專利名稱：高壓電流限制熔斷器和電路斷續(xù)器用的滅弧組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣裝置例如開關(guān)設(shè)備、變壓器等中的高壓斷路領(lǐng)域，尤其是涉及含有滅弧組合物的高壓電流限制熔斷器或射擊式保險器、斷路器、電路斷續(xù)器、可分離的電纜連接器或其他同類的東西等，上述滅弧組合物適于在有電弧的情況下迅速放出氣體以幫助熄滅電弧，由此而快速和有效地切斷電路。更具體地說，本發(fā)明的目的在于滅弧涂料組合物，該組合物具有優(yōu)良的滅弧性能和改進了軌道電阻性能，該組合物在高壓電流限制熔斷器中比較易于應(yīng)用和操作上安裝。
射擊式保險器或放出氣體的熔斷器已被廣泛地用于開關(guān)設(shè)備、變壓器和其他電氣設(shè)備中的高壓斷路。通常知道，在這樣的斷路裝置中使用滅弧或放出氣體的物質(zhì)，此物質(zhì)與可熔元件相接觸地安置，尤其是，此物質(zhì)幫助除去離子、冷卻并且因此幫助熄滅在故障電流狀態(tài)下產(chǎn)生的電弧。
典型的高壓熔斷器包括一般為管狀的電絕緣材料外殼;一對封閉外殼的相對端的終端元件;處于外殼里面的高絕緣強度的粉末狀滅弧填料物質(zhì)，例如砂子、云母珠或精細分離的石英;由高導(dǎo)電材料例如浸沒在填料中并導(dǎo)電地連接終端元件的銀組成的可熔元件，一般將該可熔元件以并聯(lián)連接關(guān)系、沿支撐芯的長度纏繞;高絕緣強度的電絕緣高溫材料例如陶瓷組成的芯，該芯通過軸向和徑向地伸長為可熔元件提供支撐，即，沿外殼的縱向提供具有十字形、星形或者和截面一樣的許多鰭板;以及沿芯的長度分布的或者包括自身與可熔元件相接觸的芯的部分的放出氣體物質(zhì)。
在操作中，當(dāng)高壓電流限制熔斷器受到超過可熔元件電流承受能力的電流作用時，過大的電流產(chǎn)生熱，由此可熔元件達到了可熔元件開始熔化和汽化的熔融溫度。隨著可熔元件或金屬蒸汽迅速地膨脹為可熔元件最初所占體積的許多倍，電弧由此而出現(xiàn)。因此，這些蒸氣膨脹到填料物質(zhì)之間的空間里，在那里它們通過將熱傳遞到填料中而冷凝，并且不再傳導(dǎo)電流。此外，沿芯的長度分布或者包括部分芯的放出氣體的物質(zhì)適于在飛弧期間迅速地放出氣體，并由此對電弧產(chǎn)生去離子作用和冷卻作用，這便于電弧的熄滅并且還減少了再閃擊和跟蹤，即，在中斷過載電流后的熔融傳導(dǎo)的出現(xiàn)。
優(yōu)良的滅弧物質(zhì)必須在觸發(fā)電弧后的短時間內(nèi)能迅速地產(chǎn)生大量的非易燃的和非毒性的氣體。滅弧物質(zhì)和其熔融狀態(tài)的固體殘余物必須相對地是非導(dǎo)電的，以便防止通過熔融的化合物的傳導(dǎo)性而產(chǎn)生的電弧的再閃擊或跟蹤，由此避免斷路后通過該物質(zhì)再形成電流流動。此外，滅弧物質(zhì)必須是相對不溶于水的，以便它不會受到大氣中存在的水份的損壞。而且，滅弧物質(zhì)在沒有大量惰性粘合劑的情況下應(yīng)該是可模塑或者可被安置到自支撐結(jié)構(gòu)中的。
這項技術(shù)的核心是配制滅弧組合物，該組合物是易于被模塑到堅固的自支撐結(jié)構(gòu)中，然后被安裝在熔斷器或斷路裝置中。例如，Leach等人的U.S.P.4339742號中公開了一種高壓熔斷器，它具有許多塊狀的放出氣體的部件，這些部件被連接在許多纏繞支撐芯的可熔元件上。這些結(jié)構(gòu)的放出氣體部件被制成具有狹縫，以便容易在想要的位置被安裝到可熔元件上。
Kozacka等人的U.S.P.4166266號公開了一種電熔斷器，它具有支撐可熔元件的芯，可熔元件是由軸向伸長結(jié)構(gòu)的放出氣體的棒構(gòu)成的。Robbins的U.S.P.4625195號公開了一種電熔斷器，它具有在芯上的定位裝置以便連接放出氣體的結(jié)構(gòu)部件，該部件具有在放出氣體的部件表面上整體地形成的橫向突出部。對于滅弧或放出氣體的組合物的更多的結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用，參見例如U.S.P.3582586、3761669、4251649、4340790和4444671。
但是，這些滅弧的自支撐堅固結(jié)構(gòu)的材料具有一些缺點。慣用的具有高物理強度的自支撐滅弧物質(zhì)含有與熱塑性或熱固體聚合粘合劑混合的放出氣體的物質(zhì)。雖然粘合劑組合物提供物理強度和可模塑性給通常是薄弱的滅弧材料以形成自支撐滅弧結(jié)構(gòu)物質(zhì)，但是，這些粘合劑組合物一般是高度碳化的物質(zhì)。因此，當(dāng)飛弧狀態(tài)時，粘合劑在斷路裝置中分解并形成導(dǎo)電的碳殘余物，由此引起不希望的電弧的跟蹤和再閃擊。
作為該技術(shù)中已知的、典型的滅弧物質(zhì)在結(jié)構(gòu)上只是復(fù)合體，難于制成令人滿意的結(jié)構(gòu)形狀，因此，如果不對滅弧物質(zhì)與結(jié)構(gòu)的聚合物粘合劑的混合物作昂貴的結(jié)構(gòu)改進的話，就不能有效地將滅弧物質(zhì)安裝在高壓電流限制裝置中。聚合物粘合劑產(chǎn)生的碳化性作為為了改進滅弧物質(zhì)的可模塑性和物理強度的不得已的付產(chǎn)物是被容許的。
在Amundson等人的U.S.P.2526448號中首先公開了作為有效地滅弧物質(zhì)的蜜胺和蜜胺衍生的含氮化合物。蜜胺是含有1，3，5-三嗪的放出氣體的基團的雜環(huán)氮化合物。蜜胺是熔點約為345℃的白色結(jié)晶粉末，在其熔點溫度和低于熔點溫度，蜜胺升華，即其固體不經(jīng)其液相直接轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵狻Ｃ郯肪哂幸韵禄瘜W(xué)通式 可是，雖然蜜胺和蜜胺衍生的含氮化合物具有優(yōu)良的滅弧性能，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它們是不能被加工成令人滿意的結(jié)構(gòu)形狀的，即，不能被模塑、擠塑等等，并且它們在較低的電力條件下還缺乏有效性。因此，如上面概括地討論的那樣，為了給滅弧物質(zhì)提供足夠的可模塑性和物理強度，例如提高的抗拉強度、百分伸長率和破壞產(chǎn)品所需的能量，使蜜胺與適合的有機粘合劑混合在一起，在現(xiàn)有技術(shù)中是不可少的。此外，粘合劑還造成較低功率的電力斷路。
Jones的U.S.P.3582586號公開一種阻斷電弧的組合物，它包含蜜胺和熱塑性有機聚合物粘合劑，該粘合劑給滅弧物質(zhì)提供提高的結(jié)構(gòu)性能以及在較低電流強度的斷路情況下(低于在蜜胺有效的情況)對飛弧的有效性。Jones公開的有效的粘合劑是包括聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、丙烯酸和乙縮醛樹脂的熱塑性樹脂。Jones進一步公開的另一種粘合劑是包括蜜胺-甲醛樹脂的熱固性樹脂。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些熱塑性和熱固性聚合粘合劑通常在基于蜜胺或同類化合物的電弧阻斷組合物中是有用的，這是因為在低于升華蜜胺所需的電力條件下、在電弧的存在下這些粘合劑揮發(fā)，由此產(chǎn)生大量的氣體去驅(qū)使蜜胺進入到電弧的核心并熄滅電弧。此外，這些粘合劑形成一些具有模塑和成形性能、穩(wěn)定性和電絕緣性以及物理強度的組合物。
但是，有機的結(jié)構(gòu)粘合劑具有在飛弧狀態(tài)下在空氣中容易碳化的缺點。含有這些有機的結(jié)構(gòu)粘合劑的滅弧組合物一般具有高的碳含量，因此在飛弧狀態(tài)下這些組合物分解產(chǎn)生碳殘余物。這些碳的殘余物是導(dǎo)電的，因此造成電弧的跟蹤并引起滅弧中的困難。此外，為了配制和加工放置在斷路裝置中的想要的結(jié)構(gòu)形狀，帶有粘合劑的這些組合物一般是昂貴的。通過使用塑料混合的能量消耗技術(shù)，例如碾磨或諸如此類，粘合劑必須首先與滅弧物質(zhì)機械均化，然后借助于使用塑料加工技術(shù)，例如注射/壓縮成型、擠塑、拉擠成型等，將其改變成想要的形狀。此外，粘合劑和滅弧物質(zhì)混合不能提供滅弧物質(zhì)的最佳分布。
Jones的U.S.P.3761660號公開一種具有改進了的防跟蹤性能的電弧阻斷組合物，它包含蜜胺、水合氧化鋁和熱塑性有機粘合劑。Jones所公開的加入水合氧化鋁(Al2O3.3H2O)，給滅弧組合物提供了非碳化性能，這是因為為了有效地滅弧它釋放了水合作用的水并催化了含碳物質(zhì)的氧化，由此導(dǎo)致干凈的燃燒并防止碳沉積或沉淀在電弧照射的表面上。因此，水合氧化鋁減少了飛弧情況時有機粘合劑在材料表面碳化并形成電弧跟蹤的導(dǎo)電通路的趨勢。然而，由于在飛弧狀態(tài)中放出了水合作用的水，所以在熔斷器中使用水合物質(zhì)可能導(dǎo)致腐蝕損壞熔斷器元件。
在以下的出版物中公開了包含滅弧物質(zhì)和有機粘合劑的滅弧組合物的其他一些例子。Wiltgen，Jr.的U.S.P.4251699號公開了另一種包含雙氰胺的滅弧組合物。Wiltgen，Jr.公開的雙氰胺一般是以與有機粘合劑混合的形式而被提供的。但是，雙氰胺的熔點為210℃，低于蜜胺的熔點，而且在其熔點和低于其熔點的溫度升華。因此，雙氰胺的熱穩(wěn)定性低于蜜胺，因此在低于合乎要求的條件下雙氰胺能分解并放出氣體。此外，在雙氰胺的分子中含有活性氰基，該基團在飛弧狀態(tài)下分解時產(chǎn)生有毒氣體。Wiltgen，Jr.的U.S.P.4444671號公開了一種包含六亞甲基四胺和粘合劑的滅弧物質(zhì)。
Syvertson的U.S.P.4975551號公開了一種滅弧組合物，它包含按重量計為有效量的滅弧物質(zhì)，例如蜜胺，和熱塑性結(jié)構(gòu)粘合劑聚合物，例如乙烯丙烯酸共聚物，以實現(xiàn)滅弧性能和改進的結(jié)構(gòu)特性例如抗拉強度、伸長率和環(huán)境的耐熱循環(huán)的組合。Syvertson組合物包括含有羧酸部分的改進的熱塑性聚合粘合劑，例如乙烯丙烯酸共聚物，其中粘合劑聚合物的羧酸部分與滅弧物質(zhì)例如蜜胺在熱和壓力下的滅弧組合物的結(jié)構(gòu)成型過程中被化學(xué)地結(jié)合了，其中的滅弧物質(zhì)含有羧酸反應(yīng)基團，例如胺、羥基、環(huán)氧基、氮丙啶或硫羥基基團。
可是，Syvertson的滅弧組合物包括高的材料和加工的制造成本，而且包括高碳化的羧酸基團，在熔融狀態(tài)下該基團將很可能形成跟蹤狀態(tài)并造成滅弧中的困難。
在高壓電流限制熔斷器、電路斷續(xù)器或諸如此類的設(shè)計中，最好是提供這樣的滅弧組合物或放出氣體的物質(zhì)，在電弧的作用下它們能迅速地放出氣體去熄滅電弧，它們具有最小的跟蹤性，還具有高的熱性能、高的電絕緣性和支撐結(jié)構(gòu)性能。并且最好是提供制造上比較便宜和易于安裝的滅弧組合物，同時保持想要的滅弧性、熱性能、絕緣性和結(jié)構(gòu)性能，特別是不跟蹤性。另外，最好是提供一種具有改進的電弧和軌道電阻性的滅弧物質(zhì)。
此外，最好還提供一種易于應(yīng)用的滅弧涂料組合物，它包含(A)滅弧或放出氣體的物質(zhì)組分和(B)相對地不跟蹤和不導(dǎo)電的成膜聚合物組分，其中的成膜聚合物組分(B)對涂料組合物起液體載體的作用。本發(fā)明的滅弧涂料組合物通過迅速地放出非導(dǎo)電的滅弧氣體而提供有效地電弧熄滅作用，并且該滅弧涂料組合物對于在故障電流狀態(tài)時由電弧造成的表面破壞表現(xiàn)出高的軌道電阻性。
本發(fā)明的目的是提供一種滅弧涂料組合物，它具有足夠的結(jié)構(gòu)強度、滅弧性能、不跟蹤性、熱穩(wěn)定性和絕緣性，該組合物比較便宜并且易于制造和安裝。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有改進的軌道電阻性的滅弧涂料組合物。
本發(fā)明的另一目的是提供一種在飛弧和高溫狀態(tài)下具有形成最小碳殘余物的滅弧涂料組合物。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有比較高的滅弧氣體放也能力的滅弧涂料組合物。
本發(fā)明的另一目的是提供一種易于應(yīng)用和安裝的滅弧涂料組合物。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有有效的滅弧性、不跟蹤性、熱穩(wěn)定性和絕緣性的滅弧組合物。
這些目的和其他目的是通過一種這樣的滅弧涂料組合物達到的，該組合物包含滅弧物質(zhì)(A)和具有最小跟蹤性的成膜聚合物(B)，其中成膜聚合物(B)起涂料組合物的液體載體作用。
滅弧物質(zhì)(A)選自碳酸胍、乙酸胍、1，3-二苯胍、鳥嘌呤、蜜胺、氰尿酸蜜胺、脲、乙內(nèi)酰脲和尿囊素，優(yōu)選為碳酸胍。成膜聚合物(B)選自氨基甲酸乙酯、丙烯酸和蜜胺甲醛樹脂，并且優(yōu)選為氨基甲酸乙酯樹脂。在涂料組合物中滅弧物質(zhì)(A)與成膜聚合物(B)的重量比是大約1∶9至9∶1，優(yōu)選為1∶4至4∶1，更優(yōu)選為7∶13至13∶7。
這些目的和其他目的也是由一種這樣的滅弧組合物達到的，該組合物含有氮雜環(huán)化合物，這種化合物選自碳酸胍、乙酸胍、1，3-二苯胍、鳥嘌呤、氰尿酸蜜胺、脲、乙內(nèi)酰脲或尿囊素。
附圖中所示的是本發(fā)明目前優(yōu)選的示范性的具體裝置。應(yīng)該知道，本發(fā)明并不限于作為例子公開的這些具體裝置，并且在附屬的權(quán)利要求的范圍內(nèi)本發(fā)明是可以變化的。在附圖中

圖1是一個高壓電流限制熔斷器的透視圖，該熔斷器帶有涂在芯表面的本發(fā)明滅弧涂料組合物。
圖2是涂覆過的芯沿圖1的1-1的截面圖。
圖3是一個高壓電流限制熔斷器的透視圖，該熔斷器帶有涂在聚合物的自支撐結(jié)構(gòu)材料上的本發(fā)明滅弧涂料組合物，這種自支撐結(jié)構(gòu)材料是安裝在可熔元件上的。
圖4是用于測定本發(fā)明的滅弧涂料組合物的滅弧能力的試驗裝置的例圖。
根據(jù)本發(fā)明，通過一種滅弧涂料組合物提供一種改進的和經(jīng)濟的滅弧物質(zhì)，該物質(zhì)用于具有足夠的結(jié)構(gòu)性、放出氣體性、電絕緣性和熱性能以及改進的軌道電阻性的本發(fā)明斷路裝置，上述涂料組合物包含按重量計為有效量的滅弧或放出氣體的物質(zhì)(A)和成膜聚合物(B)，其中成膜聚合物(B)具有最小的跟蹤性并且還起涂料組合物的液體載體的作用，借助于常規(guī)的涂覆技術(shù)可以容易地將上述涂料組合物涂到結(jié)構(gòu)部件上，例如高壓電流限制裝置的芯或可熔元件上。
本發(fā)明滅弧涂料組合物的成膜聚合物(B)給滅弧物質(zhì)(A)提供足夠的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性而不致危害滅弧物質(zhì)(A)的軌道電阻性或非碳化性。此外，本發(fā)明的滅弧涂料組合物具有優(yōu)良的滅弧性和最小的碳殘余物(石墨)形成。
滅弧或放出氣體的物質(zhì)(A)優(yōu)選具有迅速放出氣體性、最小的跟蹤性、高的不導(dǎo)電性、絕緣性和熱性能的化合物。滅弧成分(A)最好具有高的氮含量和低的碳含量，以確保最小的跟蹤性，這種跟蹤性是由受到高的飛弧狀態(tài)和高溫時在電路斷續(xù)器中形成的碳(石墨)殘余物造成的。更優(yōu)選的是，滅弧成分(A)是氮雜環(huán)化合物。特別優(yōu)選的是，由氮雜環(huán)化合物衍生的碳酸鹽和乙酸鹽是尤為理想的，因為它們具有較高的熱穩(wěn)定性和良好的涂覆性。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些滅弧組分(A)，它們是至今未被介紹或提出過的，它們具有有效的滅弧性能。特別是，這些滅弧組分(A)可包含具有以下化學(xué)結(jié)構(gòu)通式的碳酸胍鹽和其衍生物
其中R＝H、烷基、芳基、芳烷基和烷芳基基團。
滅弧組分(A)另外可以包含具有以下化學(xué)結(jié)構(gòu)通式的乙酸胍鹽和其衍生物 其中R＝H、烷基、芳基、芳烷基和烷芳基基團。
滅弧組分(A)另外可以包括具有以下化學(xué)結(jié)構(gòu)通式的胍和其衍生物，優(yōu)選1，3-二苯胍和其衍生物 其中R＝H和烷基基團。
滅弧組分(A)還可以包含具有以下化學(xué)結(jié)構(gòu)通式的鳥嘌呤和其衍生物
其中R＝H、烷基和芳基基團。
滅弧組分(A)還可以包含具有以下化學(xué)結(jié)構(gòu)通式的氰尿酸鹽和其衍生物 其中R＝H、烷基和芳基。
滅弧組分(A)還可以包含該技術(shù)中已知的具有以下化學(xué)結(jié)構(gòu)通式的蜜胺和其衍生物 其中R＝H、烷基和芳基。最好是將蜜胺和氰尿酸鹽作為氰尿酸蜜胺一起提供。
滅弧組分(A)另外還可以包含具有以下化學(xué)結(jié)構(gòu)式的脲和其衍生物
其中R＝H、烷基和芳基。
滅弧組分(A)另外可以包含具有以下化學(xué)結(jié)構(gòu)式的乙內(nèi)酰脲和其衍生物 其中R＝H、烷基和芳基。
滅弧組分(A)另外可以包含具有以下化學(xué)結(jié)構(gòu)式的尿囊素和其衍生物
其中R＝H、烷基和芳基。
因此，滅弧組分(A)包含有效量的放出氣體的物質(zhì)，該物質(zhì)包括碳酸胍、乙酸胍、鳥嘌呤、1，3-二苯胍、氰尿酸鹽、蜜胺、氰尿酸蜜胺、脲、乙內(nèi)酰脲、尿囊素、它們的衍生物和混合物。這些物質(zhì)為迅速地滅弧提供優(yōu)良的放出氣體性和不跟蹤性。
此外，滅弧組分(A)優(yōu)選是一種在150℃或更高溫度長時間用于熔斷器或電路繼續(xù)器的熱穩(wěn)定組合物。更優(yōu)選的是，滅弧組分(A)是一種可以在150℃經(jīng)受20年而不致出現(xiàn)任何顯著熱分解的化合物。此外，滅弧組分(A)的分子量優(yōu)選為60-400克/分子。此外，在上述R基團位置上的碳原子數(shù)優(yōu)選為1-10，更優(yōu)選為1-3，以使碳的跟蹤減小到最低限度，而特別優(yōu)選的是R基團為氫。
將滅弧物質(zhì)(A)與起液體載體作用的比較不跟蹤的成膜聚合物(B)混合，形成本發(fā)明的滅弧涂料組合物。該載體起滅弧物質(zhì)的液體載體作用和起固定滅弧物質(zhì)到被涂覆基材上的粘合劑的作用。此載體是可展開的液體，并且一旦被涂在基材上就形成膜。此載體或者通過水的蒸發(fā)或者通過氧化作用和聚合作用而干燥為薄膜。
由于成膜聚合物(B)的分解是比較干凈的，并且在飛弧狀態(tài)下基本上不形成碳殘余物，所以形成的涂料組合物具有比較高的軌道電阻。本發(fā)明的涂料組合物可以以液體載體的形式被涂覆，或者可以是無溶劑的?？梢酝ㄟ^空氣干燥、加熱或紫外輻射來固化該涂料組合物。本發(fā)明的涂料組合物在制造上和在電流限制裝置中的應(yīng)用是相當(dāng)便宜的，而且上述裝置具有高的放出氣體的能力、改進的軌道電阻性和最小的碳殘余物。
與油漆或油墨載體所起的作用相似，對放出氣體物質(zhì)(A)起液體作用的最小跟蹤的成膜聚合物(B)優(yōu)選是氮含量高并且碳含量低的，在飛弧狀態(tài)下分解時該聚合物形成最小的碳殘余物并因此形成最小的跟蹤。
優(yōu)選的成膜聚合物(B)是氨基甲酸乙酯基樹脂，一種含有作為主鏈的-NHCOO-基的聚合物。成膜聚合物(B)的氨基甲酸乙酯樹脂具有以下優(yōu)選的化學(xué)結(jié)構(gòu)式 其中R＝CH3、C2H5、C3H7、C4H9、C6H5、烷基和芳基，R1＝C6H4、(C6H4)2CH2、(CH2)6、烷基和芳基。
雖然加熱和紫外線固化也是可能的，但是氨基甲酸乙酯聚合物(B)最好是在室溫下空氣干燥的成膜聚合物?？梢允褂媚苜I到的聚氨基甲酸乙酯樹脂，例如由Dexter Hysol，Inc.制造的Hysol PC-18和Hysol PC-29。
成膜聚合物(B)還可以包括對滅弧組分(A)起載體作用的丙烯酸基樹脂。雖然丙烯酸樹脂不含氮并且碳含量高，但是在飛弧狀態(tài)下丙烯酸樹脂分解為初始的單體結(jié)構(gòu)，由此形成最小的碳殘余物和最小的跟蹤。成膜聚合物(B)的丙烯酸樹脂具有以下優(yōu)選的化學(xué)結(jié)構(gòu)
其中R＝CH3、C2H5、C4H9、烷基和芳基。
可以使用能購得的丙烯酸樹脂，例如由Dexter Hysol Inc.制造的Hysol PC-20和由Columbia Chase，Inc.制造的Humiseal1B31。
成膜聚合物(B)另外可以包括蜜胺甲醛樹脂。
雖然載體不是必需的，但是，為了提供想要的涂覆性和流變性，還可以給成膜聚合物(B)提供溶劑或液體載體，例如甲苯、二甲苯、甲乙酮或諸如此類。載體中成膜聚合物(B)的固含量最好占重量的35-65%。
放出氣體的或滅弧的組分(A)占涂料組合物重量的約10-90%，優(yōu)選為20-80%重量，更優(yōu)選為35-65%重量，余量為成膜聚合物(B)。滅弧組分(A)還可以包括上面提到過的那些結(jié)構(gòu)的混合物。滅弧涂料組合物的粘度最好為300-900厘泊，在環(huán)境溫度的貯存期限大于12個月，在環(huán)境溫度的固化時間為1-4小時。此外，借助于滅弧組分(A)和成膜聚合物(B)之間的協(xié)同交聯(lián)，可以增強滅弧涂料的固化，這種交聯(lián)提高了組合物的熱穩(wěn)定性而不致減小滅弧性能。
滅弧涂料組合物還可以包括軌道電阻添加劑(C)，例如水合氧化鋁、碳酸鈣、硼酸、氫氧化鎂或其他同類的東西等。但是，在飛弧狀態(tài)時放出水的軌道電阻添加劑(C)的使用，可能造成對可熔元件的腐蝕性損壞，因此，不優(yōu)選這種添加劑。
可以用本發(fā)明的滅弧涂料組合物涂覆圖1和2中所示的高壓電流限制熔斷器中的芯，即，可熔元件的支撐物。圖1是高壓電流限制熔斷器的透視圖，該熔斷器具有涂在芯的表面上的本發(fā)明滅弧組合物。
一般來說，圖1表示高壓電流限制熔斷器1。高壓電流限制熔斷器1包括一個帶有可熔元件20的芯或支撐裝置10，其中的可熔元件20是并聯(lián)電連接的并且圍繞著芯10纏繞。芯10和可熔元件20一般被設(shè)置在一個管狀絕緣外殼30內(nèi)。管狀外殼30一般是由絕緣材料例如玻璃纖維增強的環(huán)氧樹脂構(gòu)成的。以適當(dāng)?shù)姆绞椒忾]管狀外殼30相對端的每一個，而將一對金屬帽或箍32安裝到管狀外殼30的相對端上，這對金屬帽或箍32一般是由導(dǎo)電材料例如銅制成的。金屬帽32在可熔元件20和外部電路之間提供了電的互連手段。
以適合的方式將一對導(dǎo)電的終端環(huán)34安裝在芯10的相對端上。以適合的方式例如焊接或低溫焊接或諸如此類，將可熔元件20導(dǎo)電地連接到終端環(huán)34上。終端環(huán)34另外包括導(dǎo)電接頭36和38，以適當(dāng)?shù)姆绞嚼绾附踊虻蜏睾附踊蛑T如此類，將這些接頭導(dǎo)電地連接到金屬帽32上，由此在可熔元件20和金屬帽32之間提供導(dǎo)電的互連?？梢詫D中沒有顯示出的粉狀滅弧填料物質(zhì)例如砂子、云母珠或諸如此類物質(zhì)，放在管狀外殼30里。
可熔元件20一般為帶形形狀并且由高導(dǎo)電性材料例如銀構(gòu)成?？扇墼?0還可以是許多可熔元件?？扇墼?0一般含有許多孔洞22，以提供許多減小了的截面，眾所周知這種截面在故障電流情況下有助于可熔元件的汽化。在U.S.P.4319212號(Leach)，4339742號(Leach等人)和4099153號(Cameron)中，對電流限制熔斷器的結(jié)構(gòu)和材料進行了詳細的描述，在此參考引用這些文獻。
圖1中表示的芯10的表面是用有效量的本發(fā)明滅弧組合物12涂覆過的。芯10在結(jié)構(gòu)上被加工成具有圖2中所示的十字形截面，芯10一般包括軸向突出的鰭板14，鰭板14徑向和軸向地沿芯的長度伸長。鰭板的形狀可以是星形的(圖中未顯示)、十字形的或類似的形狀，眾所周知這樣的形狀是合乎要求的外形，這是因為這樣的形狀減小了可熔元件和芯之間的接觸以改進性能?？梢杂帽娝苤耐扛布夹g(shù)，例如噴涂、刷涂、Painting、浸涂或諸如此類，在圖1和2中所示的芯的局部或整體上，涂覆本發(fā)明的滅弧涂料組合物。在Zink，et al.，“Coating Processes”，Kirk-Othmer Concise Encyclopedia of Chemical Technology，pp.292-294，John Wiley & Sons，Inc.，1985中，詳細地敘述了各種涂覆技術(shù)，在這里參考引用這篇文獻。
如圖3所示，本發(fā)明的涂料組合物還可以用于涂覆分離的自支撐結(jié)構(gòu)部件16，該部件還可以含有滅弧或放出氣體的添加劑，如圖所示帶有狹縫18的自支撐結(jié)構(gòu)部件是沿芯10的長度分布的，并且該部件是這樣設(shè)置的，使狹縫18跨越可熔元件20的寬度，并使該部件與部分可熔元件20操作地嚙合。還可以將滅弧涂料組合物直接涂到可熔元件上(圖中未表示)。另外，可以將滅弧涂料組合物涂到已經(jīng)存在于電路斷續(xù)器中的放出氣體的結(jié)構(gòu)物上，以提供提高的軌道電阻。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有利的是，使本發(fā)明的涂料組合物涂到例如用作高壓電流限制裝置中的芯的自支撐結(jié)構(gòu)部件上。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)特別有利的是，涂覆自支撐的滅弧物質(zhì)，為了保持結(jié)構(gòu)的完整性，該物質(zhì)已經(jīng)用有機聚合粘合劑配制，但是現(xiàn)在它含有相當(dāng)高的碳化物質(zhì)，因此它具有比較低的軌道電阻性能。聚合物結(jié)構(gòu)物質(zhì)也可以含有放出氣體的添加劑?？梢砸杂行У牧繉⒈景l(fā)明的滅弧涂料組合物涂在上述的高碳化有機物質(zhì)的至少一部分上，給有機聚合物結(jié)構(gòu)物質(zhì)提供改進的軌道電阻性能，這對于熄滅電弧也是有效的。
以下實施例是本發(fā)明滅弧涂料組合物的例證實施例1采用圖4所示的試驗裝置的試驗方法被用于測定本發(fā)明各種滅弧涂料組合物的滅弧有效性。將各種滅弧組合物涂在層合材料，即，玻璃纖維填充的熱固性聚酯上，它是射擊式保險器中慣用的芯材。將兩塊平放的試樣板40和42以平行，彼此隔開的排列而放置，試樣板之間有1/8〃的間隙，該試樣板包含涂有本發(fā)明滅弧涂料組合物的表面涂料的層合材料。將兩個鎢絲電極44和46放在彼此隔開的試樣板的每個開口處以封閉試樣板的這些開口。將銅絲48放在試樣板的間隙里并且連接鎢電極44和46。還用青殼紙將鎢電極與試驗板隔絕以避免表面導(dǎo)電效應(yīng)。將電極間的間隙調(diào)整到0.275〃并用直徑為0.005〃的銅絲最初使該間隙短路。將880伏特的電路電壓和引起約30安培電流的阻抗及約0.5的功率因數(shù)施加到上述的試樣板上。
通過混合的占重量50%的胍和約占重50%的氨基甲酸乙酯樹脂(即，Hysol PC-18聚氨酯樹脂)，制造碳酸胍和氨基甲酸乙酯滅弧涂料組合物。將該滅弧涂料組合物涂在紅色的聚酯層合材料的表面上。施加電壓以造成飛弧，飛弧時間為100毫秒。也可以使用Hysol PC-29和Hysol PC-20。在對下面的層合物的任何損壞發(fā)生之前，借助于熄滅電弧，該涂料還保護了它下面的層合物。
實施例2通過混合占重量50%的鳥嘌呤和占重量50%的氨基甲酸乙酯(即Hysol PC-18聚氨酯樹脂)，制造鳥嘌呤和氨基甲酸乙酯滅弧涂料組合物。將此滅弧涂料組合物涂在紅色的聚酯層合材料上。施加電壓造成飛弧，飛弧時間是75毫秒。在對下面的層合物的任何損壞出現(xiàn)之前，通過熄滅電弧，該涂料還保護了它下面的層合物。
實施例3通過混合占重量50%的氰尿酸蜜胺和占重量50%的氨基甲酸乙酯(即Hysol PC-18聚氨酯);制造氰尿酸蜜胺和氨基甲酸乙酯滅弧涂料組合物。將此滅弧涂料組合物涂在灰色的聚酯層合材料的表面上。施加電壓造成飛弧，飛弧時間是125毫秒。在對下面的層合物的任何損壞出現(xiàn)以前，通過滅弧，該涂料還保護了它下面的層合物。
實施例4作為試樣提供滅弧的玻璃纖維填充的紅色聚酯層合物，而在它的表面沒有滅弧涂料組合物。施加電壓造成飛弧，飛弧時間是550毫秒。
實施例5作為試樣提供滅弧的玻璃纖維填充的灰色聚酯層合物，在它的表面沒有涂滅弧涂料組合物。施加電壓造成飛弧，飛弧時間是630毫秒。
實施例6
作為試樣提供滅弧的黑色脲-甲醛層合物，在它的表面沒有涂滅弧涂料組合物。施加電壓造成飛弧，飛弧時間是380毫秒。
實施例7作為試樣提供滅弧的白色脲-甲醛層合物，在它的表面沒有涂滅弧涂料組合物。施加電壓造成飛弧，飛弧時間是200毫秒。
實施例8作為試樣提供滅弧的聚縮醛共聚物層合物，在它的表面沒有涂滅弧涂料組合物。施加電壓造成飛弧，飛弧時間為550毫秒。
實施例9通過直接將滅弧涂料組合物涂在熔片長度的中間三分之一上，還將滅弧涂料組合物涂在陶瓷支撐棒或芯上覆蓋整個長度，在5.5kv-型CX熔斷器中試驗實施例1的碳酸胍和氨基甲酸乙酯滅弧涂料組合物。用不包含放出氣體的涂料的同樣的熔斷器進行對比試驗。獲得的結(jié)果表明，與未涂覆的芯或可熔元件相比，包含涂料組合物的熔斷器表現(xiàn)出更有效的滅弧性能。
實施例10通過混合以下各組物質(zhì)，制備三種滅弧涂料組合物(1)占重量50%的脲和占重量50%的氨基甲酸乙酯，(2)占重量50%的乙內(nèi)酰脲和占重量50%的氨基甲酸乙酯，(3)占重量50%的尿囊素和占重量50%的氨基甲酸乙酯。所用的氨基甲酸乙酯是Hysol PC-18聚氨酯樹脂。通過直接將滅弧涂料組合物涂在金屬的可熔元件上覆蓋熔片長度的中間三分之一，并且還將該組合物涂在陶瓷支撐棒或芯上覆蓋整個長度，在5.5kv-型CX熔斷器中分別試驗這三種滅弧涂料組合物。這些滅弧涂料組合物的飛弧時間分別為15，45和40毫秒。
由于上述的變化和實施例已經(jīng)公開了本發(fā)明，因此對于該技術(shù)中技術(shù)熟練人員來說，更多的變化現(xiàn)在會是顯而易見的。本發(fā)明不意味著局限于具體提到過的變化，因此，為了以本發(fā)明所要求的排他權(quán)利確定本發(fā)明的范圍，應(yīng)該查閱附加權(quán)利要求而不是上面討論的優(yōu)選實施例。
權(quán)利要求
1.一種滅弧涂料組合物，它包括(A)有效量的滅弧物質(zhì)；和(B)選自氨基甲酸乙酯、丙烯酸樹脂和蜜胺-甲醛樹脂的成膜聚合物，為了涂覆滅弧物質(zhì)(A)，其中的成膜聚合物(B)起涂料組合物液體載體作用。
2.權(quán)利要求1的滅弧涂料組合物，其中成膜聚合物(B)是氨基甲酸乙酯樹脂。
3.權(quán)利要求2的滅弧涂料組合物，其中所述的氨基甲酸乙酯樹脂是聚氨酯。
4.權(quán)利要求1的滅弧涂料組合物，其中成膜聚合物(B)還包括溶劑。
5.一種滅弧涂料組合物，它包括(A)有效量的滅弧物質(zhì);和(B)成膜聚合物，其中滅弧物質(zhì)選自碳酸胍、乙酸胍、1，3-二苯胍、鳥嘌呤、氰尿酸、氰尿酸蜜胺、蜜胺、脲、乙內(nèi)酰脲和尿囊素;為了涂覆滅弧物質(zhì)(A)，其中的成膜聚合物(B)起涂料組合物的液體載體作用。
6.權(quán)利要求5的滅弧涂料組合物，其中滅弧物質(zhì)(A)包括碳酸胍。
7.權(quán)利要求5的滅弧涂料組合物，其中滅弧物質(zhì)(A)包括乙酸胍。
8.權(quán)利要求5的滅弧涂料組合物，其中滅弧物質(zhì)(A)包括1，3-二苯胍。
9.權(quán)利要求5的滅弧涂料組合物，其中滅弧物質(zhì)(A)包括鳥嘌呤。
10.權(quán)利要求5的滅弧涂料組合物，其中滅弧物質(zhì)(A)包括氰尿酸蜜胺。
11.權(quán)利要求5的滅弧涂料組合物，其中滅弧物質(zhì)(A)包括脲。
12.權(quán)利要求5的滅弧涂料組合物，其中滅弧物質(zhì)(A)包括乙內(nèi)酰脲。
13.權(quán)利要求5的滅弧涂料組合物，其中滅弧物質(zhì)(A)包括尿囊素。
14.一種滅弧涂料組合物，它包括(A)有效量的滅弧物質(zhì)，它選自碳酸胍、乙酸胍、1，3-二苯胍、鳥嘌呤、氰尿酸蜜胺、脲、乙內(nèi)酰脲和尿囊素;和(B)包括氨基甲酸乙酯樹脂的成膜聚合物，為了涂覆滅弧物質(zhì)(A)，其中的成膜聚合物(B)起涂料組合物的液體載體作用。
15.權(quán)利要求14的滅弧涂料組合物，還包括選自水合氧化鋁、硼酸、碳酸鈣、氫氧化鎂的滅弧物質(zhì)(C)。
16.權(quán)利要求14的滅弧涂料組合物，其中該涂料組合物包括占重量約10-90%的滅弧物質(zhì)(A)和占重量90-10%的成膜聚合物(B)。
17.權(quán)利要求16的滅弧涂料組合物，其中該涂料組合物包括占重量約35-65%的滅弧物質(zhì)(A)和占重量65-35%的成膜聚合物(B)。
18.一種高壓電流限制熔斷器，包括一般為管狀的電絕緣材料的外殼;一對封閉該外殼的每一相對端的終端元件;至少一個導(dǎo)電地互連上述那對終端元件的可熔元件;支撐上述至少一個可熔元件的芯，這個芯包括至少一個平行于上述外殼的縱軸心縱向地伸長的支撐部件;并且，可熔元件、芯或外殼的至少一個帶有用有效量的滅弧涂料組合物涂過的至少部分其表面，該涂料組合物包括(A)有效量的滅弧物質(zhì)和(B)包括氨基甲酸乙酯樹脂的成膜聚合物，其中滅弧物質(zhì)選自碳酸胍、乙酸胍、1，3-二苯胍、鳥嘌呤、氰尿酸蜜胺、脲、乙內(nèi)酰脲和尿囊素，為了涂覆滅弧物質(zhì)(A)，其中的成膜聚合物(B)起涂料組合物的液體載體作用。
19.一種滅弧組合物，包括選自碳酸胍、乙酸胍、1，3-二苯胍、鳥嘌呤、氰尿酸蜜胺、脲、乙內(nèi)酰脲和尿囊素的物質(zhì)。
全文摘要
一種有效的滅改進軌道電阻性的滅弧涂料組合物，用于高壓電流限制熔斷器或射擊式保險器、斷路器、電路斷續(xù)器、可分離的電纜連接器等裝置中。它包括滅弧物質(zhì)(A)和具有最小跟蹤性的成膜聚合物(B)，其中(B)起涂料組合物的液體載體作用。(A)選自胍、碳酸胍、乙酸胍、1，3-二苯胍、鳥嘌呤、蜜胺、氰尿酸蜜胺、脲、乙內(nèi)酰脲、尿囊素、及其衍生物和混合物。(B)選自氨基甲酸乙酯、丙烯酸、密胺-甲醛及其衍生物和混合物。
文檔編號C09D5/00GK1106852SQ9411681
公開日1995年8月16日 申請日期1994年8月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月23日
發(fā)明者J·D·B·史密斯, W·R·克魯克斯 申請人:尹頓公司