CN105143327A - 智能接线盒和用于智能接线盒的聚合物组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及由导热性的热塑性聚合物组合物制成的智能接线盒，所述热塑性聚合物组合物包含热塑性聚合物、10至40重量％的导热性(TC)填料、15至30重量％的阻燃剂(FR)和20至45重量％的玻璃纤维(GF)。本发明还涉及聚合物组合物，其包含25至67.5重量％的至少一种脂肪族聚酰胺、10至40重量％的导热性(TC)填料、15至30重量％的阻燃剂(FR)和7.5至40重量％的玻璃纤维(GF)，其中所述重量百分数(重量％)相对于所述组合物的总重量。

Description

智能接线盒和用于智能接线盒的聚合物组合物
本发明涉及一种智能(smart)接线盒，其由阻燃剂、玻璃纤维增强的热塑性聚合物组合物制成。智能接线盒被理解为一种接线盒，用于微型逆变器或用于功率优化器或这些组件的功能组合的外壳。
在将太阳能转化成电能的光伏(PV)发电模块中，为了以可用的形式取出电能，为每个模块提供接线盒。在智能接线盒中，布置有旁路二极管或类似物，此装置用于使在光伏发电模块的输出中由投在模块表面上的局部阴影或者电池单元故障引起的降低最小化。在这种情况下，由于旁路二极管产生热量，所以要求整个接线盒具有一定的阻燃性(FR)和导热性。
接线盒最初是由氧化铝制成的。使由氧化铝制成的接线盒更小的试验由于蠕变电流(creepcurrent)的问题而失败，产生蠕变电流的原因是用热塑性物质替换氧化铝。然而，较小的热塑性智能接线盒应当具有良好的导热性，以避免盒内的电子部件过热。在智能接线盒中，高的温度是由诸如二极管、三极管、变压器、电感器、(MOS)FETS和/或IC’s等热源引起的。
接线盒通常被安装在室外，例如被安装在屋顶上，作为太阳能发电模块的附属物。要求接线盒具有耐冲击性，以避免接线盒安置在屋顶上时受损害，并且具体地，要求接线盒具有低温耐冲击性。为了改善较小的智能接线盒的耐冲击性和热量管理，必须增加产品的壁厚，或者与所期望的接线盒的较小尺寸相反，必须使盒子增大。与接线盒类似，对于具有类似要求的电源转换器和逆变器而言，也需要耐冲击性。出于此原因，在本申请中，用于微型转换器、功率优化器和其功能组合的外壳也被包含于智能接线盒的定义内。
除了安装在屋顶上以外，PV发电模块也可以集成在建筑物中，从而形成所谓的光伏建筑一体化发电模块(BIPV)。对于BIPV来说，智能接线盒应当被不可见地集成在双面电源单元的边界中，这意味着宽度应当小于或等于40mm。这需要对要使用的材料的导热性具有高的需求。
由导热性的热塑性聚合物组合物制成的接线盒从WO2012/035976中是已知的。WO2012/035976公开了不同热塑性聚合物的接线盒，这些热塑性聚合物包含非常大范围的不同填充材料，通过玻璃纤维和氮化硼改善刚性、耐热性和尺寸精度。WO12035976没有公开填料的具体用量，也没有公开接线盒的导热性和低温冲击性能。
然而，对于接线盒来说，对导热性的需求越来越高。US2012217434描述了通过添加诸如AlN、BN、SiC、石墨、膨胀石墨、石墨烯、碳纤维或碳纳米管等的导热性填料，来封装具有大于1W/mK的热导率的与由聚合物制成的太阳能电池相关的电子设备。然而，US2012217434没有公开低温冲击性质，对于接线盒来说也需要该性质。
尽管US2011232963涉及通过使用PPE/PS/HIPS复合物得到的具有-40℃Charpy耐冲击性的接线盒，该申请既没有描述任何热导率、电导率、阻燃性质，又没有描述根据UL1703的低温冲击性。
本发明的一个目的是提供一种热导率为至少1W/mK的导热性的热塑性聚合物组合物的接线盒，其是电绝缘的并且其具有如下性质的组合：在至少小于-35℃的温度下根据UL1703的耐落镖冲击性(dartimpactresistance)，以及根据UL945VA0.75mm的阻燃性。
根据本发明，通过根据权利要求1所述的接线盒的众多特征实现该目的。
本发明的另一个目的是提供一种具有良好机械性质和良好阻燃性的组合物。
根据本发明，通过根据权利要求5所述的组合物的众多特征实现该目的。
该组合物包含阻燃剂、玻璃纤维和导热性填料的组合。包含这些组分组合的组合物在拉伸模量、冲击性质和阻燃性方面示出了协同效应。
本发明的接线盒是由热塑性组合物制成的，该热塑性组合物包含热塑性聚合物、10至40重量％的导热性填料、15至30重量％的阻燃剂(FR)和7.5至40重量％的玻璃纤维(GF)，其中所述重量百分数(重量％)相对于所述组合物的总重量
相对于组合物的总重量，TC填料、FR添加剂和玻璃纤维的总的组合量适宜地在32.5-70重量％范围内。优选地，相对于组合物的总重量，组合量在40-65重量％范围内。
与包含较高玻璃纤维含量但包含较少或者甚至不包含导热性添加剂的具有类似高拉伸模量的相应组合物相比，该组合物还具有好得多的流动性质。
本发明的导热性填料通常选自电绝缘组分的组，包括氧化铝、氮化硼、碳化硅、氮化铝、二氧化钛、氢氧化镁、氧化镁云母以及它们的组合。组合物应当包含至少10重量％的TC填料，以提供热导率为至少1W/mK的接线盒。TC材料大于40重量％时，流动性和机械性质下降，原因是无法填充复杂的模具，并且无法实现根据UL1703的耐落镖冲击性。
本发明的热塑性组合物包含20至30重量％的阻燃剂体系。阻燃剂体系可以包含含卤的阻燃剂和/或无卤的阻燃剂，并且除了所述阻燃剂或阻燃剂的组合外，还任选地包含阻燃增效剂。含卤的阻燃剂可以是含溴的聚合物，例如含溴的聚苯乙烯(例如AlbemarleCorp.的Saytex7010或Saytex3010)、聚溴苯乙烯共聚物、含溴的环氧树脂和/或含溴的聚苯醚。合适地，含卤阻燃剂是具有高溴含量的含溴的聚苯乙烯，溴含量例如在61-70重量％范围内。较高的溴含量允许较低的阻燃剂负载，并且更好的流动性质。无卤的阻燃剂可以合适地为含氮阻燃剂、含磷阻燃剂和/或含氮和磷的阻燃剂。合适的无卤的阻燃剂例如是磷酸盐具体地聚磷酸盐，例如三聚氰胺聚磷酸盐，和次膦酸盐具体地有机次膦酸盐的金属盐，例如二乙基次膦酸钙和二乙基次膦酸铝。合适的增效剂的实例为锑化合物，例如三氧化锑、五氧化锑和亚锑酸钠(sodiumantimonite)，和其他金属氧化物，以及硼酸锌和其他金属硼酸盐。优选地，增效剂为硼酸锌。
相对于组合物的总重量，阻燃剂体系以20至30重量％的总量存在。
组合物应当包含至少15重量％阻燃剂，以提供具有根据UL94的5VA的阻燃性的接线盒。组合物不应当包含超过30重量％的阻燃剂，以避免接线盒的机械性能恶化。
本发明的热塑性组合物包含7.5至40重量％的玻璃纤维。可以用硅烷对玻璃纤维进行表面处理，以改善与聚合物基质树脂的粘附性和分散性。采用小于7.5重量％的玻璃纤维时，无法满足UL1703要求。玻璃纤维大于40重量％时，流动性质下降。根据本发明的智能接线盒的额外优点是：其还通过了根据欧洲TUV认证用于太阳能电池的EN60068-2-75(在-40℃下采用1焦耳锤4次冲击)的冲击试验。
除了热塑性树脂、阻燃剂、玻璃纤维和TC填料外，本发明的热塑性组合物可以包含在这类树脂组合物中通常包含的各种添加剂。可以使用添加剂的混合物。可以在用于形成组合物的各组分混合过程中的合适时刻，将这些添加剂混合。一种或多种添加剂可以被包含于热塑性组合物中，以对热塑性组合物和由其制成的任何模制制品赋予一种或多种选定的特征。可以包含在本发明中的添加剂的实例包括但不但不限于热稳定剂、加工稳定剂、抗氧化剂、光稳定剂、塑化剂、抗静电剂、脱模剂、UV吸收剂、润滑剂、颜料、染料、着色剂、流动促进剂、冲击改剂性或者前述添加剂的一种或多种的组合。
在本发明的一个优选的实施方式中，热塑性聚合物组合物包含聚酰胺。采用聚酰胺时，获得了室温下改善的耐冲击性。
在本发明的一个甚至更优选的实施方式中，聚酰胺是脂肪族聚酰胺。优选地，脂肪族聚酰胺选自如下的组：PA46、PA6、PA66、PA66，6、PA410或其混合物。
本发明还涉及新聚合物组合物，其具有令人惊奇的组合：电绝缘、导热的、并且阻燃以及具有在-40℃下耐冷落镖冲击性。该聚合物组合物包含25重量％至67.5重量％的至少一种脂肪族聚酰胺、10至40重量％的TC填料、15至30重量％的FR和7.5至40重量％的GF。优选地，脂肪族聚酰胺选自如下的组：PA46、PA6、PA66、PA66，6、PA410或其混合物。
本发明的热塑性组合物可以使用将组合多种组分以形成热塑性树脂的任何已知的方法形成。在一个实施方式中，先将各组分在高速混合器中共混。其他低剪切方法(包括但不限于手动混合)也可以完成该共混。然后，将共混物经由料斗进料到双螺杆挤出机的喉部。或者，可以通过经由侧流在喉部和/或下游处直接进料到挤出机，将一种或多种组分包含到组合物中。挤出机通常是在高于附近组合物的基础聚合物的熔融温度的温度下操作的。将挤出物在水浴中立即淬火并造粒。当切割挤出物时所制备的粒料可以是所期望的四分之一英寸长或更小。这种粒料可被用于后续的模制、成型或成形。
图1示出了接线盒10，其具有两个相对的开口12和14，以使两个输出缆线16和18能够分别与两个相对侧相连，以输出相邻PV模块(未示出)所产生的电能。
实施例
表1包含根据本发明的组合物以及对比例，示出了根据不同聚合物组合物的图1的接线盒和它们的相应热导率、阻燃性和根据UL1703的耐冷落镖冲击性。令人惊奇地观察到，包含TC填料和阻燃剂添加剂的接线盒在冷落镖冲击测试(CE-D)中失败，而用玻璃纤维替换至少10重量％的TC填料时通过了该测试。同样，无TC填料情况下15重量％的玻璃纤维失败，使得要求玻璃纤维和TC填料和阻燃剂的组合来获得满足热导率要求、低温冲击性要求和FR要求的接线盒。
从表1的结果可以看出，根据本发明的组合物(实施例I-III)在拉伸模量、冲击性质和阻燃性方面示出了协同效应。实施例I-III示出了比对比实验A-E中任何其他组合物(包含类似水平的组合的填料负载)高得多的模量。实施例I-III也是仅有的通过冷冲击测试并且还通过UL945VA的严格阻燃性测试条件的实例。

Claims (6)

1.智能接线盒，其由导热性的热塑性聚合物组合物制成，所述热塑性聚合物组合物包含热塑性聚合物、10至40重量％的导热性(TC)填料、15至30重量％的阻燃剂(FR)和7.5至40重量％的玻璃纤维(GF)，其中所述重量百分数(重量％)相对于所述组合物的总重量。
2.根据权利要求1所述的智能接线盒，其中所述热塑性聚合物组合物包含聚酰胺。
3.根据权利要求2所述的智能接线盒，其中所述聚酰胺是脂肪族聚酰胺。
4.根据权利要求1或2所述的智能接线盒，其中所述导热性填料是氮化硼。
5.聚合物组合物，其包含25至67.5重量％的至少一种脂肪族聚酰胺、10至40重量％的导热性(TC)填料、15至30重量％的阻燃剂(FR)和7.5至40重量％的玻璃纤维(GF)，其中所述重量百分数(重量％)相对于所述组合物的总重量。
6.根据权利要求5所述的聚合物组合物，其中所述脂肪族聚酰胺选自PA46、PA6、PA66、PA66，6、PA410或其混合物。
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