CN103259150A - 一种电动工具电机用电刷及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动工具电机用电刷及其制备方法，将电刷混合料进行焙烧，然后压制成型制得，所述电刷混合料包含天然石墨、粘结剂、无定形碳、溶剂和添加剂，其中混合料的重量份配比为：天然石墨30-60份、粘结剂25-40份、无定形碳10-15份、溶剂10-25份、添加剂4-8份。本发明制备工艺简单、易于操作，制成的电刷的电阻率低、耐磨性好、换向性能好、抗干扰能力强、使用寿命长，可以较好地满足电动工具电机对电刷的各种要求，应用范围广。

Description

一种电动工具电机用电刷及其制备方法

技术领域

本发明涉及电机用电刷，特别是涉及一种电动工具电机用电刷及其制备方法。

背景技术

电动工具是以电动机或电磁铁为动力，通过传动机构驱动工作头的一种机械化工具，主要分为金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具。常见的电动工具有电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器、电刨等。

现有技术中，一般采用碳、石墨粉体为基料，并以树脂为粘接材料，经混捏、磨粉、成型及固化来制造电刷，如授权公告号为CN 100438229C的中国发明专利公开了一种电机用的电刷，由镀铜的复合粉颗粒和碳纤维、外层碳粉、外层粘结剂压延而成，所述的复合粉颗粒的组成为(重量份)：碳粉65-79，粘结剂0.5-10，合金元素1.5-11；所述镀铜的为10-35；所述的碳纤维为0.3-0.9；所述的外层碳粉为10-18；所述的外层粘结剂为0.3-6，此电刷具有耐磨、电阻率低等特点。

电动工具电器用交流电机因其体积小、转速高的特点，通过要求电刷具备换向性能好、耐磨性能优、使用寿命长、环保、抗干扰强等优点；此外，由于电机的换向要求苛刻，要求电刷的电阻率低。然而，一般的电刷使用性能较差，稳定性不好，特别是耐磨性差、换向性能差、抗干扰能力差，常无法满足电动工具电机对电刷的各种要求。

发明内容

本发明的首要目的是针对上述现有技术存在的问题提供一种电阻率低、耐磨性好、换向性能好、抗干扰能力强及使用寿命长的电动工具电机用电刷及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明一方面提供一种电动工具电机用电刷，将电刷混合料进行焙烧，然后压制成型制得，所述电刷混合料包含天然石墨、粘结剂、无定形碳、溶剂和添加剂。

本发明的天然石墨具有质量轻、导电、导热、润滑性能好、机械加工性能优良等特点，特别是选用鳞片石墨，其平均粒径为300目，碳含量≥99％，灰份≤1％；本发明的无定形碳选用碳黑，其平均粒径为40-80目，优选为60目，碳含量≥97％，灰份≤3％，碳黑的加入可以降低电刷制品的电阻，抑制火花和增加电刷耐磨性；本发明的粘结剂为热固性树脂，特别是选用环氧树脂；本发明的溶剂用于溶解粘结剂，使电刷材料在混合时更加均匀，溶剂选自丙酮、乙醇或工业酒精，优选为丙酮。

其中，本发明电刷混合料的重量份配比为：天然石墨30-60份，粘结剂25-40份，无定形碳10-15份，溶剂10-25份，添加剂4-8份。特别是，本发明电刷混合料的重量份配比优选为：天然石墨35-40份，粘结剂25-40份，无定形碳10-12份，溶剂10-20份，添加剂4-8份。

特别是，本发明的添加剂包括润滑剂、磷酸铝和三氧化二铝，本发明所述添加剂的重量份配比为：润滑剂2-4份、磷酸铝1.5-3份、三氧化二铝0.5-1份。其中润滑剂选自二硫化钨或二硫化钼中的一种，所采用的二硫化钨或二硫化钼的含量均≥99％，润滑剂的平均粒径为200-300目，优选为200目，二硫化钨和二硫化钼均具有优良的摩擦性能，摩擦系数较低，抗压强度大，特别是优选为二硫化钨；本发明磷酸铝的平均粒径为200目，含量≥99％，磷酸铝主要用于增加电刷的耐磨性能、抗干扰性能及换向性能；本发明的三氧化二铝的平均粒径为200目，含量≥99％，三氧化二铝主要用于增加电刷的耐磨性能和抗干扰性能。

本发明另一方面提供一种电动工具电机用电刷的制备方法，包括如下顺序进行的步骤：

A)将天然石墨、粘结剂、无定形碳、溶剂、添加剂进行混合处理，制得混合料；

B)将混合料进行焙烧处理，制得电刷材料；

C)对电刷材料进行成型处理，制得电刷。

本发明混合处理的目的是使成品得到均匀的组织结构以及使电刷材料粉末粒子的外表面上包裹一层结合剂，不仅可以增加电刷材料的可塑性，使材料在压制时具有一定的强度且不易松散，此外粘结剂在烧结时受热分解而碳化，电刷材料粉末粒子成为粘结剂碳化的中心，与其他相邻的粒子相互粘连，使电刷产品具有一定的机械性能。特别是，混合时的温度不宜过高或过低，温度过高不易压制成型，结合力小，产品机械强度不佳；温度过低粘结剂流动性差，混合均匀困难，此外粘结剂中易挥发物不易除尽，在烧结过程中产生起泡开裂现象。

其中，步骤A)中天然石墨30-60份、粘结剂25-40份、无定形碳10-15份、溶剂10-25份、添加剂4-8份；天然石墨选用鳞片石墨，其平均粒径为300目，碳含量≥99％，灰份≤1％；无定形碳选用碳黑，平均粒径为40-80目，优选为60目；粘结剂为热固性树脂，特别是选用环氧树脂；溶剂选自丙酮、乙醇或工业酒精，优选为丙酮；添加剂包括润滑剂、磷酸铝和三氧化二铝，其中润滑剂选自二硫化钨或二硫化钼中的一种，所采用的二硫化钨或二硫化钼的含量均≥99％，润滑剂的平均粒径为200-300目，优选为200目；磷酸铝的平均粒径为200目，含量≥99％；三氧化二铝的平均粒径为200目，含量≥99％。

特别是，步骤A)包括：

A1)将粘结剂溶解于溶剂中，制得粘结剂胶液；

A2)将天然石墨、粘结剂胶液、无定形碳、添加剂混合60-80分钟，制得预混合料；

A3)将预混合料混合并加热至110-130℃后，加入溶剂，混合并继续加热至120-140℃后，持续混合处理2-3小时，制得混合料。

尤其是，步骤A1)中粘结剂与溶剂的重量配比为1∶0.15-0.35，优选为1∶0.15-0.25，粘结剂溶解于溶剂制得粘结剂胶液，更易于使粘结剂与材料混合均匀；步骤A2)中所述添加剂包括润滑剂、磷酸铝和三氧化二铝，添加剂的重量份配比为：润滑剂2-4份、磷酸铝1.5-3份、三氧化二铝0.5-1份；步骤A3)中将预混合料混合并加热至110-130℃后，加入溶剂，可以使溶剂更好地溶解粘结剂胶液，从而使电刷材料粉末粒子的外表面上包裹-层结合剂；混合并继续加热至120-140℃后，连续混合处理2-3小时，可以有效地使溶剂挥发，避免混合料中溶剂残留而影响电刷产品的质量。

其中，步骤B)包括：

B1)将混合料冷却至室温后进行粉碎，过60目筛，得到过筛物；

B2)将过筛物混合均匀后，于200-300℃下焙烧处理12-24小时。

特别是，步骤B2)中所述焙烧处理不仅可以使混合物中挥发成分及水分挥干，还可以让粘结剂固化，从而有利于粘结剂与电刷材料的结合，使成型处理更加容易。

其中，步骤C)中所述成型处理的压力为16-18MPa。

本发明电刷原料组成合理，配方科学，制备工艺简单、易于操作，制成的电刷的电阻率低、耐磨性好、换向性能好、抗干扰能力强、使用寿命长，可以较好地满足电动工具电机对电刷的各种要求，应用范围广。

具体实施例方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1

1、按照下述配比进行备料：

2、原料预处理

向上述全部的环氧树脂中加入0.625kg丙酮，搅拌，使环氧树脂溶解于丙酮中，制得环氧树脂胶液；

3、混合处理

向15m³的混捏锅中依次加入上述全部的鳞片石墨、环氧树脂胶液、碳黑、磷酸铝、二硫化钨及三氧化二铝，于室温下搅拌混合60min，制得预混合料；

打开混捏锅的加热装置，对预混合料同时进行混合及加热处理，当预混合料的温度达到120℃时，向混合料中加入余下的丙酮，混合并继续进行加热，使预混合料的温度达到并保持在130℃下持续混合处理3h，停止加热，待混合料自由冷却至温度≤100℃时将其从混捏锅中卸出，然后自由冷却至室温，制得颗粒混合料；

4、焙烧处理

将颗粒混合料置入磨粉机中磨碎后，过60目筛，将过筛物置于V型混合机中混合均匀，出料；

将混合均匀的物料置于烘箱中进行焙烧处理，制得电刷材料，其中焙烧处理的温度为200℃，处理时间为12h；

5、成型处理

用25吨液压机将电刷材料在16Mpa压力下模压成型，即制得电动工具电机用电刷；按照JB/T8133.14-1999进行体积密度试验；按照JB/T8133.2-1999方法进行电阻率试验；采用HS-19CTV型硬度机测试电刷的肖氏硬度，结果见表1。

实施例2

1、按照下述配比进行备料：

2、原料预处理

向上述全部的环氧树脂中加入0.6kg丙酮，搅拌，使环氧树脂溶解于丙酮中，制得环氧树脂胶液；

3、混合处理

向15m³的混捏锅中依次加入上述全部的鳞片石墨、环氧树脂胶液、碳黑、磷酸铝、二硫化钨及三氧化二铝，于室温下搅拌混合80min，制得预混合料；

打开混捏锅的加热装置，对预混合料同时进行混合及加热处理，当预混合料的温度达到130℃时，向混合料中加入余下的丙酮，混合并继续进行加热，使预混合料的温度达到并保持在140℃下持续混合处理3h，停止加热，待混合料自由冷却至温度≤100℃时将其从混捏锅中卸出，然后自由冷却至室温，制得颗粒混合料；

4、焙烧处理

将颗粒混合料置入磨粉机中磨碎后，过60目筛，将过筛物置于V型混合机中混合均匀，出料；

将混合均匀的物料置于烘箱中进行焙烧处理，制得电刷材料，其中焙烧处理的温度为300℃，处理时间为15h；

5、成型

用25吨液压机将电刷材料在17Mpa压力下模压成型，即制得电动工具电机用电刷，电刷的物理性能指标结果见表1。

实施例3

1、按照下述配比进行备料：

2、原料预处理

向上述全部的环氧树脂中加入0.375kg工业酒精，搅拌，使环氧树脂溶解于工业酒精中，制得环氧树脂胶液；

3、混合处理

向15m³的混捏锅中依次加入上述全部的鳞片石墨、环氧树脂胶液、碳黑、磷酸铝、二硫化钼及三氧化二铝，于室温下搅拌混合80min，制得预混合料；

打开混捏锅的加热装置，对预混合料同时进行混合及加热处理，当预混合料的温度达到110℃时，向混合料中加入余下的工业酒精，混合并继续进行加热，使预混合料的温度达到并保持在120℃下持续混合处理2h，停止加热，待混合料自由冷却至温度≤100℃时将其从混捏锅中卸出，然后自由冷却至室温，制得颗粒混合料；

4、焙烧处理

将颗粒混合料置入磨粉机中磨碎后，过60目筛，将过筛物置于V型混合机中混合均匀，出料；

将混合均匀的物料置于烘箱中进行焙烧处理，制得电刷材料，其中焙烧处理的温度为250℃，处理时间为20h；

5、成型

用25吨液压机将电刷材料在18Mpa压力下模压成型，即制得电动工具电机用电刷，电刷的物理性能指标结果见表1。

实施例4

1、按照下述配比进行备料：

2、原料预处理

向上述全部的环氧树脂中加入0.6kg乙醇，搅拌，使环氧树脂溶解于丙酮中，制得环氧树脂胶液；

3、混合处理

向15m³的混捏锅中依次加入上述全部的鳞片石墨、环氧树脂胶液、碳黑、磷酸铝、二硫化钨及三氧化二铝，于室温下搅拌混合80min，制得预混合料；

打开混捏锅的加热装置，对预混合料同时进行混合及加热处理，当预混合料的温度达到115℃时，向混合料中加入余下的乙醇，混合并继续进行加热，使预混合料的温度达到并保持在130℃下持续混合处理3h，停止加热，待混合料自由冷却至温度≤100℃时将其从混捏锅中卸出，然后自由冷却至室温，制得颗粒混合料；

4、焙烧处理

将颗粒混合料置入磨粉机中磨碎后，过60目筛，将过筛物置于V型混合机中混合均匀，出料；

将混合均匀的物料置于烘箱中进行焙烧处理，制得电刷材料，其中焙烧处理的温度为220℃，处理时间为24h；

5、成型

用25吨液压机将电刷材料在18Mpa压力下模压成型，即制得电动工具电机用电刷，电刷的物理性能指标结果见表1。

试验例

采用FNC-5型负载耐久试验控制仪测试上述实施例1-4制得的电动工具用电机电刷的磨损率，以市售的角向磨光机(昆山牧田，型号：MT901)电刷作为对照例，结果见表1。

表1电刷的物理性能指标

由表1结果可知：

本发明制备的电刷体积密度为1.47-1.50g/cm³，肖氏硬度为18-21，电阻率为200-230μΩ·m，与普通市售的角向磨光机电刷相比，磨损率提高了28-33％，耐磨性好。

Claims (10)

1.一种电动工具电机用电刷，将电刷混合料进行焙烧，然后压制成型制得，其特征在于，所述电刷混合料包含天然石墨、粘结剂、无定形碳、溶剂和添加剂。

2.如权利要求1所述的电动工具电机用电刷，其特征在于，所述电刷混合料的重量份配比为：天然石墨30-60份，粘结剂25-40份，无定形碳10-15份，溶剂10-25份，添加剂4-8份。

3.如权利要求1所述的电动工具电机用电刷，其特征在于，所述添加剂包括润滑剂、磷酸铝和三氧化二铝。

4.如权利要求3所述的电动工具电机用电刷，其特征在于，所述添加剂的重量份配比为：润滑剂2-4份，磷酸铝1.5-3份，三氧化二铝0.5-1份。

5.如权利要求3所述的电动工具电机用电刷，其特征在于，所述天然石墨的平均粒径为300目，所述粘结剂为热固性树脂，所述润滑剂的平均粒径为200-300目，所述润滑剂选自二硫化钨或二硫化钼。

6.一种电动工具电机用电刷的制备方法，包括如下顺序进行的步骤：

A)将天然石墨、粘结剂、无定形碳、溶剂、添加剂进行混合，制得混合料；

B)将混合料进行焙烧处理，制得电刷材料；

C)对电刷材料进行成型处理，制得电刷。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤A)包括：

A1)将粘结剂溶解于溶剂中，制得粘结剂胶液；

A2)将天然石墨、粘结剂胶液、无定形碳、添加剂混合60-80分钟，制得预混合料；

A3)将预混合料混合并加热至110-130℃后，加入溶剂，混合并继续加热至120-140℃后，持续混合处理2-3小时，制得混合料。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤A2)中粘结剂与溶剂的重量配比为1∶0.15-0.35，步骤A2)中所述添加剂包括润滑剂、磷酸铝和三氧化二铝，其中所述润滑剂选自二硫化钨或二硫化钼。

9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤B)包括：

B1)将混合料冷却至室温后进行粉碎，过60目筛，得到过筛物；

B2)将过筛物混合均匀后，于200-300℃下焙烧处理12-24小时。

10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤C)中所述成型处理的压力为16-18MPa。