二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料及其制备方法与流程

本发明属于灭弧材料，尤其涉及一种二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料及其制备方法。

背景技术：

1、熔断器(fuse)是指当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路的一种电器。熔断器是一种电流保护器，其根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开。熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。

2、石英砂(sio2)和三聚氰胺为常见的抑弧、灭弧材料，在熔断器领域中有广泛的应用。sio2以物理降温、分隔电弧和吸附金属蒸汽为主，而三聚氰胺则在高温发生分解生成大量的气体吹散电弧，从而达到熄弧目的。将石英砂(sio2)和三聚氰胺联合使用，使二者协同作用，往往能起到更好的灭弧效果。然而，目前的使用方式仍以物理、机械混合为主，由于sio2与三聚氰胺在化学结构、物理化学性质，以及颗粒尺寸上存在较大差异，二者往往较难混合均匀，制得的灭弧材料均一性较差，性能不稳定。同时，由于固体三聚氰胺通常以微米级(甚至更大尺寸)的颗粒存在，比表面积较小，反应活性较低，较难在高温瞬间产生足够的灭弧气体，从而影响灭弧效果；而纳米尺寸的三聚氰胺颗粒则存在制备成本高、易团聚，以及难以和其它固体颗粒均匀混合等的缺陷。

3、因此，亟需开发一种二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料及其制备方法，以解决现有灭弧材料中sio2与三聚氰胺混合均一性差，材料利用率低等问题。

技术实现思路

1、鉴于上述技术问题，本发明的目的是提供一种二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料及其制备方法，本发明的制备方法通过将三聚氰胺分子在sio2表面牢固吸附且均匀分布，以使制得的二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料在性质上表现出均一性，实现优异的灭弧性能。

2、为实现以上目的，本发明第一方面提供了一种二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)将sio2、溶剂及三聚氰胺放入反应容器中形成混合体系；

4、(2)于步骤(1)后进行搅拌或超声处理；

5、(3)去除混合体系中的溶剂，制得二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料。

6、与现有技术相比，本发明将sio2、溶剂及三聚氰胺形成混合体系，三聚氰胺被溶剂溶解形成独立游离的三聚氰胺分子，sio2纳米颗粒表面含有羟基(-oh)官能团，当三聚氰胺分子接触sio2颗粒表面时，三聚氰胺分子中的氨基(-nh2)与sio2表面的羟基形成氢键相互作用，使三聚氰胺分子牢固吸附在sio2颗粒表面；同时在搅拌或超声处理作用下，三聚氰胺分子在溶液中各处的浓度一致，这使得每个sio2颗粒都能接触到相对一致浓度的三聚氰胺分子，因而能够实现三聚氰胺分子在所有sio2颗粒表面均匀吸附，这显著提高了三聚氰胺的比表面积，有效提高了其反应活性，进而提高了二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料在高温分解时的单位时间产气量。故，本发明的制备方法通过将三聚氰胺分子在sio2表面牢固吸附且均匀分布，以使制得的二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料在性质上表现出均一性，实现优异的灭弧性能。此外，本发明的制备方法中采用的制备原料价格低廉，同时制备工艺简单，特别适合大规模制备二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料。

7、进一步地，本发明的sio2与三聚氰胺的质量比为1～20:1。具体地，sio2与三聚氰胺的质量比可为但不限于1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、8:1、10:1、11:1、12:1、15:1、18:1、20:1。具体地，本发明可通过控制sio2与三聚氰胺的配比，进而控制sio2颗粒表面三聚氰胺的吸附量，从而形成厚度可控的三聚氰胺表面层，以满足不同实际需求。

8、进一步地，本发明的sio2与三聚氰胺的质量比优选为1～5:1。

9、进一步地，本发明的sio2为柱层析硅胶，柱层析硅胶的粒径为40～300μm，孔径为商业化的柱层析硅胶中的sio2表面含有大量-oh基团，这有助于sio2与三聚氰胺分子形成氢键相互作用。优选地，柱层析硅胶的粒径为40～45μm，孔径为

10、进一步地，本发明的溶剂包括甲醇、水、乙醇、乙二醇、丙三醇、吡啶、甲醛和乙酸中的至少一种。值得注意的是，本发明的溶剂并不仅限于此，其他其它能溶解三聚氰胺的溶剂也在本发明的保护范围内，比如溶剂还可为二甲基亚砜。

11、进一步地，本发明的步骤(2)中搅拌或超声处理的温度为室温～100℃。室温通常指10～30℃，具体地，温度可为但不限于10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、75℃、85℃、100℃。优选地，步骤(2)中搅拌或超声处理的温度为室温～80℃。

12、进一步地，本发明的步骤(2)中搅拌或超声处理的时间为2～48h。时间具体可为但不限于2h、5h、10h、18h、24h、28h、32h、38h、42h、45h、47h、48h。优选地，时间为2～36h；更优选地，时间为2～24h。更具体地，超声处理的超声功率为800～1200w，超声频率为60～100khz；

13、进一步地，本发明的步骤(3)中包括采用加热蒸发、旋转蒸发或过滤后干燥处理以去除混合体系中的溶剂。具体地，干燥处理可包括自然晾干或低温烘干。

14、进一步地，本发明的步骤(1)包括将sio2和溶剂加入至烧瓶中及将三聚氰胺加入到与烧瓶相连通的索氏提取器中，形成混合体系。即反应容器包括烧瓶和与烧瓶连通的索氏提取器，如此设置可确保三聚氰胺缓慢而均匀地溶解于溶剂中，有利于三聚氰胺分子在sio2表面牢固吸附且均匀分布。当然，为了更简便地制备二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料，反应容器可为烧瓶、烧杯，当然其他可用于搅拌的容器也可以，具体地，如可将sio2、溶剂、三聚氰胺直接于烧杯或烧瓶中混合形成混合体系。

15、相应地，本发明第二方面提供了一种二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料，采用上述提及的二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料的制备方法所制得。

16、与现有技术相比，本发明的二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料中三聚氰胺分子在sio2表面牢固吸附且均匀分布，二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料在性质上表现出均一性，兼具了物理和化学灭弧性能，实现优异的灭弧性能；当电弧发生时，sio2能起到吸收电弧能量和分隔电弧的作用，而三聚氰胺则在电弧作用下发生分解，产生大量灭弧气体，使得器件内部压力急剧增大，从而加速熄弧。

技术特征：

1.一种二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料的制备方法，其特征在于，所述sio2与所述三聚氰胺的质量比为1～20:1。

3.如权利要求1所述的二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料的制备方法，其特征在于，所述sio2与所述三聚氰胺的质量比为1～5:1。

4.如权利要求1所述的二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料的制备方法，其特征在于，所述sio2为柱层析硅胶，所述柱层析硅胶的粒径为40～300μm，孔径为

5.如权利要求1所述的二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括甲醇、水、乙醇、乙二醇、丙三醇、吡啶、甲醛和乙酸中的至少一种。

6.如权利要求1所述的二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述搅拌或所述超声处理的温度为室温～100℃。

7.如权利要求1所述的二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述搅拌或所述超声处理的时间为2～48h。

8.如权利要求1所述的二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中包括采用加热蒸发、旋转蒸发或过滤后干燥处理以去除所述混合体系中的所述溶剂。

9.如权利要求1所述的二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)包括将所述sio2和所述溶剂加入至烧瓶中及将所述三聚氰胺加入到与所述烧瓶相连通的索氏提取器中，形成混合体系。

10.一种二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料，其特征在于，采用如权利要求1～9任一项所述的二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料的制备方法所制得。

技术总结本发明公开了一种二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料及其制备方法，其中制备方法包括步骤：(1)将SiO<subgt;2</subgt;、溶剂及三聚氰胺放入反应容器中形成混合体系；(2)于步骤(1)后进行搅拌或超声处理；(3)去除混合体系中的溶剂制得二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料。本发明的制备方法通过将三聚氰胺分子在SiO<subgt;2</subgt;表面牢固吸附且均匀分布，以使制得的二氧化硅/三聚氰胺复合灭弧材料在性质上表现出均一性，实现优异的灭弧性能。技术研发人员：许家驹,陈锦标,陈俊敏,林孟平受保护的技术使用者：东莞市竞沃电子科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29