[发明专利]SF6高压断路器聚四氟乙烯复合材料喷口及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及超高压和特高压断路器技术领域，特别涉及一种耐电弧烧蚀的高压断路器喷口。

【背景技术】

由聚四氟乙烯（PTFE）材料制成的高压断路器喷口是高压断路器灭弧室的关键零部件，SF₆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，它直接影响着开断过程中喷口内SF₆气体的介质强度的恢复特性及息弧能力。高压断路器的使用寿命取决于喷口在使用过程中被电弧烧蚀的程度，是关乎断路器使用寿命的主要因素之一。

由于材料在400℃以上即开始发生显著分解，而开断过程中电弧温度可达3500K以上，在电弧辐射作用下，纯PTFE发生严重的、无规则的表面分解和内部破裂，这源于对电弧能量的无规则吸收，为规范能量的吸收，故喷口制作的过程中，通常在PTFE材料中通过添加一些无机粉体材料制成复合型材料，使其成为能量吸收中心，增强喷口的耐烧蚀性能，寄期增延喷口使用寿命。电弧对喷口的破坏主要通过热裂解和高能紫外辐射作用，高温热裂解主要作用于喷口壁表面，使PTFE材料裂解气化，而短波紫外线可穿透喷口表面作用于喷口材料内部，可使PTFE分子化学键断裂造成聚合物分子分解，严重时材料内部分解的气体压力可使喷口表面爆裂或烧穿漏气。故在选择加入的粉体材料应具有耐高温、遮光或反射高能紫外线的能力，如加入氧化铝（Al₂O₃）、氮化硼（BN）或二硫化钼（MoS₂）等。

添加MoS₂制成的PTFE复合材料喷口，由于MoS₂具有良好的遮光性能，可阻止电弧短波紫外线穿透喷口，防止在其材料内部造成碳-碳键及碳-氟键断裂而产生分解气体引起材料内部爆裂，使得喷口表面变得粗糙不平，灭弧气流紊乱。但是由MoS₂制成的PTFE复合材料喷口，由于MoS₂分解温度相对较低，添加量相对较小，喷口导热散热能力较差，使得该类喷口耐电弧烧蚀性能亦相对较低。此种复合材料制成的喷口电弧作用过后的特点是：喷口内壁仍保持平整光滑，但烧蚀率较高，喷口内壁尺寸变化相对较大，特别是喷口喉部尺寸变化较大，喷口喉部直径变大会影响气流流速，可使吹气气流速度变小和吹气时间变短，影响断路器的灭弧性能，从而影响SF₆断路器的开断性能和使用寿命。

添加BN制成的PTFE复合材料喷口，由于BN分解温度比较高（在3000℃），且具有良好的导热性，故喷口高温耐受性良好，热分解引起的喷口失重烧蚀率较低。但BN对短波紫外线的反射率（如在250nm以下处）比PTFE还低，材料抗弧蚀能力与短波紫外线的反射率相关，短波紫外线的反射率愈高，抗电弧烧蚀能力愈高。故短波紫外线对PTFE-BN复合材料喷口仍具有一定穿透能力，所以经过大电流电弧作用过的该材料喷口喉部表面会烧蚀出密集的麻点小坑，该处表面变得粗糙不平，会造成灭弧气体紊流。此种复合材料制成的喷口电弧作用过后的特点是：喷口内壁凹凸不平，但烧蚀率较低，喷口内壁尺寸变化相对较小。

表1数据列举了处在相同方式试验条件下三种累计电流对MoS₂-PTFE和BN-PTFE复合材料喷口的烧蚀情况：

表1：不同累计电流作用下MoS₂和BN的PTFE复合材料喷口烧蚀率和喉径尺寸变化率

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种SF₆高压断路器聚四氟乙烯复合材料喷口及其制备方法，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种SF₆高压断路器聚四氟乙烯复合材料喷口，其由以下百分质量分数组分组成：

氮化硼1~8%；

二硫化钼0.1~0.4%；

聚四氟乙烯为余量。

本发明进一步的改进在于：聚四氟乙烯的粒径为5～20μm。

本发明进一步的改进在于：氮化硼的粒径为1～10μm。

本发明进一步的改进在于：二硫化钼的粒径为1～10μm。

本发明进一步的改进在于：氮化硼的质量百分数为1~3%、1~7%、3~7%、3~8%或7~8%；二硫化钼的质量百分数为0.1~0.2%、0.1~0.3%、0.2~0.3%、0.2~0.4%或0.3~0.4%；聚四氟乙烯为余量。