用于热截止装置的高热稳定性丸粒组合物及其制备方法和用途

用于热截止装置的高热稳定性丸粒组合物及其制备方法和用途
【专利摘要】本发明提供一种具有增强的热稳定性的用于热致动电流截止装置的丸粒组合物。某些无机稳定性添加剂颗粒例如二氧化硅、滑石和硅氧烷可与一种或更多种有机化合物混合以形成热丸粒组合物。固体热丸粒在直至转变温度(Tf)下保持其结构刚度，但还具有改进的超调温度范围。因此，改进的丸粒组合物具有高于Tf至少50℃的最大介电能力温度(Tcap)，高于所述温度下所述丸粒组合物损失实质性的介电特性并传导电流。在某些变化方案中，最大介电能力温度(Tcap)大于或等于约380℃。
【专利说明】用于热截止装置的高热稳定性丸粒组合物及其制备方法和用途
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于电流中断装置的材料组合物，更具体涉及用于热稳定电流中断安全装置或热截止装置的改进的丸粒组合物(pellet composition),包括用于改善热性能的性能增强无机添加剂。
【背景技术】
[0002]本节提供的涉及本公开内容的【背景技术】信息不一定是现有技术。
[0003]电器、电子装置、电机及其它电气设备的操作温度通常具有最佳范围。可能对系统组件造成损害或装置在应用中或对于最终用户成为潜在的安全隐患时的温度范围用作重要的检测阈值。多种装置能够感测该超温度阈值。能够感测超温条件并中断电流的某些装置包括电热熔断器，其仅工作在窄温度范围内。例如，锡铅合金、铟锡合金或其它形成共熔金属的金属合金不适合用于电器、电子、电气及电机应用中，这是因为这些应用具有超出所需安全范围的不期望的宽温度响应阈值和/或检测温度。
[0004]特别适合超温检测的一类装置是电流中断安全装置，称为热截止器(TCO)，其能够检测温度并在必要时同时中断电流。这种TCO装置通常在电器中安装在电源和电气部件之间，使得TCO能够在具有潜在的危害或危险的超温情况下中断电路连续性。TCO通常设计成以不可逆方式切断电流至电器的流动，而没有重置TCO电流中断装置的选项。某些电器和应用需要使用具有高保持温度的耐用超温检测装置，该高保持温度超过常规TCO设计的操作温度和/或保持温度。因此，在各个方面，本发明提供即使在高温下仍热稳定并且在激活或电流中断后继续表现出介电性能的TCO设计。

【发明内容】

[0005]本节提供本发明的总体内容，但不是其所有范围或其所有特征的全面公开。
[0006]在某些方面中，本发明提供一种用于热致动电流截止装置的丸粒组合物。该丸粒组合物包含一种或更多种有机化合物以及一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒，所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒选自二氧化硅、滑石、硅氧烷及其组合。在某些变化方案中，一种或更多种有机化合物在总丸粒组合物中的含量大于或等于93wt %。此外，一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒任选地在总丸粒组合物中的含量小于或等于约5wt%。该丸粒组合物在直至转变温度(Tf)下处于固相并保持其结构刚度。该丸粒组合物也具有最大介电能力温度(Teap) (maximum dielectric capability temperature),在高于该温度下丸粒组合物会失去实质性介电特性(性能)。根据本发明的某些方面，本发明的丸粒组合物的Tcap为高于Tf至少约50°C。
[0007]在其它方面中，本教导提供一种用于热致动电流截止装置的丸粒组合物，其包含一种或更多种有机化合物以及在总丸粒组合物中的含量小于约3wt%的一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒。所述一种或更多种有机化合物选自:间亚苯基二苯甲酸酯、对苯二甲酸二甲酯、N-乙酰基对甲苯胺、N-苯甲酰苯胺(Benzanilide)、2’，6’_ 二甲基乙酰苯胺(2'，6' -acetoxylidide)、二甲基乙酸苯胺(dimethylacetanilide)、7_ 羟基 _4_ 甲基香?素、香豆素、苯代三聚氰胺及其组合。所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒选自二氧化硅、滑石、硅氧烷及其组合。该丸粒组合物处于固相并保持其结构刚度，直至转变温度(Tf)。但是，该丸粒组合物也具有最大介电能力温度(Tmp)，在高于该温度下丸粒组合物会失去实质性介电特性并导电，该Tmp为高于Tf至少约50°C。[0008]在其它方面中，本教导提供一种用于增强热致动电流截止装置的丸粒组合物的热稳定性的方法。该方法包括在初始丸粒组合物中引入一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒，所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒选自二氧化硅、滑石、硅氧烷及其组合。所述初始丸粒组合物在直至转变温度(Tf)下保持其结构刚度并且具有初始最大介电能力温度(Tciapinitial)，在高于该温度时所述初始丸粒组合物会失去实质性的介电特性并传导电流。在各个方面中，初始最大介电能力温度(Tcapinitial)高于转变温度Tf。在某些变化方案中，初始最大介电能力温度(Teapinitial)处在高于Tf 100°C以下的温度范围(即Tf<Tcapinitial( (Tf+100°C ))。在初始丸粒组合物中引入一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒后，形成改进的丸粒组合物，其表现出与初始丸粒组合物相同的Tf，但具有高于Tf约50°C以上的改进的最大介电能力温度(TeapimprovJ，即TMpimpMved≥(Tf+50°C )。在某些变化方案中，该改进的最大介电能力温度可高于Tf远超过50°C,例如高于Tf至少约100°C或更多。
[0009]在其它方面中，提供一种用于增强热致动电流截止装置的丸粒组合物的热稳定性的方法。该方法包括在初始丸粒组合物中引入一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒，所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒选自二氧化硅、滑石、硅氧烷及其组合，所述初始丸粒组合物在直到转变温度(Tf)时保持其结构刚度。在初始丸粒组合物中引入一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒后，形成改进的丸粒组合物，其表现出与初始丸粒组合物相同的Tf，但与初始丸粒组合物相比，其在低于Tf的温度下的老化速率低至少2%。
[0010]本发明还提供具有增强稳定性的用于热致动电流截止装置的丸粒组合物的制备方法。该方法任选地包括将一种或更多种有机化合物与选自二氧化硅、滑石、硅氧烷及其组合的一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒进行混合。该混合物随后造粒并压实形成能够用于热致动电流截止装置的固体热丸粒。由此形成的固体热丸粒保持其结构刚度，直至转变温度(Tf)。该丸粒组合物也具有最大介电能力温度(Tmp)，在高于该温度时所述丸粒组合物会失去实质性介电特性。在某些变化方案中，丸粒组合物的Tmp高于Tf至少约50°C。在某些变化方案中，Tcap高于或等于约380°C。
[0011]其它方面的实用性根据本文提供的说明将变得明显。该
【发明内容】
中的描述和具体实例的目的只是为了说明，而不是意图限制本发明的范围。
【专利附图】

【附图说明】
[0012]本文所描述的附图只是用于对选定的实施方案而非所有实施方式进行说明，因此并非意图限制本发明的范围。
[0013]图1是示例性的常规热截止装置结构的放大截面图；
[0014]图2示出在热丸粒经历物理转变和电流中断致动组合件已使得电开关切断连续性并改变热截止装置的工作条件后的图1的热截止装置结构；
[0015]图3是示出根据本发明的某些方面的热稳定丸粒的侧面透视图；
[0016]图4是图1的电流中断致动组合件开关结构的滑动接触构件的侧视图；
[0017]图5是图1的电流中断致动组合件的一个弹簧的侧视图；
[0018]图6是示出实施例3的第一对比丸粒组合物的丸粒高度-时间的图；该第一对比丸粒组合物包含对苯二甲酸二甲酯，但不含无机稳定性添加剂，并制备成高密度实验室丸粒干混合物；
[0019]图7是示出实施例3的第二对比丸粒组合物的丸粒高度-时间的图；该第二对比丸粒组合物包含对苯二甲酸二甲酯，但不含无机稳定性添加剂，并制备成高密度实验室丸粒熔体；
[0020]图8是示出实施例3中的根据本发明的某些原理制备的丸粒组合物的丸粒高度-时间的图；该丸粒组合物包含对苯二甲酸二甲酯和无机稳定性添加剂(2%的气相法二氧化硅和2%的滑石粉)，并制备成高密度实验室丸粒干混合物；和
[0021]图9是示出实施例3中的根据本发明的某些原理制备的丸粒组合物的丸粒高度-时间的图；该丸粒组合物包含对苯二甲酸二甲酯和无机稳定性添加剂(2%的气相法二氧化硅和2%的滑石粉)，并制备成高密度实验室丸粒熔体混合物。
[0022]在附图中的多个图中，对应的附图标记指示对应的部件。
【具体实施方式】
[0023]提供示例实施方案以彻底公开本发明并使本领域技术人员完全理解本发明的范围。披露了大量具体细节如特定组分、装置和方法的实施例，以提供对本发明的实施方案的全面理解。本领域技术人员将会理解的是，不需要采用特定细节，示例实施方案可以多种不同的形式具体体现并且也不应被解释为限制本发明的范围。在某些示例实施方案中，没有具体描述公知的方法、公知的装置结构和公知的技术。
[0024]本文所用的术语只是为了描述特定的示例实施方案，而不是意图限制。本文所使用的不加数量词修饰的形式也可以用于包括复数形式，除非上下文中另有清楚的说明。术语“包括”、“包含”，“含有”和“具有”是包括性的，因此是指存在所描述的特征、整数、步骤、操作、要素和/或组分，但不排除存在或增加一个或更多个其它的特征、整数、步骤、操作、要素、组分和/或其集合。本文描述的方法步骤、过程和操作均不应解释为要求它们的实施必须以所描述或示出的特定顺序进行，除非具体指出了实施顺序。还应该理解的是，可以采用额外或替代的步骤。
[0025]当一个要素或层被称为在另一要素或层“之上”或与另一要素或层“接合”、“连接”或“结合”时，可以是直接在另一要素或层“之上”或与另一要素或层“接合”、“连接”或“结合”，或者可以存在中间的要素或层。与之相反，当一个要素被称为“直接”在另一要素或层“之上”或与另一要素或层“直接接合”、“直接连接”或“直接结合”时，可不存在中间的要素或层。用于描述要素之间的关系的其它措辞应以同样的方式进行解释(例如，“在...之间”与“直接在...之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。本文所使用的术语“和/或”包括一个或更多个相关列举项目的任何和所有组合。
[0026]虽然术语第一、第二、第三等在本文中可用于描述不同的要素、组件、区域、层和/或部分，但是这些要素、组件、区域、层和/或部分不应受到这些术语的限制。这些术语只可用于区分一个要素、组件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分。诸如“第一”、“第二”和其它数字术语的术语在用于本文时并不意味着序列或顺序，除非上下文中有明确指示。因此，以下讨论的第一要素、组件、区域、层或部分可以称为第二要素、组件、区域、层或部分，而不背离示例实施方案的教导。
[0027]空间相对术语如“内”、“外”、“上”、“下”、“下方”、“上方”、“上部”等可在本文中为
了便于描述而用于描述如附图所示的一个要素或特征与另一要素或特征的关系。空间相对术语可用于涵盖装置在使用或操作中的除附图所示方向以外的不同方向。例如，如果附图中的装置被翻转，则描述在另一要素或特征的“下方”或“下”的要素的方向将变为在另一要素或特征的“上方”或“上”。因此，示例性术语“下方”可以包括上方和下方两个方向。装置可以处于其它方向(旋转90度或处于其它方向上)，本文所用的空间相对描述语可相应地进行解释。
[0028]在本公开内容的全文中，数值表示范围的量度或限值，涵盖与给定值的微小偏差和具有近似于所述值以及确切地具有所述值的方案。除了在具体描述结束后提供的工作实施例外，在包括所附权利要求书的本说明书中的所有参数数值(例如数量或条件)被理解为在所有情况下均被术语“约”修饰，而无论在数值之前是否实际出现“约”。“约”表示所记载的数值允许存在一些轻微的不精确(利用一些方法来达至该值的精确；大致或合理地接近该值；近似)。如果术语“约”所提供的不精确性在本领域中不能理解为具有该一般含义，则本文所用的“约”至少是指根据常规测量方法和使用该参数时可能产生的变化。此外，范围的公开包括整个范围内的所有值和进一步分割的范围的公开，包括该范围给出的端点。
[0029]以下将参考附图更全面地描述示例实施方案。包括热截止电流中断安全装置(“TC0”)在内的各种安全电流中断装置被用作宽范围应用温度中的安全装置。TCO被引入电气装置例如电器、电机或消费装置中并且通过在高于阈值温度或通常为约60°c?约235°C的温度等级时断开或中断电流来用作安全装置。某些更高温度的应用可以采用高温TCO(HTTCO)装置，其在高于或等于约240°C的温度以上断开电流，如在Kent等人的共同受让的美国公开N0.2010/0033295中所教导的，其通过引用并入本文。在后续讨论中，术语“TC0”包括常规TCO装置及其高温对应物(HTTCO)。本发明涉及用于热截止装置的改进的丸粒组合物，其具有更高的稳定性和坚固性，特别是在该材料在高于该温度时致动TCO装置的超调(overshoot)温度下。
[0030]根据【背景技术】，本文描述了示例性常规TCO装置，如图1和2所示。通常，常规TCO10包括导电金属壳体或罩11，其具有与壳体11的封闭末端13电接触的第一金属电导体
12。在壳体11的开口 15中设置有隔离衬套14，如陶瓷衬套。壳体11还包括定位边缘16，其将陶瓷衬套14固定在壳体11的末端内。电流中断组合件用于响应高温而使装置致动，例如通过破坏电路的连续性，电流截止器组合件包括电接触体17，例如金属电导体，其至少部分地通过开口 15设置在壳体11内。电接触体17穿过隔离衬套14并具有抵靠隔离衬套14的一侧19设置的扩大终端18和从隔离衬套14的外末端21伸出的第二末端20。
[0031]密封件28设置在开口 15的上并且可以与壳体11及其定位边缘16、隔离衬套14和电接触体17的第二末端20的暴露部分产生密封接触。在这种方式下，壳体11的内部部分29基本密封隔离于外部环境30。“基本密封”是指尽管在屏障密封件任选地在微观尺度上是多孔的，该屏障能够防止热丸粒材料选失或显著的质量损失，例如，在一些变化方案中，经过预定温度下连续工作1000小时，密封件将至少98?99wt %的初始热丸粒保留在壳体内。
[0032]致动或开关以改变电路连续性的电流中断组合件还包括设置在壳体11内的由导电材料如金属形成的滑动接触构件22并且具有与壳体11的内周表面24滑动接合设置的弹性周边指状物23 (图4)以在它们之间提供电接触。此外，当TCO的操作温度低于预定阈值或TCO装置的设定点温度时，滑动接触构件22设置为与电接触体17的终端18电接触。
[0033]电流中断组合件还包括压缩机构，其可包括多个不同的压缩机构。压缩机构使滑动接触构件22偏转抵靠在电接触体17的终端18上以建立第一运行条件(其中操作温度低于TCO装置的阈值温度，如下所述)下的电接触。如图1和2所示，该压缩机构包括一对弹簧，它们分别设置在滑动接触构件22的相反两侧。弹簧包括相对强的压缩弹簧26和相对弱的压缩释放(trip)弹簧27。
[0034]如图3所最佳显示的，热响应性丸粒或热丸粒25设置在壳体11内靠在其端壁13上。压缩弹簧26在固体热丸粒25和滑动接触构件22之间处于压缩状态，在所示的示例性设计中，其通常具有比压缩释放弹簧27的力更强的压缩力，压缩释放弹簧27设置在接触构件22和隔离衬套14之间，使得滑动接触构件22偏向(例如，受到弹簧26的力控制)并且与电接触体17的扩大末端18电接触。在这种方式下，在第一电导体12与电接触体17之间通过导电壳体11和滑动接触构件22建立电路。
[0035]如上所述,TCO装置设计为包括热丸粒25,所述热丸粒25包括固相的丸粒组合物，其在第一操作条件(其中操作温度例如周围环境30温度低于阈值温度)下是可靠稳定的；但是在第二操作条件下当操作温度达到或超过该阈值温度时可靠地转变到不同的物理状态。因此，形成热丸粒25的丸粒组合物是固相的并保持其结构刚度，直至达到阈值温度或最终温度(Tf)(也称为转变温度、致动温度或阈值温度)，此时由于丸粒材料组合物中的结构变化导致内部接触破坏了连续性，进而使压缩机构松弛或松开，例如当温度达到或超过转变温度Tf时，在不利的加热条件期间，热丸粒25熔融、液化、软化、挥发、升华或以其它方式转变为不同的物理状态，通过收缩、位移或其它物理变化，从具有结构刚度的固体转变为失去结构刚度的形式或相态，如图2所示。当周围环境达到转变温度或最终温度(Tf)并且丸粒失去结构刚度时，由于来自扩张释放弹簧27施加的力使得内部电接触分离。在某些替代装置配置中，装置可以在激活后保持电闭合，如本领域技术人员所理解的，装置变化同样是通过本发明教导来设想的。然而，在丸粒组合物达到并随后超过转变温度(Tf)并且破坏电连续性后，为了用作有效的安全装置，材料组合物应该是热稳定的并且对于远超转变温度(Tf)的温度范围继续表现出介电性质。这有时被称为热超调温度范围。因此，热丸粒组合物也具有最大介电能力温度(Tmp)，超过在该温度时丸粒会失去其介电特性和/或绝缘电阻特性和/或在典型的TCO装置中开始传导电流。Tmp涉及热丸粒组合物的最大额定温度(Tniax)。Tniax是额定温度，在该温度下100%的受试TCO装置(引入丸粒组合物)在以下规定的测试条件下将在激活、致动或跳闸后继续保持电开路以继续在装置中提供安全益处(在高于Tf的温度范围内)。Tmax通常选择为低于Tcap以作为在给定应用中使用的安全余量。
[0036]弹簧26和27因此适合扩张和松弛，如图5中的扩张释放弹簧27所示，并且通过压缩弹簧26和压缩释放弹簧27的特定力和长度的关系，使得滑动接触构件22以图2所示的方式移动脱离与电接触体17的末端18的电接触，使得终端导体12与电接触体17之间的电路通过热截止结构10 (经由壳体11和滑动接触构件22)不再连续并断开，如图2所示保持开路。本发明所述的热截止装置用于示例性说明，因此不应被视为必然的限制。在某些方面中，各种组件、设计或操作原则可在数量或设计上进行改变。各种其它的热开关或截止装置是本领域已知的并且同样为本发明所考虑。
[0037]如上所述，在各方面中，丸粒材料组合物设计为具有转变温度，这允许TCO装置具有最终温度(Tf)(也称为转变温度、致动温度或阈值温度)，其中装置内部的激活可由于丸粒材料组合物中的结构变化而破坏内部接触。因此，丸粒组合物处于固相并保持其结构刚度，直至达到转变或最终温度(Tf)，此时连续性上的开关由于固体热丸粒的结构转变或崩溃而被激活。一旦丸粒材料组合物达到其转变温度(Tf)，这意味着该材料不再具有保持压缩机构例如保持闭合位置的开关所需的结构完整性，这例如取决于TCO装置。该转变温度(Tf)也可称为“熔点”并对TCO装置提供额定值；然而，丸粒组合物中的化合物不需要常规意义上的完全熔融来实现电接触的分离以断开内部电路和电连续性。
[0038]多种丸粒化学物会在较高温度下劣化并且会从具有期望的高介电绝缘性转变为部分或完全导电。因此，如果热丸粒在达到和超过转变温度(Tf)后发生熔融或物理软化，但周边环境温度继续升高至热丸粒组合物变得导电的程度时，则热丸粒组合物有可能在TCO装置中重新建立导电性，导致不期望的过热或危险的情况，从而构成潜在的安全问题。
[0039]因此，Tcap通常理解为TCO保持电开路的高于转变温度Tf的最大超调温度范围。最大介电能力温度(Tmp)涉及Tmax，但Tmp往往可能显著超过Tmax额定温度。Tcap是丸粒组合物的高温稳定性的指标，但如本领域技术人员所理解的，可能不符合表现为引入所关注的丸粒组合物的受试装置100%通过测试的Tmax额定值的基于严格工业测试标准。此外，虽然Tcap可通过与Tmax额定值测试相同的测试程序和方案进行评测，但是Tmp也可以通过作为高温稳定性指标的替代测试程序进行测试，例如，在如下所述的与Tmax额定值的标准测试条件和方案不同的电压率或温度下进行测试。通常，为了安全起见，从Tcap中减去至少约20°C?30°C的裕量以达到最高额定温度(Tmax),从而为用于TCO装置中的给定热丸粒组合物提供额定值。因此，Tcap包括并且在某些方面中超过给定热丸粒组合物的额定Tmax。
[0040]在各个方面中，本发明教导的丸粒材料组合物在热截止装置应用中是热和化学稳定的、可靠的和坚固的。因此，在第二操作条件下转变成不同的物理状态后，丸粒组合物在第三操作条件下暴露于超过阈值温度直至最大介电能力温度(Tmp)的操作温度下，直至这种情况下，该丸粒组合物仍是符合期望地稳定的并且保持介电性和绝缘性以防止电流从中传导通过。因此，在某些方面中，本教导涉及用于热截止装置中具有宽范围转变温度(Tf)的各种热丸粒组合物的热稳定性的改善和超调温度(例如，最大介电能力温度(Tcap)和最高额定温度(Tmax))的拓宽。
[0041]根据本教导的某些方面，提供提高用于热致动电流截止装置的丸粒组合物的热稳定性的方法。某些热丸粒组合物尤其在高于Tf的相对低的超调温度下具有热不稳定性。例如，本发明特别适合用于最大额定温度(Tmax)和/或初始最大介电能力温度(Tciapinitial)(初始丸粒组合物会损失实质性介电特性并导电)高于Tf但落在比Tf高100°C以下的温度范围的丸粒组合物(即 Tf < Tcapinitial ( (Tf+1000C )和 / 或 Tf < Tmax ( (Tf+1000C ))。如上所述，热丸粒的Tmp通常覆盖并超过Tmax。然而，可以采用Tmp或Tmax来选择有利于通过本发明教导的某些变化方案提供改进的热稳定性的丸粒材料。此外，使用的术语Tcapinitial和T_mp_d用于指定的目的，其与上位术语Teap可互换使用。因此，这些具有在Tf以上100°C以内的初始Tcapinitial(或Tmax)的丸粒材料组合物通常认为表现出差的热稳定性，因而是利用通过本发明提供的技术进行改进的特别好的候选者。
[0042]在各方面中，丸粒组合物具有超过转变温度Tf的初始最大介电能力温度(Tcapinitial)。在某些方面中在根据本发明进行处理之前，丸粒组合物具有高于Tf且低于或等于Tf以上约90°C的初始最大介电能力温度(Tcapinitial)(即Tf < Tcapinitial ( (Tf+900C ))；任选低于或等于约80°C (即Tf < Tcapinitial ( (Tf+800C ));任选低于或等于约70°C (即Tf < Tcapinitial ( (Tf+70°C ));任选低于或等于约 60°C (即 Tf < Tcapinitial ( (Tf+600C ))；任选低于或等于约500C (即Tf < Tcapinitial ( (Tf+50°C ));任选低于或等于约400C (即Tf < Tcapinitial ^ (Tf+40 0C ));和在某些变化方案中，任选低于或等于约30°C (即Tf< Tcapinitial ( (Tf+30°C ))。在其他方面中，在处理前具有相对差的热稳定性的丸粒组合物可具有超过转变温度Tf的初始最大额定温度Tmax，但是在根据本发明的处理之前，初始Tmax超过Tf的量低于或等于约70°C (即Tf < Tfflax ( (Tf+700C ));任选低于或等于约60°C (即Tf < Tfflax ( (Tf+600C ));任选低于或等于约 50°C (即 Tf < Tfflax ( (Tf+500C ));任选低于或等于约40°C (即Tf < Tmax ( (Tf+400C ));和在某些变化方案中，超过Tf的量任选低于或等于约 300C (即 Tf < Tmax ( (Tf+30°C ))。
[0043]根据本发明技术的各项原则，已经出乎意料地发现，将至少一种无机稳定性添加剂颗粒引入这种相对热不稳定的丸粒组合物中显著提高热稳定性，同时固体热丸粒的Tf保持基本相同。在优选方面中，这种无机稳定性添加剂颗粒选自二氧化硅、滑石、硅氧烷以及它们的组合。在热丸粒组合物中存在这种无机稳定性添加剂颗粒显著提高热丸粒组合物的例如最大介电能力温度(Tmp)。相同的热丸粒组合物的额定Tmax同样得到提高。在各方面中，在丸粒组合物中存在相对低浓度的一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒可提供有效的优点，例如提高热稳定性、最大介电能力温度(Tcap),并且在某些变化方案中，还可以同样提供改善的最大额定温度Tmax。
`[0044]因此，在某些方面中，提高用于热致动电流截止装置中的丸粒组合物的热稳定性的方法包括将选自二氧化硅、滑石、硅氧烷以及它们的组合中的一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒引入初始丸粒组合物中，所述初始丸粒组合物在直至转变温度(Tf)下保持其结构刚度并且具有高于Tf但落在Tf以上约100°C内的初始最大介电能力温度(Tcap)，超过Tcap时该丸粒组合物会损失实质性的介电特性并导电。在一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒引入初始丸粒组合物后，由此形成改进的丸粒组合物，其具有与初始丸粒组合物相同的Tf，但具有高于Tf约501:或更大的改进的最大介电能力温度(T_mprovJ。在某些变化方案中，所述改进的最大介电能力温度(T_mpMVj为高于乙约1001:或更大，如下面更详细讨论的。
[0045]在各个方面中，本发明提供一种热丸粒材料组合物，其包括确定热丸粒材料组合物的转变温度(Tf)的一种或更多种有机化合物，丸粒组合物为固相并保持其结构刚度，直至该Tf。此外，热丸粒材料组合物还包括提供丸粒组合物的性能增强的一种或更多种无机添加剂。特别有效的无机稳定性添加剂颗粒选自:二氧化硅、滑石、硅氧烷以及它们的组合。这些无机稳定性添加剂颗粒出乎意料地提高热丸粒材料组合物在高于转变温度Tf的温度下的热稳定性，而且也提高热丸粒材料组合物在低于转变温度Tf的温度下的热稳定性。这种高于转变温度的改进的热稳定性可由以下一个或多个非限制性优点反映:(i)提高最大介电能力温度(Tcap)，高于该温度时丸粒会损失其介电和/或绝缘电阻特性和/或在典型的TCO装置中开始导电(如本文它处所述)；(ii)提高丸粒组合物的最大额定温度(Tmax)；(iii)提高开路TCO装置在预定温度下的击穿电压，以及提高在低于转变温度(Tf)下的丸粒稳定性；(iV)减缓在接近Tf的温度下的老化速率(例如在Tf、Tf-10°C* Tf-15°c的10?15°C范围内的测试温度下)。
[0046]在某些变化方案中，这种稳定的热丸粒材料组合物因此包含选自二氧化硅、滑石、硅氧烷以及它们的组合中的一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒，并且合乎期望地能够在TCO中在高于转变温度Tf至少约50°C下表现出实质性的介电特性(性能)。使用术语“实质性介电特性”是指丸粒组合物能够在两电极之间保持500伏(两倍于约240-250伏的额定电压)60Hz正弦交流电压至少一分钟而不传导超过250mA的电流，或者在替代方面中，可以测量作为在两倍额定直流电压DC(其中额定电压为约250伏交流AC)下具有至少约0.2ΜΩ的跨开路电极的最小绝缘电阻。高于最大介电能力温度(Tmp)时丸粒材料组合物可能或会不再表现出所述实质性介电特性，如上所述。
[0047]在其它变化方案中，根据本发明特定方面用于TCO的丸粒材料组合物具有一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒并因而表现出实质性介电特性并且最大介电能力温度(Tcap)大于或等于约130°c，任选大于或等于约140°C，任选大于或等于约150°C，任选大于或等于约160°C，任选大于或等于约170°C，任选大于或等于约180°C，任选大于或等于约190°C，任选大于或等于约200°C，任选大于或等于约210°C，任选大于或等于约220°C，任选大于或等于约225°C，任选大于或等于约230°C，任选大于或等于约240°C，任选大于或等于约250°C，任选大于或等于约260°C，任选大于或等于约270°C，任选大于或等于约280°C，任选大于或等于约290°C，任选大于或等于约30(TC，任选大于或等于约310°C，任选大于或等于约320°C，任选大于或等于约330°C，任选大于或等于约340°C，任选大于或等于约350°C，任选大于或等于约360°C，任选大于或等于约370°C，任选大于或等于约380°C，任选大于或等于约390°C，任选大于或等于约400°C，并在某些方面中，大于或等于约410°C。在一些实施方案中，用于TCO的丸粒材料组合物具有一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒并因而具有大于或等于380°C且小于或等于约410°C的最大介电能力温度(Teap)。
[0048]在某些实施方案中，一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒在改进的热丸粒组合物中的含量小于或等于总丸粒组合物重量的约10%，任选小于或等于总丸粒组合物重量的约7%，任选小于或等于总丸粒组合物重量的约5%，在某些实施方案中，小于或等于总丸粒组合物重量的约4%，任选小于或等于总丸粒组合物重量的约3 %，任选小于或等于总丸粒组合物重量的约2.9%，任选小于或等于总丸粒组合物重量的约2.75%，任选小于或等于总丸粒组合物重量的约2.5%,任选小于或等于总丸粒组合物重量的约2.25%,任选小于或等于总丸粒组合物重量的约2%，任选小于或等于总丸粒组合物重量的约1.9%，任选小于或等于总丸粒组合物重量的约1.5%,任选小于或等于总丸粒组合物重量的约1.25%,任选小于或等于总丸粒组合物重量的约I %，并且在某些变化方案中，小于或等于总丸粒组合物重量的约0.8%。
[0049]此外，在某些变化方案中，一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒的含量任选地大于或等于改进的热丸粒组合物重量的约0.25%,任选地大于或等于改进的热丸粒组合物重量的约0.5%,任选地大于或等于改进的热丸粒组合物重量的约0.6%,任选地大于或等于改进的热丸粒组合物重量的约0.7%，任选地大于或等于改进的热丸粒组合物重量的约0.8%，任选地大于或等于改进的热丸粒组合物重量的约0.9%，在某些实施方案中，大于或等于改进的热丸粒组合物重量的约I%。
[0050]在本发明的某些变化方案中，用于TCO的丸粒组合物包括含量大于或等于总丸粒组合物重量的约95%的一种或更多种有机化合物和含量小于或等于总丸粒组合物重量的约5%的一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒。在某些变化方案中，用于TCO的丸粒组合物包括含量大于或等于总丸粒组合物重量的约96%的一种或更多种有机化合物和含量小于或等于总丸粒组合物重量的约4%，任选地含量小于或等于总丸粒组合物重量的约3%的一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒。
[0051]在其它变化方案中，所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒包括含量大于或等于总丸粒组合物重量的约1%且小于或等于总丸粒组合物重量的约2%的二氧化硅。二氧化硅是指组合物包含二氧化硅(SiO2)。特别适合的二氧化硅的类型包括无定形二氧化硅(SiO2)和气相法二氧化硅(SiO2)。合适的二氧化硅颗粒的平均粒径可为大于或等于I μ--且小于或等于10 μ m。无定形二氧化硅或硅胶可制备如下:硅酸钠溶液酸化产生凝胶状沉淀，然后洗涤并脱水生成无色微孔二氧化硅(SiO2)。
[0052]气相法二氧化硅的制备通常如下:将四氯化硅引入富氧烃火焰中，由此生成气相法二氧化硅。气相法二氧化硅(也称为火成二氧化硅)是细颗粒形式的二氧化硅和通常是通过在氧存在下将四氯化硅暴露于火焰或其它热源以形成多个微小的无定形二氧化硅颗粒。在某些变化方案中，气相法二氧化硅颗粒的平均粒径可小于或等于约lOOnm，任选大于或等于约5nm且小于或等于约50nm,例如非限制性实施例所示。在某些变化方案中,特别合适的气相法二氧化硅的平均粒径为约5nm~约30nm，BET表面积为100~300平方米/克，其从Wacker Silicones作为产品HDK? N20可市购获得。
[0053]在其它变化方案中，所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒包括含量大于或等于总丸粒组合物重量的约1%且小于或等于总丸粒组合物重量的约2%的滑石。滑石包含硅酸镁，其可以是其水合形式(水合硅酸镁)。在各方面中，滑石包括平均粒径大于或等于约Iym且小于或等于约50 μ m的多个颗粒。合适的滑石粉可作为Johnson&JohnsonConsumer Products Company 销售的 Johnson’ s Baby Powder 得到，其平均粒径可为约I μ m~IOym或约5 μ m~约10 μ m。
[0054]在其它变化方案中，所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒任选地包括含量大于或等于总丸粒组合物重量的约0.8%至小于总丸粒组合物重量的约2.9%的硅氧烷。“硅氧烷”是具有硅和氧的基础主链和可相同或不同的侧链基团的聚合物，一般由结构重复单元(-O-SiR1R2-)表示，其中R1和民可以是相同或不同的侧基，η可以是大于2的任意值，其指定聚合物主链中结构重复单元(SRU)的重复数。R1和R2可以是烷基如甲基、乙基等或是可选的芳基如苯基。硅氧烷聚合物可交联并可包括杂聚硅氧烷，其中侧基和/或结构重复单位可以是不同的部分或可以支化。本文所使用的硅氧烷材料是固体丸粒，例如可分散在丸粒材料组合物中的粉末形式。在某些方面中，该硅氧烷丸粒的平均粒径大于或等于5 μ m且小于或等于约40 μ m。在某些实施方案中，合适的硅氧烷粉末从Dow Corning作为DowCorning? Si Powder Resin Modifier 4-7051 购得。
[0055]因此，在优选的变化方案中，热增强丸粒材料组合物将包括一种或更多种有机化合物以及一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒，使得包含的无机稳定性添加剂颗粒提高丸粒组合物的最大介电能力温度(Tcap)到高于最终温度Tf(也称为致动温度或转变温度)至少50°C，在该温度下由于丸粒材料组合物的结构变化导致热截止装置中的内部接触断开连续性，进而导致热截止装置中的压缩机构松弛。例如，在某些变化方案中，包括一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒的丸粒材料组合物表现出的最大介电能力温度(Tcap)相比于丸粒组合物的转变温度(Tf)的温度任选地大于或等于约60°C，任选地大于或等于约70°C，任选地大于或等于约80°C，任选地大于或等于约90°C，任选地大于或等于约100°C，任选地大于或等于约110°C，任选地大于或等于约120°C，任选地大于或等于约130°C，任选地大于或等于约140°C，任选地大于或等于约150°C，任选地大于或等于约160°C，任选地大于或等于约170°C，任选地大于或等于约160°C，任选地大于或等于约180°C，任选地大于或等于约190°C，任选地大于或等于约20(TC，任选地大于或等于约210°C，任选地大于或等于约2200C，任选地大于或等于约230°C，并且在某些方面中，丸粒材料组合物在比丸粒组合物的阈值转变温度高至少约226°C的温度下表现出实质性的介电性能。
[0056]此外，在某些变化方案中，丸粒材料组合物包括一种或更多种有机化合物以及一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒，使得包含的无机稳定性添加剂颗粒提高丸粒组合物的最大介电能力温度(Tmp)到比不含一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒但其它组成相同的对比丸粒材料组合物的初始最大介电能力温度(Teap)高出至少约20°C ;任选至少约30°C ；任选至少约40°C ;任选至少约50°C ;任选至少约60°C ;任选至少约70°C ;任选至少约80°C ；任选至少约90°C，且在某些变化方案中，高出至少100°C。
[0057]在各方面中，本发明的热截止装置包括其中设置有丸粒材料组合物的密封壳体，所述丸粒材料组合物的转变温度Tf或熔点大于或等于约120°C，任选大于或等于约121°C，任选大于或等于125°C，任选大于或等于约130°C，任选大于或等于约135°C，任选大于或等于约140°C，任选大于或等于约144 °C，任选大于或等于约145°C，任选大于或等于150°C，任选大于或等于约152°C，任选大于或等于约155°C，任选大于或等于约160°C，任选大于或等于约165°C，任选大于或等于约167°C，任选大于或约等于170°C，任选大于或等于约175°C，任选大于或等于180°C，任选大于或等于约184°C，任选大于或等于约185°C，任选大于或等于约190°C，任选大于或等于约192°C，任选大于或等于约195°C，任选大于或等于约200°C，任选大于或等于约205°C，任选大于或等于约210°C，任选大于或等于约215°C，任选大于或等于约220°C，任选大于或等于约225°C，任选大于或等于约230°C，并在某些方面中，大于或等于235°C。
[0058]该转变温度Tf也可以称为“熔点”；然而，丸粒组合物中的化合物不需要常规意义上的完全熔融来实现电接触分离从而断开内部电路和电连续性。如本领域技术人员所公认的，熔点温度是化合物或组合物从固相到液相转变的温度，这可能发生在一个温度范围内，而不是单一的离散温度点上。在某些方面中，在非限制性实施例中，高温热丸粒可以软化或升华而不熔融来实现点接触分离以断开电路。熔点温度的测量可利用多种仪器进行，例如Thomas Hoover, Mettler和Fisher-Johns公司生产的仪器。也常用差示扫描量热(DSC)技术。不同的测量技术可能得到不同的熔点，例如光学分析方法如Fisher-Johns测量通过固-液相转变的样品的透光量。早期的光学方法与现代的光束透射熔点指示器相比的潜在缺点在于更大的观测误差。此外，早期的确定熔点技术(利用数字高速扫描能力前)得到熔点和其它转变的更宽结果范围。同样地，在HPLC和其它测定纯度的精密分析技术出现之前，例如通过DSC(测量例如结晶(固-固相)转变以及固-液相转变的热流动行为)测量的样品的熔点可能表现出可能被报告为熔点的杂质的固-固相转变例如脱水或羟基键的断裂以及在所关注材料的熔点处的固液相转变。因此，在各方面中，可选择组合物以用于在经验上表现出期望的物理变化的热丸粒，所述物理变化能够使丸粒的物理转变不一定与预测的熔点范围相关。
[0059]因此，丸粒材料组合物包括至少一种有机化合物，其通常具有在预定或期望的转变温度附近的熔点或熔点范围；还包括一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒，用以尽量减少介电性能的损失以及尽量减少或防止下方的至少一种有机化合物击穿。此外，包括该丸粒材料组合物的热截止装置可任选地具有设置在壳体的至少一个开口的一部分中的密封件，其中直到丸粒材料组合物的转变温度前，所述密封件基本密封所述壳体。如上所述，热截止装置还包括至少部分设置在壳体内的电流中断组合件。电流中断组合件在热截止装置的对应于低于丸粒材料组合物的转变温度的操作温度的第一操作条件下建立电连续性，在操作温度超过转变温度的情况下断开电连续性。
[0060]丸粒材料组合物可包含一种或更多种有机化合物或其它添加剂，所述其它添加剂选择为满足一个或多个以下标准。在某些方面中，选择用于热丸粒的有机化合物具有相对高的化学纯度。例如，在某些实施方案中，期望的高温热丸粒组合物的化学候选品的纯度大于或等于约95%直至大于约99%。在某些方面中，选择用于热丸粒组合物的有机组合物和添加剂特别适合加工、处理和毒性特性。在某些实施方案中，选择用于丸粒组合物的有机化合物或组合物的半数致死剂量毒性值(LD 50)对小鼠为小于或等于约220毫克/千克(ppm);对兔子为小于或等于约400毫克/千克(ppm);对大鼠为小于或等于约350毫克/千克(ppm)。此外，在某些方面中，用于组分化合物的选定的有机化合物和添加剂组成期望不具有文献记载的致癌作用、致突变作用、毒性作用、生殖影响、致畸作用和/或其它有害健康的或流行病学的影响。在其它方面中，用于丸粒材料组合物的至少一种有机化合物和至少一种无机稳定性添加剂颗粒选择为使得替换的反应残留物、制造过程中形成的反应产物、分解产物或制造、贮存或使用时可能形成的其它物质不存在、尽量减少或能够净化和移除这种不期望的物质。
[0061]在某些方面中，选择用于丸粒材料组合物中的组成表现出长期稳定性。例如，组合物任选地选择为具有温度或热稳定性，换言之，在有机化合物的转变温度Tf或熔点以上的约10°c内，任选约20°C内，任选约30°C内，任选约40°C内，任选约50°C内，任选约60°C内，任选约75°C内，并在某些方面中，任选约100°C内表现出高程度的分解或挥发行为的化合物可被拒绝作为可行的候选者。此外，在某些实施方案中，适合用作本发明的丸粒材料组合物的化学组合物优选不表现出热致和老化失效(age-progressive)氧化或分解的强可能性。包括根据本发明的各个方面的各种浓度的无机稳定性添加剂颗粒并不显著影响丸粒组合物的转变温度Tf或熔点；然而，存在这种无机稳定性添加剂的确提高了丸粒组合物的长期稳定性并使实质性介电损失最小化(与包括有机化合物但不含无机稳定性添加剂颗粒的对比丸粒组合物相比)。[0062]在某些替代方面中，本发明提供提高用于热致动电流截止装置的丸粒组合物的热稳定性的方法。该方法可包括将选自二氧化硅、滑石、硅氧烷以及它们的组合中的一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒引入初始丸粒组合物中，所述初始丸粒组合物保持其结构刚度，直到转变温度(Tf)。在将一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒引入初始丸粒组合物中之后，形成改进的丸粒组合物，其表现出与初始丸粒组合物相同的Tf，但与初始丸粒组合物相比在低于Tf的温度下具有下降至少2%的老化速率。例如，在某些变化方案中，下降的老化速率可下降至少3%以上；任选至少4%以上；在某些方面中，下降5%以上。老化速率可在低于转变温度Tf的各个温度下进行测试，如本领域所公知的并且在下文的实施例中进一步描述。在非限制性实施例中，典型的老化速率可以在！；-40、八-25、八-20、八-15、Tr-1O或?；-6的温度下进行测试。由于本发明的某些方面而具有的降低的老化速率和热稳定性在Tf附近如八-15和?；-10的高温下特别明显。
[0063]除以上讨论的那些以外，用于本发明的TCO装置的丸粒材料组合物的合适有机化合物候选材料任选地还包括以下特征。在某些实施方案中，可避免或最大限度地减少具有酸性结构如具有多个羟基的结构或在电场中可能具有离子活性的结构的有机化学品。此外，通常避免侧基含硫的某些有机化合物。同样地，在某些应用中优选避免具有在电场中易于断裂的化学键结构的化合物。包括表现出相对差的热稳定性但又是适合用于热丸粒组合物的那些在内的特别适合的有机化合物包括但不限于选自:间亚苯基二苯甲酸酯、对苯二甲酸二甲酯、N-乙酰基对甲苯胺、N-苯甲酰苯胺、2’，6’ - 二甲基乙酰苯胺、二甲基乙酰苯胺、7-羟基-4-甲基香豆素、香豆素、苯代三聚氰胺及其组合中的化合物。在某些高温TCO应用中，根据非限制性实施例，所述一种或更多种有机化合物可选自:三蝶烯、1-氨基蒽醌及其组合。其它合适的有机材料描述在Kent等人的美国公开2010/0033295和Hudson的美国专利N0.6，673，257中，二者均通过引用并入本文。
[0064]在各个方面中，丸粒组合物材料包括一种或更多种有机化合物，其累积含量大于或等于总丸粒材料组合物重量的约90%，任选地大于或等于93%，任选地大于或等于94 %，任选地大于或等于95 %，任选地大于或等于96 %，任选地大于或等于97 %，任选地大于或等于98 %，任选地大于或 等于98.5 %，任选地大于或等于99 %，任选地大于或等于99.1%,并且在某些方面中，大于或等于约99.2%。
[0065]在某些方面中，一种或更多种有机化合物或化学品经加工处理以最大限度地减少蒸发损失，提高结晶度，并获得高纯度。在将一种或更多种无机稳定性添加剂和其它组分引入所述一种或更多种有机化合物之后，该材料可以混合，例如通过均匀混合各成分形成混合物。如通过对模或模具施加压力，将该混合物加工成压缩形状如丸粒或丸粒。丸粒的结构完整性期望足以承受TCO装置的压缩力，如承受对TCO组合件中的TCO弹簧和罩的作用力和偏压。通过实施例，某些TCO能够经受长期暴露在最高为阈值温度或致动温度以下约5V的操作温度下而不断开电路的电连续性。
[0066]丸粒材料组合物可制成任何适用于TCO壳体内部的商业可得形式，包括丸粒、丸粒、球粒和本领域技术人员已知的任何几何形状。参见例如图3所示的典型圆柱形丸粒25。
[0067]除了上述的一种或更多种有机化合物和一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒以外，热丸粒组合物任选地包括一种或更多种常规丸粒组合物组分，其选自例如:粘合剂、润滑剂、压制助剂、脱模剂、颜料及其组合。这些添加剂可以与一种或更多种无机稳定性添加剂和有机化合物混合。在某些方面中，一种或更多种组分的含量累计小于或等于总丸粒组合物重量的约10%。
[0068]粘合剂组分通常在低于有机化合物熔点的温度下软化(熔融)，其主要用于辅助生产丸粒。虽然可以使用已知用于丸粒形成的各种粘合剂，但是通过非限制性实施例，合适的粘合剂包括Dow Chemical D.E.R.663UEpoxy Powder、聚乙二醇、I, 3_苯二酌.、环氧树脂、聚酰胺和它们的组合。粘合剂的一般含量小于或等于总组合物重量的约10%;任选地大于或等于约I%并且小于或等于约5%。
[0069]此外，可以期望使用润滑剂、脱模剂或压制助剂以在加工热丸粒时赋予流动和填充特性(充入模具)。例如，其中已证明有用的多种润滑剂或压制助剂是硬脂酸钙、氮化硼、硅酸镁和聚四氟乙烯(Teflon?)等。润滑剂的一般含量是总丸粒组合物重量的至多约5%。在某些应用中也可期望将着色剂如颜料引入丸粒组合物中以允许快速目视检测丸粒状态。可以采用与前述热截止组合物组分和操作温度相容的各种公知的颜料。使用时，颜料的一般含量是总丸粒组合物重量的至多约2%。
[0070]在某些实施方案中，热丸粒组合物可因而包括一种或更多种这样的组分，其累积含量小于或等于总丸粒组合物重量的约10%。这样的热丸粒组合物的其余部分包括一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒，其累积含量小于或等于总丸粒组合物重量的约4%，其余的是一种或更多种有机化合物。例如，在某些实施方案中，所述一种或更多种有机化合物可以是单一的有机化合物，其含量大于或等于总丸粒组合物重量的约93%，任选地大于或等于约95 %，在某些方面中，大于或等于约96 %。
[0071]在某些实施方案中，丸粒组合物可基本由一种或更多种有机化合物、一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒和一种或更多种选自粘合剂、润滑剂、压制助剂、颜料以及它们的组合中的组分组成。在其它实施方案中，丸粒组合物可基本由单一有机组合物(作为达到预定的期望转变温度Tf的主要成分)、单一无机稳定性添加剂(用以提高最大介电能力温度(Tmp)和/或最大额定温度Tmax到预定的期望温度或以其它方式提高热稳定性如老化速率)和任选的一种或更多种选自粘合剂、压制助剂、脱模剂、颜料或不影响丸粒的功能特性的其它常规TCO丸粒组合物添加剂或稀释剂组成。因此，这种丸粒组合物可包括最少量的稀释剂或杂质，其基本上不影响丸粒组合物的转变温度或在高于阈值温度的操作温度下的TCO性能。
[0072]正如上面所讨论的，一些常规TCO装置无法满足一定的性能指标，尤其是在超温操作期间的长期稳定性和坚固性(在安全装置应用中激活并电流断开后暴露于高温中)。此外，在常规TCO装置和HTTCO装置中，合适的丸粒组合物是在温度超过丸粒组合物的转变温度Tf后具有介电性能的那些，即丸粒组合物能够在高于转变温度至少约50°C的温度下在两电极之间保持500伏(两倍于约250VAC的额定电压)60Hz正弦交流电压(VAC)至少一分钟而不传导超过250mA的电流。但是，用于某些现有的TCO装置或HTTCO装置中的丸粒组合物的额定温度为基础组合物仅保持其介电特性的转变温度Tf?其上约100°C的温度范围(其中Tf < Tcap ( (Tf+100°C ))。换言之，常规TCO装置和HTTCO装置均不能充分满足某些应用的性能标准，其中即使在安全装置激活后，仍可继续经历延长的电流和/或高温。在某些实施方案中，改进的丸粒组合物能够在高于转变温度至少约100°C的温度下保持500伏60Hz正弦电势(VAC)至少一分钟而不传导超过250mA的电流(反映为Teap为高于Tf至少IOO0C )。
[0073]在证明丸粒组合物性能例如评估介电性能的说明性测试包括将该组合物形成丸粒，将该丸粒放入炉或烘箱中，以及对丸粒进行标准介电测试和/或标准绝缘电阻测试，同时间歇性地升高温度。虽然丸粒在用于TCO装置中时理想地满足或超过前述说明性测试方案，但本领域技术人员应该理解的是，可以设想组合物可用于低电压和高电压应用。此外，在某些方面中具有实质性介电特性的丸粒组合物满足或超过Underwriters’ Laboratorytest UL1020或IEC/EN 60691标准，这两种标准分别通过引用并入本文，特别参见下表I中的条款10.3和10.4。值得注意的是，Tmax测试方案也描述在表I所包含的条款11.3中。在其它方面中，评估介电性能的测试可以包括将组合物形成为丸粒，将丸粒(在TCO装置中)置于炉或烘箱中，其中炉或烘箱具有高于Tf的预定温度，并使丸粒经受逐渐增加的交流电压直到击穿。
[0074]在某些实施方案中，包含热稳定丸粒组合物的TCO装置在额定用于该装置的预选温度下具有实质性介电特性并且满足一个或多个这样的标准。虽然在每项这些标准中全面概述了性能指标，但是在表I中总结了符合IEC 60691第三版标准的性能测试的几个突出方面。
[0075]
【权利要求】
1.一种用于热致动电流截止装置中的丸粒组合物，所述丸粒组合物包括: 一种或更多种有机化合物，其含量大于或等于总丸粒组合物重量的约93% ;和 一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒，其选自:二氧化硅、滑石、硅氧烷及其组合，其含量小于或等于所述总丸粒组合物重量的约5%, 其中所述丸粒组合物为固相并保持其结构刚度，直至转变温度(Tf)，并且所述丸粒组合物具有高于Tf约50°C以上的最大介电能力温度(Tcap)，高于所述最大介电能力温度时所述丸粒组合物失去实质性的介电特性并传导电流。
2.根据权利要求1所述的丸粒组合物，其中所述一种或更多种有机化合物选自间亚苯基二苯甲酸酯、对苯二甲酸二甲酯、N-乙酰基对甲苯胺、N-苯甲酰苯胺、2’，6’_ 二甲基乙酰苯胺、二甲基乙酰苯胺、7-羟基-4-甲基香豆素、香豆素、苯代三聚氰胺及其组合。
3.根据权利要求1所述的丸粒组合物，其中所述转变温度(Tf)大于或等于约120°C并且所述最大介电能力温度(Tmp)高于乙约125°C以上。
4.根据权利要求1所述的丸粒组合物，其中所述最大介电能力温度(Tmp)高于所述转变温度(Tf)约200°C以上。
5.根据权利要求1所述的丸粒组合物，其中所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒包括气相法二氧化硅，其在所述总丸粒组合物中的含量大于或等于约Iwt%至小于或等于约 2wt % ο
6.根据权利要求1所述的丸粒组合物，其中所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒包括滑石，其在所述总丸粒组合物中的含量大于或等于约lwt%至小于或等于约2wt%。`
7.根据权利要求1所述的丸粒组合物，其中所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒包括气相法二氧化硅和滑石，其中所述气相法二氧化硅在所述总丸粒组合物中的含量大于或等于约Iwt%至小于或等于约2wt%,所述滑石在所述总丸粒组合物中的含量大于或等于约Iwt%至小于或等于约2wt%。
8.根据权利要求1所述的丸粒组合物，其中所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒包括硅氧烷粉末，其在所述总丸粒组合物中的含量大于或等于约0.8wt%至小于约2.9wt % ο
9.根据权利要求1所述的丸粒组合物，所述丸粒组合物基本由所述一种或更多种有机化合物、所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒、和选自粘合剂、润滑剂、压制助剂、颜料及其组合的一种或更多种组分所组成。
10.根据权利要求9所述的丸粒组合物，所述一种或更多种组分的累积含量小于或等于所述总丸粒组合物重量的约10%并且所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒的累积含量小于所述总丸粒组合物重量的约5%。
11.根据权利要求9所述的丸粒组合物，所述一种或更多种有机化合物是单一有机化合物。
12.一种用于热致动电流截止装置中的丸粒组合物，所述丸粒组合物包括: 一种或更多种有机化合物，其选自间亚苯基二苯甲酸酯、对苯二甲酸二甲酯、N-乙酰基对甲苯胺、N-苯甲酰苯胺、2’，6’_ 二甲基乙酰苯胺、二甲基乙酰苯胺、7-羟基-4-甲基香豆素、香豆素、苯代三聚氰胺及其组合；和 一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒，其含量小于所述总丸粒组合物重量的约3%，其中所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒选自:二氧化硅、滑石、硅氧烷及其组合， 其中所述丸粒组合物为固相并保持其结构刚度，直至转变温度(Tf)，并且所述丸粒组合物还具有高于Tf约50°C以上的最大介电能力温度(Tcap)，高于所述最大介电能力温度时所述丸粒组合物失去实质性的介电特性并传导电流。
13.根据权利要求12所述的丸粒组合物，其中所述最大介电能力温度(Tmp)大于或等于约380°C并且小于或等于约410°C。
14.根据权利要求12所述的丸粒组合物，其中所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒包括二氧化硅和滑石，其中所述二氧化硅在所述总丸粒组合物中的含量大于或等于约1界1:%至小于或等于约2wt%,所述滑石在所述总丸粒组合物中的含量大于或等于约lwt%至小于或等于约2wt%。
15.根据权利要求12所述的丸粒组合物，其中所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒包括硅氧烷，其在所述总丸粒组合物中的含量大于或等于约0.8?1:%至小于约2.9wt%。
16.根据权利要求12所述的丸粒组合物，所述丸粒组合物基本由所述一种或更多种有机化合物、所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒、和选自:粘合剂、润滑剂、压制助剂、颜料及其组合的一种或更多种组分所组成。
17.一种提高用于热致动电流截止装置中的丸粒组合物的热稳定性的方法，所述方法包括: 在初始丸粒组合物中引入一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒，所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒选自:二氧化硅、滑石、硅氧烷及其组合，所述初始丸粒组合物保持其结构刚度直至转变温度(Tf)并且具有初始最大介电能力温度(Tciapinitial)，高于该初始最大介电能力温度时所述初始丸粒组合物可失去实质性的介电特性并传导电流，所述初始最大介电能力温度(Tcapinitial)高于转变温度Tf约100°C以下，即Tf < Tcapinitial ( (Tf+100°C )，其中在所述初始丸粒组合物中引入所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒后，形成改进的丸粒组合物，其表现出与所述初始丸粒组合物相同的Tf，但具有高于Tf约50°C以上的改进的最大介电能力温度(Τ_πρΜνκ1)，即≥(Tf+50°C )。
18.根据权利要求17所述的方法，其中在引入所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒后，所述丸粒组合物基本由一种或更多种有机化合物、所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒、和选自粘合剂、润滑剂、压制助剂、颜料及其组合的一种或更多种组分所组成。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述一种或更多种有机化合物选自间亚苯基二苯甲酸酯、对苯二甲酸二甲酯、N-乙酰基对甲苯胺、N-苯甲酰苯胺、2’，6’ - 二甲基乙酰苯胺、二甲基乙酰苯胺、7-羟基-4-甲基香豆素、香豆素、苯代三聚氰胺及其组合。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述转变温度(Tf)大于或等于约120°C并且所述改进的最大介电能力温度(TeapimprovJ高于乙约125°C以上。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述改进的最大介电能力温度(ΤΜ-ρΜνκ1)高于所述转变温度(Tf)约200°C以上。
22.根据权利要求17所述的方法，其中所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒包括气相法二氧化硅，其在所述改进的丸粒组合物中的含量大于或等于所述总的改进的丸粒组合物的约lwt%至小于或等于所述总的改进的丸粒组合物的约2wt%。
23.根据权利要求17所述的方法，其中所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒包括滑石，其在所述改进的丸粒组合物中的含量大于或等于所述总的改进的丸粒组合物的约lwt%至小于或等于所述总的改进的丸粒组合物的约2wt%。
24.根据权利要求17所述的方法，其中所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒包括气相法二氧化硅和滑石，其中所述气相法二氧化硅在所述改进的丸粒组合物中的含量大于或等于所述总的改进的丸粒组合物的约Iwt%至小于或等于所述总的改进的丸粒组合物的约2wt%，所述滑石在所述改进的丸粒组合物中的含量大于或等于所述总的改进的丸粒组合物的约lwt%至小于或等于所述总的改进的丸粒组合物的约2wt%。
25.根据权利要求17所述的方法，其中所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒包括硅氧烷粉末，其在所述改进的丸粒组合物中的含量大于或等于所述总的改进的丸粒组合物的约0.8wt%至小于所述总的改进的丸粒组合物的约2.9wt%。
26.一种提高用于热致动电流截止装置的丸粒组合物的热稳定性的方法，所述方法包括: 在初始丸粒组合物中引入一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒，所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒选自:二氧化硅、滑石、硅氧烷及其组合，所述初始丸粒组合物保持其结构刚度直至转变温度(Tf)，其中在所述初始丸粒组合物中引入所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒后，形成改进的丸粒组合物，其表现出与所述初始丸粒组合物相同的Tf，但与所述初始丸粒组合物相比，具有降低至少2%的在低于Tf的温度下的老化速率。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述一种或更多种有机化合物选自间亚苯基二苯甲酸酯、对苯二甲酸二甲酯及其组合。
28.根据权利要求26所述的方法，其中所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒包括气相法二氧化硅、滑石、或二氧化`硅与滑石的组合。
29.根据权利要求26所述的方法，其中所述一种或更多种无机稳定性添加剂颗粒包括气相法二氧化硅和滑石，其中所述气相法二氧化硅在所述改进的丸粒组合物中的含量大于或等于所述总的改进的丸粒组合物的约Iwt%至小于或等于所述总的改进的丸粒组合物的约2wt %，所述滑石在所述改进的丸粒组合物中的含量大于或等于所述总的改进的丸粒组合物的约lwt%至小于或等于所述总的改进的丸粒组合物的约2wt%。
【文档编号】H01C7/04GK103515041SQ201210201999
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月15日 优先权日:2012年6月15日
【发明者】凯瑟琳·欣里希斯, 赵长才 申请人:热敏碟公司