一種以鉬酸改性瀝青樹脂為粘結(jié)劑制備石墨電刷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以鉬酸改性瀝青樹脂為粘結(jié)劑制備石墨電刷的方法，屬于先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的技術(shù)領(lǐng)域。它主要是以鉬酸改性瀝青樹脂和石墨等為原料，采用濕混方式經(jīng)過(guò)原料預(yù)處理、液壓成型、焙燒制得性能優(yōu)異的電刷。
【背景技術(shù)】
[0002]材料已成為現(xiàn)代科技的四大支柱之一，同時(shí)現(xiàn)代高科技又對(duì)材料提出了更高、更苛刻的要求。作為單一的金屬、陶瓷、聚合物等材料雖然仍在不斷的快速發(fā)展，但是這些單一傳統(tǒng)的材料由于其各自固有的局限性而不能滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，材料的復(fù)合化已成為材料發(fā)展的必然趨勢(shì)。
[0003]作為材料的后起之秀，先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料一電刷，已成為電子電器及航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵器件。電刷是一種典型的滑動(dòng)電接觸材料，必須有效地提供電和熱的傳導(dǎo)途徑，同時(shí)能經(jīng)久耐用，因此電刷性能的好壞直接影響著電機(jī)性能、壽命、安全等。隨著家用電器的飛速發(fā)展，小功率高轉(zhuǎn)速電機(jī)電刷應(yīng)運(yùn)而生，以適應(yīng)轉(zhuǎn)速高換向要求苛刻的電機(jī)的要求。為了改善電機(jī)的換向性能，減輕因換向性能不佳而引起的火花磨損等問(wèn)題，可采用高阻電刷，即碳質(zhì)填充樹脂基電刷。樹脂石墨電刷的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，容易批量生產(chǎn)。然而由于石墨和黏結(jié)劑之間的性能差異及工藝上的不完善使得樹脂石墨電刷的性能也受到影響，不能滿足某些環(huán)境的要求。為了提高電刷的整體性能，國(guó)內(nèi)外研宄人員對(duì)電刷粘結(jié)劑樹脂進(jìn)行了大量的合成與改性，以期提升樹脂的耐熱性、粘結(jié)性及耐腐蝕性等。
[0004]在樹脂的改性研宄中，主要以納米材料、高分子材料及無(wú)機(jī)物等為改性劑。近年來(lái)以鉬酸銨為改性劑改性樹脂的研宄較多，但以鉬酸銨為改性劑制備的樹脂含氮量高，作為石墨電刷的粘結(jié)劑在焙燒過(guò)程中發(fā)氣量高使石墨電刷的裂紋增加，不利于電刷的抗折、抗壓及導(dǎo)電性等性能。為改善鉬酸銨含氮量高對(duì)石墨電刷綜合性能的顯著影響，本實(shí)驗(yàn)室以鉬酸為改性劑合成的瀝青樹脂作為石墨電刷的粘結(jié)劑，不僅使石墨電刷的耐熱性顯著提高，而且由于含氮量較低，減少了電刷焙燒成型過(guò)程中的發(fā)氣量，使電刷的的綜合性能顯著提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種鉬酸改性瀝青樹脂/石墨復(fù)合電刷，它以鉬酸改性瀝青樹脂和石墨等為原料，采用濕混方式經(jīng)過(guò)原料預(yù)處理、液壓成型、焙燒制得，其技術(shù)特點(diǎn)是其制備的步驟和工藝條件如下:
[0006](I)、將鉬酸改性瀝青樹脂用粉碎機(jī)充分粉碎；
[0007](2)、稱取四份各重16g的鉬酸改性瀝青樹脂與石墨等組成的混合物，其中鉬酸改性瀝青樹脂含量分別為15、20、25、30%，將三份試樣分別放入三個(gè)干凈的坩禍內(nèi)，加入一定量的三氯甲烷溶解在90°C的水浴中，使三氯甲烷蒸發(fā)并不斷攪拌直至試樣變?yōu)槌睗窆腆w為止，然后將坩禍和試樣一并放入真空干燥箱中于110°C下干燥40min ;
[0008](3)、將上述干燥后的鉬酸改性瀝青樹脂與石墨等組成的混合物用粉碎機(jī)充分粉碎后裝填至指定模具中，在150MPa及150°C下于液壓機(jī)中熱壓40min進(jìn)行成型；
[0009](4)、將熱壓成型的鉬酸改性瀝青樹脂與石墨等的混合物放入管式加熱爐中在氮?dú)鈿夥障卤簾郎厮俾蕿?0 ?100Ca0C /min ；100 ?150。。，0.5°C /min ；150 ?200°C,0.250C /min ；200?300°C,0.33°C /min。并于300°C下恒溫90min后自然冷卻，即得到鉬酸改性瀝青樹脂/石墨復(fù)合電刷。
[0010]采用本發(fā)明方法，所制鉬酸改性瀝青樹脂/石墨復(fù)合電刷中起粘結(jié)作用的鉬酸改性瀝青樹脂具有較好的粘結(jié)性和耐熱性，因此電刷的抗折強(qiáng)度、肖氏硬度、導(dǎo)電性及耐熱性等綜合性能表現(xiàn)優(yōu)異。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明中所用鉬酸改性瀝青樹脂與未改性瀝青樹脂的紅外光譜對(duì)比圖。
[0012]圖2為本發(fā)明中所用鉬酸改性瀝青樹脂與未改性瀝青樹脂的熱重對(duì)比圖。
[0013]圖3為本發(fā)明中所用鉬酸改性瀝青樹脂SEM(圖a)與未改性瀝青樹脂的SEM(圖b)的對(duì)比。
[0014]圖4為本發(fā)明中所用鉬酸改性瀝青樹脂、純鉬酸和未改性瀝青樹脂的XRD對(duì)比圖。
[0015]圖5為本發(fā)明中鉬酸改性瀝青樹脂/石墨復(fù)合電刷的工藝流程圖。
[0016]圖6為本發(fā)明中鉬酸改性瀝青樹脂/石墨復(fù)合電刷在鉬酸改性瀝青樹脂含量最佳條件下隨焙燒溫度改變的性能變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)詳敘本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)。
[0018]實(shí)施例1
[0019]將鉬酸改性瀝青樹脂用粉碎機(jī)充分粉碎，稱取16g的鉬酸改性瀝青樹脂與石墨等的混合物試樣，其中試樣中鉬酸改性瀝青樹脂質(zhì)量含量為15%，將試樣放入坩禍內(nèi)，并加入一定量的三氯甲烷使其完全溶解。在90°C的水浴中使三氯甲烷蒸發(fā)，并不斷攪拌直至試樣變?yōu)槌睗窆腆w為止，然后將坩禍和試樣一并放入真空干燥箱中，于110°C下干燥40min，把干燥后的混合物試樣充分粉碎后裝填至指定模具中，在150MPa及150°C下于液壓機(jī)中液壓40min成型，將成型的鉬酸改性瀝青樹脂與石墨等的混合物放入管式加熱爐中，在氮?dú)鈿夥障卤簾?，升溫速率?0 ?100°C，1°C/min ; 100 ?150°C，0.5°C /min ;150 ?200°C，0.25。。/min ；200?300。。，0.33°C /min。并于300°C下恒溫90min后自然冷卻，即得到鉬酸改性瀝青樹脂/石墨復(fù)合電刷。其最大抗折壓力為15.8410^，最大電阻率為397 ^ Qm,肖氏硬度為23，空氣中500°C時(shí)失重率為10.64%，說(shuō)明其具有良好的耐熱性。
[0020]實(shí)施例2
[0021]將鉬酸改性瀝青樹脂用粉碎機(jī)充分粉碎后稱取重16g的鉬酸改性瀝青樹脂與石墨等的混合物試樣，其中試樣中鉬酸改性瀝青樹脂含量為20%，將試樣放入準(zhǔn)備好的干凈坩禍內(nèi)加入一定量的三氯甲烷溶解在90°C的水浴中使三氯甲烷蒸發(fā)并不斷攪拌直至試樣變?yōu)槌睗窆腆w為止，然后將坩禍和試樣一并放入真空干燥箱中于180°C下干燥40min，把該干燥后的鉬酸改性瀝青樹脂與石墨等組成的混合物試樣用粉碎機(jī)充分粉碎后裝填至指定模具中，在150MP及150°C下于液壓機(jī)中液壓40min成型，將液壓成型的鉬酸改性瀝青樹脂與石墨等的混合物放入管式加熱爐中在氮?dú)鈿夥障卤簾?，升溫速率為O?100°C、1°C /min,100 ?150?、0.50C /min, 150 ?200°C、0.25°C /min, 200 ?300°C、0.33°C /min 并于 300°C下恒溫90min后自然冷卻，即得到鉬酸改性瀝青樹脂/石墨復(fù)合材料，其最大抗折壓力為24.1610^，最大電阻率為47(^ Qm,肖氏硬度為33.5，空氣中500°C失重率為13.30%，說(shuō)明其具有良好的耐熱性。
[0022]實(shí)施例3
[0023]將鉬酸改性瀝青樹脂用粉碎機(jī)充分粉碎后稱取重16g的鉬酸改性瀝青樹脂與石墨等的混合物試樣，其中試樣中鉬酸改性瀝青樹脂含量為25%，將試樣放入準(zhǔn)備好的干凈坩禍內(nèi)加入一定量的三氯甲烷溶解在90°C的水浴中使三氯甲烷蒸發(fā)并不斷攪拌直至試樣變?yōu)槌睗窆腆w為止，然后將坩禍和試樣一并放入真空干燥箱中于180°C下干燥40min，把該干燥后的鉬酸改性瀝青樹脂與石墨等組成的混合物試樣用粉碎機(jī)充分粉碎后裝填至指定模具中，在150MP和150°C下于液壓機(jī)中液壓40min成型，將液壓成型的鉬酸改性瀝青樹脂與石墨等的混合物放入管式加熱爐中在氮?dú)鈿夥障卤簾?，升溫速率為O?100°C、1°C /min,100 ?150?、0.50C /min, 150 ?200°C、0.25°C /min, 200 ?300°C、0.33°C /min 并于 300°C下恒溫90min后自然冷卻，即得到鉬酸改性瀝青樹脂/石墨復(fù)合電刷，其最大抗折壓力為21.37MPa，最大電阻率為543 μ Ωπι，肖氏硬度為30，空氣中500°C失重率為15.96%，說(shuō)明其具有良好的耐熱性。
[0024]實(shí)施例4
[0025]將鉬酸改性瀝青樹脂用粉碎機(jī)充分粉碎后稱取重16g的鉬酸改性瀝青樹脂與石墨等的混合物試樣，其中試樣中鉬酸改性瀝青樹脂含量為30%，將試樣放入準(zhǔn)備好的干凈坩禍內(nèi)加入一定量的三氯甲烷溶解在90°C的水浴中使三氯甲烷蒸發(fā)并不斷攪拌直至試樣變?yōu)槌睗窆腆w為止，然后將坩禍和試樣一并放入真空干燥箱中于180°C下干燥40min，把該干燥后的鉬酸改性瀝青樹脂與石墨等組成的混合物試樣用粉碎機(jī)充分粉碎后裝填至指定模具中，在150MP和150°C下于液壓機(jī)中液壓40min成型，將液壓成型的鉬酸改性瀝青樹脂與石墨等的混合物放入管式加熱爐中在氮?dú)鈿夥障卤簾?，升溫速率為O?100°C、1°C /min,100 ?150?、0.50C /min, 150 ?200°C、0.25°C /min, 200 ?300°C、0.33°C /min 并于 300°C下恒溫90min后自然冷卻，即得到鉬酸改性瀝青樹脂/石墨復(fù)合電刷，其最大抗折壓力為19.86MPa，最大電阻率為603 μ Ωπι,肖氏硬度為29，空氣中500°C失重率為18.62%，說(shuō)明其具有良好的耐熱性。
[0026]發(fā)明效果
[0027]1.樹脂含量存在最佳值。當(dāng)電刷配料中樹脂質(zhì)量含量為20%時(shí)，所制得的電刷的綜合性能最優(yōu)。
[0028]2.由濕混法制得的鉬酸改性瀝青樹脂/石墨復(fù)合電刷的抗折、抗壓、硬度和耐熱性明顯優(yōu)于市面銷售的最優(yōu)產(chǎn)品摩根電刷。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種以鉬酸改性瀝青樹脂為粘結(jié)劑制備石墨電刷的方法，以鉬酸改性瀝青樹脂和石墨等為原料采用濕混方式經(jīng)過(guò)原料預(yù)處理、液壓成型、焙燒制得，其特征在于其制備的步驟和工藝條件如下: (1)、將鉬酸改性瀝青樹脂用粉碎機(jī)充分粉碎； (2)、稱取四份各重16g的鉬酸改性瀝青樹脂與石墨等組成的混合物，其中鉬酸改性瀝青樹脂含量分別為15、20、25、30%，將三份試樣分別放入三個(gè)干凈的坩禍內(nèi)，加入一定量的三氯甲烷溶解在90°C的水浴中，使三氯甲烷蒸發(fā)并不斷攪拌直至試樣變?yōu)槌睗窆腆w為止，然后將坩禍和試樣一并放入真空干燥箱中于110°C下干燥40min ; (3)、將上述干燥后的鉬酸改性瀝青樹脂與石墨等組成的混合物用粉碎機(jī)充分粉碎后裝填至指定模具中，在150MPa及150°C下于液壓機(jī)中熱壓40min進(jìn)行成型； (4)、將熱壓成型的鉬酸改性瀝青樹脂與石墨等的混合物放入管式加熱爐中在氮?dú)鈿夥障卤簾?，升溫速率?0 ?100Ca0C /min ；100 ?150。。，0.5°C /min ；150 ?200°C,0.250C /min ；200?300°C,0.33°C /min。并于300°C下恒溫90min后自然冷卻，即得到鉬酸改性瀝青樹脂/石墨復(fù)合電刷。
【專利摘要】一種以鉬酸改性瀝青樹脂為粘結(jié)劑制備石墨電刷的方法，屬于新材料制備技術(shù)的范疇，屬于先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的特征是以鉬酸改性瀝青樹脂和石墨等為原料，采用濕混方式經(jīng)過(guò)原料預(yù)處理、液壓成型、焙燒制得鉬酸改性瀝青樹脂/石墨復(fù)合電刷。鉬酸改性瀝青樹脂和石墨等經(jīng)過(guò)三氯甲烷溶解的濕混過(guò)程制得電刷的各方面性能明顯優(yōu)于市面銷售的摩根電刷。本發(fā)明的效果和益處是通過(guò)濕混法電刷的制備過(guò)程，探索出綜合性能最優(yōu)的電刷的制備方法及工藝參數(shù)。
【IPC分類】C04B14-36, C04B26-26
【公開號(hào)】CN104671707
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510038870
【發(fā)明人】吳明鉑, 孫啟乾, 李士斌, 姜偉, 李朋
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月26日