氧化石墨烯质焙烧型电接触材料及其制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于电接触材料及其制备领域，尤其涉及一种氧化石墨稀质电接触材料及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 滑（转）动电接触材料是各类电器中的关键部件，其性能的好坏直接关系到电机、 仪表、电路的可靠性、稳定性和使用寿命。滑（转）动电接触材料主要用于高速电气化铁路 系统（包括高铁、地铁、轻轨以及磁悬浮列车等）的受流、城市公共电力交通（包括有轨电 车和无轨电车等）的电力传输系统、工业中广泛应用的电机的炭刷与集电环（包括直流电 机、机车牵引电机、乳钢机、励磁机等）、运载火箭升空过程中的整流装置及大功率高转速电 机等。
[0003] 现有滑（转）动电接触材料常因自身材质的缺陷难以协调其耦合系统要求的"匹 配、耐磨损和抑弧"问题。传统的金属基电接触材料、炭基电接触材料和炭纤维增强复合电 接触材料均因难以兼顾上述特点导致使用受限。另外，随着铁路运行速度的大幅度增加及 电机功率的不断提高，对滑（转）动电接触材料的性能提出了更高的要求。
[0004] 氧化石墨烯作为一种性能优异的新型炭材料，具有较高的强度、比表面积、优良的 导电导热性和丰富的表面官能团，相比石墨烯更易于镶嵌，与粘结剂（酚醛树脂、煤沥青） 界面相容性好，结合力强。为充分发挥氧化石墨烯的上述优良性能，开发一种新型炭系电接 触材料，则既需解决现有比表面积较大的材料在增韧电炭材料过程中常出现的粘结强度不 够、均一性差、制品易开裂的难题，同时还要兼顾氧化石墨烯质电接触材料的增磨和减摩特 点，这成为本领域技术人员面临的难题。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，克服以上【背景技术】中提到的不足和缺陷，提供一 种高强度、高韧性、高导电性、耐热良好、抑弧和耐磨的氧化石墨烯质焙烧型电接触材料，还 相应提供该氧化石墨烯质焙烧型电接触材料的制备方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种氧化石墨烯质焙烧型电接触 材料，所述氧化石墨烯质焙烧型电接触材料是以氧化石墨烯为基体原料，以酚醛树脂、环氧 树脂、改质煤沥青中的至少两种作为粘结剂，所述粘结剂包括制粉粘结剂和成型粘结剂，其 中所述氧化石墨烯是以一次加工焙烧粉体的形式与所述成型粘结剂进行混捏、成型和焙 烧，所述一次加工焙烧粉体是由氧化石墨烯与制粉粘结剂经混捏、成型、焙烧和破碎后制 得。
[0007] 上述的氧化石墨烯质焙烧型电接触材料，优选的，所述制粉粘结剂为酚醛树脂和 环氧树脂的组合物或者为改质煤沥青和环氧树脂的组合物；所述成型粘结剂为酚醛树脂和 改质煤沥青的组合物。
[0008] 上述的氧化石墨烯质焙烧型电接触材料，优选的，所述一次加工焙烧粉体主要由 以下质量分数的原料经混捏、成型、焙烧和破碎后制得：
[0009] 氧化石墨稀40wt%?65wt% ;
[0010] 酷醛树脂或改质煤沥青20wt%?50wt% ;
[0011] 环氧树脂 5wt% ?10wt% ;
[0012] 六次甲基四胺Iwt%?2wt% ;
[0013] 三乙醇胺Iwt %?3wt %和
[0014] 橡胶粉 Iwt % ?2wt %。
[0015] 上述的氧化石墨稀质焙烧型电接触材料，优选的，所述氧化石墨稀质焙烧型电接 触材料主要由以下质量分数的原料经混捏、成型、焙烧后制得：
[0016] 一次加工焙烧粉体40wt %?57wt % ;
[0017] 改质煤沥青20wt%?35wt% ;
[0018] 酷酸树脂 20wt% ?30wt% ;
[0019] 十二烷基磺酸钠 Iwt%?2%和
[0020] 油酸 2wt%?3%。
[0021] 本发明的上述技术方案是将氧化石墨烯作为增强相填料，辅以粘结剂作为连续相 基体，构筑了氧化石墨烯-粘合焦炭的"双网络"结构，充分发挥了具有较高比表面积的氧 化石墨烯的优良性能。
[0022] 作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的氧化石墨烯质焙烧型电接触材 料的制备方法，包括以下步骤：
[0023] a)将氧化石墨烯进行超声分散后添加到所述制粉粘结剂中进行分散；
[0024] b)将上述的混合料进行混捏、乳片、破碎、磨粉，再次混匀后进行一次压制成型；
[0025] c)将上述一次压制成型后的坯料进行一次焙烧，再进行破碎制得一次加工焙烧粉 体；
[0026] d)以上述制得的一次加工焙烧粉体作为填料，直接添加到成型粘结剂中进行强力 混捏；
[0027] e)再经轧片、破碎、磨粉、混匀后进行二次压制成型；
[0028] f)将上述二次压制成型后的坯料进行二次焙烧，制得氧化石墨烯质焙烧型电接触 材料。
[0029] 上述的制备方法，优选的，所述步骤a)中，超声分散时，氧化石墨烯与水的质量比 为1 : 10,超声分散的时间控制为2h?3h;超声分散完成后与含制粉粘接剂的以下组分 按以下原料配比进行混合，并采用真空干燥使水分排出。充分的超声分散和以一次加工焙 烧粉体的形式作为基体原料有效的避免了氧化石墨烯的团聚，充分发挥了氧化石墨烯的增 强、增韧、导热、导电和耐磨损的特点。
[0030] 上述的制备方法，优选的，所述步骤a)中分散时的原料配比如下：
[0031] 氧化石墨稀40wt%?65wt% ;
[0032] 酷醛树脂或改质煤沥青20wt%?50wt% ;
[0033] 环氧树脂 5wt% ?10wt% ;
[0034] 六次甲基四胺Iwt%?2wt% ;
[0035] 三乙醇胺Iwt %?3wt %和
[0036] 橡胶粉1界1:%?2￥1:%。
[0037] 上述的制备方法，优选的，所述步骤d)中，强力混捏时的原料配比如下：
[0038] 一次加工焙烧粉体40wt %?57wt % ;
[0039] 改质煤沥青20wt%?35wt% ;
[0040] 酷酸树脂 20wt% ?30wt% ;
[0041] 十二烧基磺酸钠 Iwt %?2wt %和
[0042] 油酸 2wt% ?3wt%。
[0043] 上述的制备方法，优选的，所述步骤b)和步骤e)中，一次压制成型和二次压制成 型的压力大小控制为32MPa?48MPa。
[0044] 上述的制备方法，优选的，所述一次焙烧时的焙烧终温控制为600°C?760°C，一 次焙烧时间为5?40h ;更优选为37h。
[0045] 上述的制备方法，优选的，所述二次焙烧时的焙烧终温控制为650°C?760°C，二 次焙烧时间为38?42h，更优选为40h。
[0046] 上述的制备方法，优选的，所述轧片时需反复进行3?4次轧片。
[0047] 本发明的上述技术方案针对现有电接触材料难以兼备高强度、高导电性、耐热良 好、抑弧和耐磨损的特性，开发了一种氧化石墨烯质焙烧型滑（转）动电接触材料，其主要 是根据氧化石墨條表面官能团丰富的特点，协调其$父尚比表面积和尚强、尚初等综合性能， 为充分发挥氧化石墨烯的优良性能，避免氧化石墨烯的团聚，本发明采用氧化石墨烯的一 次加工焙烧粉体作为成品制备的填料，并改进了混合分散的方式，使得其与粘结剂充分混 合；另外通过优化粘结剂及助剂的配方，解决了现有比表面积较大材料增韧电炭中常出现 的粘结强度不够、均一性差、制品易开裂等技术难题，有效避免了氧化石墨烯的团聚问题， 充分发挥了氧化石墨烯的物理化学性质，达到氧化石墨烯表面官能团与粘结剂分子键之间 有机结合的效果。
[0048] 本发明制备方法是采用氧化石墨烯为填料，以酚醛树脂、环氧树脂和沥青中的多 种为粘结剂，采用分步制备的方式，先将氧化石墨烯与制粉粘结剂经混捏等工序制成第一 阶段料，然后再将第一阶段料与成型粘结剂混捏制样，整个工艺步骤、工艺参数及粘结剂选 用都做了较大改进和优化。
[0049] 与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明制备的氧化石墨烯质焙烧型电接触 材料利用氧化石墨烯拥有丰富表面官能团的特点，通过采用一次加工焙烧粉体的添加方 式，使其与粘结剂的界面相进行充分的结合后作为填料，有效避免了氧化石墨烯的团聚，充 分发挥了氧化石墨烯的优良性质，提高了制品的综合性能，进而弥补了传统电接触材料不 耐磨、电气性能差等不足。本发明制备的氧化石墨烯质焙烧型电接触材料具有强度高、