[发明专利]石墨电刷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨电刷及其制备方法。

背景技术

电刷是一种用来与换向器配合使用实现电机电流换向的滑动接触体，电机运行的可靠性，在很大程度上取决于电刷的性能。

石墨电刷具有换向性能好，制造工艺简单，生产周期短，容易形成批量生产的优点。然而由于树脂的加入，使电刷的导热和导电性能下降，接触电阻升高，载流密度减小。当电刷由于摩擦升温时，电刷本身的润滑性能下降，使温度进一步提高。此外，由于石墨和粘结剂之间的性能差异及工艺上的不完善，使得石墨电刷的性能受到影响，不能满足某些环境的要求。同时存在着适当电阻率和优良摩擦磨损及较好的换向性能不能协调统一的矛盾，不能很好的满足实际需求。

因此有必要开发一种工作电流密度大、热导率高、耐磨性好和使用寿命长的石墨电刷。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种石墨电刷，包括石墨、粘结剂、混制于所述石墨和粘结剂中的碳纳米管、及铜线。

本发明亦提供一种石墨电刷制备方法，包括以下步骤：将碳纳米管和适量的分散剂加入至粘结剂溶液中进行分散；将含碳纳米管的粘结剂溶液与石墨、添加剂进行混合；冷压固化烧结制成坯体；种导线于固化烧结后的坯体中，制得电刷。可选地，上述导线也可在冷压步骤中加入。

本发明所举实施例具有的有益效果是：电刷中由于含有碳纳米管，因而具有较高的热导率、载流密度和耐磨性能，并可有效减少电刷与换向器间的接触电阻，提高使用寿命。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。

图1所示为依本发明一实施例的碳纳米管与树脂、石墨混合制备的电刷的微观组织示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

请参阅图1，依本发明一实施例的碳纳米管增强石墨电刷主要由石墨1，粘结剂2、混制于所述石墨1与粘结剂2中的碳纳米管3，及铜线(图未示)组成。在本实施例中，粘结剂2可采用环氧树脂或酚醛树脂。可以理解地，根据实际电刷的具体使用性能要求也可采用其他粘结剂。所述碳纳米管的直径大约为20～30nm，长度大约为30μm。

从图中可看出，混制于所述石墨1和粘结剂2中的碳纳米管3可增加电刷的导电和导热通路(如图中虚线所示)，从而可大幅提高电刷的热导率和载流密度。

上述石墨电刷制备工艺流程包括以下步骤：

a)碳纳米管表面预处理：将适量的碳纳米管加入至混合酸(HNO₃∶H₂SO₄＝1∶3)中，40℃下用超声波清洗机超声4小时，然后过滤、去离子水漂洗至中性、110℃真空烘干约10小时后备用。预处理后的碳纳米管表面含有羟基和羧基基团，可增加碳管表面负电荷量，从而增强了碳纳米管间的静电斥力，提高了碳纳米管在溶剂中的分散性，在本实施例中，碳纳米管可以是单壁、双壁或多壁碳纳米管；

b)将碳纳米管在溶剂中进行预分散：将预处理后的碳纳米管和适量的分散剂加入至溶剂中，采用超声和机械搅拌机同时分散碳纳米管，时间约1小时，制备成含碳纳米管的悬浮液，在本实施例中，分散剂可以为十二烷基磺酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(NaDDBS)等一种或几种的复配，溶剂可以为丙酮或乙醇等；

c)将碳纳米管在树脂溶液中进行分散：将碳纳米管悬浮液缓慢加入树脂溶液中，同时机械搅拌约1小时，使碳纳米管在树脂中分布均匀，在本实施例中，树脂可以是环氧树脂或酚醛树脂等粘结剂，碳纳米管与树脂的重量百分比可根据实际电刷的具体使用性能要求在1～5％间调节；

d)混合：将石墨粉、添加剂与含碳纳米管的树脂溶液用混捏机混合约40分钟，然后在70℃下真空干燥约8小时以去除溶剂。最后轧板、造粒、筛分需要的颗粒尺寸配比(＜90μm：20％，90～500μm：80％)，以备压型；

e)冷压固化烧结：将粉末室温压制成型后，固化烧结，固化温度为220℃；

f)固接导线于固化烧结后制得的坯体中，制得电刷。

可选地，上述导线也可在对粉末进行冷压时加入。

本发明实施例的电刷具有以下优点：

1.工艺过程简单、易操作；