装热控块的热熔断器以及制造热控块的方法

专利名称：装热控块的热熔断器以及制造热控块的方法
技术领域：
本发明一般涉及装热控块的热熔断器及为此使用的热控块的制造方法，具体涉及采用热塑性树脂作热敏材料的装热控块的热熔断器。
背景技术：
热熔断器通常分为两类，取决于所采用的热敏材料装有采用非导电热敏材料作热控块的热熔断器，以及采用导电低熔点合金作可熔合金的热熔断器。这两者都是所谓的非可逆的在一规定温度下工作的热控开关，用以切断设备、装置等中的电流或当周围温度升高的时候为保护这些设备装置免遭损坏而提供导电通路。热熔断器在取决于所采用热敏材料的某一温度下操作。一般说来，作为保护性电器元件产品，它的操作温度范围在60-240℃，额定电流范围在0.5A-15A，这是一种电保护方法，用来在常温下原先为通路状态或断路状态，转换成在一预定温度下为断路状态或通路状态。装热控块的热熔断器采用非导电热控块，这些热控块装入两端带有引线的壳体内，有个压缩弹簧一类东西施力于一可移动导电体上。热控块由具有预定熔化温度的化学物质制成，选造粒，然后形成为块。
通常实际使用的装有热控块的热熔断器是采用一种通常由单种具有已知熔点的有机化合物制成的热控块，此时与粘结剂混合强化造粒效果，与润滑剂混合保证填充密度均匀，与颜料混合用来区分热控块的种类。例如装有单种有机化合物为热控块的热熔断器，已知有日本专利公开号为60-138819所述的。它采用一种纯化学物质4-甲基繖形酮(作为一种有机化合物)用于热控块。而且已知混合两种或以上有机化合物，它所提供的熔点不同于原先原料的熔点。例如日本专利公开号2002-163966和62-246217都揭示了两种或以上已知有机化合物混合在一起提供低共熔物，它的熔点要低于原先这几种有机化合物。这些专利还描述了所获得的低共熔物具有的热稳定性与绝缘性。在那种情况中，装热控块的热熔断器采用由纯化学物质制成的热控块部件，且据称如果偶然引入另任何一种化学物质，其熔点会发生变化。因此，热熔断器通常采用保证试剂或其它相似的高纯试剂制造热控块，且所有这些化学物质为低分子化合物。而且，所有这些均由粉末状化学物质制成。如果所述试剂是单种化学试剂，它就直接成形为块。如果所述试剂包含两种以上化学试剂，则先将它们混合在一起，然后成形为块。对于热控块熔化时的绝缘电阻，日本实用型专利申请6-12594提出了解决与成块有关问题的方法。
通常作为热敏可熔材料，它包括石蜡，日本专利公开50-138354和日本实用专利申请51-145538所公开的一种抗热非导电合成树脂等用作热熔断器。他们利用的是热敏材料本身的可熔性。然而这些材料并未商业上应用，因为它们所选用的材料性质、结构等具有尚需解决的问题。
当装有热控块的热熔断器所遭遇的温度高达接近于其熔点时，该热控块会升华，因而尺寸减小。而且，由于热控块的潮解性，遇潮气，水等会溶解。无论那种情况，都会引起装有热控块的破坏。正因如此，这类装有热控块的热熔断器的热稳定性，物理或化学稳定性很差，易受环境影响。另外，由于这类热控块是由粉体压实成形的，因而在其生产过程中，会因强度不够而导致裂纹、剥落等，这类装有热控块的热熔断器还有一个缺点，其特点在于操作后绝缘电阻较低，如日本专利公开2002-163966和日本实用性专利申请6-12594就提出过这个问题。而且近年来，对熔断器有一种不断的要求，即要求其提供快速响应，要提高它的响应速度。为了着手解决上述缺点，提出过种种解决方法。然而，这些方法都不能令人满意，没有一种能都解决这些问题的材料。例如，下面会详细叙述，具有高绝缘电阻的材料不一定是非潮解性的。它却比其它材料更易溶解。还有一个缺点是容易升华。
如上所述，采用热控块的热熔断器用的是相对较纯的化学物质作热敏材料，且该物质先造粒，再形为成一预定形状作为热控块。制成热控块的材料易受环境条件的影响而软化、变形、升华、潮解等，还有许许多多与生产工艺步骤有关的问题，以及产后的储存条件等问题。例如，如果热控块本身由潮解性材料形成，当暴露外部空气中，它会发生变形、溶解等一类变化。因此，必须要进行严格密封处理阻断与外界空气接触。而且，由于热控块由粉末模压而成，因此其机械强度较弱，且在组装热熔器过程中，弹簧的作用力会使热控块变形而造成缺陷。另外，如果制成的热熔断器成品储存在高温高湿度环境中，热控块会发生升华、潮解等一类变化，会影响产品寿命，也有损于其电特性。采用常规化学物质，特别是低分子量化学物质的热控块，当暴露在高温高湿环境中会明显软化与变形。因尺寸变小而引发接触性能上的缺点。因此，需要有一种装热控块热熔断器，所述热控块在使用时几乎不受周围环境，时间变化的影响，且即使储存于恶劣气氛，遭遇高温高湿、有毒气体等一类条件，热控块本身也不产生毛病。
采用树脂材料的常规热熔断器利用树脂材料的可熔性。然而，没有一种特定方法能设定操作温度，且操作温度的精确度也不能令人满意。而且，由于不清楚精确的操作温度，缺少实际应用性，还有其它不足之处，需要装有热控块的热熔断器能克服这类不足之处。至于响应速度问题，也尚未指明过一种特定解决方法，且没有一种热熔断器可以提供实际使用的快速响应。而且，所采用的树脂很难选择，因为它的性质变化范围太宽。例如，如果树脂材料利用结晶热塑性树脂的熔点，则该熔点会随树脂的结晶度、组成等情况有明显的变化，且熔断器的操作温度不仅取决于熔点。如果操作温度不作调节，仅靠热塑性树脂的熔点进行选择，则选择范围有限，且没有材料能满足热熔断器实际应用中所要求的操作温度的范围。还有，甚至结晶热塑性树脂的熔点具有较宽的热吸收峰，这种宽吸收峰离热熔断器所要求窄吸收峰材料相去甚远。而对于无定形热塑性树脂，又不能利用其本身熔点。

发明内容
用于热控块的热敏材料的一个物理性质与化学性质被指明来用于材料选择，且根据一种新颖的好的调节方法能确保预定的操作温度，因而提供实际可用的装热控块的热熔断器。更具体地说，常规热控块的各种物理与化学上的缺点，一般可通过确定温度设置的方法来提供新颖的好的装热控块的热熔断器，以及为此制造热控块的方法。
具体是，选择一种热敏材料，所要求的操作温度通过设定温度以减少热控块的升华的方法进行调节，由此提供性能好的热控块。另外，所提供的热控块能在高温下使用，因而热稳定性好，且受水、乙醇等一类材料的潮解性下降。还有，所提供的热控块的机械强度有所提高，减少了开裂、剥落等一类情况造成的缺陷，且提高了其高温下的介电强度与绝缘电阻。由于具备这些特性，所提供装热控块的热熔断器能获得较为满意的操作温度精确度与响应速度，还能在高温下使用，即具有较好的热稳定性。
如果采用常规，低分子量的纯化学物质，且利用其熔点作为操作温度，则热敏材料可从成千上万种材料中进行选择。然而，如果热敏材料为高分子量物质，则操作温度的设定就成问题而需要解决，使熔断器以较高的精确度操作。而且，所提供的装热控块的热熔断器是使用高分子量物质，可以包括较宽的温度范围。此外，与常规方法不同，本发明提供的方法采用热稳定性、物理与化学稳定性都好的热敏材料，有助于热控块的制造。
为了达此目的，本发明装热控块的热熔断器包括一个由热敏材料制成的热控块，这种热敏材料选自高分子量物质的热敏树脂，它所具有的热变形温度可用温度设定法调节到任何使用的所需操作温度。更具体地说，热熔断器包括圆柱状壳体；其内装有由热敏材料成形的热控块，该热敏材料受热时发生热变形；连接在壳体一个开口的由第一引线件形成的第一电极；连接在壳体的另一个开口的由第二引线件形成的第二电极；置于壳体内的可移动的导电部件，它与所述热控块御接；装在壳体内的弹簧的弹力，它施力于可移动导电部件上，其中所述热控块由受热时显示塑性的高分子量物质制成；热控块用温度设定方法调节其热变形程度；所述热控块在受到来自弹簧施加的力的情况下，受热至所需操作温度时变软或熔化而热变形；且当所述热控块加热到所需操作温度时，对第一与第二电极之间的电路起开关作用。更具体地说，它包括由热塑性树脂制成的热控块，此热控块在一预定温度下热变形，装有热控块的圆柱状壳体，靠近该壳体一个开口的第一引线件，靠近该壳体另一个开口的第二引线件，以及装在壳体内可移动的导电部件和由强压缩弹簧和弱压缩弹簧组成的起开关作用的弹簧件，用温度设定法，将使热控块软化或熔化的变形温度调节到所需的操作温度。具体是，热控块可以或由高分子量无定形热塑性树脂或由结晶热塑性树脂制成。对于无定形热塑性树脂，方法是将所需操作温度调节到高于软化温度(Tg)的一个温度范围之内，而对于结晶热塑性树脂而言，利用的是由外推初始熔点(Tim)和熔化温度的峰值(Tpm)所代表的熔融温度特性的温度之差。而且，对于后者，结晶度、退火方法、或添加晶核也可用于本方法。
另外，本发明的温度设定方法可以采用一只弹簧，按需要设置施加在热控块上的力而调节操作温度。而且最好使用烯烃树脂，可以使用热塑性树脂的聚合反应、共聚反应，与弹性体或聚合物混合，或可以添加增塑剂等来设定热控块自身的热变形温度。另外，热控块的机械强度可以进行改变，提供各个热变形温度。更具体地说，可以通过添加填料等，改变热控块的尺寸，进而改变热控块上受到的负载，在热控块与弹簧之间引入或不引入一个插板，改变此板的尺寸，或改变类似物理外形等来达到。
本发明的装热控块的热熔断器包括由结晶高分子量物质形成的热控块，它在一预定温度下变形；装有热控块的圆柱状壳体，连接在壳体一个开口的由第一引线件形成的第一电极；连接在壳体的另一个开口的由第二引线件形成的第二电极；置于壳体内并与所述热控块御接的可移动导电部件；施力于可移动导电部件上弹簧，其中所述热控块在所需操作温度下热变形，而对第一电极与第二电极之间的电路起开关作用。所述热控块的操作温度用温度设定方法来决定。在一预定温度下熔化或软化的热敏材料制成的热控块，最好采用结晶热塑性树脂作为基本材料，其中可以加入各种添加剂、增强材料或填料等。另外，为了获得所需操作温度，可以改变基本材料即结晶高分子或结晶热塑性树脂的聚合度或采用其它类似方法来调节熔点。更具体地说，如果必需要调节操作温度，可以选择基本材料，且按需要对基本材料进行聚合、共聚、增塑或与其它材料混合。而且，在合成与提纯这些基本材料即高分子物质或热塑性树脂时采用的催化剂可以改变，以便提供不同机械强度、不同分子量与不同熔点的材料。由此而得到的热控块可以防止与潮解或升华有关的质量损失。遇水潮解现象几乎消失，且提高了介电特性，同时机械强度增加，也消除了裂纹与剥落，从而消除了缺陷。本发明的装热控块的热熔断器包括由结晶高分子量物质而成的热控块，它在一预定温度下熔化或软化；装有热控块的圆柱状壳体；连接在壳体一个开口的由第一引线件形成的第一电极；连接在壳体另一个开口的由第二引线件形成的第二电极；置于壳体内并与所述热控块御接的可移动导电部件；施力于可移动导电部件上的弹簧，其中所述热控块在所需操作温度下热变形而对第一电极与第二电极之间的电路起开关作用。其中按照取决于该热控块本身潮解性与升华性的质量损失程度来选择热控块。
本发明提供制造装热控块的热熔断器方法，该热熔断器包括由结晶高分子量物质形成的热控块，它在一预定温度下热变形；装有热控块的圆柱状壳体；连接在壳体一个开口的由第一引线件形成的第一电极；连接在壳体的另一个开口的由第二引线件形成的第二电极；置于壳体内并与所述热控块御接的可移动导电部件；施力于可移动导电部件上的弹簧，其中所述热控块在所需操作温度下热变形而对第一电极与第二电极之间的电路起开关作用，其中热控块采用注射成形、挤压成形、薄板冲压成形或重熔成形等方法成形。热控块一般由粉末模压而成。与此不同，本发明还可以采用熔融成形，因而可以采用注射成形、挤压成形、薄板冲压成形或其它相似工艺方法。本发明不仅能提供常规几何形状的热控块，还有可以形成带有空腔、凹陷、孔洞等一类形状的热控块。如此大的成形自由度有助于提供具有快速响应能力的热控块，还降低了生产成本。因而可以提供价廉、具有快速响应能力的热熔断器。而且，为了改进在气体屏蔽性、高吸湿性一类情况下存在问题的热控块的特性，较好可在局部或全部用不同的热塑树脂。
本发明的热控块仅由高分子热塑性树脂的热敏材料制成，是聚合的、共聚的，混合的，还可使用各种添加剂。这样一种设定温度的方法允许热熔断器可从更宽热敏材料范围中选择制成，具有更宽的操作温度范围，而且不仅可以弥补常规的温度范围，还可以选择在更高温度范围内还呈稳定的材料。还有，由于在选用材料中以及使用添加剂中考虑了热控块的物理与化学性质，使得热控块更容易成形，成形的热控块强度增加了，阻止了变形，延长了寿命，提高了操作稳定性。特别是，简化的制造工艺和热控块的强度有助于将热控块部件装入热熔断器，降低了熔断器成本。而且，如果熔断器在高湿度条件下存放长时间或存放在有害气体环境中，熔断器能稳定相当长一段时间，防止腐蚀和绝缘性能受损，不仅在储存期内，且在使用中，该熔断器能防止电性能与其它类似性能的下降，还能防止因时间过长而发生的变化，因而使熔断器在预定的温度稳定工作，从而提高熔断器稳定性、可靠性和其它类似的实际效果。
而且，本发明的温度设定方法容许采用的弹簧部件具有强压缩弹簧与弱压缩弹簧的组合调节，能改变施加的压力，因而可以得到任何所需的操作温度，不管热敏材料是结晶态还是无定形态。对于结晶热塑性树脂来说，由JIS-K-7121定义的外推初始熔化温度(Tim)和峰值熔化温度(Tpm)之间的温差被用来提供在宽广范围内设定操作温度的装热控块的熔断器。另外，对于无定形热塑性树脂来说，热变形温度可以调节在高于软化温度(Tg)的温度范围内，且可以将树脂压成所需的热控块装入熔断器。设定温度的另一种方法可以是将热塑性树脂自身共聚，将弹性体或聚合物混合，或添加如滑石为代表的填料或增塑剂等调节来热变形温度。换言之，在本发明中，通过对高分子物质的热塑性树脂进行化学与物理加工和主体构造为代表的弹簧压力产生的热变形温度的改变，使得可以调节所需的热变形温度，且设定操作温度，并提供其它类似的明显的作用。
本发明装热控块的熔断器可用于交流适配器、充电器、马达、蓄电池或用在移动设备中的其它类似器件，办公设备，车载设备与其它各种家用电器中作为保护性器件，用来精确探测异常过热，在预定温度下迅速切断电路或让电路异通。
本发明上述与其它目标、特征、内容与优点在后面连同本发明附图一起的详细说明中获得更分清晰的了解。


图1为装有本发明热控块的热熔断器在操作前截面图。
图2为装有本发明热控块的热熔断器在操作后截面图。
图3A-3F是本发明热熔断器中使用的热控块的各个透视图。
图4所示为本发明热熔断器中的热控块所采用的热塑性树脂的升华特性曲线。
图5所示为本发明热熔断器中的热控块所采用的均相PP的DSC特性曲线。
图6所示为本发明热熔断器中的热控块所采用的无规共聚PP的DSC特性曲线。
图7所示为本发明热熔断器的热控块在长期储存中发生的变化。
图8所示为反映响应速度差别的特性曲线，响应速度取决于本发明热熔断器的热控块经过了机械加工与否。
图9所示为本发明热熔断器的热控块的结晶度与操作温度变差之间的关系特性曲线。
图10所示为装有常规热控块的熔断器的用作热控块的热敏材料的升华特性曲线。
图11所示为装有常规热控块的熔断器的用作热控块的热敏材料(其操作温度为152℃)的DSC特性曲线。
图12所示为装有常规热控块的熔断器的用作热控块的热敏材料(其操作温度为169℃)的DSC特性曲线。
具体实施例方式
本发明装有热控块的热熔断器包括由高分子量热塑性树脂形成的热控块，它在一预定温度下会热变形；装有热控块的圆柱状壳体；夹装而连接在金属壳体一个开口的第一引线件，使壳体内壁作为第一电极；连接在壳体另一个开口的绝缘套管；穿过套管，其尾部作为第二电极的第二引线件；位于壳体内，并与壳体内壁御接因而与热控块御接的可移动触头(这里也称为“可移动导电件”)；位于壳体内施力作用于移动触头上的压缩弹簧件(这里也称为“弹簧件”)。采用在受热时呈现塑性的高分子物质形成热控块，采用温度设定方法调节热控块的热变形程度。弹簧件向热控块施力，当热控块受热达到所需操作温度时，就软化或熔化因而变形，此第一电极与第二电极就被隔断或连通，起开关作用。
更具体地说，压缩弹簧件由强弱压缩弹簧组成，强压缩弹簧顶着弱压缩弹簧的回弹性施力，推动可动触头与第二电极接触。具体是，强压缩弹簧安置在热控块与触头之间，有个压板装在弹簧另一端，以便制造，也有利于弹簧稳定工作。如果这种热熔断器的热控块的温度升高到热变形温度，则热控块发生变形，且弱压缩弹簧施力使可动触头移动，切断电路，使热熔断器正常时为通路，异常时为断路。正如这里所述，本发明采用的热塑性树脂不一定为100％晶质；它可以是半晶质热塑性树脂、无定形热塑性树脂等，且可以与温度设定法组合使用。
表1所示为可用作装热控块的热熔断器的热敏材料的结晶热塑性树脂以及它们的熔点。本发明设定温度的方法可以根据树脂的化学与物理性质用来调节所需的操作温度。与此不同，可用作热敏材料的无定形热塑性树脂包括聚氯乙烯(PVC)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酯(PC)、改性聚苯醚(PPE)。
表1

在本发明中，无定形热塑性树脂用来制造热控块，温度设定方法能使在操作温度下的热变形调节在等于或高于软化点(Tg)的温度范围内，以便使装有热控块的热熔断器在异常状态下工作。
还有，也如表1中部分列出的，本发明热熔断器可以采用结晶热敏树脂形成热控块。这些结晶热敏树脂包括低密度聚乙烯(LDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超大分子量聚乙烯、极低密度聚乙烯(VLDPE)和其它类似的聚乙烯(PE)、以及聚缩醛(POM)、聚丙烯(PP)、乙烯乙酸乙烯酯共聚物(EVA)，乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、聚甲基戊烯(PMP)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、氯乙烯三氟乙烯共聚物(ECTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、全氟烷氧基烷(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯-二氟乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯-乙烯共聚物(EFEP)和其它类似的含氟树脂(FR)，还有聚酯基的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚亚苯基硫醚(PPS)、聚酰胺(PA6、PA6-6、PA-12、PA11、PA 9T、PA 6T、PA 46、PA 6-10、PA MXD6)和类似的直链脂族聚酰胺、聚乙烯醇(PVA)、聚醚醚酮(PEEK)、液晶聚合物(LCP)、聚，1，4-亚环己基二亚甲基对苯二酸酯、乙烯和丙烯酸甲酯二元共聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸乙酯二元共聚物(EEA)、乙烯-丙烯酸丁酯二元共聚物(EBA)、乙烯-丙烯酸酯-酸酐单体的三元共聚物等。
如果采用结晶热塑性树脂制造用于热熔断器的热控块，则可以利用弹簧施力，使得在所需的设定温度，热控块受热发生变形，像开关那样或切断或导通第一电极与第二电极之间的电路。更具体地说，操作温度用温度设定法进行调节，一开始选择结晶热塑性树脂的熔点为基点，然后根据需要由外推的初始熔化温度(Tim)和外推的结束熔化温度(Tem)来决定热变形温度。对于普通低分子量化合物，峰值熔化温度(Tpm)与外推的初始熔化温度(Tim)之间较小的差值更适宜于那些用于热熔断器的热控块的材料。根据本发明，设定温度的自由度可在一定范围内提供Tim和Tpm的温度而得到。换句话说，Tim和Tpm的温度之差等于或大于5℃或10℃，视所选的材料而定。Tim与Tpm的温度差值可用来调节操作温度的变化具有正确值。另外，根据本发明，如果使用单个弹簧件，采本发明的温度设定法可按需要设定施加在热控块上的负载力，调节不同的操作温度。
本发明的特点在于采用温度设定法调节所需的操作温度，所述方法包括按照结晶度选择结晶热塑性树脂，提高其操作精确性。例如，装有热控块的热熔断器要求热控块由结晶度至少为20％，至少30％，或至少40％的热敏材料制成，但是可按照热变形温度如何变化来选择优选的结晶度。热塑性树脂的结晶度还可以经过退火或添加晶核进行调节，就可以设定热控块的变形温度，这种效应对于具有高结晶度的聚烯烃特别明显。另外，还可以有另一种温度设定方法即通过调节所采用的热塑性树脂的共聚反应，与弹性体混合，与聚合物混合，或填料或增塑剂的添加。而且，通过加于热控块上的力可以改变热控块的热变形温度，这个力可以是调节强压缩弹簧与弱压缩弹簧的负载值，改变插在强压缩弹簧与热控块之间压板件的大小来调节负载值而改变，或调节热控块自身的大小与体积等方法来按需要改变。另外，如遇需要，这些方法可以组合使用。另外，还可以通过改变热控块的机械强度来调节热控块的热变形温度。
根据本发明，热控块可以由两种或两种以上高分子物质形成的热敏材料制得，这些物质例如已列在表1与表2中。另外，可以采用聚合物的混合和/或聚合物的合金化，或者调节聚合反应或共聚反应来调节热变形温度。例如，聚合、共聚或缩聚可以提供不同性质的热敏材料。更具体地说，对于乙烯与丙烯酸盐的共聚反应，特别是与丙烯酸甲酯的共聚反应，可以获得乙烯和甲基丙烯酸酯的二元共聚物(EMA)。对于乙烯与丙烯酸乙酯的共聚反应，可以得到乙烯-丙烯酸乙酯的二元共聚物(EEA)。对于乙烯与丙烯酸丁酯的共聚反应，可以得到乙烯-丙烯酸丁酯的二元共聚物(EBA)。另外，还可以有乙烯、丙烯酸酯与酸酐单体三元共聚物，等等。这些有助于扩大选择操作温度的范围，这是热熔断器的重要因素。还有，如果将两种热塑性树脂混合，它们可能在分子水平上充分混合在一起。然而，通常会出现相分离现象，或者两者兼容性差。一般说来，两种热塑性树脂在分子水平上完全混合在一起的话，则呈现的性质介于两种热塑性树脂之间。而且，如果两种树脂的优点合乎需要的话，则可以以相分离形式使用，例如PA 6与橡胶(乙烯-丙烯橡胶)混炼一起提供，或PA 6与橡胶混炼在一起，可经共聚反应再提供PA 6/乙烯-丙烯橡胶无规共聚物橡胶混合物。特别是本发明中橡胶的塑性可以认为是强度的特性，然而本发明主要是改进生产方法与生产工艺，使产品达到熔点的目标值。还有另一种组合，HDPE与PA可以混合在一起，再添加增容剂来提供聚合物的混合物。还有另一种混合物例子，是EVA、PA、PP与EVOH的混合聚合物。这些是用作薄膜的例子。如果这些材料都分别单独用作薄膜，则其气体屏蔽性较低。而它们各自与EVOH混合，就具有高气体屏蔽性，提供具有高气体屏蔽性的混合聚合物。
根据本发明，苯乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚酯树脂和含氟树脂可以选用，用来聚合、共聚或缩聚，从而调节热变形温度。这里有一个例子就聚酰胺树脂而言，选用熔点为220℃的PA 6，与PA 6T共聚，得到熔点为295℃的PA 6/6T共聚物。另外，PA 6与熔点为260℃的PA 66共聚，得到熔点为196℃的PA 6/66共聚物，而PA 66/6共聚物的熔点为243℃。表2列出了具有这种结晶度和各自熔点的热塑性树脂。
表2

特别是聚酯树脂与含氟树脂共聚物，它们的熔点范围相对较宽。此外，无定形热塑性高分子橡胶、聚酯等可以混合提供具有塑性的热控块。例如，苯乙烯弹性体、烯烃弹性体、聚酰胺弹性体、氨基甲酸酯弹性体、聚酯弹性体可以组合成混合物，且聚烯烃的效果较佳。更具体地说，对于聚酯类的混合物，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)与聚醚嵌段共聚物市场有售，是Du Pont-Toray Co.Ltd.生产的商品Hytrel。这种共聚物的熔点范围较宽，在154-227℃之间。如果PBT单独用来制造热控块，则热控块的硬度提高，还可能出现裂纹。具有橡胶弹性体功能的PBT与聚醚的嵌段共聚物提供的热控块具有塑性。如果它被用在热熔断器中，则熔断器具有可调的操作温度，如果温度到达时，热控块会平稳地变形，结果还能获得更快的响应速度。
对于含氟树脂，改变共聚物单体的比例，可产生各种共聚物。特别是四氟乙烯-六氟丙烯-1，1二氟乙烯共聚物可在低温下使用，可对它的单体的比例进行调节，使所选熔点在110-195℃之间。一个例子日本3M公司产的Dyneon THV。另外，装有热控块的热熔断器具有很宽的温度范围现在已生产，市场有售，这样宽的温范围用常规方法是无法达到的。首先包括PTFE，它的操作温度，约327℃，PFA与FEP分别约为305℃与270℃。须指出，含氟树脂具有优异的化学耐性，如果连续使用，PTFE能耐受260℃，PFA耐受260℃，FEP耐受200℃。这样，采用这种树脂热控块的热熔断器呈现的热稳定性要明显好于采用常规化学物质经粉末压模而成的热控块的熔断器。
本发明的温度设定方法通过二种以上高分子物质的共混聚合物，聚合物合金等聚合混炼方法调节热变形温度。它们选自表1和表2所列的材料，表中还列出了可变的混合比例(或单体比例)。EVAL就是由KURARAY CO.，Ltd.生产的EVOH的商品，这里将予以说明。EVOH是乙烯-乙烯醇的共聚物，通过改变聚合物的乙烯含量，可以提供不同熔点的材料。F101的乙烯含量为32mol％，其熔点为183℃，E105的乙烯含量为44mol％，其熔点为165℃。G156的乙烯含量为47mol％，其熔点为160℃。改变乙烯含量不是为了改变熔点，而是用来改善气体屏蔽性、可加工性能等等，因为这是EVOH所要求的。另外，根据本发明，改变聚合程度也有可能调节热变形温度。聚合程度由改变分子量的分配而进行控制，因而可以提供不同平均分子量的材料。因此，得到的是密度不同的结晶热塑性树脂。结果，可以获得具有同种组分却有在密度上可控制的不同操作温度的热控块。下面拿聚乙烯(PE)举例说明。PE按密度分类，它的熔点取决于密度。
LDPE密度0.910-0.935，熔点105-110℃HDPE密度0.941-0.965，熔点130-135℃另外，除了这种PE之外，还有熔点在120-130℃之间的LLDPE，熔点在135-138℃之间的超大分子量的PE，等等。对于同种材料，通过密度可改变温度。然而，热变形温度不仅可以通过聚合程度进行调节选择，还可以通过LDPE与HDPE或LLDPE的混合进行调节选择。另外，还可以在结晶高分子物质、热塑性树脂等中添加增塑剂来降低热变形温度。
根据本发明，按要求可以在结晶高分子物质中添加辅助材料。辅助材料一般可区分为添加剂、增强材料和填料。添加剂通常包括抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、晶核、增容剂、着色剂、抗菌剂、防霉剂、润滑剂与起泡剂等。其中对热熔断器最重要的是抗氧化剂与热稳定剂，尤其对高温时的热稳定性而言，晶核用于提高结晶度，利用结晶树脂的特点，着色剂用来显示熔断器的操作温度范围。
增强材料包括云母、碳酸钙、玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维等。它们可在共聚、弹性体混炼等时添加，使得热控块或比要求的更容易软化，或使得热控块在高温下能够维持其几何尺寸。填料包括滑石、粘土、碳酸钙与类似的增量剂、阻燃剂、抗静电剂、增塑剂等。增量剂引入树脂中用来降低树脂材料的成本。引入阻燃剂使树脂不易燃烧。引入抗静电剂是用来防止树脂储存时电荷的累积。
另外，热控块的几何尺寸也可用来调节热变形温度。例如，热控块中可以添加填料一类材料；热控块可以改变其大小或形状；热控块与弹簧之间插有夹板来进行适当修正。热控块的几何尺寸得以改变，从而可以调节其机械强度，从而改变热变形温度。
本发明的另一方面，依据潮解性，为避免热控块本身的潮解性，采用质量减损率方法来选用热控块。例如可以用下述标准选择，将材料浸没在23℃的水中，长达24小时，其质量减损率等于或小于5质量％，较好是其质量减损率等于或小于1质量％。这就是说，要为熔断器选用不溶于水的热控块。如果热熔断器的热控块选用的是溶于水的热敏材料，则熔断器在储存中或使用中达到异常温度之前就发生操作或以后操作失灵，或者与水发生反应，须进行纠正。不管何种情况，均会引起热熔断器的毛病，必须避免。
另一方面，本发明装有热控块的热熔断器是按照因升华而引起的质量减损率进行选择，用以避免热控块本身因升华造成的后果。更具体地说，热控块最好经热重分析(TG)，在预定升温速率下加热到一预定温度，随后测得的质量减损率作为选用依据。例如，所选用的热控块，当其在升温速率至少为5℃/分加热到操作温度时，质量减损率最好＜5质量％，更佳＜1质量％。使用这种选用标准的方法可防止因升华造成的毛病。因此，防止采用易升华的材料，有助于选择不易升华材料，可以防止在预定异常温度以外的温度区域发生断路情况，它也是用作提高绝缘电阻与提高介电强度的重要指标。另外，本发明优选的热控块，在热重分析(TG)时，其在高于操作温度至少50℃时的质量减损率要＜1质量％。较低的质量减损率表明该热控块性能优异。特别当其用作一种指标指导选择，则因升华造成的质量减损就极小。这一点对热熔断器很重要。它防止了熔断器在使用时因体积缩小、质量减损等造成的断路，以及操作后造成对绝缘性能的影响，而这是热熔断器的一个重要功能。例如，如果热控块在储存与使用中升华，且附着于触头附近，造成绝缘电阻下降引起操作异常。为此，选用热控块的材料必须有较高的固态体积电阻率，也要有较小的升华性质。
为此，本发明装有热控块的热熔断器采用的热控块在高于操作温度下，经过至少一分钟后的绝缘电阻至少为0.2MΩ。例如，较好的是热控块的潮解质量减损率至多为5％，在操作温度的升华质量减损率至多为5％，其在高于操作温度至少50℃经时至少1分钟后的绝缘电阻为0.2MΩ，这就满足了UL1020标准。最优选的是，如前所述热熔断器结构装有的热控块，在高于操作温度100℃的温度下经过至少在1分钟后它的绝缘电阻至少为0.2MΩ。另外，上述结构的热熔断器适宜装入的热控块，操作后在350℃下、最好为400℃的温度下测得的绝缘电阻至少0.2MΩ。
本发明另一方面指出，装有热控块的热熔断器所用的热控块的几何结构可以用来提高响应速度。热控通常块呈圆柱状。然而，如有必要，它最好是带有空腔的圆柱体，或其表面有凹陷的圆柱体，还可以成形为空心管状。这种构型可以提高装有热控块的热熔断器的响应速度，因而响应更为精确，更为可靠。
根据本发明，热控块是用高分子化合物的热敏树脂与它们共聚物的方法制造的。这就有助于使粉体造粒然后成形为热控块。除了常规方法之外，还可用注射成形或挤压成形法将熔化的树脂材料成形为所需的几何形状。例如，先将材料挤压成形，再切割成所需长度而形成热控块，或直接冲压成厚度与热控块高度相同的薄板，因而成形为所需几何形状的热控块。如此，复杂形状的热控块也可用挤压成形直接得到。如果需要的是结构简单，基本上呈柱状或空心的管状，则挤压成形或薄板冲压就足够了。而且，本发明热控块也可用重熔成形法制成。任何一种方法成本都很低廉。特别是，如果要用成本经常采用的方法，可选择挤压成形。对于不能用注射方法种类的材料，可以采用别的技术，以便在更宽范围内选择生产方法与材料。
热控块可以由二种以上不同类型的热塑性树脂制成，其中至少一种用以调节操作温度，而其它材料，至少其中一种包括部分或全部用来指示操作温度的热塑性树脂。通过双色成形或形成各沉积层成板的方法，采用二种以上不同类型热敏树脂直接成形为热控块，如果还要考虑气体屏蔽性、吸潮性，以及铜引起的危害，则需在热控块表面部分地或全部地覆盖一层保护层，使热控块性能提高。虽然熔化材料照此可用来得到所要的热控块，如果考虑其受热经过成问题，或材料的熔点和分解温度太靠近，则也要按常规考虑采用粉末压制法。另外，热控块成形以后，可以经退火处理，调节其结晶度。
实施例1图1与图2各自所示为本实施方式装有热控块的熔断器的截面。图1为正常温度正常时候的热熔断器的截面。图2为熔断器遭遇异常热量时进行操作时的截面。这种结构类似于NEC SCHOTT器件公司生产的装有热控块的热熔断器SEFUSE，不同的仅在于所用的热敏材料不同。圆柱形壳体1为铜、黄铜或类似良导热体金属制成的壳体，它的个开口带有插装在壳体上的第一引线件2。金属壳体1内装有热控块3，这是本发明的特点，还有起开关作用的一对压板4与5，包括强压缩弹簧与弱压缩弹簧6与8的弹簧件和可移动导电件7，后者由具有良导电性并有一定塑性的银合金制成，壳体1另一个开口装有绝缘套管9以及穿过套管9的第二引线件10，此第二引线件与壳体1绝缘，在其尾端装有固定电极11，再加以密封。除了开口外，用环氧树脂或类似的密封胶12对壳体进行密封，用绝缘套管13罩盖第二引线件10，并固定第二引线件10。这里采用的热控块3是本发明的特点。采用温度设定法，用的是具有任何热变形温度的热塑性树脂作主要材料，成形为按需要调节了操作温度的热控块，本方法选择使用的材料，其热变形温度就是热熔断器的操作温度。图1所示为在正常温度下的装有热控块的热熔断器，它的第一引线件与第二引线件2与10导通，图2所示为超过它的操作温度时在异常温度下的熔断器，两个引线件已经不通。
热控块3单独进行测试，对本发明九种热塑性树脂和用于常规产品的热敏树脂比较它们的潮解性，升华和机械强度，如表3和表4所示，“0”表示合格，“X”表示不合格。机械强度列于表5，以是否出现裂纹/剥落为依据。对本发明采用的九种热塑性树脂均示以分类名、商品名(或产品名)、级别和制造厂商以及规格，列于如下1.LDPEL(商品名J REX LDPE-JM910N，由日本聚烯烃公司生产，产品目录上的熔点为108℃)2.LLDPE(商品名J REX LLDPE-AM830A，由日本聚烯烃公司生产，产品目录上的熔点为122℃)3.POM(商品名Iupital F20-54，由三菱工程塑料公司生产，产品目录上的熔点为166℃)4.PP(商品名Grand Polypro J557F，由Grand聚合物公司生产，产品目录上的熔点为170℃)5.HDPE(商品名Hizex HDPE-1300J，由Mitsui化学公司生产，产品目录上的熔点为1134℃)6.PMP(商品名TPX-RT18，由Mitsui化学公司生产，产品目录上的熔点为237℃)7.FEP(商品名Neoflon NP-101，由Daikin工业公司生产，产品目录上的熔点为270℃)8.PBT(商品名Valox 310，由GE塑料(日本)公司生产，产品目录上的熔点为227℃)9.RET(乙烯、丙烯酸酯和酸酐单体的三元共聚物商品名Rex Pearl ET182，由日本聚烯烃公司生产，产品目录上的熔点为99℃)潮解性测定如表3所示，热敏热控块进行了测试，对本发明九种热塑性树脂及用于常规产品的热敏材料比较其与潮解相关的指标。与热敏材料潮解有关的毛病取决于其所水分的影响，通过热控块质量减损率进行比较与考察。测试方法如下将原先测量过重量的热控块浸没于23℃水中，长达24小时，然后在室温下干燥，随后测量其通常量，与浸没于水之前测得的值进行比较，得到质量减损率。质量减损率分为＞5质量％，＜5质量％，＜1质量％和未见潮解四种，为的是区分合格/不合格。受测试的热控块九种由本发明使用的热塑性树脂制成，三种由常规产品中的热敏材料制成。
表3

*1代表乙烯-丙烯酸酯-酸酐单体三元共聚物从表3清楚可见，常规192℃产品的质量减损率＜1质量％，常规110℃产品的质量减损率在1-5质量％之间，而常规113℃产品的质量减损率＞5质量％。特别是，用于常规热控块的材料Resprcom在高湿度条件下由于潮解，极有可能造成断路，尽管材料本身具有高的电阻率。而本发明产品，九种材料均未见潮解。因此，与常规产品相比，本发明产品明显不同，经测试其产品防潮性能很高。本产品被评价为在高湿度条件下不易断路。
升华测定表4所示为升华的测定。与热敏材料的升华相关的毛病在高温下更易出现。为了测定热控块的升华性质，将热控块暴露在高温下，随后测定其质量减损率。测试样品与测定潮解性所用的样品相同，即本发明的九种产品与三种常规产品，采用岛津公司的TGA-50，对热控块作热重分析(TG)，温度上升速率10℃/分，氮气流量10cc/分。每个热控块单独测定，测得在操作温度的质量减损率为＜5质量％和＜1质量％作为界限，在高于操作温度50℃的质量减损率＜1质量％为界限。本测定值是参照原先质量值而得到的质量减损率，以质量％表示。
表4

括号内数值为实际质量减损值。
*1表示乙烯-丙烯酸酯-酸酐单体三元共聚物如表4所示，在操作温度，常规110℃和192℃产品的质量减损率＜1质量％，与此不同，常规113℃产品的质量减损率为6.21质量％，而在高于操作温度50℃的温度，三种常规产品的质量减损率＞1质量％。与此不同，本发明九种产品的质量减损率＜1质量％。图4和图10表示由热重分析仪测得的表明升华温度(℃)与升华量(mg)的升华特性。图4是本发明产品(Rex Pearl(RET)的特性曲线，其操作温度为101℃)。图10是常规产品(Resorcin，其操作温度为110℃)的特性曲线。
机械强度测定热控块所关注的另一问题，是特别在装装之前因振动、掉落、相互之间接触等造成的裂纹、剥落等。由本发明的九种材料制成的热控块和三种常规产品，各取100粒。让它们从离地面高度1米处下落，比较其中各有多少粒产生裂纹和/或剥落。重复下落10次。表5是它们的结果。从结果可见，三种常规产品有一半以上都出现裂纹和/或剥落，相反本发明产品未出现任何裂纹。说明本发明热控块的机械强度大有提高，几乎无裂纹或剥落。
表5

*1表示乙烯-丙烯酸酯-酸酐单体三元共聚物实施例2进行了实验，举例说明图1装有热控块的热熔断器的热控块3的几何形状的不同，检查它们的功能与影响。热控块3基本上呈柱状，对如图3所示的各种举例性的不同结构进行了测定。根据本发明，热变形温度由预定特定几何形状的方法进行设定，这种方法在按需要调节操作温度方面是有效的。图3所示具有六种不同几何构型的热控块。图3A为一般性用途的，是基本圆柱状的热控块30。与四方体相比，装入基本呈圆柱体的热控块较为满意，通过修改圆柱体长度与直径，可按需要调节操作温度。图3B所示为带凹陷31的热控块32。图3C所示为空心的即带有空腔33基本上呈管状的热控块34。热控块32与34均有外形尺寸，类似于热控块30据此设定操作温度。凹陷31与空腔33如实施例5所述，在要求快速响应方面是有效的。除了这些几何构型之外，热控块可制成不同尺寸，通过改变外部尺寸的方法设定温度来调节热变形温度。只要不偏离本发明概念，不限于圆柱状，可以有各种各样外部尺寸，如八角形、六角形等。特别是，不采用模具来形成尺寸或几何构型的挤压成形，其在截面上发生变形。这些都包括在本发明设定操作温度的方法之内，只要能确保在所需操作温度能精确操作。
图3D、3E和3F所示为几种不同热塑性树脂部分制成的热控块的例子。图3D与3E举例说明具有一定操作温度的热控块36与38的表面部分地分别采用不同的热塑性树脂35和37。图3F所示为热控块40表面全部地被不同于热控块40的热塑性树脂39覆盖。图3D热控块例如可以是将一些薄层叠成的板进行冲压而成形的。如果压板4是铜制的，则热塑性树脂36会受到金属，特别是铜的影响。上述结构用在插入一层保护层35以便保护热控块36免遭金属的影响。图3E所示为侧壁带有保护层37的热控块。这种结构通过挤压成形很容易得到。在考虑到邻近金属的影响时，或如PA一类高吸潮性材料被如PET或类似聚酯类材料形成的一层保护层保护时，这种结构是有效的。图3F所示为热控块40表面全部被不同于热控块40的材料形成的保护层39覆盖。这很容易例如用注射成形等方法得到。这种结构，以及3D和3E的结构能有效保护热控块以免因金属、吸潮等造成的树脂降解。具体的是，图3E的结构，保护层仅在侧壁，提供的防潮或类似的作用有限，而图3F结构的热控块全部被覆盖，因而防潮或类似作用较明显。
实施例3本实施方式采用的热塑性树脂是用来生成热控块3，再制成图1所示的装热控块的热熔断器，该熔断器的操作温度与变差(操作变差R)列于表6。另外，表7列出了绝缘电阻值作为高温350℃与400℃的电学特性。表7中，“o”表示一分钟后的绝缘电阻值至少0.2MΩ，而“x”表示一分钟后的绝缘电阻值＜0.2MΩ。
表6单位℃

RET乙烯-丙烯酸酯-酸酐单体三元共聚物LDPE低密度聚乙烯LLDPE线型低密度聚乙烯HDPE高密度聚乙烯POM聚缩醛PP；聚丙烯PBT聚对苯二甲酸亚乙酯PMP聚甲基戊烯FEP聚四氟乙烯-六氟丙烯表7

o0.2MΩ(1分钟)合格x0.2MΩ(1分钟)不好Td装有热熔断器的操作温度RET乙烯-丙烯酸酯-酸酐单体三元共聚物LDPE低密度聚乙烯LLDPE线型低密度聚乙烯HDPE高密度聚乙烯POM聚缩醛PP；聚丙烯PBT聚对苯二甲酸亚乙酯PMP聚甲基戊烯FEP聚四氟乙烯-六氟丙烯从图6清晰可见，本发明的热控块在操作温度的情况与常规产品热控块差不多，基熔断器操作精确度优异，操作可靠性很好。变差的值(R)在1℃范围内，与通常要求的±2℃或4℃相比，本发明热熔断器具有充分的操作精确度。
另外，从图7可见，操作后的常规产品对于操作温度(Td)+50℃的绝缘电阻下降，而本发明所用的九种类型操作后的绝缘电阻至少为0.2MΩ，甚至对于操作温度(Tg)+100℃，以及350℃、400℃的绝缘电阻仍至少0.2MΩ。特别是，采用具有高操作温度的含氟树脂FEP的装热控块的热熔断器可以在高温区应用，其操作温度约268℃，超过常规产品最大的操作温度即240℃。而且发现熔断器的绝缘电阻不存在问题，因为含氟树脂的分解温度特别高。如果它在高温下连续工作，也不发生明显降解，其绝缘电阻也大于常规的热控块。
实施例4由共聚物形成的热控块按需要测定与操作温度调节相关的内容，包括防潮性能。实验采用乙烯、丙烯酸酯和酸酐单体的三元共聚物(品名Rex Pearl ET)的热敏材料。产品目录上Rex Pearl ET182的熔点为99℃，密度为0.937。Rex PearlET184M的熔点为86℃，密度为0.945。通过调节单体比率，可以调节熔点，然后分别装入热熔断器，测量它的操作温度。如表8所示，可以发现尽管装热控块的热熔断器倾向于在稍高于热控块自身熔点的温度操作，但温度变差(R)很小，常规产品化学物质的变差最大达4℃，随该化学物质生产厂家而异。因此已经发现，如果热控块熔点和热熔断器的操作温度相关的话，则它足以用作热熔断器的热控块。
表8单位(℃)

装有Rex Pearl ET182热控块的热熔断器(其操作温度101℃)，测试了它的防潮性。作为比较，取用的常规产品(Resorcin)，它的操作温度(110℃)高于Rex Pearl ET182。在85℃/95％条件下进行测定，这种条件比65℃/95％严酷，这是一种热熔断器制造厂家采用的测试条件。每种产品的样品数为200个。表9列出了测试结果。热控块的潮解性可用它的外形尺寸表示。即是，初始值设定为100％。按需要在一设定时间后，取出热控块，测定其尺寸小，记录它们的改变。另外在储存前后测得它们的操作温度与变差(R)，列于表9。
表9 单位(℃)

由表值显而易见，以热控块形式在装入热熔断器之前，容易溶于水的材料在熔断器内也容易潮解，强度下降，1,500小时后，采用装有常规化学物质热控块的热熔断器全部碎裂，而由本发明的热塑性树脂(Rex Pearl ET182)制成的热控块暴露在同一条件下，长达5,000小时时间后，呈现稳定的尺寸变化。尽管Rex Pearl ET182也有热控块尺寸变小的倾向，这是由于在邻近它的熔点温度下储存变软所致，并非像常规产品那样潮解所致。另外，装热控块的热熔断器在5,000小时后取出测定，发现该熔断器基本上在如同初次测定值的相同温度下操作。发现尽管比常规产品的操作温度低的热控块在相同温度/湿度下储存，它要比常规产品在热、物理、防潮等方面稳定的时间更长。还发现Resorcin，该材料尽管具有大的体积电阻率，其熔断器产品在110℃下操作，但该的水潮解性很高，如果将它装入热熔断器，暴露在高湿条件下较长时间，就会碎裂。
实施例5以塑性结晶热塑性树脂为例考察熔点的调节。在本实施例中，热塑性聚醚-酯弹性体Hytrel(产品名Hytrel由Du Pont-Toray公司生产)是一种PBT(熔点在220-227℃之间)与聚醚嵌段的共聚物，在该温度范围内，树脂熔点范围在154-227℃之间。在本实施例中它用作图1的热控块，测定熔断器的操作温度与变异(R)。用Hytrel3046(熔点160℃)、3546L(熔点154℃)、4047(熔点182℃)、2751(熔点227℃)和PBT(熔点227℃，商品名Valox，由GE塑料(日本)有限公司生产)进行比较。测量结果列于表10。
表10 单位(℃)

从表10显而易见，尽管Hytrel的熔点与熔断器的操作温度之间稍有差异，但衡量操作精确度的变差R值在±1℃范围之内，质量均优于常规技术的指标。因此可以确认，如果单独采用PBT，则操作温度为227℃，采用PBT的共聚物或弹性体，则可对熔断器的操作温度进行调节。
实施例6在本实施例中，要证实通过改变热控块的几何构型，可改变装有热控块的热熔断器的响应速度。热控块由日本聚烯烃有限公司生产的商品名为JREXLDPE-JM910N，(其熔点在产品目录上为108℃)的LDPE制成。样品为如图3A所示的柱状产品30(未钻孔洞的)与如图3C所示的在柱体中心附近有孔洞31呈管状物的产品34(钻了孔洞的)。在进行测试时，将装热控块的热熔断器浸没于油槽(oil bus)中加热到高于它的熔点之上，比较熔断器操作之前经历时间的情况。
图8所示的图中，横座标表示油槽的温度，纵座标表示熔断器操作之前经历的时间。从图8显而易见，钻了孔洞的产品34的熔断器，它的响应速度要快于未钻孔洞的产品30。通常，这类经加工的几何构型伴随有如机械强度等方面的问题，在高温高湿条件下使用容易变形，引起碎裂。因此很难进行上述结构上的修改。与此不同，本发明产品具有强度上的稳定性，且可以按需要加入增强材料，而这种热控块可以如上所述那样进行加工钻孔。必须指出热控块也可以具有图3C之外的其它几何构型。例如考虑到产品的机械强度，可对它的侧壁等处进行切割，刻成凹陷等提高其响应速度。
实施例7在本实施例中认证了热变形温度可由施加在热控块上的力进行调节。热敏材料采用的是高分子物质ABS，这是Technopolymer公司生产的无定形热塑性树脂。实验内容为将产品尺寸与设定温度的方法结合。无定形热塑性树脂ABS的软化点为90℃，将这种树脂材料制成两种不同尺寸的热控块。一种热控块的直径为Φ3.2mm，高度H为3.0mm，另一种Φ＝3.2mm，H＝3.5mm。在本实施例中，施加标准的弹簧作用力，测试操作温度。测试结果列于表11。具体地说，固定直径不变，仅长度方向上改变0.5mm，操作温度可调节大约20℃。从这个结果可见，如果采用无定形树脂，操作温度的变差(R)在±1℃范围之内，这种材料可用于热熔断器。
表11 单位(℃)


然后采用Technopolymer公司生产的一种类似的ABS材料，证实了通过调节弹簧件的作用力，可以调节热变形温度。使用的是上述的圆柱状热控块，其Φ＝3.2mm，H＝3.5mm，该热控块弹簧件所作用的力。弹簧力的值包括标准值，和标准值乘以1.3的值作比较。表12列出了操作温度变差(R)。
表12 单位(℃)

从表12显而易见，弹簧力为标准值的1.3倍时，可以降低操作温度大约9℃。从上述结果还可见，采用无定形热塑性树脂，加上适当温度设定方法，可使操作温度精确到±1℃之内，而现有热控块要求小于±2℃-±3℃之内，提供的装热控块的热熔断器具有可比的相当好的操作精确度。在本实验中，是对弱压缩弹簧8作了修正。如果强压缩弹簧6进行修正，也可以获得类似结果。如果两者结合一起使用，同样可以获得类似结果。
实施例8在本实施例中，实验采用的是由结晶热塑性树脂制成的热控块。在此实验中，由Mitsui化学公司生产的Mitsui Polypro无规PP用作高分子结晶热塑性树脂。制得的热控块直径Φ＝3.2mm，高度H＝3.0mm，另一个热控块直径Φ＝3.2mm，高度H＝3.5mm，将弹簧件施加的力设定一标准值。表13所示为操作温度与变差(R)的测试结果。从表13显而易见，直径不变，长度改变0.5mm，操作温度可以调节大约6℃。另外，操作温度的变差(R)在±1℃范围之内，表明可以用作热熔断器。
表13 单位(℃)

类似地，由Mitsui化学公司生产的Mitsui Polypro无规PP制成的热控块进行了实验，采用调节弹簧件施加的力用以改变热变形温度进行温度设定的方法，以便证实实际的操作温度可以调节。热控块直径Φ＝3.2mm，高度H＝3.5mm，圆柱状构型的热控块所受的力为标准值以及标准值乘以1.3的值。对两种不同力的值测定装热控块的热熔断器，测定结果列于表14。弱压缩弹簧8的力为标准值和该力乘以1.3的值，从而改变弹簧力的值。
表14 单位(℃)

可以发现，受标准力值的热控块的熔断器在约151℃时操作，而受标准力值乘以1.3倍的热控块的熔断器在148℃时操作。由此可以确认，通过调节弹簧的力，可以将操作温度调节大约3℃。从这些结果显而易见，结晶热塑性树脂本身的熔点不必考虑，只是调节施加在热控块上的力可以设定热熔断器所要求的操作温度，对调节的操作温度，操作精确度可在±1℃范围之内。该热控块作为热熔断器具有足够操作精确度。
实施例9装有本发明热控块的一个热熔断器采用高分子结晶热塑性树脂作热敏材料，利用外推的初始熔化温度Tim与峰值熔化温度Tpm之温差的方法设定温度进行实验。由Mitsui化学品公司生产的Homo PP与无规PP的共聚物制成的图1的热控块与常规低分子量化学物质制成的热控块(152℃与169℃产品)进行实验比较。设定弹簧件的弱压缩弹簧8，使其施加的力为一标准值和该标准值乘以1.3倍，从而调节热变形温度。由岛津公司产的差示扫描式量热计(DSC)DCS-50用来测量热控块，扫描速率为10℃/分。图5、6、11与12所示为测量结果。
图5Homo PP(由Mitsui化学公司产)图6无规共聚PP(由Mitsui化学公司产)图11152℃产品(SEFUSE)
图12169℃产品(SEFUSE)从获得的温度结果算出Tim与Tpm的温差ΔT，列于表15。表16列出了测得的操作温度结果。
表15 单位(℃)

表16单位(℃)

从这些结果显而易见，尽管热敏材料的Tim与Tpm的温差ΔT较大，但这些材料的作为操作精确度衡量的R与常规产品相当，温差ΔT大的产品更适合采用设定操作温度的方法。虽然上述中是利用Tim与Tpm的温差，但如果热塑性树脂有足够粘度或弹簧施力较小的时候，也可以通过设定峰值熔化温度(Tpm)与外推的终止熔化温度(Tem)之温差的方法来设定操作温度。因此本发明可以将操作温度按需设定在Tim与Tem之间范围内。
实施例10采用结晶聚酯结合操作温度的设定进行实验，采用的结晶聚酯为Toyobo公司生产的ByronGM470与GM990。这些是聚酯与添加的增塑剂形成的无规共聚物。DSC测量结果列于表17。然后，实验检验操作温度。SEFUSE被测试。通过设定弱弹簧8施加的力为一标准值和该标准值的1.3倍的方法来调节热变形温度。测量操作温度，将结果列于表18。
表17单位(℃)

表18 单位(℃)

从测量结果可以发现，GM470的ΔT约为18℃，它的操作温度的变差在±1℃范围之内，借助弹簧的作用力值可以有效地调节温度，而GM990的ΔT约为35℃，它的操作温度的变差较大，无法调节操作温度。更具体地说，如果ΔT太大，R增大，由实施例9的常规产品可以看出；如果ΔT太小，R很小，但是不能调节温度。另外，如在Byron产品所见，材料中添加增塑剂进行共聚反应，作为热敏材料，它的热变形温度变化了，这种材料仍可用作热敏材料装入热熔断器。也可以通过添加弹性体、共混聚合物与增塑剂、填料等设定温度方法，来改变热敏材料的热变形温度。
实施例11在本实施例中，根据结晶度选用不同结晶热塑性树脂进行实验。用结晶度表示结晶热塑性树脂的结晶程度。将结晶度为10％-60％的热敏材料作为热控块装入热熔断器(商品名SEFUSE)，该产品由NEC SCHOTT元件公司生产，测量其操作温度。对各结晶度测量5个样品。最高操作温度减去最低操作温度作为操作温度变差，结果列于表19与图9。
表19

从这些结果可见，结晶热塑性树脂选来用作热敏材料，它的结晶度会影响操作温度的变差。热熔断器的操作温度通常允许有±2℃的变差，可以发现要满足这个范围，大于20％结晶度较佳，而要想获得±1℃，即操作精确度须更高，则40％或更高的结晶度较佳。
结晶度可以通过退火或添加晶核进行调节，这类技术对于提高聚烯烃树脂的结晶度特别有效。必须指出，本发明所述结晶度也包括当该树脂使用时的结晶度，包括退火作用的结果，不一定仅仅指产品运输时的结晶度。
实施例12本实施例通过压板4的有/无而设定操作温度的方法进行实验，实验中所用的热敏材料由DAIKIN INDUSTRIES公司生产的含氟树脂，NeoflonFEP。操作测试用SEFUSE进行。必须指出如前面叙述的，依靠弹簧施加的力，热敏材料的尺寸与体积来设定操作温度，在同一条件下进行实验。表20所列的是测得的操作温度。
表20 单位(℃)

由此可见，采用单种热敏材料，插入压板4或抽去压板4，使得热控块3受到调节的压力，可以调节操作温度大约5℃。上述说明是就有无压板而言的，还发现发压板4的大小也可以进一步改变施加在热控块上的力，结果可以调节操作温度大约5℃。有各种调节方法，调节热敏材料的尺寸、同时调节弹簧的作用力、就可以进一步设定不同的操作温度。
在本发明中，温度设定方法可用于单种材料，在不同温度下操作，从而制成各种热控块装入到热熔断器中。另外，还可以发现，除了选择热敏材料本身外，通过物理与化学方法来调节热变形温度，可以使热熔断器在不同的温度下操作。
虽然本文进行了详细叙述与说明，但可以理解，这些说明与实施方式仅是示例性的说明，它们不应该用来限制本发明，本发明的精神与范围仅受所附的权利要求的限定。
权利要求
1.一种装有热控块的热熔断器，它包括圆柱状壳体(1)，其内装有热控块(3)，该热控块是由热敏材料成形的，所述热敏材料受热时会变形；第一引线件(2)形成的第一电极，它连接在所述壳体(1)一个开口上；第二引线件(10)形成的第二电极，它连接在所述壳体(1)另一开口上；可移动导电件(7)，位于所述壳体内(1)，与所述热控块(3)御接；位于所述壳体(1)内的弹簧(6，8)，施力于所述可移动导电件(7)上，其中所述热控块(3)由受热时呈塑性的高分子物质制成；所述热控块(3)的热变形程度由温度设定法调节；在受到所述弹簧(6，8)所施加力的情况下，所述热控块(3)受热至所需操作温度时会熔化软化或熔化而热变形；并且所述热控块(3)加热到所需的操作温度时，对所述第一和第二电极之间的电路起开关作用。
2.如权利要求1所述的装有热控块的热熔断器，其特征在于所述高分子物质为无定形热塑性树脂，所述温度设定法包括将操作温度调节到高于所述热塑性树脂的软化点(Tg)温度范围内的步骤。
3.如权利要求1所述的装有热控块的热熔断器，其特征在于所述高分子物质为结晶热塑性树脂，所述温度设定法包括利用所述热塑性树脂的外推初始熔化温度(Tim)和峰值熔化温度(Tpm)的温差来调节热变形温度。
4.如权利要求3所述的装有热控块的热熔断器，其特征在于所述温度设定方法包括利用所述温差来调节操作温度的变差，使其具有正确值。
5.如权利要求3所述的装有热控块的热熔断器，其特征在于所述温度设定方法包括通过结晶度选择热塑性树脂，来提高操作的精确度。
6.如权利要求3所述的装有热控块的热熔断器，其特征在于所述温度设定方法包括退火和/或添加晶核。
7.如权利要求1所述的装有热控块的热熔断器，其特征在于所述高分子物质包括至少一种选自苯乙烯弹性体、烯烃弹性体、聚酰胺弹性体、氨基甲酸酯弹性体和聚酯弹性体。
8.如权利要求7所述的装有热控块的热熔断器，其特征在于所述烯烃基高分子物质为聚烯烃树脂。
9.如权利要求1所述的装有热控块的热熔断器，其特征在于所述高分子物质为热塑性树脂，所述温度设定法包括利用聚合反应和共聚反应来调节热变形温度。
10.如权利要求1所述的装有热控块的热熔断器，其特征在于所述高分子物质为热塑性树脂。所述温度设定法包括将所述热塑性树脂弹性体或聚合物进行混合来调节热变形温度。
11.如权利要求1所述的装有热控块的热熔断器，其特征在于所述高分子物质为热塑性树脂，所述温度设定法包括在所述热塑性树脂中添加增塑剂或填料来调节热变形温度。
12.如权利要求1所述的装有热控块的热熔断器，其特征在于所述高分子物质为热塑性树脂，所述温度设定法包括修改所述热控块的尺寸来调节热变形温度。
13.一种装有热控块的热熔断器，它包括热控块(3)，由在一预定温度下熔化或软化的结晶高分子物质制成；内装所述热控块(3)的圆柱状壳体(1)；连接在所述壳体(1)一个开口的第一引线件(2)，形成第一电极；连接在所述壳体(1)另一个开口的第二引线件(10)，形成第二电极；置于所述壳体内的可移动的导电部件(7)，并与热控块(3)御接；置于所述壳体(1)内的弹簧(6，8)，它施力于所述可移动导电部件(7)上，所述热控块(3)在一指定温度下发生热变形，对所述第一电极与第二电极之间的电路起开关作用，其中所述热控块(3)根据质量减损率进行选择，减损率取决于所述热控块本身的潮解或升华。
14.如权利要求13所述的装有热控块的热熔断器，其特征在于将所述热控块单独浸没在预定温度的水，经过预定的浸泡时间，如果其质量减损率至多为5质量％，则所述热控块被选来防止与潮解有关的缺陷。
15.如权利要求13所述的装有热控块的热熔断器，其特征在于将所述热控块单独在预定升温速率下加热到预定温度进行热重分析(TG)，由此测得质量减损率，并以此选择热控块，用来防止与升华有关的缺陷。
16.如权利要求15所述的装有热控块的热熔断器，其特征在于所述的预定温度是指操作温度，且选用的所述热控块的减损率至多为5质量％
17.如权利要求15所述的装有热控块的热熔断器，其特征在于所述的预定温度是指操作温度再加上至少50℃，选用的所述热控块的减损率至多为1质量％
18.如权利要求13所述的装有热控块的热熔断器，其特征在于所述热控块提供的绝缘电阻在高于操作温度下经过至少一分钟时间后至少为0.2MΩ。
19.如权利要求13所述的装有热控块的热熔断器，其特征在于所述热控块的选择按其潮解性能的质量减损率至多为5质量％，并且按其升华性能，在操作温度的质量减损率至多为5质量％，并且所述热控块提供的绝缘电阻在高于所述操作温度至少50℃经过至少一分钟后至少为0.2MΩ。
20.一种制造装热控块的热熔断器的方法，所述热熔断器包括热控块(3)它由在一预定温度下会发生热变形的高分子物质制成；内装所述热控块(3)的圆柱状壳体(1)；连接在所述壳体(1)一个开口而形成第一电极的第一引线件(2)；连接在所述壳体(1)另一个开口而形成第二电极的第二引线件(10)；置于所述壳体内的可移动的导电部件(7)，它与热控块(3)御接；置于所述壳体(1)内的弹簧(6，8)，它施力于所述可移动导电部件(7)上，所述热控块在一指定温度下发生热变形，断开所述第一电极与第二电极之间的电路，其中所述热控块是(3)由注射成形、挤压成形、薄板冲压等法成形的，或者用重熔成形。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于所述热控块(3)成形为基本圆柱状，内部具有空腔的基本管状，或平面部分有凹陷的圆柱状。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于所述热控块(3)由至少两种不同类型的热塑性树脂部分制成，其中一种热塑性树脂部分调节其操作温度，而另一种所述热塑性树脂部分覆盖着调节所述操作温度的热塑性树脂的至少一部分。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于所述成形的热控块(3)再经退火处理。
全文摘要
提供一种热敏材料，可对装有热控块的热熔断器的操作温度、或热变形温度进行调节，当能防止暴露在恶劣外部环境发生变形、变化或出现类似缺陷，提供一种价廉、操作温度选择范围宽、操作后绝缘电阻高、操作响应速度快、热控块(3)的机械强度提高的热熔断器。为此，热敏材料由相应高分子物质的热塑性树脂制成，热控块(3)的热变形温度用温度设定法调节，壳体(1)为内装弹簧件的强压缩弹簧和弱压缩弹簧(6)和(8)且加以密封的金属壳。
文档编号H01H69/02GK1612277SQ20041008988
公开日2005年5月4日 申请日期2004年10月28日 优先权日2003年10月28日
发明者吉川时弘 申请人:恩益禧肖特电子零件有限公司