一种断路器用聚酰胺组合物及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种断路器用聚酰胺组合物及其制备方法和应用。


背景技术：

2.聚酰胺树脂具有优良的机械性能、优良的阻隔性能、耐热性、耐磨性、耐化学腐蚀等优异的综合性能，广泛应用于机械制造业、电动工具、电子电器及交通运输等领域。
3.断路器是一种为保护电路免受过载或短路造成的损害而设计的自动操作的电开关。其基本功能是检测故障情况并通过中断连续性立即停止电流。不同于保险丝，其操作一次，就必须更换，断路器可以被复位以恢复正常操作。低压(低于1000v)型断路器主要包括：微型和小型断路器(mcb)、塑壳式断路器(mccb)、剩余电流装置(rcd)以及组合了rcd的功能与过电流保护(rcbo)的断路器。
4.低压断路器通常包含电弧形成室和消弧室，消弧室通常由金属制成。一般在断开的瞬间，产生较大的电弧，当电弧侵蚀隔弧板或灭弧片时，材料会产生较大的气体，将电弧引向消弧室，从而使电弧可以快速熄灭，保护电路的安全性。
5.现有技术中，大多选用高纯度石英砂作为灭弧材料，但是石英砂作为矿物质，其纯度和产量有限，且导热系数大，散热较快，使熔断器难以分断低倍过载，且不能同时满足断路器所需的阻燃性能。因此，目前有研究者通过在灭弧材料中添加灭弧树脂来提高材料的灭弧性能，如中国专利cn107845555a(公开日为2018年03月27日)公开了由二氧化硅、硅橡胶和三聚氰胺组成的组合物作为灭弧材料，利用二氧化硅和三聚氰胺的双重灭弧功能，提高材料的灭弧能力；又如中国专利cn104559169a(公开日为2015年04月29日)公开了一种阻燃产气聚酰胺灭弧复合材料，该材料由聚酰胺、聚酰胺预聚物、熄弧金属化合物熄弧吸水化合物、熄弧产气阻燃化合物、产气促进剂和加工助剂组成，通过各组分之间的协同作用，提高灭弧性能，同时提高了材料的力学性能。上述灭弧材料虽然都在一定程度上提高了灭弧材料的灭弧性能，但是由于中断电弧而引起的对灭弧材料的侵蚀，会影响灭弧材料的使用寿命。
6.因此，亟需开发一种灭弧能力强，同时使用寿命长的灭弧材料。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于，克服现有技术中断路器中的灭弧材料使用寿命受限的缺陷，提供一种灭弧能力强、使用寿命长的灭弧材料，为一种断路器用聚酰胺组合物。所述的断路器用聚酰胺组合物，作为断路器中的灭弧材料，具有较好的灭弧能力和较长的使用寿命。
8.本发明的另一目的在于，提供所述断路器用聚酰胺组合物的制备方法。
9.本发明的另一目的在于，提供所述断路器用聚酰胺组合物在制备隔弧板或灭弧片中的应用。
10.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
11.一种断路器用聚酰胺组合物，包括如下按重量份计算的组分：
[0012][0013]
其中，所述含磷化合物为碱金属次磷酸盐、碱土金属次磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸酯或亚磷酸酯中的一种或几种的组合。
[0014]
现有技术中，通常用石英与灭弧树脂混合作为灭弧材料，使用寿命受到限制。本发明人创造性地发现，在聚酰胺组合物中加入特定含量的含磷化合物，可以在不影响其灭弧能力的条件下，有效提高使用寿命。本发明中，含磷化合物的加入，可以通过吸水使聚酰胺水解成羧酸，聚酰胺在酸性条件下分解释放气体，提高材料的灭弧性能；同时没有添加其它无机灭弧材料，一定程度上减少了电弧对材料的侵蚀作用，提高了材料的使用寿命。
[0015]
进一步优选地，所述断路器用聚酰胺组合物，包括如下按重量份计算的组分：
[0016][0017]
优选地，所述含磷化合物为次磷酸钠、次磷酸钙、磷酸氢二钠、双(2,6
‑
二叔丁基
‑4‑
甲基苯基)季戊四醇二磷酸酯或双(2,4
‑
二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯中的一种或几种的组合。
[0018]
所述聚酰胺选自通过缩聚至少一种脂肪族二元羧酸与脂肪族二胺或者环二胺获得的聚酰胺，或者通过缩聚至少一种芳香族二羧酸与脂肪族二胺获得的聚酰胺。优选地，所述聚酰胺为pa66、pa610、pa612、pa1212、pa56、pa46、mxd6、pa6、pa7、pa11或pa12中的一种或几种的组合。
[0019]
进一步优选地，所述聚酰胺为pa6、pa66中的一种或几种的组合。
[0020]
优选地，所述增强材料为e玻璃纤维、b玻璃纤维、碳纤维、聚芳酰胺纤维、石棉纤维、硅灰石纤维、陶瓷纤维、钛酸钾晶须、碱式硫酸镁晶须、碳化硅晶须、硼酸铝晶须、二氧化硅、硅酸铝、氧化硅、碳酸钙、二氧化钛、滑石、硅灰石、硅藻土、粘土、高岭土、球状玻璃、云母、石膏、氧化铁、氧化镁或氧化锌中的一种或几种的组合。
[0021]
优选地，所述阻燃剂为三聚氰胺类阻燃剂。
[0022]
进一步优选地，所述阻燃剂为三聚氰胺、三聚氰胺缩聚物或三聚氰胺氰尿酸盐中的一种或几种的组合。
[0023]
优选地，所述组合物还包括加工助剂，所述加工助剂为热稳定剂、润滑剂、脱模剂、颜色添加剂中的一种或几种的组合。
[0024]
优选地，所述润滑剂为褐煤酸酯或盐、硬脂酸盐、脂肪酰胺、多元醇、多元醇酯或哌啶酯等中的一种或几种的组合。
[0025]
进一步优选地，所述润滑剂为pep36、licowax op、硬脂酸钙、ebs、taf、pets或s
‑
eed中的一种或几种的组合。
[0026]
本发明还提供所述断路器用聚酰胺组合物的制备方法，将聚酰胺、增强材料、阻燃剂、含磷化合物和加工助剂通过熔融共混、挤出、造粒制备得到所述断路器用聚酰胺组合物。
[0027]
优选地，所述断路器用聚酰胺组合物采用双螺杆挤出机进行熔融共混、挤出、造粒制备得到。
[0028]
优选地，双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1；螺筒温度为220～270℃；螺杆转速为300～450rpm。
[0029]
本发明还提供所述断路器用聚酰胺组合物在制备隔弧板或灭弧片中的应用。
[0030]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0031]
本发明的断路器用聚酰胺组合物，含磷化合物的加入，可以通过吸水使聚酰胺水解成羧酸，聚酰胺在酸性条件下分解释放气体，提高材料的灭弧性能；同时没有添加其它无机灭弧材料，一定程度上减少了电弧对材料的侵蚀作用，提高了材料的使用寿命。其作为断路器中的灭弧材料，具有较好的灭弧能力和较长的使用寿命。
具体实施方式
[0032]
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。
[0033]
本发明的实施例采用以下原料：
[0034]
pa66树脂：pa66 ep
‑
158，浙江华峰集团；
[0035]
pa6树脂：hy2800a，海阳化纤集团；
[0036]
玻璃纤维：ecs301hp
‑3‑
h，重庆国际复合材料有限公司；
[0037]
阻燃剂：三聚氰胺氰脲酸盐mca，深圳市天锐达新材料有限公司；
[0038]
含磷化合物：双(2,6
‑
二叔丁基
‑4‑
甲基苯基)季戊四醇二磷酸酯，pep
‑
36，日本艾迪科株式会社；
[0039]
含磷化合物：双(2,4
‑
二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯，revonox 608，奇钛科技股份有限公司；
[0040]
含磷化合物：磷酸氢二钠，布吕格曼h10，上海纽诺化工科技有限公司；
[0041]
含磷化合物：次磷酸钠，广州市榕晟化工有限公司；
[0042]
含磷化合物：次磷酸钙，广州市榕晟化工有限公司；
[0043]
含磷化合物：磷酸三聚氰胺，上海泰坦科技股份有限公司；
[0044]
含磷化合物：异丙基化磷酸三苯酯，张家港丰通化工有限公司；
[0045]
加工助剂：润滑剂，硬脂酸钙，东莞市诺佳塑化有限公司。
[0046]
实施例1～6
[0047]
本实施例提供一系列断路器用聚酰胺组合物。
[0048]
按照表1中的配方，将各原料投入混合机中进行混合直至均匀，得到预混物；然后将所得预混物投入双螺杆挤出机中进行熔融混合，并挤出造粒，得到断路器用聚酰胺组合物；其中双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1，螺筒温度为220～270℃，螺杆转速为300～
450rpm。
[0049]
表1实施例中各组合物的组份配比(重量份)
[0050][0051]
对比例1
[0052]
本对比例与实施例1相比，不同之处在于，未添加含磷化合物双(2,6
‑
二叔丁基
‑4‑
甲基苯基)季戊四醇二磷酸酯。
[0053]
对比例2
[0054]
本对比例与实施例1相比，不同之处在于，含磷化合物双(2,6
‑
二叔丁基
‑4‑
甲基苯基)季戊四醇二磷酸酯的含量为0.1重量份。
[0055]
对比例3
[0056]
本对比例与实施例1相比，不同之处在于，含磷化合物双(2,6
‑
二叔丁基
‑4‑
甲基苯基)季戊四醇二磷酸酯的含量为3重量份。
[0057]
对比例4
[0058]
本对比例与实施例1相比，不同之处在于，含磷化合物为磷酸三聚氰胺。
[0059]
上述实施例和对比例制备得到的断路器用聚酰胺组合物的性能进行测试，具体测试项目及测试方法如下：
[0060]
1.阻燃性能：通过注射成型制成125
×
13
×
0.8mm方板，根据ul
‑
94
‑
2018标准进行测试；
[0061]
2.灭弧能力(耐电弧冲击次数)：将上述实施例和对比例制备得到的断路器用聚酰胺组合物制备成隔弧板或灭弧片进行使用寿命的测试，具体方法为：将断路器用聚酰胺组合物放入到由pa6材料制成的mcb中，通220v交流电，电极短路时，功率因数为0.5时短路电流为32.5a。其中，电弧产生频率为40次/min，记录可以灭电弧的时间t/min，则耐电弧冲击次数＝t*40(次)。
[0062]
测试结果如表2所示。
[0063]
表2实施例及对比例制备得到的断路器用聚酰胺组合物的性能测试结果
[0064][0065]
由上述表1、表2中数据可以看出：对比例1由于未添加本发明的含磷化合物，用作灭弧材料时，与实施例1相比，其耐电弧冲击次数显著下降，即使用寿命变短；而对比例2由于含磷化合物添加量少，其耐电弧冲击次数仍然较实施例1少；对比例3由于含磷化合物太高，导致其阻燃性能下降；对比例4选用了其它含磷化合物，制备得到的断路器用聚酰胺组合物的耐电弧冲击次数较少。
[0066]
因此，可以看出，通过在聚酰胺中加入特定含量的特定的含磷化合物，制备得到的断路器用聚酰胺组合物用于断路器中时，不仅具有优异的阻燃性能，而且还可以显著增加其使用寿命。
[0067]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。