一种聚四氟乙烯复合材料，灭弧喷口及其制备方法，高压断路器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高压断路器技术领域，具体设及一种聚四氣乙締复合材料，使用该复 合材料的灭弧喷口及其制备方法，同时还设及一种该灭弧喷口的高压断路器。
【背景技术】
[0002] 高压SFe断路器作为电力系统中重要的电力设备，目前正在朝着高电压、大容量的 方向发展，在提供电力能源稳定性和运行可靠性方面的要求也越来越高。SFe断路器灭弧室 的喷口，对开断过程中吹弧气体的流动起着控制作用，其直接影响开断过程中喷口内SFe气 体介质强度的恢复特性及灭弧能力。当断路器在开断短路电流时，电弧在喷口内识燃，与喷 口发生能量交换，引起喷口表面烧蚀和内部分解，喷口材料被电弧烧蚀的程度直接影响高 压断路器的开断能力和使用寿命。
[0003] 目前，喷口材料多采用聚四氣乙締材料。聚四氣乙締（PT阳）具有极佳的电气绝缘 性能和耐高溫、耐电弧性能，同时具有优良的热稳定性、较高的光反射性、突出的化学惰性、 卓越的物理机械性能及良好的耐气候性，广泛应用于电器和高、中、低压开关中，用作绝缘 材料、断路器喷口（喷嘴）、垫带、制动环、衬套等。但是，由于聚四氣乙締材料在400°CW上 即开始发生显著分解，而开断过程中电弧溫度可达3500KW上，将纯PTFE材料用作灭弧喷 口时，在电弧福射作用下，由于纯PTFE对电弧能量的无规则吸收，喷口材料会发生显著的 表面分解和严重的内部破裂。因此，在喷口制作的过程中，通常在PTFE材料中添加一些无 机粉体材料作为填料制成复合型材料，使其成为能量吸收中屯、，从而规范电弧能量的吸收， 减小喷口的无规则分解和破裂，W期增强喷口的耐烧蚀性能，延长喷口的使用寿命。
[0004] 现有技术中，采用无机填料填充的复合型材料主要有氧化侣填充聚四氣乙締复合 材料、二硫化钢填充聚四氣乙締复合材料和氮化棚填充聚四氣乙締复合材料，但是上述材 料普遍存在热导率低，喷口导热散热能力较差，耐电弧烧蚀能力较低的问题，还不能满足使 用的要求。 阳0化]专利CN102731943公开了一种由二硫化钢、氮化棚、聚四氣乙締S种材料复合制 成的耐高电压、大电流电弧烧蚀的喷口，其质量百分比组成为：（1~10ym)氮化棚1~ 8%，（1~10ym)二硫化钢为0.1~0.4%，余量为聚四氣乙締。在高压断路器朝高电压、 大容量发展的今天，该复合材料喷口依然存在着热导率低、耐电弧烧蚀性能不足的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种聚四氣乙締复合材料，同时提供一种使用上述聚四氣乙締复合材 料的灭弧喷口，解决现有复合材料喷口热导率低、耐电弧烧蚀性能差的问题。
[0007] 本发明另外提供上述灭弧喷口的制备方法。
[0008] 本发明还提供一种使用上述灭弧喷口的高压断路器。
[0009] 为了实现W上目的，本发明所采用的技术方案是：一种聚四氣乙締复合材料，由W 下重量百分比的组分组成：侣酸钻7~15%、氮化棚1~15%，余量为聚四氣乙締。
[0010] 作为优选方案，上述聚四氣乙締复合材料由W下重量百分比的组分组成：侣酸钻 7~10%、氮化棚7~15%，余量为聚四氣乙締。上述聚四氣乙締复合材料的重量百分比组 成进一步优选为：侣酸钻7~10%、氮化棚7~10%，余量为聚四氣乙締。
[0011] 本发明提供的灭弧喷口使用上述聚四氣乙締复合材料。
[0012] 侣酸钻具有尖晶石结构，耐溫性达1200~1400°C，具有优异的耐高溫性和耐化学 稳定性。侣酸钻是一种应用广泛的陶瓷颜料，在军用伪装涂料，静电复印和高透光率的汽车 灯具涂料中也有应用。
[0013] 采用本发明聚四氣乙締复合材料的灭弧喷口，W无机填料侣酸钻、氮化棚复配填 充聚四氣乙締，侣酸钻组分可W在断路器开断过程中快速吸收电弧的能量，然后再缓慢向 环境散发所吸收的能量，可W减少电弧对喷口的烧蚀作用；氮化棚组分分解溫度高，可降低 电弧福射过程中PTFE的分解速率。通过合理调配填充比例，明显改善了喷口材料的热导 率，提高了材料的耐电弧烧蚀性能，同时具有优异的机械性能和耐高溫性能。
[0014] 本发明提供的上述灭弧喷口的制备方法，包括取配方量的聚四氣乙締树脂粉、侣 酸钻粉、氮化棚粉混合后，进行模压、烧结，即得。
[0015] 所述聚四氣乙締树脂粉的粒径为45~55ym，侣酸钻粉的粒径为1~5ym，氮化 棚粉的粒径为5~9ym。
[0016] 所述混合是指在高速揽拌机中W400~60化/min转速揽拌10~30min。
[0017] 所述模压的压力为30~40MPa，保压时间为30~35min。
[0018] 所述烧结的溫度为330~375 °C，烧结时间为40~55h。
[0019] 本发明提供一种使用上述灭弧喷口的高压断路器。高压断路器，诸如敞开断路器、 罐式断路器、全金属封闭组合电器的断路器等，喷口作为高压断路器灭弧室关键零部件，对 开断过程中吹弧气体的流动起着控制作用，高压断路器的其他部件如操动机构、传动机构、 触头等可采用公知技术。由于本发明提供的灭弧喷口热导率高，耐电弧烧蚀性能得到了极 大改善，提升了断路器的开断性能，从而提高了高压断路器的运行稳定性。
【附图说明】
[0020] 图1为实施例1灭弧喷口的结构示意图；
[0021] 图2为使用实施例1灭弧喷口的高压断路器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。 阳〇2引实施例1
[0024] 本实施例的聚四氣乙締复合材料，由W下重量百分比的组分组成：侣酸钻7%、氮 化棚1%，余量为聚四氣乙締树脂。
[00巧]本实施例的灭弧喷口采用上述聚四氣乙締复合材料。灭弧喷口的结构如图1所 示，1为喷口的喉部，高压断路器的开断过程在喷口内部完成，对喷口的喉部1形成烧蚀。 [00%] 本实施例的灭弧喷口的制备方法，包括下列步骤：
[0027] 1)取聚四氣乙締树脂粉，进行打散、磨细处理，按照配方将粒径为45 ym的聚四氣 乙締树脂粉、粒径为1ym的侣酸钻粉、粒径为5ym的氮化棚粉进行初步混合后，置于高速 混料机中进行终混（转速为50化/min,时间为20min)，得混合料；
[00測 2)将步骤1)所得混合料加入模具中进行模压成型，模压的压力为30MPa，保压 30min后脱模，得半成品；
[0029] 3)将步骤2)所得半成品在330°C溫度下烧结40h，即得。
[0030] 采用本实施例灭弧喷口的高压断路器结构如图2所示，包括静主触头1、静弧触头 2、喷口 4、动主触头5、动弧触头6、压气缸7和压气活塞9,喷口 4、动主触头5、动弧触头6 和压气缸7固装在一起；分闽时，压气缸7沿运动方向10运动，静弧触头2和动弧触头6分 开，触头间产生电弧3,压气缸7内的SFe气体8受到压缩后，高速喷入喷口 4内部，从而焰 灭电弧3。 柳別]实施例2-12
[0032] 实施例2-12的聚四氣乙締复合材料，各组分的重量百分比如表1所示。
[0033] 表1实施例2~12的聚四氣乙締复合材料各组分的重量百分比
[0034]
[0035]
[0036] 使用实施例2-12聚四氣乙締复合材料的灭弧喷口结构与实施例1相同。
[0037] 实施例2-12的灭弧喷口采用表1所示的各组分配比通过混合、模压、烧结制备而 成。原料的粒径及混合、模压、烧结试验条件见表2。 阳03引表2实施例2~12灭弧喷口的制备工艺条件
[0039]
[0040] 使用实施例2~12所述灭弧喷口的高压断路器的结构与实施例1相同。 阳〇W 实验例
[0042] 本实验例对实施例1~12所得灭弧喷口的性能进行检测，结果如表2所示。所述 耐烧蚀性试验条件为：直流电压600伏，直流电流5安培。其中，对比例1的灭弧喷口基材 为聚四氣乙締树脂，填料为氧化侣，填充质量百分比为10%。对比例2的灭弧喷口基材为聚 四氣乙締树脂，填料为二硫化钢，填充质量百分比为2%。对比例3的灭弧喷口基材为聚四 氣乙締树脂，填料为氮化棚，填充质量百分比为7%。对比例1~3灭弧喷口的规格与实施 例1~12相同，制备方法中各工艺条件与实施例8~10相同。
[0043] 表3实施例1~12和对比例的灭弧喷口性能指标
[0044]
[0045] 由表3的实验结果可W看出，本发明提供的灭弧喷口的热导率较氧化侣填充配方 更高，耐烧蚀性能较氮化棚填充配方更好，伸长率和拉伸强度等指标也得到进一步改善。本 发明提供的灭弧喷口在热导率、耐烧蚀性、机械性能等方面均有提高，可大大提升断路器的 开断性能，提高高压断路器的运行稳定性。
【主权项】
1. 一种聚四氟乙烯复合材料，其特征在于：由以下重量百分比的组分组成：铝酸钴7~ 15%、氮化硼1~15%，余量为聚四氟乙烯。2. 根据权利要求1所述的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于：由以下重量百分比的组 分组成：铝酸钴为7~10%，氮化硼为7~15%，余量为聚四氟乙烯。3. 根据权利要求2所述的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于：由以下重量百分比的组 分组成：铝酸钴为7~10%，氮化硼为7~10%，余量为聚四氟乙烯。4. 一种使用权利要求1或2或3所述聚四氟乙烯复合材料的灭弧喷口。5. -种如权利要求4所述的灭弧喷口的制备方法，其特征在于：取配方量的聚四氟乙 烯树脂粉、铝酸钴粉、氮化硼粉混合后，进行模压、烧结，即得。6. 根据权利要求5所述的灭弧喷口的制备方法，其特征在于：铝酸钴粉的粒径为1~ 5 u m〇7. 根据权利要求5所述的灭弧喷口的制备方法，其特征在于：所述聚四氟乙烯树脂粉 的粒径为45~55 y m，氮化硼粉的粒径为5~9 y m。8. 根据权利要求5所述的灭弧喷口的制备方法，其特征在于：所述模压的压力为30~ 40MPa，保压时间为30~35min。9. 根据权利要求5所述的灭弧喷口的制备方法，其特征在于：所述烧结的温度为 330~375°C，烧结时间为40~55h。10. -种使用权利要求4所述灭弧喷口的高压断路器。
【专利摘要】本发明公开了一种聚四氟乙烯复合材料，灭弧喷口及其制备方法，高压断路器。聚四氟乙烯复合材料由以下重量百分比的组分组成：铝酸钴7～15％、氮化硼1～15％，余量为聚四氟乙烯。灭弧喷口可采用上述聚四氟乙烯复合材料。本发明的灭弧喷口，采用无机填料铝酸钴、氮化硼复配填充聚四氟乙烯复合材料，合理调配填充比例，明显改善了喷口材料的热导率，提高了材料的耐电弧烧蚀性能，同时具有优异的机械性能；本发明提供的灭弧喷口可提升断路器的开断性能，从而提高高压断路器的运行稳定性。
【IPC分类】C08L27/18, B29C69/02, C08K3/24, C08K3/38
【公开号】CN105001565
【申请号】CN201510371379
【发明人】袁端鹏, 林生军, 郝留成, 张翀, 田 浩, 李继承, 罗军
【申请人】平高集团有限公司, 国家电网公司
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年6月29日