專(zhuān)利名稱：碳纖維碳石墨電刷材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流電機(jī)用的電刷材料及其制造方法，特別是一種適用于大功率直流電機(jī)的碳纖維碳石墨電刷材料及其制造方法。
在現(xiàn)有技術(shù)中，直流電機(jī)用電刷，大都是通過(guò)對(duì)碳素材料即碳黑、石墨、焦碳及粘結(jié)劑經(jīng)混合、軋片、粉碎、壓型及熱處理而制成，普遍存在耐磨性差、抑制火花能力低等缺點(diǎn)。
美國(guó)專(zhuān)利USP4140832提供一種含瀝青碳纖維的電刷材料及其制造方法，它是利用瀝青中間相生產(chǎn)出具有自粘結(jié)性的瀝青碳纖維而制造出的一種電機(jī)用低密度電刷，其制造工藝復(fù)雜、煩瑣、成本高，制成的電刷規(guī)格受到較大的限制。
本發(fā)明的目的在于提供一種碳纖維碳石墨電刷材料及其制造方法，其制成的電刷磨耗低，抑制火花能力強(qiáng)，制成的電刷規(guī)格不受限制。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述構(gòu)想由于碳素材料電刷的耐磨性差，可在其中加入碳纖維，以提高其耐磨性和抑制火花能力。因?yàn)樘祭w維生產(chǎn)過(guò)程中的特殊性，使其表面光滑致密，對(duì)粘結(jié)劑的吸附力較弱，較難直接與碳質(zhì)材料復(fù)合成均一體，所以常用的方法是將碳纖維束經(jīng)編織成一定形狀后，采用CVD(化學(xué)氣相沉積)方法制成含碳纖維碳石墨材料。本發(fā)明是將碳纖維加工成粉未狀碳纖維粉，然后對(duì)碳纖維粉進(jìn)行表面粗糙化處理，使其對(duì)粘結(jié)劑有較強(qiáng)的吸附力，從而可與碳質(zhì)材料復(fù)合成均一體。
據(jù)上述構(gòu)想，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種碳纖維碳石墨電刷材料，其特征在于原料按重量百分比計(jì)的組份配比為碳質(zhì)粉料組份95～99.5％，碳纖維組份0.5～5％。
碳質(zhì)粉料組份原料按重量百分比計(jì)的配比為噴霧碳黑10～25％，半補(bǔ)強(qiáng)碳黑25～45％，鱗片石墨粉1～2％，粘結(jié)劑30～50％。
碳纖維組份原料按重量百分比的配比為碳纖維75～80％，粘結(jié)劑20～25％。
粘結(jié)劑為中溫瀝青、高溫瀝青和人造樹(shù)脂中任選一種或兩種。
碳纖維為PAN碳纖維和瀝青碳纖維中任選一種。
電刷材料中還可以含有按重量百分比計(jì)為0～10％的補(bǔ)強(qiáng)劑。補(bǔ)強(qiáng)劑為軟瀝青、中溫瀝青和人造樹(shù)脂中任選一種。人造樹(shù)脂為酚醛樹(shù)脂、酚醛改性樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂和糠醇樹(shù)脂中任選一種。
一種碳纖維碳石墨電刷材料的制造方法，其特征在于制造工藝步驟為①配制碳質(zhì)粉料組份按選定配比，將噴霧碳黑、半補(bǔ)強(qiáng)碳黑、鱗片石墨粉與粘結(jié)劑在160～180℃的溫度下經(jīng)混合、軋片、磨粉和過(guò)篩而制成；②配制碳纖維組份將碳纖維加工成粉束狀的碳纖維粉，對(duì)碳纖維粉進(jìn)行表面粗糙化處理，按選定的配比，將表面粗糙化的碳纖維粉與粘結(jié)劑在160～180℃的溫度下經(jīng)混合、粉碎而制成；③按選定配比，將碳質(zhì)粉料組份與碳纖維組份混合，經(jīng)壓型、焙燒、石墨化而制成電刷材料。
上述工藝步驟③中碳質(zhì)粉料組份與碳纖維組份均勻混合后，在78.4～117.6MPa下壓制成型，在隔氧氣氛中經(jīng)1000～1300℃焙燒，然后在高于2500℃下進(jìn)行石墨化。
經(jīng)上述工藝步驟③中制成的電刷材料可以浸漬于選定的補(bǔ)強(qiáng)劑中，抽真空并加壓后取出，使補(bǔ)強(qiáng)劑殘留在電刷材料中的重量百分比為0～10％。選瀝青作為補(bǔ)強(qiáng)劑，須進(jìn)一步炭化，選樹(shù)脂作補(bǔ)強(qiáng)劑須進(jìn)一步固化。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的電刷材料由碳質(zhì)粉料組份和經(jīng)表面粗糙化的碳纖維組份制成的碳素材料與碳纖維復(fù)合材料，碳纖維與碳素材料間有較強(qiáng)的吸附性，制成的電刷規(guī)格不受限制、電刷磨耗低、抑制火花能力強(qiáng)，本發(fā)明的電刷材料制造方法特殊之處是將碳纖維加工成粉未狀碳纖維粉，然后進(jìn)行表面粗糙化處理，使其與粘結(jié)劑有較強(qiáng)的吸附力，從而可采用PAN碳纖維瀝青碳纖維為原料，制造方法大為簡(jiǎn)化，制造工藝簡(jiǎn)單，成本較低。本發(fā)明的電刷材料適用于大功率直流電機(jī)。
以下是本發(fā)明的實(shí)例實(shí)例1將線徑為7μm的PAN基-200目碳纖維粉置于恒溫至500℃的電爐中氧化處理20分鐘，得到表面粗糙化后的碳纖維粉，將該碳纖維粉80份和中溫瀝青20份于170±5℃下混合，作適當(dāng)粉碎后過(guò)50目篩，制得碳纖維組份。
將噴霧碳黑10％，半補(bǔ)強(qiáng)碳黑42％，電碳用磷片石墨粉2％，中溫瀝青46％，經(jīng)過(guò)170±5℃熱混合、軋片、粉碎、過(guò)60目篩，制得碳質(zhì)粉料組份。
由碳質(zhì)粉料組份95％與碳纖維組份5％，置于圓筒式混合機(jī)內(nèi)在常溫下混均，然后于117.6MPa壓力下成型，經(jīng)340小時(shí)焙燒，最高溫度達(dá)1250℃，然后經(jīng)2600℃以上的溫度進(jìn)行石墨化，制得電刷材料。
實(shí)例2將噴霧碳黑16％，半補(bǔ)強(qiáng)碳黑35％，電碳用磷片石墨粉1.5％，中溫瀝青48.5％，經(jīng)過(guò)熱混合、軋片、粉碎、過(guò)60目篩制得碳質(zhì)粉料組份。
由該碳質(zhì)粉料組份98％與由實(shí)例1中制得碳纖維組份2.0％，于圓筒式混合機(jī)內(nèi)混均，然后于98.6MPa壓力下成型，經(jīng)與實(shí)例1相同的熱處理，制得電刷材料。
實(shí)例3將噴霧碳黑25％，半補(bǔ)強(qiáng)碳黑25％，電碳用磷片石墨粉1％，中溫瀝青49％，經(jīng)熱混合、軋片、粉碎、過(guò)60目篩制得碳質(zhì)粉料組份。
由該碳質(zhì)粉料組份99.5％與實(shí)例1中制得碳纖維組份0.5％，經(jīng)與實(shí)例1相同的生產(chǎn)工藝，制得電刷材料。
比較例分別用實(shí)例1、實(shí)例2、實(shí)例3中制得的碳質(zhì)粉料組份，用相應(yīng)的各實(shí)例相同的成型壓力，經(jīng)過(guò)相同的熱處理過(guò)程、制得的電刷材料。
實(shí)施例和比較例的電刷用于實(shí)驗(yàn)直流電機(jī)測(cè)試結(jié)果 實(shí)施例中使用的電刷壽命均達(dá)10個(gè)月以上。
權(quán)利要求
1．一種碳纖維碳石墨電刷材料，其特征在于原料按重量百分比計(jì)的組份配比為碳質(zhì)粉料組份 95～99.5％，碳纖維組份 0.5～5％。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維碳石墨電刷材料，其特征在于碳質(zhì)粉料組份原料按重量百分比計(jì)的配比為噴霧碳黑 10～25％，半補(bǔ)強(qiáng)碳黑 25～45％，鱗片石墨粉 1～2％，粘結(jié)劑 30～50％。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維碳石墨電刷材料，其特征在于碳纖維組份原料按重量百分比計(jì)的配比為碳纖維 75～80％，粘結(jié)劑 20～25％。
4．根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的碳纖維碳石墨電刷材料，其特征在于粘結(jié)劑為中溫瀝青、高溫瀝青和人造樹(shù)脂中任選一種或兩種。
5．根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳纖維碳石墨電刷材料，其特征在于碳纖維為PAN碳纖維和瀝青碳纖維中任選一種。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維碳石墨電刷材料，其特征在于原料中還有按重量百分比計(jì)為0～10％的補(bǔ)強(qiáng)劑，補(bǔ)強(qiáng)劑為軟瀝青、中溫瀝青和人造樹(shù)脂中任選一種；人造樹(shù)脂為酚醛樹(shù)脂、酚醛改性樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂和糠醇樹(shù)脂中任選一種。
7．一種根據(jù)權(quán)利要求1所述碳纖維碳石墨電刷材料的制造方法，其特征在于制造工藝步驟為①配制碳質(zhì)粉料組份按選定配比，將噴霧碳黑、半補(bǔ)強(qiáng)碳黑、鱗片石墨粉與粘結(jié)劑在160～180℃的溫度下經(jīng)混合、軋片、磨粉和過(guò)篩而制成；②配制碳纖維組份將碳纖維加工成粉未狀的碳纖維粉，對(duì)碳纖維粉進(jìn)行表面粗糙化處理，按選定的配比，將表面粗糙化的碳纖維粉與粘結(jié)劑在160～180℃的溫度下混合、粉碎而制成；③按選定配比，將碳質(zhì)粉料組份與碳纖維組份混合，經(jīng)壓型、焙燒、石墨化而制成電刷材料。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳纖維碳石墨電刷材料制造方法，其特征在于工藝步驟②中碳纖維粉表面粗糙化處理方法是碳纖維粉經(jīng)500℃高溫氧化處理或者經(jīng)化學(xué)處理。
9． 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳纖維碳石墨電刷材料制造方法，其特征在于工藝步驟③中碳質(zhì)粉料組份與碳纖維組份均勻混合后，在78.4～117.6MPa下壓制成型，在隔氧氣氛中經(jīng)1000～1300℃焙燒，然后在高于2500℃下進(jìn)行石墨化。
10．根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳纖維碳石墨電刷材料制造方法，其特征在于將工藝步驟③中制成的電刷材料浸漬于選定的補(bǔ)強(qiáng)劑中，并抽真空加壓后取出，使補(bǔ)強(qiáng)劑殘留在電刷材料中的重量百分比為0～10％，選瀝青作補(bǔ)強(qiáng)劑則須進(jìn)一步炭化，選樹(shù)脂作補(bǔ)強(qiáng)劑則須進(jìn)一步固化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直流電機(jī)用的碳纖維石墨電刷材料及其制造方法。其電刷材料的原料按重量百分比計(jì)的組份配比為碳質(zhì)粉料組份95～99.5%,碳纖維組份0.5～5%。其制造方法是將噴霧碳黑、半補(bǔ)強(qiáng)碳黑、鱗片石墨粉與粘結(jié)劑混合、軋片、磨粉和過(guò)篩制成碳質(zhì)粉料組份,而將碳纖維加工成粉末狀后進(jìn)行表面粗糙化處理,然后與粘結(jié)劑混合、粉碎制成碳纖維組份,再將碳質(zhì)粉料組份與碳纖維組份混合、壓型、焙燒、石墨化而制成。本發(fā)明的電刷材料制成電刷規(guī)格不受限制,磨耗低,抑制火花能力強(qiáng)。本發(fā)明的電刷材料制造方法簡(jiǎn)單,成本低。本發(fā)明的電刷材料適用于大功率直流電機(jī)。
文檔編號(hào)H01R39/26GK1323082SQ0111310
公開(kāi)日2001年11月21日 申請(qǐng)日期2001年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月26日
發(fā)明者高玉田, 顧志平, 嚴(yán)正祥, 陳關(guān)瑞, 郁剛, 諸文革 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司, 上海滬東電碳廠