一种纳米改性聚四氟乙烯复合材料，灭弧喷口及其制备方法，高压断路器的制造方法

一种纳米改性聚四氟乙烯复合材料，灭弧喷口及其制备方法，高压断路器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高压断路器技术领域，具体涉及一种纳米改性聚四氟乙烯复合材料， 同时涉及一种灭弧喷口及其制备方法，及使用该灭弧喷口的高压断路器。
【背景技术】
[0002] 高压SF6断路器作为电力系统中重要的电力设备，目前正在朝着高电压、大容量的 方向发展，在提供电力能源稳定性和运行可靠性方面的要求也越来越高。SF 6断路器灭弧室 的喷口，对开断过程中吹弧气体的流动起着控制作用，其直接影响开断过程中喷口内3?6气 体介质强度的恢复特性及灭弧能力。断路器开断短路电流时，与动触头一起作高速运动的 喷口，承受着4000K以上的高温电弧的烧蚀以及压缩缸中压缩气体的反作用力，极易发生 表面烧蚀和内部分解，甚至会引发喷口的断裂，因此，喷口材料的机械性能和耐烧蚀性能直 接影响着高压断路器的开断能力和使用寿命。
[0003] 目前，喷口材料多采用聚四氟乙烯材料。聚四氟乙烯（PTFE)具有极佳的电气绝缘 性能和耐高温、耐电弧性能，同时具有优良的热稳定性、较高的光反射性、突出的化学惰性、 卓越的物理机械性能及良好的耐气候性，广泛应用于电器和高、中、低压开关中，用作绝缘 材料、断路器喷口（喷嘴）、垫带、制动环、衬套等。但聚四氟乙烯材料在400°C以上即开始 发生显著分解，而高压断路器开断过程中电弧温度可达4000K以上，将纯PTFE材料用作灭 弧喷口时，由于对电弧能量的无规则吸收，纯PTFE材料会发生显著的表面分解和严重的内 部破裂。因此，在喷口制作的过程中，通常在PTFE材料中添加一些无机粉体材料作为填料 制成复合型材料，使其成为能量吸收中心，从而规范电弧能量的吸收，减小喷口的无规则分 解和破裂，以期增强喷口的耐烧蚀性能，延长喷口的使用寿命。
[0004] 现有技术中，采用无机填料填充的复合型材料主要有三氧化二铝填充聚四氟乙 烯复合材料、二硫化钼填充聚四氟乙烯复合材料和氮化硼填充聚四氟乙烯复合材料，二硫 化钼和三氧化二铝填充聚四氟乙烯复合材料具有较好的机械性能，但其耐电弧烧蚀性能稍 差；氮化硼（通常为微米氮化硼）填充聚四氟乙烯复合材料的机械性能，特别是拉伸强度则 要明显低于二硫化钼和三氧化二铝配方。
[0005] 专利CN102731943B公开了二硫化钼-氮化硼-聚四氟乙烯三种材料复合制成的 耐高电压、大电流电弧烧蚀的喷口，其质量百分比组成为~1〇μπι)氮化硼1~8%， (1~10 μπι)二硫化钼为0. 1~0. 4%，余量为聚四氟乙烯。在高压断路器朝高电压、大容 量发展的今天，该复合材料喷口依然存在着韧性和抗开裂能力差、耐电弧烧蚀性能不足的 问题。

【发明内容】

[0006] 本发明提供一种纳米改性聚四氟乙烯复合材料，同时提供一种使用上述纳米改性 聚四氟乙烯复合材料的灭弧喷口，解决现有复合材料喷口韧性和抗开裂能力差，耐电弧烧 蚀性能不足的问题。
[0007] 本发明另外提供一种上述灭弧喷口的制备方法。
[0008] 本发明还提供一种使用上述灭弧喷口的高压断路器。
[0009] 为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种纳米改性聚四氟乙烯复合 材料，由以下重量百分比的组分组成：纳米氮化硼1~3%、微米氮化硼3~10%，余量为聚 四氟乙烯。
[0010] 作为优选方案，上述纳米改性聚四氟乙烯复合材料由以下重量百分比的组分组 成：纳米氮化硼1~3%、微米氮化硼5~10%，余量为聚四氟乙烯。上述纳米改性聚四氟乙 烯复合材料的重量百分比组成进一步优选为：纳米氮化硼2~3%、微米氮化硼8~10%， 余量为聚四氟乙烯。
[0011] 本发明提供的灭弧喷口使用上述纳米改性聚四氟乙烯复合材料。
[0012] 纳米氮化硼为市售常规原料，六方晶型，晶体结构类似石墨层状结构，具有极佳的 干润滑能力，热稳定性和化学稳定性好，热膨胀系数低，且高温下导热性能优异。
[0013] 采用本发明纳米改性聚四氟乙烯复合材料的灭弧喷口，一方面纳米氮化硼和微米 氮化硼在复合材料中容易混合分散，使复合材料具有良好的均一性，另一方面两者通过合 理调配填充比例，纳米氮化硼组分对聚四氟乙烯材料的机械性能起到补强作用，可以提升 复合材料的拉伸强度和断裂伸长率；纳米氮化硼和微米氮化硼在复合材料中可发生协同作 用，进一步改善喷口材料的热导率，从而在断路器开断过程中快速传递电弧的能量，减少电 弧对喷口的烧蚀作用。
[0014] 本发明提供的上述灭弧喷口的制备方法，包括取配方量的聚四氟乙烯树脂粉、纳 米氮化硼粉、微米氮化硼粉混合后，进行模压、烧结，即得。
[0015] 所述纳米氮化硼粉的粒径为200~300nm。
[0016] 所述聚四氟乙烯树脂粉的粒径为45~80 μ m。微米氮化硼粉的粒径为5~10 μ m。
[0017] 所述混合是指在高速搅拌机中以400~600r/min转速搅拌10~30min。
[0018] 所述模压的压力为20~30MPa，保压时间为20~35min。
[0019] 所述烧结的温度为330~370 °C，烧结时间为48~60h。
[0020] 本发明提供一种使用上述灭弧喷口的高压断路器。高压断路器，诸如敞开断路器、 罐式断路器、全金属封闭组合电器的断路器等，灭弧室的喷口采用本发明提供的纳米改性 聚四氟乙烯复合材料，高压断路器的其他部件如操动机构、传动机构、触头等可采用公知技 术。由于本发明提供的灭弧喷口热导率高，耐电弧烧蚀性能得到了极大改善，提升了断路器 的开断性能，从而提高了高压断路器的运行稳定性。
【附图说明】
[0021 ] 图1为实施例1灭弧喷口的结构示意图；
[0022] 图2为使用实施例1灭弧喷口的高压断路器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合【具体