一种用于制备跑步机电机用电刷的材料的制作方法

文档序号:11106676
本发明涉及一种跑步机电机用电刷,尤其涉及一种用于制备节能型跑步机电机用电刷的材料,属于电刷材料领域。
背景技术
:电刷是用于电机中与换向器或滑环接触而形成电连接的一种导电部件,是电机的重要组成部件。作为导入导出电流的滑动接触体,其导电、导热及润滑性能良好,并具有一定的机械强度和抑制换向性火花的本能。其广泛适用于各种交直流发电机、同步电动机、电瓶直流电动机、吊车电机集电环、各型电焊机等,几乎所有的直流电机以及换向式电机都使用电刷。随着科学技术的发展,电机的种类和使用的工况条件越来越多样化,因而需要有各种不同类型的电刷来满足电机的各种要求,故电刷的种类也随着电机工业的发展而越来越多。目前电刷的主要分类方法有如下四种:(1)按材质的软硬可分为软质电刷、中硬质电刷和硬质电刷;(2)按电刷的使用对象可分为汽轮发电机用电刷、轧钢电机用电刷、牵引电机用电刷、汽车拖拉机用电刷、家用电器电机用电刷、电动工具用电刷、汽车电机用电刷、飞机电机用电刷等;(3)按电刷的颜色分为黑色电刷(用纯碳石墨材料制成)和有色电刷(用铜等金属材料和石墨制成);(4)按电刷的材料不同可分为石墨电刷、电化石墨电刷、金属石墨电刷、纯金属电刷。家用跑步机电机一般均为直流电机,直流电机比较安全,不用经常维护,噪音比交流电机小,输出稳定。跑步机电机因其应用环境的需要,要求电刷具备抑制火花能力好、电刷噪音低、工作效率高等优点,具体有如下几点要求:(1)使用寿命长并且不磨损换向器,不使换向器出现划痕、不平、烧蚀、拉丝等现象;(2)具有良好的换向性能,且能量损耗小;(3)电刷运行时,不过热,噪音小,不破损,刷辫不变色,不烧蚀;(4)运行过程中,能够在换向器表面较快地形成 一层均匀的淡铜色氧化膜。然而,目前一般国产电刷运行效率较低、稳定性差,国内碳刷厂无法满足跑步机电机高效节能的要求。技术实现要素:本发明的目的是为了解决上述跑步机电刷存在的技术问题提供一种用于制备跑步机电机用电刷的材料,应用本发明材料制备的电刷电阻率适中、耐磨性能好、换向性能好、火花等级低,更重要的是具有效率高、噪音低、产品稳定性好等特点。本发明提供了一种用于制备跑步机电机用电刷的材料,包括:基体粉料和粘结剂;所述基体粉料包含石墨、聚苯酯树脂、聚四氟乙烯和金属粉末。其中,所述基体粉料中石墨、聚苯酯树脂、聚四氟乙烯和金属粉末的重量份配比为70-95:1-3:2-4:5-15。特别是,所述石墨包括天然石墨和柔性石墨,所述天然石墨和所述柔性石墨的重量份配比为65-85:5-10。尤其是,所述天然石墨、柔性石墨、聚苯酯树脂、聚四氟乙烯和金属粉末的重量份配比为65-85:5-10:1-3:2-4:5-15。特别是,所述天然石墨的粒度为100-300目,含碳量≥99%,固定碳含量≥60%,水分≤1%,灰份≤1%,挥发分≤10%。尤其是,所述柔性石墨(EG)的粒度为100-200目,碳含量≥99%,灰份≤1%,水份≤1%,柔性石墨(EG)具有极强的耐压性、柔韧性、可塑性和自润滑性,有很高的电导率和抗辐射特性,且无毒,不含有任何致癌物,对环境没有危害。特别是,所述聚苯酯(PHB)树脂为芳族聚酯液晶聚合物,由对羟基苯甲酸苯酯缩聚而成,其分子主链含有对氧苯甲酰重复结构单元,结晶度很高,自润滑性好,热稳定性高,具有较好的机械强度和加工性能。尤其是,聚四氟乙烯(PTFE)的摩擦系数极小,耐电弧性较高,具有优异的润滑性能。其中,所述金属粉末包括铜粉、银粉、钨粉和锡粉中的一种或几种。特别是,所述金属粉末的粒度为200-400目。尤其是,所述铜粉的松装比重为0.8-1.0g/cm3,纯度≥99.9%。特别是,所述银粉的松装比重为0.8-1.2g/cm3,纯度≥99.9%。尤其是,所述钨粉的松装比重为4.5-5.5g/cm3,纯度≥99.9%。特别是,所述锡粉的松装比重为4.5-5.5g/cm3,纯度≥99.9%。其中,所述基体粉料还包含添加剂和固化剂。特别是,所述天然石墨、柔性石墨、聚苯酯树脂、聚四氟乙烯、金属粉末、添加剂和固化剂的重量份配比为65-85:5-10:1-3:2-4:5-15:1-5:0.5-3。尤其是,所述天然石墨、柔性石墨、聚苯酯树脂、聚四氟乙烯、金属粉末、添加剂、固化剂的重量份配比优选为65-75:6-8:1-3:2-4:8-12:1.5-5:1-3。其中,所述添加剂选择二硫化钼和磷酸铝。特别是,所述二硫化钼的粒度为3000-4000目,纯度为98%。尤其是,所述磷酸铝的晶型为α型。特别是,所述二硫化钼和磷酸铝的重量份配比为为2:1。添加剂二硫化钼和磷酸铝具有优良的润滑性能,摩擦系数较低,换向性能好。尤其是,所述固化剂为环氧树脂固化剂。特别是,所述固化剂优选为环氧树脂潜伏型固化剂T-31固化剂。其中,所述基体粉料和粘结剂的重量份配比为79.5-125:10-30。特别是,所述基体粉料和粘结剂的重量份配比优选为84.5-110:15-25。其中,所述粘结剂在使用前先溶解于丙酮中制成粘结剂溶液再与所述基体粉料混合,用于制备所述跑步机电机用电刷。特别是,所述粘结剂为中等分子量的双酚A型固体环氧树脂。本发明的优点和有益技术效果如下:1、本发明电刷材料组成合理,配方科学,使用粘结剂树脂制备的电机用电刷耐磨性能优、噪音低、使用寿命长、环保、耐磨性能提高10%以上。2、本发明电刷材料中添加金属粉末,制成的跑步机电刷承载电流能力好,实用效率高,提高了电机运行过程中电刷的效率,环保节能。3、本发明的电刷材料中选择二硫化钼作为添加剂,使得制备的电刷电机换向性能好,稳定性高,抗干扰强。4、本发明的电刷材料中添加柔性石墨,抑制了电刷使用过程中出现机械火花,电刷运行过程中火花等级低,空载时无火花,电刷火花降低至少1个等级,延长了电刷的使用寿命。5、应用本发明材料制备的跑步机电机用电刷适用于高压(DC180V)跑步机使用,并可广泛使用在DC90V/180V跑步机电机、甩脂机电机等健身器材电机上。具体实施方式下面结合具体实施例来进一步阐述本发明,本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的,并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是,在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换,但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。实施例11、按照如下重量份配比备料(份):其中,所述金属粉末为铜粉与银粉的混合物,其重量比为3:1,粒度为200-400目;添加剂包括二硫化钼和磷酸铝,其中二硫化钼和磷酸铝的重量之比为2:1;粘结剂选用双酚A型环氧树脂,其环氧值为0.25-0.45;所述固化剂选用环氧树 脂潜伏型固化剂T-31固化剂(常州山峰化工有限公司)。2、电刷制备原料混合物将天然石墨、柔性石墨、聚苯酯树脂(PHB)、聚四氟乙烯、添加剂、固化剂置于混捏锅内,开启混捏锅的转动装置,室温条件下混合1.5h后停止,制得基体粉料;将双酚A型环氧树脂溶解于丙酮中,搅拌混合均匀,使其溶解,制得粘结剂溶液;将粘结剂溶液加入到基体粉料中搅拌、混合均匀,搅拌1.5h,混合均匀后取出物料,于室温下放置,放置3h待丙酮挥发,使得物料中无丙酮残留,制得电刷原料混合物。3、首先将电刷原料混合物置于烘箱中在50℃下进行烘干处理12h,进一步去除丙酮,制得不含丙酮的原料混合物;接着对烘干后的物料进行破碎处理,破碎物料过60目筛,制得电刷原料混合物粉末,电刷原料混合物粉末粒度≤60目。4、将制得的电刷原料混合物粉末置于压制模具中,采用液压机进行压制处理,制得体积密度为1.88-1.92g/cm3的电刷坯料。5、将电刷坯料置于烘箱中,对电刷坯料进行热固化处理,首先在5h内将烘箱温度从室温升高至230℃,其中升温速率为46℃/h;然后在230℃的温度下保持4h,制得热固化处理后的电刷初品;6、对将固化处理后的电刷初品进行切割、磨床、钻孔、填线、点焊等机械加工步骤后即得跑步机电机用电刷。7、按照JB/T8133.14-1999(电炭制品物理化学性能试验方法体积密度)的方法测定跑步机电机用电刷的体积密度;按照JB/T8133.2-1999(电炭制品物理化学性能试验方法电阻率)方法测定跑步机电机用电刷的电阻率;采用HS-19CTV型硬度机测试电刷的肖氏硬度,结果见表1;采用FNC-5型负载耐久试验控制仪测试制得的跑步机电机用电刷的磨损率,试验结果见表2;参照国家标准《旋转电机定额和性能(GB/T755-2000)》测试制得的跑步机电机用电刷的耐高压、火花等级,测试结果见表3;参照国家标准《旋转电机(牵引电机除外)确定损耗和效率的试验方法(GB/T755.2-2003)》测试制得的跑步机电机用电刷的效率,测试结果见表4。实施例21、按照如下重量份配比备料(份):其中,所述金属粉末为铜粉与钨粉的混合物,其重量比为3:1,粒度为200-400目;添加剂包括二硫化钼和磷酸铝,其中二硫化钼和磷酸铝的重量之比为2:1;粘结剂选用双酚A型环氧树脂,其环氧值为0.25-0.45;所述固化剂选用环氧树脂潜伏型固化剂T-31固化剂(常州山峰化工有限公司)。2、电刷制备原料混合物将天然石墨、柔性石墨、聚苯酯树脂(PHB)、聚四氟乙烯、添加剂、固化剂置于混捏锅内,开启混捏锅的转动装置,室温条件下混合1.5h后停止,制得基体粉料;将双酚A型环氧树脂溶解于丙酮中,搅拌混合均匀,使其溶解,制得粘结剂溶液;将粘结剂溶液加入到基体粉料中搅拌、混合均匀,搅拌1.5h,混合均匀后取出物料,于室温下放置,放置2-4h待丙酮挥发,使得物料中无丙酮残留,制得电刷原料混合物。3、首先将电刷原料混合物置于烘箱中在52℃下进行烘干处理11h,进一步去除丙酮,制得不含丙酮的原料混合物;接着对烘干后的物料进行破碎处理,破碎物料过60目筛,制得电刷原料混合物粉末,电刷原料混合物粉末粒度≤60目。4、将制得的电刷原料混合物粉末置于压制模具中,采用液压机进行压制处理,制得体积密度为1.85-1.88g/cm3的电刷坯料。5、将电刷坯料置于烘箱中,对电刷坯料进行热固化处理,首先在5.5h内将 烘箱温度从室温升高至235℃,其中升温速率为42.8℃/h;然后在235℃的温度下保持4.5h,制得热固化处理后的电刷初品;6、对将固化处理后的电刷初品进行切割、磨床、钻孔、填线、点焊等机械加工步骤后即得跑步机电机用电刷。7、按照JB/T8133.14-1999(电炭制品物理化学性能试验方法体积密度)的方法测定跑步机电机用电刷的体积密度;按照JB/T8133.2-1999(电炭制品物理化学性能试验方法电阻率)方法测定跑步机电机用电刷的电阻率;采用HS-19CTV型硬度机测试电刷的肖氏硬度,结果见表1;采用FNC-5型负载耐久试验控制仪测试制得的跑步机电机用电刷的磨损率,试验结果见表2;参照国家标准《旋转电机定额和性能(GB/T755-2000)》测试制得的跑步机电机用电刷的耐高压、火花等级,测试结果见表3;参照国家标准《旋转电机(牵引电机除外)确定损耗和效率的试验方法(GB/T755.2-2003)》测试制得的跑步机电机用电刷的效率,测试结果见表4。实施例31、按照如下重量份配比备料(份):其中,所述金属粉末为铜粉与锡粉的混合物,其重量比为3:1,粒度为200-400目;添加剂包括二硫化钼和磷酸铝,其中二硫化钼和磷酸铝的重量之比为2:1; 粘结剂选用双酚A型环氧树脂,其环氧值为0.25-0.45;所述固化剂选用环氧树脂潜伏型固化剂T-31固化剂(常州山峰化工有限公司)。2、电刷制备原料混合物将天然石墨、柔性石墨、聚苯酯树脂(PHB)、聚四氟乙烯、添加剂、固化剂置于混捏锅内,开启混捏锅的转动装置,室温条件下混合1.5h后停止,制得基体粉料;将双酚A型环氧树脂溶解于丙酮中,搅拌混合均匀,使其溶解,制得粘结剂溶液;将粘结剂溶液加入到基体粉料中搅拌、混合均匀,搅拌1.5h,混合均匀后取出物料,于室温下放置,放置2-4h待丙酮挥发,使得物料中无丙酮残留,制得电刷原料混合物。3、首先将电刷原料混合物置于烘箱中在48℃下进行烘干处理13h,进一步去除丙酮,制得不含丙酮的原料混合物;接着对烘干后的物料进行破碎处理,破碎物料过60目筛,制得电刷原料混合物粉末,电刷原料混合物粉末粒度≤60目。4、将制得的电刷原料混合物粉末置于压制模具中,采用液压机进行压制处理,制得体积密度为1.86-1.90g/cm3的电刷坯料。5、将电刷坯料置于烘箱中,对电刷坯料进行热固化处理,首先在4h内将烘箱温度从室温升高至225℃,其中升温速率为56.25℃/h;然后在225℃的温度下保持3h,制得热固化处理后的电刷初品;6、对将固化处理后的电刷初品进行切割、磨床、钻孔、填线、点焊等机械加工步骤后即得跑步机电机用电刷。7、按照JB/T8133.14-1999(电炭制品物理化学性能试验方法体积密度)的方法测定跑步机电机用电刷的体积密度;按照JB/T8133.2-1999(电炭制品物理化学性能试验方法电阻率)方法测定跑步机电机用电刷的电阻率;采用HS-19CTV型硬度机测试电刷的肖氏硬度,结果见表1;采用FNC-5型负载耐久试验控制仪测试制得的跑步机电机用电刷的磨损率,试验结果见表2;参照国家标准《旋转电机定额和性能(GB/T755-2000)》测试制得的跑步机电机用电刷的耐高压、火花等级,测试结果见表3;参照国家标准《旋转电机(牵引电机除外)确定损耗和效率的试验方法(GB/T755.2-2003)》测试制得的跑步机电机用电刷的效率,测试结果见表4。实施例41、按照如下重量份配比备料(份):其中,所述金属粉末为锡粉与银粉的混合物,其重量比为2:2,粒度为200-400目;添加剂包括二硫化钼和磷酸铝,其中二硫化钼和磷酸铝的重量之比为2:1;粘结剂选用双酚A型环氧树脂,其环氧值为0.25-0.45;所述固化剂选用环氧树脂潜伏型固化剂T-31固化剂(常州山峰化工有限公司)。2、电刷制备原料混合物将天然石墨、柔性石墨、聚苯酯树脂(PHB)、聚四氟乙烯、添加剂、固化剂置于混捏锅内,开启混捏锅的转动装置,室温条件下混合1.5h后停止,制得基体粉料;将双酚A型环氧树脂溶解于丙酮中,搅拌混合均匀,使其溶解,制得粘结剂溶液;将粘结剂溶液加入到基体粉料中搅拌、混合均匀,搅拌1.5h,混合均匀后取出物料,于室温下放置,放置2-4h待丙酮挥发,使得物料中无丙酮残留,制得电刷原料混合物。3、首先将电刷原料混合物置于烘箱中在45℃下进行烘干处理14h,进一步去除丙酮,制得不含丙酮的原料混合物;接着对烘干后的物料进行破碎处理,破碎物料过60目筛,制得电刷原料混合物粉末,电刷原料混合物粉末粒度≤60目。4、将制得的电刷原料混合物粉末置于压制模具中,采用液压机进行压制处理,制得体积密度为1.90-1.94g/cm3的电刷坯料。5、将电刷坯料置于烘箱中,对电刷坯料进行热固化处理,首先在6h内将烘箱温度从室温升高至240℃,其中升温速率为40℃/h;然后在240℃的温度下保持5h,制得热固化处理后的电刷初品;6、对将固化处理后的电刷初品进行切割、磨床、钻孔、填线、点焊等机械加工步骤后即得跑步机电机用电刷。7、按照JB/T8133.14-1999(电炭制品物理化学性能试验方法体积密度)的方法测定跑步机电机用电刷的体积密度;按照JB/T8133.2-1999(电炭制品物理化学性能试验方法电阻率)方法测定跑步机电机用电刷的电阻率;采用HS-19CTV型硬度机测试电刷的肖氏硬度,结果见表1;采用FNC-5型负载耐久试验控制仪测试制得的跑步机电机用电刷的磨损率,试验结果见表2;参照国家标准《旋转电机定额和性能(GB/T755-2000)》测试制得的跑步机电机用电刷的耐高压、火花等级,测试结果见表3;参照国家标准《旋转电机(牵引电机除外)确定损耗和效率的试验方法(GB/T755.2-2003)》测试制得的跑步机电机用电刷的效率,测试结果见表4。实施例51、按照如下重量份配比备料(份):其中,所述金属粉末为锡粉与钨粉的混合物,其重量比为2:2,粒度为200-400 目;添加剂包括二硫化钼和磷酸铝,其中二硫化钼和磷酸铝的重量之比为2:1;粘结剂选用双酚A型环氧树脂,其环氧值为0.25-0.45;所述固化剂选用环氧树脂潜伏型固化剂T-31固化剂(常州山峰化工有限公司)。2、电刷制备原料混合物将天然石墨、柔性石墨、聚苯酯树脂(PHB)、聚四氟乙烯、添加剂、固化剂置于混捏锅内,开启混捏锅的转动装置,室温条件下混合1.5h后停止,制得基体粉料;将双酚A型环氧树脂溶解于丙酮中,搅拌混合均匀,使其溶解,制得粘结剂溶液;将粘结剂溶液加入到基体粉料中搅拌、混合均匀,搅拌1.5h,混合均匀后取出物料,于室温下放置,放置2-4h待丙酮挥发,使得物料中无丙酮残留,制得电刷原料混合物。3、首先将电刷原料混合物置于烘箱中在55℃下进行烘干处理10h,进一步去除丙酮,制得不含丙酮的原料混合物;接着对烘干后的物料进行破碎处理,破碎物料过60目筛,制得电刷原料混合物粉末,电刷原料混合物粉末粒度≤60目。4、将制得的电刷原料混合物粉末置于压制模具中,采用液压机进行压制处理,制得体积密度为1.92-1.95g/cm3的电刷坯料。5、将电刷坯料置于烘箱中,对电刷坯料进行热固化处理,首先在4h内将烘箱温度从室温升高至220℃,其中升温速率为55℃/h;然后在220℃的温度下保持4h,制得热固化处理后的电刷初品;6、对将固化处理后的电刷初品进行切割、磨床、钻孔、填线、点焊等机械加工步骤后即得跑步机电机用电刷。7、按照JB/T8133.14-1999(电炭制品物理化学性能试验方法体积密度)的方法测定跑步机电机用电刷的体积密度;按照JB/T8133.2-1999(电炭制品物理化学性能试验方法电阻率)方法测定跑步机电机用电刷的电阻率;采用HS-19CTV型硬度机测试电刷的肖氏硬度,结果见表1;采用FNC-5型负载耐久试验控制仪测试制得的跑步机电机用电刷的磨损率,试验结果见表2;参照国家标准《旋转电机定额和性能(GB/T755-2000)》测试制得的跑步机电机用电刷的耐高压、火花等级,测试结果见表3;参照国家标准《旋转电机(牵引电机除外)确定损耗和效率的试验方法(GB/T 755.2-2003)》测试制得的跑步机电机用电刷的效率,测试结果见表4。对照例以市售的跑步机电机(HX-852B,DC180V/1.5HP)用电刷作为对照例。按照JB/T8133.14-1999(电炭制品物理化学性能试验方法体积密度)的方法测定对照例跑步机电机用电刷的体积密度;按照JB/T8133.2-1999(电炭制品物理化学性能试验方法电阻率)方法测定对照例跑步机电机用电刷的电阻率;采用HS-19CTV型硬度机测试对照例电刷的肖氏硬度,结果见表1;采用FNC-5型负载耐久试验控制仪测试对照例跑步机电机用电刷的磨损率,试验结果见表2;参照国家标准《旋转电机定额和性能(GB/T755-2000)》测试对照例跑步机电机用电刷的耐高压、火花等级,测试结果见表3;参照国家标准《旋转电机(牵引电机除外)确定损耗和效率的试验方法(GB/T755.2-2003)》测试对照例跑步机电机用电刷的效率,测试结果见表4。表1电刷的物理机械性能测试结果性能实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5对照例体积密度(g/cm3)1.601.621.631.651.631.38肖氏硬度(HSD)242526242522电阻率(μΩ·m)180016001100150016502200抗折强度(MPa)121311121216表1的测试结果表明:本发明制备的跑步机电机用电刷的体积密度为1.60-1.65g/cm3;跑步机电机用电刷的电阻率1100-1800μΩ·m,电阻适中,适用于高压(DC180V)跑步机电机使用。而现有的跑步机电机用电刷的电阻率高,电刷能效低,火花稳定性差。表2电刷的磨损率试验结果实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5对照例磨损率(mm/100H)0.981.030.951.131.091.29由表2结果可知:本发明的电机用电刷的磨损率低,磨损率低于 1.2mm/100H,耐磨性能优,明显优于对照例中进口电刷的耐磨性能。表3电刷的火花等级试验结果由表3的测试结果可知:本发明的跑步机电机用电刷的火花等级低,为11/4,与普通市售进口的跑步机电机用电刷相比,火花等级降低了1个等级,抑制火花能力好,提高了使用安全性。表4电刷的效率试验结果实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5对照例效率37.6%37.3%38.2%36.5%36.9%36.1%由表4的测试结果可知:本发明的跑步机电机用电刷的效率较对照例进口碳刷高,为一种节能型跑步机电机用电刷。当前第1页1 2 3 
再多了解一些
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