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CN104011136A - 无人看管的家用电器中的带电部件 - Google Patents

无人看管的家用电器中的带电部件 Download PDF

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CN104011136A
CN104011136A CN201280063990.2A CN201280063990A CN104011136A CN 104011136 A CN104011136 A CN 104011136A CN 201280063990 A CN201280063990 A CN 201280063990A CN 104011136 A CN104011136 A CN 104011136A
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CN
China
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relative
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melam
plastic component
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CN201280063990.2A
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约翰尼斯·霍埃克斯塔拉
约翰斯安·克里吉斯曼
张睿
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DSM IP Assets BV
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Abstract

本发明涉及一种用作无人看管的家用电器中带电部件的塑料组件，其满足用在无人看管的家用电器中的IEC60335和/或VDE认证，其中所述塑性组件由包含下列的无卤阻燃性聚合物组合物制成：(A)热塑性聚酰胺聚合物；(B)10-40wt.％的玻璃纤维；(C)10-40wt.％的蜜白胺；以及(D)0-15wt.％的无卤阻燃剂；其中wt.％是相对于组合物的总重，其附件条件是，当组分(A)中的一种或多种聚酰胺由包含小于10摩尔％的芳族单元(相对于单体单元的总摩尔量)的单体单元组成时，蜜白胺(C)的量在15-40wt.％的范围内。

Description

无人看管的家用电器中的带电部件
本发明涉及一种用作无人看管的家用电器中带电部件的塑料组件。本发明还涉及一种无人看管的家用器具，其包含所述塑料组件作为带电部件。
IEC60335涉及带电部件，其被定义为在正常操作过程中支持携带超过0.2A的电流的金属对金属连接的非金属材料的部件，或者在所述金属对金属连接的3mm距离内的非金属材料的部件。
电气布线系统中的金属对金属连接构成在无人看管的家用电器中的危险。在金属对金属连接中高电流密度与高电阻率的潜在发生的组合会导致可能诱发与该金属对金属连接接触或者在该金属对金属连接附近的非金属部件燃烧的局部热量。非金属部件的这种燃烧可以是更大灾难的开始。由于所涉及的风险依赖于家用电器的结构、所使用的组件和具体用途，所以已经开发了描述针对不同情况的所设计的测试方法以及性能级别要求。用于无人看管的家电产品的性能要求的欧洲标准是IEC60335-1。
图1示出了根据IEC60335-1用于无人看管的电器中使用的材料和部件的测试顺序。根据该标准，对于与超过0.2安培(A)相结合的带电部件的要求如下所示：材料应符合GWFI850℃和GWIT775℃等级，而最终的产品应符合GWT750℃等级。在实践中，通常总是进行GWT最终产品测试。可以以火焰初始点燃通过该测试，附加条件是火焰在有限的时间内熄灭：对于材料测试而言至少775℃的GWFI等级来说为5秒，而对于最终部件而言至少750℃的GWT等级来说为2秒。GWT/GWIT等级被报告为“n.i.”，意思是“未点燃”。在这种情况下，其他周围的部件必须至少为V-1。若通过了GWIT和GWT测试而没有火焰，等级报告为“n.f.”，意思是“无火焰”。在这种情况下，对周围部件的V-1要求可以省略。
采用包含含卤阻燃剂(任选与诸如三氧化锑和其它重金属组分组合)的几种阻燃塑性组合物可以满足这些要求中的几个(如果不是全部的话)，这些材料已长久被用于所述带电部件。
一方面是更环保的产品趋势，另一方面是对性能水平的不断增长的需求以及减少风险危害，该行业正在寻找这样的塑性材料，其不仅是无卤素的，并且任选地也不含三氧化锑等，同时也具有甚至更高的GWIT或GWT等级，优选在至少800℃或甚至850℃下，优选以无火焰通过。然而，通过UL-94-V测试或GWFI测试进行测定时，几种无卤阻燃材料显示出良好的阻燃性能，但不符合GWIT/GWT的要求，或仅在合格线上下，或以一个厚度通过而不是另一个，并且不符合更严格的GWIT/GWT要求。事实上，例如在UL-94-V测试或GWFI测试中所显示出的良好的阻燃性水平并不是良好的GWIT/GWT性能的指示。
因此，本发明的目标是提供一种用作无人看管的家用电器中的带电部件的塑性组件，其由无卤阻燃性材料制成，具有改善的GWIT/GWT性能。
该目标通过如下塑性部件实现，该塑性部件由包含下列的无卤阻燃性聚合物组合物制成：
(A)  热塑性聚酰胺聚合物；
(B)  10-40wt.％的玻璃纤维；
(C)  10-40wt.％的蜜白胺；以及
(D)  0-15wt.％的无卤阻燃剂；
其中wt.％是相对于组合物的总重，其附加条件是，当组分(A)中的一种或多种聚酰胺由包含小于10摩尔％的芳族单元(相对于单体单元的总摩尔量)的单体单元组成时，蜜白胺(B)的量在15-40wt.％的范围内。
由所述组合物制成的根据本发明的塑性部件的效果在于，GWT/GWIT等级高于具有类似阻燃性等级或者甚至更好的阻燃性等级的其它无卤阻燃性组合物。通过根据本发明的塑性部件，相当容易实现825℃的GWIT，甚至在1mm的厚度下，而通过一大类的组合物可实现850℃或甚至更高的GWIT。类似地，相当容易实现800℃的GWT，甚至在1mm的厚度下，而通过由该组合物制成的一大类部件可实现825℃或甚至更高GWT。另一个效果在于，一般以无火焰通过GWT/GWIT等级，特别是较高的等级。
由于所述性能，塑性部件非常适合用作无人看管的家用电器中的带电部件。“带电部件(live part)”在本文中被理解为在正常操作过程中支持携带超过0.2A的电流的金属对金属连接的非金属材料的部件，或者在所述金属对金属连接的3mm距离内的非金属材料的部件。
原则上，热塑性聚酰胺聚合物(组分A)可以是适用于制造塑性部件并且可以用玻璃纤维与蜜白胺的组合填充的任何热塑性聚酰胺聚合物。合适的热塑性聚酰胺聚合物例如为热塑性脂族聚酰胺聚合物和热塑性半芳族聚酰胺聚合物。
聚酰胺聚合物为AA-BB型聚合物或AB型聚合物，或其共聚物，其包含衍生自二胺(简称为AA单元)和二元酸(简称为BB单体单元)的单体单元、以及衍生自酰胺类单体或其αω-氨基酸衍生物的单体单元(被称为AB单体单元)，任选与单官能团的单体单元(其充当链终止剂或封端剂)和/或与多官能的典型的单体单元(其充当支化剂)组合。脂族聚酰胺聚合物是基于脂族单体的聚酰胺。半芳族聚酰胺是部分基于脂族单体且部分基于芳族单体的聚酰胺。
芳族单体单元的实例为，例如衍生自间苯二甲酸、对苯二甲酸和萘二羧酸的单体单元。适宜地，组分(A)中的半芳族聚酰胺聚合物所包含的芳族单体单元的含量在10-50摩尔％的范围内，例如20摩尔％、30摩尔％或50摩尔％，相对于半芳族聚酰胺聚合物中的单体单元的总摩尔量。
用作家用电器中的带电部件的塑性部件通常也必须符合其他要求。例如，在实际整合和用于较大的家用电器之前，该部件必须被整合到较大的电气或电子组装体中。适宜地，整合到更大的电气或电子组装体是通过焊接过程来完成，例如涉及表面贴装技术的过程，也被称为SMT工艺过程。出于这个原因，热塑性聚酰胺聚合物优选为具有高熔融温度的半结晶聚合物。
合适的半结晶聚酰胺为，例如脂族聚酰胺，诸如聚酰胺-66和聚酰胺-46；以及半芳族聚酰胺，诸如聚酰胺-6/6T、聚酰胺-66/6T、聚酰胺-8，T，、聚酰胺-9，T、聚酰胺-10，T、聚酰胺-11，T、以及聚酰胺-12，T。同样，也可以使用共聚酰胺或不同聚酰胺的混合物。适宜地，聚酰胺的混合物包含一种或多种上述半结晶聚酰胺。同样，共聚酰胺是基于上述一种或多种半结晶聚酰胺。
优选地，组分(A)包含单独的半芳族聚酰胺或其与脂族聚酰胺的组合。存在半芳族聚酰胺的好处在于，在甚至较低的蜜白胺和玻璃纤维的负载下，得到高GWT和GWIT等级。
在一个优选的实施方式，组分(A)包含半芳族聚酰胺聚合物以及任选地脂族聚酰胺聚合物，其中所述半芳族聚酰胺聚合物以至少15摩尔％、优选至少20摩尔％的量包含芳族单体单元，相对于组分(A)的聚酰胺中存在的单体单元的总摩尔量。
适宜地，本文中的芳族单体单元衍生自间苯二甲酸和/或对苯二甲酸。
优选地，半结晶聚酰胺聚合物的熔融温度(Tm)为至少220℃。更优选，Tm为至少240℃，更优选至少260℃，甚至更优选至少280℃或甚至至少300℃。“熔融温度”在本文中被理解为通过根据ISO-11357-3.2，2009的方法测量的峰值熔融温度。该测量是在预干燥的样品上、在N2气氛下以10℃/min的加热和冷却速度进行，其中Tm是根据第二加热曲线测量并计算的。
聚合物组合物中使用的玻璃纤维(组分B)可以是适用于热塑性模塑组合物的任意类型的玻璃纤维。更具体地，玻璃纤维是用于注塑成型的热塑性模塑组合物中通常使用的短切纤维。所述短切玻璃纤维通常在混合之前的纤维长度在2-6mm的范围内，混合之后在0.1-1mm的范围内，并且模塑成型之后在0.05-0.5mm的范围内。在一个具体的情况下，玻璃纤维适宜具有短的长度，以允许较高量的蜜白胺和玻璃纤维，同时产生良好的加工性和良好的GWIT/GWT等级。在这种组合物中，玻璃纤维适宜的纤维长度在0.05-0.15mm的范围内。
玻璃纤维适宜以10-40Wt.％的量存在。优选地，玻璃纤维的量为15-35wt.％，甚至更优选20-30wt.％。在本文中，wt.％是相对于组合物的总重量。
制成根据本发明的带电部件的组合物包含蜜白胺(也被称作组分C)。蜜白胺是蜜胺的缩合产物。与玻璃纤维组合，蜜白胺提供了高的GWIT/GWT等级，在相对低的量下已经没有火焰。另一方面，各自以相对高的负载量蜜白胺易于与玻璃纤维组合，从而导致甚至更好的GWT和GWIT等级。
适宜地，组分C以15-40wt.％的量存在，而如果组分(A)包含半芳族聚酰胺，更具体是由包含至少10摩尔％的芳族单元(相对于单体单元的总摩尔量)的单体单元组成时，组分C适宜地以10-40wt.％的量存在。优选地，组分C的量在15-35wt.％的范围内，更优选在20-30wt.％的范围内。在本文中wt.％是相对于组合物的总重量。
除了热塑性聚酰胺聚合物(组分A)、玻璃纤维(组分B)和蜜白胺(组分C)之外，聚合物组合物也可以包含其它组分。
首先，可能有利的是包含其它无卤阻燃剂(组分D)，以进一步提高该组合物的阻燃性能。适宜地，组分D包含氮基阻燃剂(不同于组分C)和/或含磷阻燃剂。这样的阻燃剂的实例是三聚氰胺多磷酸盐和次膦酸金属盐。
为了保持本发明中使用的组合物对GWT/GWIT性质的有利效果，组分D的量保持相对较低。适宜地，如果有的话，组分D以0-15wt.％的量存在，相对于所述组合物的总重量。优选地，该量在0-10wt.％的范围内，更优选为0-5wt.％，相对于所述组合物的总重量。
用于根据本发明的塑性带电部件的组合物包含：
(A)  热塑性脂族聚酰胺聚合物和/或热塑性半芳族聚酰胺聚合物；
(B)  10-40wt.％的玻璃纤维；
(C)  10-40wt.％的蜜白胺；以及
(D)  0-15wt.％的含磷阻燃剂和/或氮基阻燃剂；
附加条件在于，当组分(A)中的一种或多种聚酰胺中的单体单元包含小于10摩尔％的芳族单元(相对于一种或多种聚酰胺中的单体单元的总摩尔量)时，蜜白胺的量在15-40wt.％的范围内。
在本文中，组分(A)-(D)的wt.％是相对于组合物的总重量。不同种类的组分的量指的是该类组分的总量，不是其单独组分的量。例如，如果存在热塑性脂族聚酰胺聚合物和热塑性半芳族聚酰胺聚合物，那么组分(a)的量指的是热塑性脂族聚酰胺聚合物和热塑性半芳族聚酰胺聚合物的总量。如果存在两种含磷阻燃剂，那么组分(d)的量指的是这两种含磷阻燃剂的总量。
优选地，组分(B)和(C)以至少35wt.％，更优选至少40wt.％，还要更优选至少45wt.％的组合量存在，相对于组合物的总重量。这样较高的最小组合量导致较高的GWT和GWIT等级，尽管在多种情况下UL-94-V阻燃性甚至下降。
在本发明一个具体的实施方式中，聚合物组合物包含15-35wt.％的组分(C)和0-10wt.％的组分(D)，更具体，包含15-35wt.％的组分(C)和0-5wt.％的组分(D)。
聚合物组合物可以进一步包含其它组分，例如不同于聚酰胺的聚合物以及用于电子和电器组件的热塑性聚酰胺聚合物组合物中使用的辅助添加剂。所述添加剂可以包括阻燃增效剂、无机填料、不同于玻璃纤维的无机纤维、颜料、加工助剂、稳定剂等。
由于无机填料对于燃烧性通常是惰性的，其可以存在；如果存在的话，量在较宽的范围内变化，例如从0到40wt.％，适宜在1-30wt.％的范围内，更具体为5-25wt.％。
适宜包含在组合物中的不同于热塑性聚酰胺聚合物的聚合物或聚合组分的实例为例如，抗冲改性剂和增容剂。所述其它聚合物，如果有的话，适宜以在0-20wt.％范围内，更具体0.1-10wt.％，或甚至0.5-5wt.％的量存在，相对于组合物的总重量。
不同于组分(A)-(D)、无机填料(组分E)和其它聚合物(组分F)的添加剂通常用于增强组合物的具体性能，并且通常各自以相对小的量使用。其实例为辅助添加剂，例如颜料、加工助剂和稳定剂。这些其它添加剂(统称为组分F)的总量适宜在0-20wt.％的范围内，更具体为0.1-10wt.％，或甚至为0.5-5wt.％，相对于组合物的总重量。与上面类似，如果该组合物包含两种颜料和稳定剂作为组分(G)，组分(G)的量指的是这些添加剂的总量。
作为本发明的一个实例，用于塑性带电部件的组合物包含：
(A)  30-70wt.％的热塑性聚酰胺聚合物；
(B)  10-40wt.％的玻璃纤维；
(C)  10-35wt.％的蜜白胺；
(D)  0-15wt.％的含磷阻燃剂和/或氮基阻燃剂；以及
(E)  0-40wt.％的无机填料；
(F)  0-20wt.％的其它聚合物；以及
(G)  0-20wt.％的至少一种其它添加剂；
附件条件在于，当组分(A)中的一种或多种聚酰胺的单体单元包含小于10摩尔％的芳族单元(相对于一种或多种聚酰胺中的单体单元的总摩尔量)时，蜜白胺的量在15-35wt.％的范围内。
在本文中，组分(A-G)的量是相对于组合物的总重量。
在本发明一个具体的实施方式中，制造带电部件的聚合物组合物由以上所示量的组分(A)-(G)组成。这意味着，组分(A)-(G)的量的总和等于100wt.％。
在本发明中用作带电部件并且由聚合物组合物、及其如上所述的具体和优选的实施方式制成的塑料部件在该塑性部件的不同位置可能具有不同的壁厚。优选地，所述塑性部件的壁厚约为3mm，例如在2-4mm的范围内。通过这样的壁厚，实现更好的等级，因为它似乎更容易满足更严格的GWT/GWIT要求的水平，一般具有至少825℃的GWIT等级，更具体至少850℃或甚至至少900℃的GWIT等级，以及至少800℃的GWT等级，更具体至少825℃或甚至至少875℃的GWT等级。另一方面，塑性部件也可以具有约1mm或约1.5mm的厚度，例如在0.5和2mm的范围内，因为这样的部件仍然会满足高的GWT/GWIT等级，而该等级仍能以无火焰得到，从而表现仍比很多由其它无卤阻燃材料制成的塑性部件要好。这些部件一般具有至少825℃的GWIT等级，更具体至少850℃的GWIT等级，以及至少800℃的GWT等级，更具体至少825℃的GWT等级。
本发明具体涉及一种塑性部件或组件，或者包含所述塑性部件或组件的电气或电子产品或系统，其标有根据IEC60335的产品分类和/或标有至少800℃的GWT等级(最终部件测试n.i.极限为2秒)和/或至少825℃的GWIT等级(材料测试n.i.极限为5秒)和/或标有用于无人看管的家用电器的VDE认证。
为了满足上述等级，塑性部件由以如上面描述的所述量包含组分(A)、(B)和(C)的组合物制成。
标签可能在产品本身上、在包装或宣传册或宣传的任何其它格式上。这样标记的包装可能带有产品的参考信息和/或可以包括产品。宣传册或宣传的任何其他格式应当带有或包含产品的参考信息。“产品”在本文中分别被理解为塑性部件、包含所述塑性部件的电气或电子产品或系统。
本发明的一个具体的实施方式涉及具有等级温度为至少825℃的GWT等级和/或等级温度为至少850℃的GWIT等级的无卤塑性组件。
本发明的另一个具体的实施方式涉及具有等级温度为至少825℃的GWT等级和/或等级温度为至少850℃的GWIT等级的无卤塑性组件，其中所述等级温度是以“无火焰”得到的。
本发明还涉及塑性部件在无人看管的家用电器中的用途。根据本发明的由上述聚合物组合物制成的塑性部件可以是家用电器中在正常操作过程中支持携带超过0.2A的电流的金属对金属连接的任何带电部件，或者是在所述金属对金属连接的3mm距离内的部件。
用在无人看管的家用电器中的塑性部件也可以是在电气或电子热源附件的塑性部件，或是变压器线架(bobbin)或电容器外壳。
图1：根据IEC60335-1的测试顺序
图1示出了根据IEC60335-1对于无人看管的电器中使用的材料和部件所用的测试顺序。
通过下面的实施例和对比实验进一步说明本发明。
测试方法
通过根据IEC60695-11-10的测试方法测量UL-94-V。
通过根据IEC60695-2-12的测试方法测量GWFI。
通过根据IEC60695-2-13的测试方法测量GWI，不同之处在于针对无火焰条件报道结果(0秒火焰，而不是2秒或5秒)。
通过根据IEC60695-2-13的测试方法测量GWIT。
材料
组合物中使用下列组分：
实施例和对比实验
使用标准的混合设备和加工条件，将基于聚酰胺、蜜白胺、玻璃纤维和辅助添加剂的聚合物材料作为根据本发明的组合物以及用于对比实验的组合物进行混合，然后使用标准的注射成型设备和加工条件，将其注射成型为分别用于GWFI、GWT和GWIT测试的厚度为1mm和3mm的测试样品，以及用于UL-94-V测试的厚度为0.75和1.5mm的测试样品。对比实验的组成和测试结果显示在表1中。根据本发明的实施例的组成和测试结果显示在表2中。
结果表明，对于根据本发明的实施例来说，在1mm和3mm下都有非常可靠的GWIT和GWT值，尽管其中几个显示出低UL-94-V等级，或甚至未分类(NC)和/或具有低GWFI等级，而对比实验显示出，在1mm和3mm下的GWIT和GWT测量中至少一个中有较为勉强合格的表现，尽管UL-94-V和GWFI等级通常较高。

Claims (11)

1.一种用作无人看管的家用电器中的带电部件的塑性组件，其满足用于无人看管的家用电器中的IEC60335和/或VDE认证，其特征在于，所述塑性组件由包含下列的无卤阻燃性聚合物组合物制成：
(A)  热塑性聚酰胺聚合物；
(B)  10-40wt.％的玻璃纤维；
(C)  10-40wt.％的蜜白胺；以及
(D)  0-15wt.％的无卤阻燃剂；
其中wt.％是相对于所述组合物的总重；其附加条件是，相对于单体单元的总摩尔量，当组分(A)中的一种或多种聚酰胺由包含小于10摩尔％的芳族单元的单体单元组成时，蜜白胺(C)的量在15-40wt.％的范围内。
2.如权利要求1所述的塑性组件，其中，所述组件具有至少800℃的GWT等级，并且包含具有至少825℃的GWIT等级的产品。
3.如权利要求2所述的塑性组件，其中，对于GWT来说等级温度为至少825℃和/或对于GWIT来说等级温度为至少850℃。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的塑性组件，其中，在所述等级温度下是“无火焰”的。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的塑性组件，其中，所述聚合物组合物包含15-35wt.％的组分(C)和0-10wt.％的组分(D)。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的塑性组件，其中，相对于所述组合物的总重量，组分(B)和(C)以至少40wt.％的组合量存在，更优选至少45wt.％。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的塑性组件，其中，所述塑性组件根据IEC60335被标记和/或标有至少800℃的GWT等级和/或至少825℃的GWIT等级和/或标有用于无人看管的家用电器的VDE认证。
8.一种无人看管的家用电器，其包含根据IEC60335的带电部件，其中所述带电部件是在正常操作过程中支持携带超过0.2A的电流的金属对金属连接的非金属材料的部件，或者是在所述金属对金属连接的3mm距离内的非金属材料部件，其特征在于所述带电部件是由包含下列的无卤阻燃性聚合物组合物制成的塑性部件：
(A)  热塑性聚酰胺聚合物；
(B)  10-40wt.％的玻璃纤维；
(C)  10-40wt.％的蜜白胺；以及
(D)  0-15wt.％的无卤阻燃剂；
其中wt.％是相对于所述组合物的总重；其附加条件是，相对于单体单元的总摩尔量，当组分(A)中的一种或多种聚酰胺由包含小于10摩尔％的芳族单元的单体单元组成时，蜜白胺(B)的量在15-40wt.％的范围内。
9.一种无人看管的家用电器，其包含在电气或电子热源附近的塑性组件或作为变压器线架或电容器外壳的塑性组件，其特征在于所述塑性组件由包含下列的无卤阻燃性聚合物组合物制成：
(A)  热塑性聚酰胺聚合物；
(B)  10-40wt.％的玻璃纤维；
(C)  10-40wt.％的蜜白胺；以及
(D)  0-15wt.％的无卤阻燃剂；
其中wt.％是相对于所述组合物的总重；其附加条件是，相对于单体单元的总摩尔量，当组分(A)中的一种或多种聚酰胺由包含小于10摩尔％的芳族单元的单体单元组成时，蜜白胺(C)的量在15-40wt.％的范围内。
10.如权利要求8或9所述的无人看管的家用电器，其中，所述组合物包含15-35wt.％的组分(C)和0-10wt.％的组分(D)。
11.如权利要求8-10中任意一项所述的无人看管的家用电器，其中，相对于所述组合物的总重量，组分(B)和(C)以至少40wt.％的组合量存在。
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