专利名称：碳纤维碳石墨电刷材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种直流电机用的电刷材料及其制造方法，特别是一种适用于大功率直流电机的碳纤维碳石墨电刷材料及其制造方法。
在现有技术中，直流电机用电刷，大都是通过对碳素材料即碳黑、石墨、焦碳及粘结剂经混合、轧片、粉碎、压型及热处理而制成，普遍存在耐磨性差、抑制火花能力低等缺点。
美国专利USP4140832提供一种含沥青碳纤维的电刷材料及其制造方法，它是利用沥青中间相生产出具有自粘结性的沥青碳纤维而制造出的一种电机用低密度电刷，其制造工艺复杂、烦琐、成本高，制成的电刷规格受到较大的限制。
本发明的目的在于提供一种碳纤维碳石墨电刷材料及其制造方法，其制成的电刷磨耗低，抑制火花能力强，制成的电刷规格不受限制。
为达到上述目的，本发明采用下述构想由于碳素材料电刷的耐磨性差，可在其中加入碳纤维，以提高其耐磨性和抑制火花能力。因为碳纤维生产过程中的特殊性，使其表面光滑致密，对粘结剂的吸附力较弱，较难直接与碳质材料复合成均一体，所以常用的方法是将碳纤维束经编织成一定形状后，采用CVD(化学气相沉积)方法制成含碳纤维碳石墨材料。本发明是将碳纤维加工成粉未状碳纤维粉，然后对碳纤维粉进行表面粗糙化处理，使其对粘结剂有较强的吸附力，从而可与碳质材料复合成均一体。
据上述构想，本发明采用的技术方案如下一种碳纤维碳石墨电刷材料，其特征在于原料按重量百分比计的组份配比为碳质粉料组份95～99.5％，碳纤维组份0.5～5％。
碳质粉料组份原料按重量百分比计的配比为喷雾碳黑10～25％，半补强碳黑25～45％，鳞片石墨粉1～2％，粘结剂30～50％。
碳纤维组份原料按重量百分比的配比为碳纤维75～80％，粘结剂20～25％。
粘结剂为中温沥青、高温沥青和人造树脂中任选一种或两种。
碳纤维为PAN碳纤维和沥青碳纤维中任选一种。
电刷材料中还可以含有按重量百分比计为0～10％的补强剂。补强剂为软沥青、中温沥青和人造树脂中任选一种。人造树脂为酚醛树脂、酚醛改性树脂、呋喃树脂和糠醇树脂中任选一种。
一种碳纤维碳石墨电刷材料的制造方法，其特征在于制造工艺步骤为①配制碳质粉料组份按选定配比，将喷雾碳黑、半补强碳黑、鳞片石墨粉与粘结剂在160～180℃的温度下经混合、轧片、磨粉和过筛而制成；②配制碳纤维组份将碳纤维加工成粉束状的碳纤维粉，对碳纤维粉进行表面粗糙化处理，按选定的配比，将表面粗糙化的碳纤维粉与粘结剂在160～180℃的温度下经混合、粉碎而制成；③按选定配比，将碳质粉料组份与碳纤维组份混合，经压型、焙烧、石墨化而制成电刷材料。
上述工艺步骤③中碳质粉料组份与碳纤维组份均匀混合后，在78.4～117.6MPa下压制成型，在隔氧气氛中经1000～1300℃焙烧，然后在高于2500℃下进行石墨化。
经上述工艺步骤③中制成的电刷材料可以浸渍于选定的补强剂中，抽真空并加压后取出，使补强剂残留在电刷材料中的重量百分比为0～10％。选沥青作为补强剂，须进一步炭化，选树脂作补强剂须进一步固化。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出特点和显著优点本发明的电刷材料由碳质粉料组份和经表面粗糙化的碳纤维组份制成的碳素材料与碳纤维复合材料，碳纤维与碳素材料间有较强的吸附性，制成的电刷规格不受限制、电刷磨耗低、抑制火花能力强，本发明的电刷材料制造方法特殊之处是将碳纤维加工成粉未状碳纤维粉，然后进行表面粗糙化处理，使其与粘结剂有较强的吸附力，从而可采用PAN碳纤维沥青碳纤维为原料，制造方法大为简化，制造工艺简单，成本较低。本发明的电刷材料适用于大功率直流电机。
以下是本发明的实例实例1将线径为7μm的PAN基-200目碳纤维粉置于恒温至500℃的电炉中氧化处理20分钟，得到表面粗糙化后的碳纤维粉，将该碳纤维粉80份和中温沥青20份于170±5℃下混合，作适当粉碎后过50目筛，制得碳纤维组份。
将喷雾碳黑10％，半补强碳黑42％，电碳用磷片石墨粉2％，中温沥青46％，经过170±5℃热混合、轧片、粉碎、过60目筛，制得碳质粉料组份。
由碳质粉料组份95％与碳纤维组份5％，置于圆筒式混合机内在常温下混均，然后于117.6MPa压力下成型，经340小时焙烧，最高温度达1250℃，然后经2600℃以上的温度进行石墨化，制得电刷材料。
实例2将喷雾碳黑16％，半补强碳黑35％，电碳用磷片石墨粉1.5％，中温沥青48.5％，经过热混合、轧片、粉碎、过60目筛制得碳质粉料组份。
由该碳质粉料组份98％与由实例1中制得碳纤维组份2.0％，于圆筒式混合机内混均，然后于98.6MPa压力下成型，经与实例1相同的热处理，制得电刷材料。
实例3将喷雾碳黑25％，半补强碳黑25％，电碳用磷片石墨粉1％，中温沥青49％，经热混合、轧片、粉碎、过60目筛制得碳质粉料组份。
由该碳质粉料组份99.5％与实例1中制得碳纤维组份0.5％，经与实例1相同的生产工艺，制得电刷材料。
比较例分别用实例1、实例2、实例3中制得的碳质粉料组份，用相应的各实例相同的成型压力，经过相同的热处理过程、制得的电刷材料。
实施例和比较例的电刷用于实验直流电机测试结果 实施例中使用的电刷寿命均达10个月以上。
权利要求
1．一种碳纤维碳石墨电刷材料，其特征在于原料按重量百分比计的组份配比为碳质粉料组份 95～99.5％，碳纤维组份 0.5～5％。
2．根据权利要求1所述的碳纤维碳石墨电刷材料，其特征在于碳质粉料组份原料按重量百分比计的配比为喷雾碳黑 10～25％，半补强碳黑 25～45％，鳞片石墨粉 1～2％，粘结剂 30～50％。
3．根据权利要求1所述的碳纤维碳石墨电刷材料，其特征在于碳纤维组份原料按重量百分比计的配比为碳纤维 75～80％，粘结剂 20～25％。
4．根据权利要求2或3所述的碳纤维碳石墨电刷材料，其特征在于粘结剂为中温沥青、高温沥青和人造树脂中任选一种或两种。
5．根据权利要求3所述的碳纤维碳石墨电刷材料，其特征在于碳纤维为PAN碳纤维和沥青碳纤维中任选一种。
6．根据权利要求1所述的碳纤维碳石墨电刷材料，其特征在于原料中还有按重量百分比计为0～10％的补强剂，补强剂为软沥青、中温沥青和人造树脂中任选一种；人造树脂为酚醛树脂、酚醛改性树脂、呋喃树脂和糠醇树脂中任选一种。
7．一种根据权利要求1所述碳纤维碳石墨电刷材料的制造方法，其特征在于制造工艺步骤为①配制碳质粉料组份按选定配比，将喷雾碳黑、半补强碳黑、鳞片石墨粉与粘结剂在160～180℃的温度下经混合、轧片、磨粉和过筛而制成；②配制碳纤维组份将碳纤维加工成粉未状的碳纤维粉，对碳纤维粉进行表面粗糙化处理，按选定的配比，将表面粗糙化的碳纤维粉与粘结剂在160～180℃的温度下混合、粉碎而制成；③按选定配比，将碳质粉料组份与碳纤维组份混合，经压型、焙烧、石墨化而制成电刷材料。
8．根据权利要求7所述的碳纤维碳石墨电刷材料制造方法，其特征在于工艺步骤②中碳纤维粉表面粗糙化处理方法是碳纤维粉经500℃高温氧化处理或者经化学处理。
9． 根据权利要求7所述的碳纤维碳石墨电刷材料制造方法，其特征在于工艺步骤③中碳质粉料组份与碳纤维组份均匀混合后，在78.4～117.6MPa下压制成型，在隔氧气氛中经1000～1300℃焙烧，然后在高于2500℃下进行石墨化。
10．根据权利要求7所述的碳纤维碳石墨电刷材料制造方法，其特征在于将工艺步骤③中制成的电刷材料浸渍于选定的补强剂中，并抽真空加压后取出，使补强剂残留在电刷材料中的重量百分比为0～10％，选沥青作补强剂则须进一步炭化，选树脂作补强剂则须进一步固化。
全文摘要
本发明涉及一种直流电机用的碳纤维石墨电刷材料及其制造方法。其电刷材料的原料按重量百分比计的组份配比为碳质粉料组份95～99.5%,碳纤维组份0.5～5%。其制造方法是将喷雾碳黑、半补强碳黑、鳞片石墨粉与粘结剂混合、轧片、磨粉和过筛制成碳质粉料组份,而将碳纤维加工成粉末状后进行表面粗糙化处理,然后与粘结剂混合、粉碎制成碳纤维组份,再将碳质粉料组份与碳纤维组份混合、压型、焙烧、石墨化而制成。本发明的电刷材料制成电刷规格不受限制,磨耗低,抑制火花能力强。本发明的电刷材料制造方法简单,成本低。本发明的电刷材料适用于大功率直流电机。
文档编号H01R39/26GK1323082SQ0111310
公开日2001年11月21日 申请日期2001年6月26日 优先权日2001年6月26日
发明者高玉田, 顾志平, 严正祥, 陈关瑞, 郁刚, 诸文革 申请人:宝山钢铁股份有限公司, 上海沪东电碳厂