用于制作断路器极零件的方法 |
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| 申请号 | CN201380078863.4 | 申请日 | 2013-08-22 | 公开(公告)号 | CN105518819A | 公开(公告)日 | 2016-04-20 |
| 申请人 | 陶氏环球技术有限责任公司; | 发明人 | Y·曹; H·陈; K·常; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于制作用于在中等 电压 或高电压 断路器 中使用的断路器极零件的方法，其包括邻接(a)内部 真空 断续器层、(b)中间补偿层和(c)外部绝缘 套管 层，其中所述中间补偿层安置于所述内部真空断续器层与所述外部绝缘套管层之间；其中所述层彼此集成以形成断路器极零件；并且其中所述中间补偿层包括(I)环 氧 基封端的预聚物与(II) 固化 剂的反应产物；以及通过以上方法制作的断路器极零件。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于制作用于在中等电压或高电压断路器中使用的断路器极零件的方法，其包括邻接(a)内部真空断续器层、(b)中间补偿层和(c)外部绝缘套管层，其中所述中间补偿层安置于所述内部真空断续器层与所述外部绝缘套管层之间；其中所述层彼此集成以形成断路器极零件；并且其中所述中间补偿层包括(I)环氧基封端的预聚物与(II)固化剂的反应产物。 |
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| 说明书全文 | 用于制作断路器极零件的方法技术领域[0001] 本发明涉及用于制作断路器极零件的方法。 背景技术[0002] 断路器极零件的构造可包含各种设计，且迄今为止，断路器极零件已经由各种材料制得。举例来说，DE102004060274A1公开一种断路器极零件，其包含内部真空断续器、中间补偿或补偿层以及外部绝缘或绝缘套管，例如图1所示。图2为图1的部分横截面图的放大部分，其展示大体上由数字10指示的断路器极零件，包含内部真空断续器11、中间补偿层12、外部绝缘套管13以及安置于内部真空断续器11与中间补偿层12之间的粘合偶联剂14； 以及安置于中间补偿层12与外部绝缘套管13之间的粘合偶联剂。 [0003] 断路器极零件通常集成于中等电压或高电压断路器中，尤其是中等电压断路器。中等电压断路器通常额定于高电流电平的1kV与72kV之间。关键的是包含断路器极零件的内部真空断续器11、中间补偿层12和外部绝缘套管13的断路器极零件的构造材料能够在这些中等电压或高电压条件下操作。 [0004] 断路器极零件中的中间补偿层的主要目的是补偿内部真空断续器层中的材料与极零件的外部套管层中的隔热材料之间的不同热膨胀系数，从而避免可能的裂缝起始。用于补偿层的最常用材料是硅酮橡胶。然而，由于硅酮橡胶展现对断路器的内部和外部层的不良粘附，因此硅酮橡胶趋于减损断路器的电介质性质和耐久性。举例来说，DE102004060274A1公开一种断路器极零件，其包含由硅酮材料制成的中间补偿层，其对断路器极零件的性质有害。需要将紧紧地粘附到内部和外部层且具有超过2MPa的剪切强度(如通过ASTM D3528(1996)测得)的用于补偿层的材料。 [0005] 美国专利申请公开案2008/0142485A1公开一种用于制作断路器极零件的方法，其中断路器极零件的外部绝缘套管是在塑料注射模制工艺中制作，且其中内部真空腔室是通过注射模制步骤囊封。所述绝缘套管优选地从塑料或橡胶弹性材料制作。在塑料嵌入之前，可通过中间层包覆真空腔室。为了实现以上申请的断路器极零件的不同边界层之间的令人满意的兼容性，在以上应用中描述的方法中需要使用额外结合剂。另外，以上申请中描述的用于结合剂的掺杂程序是耗时的。此外，所述申请中描述的方法需要若干个人执行掺杂过程，其对于每一产品花费大约20分钟(对于每一产品实行掺杂过程2次)，且因此，以上申请中用于制作断路器极零件的公开程序是低效的。 [0006] EP2407990A1提供用于制作断路器极零件的另一方法。在EP2407990A1中描述的方法中，中间补偿层由粘合材料组成，其组合机械补偿功能与所述一个粘合中间补偿层中的粘合功能。所述粘合材料层通常具有0.5毫米到5毫米的厚度，且通过以固体形式胶封或结合粘合材料或者以液体形式喷涂、涂覆或浸渍粘合材料而施加于内部真空腔室的表面上。外部绝缘套管是选自环氧树脂材料、热塑料材料、硅酮橡胶材料或硅酮凝胶材料。在EP2407990A1的方法中，粘合材料是选自丙烯酸酯双面粘合膜、热熔胶膜、丙烯基粘合剂、共聚酰胺热熔胶、聚酰胺、聚烯烃或聚酯。EP2407990A1中所公开的全部以上粘合材料都具有不良机械性质。举例来说，所述粘合材料当在150℃使用时具有小于1MPa的抗压强度(通过ASTM D 575(1991)测量)，150℃是外部环氧树脂套管的固化温度。 发明内容[0007] 本发明的断路器极零件已经克服现有技术的断路器极零件的结构的一些缺点。举例来说，本发明的断路器极零件有利地并入有在150℃下具有超过1MPa的抗压强度的补偿层；以及具有超过2MPa的剪切强度的内部和外部层。 [0008] 本发明的一个实施例是针对一种用于制作断路器极零件的方法，其包含邻接：(a)内部真空断续器层、(b)中间补偿层和(c)外部绝缘套管层在一起，其中所述中间补偿层安置于所述内部真空断续器层与所述外部绝缘套管层之间；其中所述层彼此集成以形成断路器极零件；并且其中所述中间补偿层包括环氧基封端的预聚物与固化剂的反应产物。 [0009] 本发明的另一方面涉及一种用于在中等电压或高电压断路器中使用的断路器极零件，其包含(a)内部真空断续器层、(b)中间补偿层和(c)外部绝缘套管层；其中所述中间补偿层安置于所述内部真空断续器层与所述外部绝缘套管层之间；其中所述层彼此集成以形成断路器极零件；并且其中所述中间补偿层包括环氧基封端的预聚物与固化剂的反应产物。 [0010] 所述环氧基封端的预聚物是例如通过使胺与过量的环氧化物反应而形成，其中例如聚氧伸烷基胺的所述胺具有至少3个活性氢原子。 [0011] 在一个实施例中，所述中间补偿层可通过使以上环氧基封端的预聚物与固化剂反应而形成。举例来说，所述固化剂可为具有2到5个活性氢原子的至少一种胺或至少一种聚酰胺。所述胺固化环氧树脂弹性材料组合硅酮橡胶的机械补偿功能与极好的粘合剂性能。举例来说，胺固化环氧树脂弹性材料的一个性质可包含当使用陶瓷材料和环氧树脂材料时超过2MPa的剪切强度。因此，将胺固化环氧树脂弹性材料引入到断路器极零件中可将断路器极零件的局部放电减少到在额定电压下小于大约0.1微微库仑，甚至在-20℃到100℃的6个循环之后也是如此。 [0012] 本发明的一个目标是针对通过使用胺固化环氧树脂弹性材料用于断路器极零件的补偿层来增加断路器极零件中使用的补偿层的结合强度。 [0013] 本发明的一些优点包含：(1)将具有断路器极零件的内部和外部层的缓冲层的剪切强度增加到超过大约2MPa以使得制造程序简化且最终产物的耐久性增强；以及(2)将缓冲层抗压强度保持为在150℃下超过大约1MPa且将缓冲层的在150℃下8小时的重量损失保持为最小或零以使得维持最终产物的完整性。附图说明 [0014] 出于说明本发明的目的，图式示出本发明的当前优选形式。然而，应理解，本发明不限于图式中所示的实施例。 [0015] 图1是展示现有技术的具有各种层的断路器极零件的示意图，所述各种层构成所述断路器极零件的结构。 [0016] 图2是图1中所示的现有技术断路器极零件的各种层的横截面图放大部分。 [0017] 图3是构成本发明的断路器极零件的结构的包含补偿层的各种层的横截面图放大部分。 具体实施方式[0018] 在一个宽广范围中，本发明包含用于制作断路器极零件的方法，其包含将以下各者邻接在一起：(a)内部真空断续器层，(b)中间补偿层，和(c)外部绝缘套管层。所述断路器极零件有利地包含补偿层，其中所述补偿层是从可固化弹性环氧树脂组成物或调配物得到。举例来说，所述中间补偿层可包括环氧基封端的预聚物和固化剂的反应产物。另外，所述中间补偿层安置于内部真空断续器层与外部绝缘套管层之间。 [0019] 用以形成补偿层的可固化弹性环氧树脂组合物包含例如(a)环氧树脂；以及(b)硬化剂。所述环氧树脂广义上包含通过使聚氧伸烷基胺与过量环氧化物反应而形成的环氧基封端的预聚物。并且，所述硬化剂广义地包含例如固化剂，例如至少一种胺或聚酰胺。 [0020] 参考图3，展示大体上由数字20指示的断路器极零件的一个实施例，其包含邻接在一起的内部真空断续器层21、中间补偿层22和外部绝缘套管层23。在一个实施例中，可例如通过邻接、结合和集成(a)内部真空断续器层21、(b)中间补偿层22和(c)外部绝缘套管层23在一起而制作图3中所示的断路器极零件20。彼此集成的层形成断路器极零件结构。中间补偿层22可为例如通过使(I)环氧基封端的预聚物与(II)固化剂反应而制备的反应产物。所述断路器极零件有利地在中等电压或高电压电路断路器中使用。 [0021] 有用于形成内部真空断续器层21的材料可包含例如陶瓷等常规材料。虽然不限于任何一个特定形状，但大体上真空断续器层21是圆柱形的且在圆柱的两端以例如金属盖封闭。 [0022] 有用于形成外部绝缘套管层23的材料可包含常规材料，例如热固性塑料环氧树脂混合物或热塑性塑料。用于绝缘套管层23的材料促成外部绝缘套管层23和断路器极零件总体的外部介电强度和机械刚性的增加。 [0023] 本发明的一个优选实施例是针对用以制作断路器极零件的中间补偿层22。举例来说，可通过使以下各者反应来制备中间补偿层22： [0024] (I)环氧基封端的预聚物，和(II)固化剂，以形成弹性树脂固化材料。本发明中可使用用于实行环氧基封端的预聚物与固化剂的反应以形成中间补偿层反应产物的任何众所周知的方法。 [0025] 在一个实施例中，举例来说，以引用的方式并入本文中的W02012/030338A1中描述可用于准备环氧基封端的预聚物弹性树脂(I)的过程。并且，在W02012/030338A1中描述用于制备适用作本发明中的中间补偿层的胺固化环氧树脂弹性材料的过程，其包含以例如胺固化剂的固化剂固化环氧基封端的预聚物。 [0026] 大体上在一个实施例中，可通过使(i)聚氧伸烷基胺与(ii)过量的环氧化合物反应而形成环氧基封端的预聚物。用以形成环氧基封端的预聚物的聚氧伸烷基胺可选自市售的聚氧伸烷基胺，例如来自亨茨曼公司的JeffamineTM D-4000或JeffamineTM T-5000。用以与上述聚氧伸烷基胺反应以形成环氧基封端的预聚物的环氧化合物可例如为任何常规环氧化物(或环氧树脂)化合物，例如以引用的方式并入本文中的李·H和内维尔·K的《环氧树脂手册》(麦格劳-希尔书公司，纽约，1967，第2章2-1到2-27页)中描述的环氧化合物中的任一者。 [0027] 本发明中有用的聚氧伸烷基胺大体上具有在一个实施例中从大约3,000到大约20,000，在另一实施例中从大约4000到大约10,000，且在再一实施例中从大约5000到大约 8,000的分子量。聚氧伸烷基胺中的活性氢原子大体上在一个实施例中呈从大约3到大约 12，且在另一个实施例中从4到大约6的量。 [0028] 大体上，用以形成本发明的弹性树脂组成物的聚氧伸烷基胺化合物的量基于弹性树脂组成物的总重量可例如为在一个实施例中从20重量百分比(wt％)到大约70wt％，在另一个实施例中从大约30wt％到大约65wt％，且在再一实施例中从大约40wt％到大约60wt％。 [0029] 在一个优选实施例中，所述环氧化合物可以包括例如基于多官能性醇、酚、环脂族羧酸、芳族胺或氨基酚与表氯醇的反应产物的环氧树脂。几个非限制性实施例包括例如双酚A二缩水甘油醚、双酚F二缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚和对氨基苯酚的三缩水甘油醚。本领域中已知的其它适合环氧树脂包括例如表氯醇与邻甲酚酚醛、烃酚醛和苯酚酚醛的反应产物。环氧化合物也可选自市售环氧树脂产品，例如获自陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)的D.E.R.383、D.E.R.331 、D.E.R.332、D.E.R.354、D.E.R.580、D.E.N.425、D.E.N.431、D.E.N.438、D.E.R.736或D.E.R.732环氧树脂。 [0030] 大体上，用以产生环氧基封端的预聚物的环氧化物的量是以过量的量使用；且可基于制成环氧基封端的预聚物组合物的组分的重量为在一个实施例中从大约20wt％到大约80wt％，在另一个实施例中从大约30wt％到大约70wt％，和在再一实施例中从大约40wt％到大约60wt％。 [0031] 一般来说，将固化剂(也被称作或交联剂)组分(II)与环氧树脂化合物组分(I)掺合以制备如上文所描述的弹性树脂组成物。 [0032] 本发明中可用于形成本发明的弹性树脂组成物的固化剂化合物的实例可包含例如以下固化剂中的任一者中的至少一者：胺、聚合物胺、聚酰胺、酐、二氰二胺，或其混合物。 [0033] 一般来说，固化剂的当量可为在一个实施例中从大约10到大约200且在另一个实施例中从大约35到大约100。一般来说，固化剂的活性氢原子量可为在一个实施例中从大约2到大约5。 [0034] 大体上，本发明中使用的环氧树脂：胺基团摩尔比可为在一个实施例中从大约0.5到大约1.5且在另一个实施例中从大约0.8到大约1.2。 [0035] 在本发明中，形成中间补偿层的胺固化环氧树脂弹性材料展现若干有益的性质；且因此将所述弹性材料利用到断路器极零件中作为补偿层，明显地改善断路器极零件的电介质性质和耐久性。常规基于环氧树脂的弹性材料传统地被视为脆性的。然而，形成中间补偿层的本发明环氧树脂弹性材料与常规基于环氧树脂的弹性体材料相比具有较大柔性。举例来说，胺固化环氧树脂弹性材料的伸长率是至少50％，如通过ASTM D1708(2010)测得。 [0036] 另外，所述环氧树脂弹性体具有有利的性质，例如具有超过大约6MPa的拉伸强度的高强度、在150℃下8小时中无重量损失的高热稳定性、具有小于大约95A的硬度的柔软度、有利的结合能力，和极好的绝缘性质，以及其它有益的性质。 [0037] 由弹性树脂组成物形成的所得补偿层具有若干有益的性质。举例来说，在150℃由胺固化环氧树脂弹性材料制得的补偿层的抗压强度增加而足以用作断路器极零件的补偿层。大体上，在150℃下的抗压强度可为在一个实施例中从大约1到大约10MPa，在另一实施例中从大约1.5到大约5MPa，且在再一实施例中从大约2到大约3MPa，如通过ASTM D 575(1991)测得。 [0038] 所得补偿层还展现极好的绝缘性质。举例来说，由胺固化环氧树脂弹性材料制得的补偿层的介电强度足够高以用作绝缘层。大体上，介电强度可为在一个实施例中从大约10kV/mm到大约50kV/mm，在另一实施例中从大约15kV/mm到大约35kV/mm，且在再一实施例中从大约20kV/mm到大约30kV/mm，如通过ASTM D149-95a测得。 [0039] 另外，本发明的补偿层固化产品(即由可固化弹性材料组合物制得的交联产品)展示优于常规硅树脂或其它常规环氧树脂固化树脂的若干改进的性质。举例来说，本发明的固化产品可具有关于固化环氧树脂的高剪切强度。举例来说，关于固化环氧树脂，大体上本发明的固化产品展现在一个实施例中2MPa与100MPa之间，在另一实施例中大约5MPa与50MPa之间，在再一实施例中大约10MPa与20MPa之间的剪切强度。具有固化环氧树脂的固化产品的剪切强度可通过ASTM D3528(1996)中描述的方法测得。 [0040] 本发明的补偿层固化产品(即由可固化弹性材料组合物制得的交联产品)也可具有抵抗高温的极好的热稳定性。举例来说，补偿层的重量损失可在一个实施例中在120℃下2小时中低于大约0.2wt％，在另一实施例中在140℃下4小时中低于大约0.1wt％，且在再一实施例中在150℃下8小时中低于大约0.05wt％，如在氮气中使用热重力分析器(TGA)测得。 [0041] 本发明的弹性树脂组成物用以产生用于断路器极零件的补偿层，其包含邻接(a)内部真空断续器层21、(b)中间补偿层22和(c)外部绝缘套管层23以使得所述层彼此集成以形成断路器极零件。 [0042] 用于制造断路器极零件的过程可为此项技术中已知的任何常规方法。举例来说，各自以引用的方式并入本文中的美国专利申请公开案2008/0142485和EP 2 407 990 A1描述用于制作断路器极零件且将所述层彼此集成以形成断路器极零件的方法。 [0043] 在广义范围中，用于制作根据本发明的具有分层结构的断路器极零件以在中等电压或高电压断路器中使用的方法包含邻接(a)内部真空层、(b)中间补偿层和(c)外部绝缘套管层；其中所述中间补偿层安置于内部真空断续器层与外部绝缘套管层之间；其中所述层彼此集成以形成断路器极零件；并且其中中间补偿层(b)包括(I)环氧基封端的预聚物和(II)固化剂的反应产物。 [0044] 在一个实施例中，用于制作断路器极零件的方法可包含以下步骤： [0045] (a)提供内部真空断续器层和外部绝缘套管层； [0046] (b)形成可固化弹性树脂组成物，其包含(I)至少一种环氧基封端的预聚物和(II)至少一种胺固化剂化合物，其掺合在一起以形成所述可固化弹性树脂组成物； [0047] (c)在模具中将所述可固化弹性树脂组成物安置于所述内部真空断续器层与所述外部绝缘套管层之间；以及 [0048] (d)在所述模具中固化所述可固化弹性树脂组成物以在所述内部真空断续器层与所述外部绝缘套管层之间形成补偿层；其中邻接于所述内部真空断续器层与所述外部绝缘套管层之间的所述所得固化补偿层适合于用作断路器极零件。 [0049] 在再一实施例中，用于制作断路器极零件的方法可包含以下步骤： [0050] (a)提供第一模具； [0051] (b)将内部真空断续器层插入到所述第一模具中； [0052] (c)在所述内部真空断续器层处于所述模具中的情况下预加热所述第一模具； [0053] (d)提供可固化弹性树脂调配物，其包括(I)至少一种环氧基封端的预聚物和(II)至少一种胺固化剂化合物，其掺合在一起以形成可固化弹性树脂调配物； [0054] (e)将所述可固化弹性树脂调配物注入到所述预加热第一模具中以在所述内部真空断续器层的至少一部分上安置所述可固化弹性树脂调配物； [0055] (f)固化所述第一模具中的所述可固化弹性树脂调配物以形成第一复合部件，其包括结合到内部真空断续器层的固化补偿层； [0056] (g)从所述第一模具移除(即，脱模)所述第一复合部件； [0057] (h)将形成于所述第一模具中的所述第一复合部件放置到第二预加热模具中； [0058] (i)将可固化环氧树脂注入到所述第二预加热模具中以将所述可固化环氧树脂安置于所述固化补偿层的至少一部分上； [0059] (j)固化所述第二模具中的所述可固化环氧树脂以形成第二复合部件，其包括结合到所述第一复合部件的所述补偿层的固化外部绝缘套管层；以及 [0060] (k)从所述第二模具移除(即，脱模)所述第二复合部件；其中包括固化外部绝缘套管层、所述补偿层和所述内部真空断续器层的所述第二复合部件适合于用作断路器极零件。 [0061] 实例 [0062] 以下实例和比较实例进一步详细阐明本发明，但不解释为限制其范围。 [0063] 以下实例中所用的各种术语和名称在本文中解释如下： [0064] Jeffamine T5K是具有5000的分子量和5的活性氢原子量的聚氧伸烷基胺；且可购自亨茨曼公司。 [0065] D.E.R.TM 383是具有180g/mol的当量的环氧化合物；且可购自陶氏化学公司。 [0066] 异丙醇胺(MPA)是固化剂且可购自陶氏化学公司。 [0067] 实例1 [0068] 部分A：经涂覆真空断续器的制备 [0069] 在此实例中，在固化剂异丙醇胺(MPA)存在下通过使Jeffamine T5K与相等重量的D.E.R.383反应而制备环氧基封端的预聚物(ETP)。使用FlackTek快速混合器在2500每分钟转速(rpm)下将2000g的ETP与164g的MPA混合2分钟(min)，且随后将所得混合物立即储存在-10℃的冷冻器中达20小时(hr)。 [0070] 在20小时之后从冷冻器移除ETP/MPA混合物，且随后手动地转移到40℃杯中。在40℃杯中20分钟之后，随后使用空气压缩机将混合物转移到具有真空断续器的80℃模具。在以所述混合物填充80℃模具之后，将模具加热到100℃，且保持在此温度下达25分钟。 [0071] 在25分钟之后，将ETP/MPA涂覆的真空断续器脱模。 [0072] 部分B：具有补偿层的嵌入极的制备 [0073] 将以上制备的ETP/MPA涂覆的真空断续器固定到140℃模具上。随后，将环氧树脂注入到140℃模具中且固化30分钟。打开模具且将所得嵌入极零件取出模具。所得嵌入极零件具有ETP/MPA作为补偿层。 [0074] 在140℃下将含有ETP/MPA的嵌入极零件后固化再10小时，然后进行测试程序。 [0075] 部分C：测试方法 [0076] 根据GB/T 7354-2003(2004)中描述的测试方法程序测试如上文所描述制备的含有ETP/MPA的嵌入极零件以确定局部放电、高电压下的小部分的局部化电介质击穿。通过以肉眼视觉上观测所得嵌入极零件而确定嵌入极零件的外观。 [0077] 下表I展示如上文所描述制备的含有ETP/MPA的嵌入极零件的性能。 [0078] 表I-结果 [0079] [0080] [0081] 注意：在一个热-冻结循环期间，样本冻结到-20℃且保持在-20℃达5小时。随后，将样本加热到100℃且保持在100℃达5小时。 [0082] 在断路器极零件行业中，嵌入极的局部放电要求是在14.4kV下小于0.5微微库仑。使用ETP/MPA作为补偿材料的本发明嵌入极零件不具有甚至小于40kV的局部放电。因此，本发明的嵌入极零件显然满足局部放电的行业要求。 |
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