[发明专利]一种耐磨碳膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电阻器制备技术领域，具体涉及一种耐磨碳膜及其制备方法。

背景技术

碳膜电阻器，是用有机粘合剂将碳墨、石墨和填充料配成悬浮液涂覆于绝缘基体上，经加热聚合而成。碳膜电阻器曾是电子、电器、资讯产品使用量最大的电阻，价格最便宜，品质稳定性好、信赖度高,但是现有碳膜由于硬而脆，导致耐磨性较差，严重降低了碳膜电阻器的使用寿命。

此外，现有碳膜电阻器用碳膜中含有较高含量的有机粘结剂，常用的有机粘结剂为羧甲基纤维素钠，高含量有机粘结剂的使用导致碳膜的导电性差，并且碳膜内部各碳层之间的粘结性差，导致碳膜的稳定性也较差，一般不适于作通用电阻器，主要作为高阻高压电阻器。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有电阻器用碳膜耐磨性差的问题，本发明提供一种耐磨碳膜及其制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种耐磨碳膜，包括以下重量份数的原料：石墨20-30份、碳黑5-10份、酚醛树脂1-3份、纳米二氧化钛5-10份、纳米氧化锌10-15份、纳米二氧化硅3-5份、聚氨酯纤维3-5份、水80-100份。

一种耐磨碳膜，包括以下重量份数的原料：石墨22-28份、碳黑6-9份、酚醛树脂1.5-2.5份、纳米二氧化钛6-9份、纳米氧化锌11-14份、纳米二氧化硅3.5-4.5份、聚氨酯纤维3.5-4.5份、水85-95份。

一种耐磨碳膜，包括以下重量份数的原料：石墨25份、碳黑8份、酚醛树脂2份、纳米二氧化钛8份、纳米氧化锌12份、纳米二氧化硅4份、聚氨酯纤维4份、水90份。

本发明采用纳米二氧化钛取代传统的有机粘结剂，纳米二氧化钛可与水配制成高度分散、均匀且稳定的溶胶，即纳米钛溶胶，利用纳米钛溶胶本身的高表面活性与强化学结合吸附性使碳膜中的各成分粘结在一起，碳膜中的二氧化硅加入纳米钛溶胶中时可形成硅溶胶，辅助提高纳米钛溶胶的粘结性能，并且水分蒸发时，硅溶胶的胶体粒子可牢固地附着在绝缘基体表面，因此，相对于传统的有机粘结剂，本发明纳米钛溶胶和硅溶胶结合不仅保证了碳膜中各碳层之间的有效粘结，还增强了碳膜与绝缘基体的粘结力，显著提高碳膜的稳定性，最重要的是，纳米二氧化钛本身就具有良好的导电性，因此还可进一步提高碳膜的导电性。

本发明添加聚氨酯纤维增强碳膜的延伸率，由于聚氨酯纤维的断裂伸长率大于400％，最高可达800％，即使在300％拉伸形变时，回弹回复率仍在95％以上，因此，可保证碳膜具有优异的韧性。本发明还采用纳米二氧化钛、纳米氧化锌和纳米二氧化硅作为耐磨材料添加剂，显著提高碳膜的硬度，但是，由于硬度和韧性是互相矛盾的，也就是说，硬度越大，韧性就越小，而本发明添加的纳米材料对提高溶胶的综合性能非常明显，即在通过纳米二氧化钛、纳米氧化锌和纳米二氧化硅增大碳膜的硬度时，碳膜的韧性可基本保持不变，这是由于纳米材料的小尺寸效应补强溶胶，这种补强不会造成韧性的降低。因此，本发明结合纳米材料和聚氨酯纤维可同时提高碳膜的硬度和韧性，使其具有优异的耐磨性能。

一种耐磨碳膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将绝缘基体依次放入水、乙醇中进行超声清洗并烘干；

(2)将石墨和碳黑混合后进行球磨；

(3)将纳米二氧化钛加入至水中，制成溶胶；

(4)将酚醛树脂、纳米氧化锌、纳米二氧化硅、聚氨酯纤维以及球磨后的石墨和碳黑加入至步骤(3)制成的溶胶中，搅拌均匀后涂覆在绝缘基体表面；

(5)将步骤(4)处理后的绝缘基体置于聚合炉中进行加热聚合。

进一步地，步骤(5)中，聚合温度为260-280℃。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明通过添加聚氨酯纤维显著增强碳膜的延伸率，并添加纳米二氧化钛、纳米氧化锌和纳米二氧化硅增大碳膜的硬度，利用纳米材料小尺寸补强效应，使得碳膜硬度增加的同时不会降低其韧性，因此，本发明结合纳米材料和聚氨酯纤维可同时提高碳膜的硬度和韧性，使其具有优异的耐磨性能；

2.本发明通过纳米二氧化钛和水制备成纳米钛溶胶取代传统的有机粘结剂，可保证碳膜中各碳层之间的有效粘结，同时，硅溶胶可显著增强碳膜与绝缘基体的粘结力，纳米二氧化钛本身就具有良好的导电性，因此，可解决现有碳膜因使用有机粘结剂导致碳膜导电性和稳定性差的问题；

3.本发明通过纳米钛溶胶制备碳膜，有利于增加碳膜的耐磨性，提高碳膜的成膜性和热稳定性，制备的碳膜光滑平整，并具有极强的抗污能力。

具体实施方式