺6T、聚酰胺5T和聚酰胺56的共聚酰胺(聚酰胺6T/5T/56)，以及聚酰胺6T、聚酰胺66和聚酰胺56的共聚酰胺(聚酰胺6T/66/56)；更优选地，所述聚酰胺是聚酰胺6、聚酰胺46，最优选地所述聚酰胺是聚酰胺46。
5.根据权利要求1所述的塑壳断路器底座，其中所述热塑性组合物的绝缘体积电阻率在根据IEC 60093测量的1×1010至1×1016Ωm范围内。
6.根据权利要求1所述的塑壳断路器底座，其中所述热塑性组合物的阻燃等级为根据IEC 60695-11-10测量的V-2、V-1或V-0。
7.根据权利要求1所述的塑壳断路器底座，其中所述热塑性组合物的拉伸模量在根据ISO 527-1/-2测量的7000至17000MPa范围内。
8.根据权利要求1所述的塑壳断路器底座，其中所述热塑性组合物的断裂伸长率在根据ISO 527-1/-2测量的1.0至3.0％范围内。
9.塑壳断路器，其包含根据权利要求1所述的塑壳断路器底座、触头、接线端、灭弧室、操作机构和脱扣单元，其中所述接线端与所述底座直接连接或者经由介质与底座连接，其中所述介质为金属、导热胶或其他可导热组合物，其中导热介质的热导率大于1W/(m*K)。
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