CN102108204B - 一种断路器用塑式外壳材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种断路器用塑式外壳材料及其制备方法，该材料包括以下组分及重量份含量：尼龙22-80、玻璃纤维5-25、针状填料5-25、阻燃剂8-20、辅助阻燃剂2-6、其它助剂0.1-2，将上述原料经高混机高速混匀，再控制温度为220-290℃，将混合物料经螺杆挤出机拉条切粒即可得产品。与现有技术相比，本发明具有较高的断裂强度和弹性模量，适量的添加对复合材料强度几乎没有影响，得到的产品表面无玻纤外露，无翘曲变形，强度高，耐热性好。

Description

一种断路器用塑式外壳材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种塑式外壳材料及其制备方法，尤其是涉及一种断路器用塑式外壳材料及其制备方法。

背景技术

断路器是建筑电气终端配电装置中使用最广泛的一种终端保护电器。它虽然是一种终端电器，但其应用量大而且面广，小型断路器以其性能优越、使用方便、价格合理，被广泛地应用在建筑工程、民用照明等多种场合。

断路器从结构和功能上可以分为万能式和塑料外壳式两大类。万能式断路器的外壳一般采用热固性材料，这种材料制成的断路器外壳韧性好，不怕摔，但是耐热性不够，不能回收再利用。塑料外壳式一般采用热塑性材料，可以回收，耐热性也较好，但是比较脆，掉地上就碎。目前断路器外壳的发展趋势是外壳材料大部分采用可回收的热塑性材料，为低压电器向绿色产品发展创造条件。

作为断路器外壳材料的热塑性材料主要是尼龙和聚酯，尤其以尼龙最常见。目前尼龙类断路器外壳材料主要是阻燃增强或者阻燃填充的材料，使用中遇到的问题有以下几点：第一，玻纤外露和翘曲。由于强度要求较高，这类材料最初一般都是用玻纤含量在20～30％的阻燃尼龙，注塑时温度太低会出现玻纤外露的问题，温度太高又会由于玻纤的各向异性而会出现翘曲。为了解决这类问题，很多公司采用了用各向同性的填料替代玻纤填充阻燃尼龙。但这样就引起了第二个问题，填充阻燃尼龙体系韧性较差，耐热不够，且不易加工。很多公司用滑石粉、云母或者玻璃微珠等各向同性填料填充尼龙，这样虽然可以解决玻纤外露和翘曲的问题，但是与玻纤增强体系相比，该体系的强度和韧性会降低一半甚至更多，耐热温度也会降低几十度，且由于该体系的阻燃剂和填料都是粉料，挤出加工过程中下料较困难，且粉体污染严重。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种表面无玻纤外露、无翘曲变形、强度高、韧性好、耐热性好的断路器用塑式外壳材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种断路器用塑式外壳材料，其特征在于，该材料包括以下组分及重量份含量：

尼龙        22-80；

玻璃纤维    5-25；

针状填料    5-25；

阻燃剂      8-20；

辅助阻燃剂  2-6；

其它助剂    0.1-2。

所述的尼龙选自尼龙6、尼龙66、尼龙610或尼龙1010中的一种或几种。

所述的玻璃纤维的直径为6-18μm，优选7-13μm。

所述的针状填料包括硅灰石或晶须，所述的硅灰石长径比为20-80，优选40-60，所述的晶须为非金属陶瓷质晶须，选自碳化硅晶须、氮化硅晶须、莫来石晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、氧化锌晶须、氧化镁晶须、硫酸钙晶须、碳酸钙晶须、晶须硅或镁盐晶须中的一种或几种，优选钛酸钾晶须、镁盐晶须、晶须硅、氧化锌晶须或硫酸钙晶须中的一种或几种。

所述的阻燃剂选自溴系阻燃剂、磷系阻燃剂或者氮磷系阻燃剂中的一种或者几种；所述的溴系阻燃剂选自溴化聚苯乙烯、聚溴化苯乙烯、十溴联苯醚、十溴二苯乙烷或十溴双酚A中的一种或几种；所述的磷系阻燃剂选自磷酸三苯酚、磷酸二甲苯酯、丁苯系磷酸酯、红磷阻燃剂、磷酸铵盐、聚磷酸铵或烷基次磷酸盐中的一种或几种；所述的氮磷系阻燃剂选自高聚合度聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺或三聚氰胺氰尿酸盐中的一种或几种。

所述的辅助阻燃剂选自锑类辅助阻燃剂、锌类辅助阻燃剂或者硅酮类辅助阻燃剂中的一种或者几种；所述的锑类辅助阻燃剂选自三氧化二锑、五氧化二锑或有机锑中的一种或几种；所述的锌类辅助阻燃剂选自氧化锌、硼酸锌或磷酸锌中的一种或几种；所述的硅酮类辅助阻燃剂选自硅酮或者硅酮聚合物中的一种或者几种。

所述的其它助剂选自抗氧化剂、热稳定剂、UV稳定剂、偶联剂、润滑剂、加工稳定剂、成核剂、颜料、着色剂或增塑剂中的一种或几种。

一种断路器用塑式外壳材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)按照以下组分及重量份含量备料：

尼龙        22-80，

玻璃纤维    5-25，

针状填料    5-25，

阻燃剂      8-20，

辅助阻燃剂  2-6，

其它助剂    0.1-2；

(2)将上述原料经高混机高速混匀，再控制温度为220-290℃，将混合物料经螺杆挤出机拉条切粒即可得产品。

所述的高混机的转速为800-1000rpm。

所述的螺杆挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。

与现有技术相比，本发明用针状填料部分替代玻纤，这样可以解决玻纤外露及翘曲性问题，同时又可以保持较高强度和韧性，并具有较好耐热性。创新点之一在于不是全部用填料替代玻纤，而是只替代一部分玻纤，这样可以减少挤出加工中的困难。创新点之二在于所选用的填料不是传统的各向同性的填料，而是针状填料，针状填料与各向同性的圆形或者片状填料的区别在于，它具有一定的长径比，有一定的各向同性但不明显，且具有较高的断裂强度和弹性模量，适量的添加对复合材料强度几乎没有影响，得到的产品表面无玻纤外露，无翘曲变形，强度高，耐热性好。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1-2

一种断路器用塑式外壳材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)备料：所需原料如下所示：PA66：尼龙66；GF：市售无碱玻璃纤维，直径为13μm；CaSiO₃：市售硅灰石，长径比为60；SI：市售晶须硅；Talc：市售滑石粉；GB：市售玻璃微珠；聚溴化苯乙烯；三氧化二锑；抗氧剂：瑞士汽巴精化公司生产的Irganox 1098；润滑剂：乙烯醋酸乙烯共聚物。各组分含量如表1所示。

(2)将尼龙树脂、玻璃纤维、填料、阻燃剂和各类助剂经高混机，控制搅拌速率为800-1000rpm进行高速混匀，再控制工艺温度为250-290℃，经双螺杆挤出机进行物理化学反应后拉条切粒即可得该组合物。

对比例1-4

(1)备料：所需原料如下所示：PA66：尼龙66；GF：市售无碱玻璃纤维，直径为13μm；CaSiO₃：市售硅灰石，长径比为60；SI：市售晶须硅；Talc：市售滑石粉；GB：市售玻璃微珠；聚溴化苯乙烯；三氧化二锑；抗氧剂：瑞士汽巴精化公司生产的Irganox 1098；润滑剂：乙烯醋酸乙烯共聚物。各组分含量如表1所示。

(2)将尼龙树脂、玻璃纤维、填料、阻燃剂和各类助剂经高混机，控制搅拌速率为800-1000rpm进行高速混匀，再控制工艺温度为250-290℃，经双螺杆挤出机进行物理化学反应后拉条切粒即可得该组合物。

表1

所得粒料按照ISO测试标准注塑成相应样条，然后在23±2℃、50±5％相对湿度的环境下放置24h后进行测试；按照ISO 527标准测量拉伸强度；按照ISO 178标准测量弯曲强度；按照ISO 179标准测量Charpy缺口冲击强度；按照ISO 75标准测量热变形温度，压力为1.82MPa。测试得到的结果如表2所示。

表2

实施例3

一种断路器用塑式外壳材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)按照以下组分及含量准备原料：尼龙622g，无碱玻璃纤维25g，市售碳化硅晶须25g，市售三聚氰胺20g及硅酮6g，市售热稳定剂TNP 0.05g，市售UV稳定剂0.05g。其中无碱玻璃纤维的直径为6μm。

(2)控制高混机的转速为800-1000rpm，将上述原料经高混机高速混匀，再控制温度为220-270℃，将混合物料经双螺杆挤出机拉条切粒即可得产品。

实施例4

一种断路器用塑式外壳材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)按照以下组分及含量准备原料：尼龙6680g，无碱玻璃纤维5g，市售氮化硅晶须5g，市售红磷8g及三氧化二锑2g，市售润滑剂硅油0.5g，市售硅烷偶联剂0.5g，市售加工稳定剂硬脂酸钙0.5g，市售成核剂EPR0.5g。其中无碱玻璃纤维的直径为18μm。

(2)控制高混机的转速为800-1000rpm，将上述原料经高混机高速混匀，再控制温度为220-290℃，将混合物料经双螺杆挤出机拉条切粒即可得产品。

实施例5

一种断路器用塑式外壳材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)按照以下组分及含量准备原料：69g尼龙610，无碱玻璃纤维13g，市售莫来石晶须8g，市售高聚合度聚磷酸铵12g及硼酸锌5g，市售热稳定剂抗氧剂-2640.25g，市售增塑剂邻苯二甲酸酯0.25g。其中无碱玻璃纤维的直径为7μm。

(2)控制高混机的转速为800-1000rpm，将上述原料经高混机高速混匀，再控制温度为250-280℃，将混合物料经双螺杆挤出机拉条切粒即可得产品。

实施例6

一种断路器用塑式外壳材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)按照以下组分及含量准备原料：40g尼龙610，无碱玻璃纤维22g，市售钛酸钾晶须12g，聚溴化苯乙烯20g及硅酮6g，市售热稳定剂抗氧剂-10100.5g，市售着色剂炭黑0.5g。其中无碱玻璃纤维的直径为13μm。

(2)控制高混机的转速为800-1000rpm，将上述原料经高混机高速混匀，再控制温度为250-280℃，将混合物料经双螺杆挤出机拉条切粒即可得产品。

实施例7

一种断路器用塑式外壳材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)按照以下组分及含量准备原料：50g尼龙1010，玻璃纤维5g，市售硼酸铝晶须5g，市售氧化镁晶须5g，市售氧化锌晶须5g，硫酸钙晶须5g，市售镁盐晶须5g，三聚氰胺磷酸盐18g，硅酮聚合物6g，市售硅烷偶联剂1g、市售润滑剂脂肪酸酰胺0.5g、市售加工稳定剂硬脂酸钙0.5g。其中玻璃纤维为有碱玻璃纤维，玻璃纤维的直径为9μm。

(2)控制高混机的转速为800-1000rpm，将上述原料经高混机高速混匀，再控制温度为250-280℃，将混合物料经双螺杆挤出机拉条切粒即可得产品。

实施例8

一种断路器用塑式外壳材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)按照以下组分及含量准备原料：50g尼龙1010，市售中碱玻璃纤维5g，市售硅灰石25g，十溴联苯醚17g及氧化锌3g，市售增塑剂DOP 0.5g。其中玻璃纤维的直径为13μm，硅灰石长径比为80。

(2)控制高混机的转速为800-1000rpm，将上述原料经高混机高速混匀，再控制温度为240-260℃，将混合物料经双螺杆挤出机拉条切粒即可得产品。

实施例9

一种断路器用塑式外壳材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)按照以下组分及含量准备原料：63g尼龙1010，市售有碱玻璃纤维22g，市售硅灰石5g，市售磷酸二甲苯酯15g及五氧化二锑4g，市售润滑剂油酸0.2g、市售成核剂EPDM 0.1g、市售颜料0.2g、市售着色剂炭黑0.5g。其中玻璃纤维的直径为7μm，硅灰石长径比为20。

(2)控制高混机的转速为800-1000rpm，将上述原料经高混机高速混匀，再控制温度为240-260℃，将混合物料经双螺杆挤出机拉条切粒即可得产品。

Claims (12)

1.一种断路器用塑式外壳材料，其特征在于，该材料包括以下组分及重量份含量：

尼龙            22-80；

玻璃纤维        5-25；

针状填料        5-25；

阻燃剂          8-20；

辅助阻燃剂      2-6；

其它助剂        0.1-2；

所述的针状填料包括硅灰石或晶须，所述的硅灰石长径比为20-80。

2.根据权利要求1所述的一种断路器用塑式外壳材料，其特征在于，所述的尼龙选自尼龙6、尼龙66、尼龙610或尼龙1010中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种断路器用塑式外壳材料，其特征在于，所述的玻璃纤维的直径为6-18μm。

4.根据权利要求1所述的一种断路器用塑式外壳材料，其特征在于，所述的玻璃纤维的直径为7-13μm。

5.根据权利要求1所述的一种断路器用塑式外壳材料，其特征在于，所述的晶须为非金属陶瓷质晶须，选自碳化硅晶须、氮化硅晶须、莫来石晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、氧化锌晶须、氧化镁晶须、硫酸钙晶须、碳酸钙晶须、晶须硅或镁盐晶须中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种断路器用塑式外壳材料，其特征在于，所述的晶须为钛酸钾晶须、镁盐晶须、晶须硅、氧化锌晶须或硫酸钙晶须中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种断路器用塑式外壳材料，其特征在于，所述的阻燃剂选自溴系阻燃剂、磷系阻燃剂或者氮磷系阻燃剂中的一种或者几种；所述的溴系阻燃剂选自溴化聚苯乙烯、聚溴化苯乙烯、十溴联苯醚、十溴二苯乙烷或十溴双酚A中的一种或几种；所述的磷系阻燃剂选自磷酸二甲苯酯、丁苯系磷酸酯、红磷阻燃剂、磷酸铵盐、聚磷酸铵或烷基次磷酸盐中的一种或几种；所述的氮磷系阻燃剂选自三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺或三聚氰胺氰尿酸盐中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的一种断路器用塑式外壳材料，其特征在于，所述的辅助阻燃剂选自锑类辅助阻燃剂、锌类辅助阻燃剂或者硅酮类辅助阻燃剂中的一种或者几种；所述的锑类辅助阻燃剂选自三氧化二锑、五氧化二锑或有机锑中的一种或几种；所述的锌类辅助阻燃剂选自氧化锌、硼酸锌或磷酸锌中的一种或几种；所述的硅酮类辅助阻燃剂选自硅酮聚合物中的一种或者几种。

9.根据权利要求1所述的一种断路器用塑式外壳材料，其特征在于，所述的其它助剂选自抗氧化剂、热稳定剂、UV稳定剂、偶联剂、润滑剂、加工稳定剂、成核剂、颜料、着色剂或增塑剂中的一种或几种。

10.一种断路器用塑式外壳材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）按照以下组分及重量份含量备料：

尼龙            22-80，

玻璃纤维        5-25，

针状填料        5-25，

阻燃剂          8-20，

辅助阻燃剂      2-6，

其它助剂        0.1-2，

所述的针状填料包括硅灰石或晶须，所述的硅灰石长径比为20-80；

（2）将上述原料经高混机高速混匀，再控制温度为220-290℃，将混合物料经螺杆挤出机拉条切粒即可得产品。

11.根据权利要求10所述的一种断路器用塑式外壳材料的制备方法，其特征在于，所述的高混机的转速为800-1000rpm。

12.根据权利要求10所述的一种断路器用塑式外壳材料的制备方法，其特征在于，所述的螺杆挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。