專利名稱：聚酯樹脂組合物、使用了該組合物的開關(guān)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于切斷電源時(shí)由接點(diǎn)產(chǎn)生電弧的開關(guān)的絕緣構(gòu)成材料的聚酯樹脂組合物、使用了該組合物的開關(guān)及其制造方法。
背景技術(shù)：
以往，例如日本專利公開公報(bào)平8-171847號(hào)揭示了在聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等熱固性樹脂中混合入作為增強(qiáng)材料的玻璃纖維和作為填充材料的碳酸鈣，還摻和了利用電弧熱進(jìn)行脫水反應(yīng)的氫氧化鋁等無機(jī)化合物的有機(jī)組合物，以及使用了該組合物的開關(guān)。
人們希望上述開關(guān)具備以下特性，即被混合的氫氧化鋁等無機(jī)化合物利用電弧熱進(jìn)行脫水反應(yīng)，分解產(chǎn)生的H2O、O2、O與有機(jī)組合物的絕緣物產(chǎn)生的游離碳或金屬部件產(chǎn)生的金屬蒸汽、金屬液滴反應(yīng)，使它們被氧化，O2、O將游離碳轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2、CO，將金屬蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)闊o導(dǎo)電性的金屬氧化物，使碳分子單體的量、金屬蒸汽和金屬液滴單體的量減少，H2O將電弧冷卻，迅速切斷來減少具有導(dǎo)電性的碳和金屬對(duì)開關(guān)框體內(nèi)部的附著量，以抑制斷路后絕緣性能的降低。
但是，使用日本專利公開公報(bào)平8-171847號(hào)揭示的有機(jī)組合物，特別是用富馬酸新戊二醇丙二醇系的聚酯樹脂組合物制得的開關(guān)，在其產(chǎn)生電弧后測(cè)定絕緣性的結(jié)果是絕緣性能略有上升。
本發(fā)明者們對(duì)以往開關(guān)內(nèi)部的附著物進(jìn)行分析的結(jié)果表明，除了游離碳之外，在開關(guān)的電極開閉時(shí)，由接點(diǎn)和構(gòu)成開關(guān)內(nèi)部的金屬部件產(chǎn)生的升華金屬以及飛散的熔融金屬液滴形成了金屬層，該附著金屬層對(duì)絕緣電阻的減小影響很大。
對(duì)上述現(xiàn)象作詳細(xì)分析的結(jié)果是，上述以往的有機(jī)組合物構(gòu)成的成形品絕緣物的表面形成了氫氧化鋁含量較少，而樹脂成分較多的表層。其原因是絕緣物成形時(shí)，在模具中注入上述以往的有機(jī)組合物，使模具內(nèi)的組合物可塑化，首先，組合物中的樹脂成分與模具表面接觸，形成表皮層。與模具接觸的樹脂成分在比較短的時(shí)間內(nèi)凝膠化、固化。所以，由樹脂成分形成的表皮層較厚，成形品表面的大部分被樹脂成分占據(jù)。因此，氫氧化鋁在成形品表層中的含量很少，不能夠獲得所希望的效果，這就成為一個(gè)問題。
本發(fā)明的目的是解決上述問題，提供能使大電流斷路電弧生成時(shí)產(chǎn)生的游離碳、升華金屬及飛散的熔融金屬液滴氧化、減少的氫氧化鋁能夠充分存在于成形品表面的聚酯樹脂組合物、使用了該組合物的開關(guān)及其制造方法。
發(fā)明的揭示即本發(fā)明提供了包含21～29重量％由富馬酸新戊二醇丙二醇系聚酯和作為固化劑的氫過氧化枯烯組成的樹脂成分，52～60重量％作為無機(jī)填充材料的在150℃以上的溫度下進(jìn)行脫水反應(yīng)的1種以上的無機(jī)化合物以及15～23重量％增強(qiáng)材料的聚酯樹脂組合物。也就是說，本發(fā)明的組合物中上述3種成分合計(jì)為100重量％。
此外，本發(fā)明還提供了包含23～27重量％由富馬酸新戊二醇丙二醇系聚酯和作為固化劑的氫過氧化枯烯組成的樹脂成分，52～56重量％作為無機(jī)填充材料的在150℃以上的溫度下進(jìn)行脫水反應(yīng)的1種以上的無機(jī)化合物以及17～21重量％增強(qiáng)材料的前述聚酯樹脂組合物。
本發(fā)明還提供了對(duì)應(yīng)于160重量份富馬酸新戊二醇丙二醇系聚酯，使用了4～8重量份固化劑的前述聚酯樹脂組合物。
本發(fā)明還提供了增強(qiáng)材料為玻璃纖維，無機(jī)化合物為至少1種選自氫氧化鋁、氫氧化鈣和氫氧化鎂的前述聚酯樹脂組合物。
本發(fā)明還提供了具備使用了前述聚酯樹脂組合物的絕緣構(gòu)成部件的開關(guān)。
本發(fā)明還提供了制備開關(guān)的絕緣構(gòu)成部件的方法，其特征在于，適用于前述開關(guān)的絕緣構(gòu)成部件在成形時(shí)，形成前述絕緣構(gòu)成部件的成形模具的開關(guān)外周面的模具溫度比形成開關(guān)內(nèi)側(cè)面的模具溫度高。
本發(fā)明的聚酯樹脂組合物通過配合使用作為主劑的富馬酸新戊二醇丙二醇系聚酯和作為固化劑的氫過氧化枯烯，使聚酯樹脂組合物在利用模具成形時(shí)的模具表面的樹脂成分的凝膠化時(shí)間延長(zhǎng)，由于混合在其中的能夠進(jìn)行脫水反應(yīng)的無機(jī)化合物存在于成形品的表層，所以，通過電弧熱由無機(jī)化合物產(chǎn)生分解氣體的情況趨于良好。
通過將本發(fā)明的聚酯樹脂組合物用于開關(guān)的絕緣構(gòu)成部件，利用電流切斷時(shí)產(chǎn)生的電弧熱可使無機(jī)化合物進(jìn)行脫水反應(yīng)，分解產(chǎn)生的H2O、O2、O與來源于絕緣物的游離碳、來源于金屬部件的金屬蒸汽和金屬液滴反應(yīng)，使它們氧化，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o導(dǎo)電性的金屬氧化物，使電源切斷后的絕緣性能有所提高。
對(duì)圖的簡(jiǎn)單說明

圖1表示開關(guān)的外觀斜視圖。
圖2表示底座的斜視圖。
圖3對(duì)測(cè)定材料凝膠化時(shí)間及固化時(shí)間的模具、狀態(tài)進(jìn)行了說明。
實(shí)施發(fā)明的最佳狀態(tài)實(shí)施狀態(tài)1圖1為開關(guān)的外觀斜視圖。1表示開關(guān)，2表示構(gòu)成開關(guān)1的框體的底座，3表示構(gòu)成框體的蓋子。圖2為底座的斜視圖。
底座2由表1所示的各配比成分組成的聚酯制成。
以下為本發(fā)明的一個(gè)例子，將由25wt％主劑為富馬酸新戊二醇丙二醇系、固化劑為氫過氧化枯烯組成的聚酯樹脂主成分，56wt％作為無機(jī)化合物的氫氧化鋁和19wt％作為增強(qiáng)材料的玻璃纖維組成的有機(jī)組合物壓縮成形為上述底座2。
比較例1是利用以往技術(shù)的27wt％主劑為富馬酸新戊二醇丙二醇系、固化劑為過氧化環(huán)己酮組成的聚酯樹脂成分，54wt％作為無機(jī)化合物的氫氧化鋁和19wt％玻璃纖維組成的有機(jī)組合物，同樣，比較例2是27wt％主劑為富馬酸新戊二醇丙二醇系、固化劑為氫過氧化枯烯組成的聚酯樹脂主成分，54wt％碳酸鈣和19wt％作為增強(qiáng)材料的玻璃纖維組成的組合物形成的上述底座2。它們的對(duì)比情況如表1所示。
如表1的組成比例所示的聚酯的各樹脂成分是主劑為160份，固化劑為5份，還可包含適當(dāng)?shù)牡褪湛s劑、交聯(lián)劑、脫型劑、增粘劑和穩(wěn)定劑等。
然后，對(duì)本發(fā)明組合物的制備步驟的一個(gè)例子進(jìn)行說明。首先，在富馬酸新戊二醇丙二醇系聚酯樹脂中添加氫過氧化枯烯、低收縮劑、交聯(lián)劑、脫型劑和穩(wěn)定劑，然后將25重量％上述混合物和56重量％氫氧化鋁加入溫度保持在40℃的捏合機(jī)中，混合40分鐘。接著，在該混合物中添加19重量％玻璃纖維，再混合5分鐘。然后，從捏合機(jī)中取出混合物，冷卻至室溫。將冷卻的混合物密封在聚乙烯袋中，在20℃的恒溫室中放置72小時(shí)。
最后，將混合物壓縮成形為圖2所示的開關(guān)框體底座2。在模具溫度的上型為144℃，下型為148℃，加壓時(shí)間為220秒的條件下進(jìn)行壓縮成形。使用這樣制得的框體底座2進(jìn)行以下各項(xiàng)試驗(yàn)。
斷路試驗(yàn)在開關(guān)接通狀態(tài)下，通3相460V/25KA的過量電流，使可動(dòng)接點(diǎn)斷開，產(chǎn)生電弧，切斷電弧電流以及重新接通電源后如果開關(guān)內(nèi)部部件和框體沒有受損或產(chǎn)生龜裂就可認(rèn)為合格。
絕緣電阻測(cè)定試驗(yàn)在前述斷路試驗(yàn)后，用JIS C1302中記載的絕緣電阻計(jì)來測(cè)定絕緣電阻。其結(jié)果顯示了絕緣電阻的最低值。測(cè)定不同電極的端子間和電源負(fù)荷間的絕緣電阻。
其結(jié)果如表1所示，從表1可明顯看出，使用了本發(fā)明的組合物構(gòu)成的成形品的開關(guān)框體在斷路后目視觀察基本無損傷，各端子間和各電源負(fù)荷間的絕緣電阻測(cè)定值都在100MΩ以上，情況良好。
表1

材料的凝膠化時(shí)間及固化時(shí)間的測(cè)定利用固化自動(dòng)測(cè)定裝置(multi-channel-cure-analyzer)對(duì)聚酯材料的凝膠化時(shí)間和固化時(shí)間進(jìn)行測(cè)定。圖3對(duì)利用上述固化自動(dòng)測(cè)定裝置測(cè)定材料的凝膠化時(shí)間和固化時(shí)間的情況進(jìn)行了說明，其中4表示壓力傳感器、5表示試樣成形品、6表示上型、7表示下型。在圖3所示的上型6和下型7組成的模具中加入約80g聚酯材料，在成形壓力為30Kg/cm2的條件下制得試樣成形品5。在模具溫度為130℃、140℃、150℃的條件下分別成形。用上述固化自動(dòng)測(cè)定裝置測(cè)得的成形結(jié)果如表2所示。
表2

從表2可看出，由于本發(fā)明的實(shí)施狀態(tài)之一的組合物以主劑為富馬酸新戊二醇丙二醇系、固化劑為氫過氧化枯烯組成的聚酯為樹脂成分，所以，其固化速度較慢，與比較例的固化劑為過氧化環(huán)己酮的聚酯相比，其模具溫度為150℃時(shí)，需要約1.3倍的固化時(shí)間。
由于表2的比較例1的組成的凝膠化時(shí)間、固化時(shí)間較短，所以與模具接觸的樹脂成分在比較短的時(shí)間內(nèi)凝膠化、固化。因此，在成形品表層形成了以樹脂成分為主體的表皮層，成形品表層的大部分僅為樹脂成分。
另一方面，表2的本發(fā)明組成的凝膠化時(shí)間和固化時(shí)間較長(zhǎng)，模具中的樹脂成分以較低的粘度與作為填充材料的玻璃纖維和氫氧化鋁一起形成表皮層。所以，所得的成形品表層中含有大量氫氧化鋁。
下面對(duì)本發(fā)明組成中的作為填充材料的無機(jī)化合物要在150℃以上才進(jìn)行脫水反應(yīng)的必要性進(jìn)行說明。通常，聚酯的成形溫度為130～150℃，但在該成形溫度下被混合的無機(jī)化合物已熱分解，而作為構(gòu)成開關(guān)的材料之一時(shí)，就會(huì)減少產(chǎn)生電弧熱時(shí)的具有絕緣性的氣體的產(chǎn)生。為了防止上述現(xiàn)象的出現(xiàn)，就有必要使無機(jī)化合物到150℃以上才進(jìn)行脫水反應(yīng)。
通過開關(guān)的接點(diǎn)斷開時(shí)在接點(diǎn)間產(chǎn)生的電弧，使開關(guān)框體和構(gòu)成開關(guān)內(nèi)部的有機(jī)材料產(chǎn)生的游離碳，以及接點(diǎn)和構(gòu)成開關(guān)內(nèi)部的金屬材料產(chǎn)生的升華金屬和飛散熔融金屬液滴，在同樣的電弧作用下由存在于能夠進(jìn)行脫水反應(yīng)的框體表層的氫氧化鋁產(chǎn)生的絕緣性氣體的作用下絕緣體化。
也就是說，電流斷路時(shí)的電弧溫度通常為4000～6000℃左右。其結(jié)果是接點(diǎn)和構(gòu)成開關(guān)內(nèi)部的金屬材料被加熱，該金屬產(chǎn)生金屬蒸汽和熔融金屬液滴，并飛散。此時(shí)，不僅是電弧，利用這些金屬蒸汽和熔融金屬液滴也能夠使開關(guān)框體和構(gòu)成開關(guān)內(nèi)部的有機(jī)材料分解，并產(chǎn)生游離碳。但是，存在于使用了該發(fā)明的組合物的成形品表層的氫氧化鋁產(chǎn)生了絕緣性氣體，這些游離碳和金屬蒸汽及熔融金屬液滴被氧化，被絕緣化，這樣對(duì)以往絕緣電阻的降低有很大影響的游離碳、金屬蒸汽和熔融金屬液滴就減少，防止了絕緣電阻的降低，也抑制了電弧產(chǎn)生后的絕緣性能降低。
此外，游離碳、金屬蒸汽和熔融金屬液滴被絕緣化時(shí)，由于產(chǎn)生的絕緣性氣體通過電弧產(chǎn)生高壓蒸汽，并膨脹，所以，不能夠接近接點(diǎn)，游離碳、金屬蒸汽和熔融金屬液滴不能夠在該接點(diǎn)部分形成絕緣化層，因此，不會(huì)妨礙開關(guān)再次接通時(shí)的通電。
實(shí)施狀態(tài)2如表2所示，模具溫度和凝膠化時(shí)間之間的關(guān)系成反比。該發(fā)明的組合物的模具溫度較高時(shí)，其凝膠化時(shí)間較短，在成形品表層中氫氧化鋁較少，而樹脂成分較多，其表面光澤較好。相反的，模具溫度較低時(shí)，成形品表層中包含大量氫氧化鋁，表面光澤不佳。所以，提高形成象開關(guān)框體那樣的制品外觀面的模具的溫度，降低內(nèi)部形成電流斷路電弧時(shí)側(cè)面的模具的溫度，壓縮形成框體，能夠發(fā)揮象開關(guān)框體那樣的制品外觀面部分和內(nèi)部電流斷路后確保絕緣性能的部分的特性。
實(shí)施狀態(tài)3在上述實(shí)施狀態(tài)1的材料組成中記載了使用了作為氫氧化化合物的氫氧化鋁的例子，但除此之外，還可使用其他金屬氫氧化物，例如，硼酸鋅(2ZnO,3B2O3,3.5H2O)、片鈉鋁石(NaAl(OH)2CO3)、氫氧化鋁(Al(OH)3)、氫氧化鈣(Ca(OH)2)、鋁酸鈣(Ca3Al2(OH)12)、氫氧化鎂(Mg(OH)2)、水滑石類(Mg4Al(OH)12CO3·3H2O)、堿性碳酸鎂(Mg4(CO3)3(OH)2·4H2O)、聚磷酸銨((NH4PO3)n)等。
由于溫度不達(dá)到150℃以上這些無機(jī)化合物就不會(huì)進(jìn)行脫水反應(yīng)，所以，即使包含在模具溫度約為140℃的條件下成形的熱固性樹脂中也不會(huì)分解，成形品作為消弧用絕緣材料組合物能夠充分發(fā)揮前述功能。
其中，較好的是氫氧化鋁、氫氧化鈣和氫氧化鎂的氫氧化化合物，因?yàn)槠渚邆鋬r(jià)格便宜，容易獲得，且無毒的優(yōu)點(diǎn)。
此外，和熱固性樹脂混合時(shí)，特別好的是作為成形材料的氫氧化鋁，因?yàn)槠渚哂羞m當(dāng)?shù)恼扯取?br> 與前述游離碳、金屬蒸汽和熔融金屬液滴反應(yīng)，產(chǎn)生絕緣性氣體的無機(jī)化合物可單獨(dú)使用，也可2種以上并用。
實(shí)施狀態(tài)4作為增強(qiáng)材料除了可使用上述玻璃纖維之外，還可使用無機(jī)礦物、陶瓷纖維等。
實(shí)施狀態(tài)5利用以下組成，在電流斷路后能夠獲得更好的絕緣電阻性。
23～27重量％由富馬酸新戊二醇丙二醇系聚酯和作為固化劑的氫過氧化枯烯組成的樹脂成分，52～56重量％作為無機(jī)填充材料的要在150℃以上的溫度下進(jìn)行脫水反應(yīng)的1種以上的無機(jī)化合物，17～21重量％增強(qiáng)材料。對(duì)應(yīng)于160重量份富馬酸新戊二醇丙二醇系聚酯，一般使用4～8重量份固化劑，較好的是使用5～7重量份。
實(shí)施狀態(tài)6在上述實(shí)施狀態(tài)1中記載了使用了本發(fā)明的組合物的開關(guān)框體的例子，當(dāng)然該組合物用于構(gòu)成開關(guān)的其他絕緣部件，例如，把手、插銷、扳動(dòng)裝置等，也能夠獲得同樣的效果。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性由于本發(fā)明具備上述構(gòu)成，所以具有以下效果。
本發(fā)明的第1種組合物包含21～29重量％由富馬酸新戊二醇丙二醇系聚酯和作為固化劑的氫過氧化枯烯組成的樹脂成分，52～60重量％作為無機(jī)填充材料的要在150℃以上的溫度進(jìn)行脫水反應(yīng)的1種以上的無機(jī)化合物，以及15～23重量％增強(qiáng)材料。所以，通過模具制作成形品時(shí)模具表面的樹脂成分的凝膠化時(shí)間變長(zhǎng)，被混合的無機(jī)化合物存在于成形品表層，在電弧熱的作用下促進(jìn)無機(jī)化合物的分解氣體的產(chǎn)生，由大電流斷路電弧產(chǎn)生的游離碳、金屬蒸汽和熔融金屬液滴被氧化、絕緣體化，能夠確保電流斷路后的絕緣電阻。
本發(fā)明的第2種組合物包含23～27重量％由富馬酸新戊二醇丙二醇系聚酯和作為固化劑的氫過氧化枯烯組成的樹脂成分，52～56重量％作為無機(jī)填充材料的要在150℃以上的溫度進(jìn)行脫水反應(yīng)的1種以上的無機(jī)化合物，以及17～21重量％增強(qiáng)材料。所以，在電流斷路后能夠獲得更好的絕緣電阻性。
本發(fā)明的第3種組合物中，對(duì)應(yīng)于160重量份富馬酸新戊二醇丙二醇系聚酯，使用了4～8重量份固化劑，所以，在電流斷路后能夠獲得更好的絕緣電阻性。
本發(fā)明的第4種組合物中的增強(qiáng)材料為玻璃纖維，無機(jī)化合物為選自氫氧化鋁、氫氧化鈣和氫氧化鎂中的至少1種，尤其因?yàn)椴捎蒙鲜龇N類的化合物作為能夠進(jìn)行脫水反應(yīng)的無機(jī)化合物，所以，能夠獲得無毒，且容易獲得的廉價(jià)的絕緣構(gòu)成部件。
本發(fā)明的開關(guān)使用了上述本發(fā)明的組合物作為絕緣構(gòu)成部件，該絕緣構(gòu)成部件成形時(shí)，由于形成成形模具的開關(guān)外觀面的模具溫度比形成開關(guān)內(nèi)側(cè)面的模具溫度高，所以，使受電弧影響的開關(guān)內(nèi)側(cè)面表層中包含氫氧化鋁等無機(jī)化合物，以確保斷路后的絕緣性能，還能夠使不受電弧影響的開關(guān)外觀面表層具有光澤。
權(quán)利要求
1．一種聚酯樹脂組合物，其中包含21～29重量％由富馬酸新戊二醇丙二醇系聚酯和作為固化劑的氫過氧化枯烯組成的樹脂成分，52～60重量％作為無機(jī)填充材料的要在150℃以上的溫度進(jìn)行脫水反應(yīng)的1種以上的無機(jī)化合物，以及15～23重量％增強(qiáng)材料。
2．如權(quán)利要求1所述的聚酯樹脂組合物，其中包含23～27重量％由富馬酸新戊二醇丙二醇系聚酯和作為固化劑的氫過氧化枯烯組成的樹脂成分，52～56重量％作為無機(jī)填充材料的要在150℃以上的溫度進(jìn)行脫水反應(yīng)的1種以上的無機(jī)化合物，以及17～21重量％增強(qiáng)材料。
3．如權(quán)利要求2所述的聚酯樹脂組合物，其中對(duì)應(yīng)于160重量份富馬酸新戊二醇丙二醇系聚酯，使用了4～8重量份固化劑。
4．如權(quán)利要求1或2所述的聚酯樹脂組合物，其中的增強(qiáng)材料為玻璃纖維，無機(jī)化合物為至少1種選自氫氧化鋁、氫氧化鈣和氫氧化鎂的化合物。
5．一種開關(guān)，具備使用了權(quán)利要求1～4的任一項(xiàng)所述的聚酯樹脂組合物的絕緣構(gòu)成部件。
6．一種開關(guān)的絕緣構(gòu)成部件的制造方法，其特征在于，成形適用于權(quán)利要求5所述的開關(guān)的絕緣構(gòu)成部件時(shí)，形成前述絕緣構(gòu)成部件的成形模具的開關(guān)外觀面的模具溫度比形成開關(guān)內(nèi)側(cè)面的模具溫度高。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含21～29重量%由富馬酸新戊二醇丙二醇系聚酯和作為固化劑的氫過氧化枯烯組成的樹脂成分,52～60重量%作為無機(jī)填充材料的要在150℃以上的溫度進(jìn)行脫水反應(yīng)的1種以上的無機(jī)化合物,以及15～23重量%增強(qiáng)材料的聚酯樹脂組合物。本發(fā)明的組合物用于開關(guān)的絕緣構(gòu)成部件時(shí),能夠提高大電流斷路后的絕緣性能。具體來講,本發(fā)明的組合物能夠防止在成形品表層上形成含有樹脂的表皮層,還能夠防止成形品表層中利用電弧熱產(chǎn)生的分解氣體使游離碳、金屬蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)闊o導(dǎo)電性氧化物的無機(jī)化合物的減少,而且,能夠確保電流斷路后的絕緣性能。
文檔編號(hào)C08K7/00GK1208428SQ97191400
公開日1999年2月17日 申請(qǐng)日期1997年2月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月14日
發(fā)明者勝部俊一, 上元利和, 福谷和則 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社