产气灭弧胶及其制备方法和应用与流程

本发明属于电子元器件领域，具体涉及熔断器领域，更具体地涉及一种产气灭弧胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在电子领域，熔断器作为短路或过载的保护装置，是广泛使用的电子元器件之一。当电路中的电流超过一定值时，熔断器的熔体因产生较大热量而熔断，从而切断电路。然而，当熔断器承载的电流高于数倍额定电流时，其产生的热量足以使熔体的合金气化，于熔丝部位形成高密度的金属蒸汽，在高电压或者大电流作用下产生电弧，弧温可到数千摄氏度，其本身也具有导电性，若电弧持续，则易造成熔断器破裂或爆炸，并危及周围环境。

2、传统熔断器通常采用石英砂二氧化硅(sio2)作为灭弧材料，该方法是利用sio2颗粒的空隙吸收金属蒸汽、分隔电弧，以及通过物理降温等方式进行灭弧。然而，由于sio2的填充密度存在上限，其单位体积吸收金属蒸汽和热量的能力受到限制，已难以适应电子元器件日益小型化和微型化的需求，尤其是高压大电流的电子器件。

3、气体灭弧是另一种常见的方法。六氟化硫(sf6)是目前使用最广泛的灭弧气体，具有优良的绝缘性能和稳定性，当电弧产生时，sf6能快速吸收和消耗电弧中的自由电子，从而实现有效灭弧。但sf6也存在缺陷，其在电弧作用下产生的sof2、sf4、sof4、so2f2和hf等有毒气体会造成环境污染；当应用于电路保护设备时，需专门的气体存储装置，检修及维护繁琐；此外，sf6还存在制备和运输成本较高等问题。

4、二氧化碳(co2)作为另一种常见的灭弧气体，化学稳定性良好，相比普遍使用的sf6气体，其成本低廉，也更环保。co2可由碳酸盐、碳酸氢盐和碱式碳酸盐等金属盐通过热分解反应来制得，这意味着能直接以此类金属盐作为熔断器的灭弧产气材料，如cn 207009395u专利文件公开了在保险丝一周填充有碳酸钙层，在保险丝烧断的瞬间，温度过高，碳酸钙在高温条件下分解为氧化钙和二氧化碳，二氧化碳对产生的电弧进行灭弧处理，然而这种直接填充碳酸盐的方式并不能有效隔绝水氧进而影响熔断器的寿命，同时灭弧效果有限。

5、因此，亟需一种产气灭弧胶及其制备方法和应用，以解决现有技术问题的不足。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种产气灭弧胶及其制备方法和应用，本发明提供的产气灭弧胶通过多种机制(环氧树脂的隔绝氧气与电弧能量吸收能力、二氧化硅的蒸汽吸附与热传导作用、梯度分布产气剂的持续气体释放、及梯度分布产气剂分解产物的阻燃性和绝缘性)协同作用以有效抑制电弧，使熔断器在较高电压下安全分断，适用于各种需要抑弧的场合。

2、为实现以上目的，本发明第一方面提供了一种产气灭弧胶，制备原料包括环氧树脂、固化剂、二氧化硅、mg2(oh)2co3、mgco3、al2(co3)3。

3、与现有技术相比，本发明选用电气绝缘性能优异的环氧树脂作为载体材料，不仅强化了产气灭弧胶与合金熔体界面的粘结强度，有效隔绝氧气，防止合金熔体氧化，预防电弧产生；而且当电弧产生时，环氧树脂的软化和碳化过程能够吸收一部分电弧能量，有助于灭弧。同时采用二氧化硅作为固体填料，二氧化硅可吸附金属蒸汽，分隔电弧，并以热传导的方式降低弧温。更为重要的是，采用mg2(oh)2co3、mgco3、al2(co3)3作为产气剂，mg2(oh)2co3、mgco3、al2(co3)3的热分解温度呈梯度分布，这使得产气灭弧胶在一个较宽泛范围内(200～1200℃)能持续产生co2气体，既有助于在电弧形成的早期阶段将其熄灭，又能有效防止电弧复燃。此外，mg2(oh)2co3、mgco3、al2(co3)3分解产生的mgo和al2o3具有极高的熔点，具有阻燃作用从而可有效抑制电弧引起的燃烧现象；mgo和al2o3还具有优异的电气绝缘性和化学稳定性，当电弧熄灭后，它们与二氧化硅共同分布在残留物中，有效提高了残留物的绝缘性，降低了后续电弧重燃的风险。故本发明提供的产气灭弧胶通过多种机制(环氧树脂的隔绝氧气与电弧能量吸收能力、二氧化硅的蒸汽吸附与热传导作用、梯度分布产气剂的持续气体释放、及梯度分布产气剂分解产物的阻燃性和绝缘性)协同作用以有效抑制电弧，使熔断器在较高电压下安全分断，适用于各种需要抑弧的场合。

4、进一步地，本发明的产气灭弧胶以质量份数计，制备原料包括30～50份环氧树脂、3～20份固化剂、5～20份二氧化硅、5～40份mg2(oh)2co3、5～40份mgco3、5～40份al2(co3)3。具体地，环氧树脂具体可为但不限于30份、35份、40份、45份、50份；固化剂具体可为但不限于3份、5份、8份、10份、11份、15份、20份；二氧化硅具体可为但不限于5份、8份、10份、11份、13份、15份、18份、20份；mg2(oh)2co3具体可为但不限于5份、8份、10份、11份、13份、15份、18份、20份、22份、25份、28份、30份、31份、33份、35份、38份、40份；mgco3具体可为但不限于5份、8份、10份、11份、13份、15份、18份、20份、22份、25份、28份、30份、31份、33份、35份、38份、40份；al2(co3)3具体可为但不限于5份、8份、10份、11份、13份、15份、18份、20份、22份、25份、28份、30份、31份、33份、35份、38份、40份。

5、进一步地，本发明的产气灭弧胶以质量份数计，制备原料包括35～45份环氧树脂、3～10份固化剂、5～15份二氧化硅、5～30份mg2(oh)2co3、5～30份mgco3、5～30份al2(co3)3。

6、进一步地，本发明的mg2(oh)2co3的粒径为5～150μm，mgco3的粒径为5～150μm，al2(co3)3的粒径为5～150μm，二氧化硅的粒径为5～150μm。具体地,可通过目筛筛选从而获得上述粒径范围内的mg2(oh)2co3、mgco3、al2(co3)3。碱式碳酸镁[mg2(oh)2co3]的分解温度为200～550℃，其热分解产物为mgo；碳酸镁(mgco3)的分解温度约为540℃，其热分解产物为mgo；碳酸铝[al2(co3)3]的热分解温度为900～1200℃，其热分解产物为al2o3。

7、进一步地，本发明的环氧树脂包括双酚a型环氧树脂、丁二醇双缩水甘油醚环氧树脂和环氧化聚丁二烯树脂中的至少一种。双酚a型环氧树脂、丁二醇双缩水甘油醚环氧树脂和环氧化聚丁二烯树脂均可通过市售可得。

8、进一步地，本发明的固化剂包括乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、间苯二胺、苯二甲胺、三乙醇胺、4,4'-二氨基二苯甲烷、苄基二甲胺、马来酸酐、均苯四酸酐和酐桐油改性酸酐中的至少一种。

9、相应地，本发明第二方面还提供了一种产气灭弧胶的制备方法，包括步骤：

10、(1)将环氧树脂、固化剂、二氧化硅、mg2(oh)2co3、mgco3和al2(co3)3搅拌混合得到浆料；

11、(2)将浆料进行脱泡处理。

12、进一步地，本发明的步骤(1)中搅拌包括：于室温下搅拌5～30min。

13、进一步地，本发明的步骤(2)包括采用脱泡机对浆料进行脱泡处理。制备原料在混合搅拌时往往会引入空气，形成微小气泡，这些气泡如果残留在产气灭弧胶中，可能会削弱产气灭弧胶的机械性能，影响绝缘性和灭弧效果，甚至在极端情况下导致局部放电或绝缘击穿，因此有必要对浆料进行脱泡处理。

14、相应地，本发明第三方面还提供了一种产气灭弧胶在熔断器中的应用，将如上述提及的产气灭弧胶或上述提及的产气灭弧胶的制备方法所制得的产气灭弧胶包覆于熔断器的合金熔体上。

15、进一步地，本发明采用丝网印刷法、点胶法或刷涂法而将产气灭弧胶包覆于熔断器的合金熔体上。

16、进一步地，本发明将产气灭弧胶包覆于熔断器的合金熔体上后，再于室温～100℃下固化2～48h。固化处理使得产气灭弧胶从半固态向固态进行转变，进而确保产气灭弧胶可稳定、持久地包覆在熔断器的合金熔体上。