智能接線盒和用于智能接線盒的聚合物組合物的制作方法
【專利說(shuō)明】智能接線盒和用于智能接線盒的聚合物組合物
[0001] 本發(fā)明涉及一種智能（smart)接線盒，其由阻燃劑、玻璃纖維增強(qiáng)的熱塑性聚合 物組合物制成。智能接線盒被理解為一種接線盒，用于微型逆變器或用于功率優(yōu)化器或這 些組件的功能組合的外殼。
[0002] 在將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能的光伏（PV)發(fā)電模塊中，為了以可用的形式取出電能，為 每個(gè)模塊提供接線盒。在智能接線盒中，布置有旁路二極管或類似物，此裝置用于使在光伏 發(fā)電模塊的輸出中由投在模塊表面上的局部陰影或者電池單元故障引起的降低最小化。在 這種情況下，由于旁路二極管產(chǎn)生熱量，所以要求整個(gè)接線盒具有一定的阻燃性（FR)和導(dǎo) 熱性。
[0003] 接線盒最初是由氧化鋁制成的。使由氧化鋁制成的接線盒更小的試驗(yàn)由于蠕變電 流（creepcurrent)的問(wèn)題而失敗，產(chǎn)生蠕變電流的原因是用熱塑性物質(zhì)替換氧化鋁。然 而，較小的熱塑性智能接線盒應(yīng)當(dāng)具有良好的導(dǎo)熱性，以避免盒內(nèi)的電子部件過(guò)熱。在智能 接線盒中，高的溫度是由諸如二極管、三極管、變壓器、電感器、（MOS)FETS和/或1C's等熱 源引起的。
[0004] 接線盒通常被安裝在室外，例如被安裝在屋頂上，作為太陽(yáng)能發(fā)電模塊的附屬物。 要求接線盒具有耐沖擊性，以避免接線盒安置在屋頂上時(shí)受損害，并且具體地，要求接線盒 具有低溫耐沖擊性。為了改善較小的智能接線盒的耐沖擊性和熱量管理，必須增加產(chǎn)品的 壁厚，或者與所期望的接線盒的較小尺寸相反，必須使盒子增大。與接線盒類似，對(duì)于具有 類似要求的電源轉(zhuǎn)換器和逆變器而言，也需要耐沖擊性。出于此原因，在本申請(qǐng)中，用于微 型轉(zhuǎn)換器、功率優(yōu)化器和其功能組合的外殼也被包含于智能接線盒的定義內(nèi)。
[0005] 除了安裝在屋頂上以外，PV發(fā)電模塊也可以集成在建筑物中，從而形成所謂的光 伏建筑一體化發(fā)電模塊（BIPV)。對(duì)于BIPV來(lái)說(shuō)，智能接線盒應(yīng)當(dāng)被不可見(jiàn)地集成在雙面電 源單元的邊界中，這意味著寬度應(yīng)當(dāng)小于或等于40_。這需要對(duì)要使用的材料的導(dǎo)熱性具 有高的需求。
[0006] 由導(dǎo)熱性的熱塑性聚合物組合物制成的接線盒從W02012/035976中是已知的。 TO2012/035976公開了不同熱塑性聚合物的接線盒，這些熱塑性聚合物包含非常大范圍的 不同填充材料，通過(guò)玻璃纖維和氮化硼改善剛性、耐熱性和尺寸精度。W012035976沒(méi)有公開 填料的具體用量，也沒(méi)有公開接線盒的導(dǎo)熱性和低溫沖擊性能。
[0007] 然而，對(duì)于接線盒來(lái)說(shuō)，對(duì)導(dǎo)熱性的需求越來(lái)越高。US2012217434描述了通過(guò) 添加諸如A1N、BN、SiC、石墨、膨脹石墨、石墨烯、碳纖維或碳納米管等的導(dǎo)熱性填料，來(lái) 封裝具有大于IW/mK的熱導(dǎo)率的與由聚合物制成的太陽(yáng)能電池相關(guān)的電子設(shè)備。然而， US2012217434沒(méi)有公開低溫沖擊性質(zhì)，對(duì)于接線盒來(lái)說(shuō)也需要該性質(zhì)。
[0008] 盡管US2011232963涉及通過(guò)使用PPE/PS/HIPS復(fù)合物得到的具有-40°CCharpy 耐沖擊性的接線盒，該申請(qǐng)既沒(méi)有描述任何熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率、阻燃性質(zhì)，又沒(méi)有描述根據(jù)UL 1703的低溫沖擊性。
[0009] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種熱導(dǎo)率為至少IW/mK的導(dǎo)熱性的熱塑性聚合物組 合物的接線盒，其是電絕緣的并且其具有如下性質(zhì)的組合：在至少小于_35°C的溫度下根 據(jù)UL1703的耐落鏢沖擊性（dartimpactresistance)，以及根據(jù)UL945VA00. 75mm的阻燃 性。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述的接線盒的眾多特征實(shí)現(xiàn)該目的。
[0011] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有良好機(jī)械性質(zhì)和良好阻燃性的組合物。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合物的眾多特征實(shí)現(xiàn)該目的。
[0013] 該組合物包含阻燃劑、玻璃纖維和導(dǎo)熱性填料的組合。包含這些組分組合的組合 物在拉伸模量、沖擊性質(zhì)和阻燃性方面示出了協(xié)同效應(yīng)。
[0014] 本發(fā)明的接線盒是由熱塑性組合物制成的，該熱塑性組合物包含熱塑性聚合物、 10至40重量％的導(dǎo)熱性填料、15至30重量％的阻燃劑（FR)和7. 5至40重量％的玻璃纖 維（GF)，其中所述重量百分?jǐn)?shù)（重量％ )相對(duì)于所述組合物的總重量
[0015] 相對(duì)于組合物的總重量，TC填料、FR添加劑和玻璃纖維的總的組合量適宜地在 32. 5-70重量％范圍內(nèi)。優(yōu)選地，相對(duì)于組合物的總重量，組合量在40-65重量％范圍內(nèi)。
[0016] 與包含較高玻璃纖維含量但包含較少或者甚至不包含導(dǎo)熱性添加劑的具有類似 高拉伸模量的相應(yīng)組合物相比，該組合物還具有好得多的流動(dòng)性質(zhì)。
[0017] 本發(fā)明的導(dǎo)熱性填料通常選自電絕緣組分的組，包括氧化鋁、氮化硼、碳化硅、氮 化鋁、二氧化鈦、氫氧化鎂、氧化鎂云母以及它們的組合。組合物應(yīng)當(dāng)包含至少10重量％的 TC填料，以提供熱導(dǎo)率為至少lW/mK的接線盒。TC材料大于40重量％時(shí)，流動(dòng)性和機(jī)械性 質(zhì)下降，原因是無(wú)法填充復(fù)雜的模具，并且無(wú)法實(shí)現(xiàn)根據(jù)UL1703的耐落鏢沖擊性。
[0018] 本發(fā)明的熱塑性組合物包含20至30重量％的阻燃劑體系。阻燃劑體系可以包含 含鹵的阻燃劑和/或無(wú)鹵的阻燃劑，并且除了所述阻燃劑或阻燃劑的組合外，還任選地包 含阻燃增效劑。含鹵的阻燃劑可以是含溴的聚合物，例如含溴的聚苯乙烯（例如Albemarle Corp.的Saytex7010或Saytex3010)、聚溴苯乙稀共聚物、含溴的環(huán)氧樹脂和/或含溴的 聚苯醚。合適地，含鹵阻燃劑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％范圍內(nèi)。較高的溴含量允許較低的阻燃劑負(fù)載，并且更好的流動(dòng)性質(zhì)。無(wú)鹵的阻燃劑 可以合適地為含氮阻燃劑、含磷阻燃劑和/或含氮和磷的阻燃劑。合適的無(wú)鹵的阻燃劑例 如是磷酸鹽具體地聚磷酸鹽，例如三聚氰胺聚磷酸鹽，和次膦酸鹽具體地有機(jī)次膦酸鹽的 金屬鹽，例如二乙基次膦酸鈣和二乙基次膦酸鋁。合適的增效劑的實(shí)例為銻化合物，例如三 氧化鋪、五氧化鋪和亞鋪酸鈉（sodiumantimonite)，和其他金屬氧化物，以及硼酸鋅和其 他金屬硼酸鹽。優(yōu)選地，增效劑為硼酸鋅。
[0019] 相對(duì)