本发明涉及碳刷材料技术领域，具体涉及一种高导电性轻质碳刷材料及其制备方法。
背景技术：
碳刷是一类导电滑动接触件，是电动机、发电机或者其他旋转机械的固定部分和钻洞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。
目前，碳刷的材料由石墨、金属材料、树脂胶粘剂以及其他助剂，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，必将严重影响到整个设备的使用性能和使用寿命。研究一种具有高耐磨性能和高韧性的碳刷材料。
cn106410553a公开了一种高导电性碳刷材料及其制备方法。该坦率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。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。但是氧化石墨烯价格昂贵，碳刷材料的成本高。
cn10497661a公开了一种掺混纳米氧化锆的高韧性电机碳刷材料及其制备方法，该碳刷材料利用高纯导电石墨和导电炭黑作为基料，具有优良的导电性，并以丁基橡胶、液体松香树脂和环氧树脂溶液作为复合胶黏剂，这种胶黏剂与导电基料具有良好的相容性和粘接能力，其中掺混的有机膨润土进一步提升了胶黏剂的粘接能力，并有一定的润滑性，减少碳刷磨损，加入的碳化硅晶须、纳米氧化锆能有效的提高碳刷材料的韧性和耐磨性，本发明制备得到的碳刷尺寸稳定性好，力学性能佳，不易磨损，导电优良稳定，转向性能好，使用寿命长，耐磨性能有待进一步提高。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高导电性轻质碳刷材料及其制备方法，该碳刷材料质地轻盈，导电性能好，耐磨损，且制备简单。
一种高导电性轻质碳刷材料，包括以下按重量份数计的组分：改性橡胶溶液2-9份、环氧树脂20-37份、纳米二氧化硅1-8份、碳纤维25-38份、钢纤维10-27份、碳纳米管1-8份、氧化镧1-3份、硅烷偶联剂3-8份、导电炭黑40-58份；所述改性橡胶溶液由丁基橡胶溶液、铜粉和壳聚糖混合而成。
作为改进的是，上述高导电性轻质碳刷材料，包括以下按重量份数计的组分：改性橡胶溶液7份、环氧树脂35份、纳米二氧化硅5份、碳纤维30份、钢纤维25份、碳纳米管6份、氧化镧2份、硅烷偶联剂5份、导电炭黑55份。
作为改进的是，所述丁基橡胶溶液、铜粉和壳聚糖的摩尔比为5:3:2。
上述高导电性轻质碳刷材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，先将改性橡胶溶液、环氧树脂、硅烷偶联剂搅拌混合均匀，制成混合浆料a；
步骤2，将纳米二氧化硅、碳纤维、钢纤维、碳纳米管和氧化镧混合搅拌均匀，得混合浆料b；
步骤3，将混合浆料a、混合浆料b和导电炭黑混合，投入混合机中混合均匀后，真空加热至35-45℃，保温12-20分钟，继续搅拌30-40分钟，氮气气氛下烧结，自然冷却即得成品。
作为改进的是，步骤3中真空度为0.01-0.05mpa，升温速率为1-3℃/min。
作为改进的是，步骤3中烧结的温度为120-150℃。
有益效果：
与现有技术相比，本发明高导电性轻质碳刷材料及其制备方法的优势在于：
1、将碳纤维、钢纤维、碳纳米管、导电炭黑等材料混合作为基料，并将改性橡胶溶液、环氧树脂和硅烷偶联剂混合作为复合胶粘剂，提高了混合浆料的相容性和粘接能力，保证了碳刷的导电性能和耐磨性能，同时降低了碳刷材料的重量，具有良好的应用前景；
2、氧化镧有效提高了碳刷材料的韧性和耐磨性；
3、混合浆料a、混合浆料b和导电炭黑混合后，在针孔加热下恒速升温，有效保证了混合材料的力学性能和导电性能，提高了碳刷的使用寿命。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍。
实施例1
一种高导电性轻质碳刷材料，包括以下按重量份数计的组分：改性橡胶溶液2份、环氧树脂20份、纳米二氧化硅1份、碳纤维25份、钢纤维10份、碳纳米管1份、氧化镧1份、硅烷偶联剂3份、导电炭黑40份；所述改性橡胶溶液由丁基橡胶溶液、铜粉和壳聚糖混合而成。
其中，所述丁基橡胶溶液、铜粉和壳聚糖的摩尔比为5:3:2。
上述高导电性轻质碳刷材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，先将改性橡胶溶液、环氧树脂、硅烷偶联剂搅拌混合均匀，制成混合浆料a；
步骤2，将纳米二氧化硅、碳纤维、钢纤维、碳纳米管和氧化镧混合搅拌均匀，得混合浆料b；
步骤3，将混合浆料a、混合浆料b和导电炭黑混合，投入混合机中混合均匀后，在真空度为0.01mpa，升温速率为1℃/min，真空加热至35℃，保温12分钟，继续搅拌30分钟，氮气气氛下120℃烧结，自然冷却即得成品。
对实施例1所得碳刷进行测试，长*宽*高的尺寸为5mm*5mm*20mm，肖氏硬度为24，磨损量为0.34mm/100h，使用寿命为1856h，电阻率286μωm，相对现有碳刷的重量减轻了1/4。
实施例2
一种高导电性轻质碳刷材料，包括以下按重量份数计的组分：改性橡胶溶液7份、环氧树脂35份、纳米二氧化硅5份、碳纤维30份、钢纤维25份、碳纳米管6份、氧化镧2份、硅烷偶联剂5份、导电炭黑55份。
其中，所述丁基橡胶溶液、铜粉和壳聚糖的摩尔比为5:3:2。
上述高导电性轻质碳刷材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，先将改性橡胶溶液、环氧树脂、硅烷偶联剂搅拌混合均匀，制成混合浆料a；
步骤2，将纳米二氧化硅、碳纤维、钢纤维、碳纳米管和氧化镧混合搅拌均匀，得混合浆料b；
步骤3，将混合浆料a、混合浆料b和导电炭黑混合，投入混合机中混合均匀后，在0.04mpa，以升温速率为2℃/min真空加热至40℃，保温18分钟，继续搅拌35分钟，氮气气氛下148℃烧结，自然冷却即得成品。
对实施例2所得碳刷进行测试，长*宽*高的尺寸为5mm*5mm*20mm，肖氏硬度为28，磨损量为0.30mm/100h，使用寿命为1956h，电阻率232μωm，相对现有碳刷的重量减轻了1/2。
实施例3
一种高导电性轻质碳刷材料，包括以下按重量份数计的组分：改性橡胶溶液9份、环氧树脂37份、纳米二氧化硅8份、碳纤维38份、钢纤维27份、碳纳米管8份、氧化镧3份、硅烷偶联剂8份、导电炭黑58份；所述改性橡胶溶液由丁基橡胶溶液、铜粉和壳聚糖混合而成。
其中，所述丁基橡胶溶液、铜粉和壳聚糖的摩尔比为5:3:2。
上述高导电性轻质碳刷材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，先将改性橡胶溶液、环氧树脂、硅烷偶联剂搅拌混合均匀，制成混合浆料a；
步骤2，将纳米二氧化硅、碳纤维、钢纤维、碳纳米管和氧化镧混合搅拌均匀，得混合浆料b；
步骤3，将混合浆料a、混合浆料b和导电炭黑混合，投入混合机中混合均匀后，0.05mpa下，以升温速率为3℃/min加热至45℃，保温20分钟，继续搅拌40分钟，氮气气氛下150℃烧结，自然冷却即得成品。
对实施例3所得碳刷进行测试，长*宽*高的尺寸为5mm*5mm*20mm，肖氏硬度为22，磨损量为0.38mm/100h，使用寿命为1782h，电阻率286μωm，相对现有碳刷的重量减轻了1/3。
对比例1
除不含氧化镧外，其余同实施例2。
对对比例1所得碳刷进行测试，长*宽*高的尺寸为5mm*5mm*20mm，肖氏硬度为18，磨损量为0.62mm/100h，使用寿命为1482h，电阻率286μωm，相对现有碳刷的重量减轻了1/3。
对比例2
除改性橡胶更改为丁基橡胶外，其余同实施例2。
对实施例3所得碳刷进行测试，长*宽*高的尺寸为5mm*5mm*20mm，肖氏硬度为22，磨损量为0.38mm/100h，使用寿命为1782h，电阻率425μωm，相对现有碳刷的重量减轻了1/3。
综上述所，本发明碳刷材料耐磨性能好，导电性强，且质地轻盈，具有良好的市场前景。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。