一种摩擦膜具有自我修复功能的树脂型电碳材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种摩擦膜具有自我修复功能的树脂型电碳材料及其制备方法。该材料由树脂粘结剂相、导电润滑增强相、造孔添加剂组成，其典型的制备工艺是：首先，在电碳材料的配方中预埋造孔剂，在炭刷坯料中制得类“蜘蛛丝”网状结构的联通微气孔；再采用真空浸渍工艺，将磺化石墨烯/水性树脂溶液定点引入到电碳材料坯体中；最后经梯度升温工艺将磺化石墨烯“铆钉”在电碳坯体微孔内壁和内孔中。本发明专利技术制备的电碳材料的载流磨损率约为同类型现役电碳材料的50％，具有自润滑、自修补、高耐磨和自抑弧等优点，实现了后天引入磺化石墨烯的改善摩擦副间摩擦膜的完整性的目的。

Resin type electric carbon material with self repairing function of friction film and preparation method thereof

The invention discloses a resin type electric carbon material with self repairing function of friction film and a preparation method thereof. The material is made of resin binder, conductive lubricating reinforcement and pore forming additives, its preparation process is: first, in a typical electrical carbon material embedded in the pore forming agent to prepare \spider silk\ net structure in the carbon brush blank in Unicom micro pores by vacuum impregnation process;, the sulfonated graphene / Waterborne Resin solution is introduced into the designated electrical carbon material body; finally the gradient heating process the sulfonated graphene \rivets\ in electrical carbon body wall and the inner hole of the hole. Electrical carbon material prepared by the invention of the current carrying wear rate is about the same type of active electric carbon material 50%, with self lubrication, high wear resistance, self repair and self restraining arc etc., the introduction of sulfonated graphene after improving film friction between the friction pair of the integrity of purpose.

【技术实现步骤摘要】
一
本专利技术属于电碳新材料领域，尤其涉及一种摩擦膜具有自修复功能的树脂型电碳材料及其制备方法。二
技术介绍
电碳材料是以炭和石墨为骨料，辅以粘结剂为连续相，经成型、不同热处理制得的一类特殊功能性电工用易损件。其与换向器或滑环作滑动接触而形成电连接的一种导电部件，作为导入导出电流的滑动接触体，电碳材料是电机正常运转的决定性部位，是整个电机的“心脏”部件。随着科学技术的快速发展和工业化水平的不断提高，作为人手延长装置的电动工具，在工业化建设中发挥着积极作用。但现有高功率工具用电机存在电流密度偏大、与其配副的电碳材料因材质均质性差，常导致摩擦副运行不稳定，电碳材料使用寿命短等缺陷。为改善电动工具用电机高转速、高功率和高抗磨的换向性能，行业内已广泛采用炭质树脂型高阻材料作为匹配此类电机的首选电碳材料。但是，该类材料因界面结合和材料匹配性差等自身特点常导致抗磨性能较差、主动抑制电火花性能不佳和摩擦膜缺乏自修补能力等缺陷，未能解决电碳材料使用缺陷问题。因此，为解决上述缺陷问题，本专利技术从主动调节摩擦膜的表面缺陷，提高摩擦面的导热性角度入手，提出了“先天主动造孔”、“后天外引入磺化石墨烯”和“摩擦膜持续供给”的新方法，即首先预埋造孔剂造孔，按照现有制备树脂型电碳材料工艺，在电碳材料配方中添加适量造孔剂，在炭刷坯料中成功引入类似蜘蛛丝网状的联通微孔；其次采用真空浸渍工艺，将磺化石墨烯/水性树脂溶液定点引入到树脂型电碳材料坯体中；再进行二次辅助固化，采用梯度升温固化将分散在树脂中的磺化石墨烯铆钉在坯体微孔内壁处。该方法明显区别于相关研究者在复合材料内部直接添加石墨烯等低维炭材料进行改性的传统方法。本专利技术与现有技术相比，一方面克服了内含磺化石墨烯很难分散的难题，设计并制备出了一种摩擦膜具有自我修复功能的树脂型电碳材料，另一方面又为其它有孔材料的制备和工艺改善提供思路和理论依据，从而实现其功能能化，同时拓展了磺化石墨烯的应用范围，有望解决高功率电动工具电碳材料使用寿命不足、过度发热烧损电机等问题，也为树脂型电碳材料的升级换代提供了理论依据和应用研究的依据。三
技术实现思路
为解决以上
技术介绍
中所提到的不足和缺陷，本专利技术要解决的技术问题是，提供一种抗磨性、抑弧性和自润滑性能优异的树脂基电碳材料，还相应的提供该树脂基电碳材料的制备方法。为克服上述技术问题,本专利技术提出的技术方案为一种摩擦膜具有自我修复功能的树脂型电碳材料及其制备方法，由以下质量分数的组分和溶剂水配制而得。树脂粘结剂相：双酚A型环氧树脂或聚酰亚胺树脂20wt％-40wt％；导电润滑增强相：经厚度选择的鳞片石墨粉或人造石墨粉55wt％-80wt％；在以上原料的基础上，还添加有双氰胺类或酸酐类固化剂，造孔添加剂，润滑膜自修复调节剂。其中双氰胺类固化剂占粘结剂的质量含量的2wt％-4wt％,碳酸氢铵造孔剂质量含量为1wt％-5wt％。本专利技术的优选方案为经厚度选择的鳞片石墨粉或人造石墨粉60wt％-75wt％；热固性树脂20wt％-40wt％；造孔剂2wt％-5wt％；固化剂3wt％-4wt％；润滑膜自修复调节剂1wt％-10wt％本专利技术的方案中，优选的，所述的石墨粉经厚度选择的人造石墨粉或鳞片石墨粉的一种或二者的任意混合。上述的电碳材料中，优选的，所述的热固性树脂为环氧树脂或聚酰亚胺树脂。上述的电碳材料中，优选的，所述的造孔剂为碳酸氢铵。上述的电碳材料中，优选的，所述的固化剂为双氰胺类固化剂。上述的一种摩擦膜具有自我修复功能的树脂型电碳材料及其制备方法中，优选的，所述的真空浸渍和二次固化中的润滑膜自修复调节剂由以下质量分数的原料混合而成：磺化石墨烯：50wt％-70wt％；水性树脂溶液：20wt％-40wt％；本专利技术以先天预埋造孔、后天真空浸渍和二次固化的制备工艺为联合创新点，从电碳材料的关键问题：抗磨性能较差、主动抑制电火花性能不佳和摩擦膜缺乏自修补能力等缺陷为出发点，旨在使树脂基复合材料兼具结构性能一体化的性能，从而优选出与一次固化坯体材料匹配度高且兼具分散效果较好的润滑膜自修复调节剂——磺化石墨烯/水性树脂溶液。另外，本专利技术还特别采取真空浸渍和定点“铆钉”的方法，更好的将浸渍剂引入到复合材料的孔隙当中去参与复合材料的摩擦磨损过程，大大提高电碳材料的耐磨性、抑弧性和自润滑性能。作为一个总的技术构思,本专利技术还提供一种上述的外浸磺化石墨烯的树脂型电碳材料的制备方法,包括以下步骤:a)在常温下，按照一定质量配比制得人造石墨粉和造孔剂，粘结剂和固化剂的混合物料；b)将上述的混合物料进行混捏、轧片、破碎、过筛、成型后进行首次固化制得一次加工坯体材料。c)对一次加工坯体材料进行深加工去核处理：采用砂纸对其表面进行打磨，去掉表面的一些结核；而后浸入酒精中，并放入超声清洗机反复进行超声清洗三次以上，以酒精中无碳颗粒为准，从而保证材料内孔除去表面的一些结核，打通表面开气孔，为润滑膜自修复调节剂的浸渍创造更好的条件；d)将处理好的样品进行真空浸渍润滑膜自修复调节剂，最后将样品取出，进行干燥和二次固化，即可制得本产品。本专利技术的上述配制过程中，采取预埋造孔剂造孔和真空浸渍润滑膜自修复调节剂的方法，先将电碳材料进行一定程度的造孔，一次固化后进行充分的超声震荡，打开材料当中的气孔，为润滑膜自修复调节剂的浸渍创造更好的条件，直接让磺化石墨烯参与到电碳材料与铜质摩擦副之间的磨损过程中，并在二者之间形成可调节摩擦的润滑膜，更好的起到减磨抗磨、自抑弧的作用。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术创新性的提出了一种采取由外引入磺化石墨烯的理念和方法，利用水性树脂溶液将磺化石墨烯镶嵌至一次固化坯体材料的孔隙当中，使得磺化石墨烯直接参与电碳材料的摩擦磨损过程，并发挥关键的作用。(2)本专利技术的优选方案中，选取加入造孔剂对复合材料进行一定程度的预埋孔处理，这样可以更好的促进润滑膜自修复调节剂的引入。(3)本专利技术的优选方案中，一次加工坯料的固化温度曲线为：80℃保温1h；80℃-120℃，保温时间为1h；120℃-150℃，保温时间1h；150-180℃保温3h。外浸磺化石墨烯/水性树脂后电碳材料的处理为：干燥处理温度为80℃，保温时间为2h。二次固化温度为150℃，保温时间为3h。干燥和固化的温度曲线可进一步避免固化过程中，复合材料发生开裂或鼓泡等缺陷。专利技术人通过研究发现，由于复合材料和摩擦副间的表面有很多的微凸体，如图2(a)，在载流磨损过程中，由于摩擦副的震动分离，在摩擦副间产生瞬时的高压从而引起电弧放电现象，产生的电弧会侵蚀复合材料表面，使其表面的碳材料产生氧化，形成电弧侵蚀坑，如图2(b)所示。随着复合材料表面温度的升高，由外浸入复合材料孔隙中的润滑膜自修复调节剂开始参与磨损，自填补到电弧侵蚀坑和磨损面，如图2(c)，在摩擦副与复合材料中间形成一层均匀、平整的润滑膜，如图2(d)，这层润滑膜使摩擦副间的接触面积增大，降低了因摩擦表面不平整或不良接触导致的电弧侵蚀的发生，减少磨损表面的微裂纹，同时也减少了由热应力导致的裂纹，增大摩擦面的光滑性，有效地减弱了机械磨损和电侵蚀侵蚀。总的来说，本专利技术的产品制备工艺简单，原料易得，配制容易，更重要的是可以很大程度的改善电碳材料的摩擦磨损性和电侵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种摩擦膜具有自修复功能的树脂型电碳材料及其制备方法，其特征在于，由以下质量分数的原料组成：树脂粘结剂相：双酚A型环氧树脂或聚酰亚胺树脂20wt％‑40wt％；导电润滑增强相：经厚度选择的鳞片石墨粉或人造石墨粉55wt％‑80wt％；造孔添加剂：碳酸氢铵或硝酸铵1wt％‑5wt％；在以上原料的基础上，还添加有造孔添加剂，双氰胺类或酸酐类固化剂，润滑膜自修复调节剂，经混捏、造粒、成型和固化一次性制得树脂型电碳材料坯料，采用真空浸渍法，制得外引磺化石墨烯的树脂型电碳材料。

【技术特征摘要】
1.一种摩擦膜具有自修复功能的树脂型电碳材料及其制备方法，其特征在于，由以下质量分数的原料组成：树脂粘结剂相：双酚A型环氧树脂或聚酰亚胺树脂20wt％-40wt％；导电润滑增强相：经厚度选择的鳞片石墨粉或人造石墨粉55wt％-80wt％；造孔添加剂：碳酸氢铵或硝酸铵1wt％-5wt％；在以上原料的基础上，还添加有造孔添加剂，双氰胺类或酸酐类固化剂，润滑膜自修复调节剂，经混捏、造粒、成型和固化一次性制得树脂型电碳材料坯料，采用真空浸渍法，制得外引磺化石墨烯的树脂型电碳材料。2.如权利要求1所述的摩擦膜具有自我修复功能的树脂型电碳材料及其制备方法，其特征在于，所述的粘结剂为热固性环氧树脂或聚酰亚胺树脂20wt％-40wt％。3.如权利要求1所述的一种摩擦膜具有自我修复功能的树脂型电碳材料及其制备方法，其特征在于，所述的碳酸氢铵(或硝酸铵)为：1wt％-5wt％。4.如权利要求1所述的摩擦膜具有自我修复功能的树脂型电碳材料及其制备方法，其特征在于，所述的双氰胺类或酸酐类固化剂占粘结剂质量含量的2wt％～4wt％。5.如权利要求1所述的摩擦膜具有自我修复功能的树脂型电碳材料及其制备方法，其特征在于，所述的润滑膜自修复调节剂为磺化石墨烯和水性树脂的混合溶液，二者溶液体积百分比为3:2。6.如权利要求书5所述的一种摩擦膜具有自我修复功能的树脂型电碳材料及其制备方法，其特征在于，所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂川俊，宋腾辉，徐宇轩，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43