消弧用绝缘材料成形体、使用了其的气体断路器的制造方法_2

文档序号:9252507阅读:来源:国知局
[0041] 构成本发明的消弧用绝缘材料成形体的聚合物为在主链具有碳-氧键、末端原子 的一部分或全部为"氢原子以外的原子"的聚合物。
[0042] 优选上述聚合物中的构成元素中的氢原子的含有率(氢含有率)为2质量%以 下。更优选为1质量%以下,更优选聚合物实质上不含氢原子。
[0043] 作为上述的"氢原子以外的原子",只要可以形成为取代基,就没有特别限定,但例 如可举出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、砹原子内的至少1种,优选至少含有氟原子。氟 原子在全原子中电负性最高,与含有碳的各种原子高度键合,化学上几乎不分离,末端原子 的一部分或全部为氟原子的聚合物的耐热性、耐化学品性优异。
[0044] 作为聚合物的具体例,例如可举出由如下化学式(化1-1)所示的高分子化合物。
[0045] [化学式1]
[0046]
[0047] 式中,1^、1?2、1?3、1?4及1? 5为含有碳、氮、氧、硅、氢、氟等的各自独立的官能团。优选 1^、1?2、1?3、1? 4及R5内的至少一个官能团中含有氟原子。另外,n为自然数,优选为2~5000 (在 以下的化学式中也相同)。
[0048] 就聚合物而言,更具体而言,优选为聚醚系材料,更优选为氟化聚醚系材料。另外, 聚醚系材料优选在聚醚的重复部不含苯环。是由于:苯环不易分解,如果含有许多苯环,则 在弧光暴露后大量产生碳化物,因此可能带来绝缘性的降低。
[0049] 作为氟化聚醚系材料,例示由如下的化学式(化1-2)~(化学式1-9)所示的化 合物。


[0066] 式中,m为自然数,优选为2~5000(以下的化学式中也相同)。
[0067] 上述的聚合物为暴露于弧光中而通过弧光的光和热自然分解、产生气体的材料 (磨损材料)。因此,优选具有容易分解的键的材料,另外,优选在构成聚合物的高分子化 合物的主链(该高分子化合物中键最长地连接的部位)含有碳-氧键以使得容易分解而气 化,该情况下,弧光暴露时的产生气体压力变大。
[0068] 就上述聚合物(在主链具有碳-氧键、末端原子的一部分或全部为氢原子以外的 原子的聚合物)而言,其本身可以作为树脂材料在消弧用绝缘材料成形体的形成中使用, 也可以在其它的树脂材料中混合来使用。另外,上述聚合物可以为液体状,也可以通过使这 样的聚合物含浸于消弧用绝缘材料成形体的基材的手法、以胶囊状内包的手法、浸入多孔 质填料的方法等来构成消弧用绝缘材料成形体。
[0069] 消弧用绝缘材料成形体中所含的上述聚合物的比率优选大于10质量%。另外,更 优选上述聚合物相对于消弧用绝缘材料成形体中所含的有机材料成分的总量的比率为50 质量%以上。
[0070] 消弧用绝缘材料成形体优选含有上述聚合物作为主要材料。"主要材料"是指相对 于消弧用绝缘材料成形体中所含的有机材料成分的总量占50质量%以上的材料。
[0071] 另外,本发明者等发现:如果使用含有大量氢原子的材料、例如聚甲醛树脂、密胺 树脂等,则引起由绝缘物构成的部件的绝缘劣化。这认为:如果化合物中有氢原子,则在弧 光暴露时与SF6气体中所含的物质(例如,SF6、SF4、H2O等)反应、产生腐蚀性气体(在SF6 气体的情况下为HF等)、引起由绝缘物构成的部件的绝缘劣化。如果绝缘部件的绝缘性降 低,则在电流断路后不能维持充分的绝缘性能,不能达到必要的断路性能。因此,通过将消 弧用绝缘材料成形体的构成元素中的氢原子的一部分或全部用氟原子等的其它原子替换, 可以抑制由绝缘物构成的部件的绝缘劣化。
[0072](实施方式2 :消弧用绝缘材料成形体2)
[0073] 构成本实施方式的消弧用绝缘材料成形体的聚合物也可以为氟化聚醚系聚合物, 但在主链含有硅原子方面与实施方式1不同。
[0074] 作为构成本实施方式的消弧用绝缘材料成形体的聚合物,可以例示由如下化学式 (化2-1)~(化2-4)所示的化合物。
[0075] [化学式 10]
[0076]
[0077][化学式11]
[0083] 式中,Rp R2、R3、R14、R15及R16分别独立地为包含选自由碳原子、氟原子、氧原子、氮 原子及硫原子组成的组中的原子的取代基。R 4、R5、R14及R19分别独立地为在键中途含有选 自氧原子、氮原子及硫原子组成的组中的至少1种的原子的取代基、或含有酰胺键或磺酰 胺键的取代基。R 6~R 13及R 18~21分别独立地为包含选自由碳原子、氟原子、氢原子、氧原 子、氮原子、硅原子及硫原子组成的组中的原子的取代基。
[0084] 上述化学式(化2-4)中,R22为氟化聚醚基。作为该氟化聚醚基的具体例,可以举 出由如下(化2-5)所示的6种的取代基的任一种。
[0085][化学式 14]
[0086]
[0087]另外,也可以使用末端成为交联反应基团的上述化合物的聚合物。作为末端的交 联反应基团,可以举出Si-OH基、Si-X基(X为乙酰氧基、异丙烯氧基等)、Si-〇CH3S、烯属不 饱和基团等。作为聚合物的例子,可以举出在末端具有Si-OH基的上述化合物和在末端具 有Si-X (X为乙酰氧基、异丙烯氧基等)的上述化合物的缩合反应所得到的聚合物、Si-OCH3 基的水解缩合所得到的聚合物、在两末端具有烯属不饱和基团的上述材料和在一分子中具 有二个以上的Si-H基的有机硅化合物的加成反应所得到的聚合物等。
[0088] 进而,在末端的交联反应基团为有机硅交联反应基团的情况下,也可以混合二氧 化硅(硅石)的填料(硅石粒子等)、将二氧化硅表面的一部分羟基化了的部分通过上述化 合物的反应经由二氧化硅来进行聚合。通过调整该二氧化硅的填料的配合量,可以调整消 弧用绝缘材料成形体的硬度。
[0089] 作为本实施方式中的具体的化合物例子,可以举出由以下的化学式(化学式 2-6)~(化学式2-8)所示的化合物、及这些化合物的聚合物。
[0090] [化学式 15]
[0091]
[0092] 化学式(2-6)中,q及r为分别独立的2~1000的整数。
[0093] [化学式 16]
[0094]
[0097] 化学式(化2-7)及(化2-8)中,s及t为分别独立的自然数,s和t的和为2~ 200 〇
[0098] 在本发明的消弧用绝缘材料成形体中,为了增强、增量等,每氟化聚醚系聚合物 100重量份以500重量份以下、优选10~100重量份的量配合填充材料。作为该填充材料, 可例示气溶胶二氧化硅、沉淀二氧化硅、炭粉末、二氧化钛、氧化铝、石英粉末、滑石、絹云母 及膨润土等的增强剂、玻璃纤维及有机纤维等的纤维质填充材料等。
[0099]另外,根据需要,可以添加有机锡化合物、有机钛化合物等的缩合固化催化剂、甲 基丙烯酸钾等的耐油性提高剂、着色剂、红氧化铁及氧化铯等的耐热性提高剂、耐寒性提高 剂、聚酿等的触变剂、脱水剂、Y_氣基丙基二乙氧基硅烷等的粘接性提尚剂等,它们被以可 以形成耐溶剂性、耐化学品性、耐热性及耐寒性均优异的固化物的程度的量程度的量根据 目的来使用。
[0100] 就本发明的消弧用绝缘材料成形体而言,构成材料的主链上所含的C-O键容易切 断、消弧用绝缘成形体容易分解,因此产生气体量多,使消弧室的压力充分高地上升,由此 可以提高断路性能,另外,通过减少构成材料中的氢元素的含量,弧光暴露所引起的分解时 的HF、H2O的产生得到抑制,因此可以抑制在气体断路器的内部所使用的绝缘材料的腐蚀、 绝缘劣化。
[0101] 另外,通过在主链中加入Si,可以使用在成型时具有氟化聚醚骨架和末端的有机 硅交联反应基团的液体或糊状材料,成形性优异。另外,其固化物为对于化学品而言耐久 性、耐热性优异的材料。
[0102](实施方式3 :消弧用绝缘材料成形体+耐消耗用填充材料)
[0103]本实施方式的消弧用绝缘材料成形体是在实施方式1及实施方式2中所示的消弧 用绝缘材料成形体的基础上进一步含有选自由氮化硼、氧化铝及氧化钛组成的组中的至少 1种(耐消耗用填充材料)的形式。
[0104] 在气体断路器中,如果将电流断路,则在可动触头和固定触头之间产生10000K~ 20000K的高温等离子体状的弧光。以往,为了使该弧光消弧而从绝缘喷嘴向弧光喷吹空气、 SF 6气体等的绝缘性气体。已知:在高压空气或高压气体中产生的高温等离子体状的弧光 在200nm~近红外区域具有强的能量强度。因此,存在如下的缺点:当将绝缘喷嘴暴露于该 弧光时,由弧光产生的光不仅喷嘴的表面、而且还侵入到内部,在喷嘴的内部产生空隙、炭 (内部爆裂),使绝缘性能显
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