一种用于制备机车牵引电机用碳刷的材料制造技术

本发明专利技术公开了一种用于制备机车牵引电机用碳刷的材料，包括软质炭黑粉、喷雾炭黑、沥青焦粉、石墨粉、造孔剂、定向助剂、改质沥青和润滑剂。采用本发明专利技术的材料制成的碳刷抗折强度高、换向性能好，并且允许通过的电流密度大，既适用于内燃机车牵引电机又适用于电力机车牵引电机。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机车
，尤其涉及一种用于制备机车牵引电机用碳刷的材料。
技术介绍
碳刷的材料，是生产优质碳刷的前提，铁路机车牵引电机用碳刷，作为机车电机的核心部件，历来是碳刷生产企业的最重要研发点，各个国家老牌碳刷企业以自己独特的材料型号特性生产的碳刷，应用于各类牵引电机上。但现有的机车牵引电机用碳刷由于产品性能不同，并不能适用于所有类型的机车牵引电机，给机车用户带来诸多不便。而我国的机车牵引电机碳刷材料，几乎仍沿用六十年代的工艺思维，几十年来也没有大的突破。机车牵引电机用碳刷材料分为两大类：内燃机车牵引电机用碳刷材料和电力机车牵引电机用碳刷材料。由于动力来源不同，不同的机车牵引电机需要不同性能的碳刷材料与之相匹配：内燃机车牵引电机用碳刷材料，要求允许通过高密度电流(不低于16A/cm2)，并具有一定的换向性能，在不损害电机换向器的前提下，使用寿命越长越好；而电力机车牵引电机用碳刷材料，则需要具备极好的换向性能，并允许通过较高的密度电流(不低于13A/cm2)。为了达到高电流密度，又要避免碳刷在工作过程中温升过高，通常采用电阻率中等大小(40-50μΩM)的材料来制备碳刷，但是其换向性能受到较大的限制；为了获得良好的换向性，又以牺牲工作电流密度为代价，采用电阻率较高(55-65μΩM)的材料来制备碳刷，即使配制了良好的通风冷却辅助系统，但碳刷的温升并不容乐观。通常换向能力和工作电流是对立的，因为要提高换向能力就必须增加材料的电阻率(换向电阻)，而电阻率的增加，会导致碳刷温度升高，工作电流受到严重限制。由于生产技术的制约，目前，无论是外国还是国内市场上均没有一种碳刷材料可以同时适用于内燃机车牵引电机与电力机车牵引电机。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中的难题，提供一种用于制备机车牵引电机用碳刷的材料，选用本专利技术的材料制备的碳刷不仅具有良好的换向性，而且允许通过高密度电流，既可适用于内燃机车牵引电机又适用于电力机车牵引电机。为实现上述目的，本专利技术提供一种用于制备机车牵引电机用碳刷的材料，包括如下原料：软质炭黑粉、喷雾碳黑、沥青焦粉、石墨粉、造孔剂、定向助剂、改质沥青、润滑剂；其中，所述的制备机车牵引电机用碳刷包括：在加热条件下，将软质炭黑粉、喷雾碳黑、沥青焦粉、石墨粉、造孔剂、定向助剂、改质沥青和润滑剂进行混合挤压处理，得到混合物料；将混合物料进行研磨处理，得到第一混合粉料；在加热条件下，将第一混合粉料混匀后进行轧片处理，得到片状物料；将片状物料进行粉碎、研磨处理，得到第二混合粉料；将第二混合粉料混匀后压制成碳刷压坯；对碳刷压坯依次进行焙烧处理、石墨化处理，即得。其中，所述软质炭黑粉按照如下步骤制备而成：1-A)在加热条件下，将乙炔炭黑和硬脂酸混合均匀，得到第一混合料；1-B)继续在加热条件下，向第一混合料中加入中温沥青、煤焦油，混合均匀，得到第二混合料；1-C)将第二混合料压制成料柱；1-D)将料柱依次进行焙烧处理、快速石墨化处理、破碎研磨处理，即得。其中，所述乙炔炭黑、硬质酸、中温沥青和煤焦油的重量份配比为：乙炔炭黑95-105、硬脂酸0.4-0.6、中温沥青24-26、煤焦油24-26。特别是，所述乙炔炭黑、硬质酸、中温沥青和煤焦油的重量份配比为：乙炔炭黑100、硬脂酸0.5、中温沥青25、煤焦油25。尤其是，所述中温沥青的软化点为80-84℃，固定碳含量为38-40％。其中，步骤1-A)中加热的温度为140-160℃，优选为150℃；混合时间为15-25min，优选为20min；其中，步骤1-B)中加热的温度为140-160℃，优选为150℃；混合时间为50-70min，优选为60min。其中，还包括将步骤1-B)中制得的第二混合料自然冷却至80℃后，再压制成步骤
1-C)所述的料柱。其中，步骤1-C)中所述的压制处理的压力为5MPa。其中，步骤1-D)中所述焙烧处理的最高温度为1200℃。其中，步骤1-D)中所述快速石墨化处理的最高温度为2800℃。其中，步骤1-D)中所述破碎研磨处理包括如下步骤：将快速石墨化处理后的料柱用颚式破碎机破碎至10mm以下，得到软质炭黑小块；将软质炭黑小块用雷蒙磨研磨至74μm以下，得到软质炭黑细粉；将软质炭黑细粉用流化床气流粉碎机研磨至16μm，即得。其中，所述喷雾炭黑为灰分小于0.2％的优等品喷雾炭黑。其中，所述沥青焦粉为针状沥青焦粉，其粒度为45μm。其中，所述石墨粉为亚纳米纯化(天然)石墨粉，由天然隐晶石磨粉纯化得到的粉末粒度接近纳米级的石墨粉，其粒度为10μm。其中，所述造孔剂为淀粉、尿素、偶氮二甲酰胺或固体树脂中的一种或多种，优选为淀粉。特别是，所述固体树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺树脂、呋喃树脂中的一种或多种。本专利技术的造孔剂作用之一是调节碳刷材料的硬度，有利于碳刷与电机的匹配；作用之二是在碳刷中形成孔隙，提高碳刷的换向性能。机车牵引电机均是大功率直流电机，由于机车的限制，电机难以在主磁极极靴上装设补偿绕组，电机正负极换向片间的换向，主要由碳刷承担。单纯从碳刷角度来看换向特点如下：换向时，正负极换向片的电流通过碳刷形成短路，如换向电阻不足以承受短路时产生的电势能，则碳刷在移动到下一组换向片时，将释放电势能，并引起一定等级的火花；超过一定等级，如级以上，则有可见火花，超过2级，将产生有害火花，同时对电机形成伤害。碳刷中形成的空隙，可以吸收部分电势能，使同样工作状态下的电机火花等级降低1/4-1/2级。其中，所述定向助剂为氮化硼、二氧化钛、氟化石墨、沥青预氧丝、碳纤维、石墨纤维或类石墨烯中的一种或多种，优选为沥青预氧丝。特别是，所述沥青预氧丝是由沥青纺丝经不熔化处理及氧化处理得到的预氧丝，再经短切磨粉制备而成，其长度约为74μm。特别是，所述类石墨烯是由天然石墨粉依次通过高倍膨胀、气流粉碎制得的粉末，其性能接近于石墨烯。本专利技术的定向助剂可以提高碳刷的耐磨性和取向性。本专利技术添加的定向助剂，在碳刷压坯成型时，由于自身的形貌特征，在高成型压力下，选择性取向增强——平行于压型方向的电阻率明显高于垂直于压型方向的电阻率，获得不同的性能。加工碳刷时按一定的方向，有利于碳刷材料在导电方向获得较小的电阻率，以允许通过高的电流密度；而在碳刷换向方向获得较大的电阻率，可有效减少换向时的电势能产生，从而获得优良的换向性能。其中，所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸金属盐、邻苯二甲酸酯类、高分子复合酯中的一种或多种。特别是，所述硬脂酸金属盐为硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钡中的一种或多种。特别是，所述邻苯二甲酸酯类为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或多种。特别是，所述高分子复合酯是由多元醇、二元羧酸、高级脂肪酸经酯化缩合、皂化过程得到的复合酯。尤其是，所述高分子复合酯为G32-1或GH-104。本专利技术的润滑剂协同定向助剂，在同样成型压力下有利于碳刷成型时获得取向性更明显的碳刷生坯，并获得性能更均匀的碳刷生坯。其中，所述改质沥青的软化点为102-108℃，固定碳含量为60-62％。其中，所述软质炭黑粉、喷雾碳黑、沥青焦粉、石墨粉、造孔剂、定向助剂、改质沥青和润滑剂的重量份配比为：软质炭黑45-60本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备机车牵引电机用碳刷的材料，其特征在于，包括如下原料：软质炭黑粉、喷雾碳黑、沥青焦粉、石墨粉、造孔剂、定向助剂、改质沥青、润滑剂；其中，所述的制备机车牵引电机用碳刷包括：在加热条件下，将软质炭黑粉、喷雾碳黑、沥青焦粉、石墨粉、造孔剂、定向助剂、改质沥青和润滑剂进行混合挤压处理，得到混合物料；将混合物料进行研磨处理，得到第一混合粉料；在加热条件下，将第一混合粉料混匀后进行轧片处理，得到片状物料；将片状物料进行粉碎、研磨处理，得到第二混合粉料；将第二混合粉料混匀后压制成碳刷压坯；对碳刷压坯依次进行焙烧处理、石墨化处理，即得。

【技术特征摘要】
1.一种用于制备机车牵引电机用碳刷的材料，其特征在于，包括如下原料：软质炭黑粉、喷雾碳黑、沥青焦粉、石墨粉、造孔剂、定向助剂、改质沥青、润滑剂；其中，所述的制备机车牵引电机用碳刷包括：在加热条件下，将软质炭黑粉、喷雾碳黑、沥青焦粉、石墨粉、造孔剂、定向助剂、改质沥青和润滑剂进行混合挤压处理，得到混合物料；将混合物料进行研磨处理，得到第一混合粉料；在加热条件下，将第一混合粉料混匀后进行轧片处理，得到片状物料；将片状物料进行粉碎、研磨处理，得到第二混合粉料；将第二混合粉料混匀后压制成碳刷压坯；对碳刷压坯依次进行焙烧处理、石墨化处理，即得。2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述软质炭黑粉按照如下步骤制备而成：1-A)在加热条件下，将乙炔炭黑和硬脂酸混合均匀，得到第一混合料；1-B)继续在加热条件下，向第一混合料中加入中温沥青、煤焦油，混合均匀，得到第二混合料；1-C)将第二混合料压制成料柱；1-D)将料柱依次进行焙烧处理、快速石墨化处理、粉碎研磨处理，即得。3.根据权利要求2所述的材料，其特征在于，所述乙炔炭黑、硬质酸、中温沥青和煤焦油的重量份配比为：乙炔炭黑95-105、硬脂酸0...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾志平，朱约辉，易文斌，
申请(专利权)人：苏州东南电碳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32