[发明专利]一种高导电性轻质碳刷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高导电性轻质碳刷材料及其制备方法。该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。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。

技术领域

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。

发明内容

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。