一种高导电性碳刷材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供的一种高导电性碳刷材料及其制备方法，其原料以重量份计由下列组分组成：15～20份氧化石墨烯、20～30份聚吡咯管、20～30份乙炔黑、2～5份氮化锆、2～5份氧化铬、10～20份环氧树脂、2～4份硅烷偶联剂、1～2份双氰胺以及3～5份电解铝粉。从而在保持成本较低和高导电性的同时，提高碳刷材料的耐磨性和硬度，从而降低碳刷工作时的火花，延长电机碳刷材料的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碳刷材料
，具体地说，是一种高导电性和耐磨性的碳刷材料及其制备方法。
技术介绍
碳刷是一类导电滑动接触件，在许多电气设备中得到广泛的应用，它是电动机、发动机或者其他旋转机械的固定部分和转动部分之间传递能量和信号的装置。在电机中，碳刷是用于换向器或滑环上，作为导出导入电流的滑动接触体，其导电、导热以及润滑性能良好，并具有一定的机械强度和换向性火花的本能。几乎所有的电机都使用碳刷，是电机的重要组成部件。目前大部分碳刷一般由石墨、金属材料、树脂胶黏剂以及其他助剂，经过烧结成型制成。尽管石墨具有良好的耐磨性，但在实际使用中，存在易磨损的问题，难以克服。如果不提高碳刷的耐磨损性能，必将严重影响到整个设备的使用性能和使用寿命，因此，研发具有高耐磨损性、高导电性的碳刷材料显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种高导电性碳刷材料及其制备方法，以解决现有技术的不足，在保持成本较低和高导电性的同时，提高碳刷材料的耐磨性和硬度，从而降低碳刷工作时的火花，延长电机碳刷材料的使用寿命。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高导电性碳刷材料的原料以重量份计由下列组分组成：15～20份氧化石墨烯、20～30份聚吡咯管、20～30份乙炔黑、2～5份氮化锆、2～5份氧化铬、10～20份环氧树脂、2～4份硅烷偶联剂、1～2份双氰胺以及3～5份电解铝粉。根据本专利技术的一实施例，所述高导电性碳刷材料适用于电机。一种高导电性的碳刷材料制备方法，其包括步骤：(a)将相应重量份的氧化石墨烯、聚吡咯管、乙炔黑、氮化锆、氧化铬、环氧树脂、硅烷偶联剂、电解铝粉和双氰胺按比例混合，投入混合机中混合均匀后，加热至80～100℃，保温2～3小时；(b)继续搅拌0.5～1小时后出料，待物料冷却至室温后投入粉碎机中回流粉碎，所得粉体过100目筛，制得微粉；以及(c)将所述微粉带线压制成型，成型后的产品送入烧结炉中进行高温高压烧结，烧结结束后经冷却、打孔、磨面、埋线和磨弧制成所述高导电性碳刷材料。根据本专利技术的一实施例，所述高温高压烧结为真空热压烧结或放电等离子体烧结，腔体真空度为30～40Pa，烧结温度为900～1200℃，压强为20～30MPa，烧结时间为4～6小时。本专利技术同现有技术相比，主要具有以下优点和有益效果：1、氮化锆、氧化铬有良好的耐磨性和硬度，将其加入到碳刷材料中，能够提高碳刷材料的耐磨性和硬度；碳刷如果长时间工作，就会在换向器表面形成厚的碳皮膜，这种碳皮膜如果部分发生剥离，就会在剥离部分产生大的电流，进而产生电火花，会在碳刷表面产生凹凸不平，如果电流过大也会造成换向器表面的损坏。因此，向碳刷中加入氮化锆、氧化铬，使得碳刷工作时在换向器表面形成的碳皮膜被氮化锆、氧化铬削除；另外金属具有高的导电性，在碳刷材料中掺入金属锆、铬和电解铝粉能够保证碳刷材料高的导电性。2、聚吡咯管、乙炔黑和氧化石墨烯都是导电性能较高的材料，与少量金属配合使用，减少金属含量，能减少电流过大时，产生电火花过大的问题，聚吡咯管中含有较多的N元素，聚吡咯管、乙炔黑和氧化石墨烯复合使用时，可对其电子结构进行调节；另外，三者可在摩擦表面形成光滑的润滑膜，使得磨损表面光滑平整，由于润滑膜的存在，使配副的摩擦因数减小，磨损机制也由粘着磨损变为磨粒磨损，并在不同的电流和速度下保持稳定；而表面光滑润滑膜的存在，降低了材料表面之间的不平度，材料表面之间产生微间隙的数量减少，从而降低电弧产生的几率，减小了电弧侵蚀，因而磨损率大幅降低。具体实施方式以下描述用于揭露本专利技术以使本领域技术人员能够实现本专利技术。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。一种高导电性碳刷材料以重量份计由下列组分组成：15～20份氧化石墨烯、20～30份聚吡咯管、20～30份乙炔黑、2～5份氮化锆、2～5份氧化铬、10～20份环氧树脂、2～4份硅烷偶联剂、1～2份双氰胺以及3～5份电解铝粉。其中，所述高导电性碳刷材料适用于电机。一种高导电性碳刷材料的制备方法，其包括步骤：(a)将相应重量份的氧化石墨烯、聚吡咯管、乙炔黑、氮化锆、氧化铬、环氧树脂、硅烷偶联剂、电解铝粉和双氰胺按比例混合，投入混合机中混合均匀后，加热至80～100℃，保温2～3小时；(b)继续搅拌0.5～1小时后出料，待物料冷却至室温后投入粉碎机中回流粉碎，所得粉体过100目筛，制得微粉；以及(c)将所述微粉带线压制成型，成型后的产品送入烧结炉中进行高温高压烧结，烧结结束后经冷却、打孔、磨面、埋线和磨弧制成所述高导电性碳刷材料。其中，所述高温高压烧结为真空热压烧结或放电等离子体烧结，腔体真空度为30～40Pa，烧结温度为900～1200℃，压强为20～30MPa，烧结时间为4～6小时。所述高导电性碳刷材料的制备工艺简单、原料易得、容易操作、成本低廉。由于所述高导电性碳刷材料，加入了氮化锆和氧化铬，在保持成本较低和高导电性的同时，提高了碳刷材料的耐磨性和硬度，降低了碳刷工作时的火花，延长了电机碳刷材料的使用寿命。其中，氮化锆、氧化铬有良好的耐磨性和硬度，将其加入到碳刷材料中，能够提高碳刷材料的耐磨性和硬度。碳刷如果长时间工作，就会在换向器表面形成厚的碳皮膜，这种碳皮膜如果部分发生剥离，就会在剥离部分产生大的电流，进而产生电火花，会在碳刷表面产生凹凸不平，如果电流过大也会造成换向器表面的损坏。因此，向碳刷中加入氮化锆、氧化铬，使得碳刷工作时在换向器表面形成的碳皮膜被氮化锆、氧化铬削除。另外金属具有高的导电性，在碳刷材料中掺入金属锆、铬和电解铝粉能够保证碳刷材料高的导电性。所述高导电性碳刷材料以氧化石墨烯、聚吡咯管、乙炔黑作为电机碳刷的主要成分，由于其各自高的电化学性能，保证了电机碳刷的高导电性，与现有技术中以金属为主要导电物质的碳刷相比，降低了碳刷中金属含量，从而降低了碳刷工作时的火花，延长了电机碳刷材料的使用寿命。其中，聚吡咯管、乙炔黑和氧化石墨烯都是导电性能较高的材料，与少量金属配合使用，减少金属含量，能减少电流过大时，产生电火花过大的问题，聚吡咯管中含有较多的N元素，聚吡咯管、乙炔黑和氧化石墨烯复合使用时，相当于N掺杂碳材料，使得材料有较高的化学活性和电导率，还可对其电子结构进行调节。另外，三者可在摩擦表面形成光滑的润滑膜，使得磨损表面光滑平整，由于润滑膜的存在，使配副的摩擦因数减小，磨损机制也由粘着磨损变为磨粒磨损，并在不同的电流和速度下保持稳定。而表面光滑润滑膜的存在，降低了材料表面之间的不平度，材料表面之间产生微间隙的数量减少，从而降低电弧产生的几率，减小了电弧侵蚀，因而磨损率大幅降低。其中，乙炔黑具有良好的耐磨性，氧化石墨烯具有较小的摩擦系数，聚吡咯管得以增强碳刷的韧性。环氧树脂、硅烷偶联剂和双氰胺复合使用作为粘结剂，粘结强度大，兼具了树脂和偶联剂两种粘结剂的优点，既提高了碳刷的强度又有效防止碳刷由于添加氮化锆、氧化铬提高耐磨性的同时，产生过硬现象。锆和铬元素加入碳刷材料中后，与碳生成耐磨性能良好的Cr3C2-ZrCr2，能够达到较好的耐磨性能。本专利技术下述实施例中所使用的原料来自于上海泉昕进出口贸易有限公司。实施例1一种高导电性碳刷材料以重量份本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导电性碳刷材料，其特征在于，其原料以重量份计由下列组分组成：15～20份氧化石墨烯、20～30份聚吡咯管、20～30份乙炔黑、2～5份氮化锆、2～5份氧化铬、10～20份环氧树脂、2～4份硅烷偶联剂、1～2份双氰胺以及3～5份电解铝粉。

【技术特征摘要】
1.一种高导电性碳刷材料，其特征在于，其原料以重量份计由下列组分组成：15～20份氧化石墨烯、20～30份聚吡咯管、20～30份乙炔黑、2～5份氮化锆、2～5份氧化铬、10～20份环氧树脂、2～4份硅烷偶联剂、1～2份双氰胺以及3～5份电解铝粉。2.一种如权利要求1所述的高导电性碳刷材料制备方法，其特征在于，包括步骤：(a)将相应重量份的氧化石墨烯、聚吡咯管、乙炔黑、氮化锆、氧化铬、环氧树脂、硅烷偶联剂、电解铝粉和双氰胺按比例混合，投入混合机中混合均匀后，加热至80～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴成华，
申请(专利权)人：慈溪市华夏电器实业有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33