专利名称：开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用了具有阻燃性的阻燃材料构成的成形品的开关。
背景技术：
以往，例如日本专利公开公报平8-171847号揭示了含有聚酰胺、玻璃纤维和氢氧化镁的开关用阻燃材料。
此外，日本实用新型公开公报平2-125943号揭示了含有聚酯、玻璃纤维、碳酸钙、氢氧化铝、卤素阻燃剂和氧化锑的照明器具用插座的阻燃材料。
EP-A1-278555号揭示了一种聚酰胺组合物，其中至少包含40重量％的聚酰胺、5～50重量％的玻璃纤维、50重量％以下的氢氧化镁和4～15重量％的红磷。
日本专利公开公报平8-171847号记载的开关用阻燃材料含有氢氧化镁作为助燃剂，该组分具备较高的阻燃性，但很难进一步提高阻燃性。要获得阻燃性更佳的阻燃剂，例如达到与上述含有卤素阻燃剂和红磷相同的阻燃性，必须包含大量的氢氧化镁。但是，如果含有大量的氢氧化镁，则会出现成形品发白而外观不佳和耐压强度下降的问题，不适合作为开关用阻燃材料使用。
日本实用新型公开公报平2-125943号及EP-A1-278555记载的技术都不是以开关用为目的，不仅和本发明的技术领域不同，而且这些技术未解决后述的金属触点部件的污染或腐蚀等问题，不能够用于开关。
日本实用新型公开公报平2-125943号记载的照明器具用插座的阻燃材料虽然具有较高的阻燃性，但以下的理由证明其不适合用于开关。其理由是由于材料中含有卤素阻燃剂，所以在作为开关的部件材料使用时，根据所用卤素阻燃剂的种类不同，会出现污染或腐蚀金属部件例如触点和电子元器件等的问题。该金属部件被污染或腐蚀是根据在一定时间内从卤素阻燃剂产生的卤素气体、即污染气体或腐蚀气体使金属部件被污染或腐蚀这一现象推断的。此外，卤素阻燃剂可能会产生二噁英类物质，这样还会对环境产生不良影响。作为阻燃助剂使用的锑为重金属，也可能会污染环境。
EP-A1-278555号记载的阻燃材料中含有至少40重量％的聚酰胺、5～50重量％的玻璃纤维、50重量％以下的氢氧化镁和4～15重量％的红磷，具有较高的阻燃性，但以下理由证明其不适合用于开关。其理由是该阻燃材料中含有作为阻燃剂的氢氧化镁和红磷，本发明者们研究后发现，该阻燃材料的阻燃性能虽然很好，但问题是会污染或腐蚀金属部件。金属被污染或腐蚀是根据在一定时间内从红磷产生的污染气体或腐蚀气体使金属部件被污染或腐蚀这一现象推断的。
上述污染或腐蚀是指在金属部件表面产生绝缘物、使金属部件的接触电阻增大或在金属表面检测出反应性较高的元素(卤素、磷)中的至少1种现象。
另外，所谓污染气体或腐蚀气体是指推断为会污染或腐蚀其他物品的气体。
为了实现开关的小型化和高开断容量，由于上述金属部件的污染或腐蚀而引起的绝缘电阻的下降成为最大的障碍。此外，为了减轻开关的重量，在要求阻燃性的同时还必须使开关变得更薄。
本发明的目的是解决上述问题，提供具有阻燃性良好的成形品的开关。
发明的揭示本发明提供了具备由阻燃材料形成的成形品的开关，该阻燃材料包含35～50重量％的树脂、20～60重量％的增强材料、5～40重量％在规定温度以上会进行脱水反应的无机化合物及0.3～1.8重量％的红磷阻燃剂。
本发明的前述开关中的红磷阻燃剂含量更好为0.5～1.8重量％。
本发明的前述开关中的无机化合物含量更好为30～40重量％、红磷阻燃剂含量更好为0.5～1.0重量％。
本发明的前述开关中的树脂为热塑性树脂。
本发明的前述开关中的热塑性树脂为聚酰胺。
本发明的前述开关的至少部分外壳底座上具备成形品。
本发明的前述开关的触点间产生电弧的附近具备成形品，其他部分具备机械强度优于前述成形品的结构材料。
本说明书中的重量％不是指所谓的重量百分率而是表示对应于整个组合物的重量％，所以上述组分的合计重量％并不一定为100重量％。
对发明的详细说明以下，对本发明进行更为详细的说明。
本发明所用的成形品包含含有35～50重量％的1种以上的热塑性树脂、20～60重量％的增强材料、5～40重量％的1种以上的在高于热塑性树脂成形温度(规定温度)的温度下会进行脱水反应的无机化合物和0.3～1.8重量％的红磷阻燃剂，最好是红磷阻燃剂的含量为0.5～1.8重量％，或无机化合物含量为30～40重量％及红磷阻燃剂为0.5～1.0重量％。
可使用的热塑性树脂包括聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、脂肪族聚酮、对聚苯硫和它们的复合材料等，从耐热性、耐压强度、开关在电弧产生后的绝缘性等考虑，最好的是聚酰胺。
增强材料可提高耐压强度，选自玻璃纤维、无机矿物、陶瓷纤维中的至少1种，其中玻璃纤维的含量最好在20重量％以上。
含有阻燃材料的成形品中包含的会进行脱水反应的无机化合物可提高成形品的阻燃性。
当成形品处于高温(例如，340℃以上)状态时，成形品中的无机化合物发生热分解，而产生的水蒸汽抑制放热，产生水蒸汽时的吸热反应可防止放热。
此外，含有阻燃材料的成形品中包含的会进行脱水反应的无机化合物和卤素阻燃剂及红磷阻燃剂不同，不仅不会污染或腐蚀金属，本发明者们的实验表明，它还具有防止红磷阻燃剂污染或腐蚀金属的作用。特别是发现以特定混合比例混合在规定温度以上会进行脱水反应的无机化合物和红磷阻燃剂，可获得阻燃性及防金属污染或腐蚀俱佳的成形品材料。
另外，含有阻燃材料的成形品中包含的会进行脱水反应的无机化合物有助于防止开关的电极开闭时在电极的触点间产生电弧后导致的绝缘性能下降。
开关的电极开闭时，在电极触点间有电弧产生，电弧温度一般为4000～6000℃左右。其结果是，电极、触点及开关的内部结构金属部件被加热，从该金属产生金属蒸气或熔融金属液滴并飞散，与此同时不仅是电弧，而且由于这些金属蒸气和熔融金属液滴，还使开关的外壳和开关内部结构的有机零部件被分解而产生游离的碳。此时，包含在成形品中的无机化合物产生绝缘性气体，在电路断路器的电极开闭时，该绝缘性气体使利用阻燃材料构成的成形品的外壳和内部结构部件等产生的游离碳、以及触点和内部结构金属部件产生的升华金属和飞散的熔融金属液滴形成绝缘体，可防止电弧产生后的绝缘性能下降。例如，会进行脱水反应的无机化合物为氢氧化镁时，产生的绝缘性气体为H2O。
此外，绝缘性气体使游离碳、金属蒸气及熔融金属液滴形成绝缘体时，由于触点附近会因电弧产生的高压蒸气而膨胀，所以产生的绝缘性气体不可能靠近触点附近，也不会在该触点部分形成游离碳、金属蒸气及熔融金属液滴的绝缘层，不会妨碍通电。
会进行脱水反应的无机化合物和热塑性树脂等混合时，为了防止无机化合物在混合的同时进行脱水反应，脱水反应的起始温度最好在250℃以上。
在250℃以上会进行脱水反应的无机化合物包括铝酸钙(Ca3Al2(OH)12)、硼酸锌(2ZnO、3B2O3、3.5H2O)、氢氧化钙(Ca(OH)2)、氢氧化镁(Mg(OH)2)等。
热塑性树脂为聚酰胺时，除了热塑性树脂、增强材料、无机化合物和红磷阻燃剂在混合时的设定温度之外，还要考虑到阻断放热，所以混合或成形时的温度应在340℃附近。这种情况下，为了在混合或成形时不使可进行脱水反应的无机化合物发生脱水反应，会进行脱水反应的无机化合物的脱水反应起始温度最好在340℃以上。另一方面，一般燃烧前的高分子分解起始温度在400℃～550℃的范围内，所以如果脱水反应起始温度过高，换言之，会进行脱水反应的无机化合物的脱水起始温度高于高分子分解起始温度，则不能够充分发挥阻燃效果，这是不希望的。
满足上述条件的会进行脱水反应的无机化合物包括氢氧化钙和氢氧化镁等。
此外，由于单位质量的吸热量越大，阻燃效率越高，所以最好为氢氧化镁。
会进行脱水反应的无机化合物中，从无毒性考虑，最好为氢氧化钙、铝酸钙和氢氧化镁。
在热塑性树脂的成形温度以上进行脱水反应的无机化合物如果在40重量％以上，则明显存在拉伸强度下降、成形品表面发白和开关的外观不佳等倾向。
可采用由苯酚包裹平均粒径为25～35μm的红磷而制得的红磷阻燃剂。
红磷阻燃剂的含量如果超过1.0重量％，则存在通电特性劣化的倾向，在含量超过1.8重量％时，这种倾向更明显。这种倾向是由红磷阻燃剂的含量比例增加而导致的。这种情况下会产生对金属的污染或腐蚀性大于红磷阻燃剂的磷化合物，如磷化氢(PH3)和磷酸(H2PO3)，在开关的触点处生成绝缘化合物，即触点处的金属被污染或腐蚀。
另一方面，如果添加的红磷阻燃剂不足0.5重量％，特别是不足0.3重量％，则阻燃效果不佳。
上述红磷阻燃剂的重量％以红磷量为基准。
为了防止通电特性的劣化，即防止金属被污染或腐蚀，红磷阻燃剂中最好包含红磷的表面涂剂及磷化合物吸附剂的至少1种。
红磷阻燃剂最好和防污染或防腐蚀剂并用。所谓防污染或防腐蚀剂是抑制红磷污染或腐蚀金属的物质，例如，树脂为聚酰胺时，可采用碱性物质作为防污染或防腐蚀剂。
不含在规定温度以上会进行脱水反应的无机化合物，仅含有红磷阻燃剂、增强材料和热塑性树脂的成形品在电弧产生后，有电阻下降的趋势。这是因为开关的外壳内表面和开关的内部结构部件表面附着了碳化层的缘故。
另外，由于红磷阻燃剂不是卤素阻燃剂，所以不会产生二噁英类物质。
如上所述，同时使用树脂、增强材料、红磷阻燃剂和在规定温度以上会发生脱水反应的无机化合物，特别是适当选择红磷阻燃剂和无机化合物的混合比例，可获得阻燃性和防金属污染或腐蚀性俱佳的开关用成形品。
即，上述混合比例中的红磷阻燃剂的添加量极少，碳化层的形成量也减少，且发生脱水反应的无机化合物产生的绝缘性气体使碳化层形成绝缘体，这样就防止了电阻下降，并抑制电弧产生后的绝缘性能下降，还由于红磷阻燃剂和可进行脱水反应的无机化合物两者的作用，能够提高阻燃性。
含有极微量(0.3～1.8重量％)的红磷阻燃剂和少量(5重量％～40重量％)在规定温度以上会发生脱水反应的无机化合物，可达到单独且大量添加前述无机化合物所不能够达到的阻燃水平。此时，从阻燃性及污染或腐蚀金属的角度考虑，前述无机化合物的含量为5重量％以上的较少量时较好，成形品的耐压强度不会下降，且成形品较薄。前述无机化合物的含量从5重量％开始逐渐增加，则阻燃性也随之提高。
和作为阻燃剂仅使用红磷阻燃剂的情况相比，通过并用红磷阻燃剂和在规定温度以上会发生脱水反应的无机化合物，在维持同等阻燃性的前提下，可减少所需要的红磷量，使防金属污染或腐蚀性有所提高。
并用在规定温度以上会发生脱水反应的无机化合物和红磷阻燃剂的情况下，如果会发生脱水反应的无机化合物为氢氧化物等碱性物质，则该无机化合物可作为红磷阻燃剂的防污染或防腐蚀剂使用，抑制金属污染或腐蚀的效果较好。
附图简单说明
图1为从侧面剖开本发明实施例1的开关而获得的剖面图。
图2为从平面剖开图1的开关而获得的剖面图。
图3为包含本发明实施例2的开关外壳底座的部分剖面的立体图。
实施例下面，利用实施例对本发明进行说明。
实施例1如下表1所示，用具有阻燃性的各种材料成形而得的试验片进行以下燃烧试验。
图1为从侧面剖开本发明实施例1的开关而获得的剖面图。图2为从平面剖开图1的开关而获得的剖面图。
是JIS C0074记载的燃烧试验，使加热至960℃的灼热金属丝和试验片接触30秒，观察移开该灼热金属丝后的状态。
试验片75mm见方，对其厚度无特别限定。
以火焰或红热在30秒内消失、且放置在试验片下的包装用薄纸未着火为判断标准。连续3次达到上述标准的试验片且具有一定厚度为合格，本试验中以合格厚度分级。
是IEC947-1记载的燃烧试验，在试验片上卷上镍铬丝，施加规定功率，对试验片加热直至起火。若起火，则切断电源记录到起火为止的时间。用各种材料的5个试验片进行试验。本试验中，到起火为止的时间在30秒以上为合格。
试验片长为150mm，宽为13mm，厚度任意。镍铬丝以6mm的间隔绕5圈。
采用实施例1的成形品进行以下金属污染或腐蚀性试验。
成形品为图1和图2所示外壳底座1。
被污染体或被腐蚀体(以下称为被污染体)为铜板(C11001/4H)和在该铜板上镀银的28×14×1mm的板状物2种。
通过超声波用丙酮清洗被污染体后，将该被污染体(铜板1块，镀银板2块)放置在图2所示底座底面5上。
然后，将该底座1的周围包起来，这是为了将从底座产生的金属污染气体或金属腐蚀气体包在里面，并使后述的温度槽(环境槽)内的气体难以进入包裹内部。
接着，将被包裹的试样底座1放置在温度槽(120℃)内，历时3000小时。
在温度槽内放置后，用SEM(电子扫描显微镜)和XMA(能量分散型X射线分析装置)对被腐蚀体和成形品(底座1)的非接触面进行分析，评估金属污染性或金属腐蚀性。
这里的被污染体的测定部位，可考虑和成形品(底座1)的接触面及非接触面两种情况，根据以下的事先研究，测定非接触面并进行评估。
在温度槽内放置后，用SEM(电子扫描显微镜)和XMA(能量分散型X射线分析装置)对被污染体和成形品(底座1)的接触面及被污染体和成形品(底座1)的非接触面进行分析，测定出被污染体和成形品(底座1)的非接触面中含有较多的红磷。这就可以推测出上述污染或腐蚀不是在和成形品的接触面产生的腐蚀，而是从成形品喷出的气体引起的污染或腐蚀。因此如上所述，在被污染体的成形品(底座1)的非接触面进行金属腐蚀性评估。
在温度槽内放置后，从被包裹的试样(底座1)取出2块镀银板，将其一部分重叠，对该重叠部分施加一定的接触压力，并在2块板间通过一定的电流(1A)，由试样重叠部分的电压降测定接触电阻。
测定接触电阻时的镀银试样的重叠部分为14×15mm，接触压力约为98KPa(约1.0kg/cm2)。
用SEM及XMA(电子枪所施加的电压为15kV)进行被污染体的表面分析。XMA的分析范围约为10×7mm见方。
通过SEM图像和XMA的测定峰(特别是由P和Ag测定峰换算出的质量比)进行被污染体的表面分析。
表1
( )内是推测-表示无数据 以下，对试验结果进行说明。表1所示为试样1～试样7的试验结果。
试样1～试样3包含40～50重量％的尼龙6、45～60重量％作为增强材料的玻璃纤维或玻璃纤维和硅灰石的混合物、作为阻燃剂的5重量％氢氧化镁和1.2～5.4重量％红磷。
试样4～试样6包含40～50重量％的尼龙6、20重量％作为增强材料的玻璃纤维、作为阻燃材料的30～40重量％氢氧化镁和0.3～1重量％的极少量红磷。
试样7包含50重量％的尼龙6、20重量％作为增强材料的玻璃纤维、30重量％只有一种作为阻燃材料的氢氧化镁。
试样1(红磷含量为5.4重量％，氢氧化镁含量为5重量％)的960℃GWFI的试验结果是1.5mm，显现出良好阻燃性，但金属污染性或金属腐蚀性存在问题。
在120℃放置约1000小时后，用SEM和XMA在表面各处观察到磷系化合物，并在镀银表面检测出磷。此外，还显示镀银板重叠处的接触电阻显著增加，检测出有磷。用该阻燃材料形成的成形品作为开关外壳使用时，磷化合物可能会在静触点2和动触点3的表面析出，引起导电不良。
由于在镀银板中检测出了磷，所以比镀银板更容易检测出磷的铜板就不进行SEM和XMA分析。
试样2(红磷含量为1.8重量％，氢氧化镁含量为5重量％)及试样3(红磷含量为1.2重量％、氢氧化镁含量为5重量％)的960℃GWFI的试验结果是2.0mm，显现出良好阻燃性，且金属污染性或金属腐蚀性良好。
在测定铜板的污染性或腐蚀性时，虽然检测出若干磷(P/Cu＝0.03)，但量很少，不至于影响开关的使用。
试样4(红磷含量为1.0重量％，氢氧化镁含量为40重量％)及试样5(红磷含量为0.5重量％、氢氧化镁含量为30重量％)的960℃GWFI的试验结果是1.5mm，且HWI的试验结果是1.5mm，显现出良好阻燃性。至于金属污染性或金属腐蚀性，由于与试样4及试样5相比，红磷含量更高且作为防污染或防腐蚀剂的氢氧化镁的含量较低的试样2和试样3的镀银板在污染试验或腐蚀试验中未检测出磷，所以可推测出，和试样2及试样3相比使磷检测出的因素更少的试样4和试样5的镀银板在污染试验或腐蚀试验中不会检测出磷。
试样5是在试样7中添加微量红磷(0.5重量％)的试样，其金属污染性或金属腐蚀性良好，且阻燃性明显优于试样7。由于仅用氢氧化镁作为阻燃剂，所以为了获得同等阻燃性，必须含有更多的氢氧化镁(例如，氢氧化镁含量超过40重量％)。但是，如果氢氧化镁含量超过40重量％，则成形品表面会发白等而导致外观明显不佳，且耐压强度下降，这是不希望的。
试样6(红磷含量为0.3重量％、氢氧化镁含量为30重量％)的960℃GWFI的试验结果是以1.5mm为不合格、从2.0mm为合格，且HWI的试验结果是以1.5mm为不合格、以2.0m为合格，显现出良好阻燃性。至于金属污染性或金属腐蚀性，镀银板和铜板中都未检测出磷，说明上述特性良好。
试样7是不含红磷的比较例，证实其金属污染性或金属腐蚀性良好，但阻燃性比试样1～试样6差。
从以上结果可看出，试样2～试样6的阻燃材料制得的成形品具备良好的阻燃性，且金属污染性或金属腐蚀性良好，特别是试样4及试样5的阻燃材料制得的成形品的阻燃性、金属污染性或金属腐蚀性都更为优异。
可以推断，红磷含量在1.8重量％以下时，如果氢氧化镁含量在5％以上，则污染性或腐蚀性不会出现问题，作为防污染剂或防腐蚀剂的效果很好。试样4～试样7中混入了30～40重量％的氢氧化镁，这种高含量有利于提高阻燃性。
实施例2图3为包含本发明实施例2的电路断路器外壳底座的部分剖面的立体图。图3中，11为电路断路器的外壳底座；13为具有底座11的外表面、在远离未图示的触点间产生电弧的位置所设置的底座底部，它是机械强度良好的结构材料，例如由热固性树脂、热塑性树脂单体或这些树脂与实施例所述的相同增强材料的复合物构成；15为被底座11的未图示的触点间产生的电弧照射到的位置所设置的底座被电弧照射部分，由实施例1所述的复合物形成。为了便于说明，在底座的被电弧照射部分15画上了阴影线。
将底座基部13的复合材料和底座被电弧照射部分15的复合材料分别配置在未图示的模具的规定位置上之后，对这两种复合材料加热加压就可制得底座11。
如上所述，由于底座11的底座被电弧照射部分15配置了阻燃性和金属污染或腐蚀性良好的成形品，远离电弧产生源的底座基部13由机械强度良好的结构材料制得，所以不会使蠕变性恶化，可不致于使电弧产生后底座11表面的绝缘电阻下降。
实施例2中，仅对作为底座11内表面一部分的底座被电弧照射部分15、特别是被电弧照射而绝缘电阻下降严重的触点周围配置实施例1的混合物的例子进行了说明，事实上对于整个底座11内表面配置实施例1的混合物也都有效。
产业上利用的可能性由于本发明的开关具备由包含35～50重量％的树脂、20～60重量％的增强材料、5～40重量％在规定温度以上会进行脱水反应的无机化合物和0.3～1.8重量％的红磷阻燃剂的阻燃材料形成的成形品，所以其阻燃性及金属污染性或金属腐蚀性良好。
红磷阻燃剂含量如果为0.5～1.8重量％，则阻燃性更佳。
无机化合物含量如果为30～40重量％、红磷阻燃剂含量如果为0.5～1.0重量％，则金属污染性或金属腐蚀性更佳。
树脂如果为热塑性树脂，则成形容易，且成形品可以较薄。
如果热塑性树脂为聚酰胺，则电弧产生后的绝缘性良好。
如果成形品为外壳底座，则阻燃性、电弧产生后的绝缘性和机械强度等都很好，而且能够实现开关的小型化。
如果在触点间产生电弧处的附近具备成形品，在其他部分具备机械强度优于前述成形品的结构材料，则抗蠕变性优异。
权利要求
1.开关，其特征在于，具备由包含35～50重量％的树脂、20～60重量％的增强材料、5～40重量％在规定温度以上会进行脱水反应的无机化合物和0.3～1.8重量％的红磷阻燃剂的阻燃材料形成的成形品。
2.如权利要求1所述的开关，其中，红磷阻燃剂含量为0.5～1.8重量％。
3.如权利要求1所述的开关，其中，无机化合物含量为30～40重量％、红磷阻燃剂含量为0.5～1.0重量％。
4.如权利要求1所述的开关，其中，树脂为热塑性树脂。
5.如权利要求4所述的开关，其中，热塑性树脂为聚酰胺。
6.如权利要求1所述的开关，其中，至少部分外壳底座具备成形品。
7.如权利要求6所述的开关，其中，在触点间产生电弧处的附近具备成形品，其他部分具备机械强度优于前述成形品的结构材料。
全文摘要
本发明的开关具备由包含35～50重量%的树脂、20～60重量%的增强材料、5～40重量%在规定温度以上会进行脱水反应的无机化合物和0.3～1.8重量%的红磷阻燃剂的阻燃材料形成的成形品。本发明的开关具备良好的阻燃性及金属污染性或金属腐蚀性。
文档编号H01H9/00GK1358319SQ00809429
公开日2002年7月10日 申请日期2000年5月24日 优先权日2000年5月24日
发明者舟木浩志, 胜部俊一, 福谷和则 申请人:三菱电机株式会社