CN104659626B

CN104659626B - 一种电动工具电机用电刷及其制备方法

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Publication number: CN104659626B
Application number: CN201310585228.7A
Authority: CN
Inventors: 朱约辉; 吴爱民; 林勇
Original assignee: SUZHOU DONON CARBON PRODUCTS Ltd
Current assignee: SUZHOU DONEKA NEW MATERIALS CORP. Ltd.
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2017-08-25
Anticipated expiration: 2033-11-19
Also published as: CN104659626A

Abstract

本发明公开了一种电动工具电机用电刷及其制备方法，该电机用电刷的组成材料属于材料科学领域，包括原料石墨、沥青、润滑剂、硬脂酸锌、三氧化二铝、石蜡，所述原料的重量份配比为石墨30‑90、沥青10‑35、润滑剂0.2‑1.0、硬脂酸锌0.5‑5、三氧化二铝0.5‑3、石蜡0.5‑5，本发明的电机用电刷电阻率低、耐磨性好、换向性能好、抗干扰能力强及使用寿命长，更重要的是具有高耐磨性，耐高压并且火花等级低。

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，属于电机领域。

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。

电机电刷是电动机或发电机等旋转机械的固定部分和转动部分之间传递能量或信号的装置。又称碳刷。碳刷一般是纯碳加凝固剂制成，外型一般是方块，卡在金属支架上，里面有弹簧把它紧压在转轴上。碳刷的样子有点像擦铅笔的橡皮条那样，顶上有导线引出。体积有大有小。碳刷作为一种滑动接触件，在许多电气设备中得到广泛的应用。

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，如专利号为200610052676的中国发明专利公开了一种电机用的电刷，电刷的组成材料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，其中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；其中的粘结剂为酚醛树脂和环氧树脂的混合物，该专利制备的电刷的耐磨性好、电阻率低。

又如专利号为97106640.X的发明专利公开了一种电机用电刷及其制备方法，该电机电刷由镀铜或银的石墨粉或碳粉、碳质粉或/和金属粉末、粘结剂组成，镀铜或银的石墨粉或碳粉的含量为10-100%，碳质粉或金属粉末或者两者混合后的含量为0-90%，根据上述两种含量，粘结剂的含量为0-20%。制造工艺为：首先将各组分混合搅拌，然后压制，再烧结，再一次压制，最后进行成型加工。该发明的电机用电刷在汽车、航空、电气的电机行业具有很强的实用价值。

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、耐高压、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，电刷单位压力过高，是电刷的磨损加剧，单位压力过小，接触不稳定，容易出现机械火花。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动工具电机用电刷及其制备方法，本发明的电机用电刷电阻率低、耐磨性好、换向性能好、抗干扰能力强及使用寿命长，更重要的是具有高耐磨性，耐高压并且火花等级低。

为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种电动工具电机用电刷，包括如下原料石墨、沥青、润滑剂、硬脂酸锌、三氧化二铝、石蜡。

其中，所述电机用电刷原料的重量份配比为：石墨30-90、沥青10-35、润滑剂0.2-0.8、硬脂酸锌0.5-5、三氧化二铝0.5-3、石蜡0.5-5。

特别是，所述原料的重量份配比优选为：石墨50-75、沥青20-25、润滑剂0.2-0.7、硬脂酸锌1-3、三氧化二铝0.7-2、石蜡1-3。

尤其是，所述原料的重量份配比优选为：石墨60-75、沥青20-25、润滑剂0.4-0.6、硬脂酸锌1-3、三氧化二铝0.7-2、石蜡1-3。

其中，所述润滑剂为二硫化钨和磷酸铝。

特别是，所述润滑剂二硫化钨与磷酸铝的重量份配比为1：1-3，优选为1：1-2，进一步优选为1：1。

尤其是，所述润滑剂的平均粒径为200-300目，优选为200目，二硫化钨和磷酸铝均具有优良的摩擦性能，摩擦系数较低，抗压强度大。

其中，所述石墨选择天然石墨和人工石墨，其中天然石墨与人工石墨的重量份配比为0.4-2.5：1，优选为0.4-2：1。

特别是，所述天然石墨的粒度为200-300目，碳含量≥99%，灰份≤1%；所述人造石墨的粒度为200-300目，碳含量≥99%，灰份≤1%，水份≤1%。

特别是，所述沥青选择中温沥青；所述石蜡选择液体石蜡。

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%；人造石墨耐磨性能好，能抑制电刷火花和提高电刷换向的效果,其平均粒径为200目，碳含量≥99%，灰份≤1%，水份≤1%；二硫化钨的平均粒径为200目，含量≥99%，二硫化钨主要用于增加与换向器之间的润滑性能和提高电刷的耐磨性；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；硬脂酸锌的平均粒径为300目，硬脂酸锌主要用于压制过程脱模的作用，防止粘模以及提高电阻性能；三氧化二铝的平均粒径为300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；液体石蜡在混合过程与材料相容性很好，还能有效抑制火花以及提高润滑性能。

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：

1）按照如下重量份配比备料：

石墨30-90、沥青10-35、润滑剂0.2-0.8、硬脂酸锌0.5-5、三氧化二铝0.5-3、石蜡0.5-5；

2）在加热条件下，将原料石墨、沥青、润滑剂、硬脂酸锌、三氧化二铝、石蜡混合均匀，制得预混料；

3）将预混料粉碎成电刷物料粉末后置于模具中压制成型，制得电刷粗坯；

4）再将电刷粗坯进行焙烧处理，即得。

其中，步骤1）中所述原料的重量份配比优选为：石墨50-75、沥青20-25、润滑剂0.2-0.7、硬脂酸锌1-3、三氧化二铝0.7-2、石蜡1-3。

特别是，所述原料的重量份配比优选为：石墨60-75、沥青20-25、润滑剂0.4-0.6、硬脂酸锌1-3、三氧化二铝0.7-2、石蜡1-3。

特别是，所述润滑剂为二硫化钨和磷酸铝。

尤其是，所述润滑剂二硫化钨与磷酸铝的重量份配比为1：1-3，优选为1：1-2，进一步优选为1：1。

特别是，所述石墨选择天然石墨和人工石墨，其中天然石墨与人工石墨的重量份配比为0.4-2.5：1，优选为0.4-2：1。

尤其是，所述天然石墨的粒度为200-300目，碳含量≥99%，灰份≤1%；所述人造石墨的粒度为200-300目，碳含量≥99%，灰份≤1%，水份≤1%。

特别是，所述沥青选择中温沥青；所述石蜡选择液体石蜡。

其中，步骤2）包括：在加热条件下，首先将原料石墨、润滑剂、硬脂酸锌、三氧化二铝、石蜡混合均匀，然后再加入沥青，进行混合。

特别是，所述加热条件的温度为120-180℃，优选为150-170℃。

特别是，将所述原料石墨、润滑剂、硬脂酸锌、三氧化二铝、石蜡混合30-40min后再加入沥青，在混合1-2小时，制得预混料。

尤其是，将所述原料石墨、润滑剂、硬脂酸锌、三氧化二铝、石蜡混合30-40min后再加入沥青，在混合1-1.5小时，制得预混料。

特别是，还包括步骤2A）：将预混料冷却至40℃以下后再将预混料磨成所述的电刷物料粉末。

其中，步骤3）中所述电刷物料粉末的粒度≤80目。

特别是，还包括将电刷物料粉末混合均匀后在进行所述的压制成型。

尤其是，将电刷物料粉末放入冷混机里混合2-4小时，优选为2小时，将物料的粒度混合均匀。

特别是，压制成型过程中控制电刷粗坯的体积密度为1.65-1.75g/cm³，优选为1.68-1.70g/cm³。

其中，步骤4）中所述焙烧处理是将电刷粗坯依次在温度为248±5℃、300±5℃、350±5℃、450±5℃、460±5℃、500±5℃、520±5℃的条件下分别加热1-1.5h。

特别是，将电刷粗坯置于网带炉内，依次在温度为248±5℃、300±5℃、350±5℃、450±5℃、460±5℃、500±5℃、520±5℃的条件下，分别加热1-1.5h。

本发明的电动工具电机用电刷具有以下优点：

1、发明电刷原料组成合理，配方科学，使用粘结剂沥青制备的电机用电刷耐磨性能优、耐高压、使用寿命长、环保、抗干扰强，耐磨性能提高20%以上。

2、本发明的电机用电刷中使用二硫化钨和磷酸铝，电机换向性能好，稳定性高，耐高压，降低火花。

3、本发明的电机用电刷中使用三氧化二铝、石蜡，在电刷运行过程中于换向器接触润滑性能好,降低火花。

4、本发明的电机用电刷的电阻率低、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。

5、本发明的电机用电刷的制备方法简单，制备工艺简单，产品质量稳定效果明显，并且使用方便。

具体实施方式

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、按照如下重量配比备料（kg）：

其中，石墨包括天然石墨和人造石墨，天然石墨与人造石墨的重量配比为50：25；润滑剂包括二硫化钨和磷酸铝，二硫化钨与磷酸铝的重量配比为0.2：0.4；

2）将原料石墨、润滑剂、硬脂酸锌、三氧化二铝、石蜡置于混捏锅内，开启混捏锅的加热装置，加热升温至160℃，在保持温度为160℃下混合40min后，加入全部的沥青，继续混合均匀，混合1h后停止加热，待物料冷却至≤40℃，制得预混料；

3）将预混料置于磨粉机（上海卓亚矿山机械有限公司）内进行粉碎处理，粉碎处理3h后，粉碎物料过80目筛，得到预混料粉末，预混料粉末的粒度≤80目；

4）将预混料粉末置于V型混合机（南京健牌干燥设备厂）中进行混合处理，混合均匀，混合2小时（通常2-4小时）后，制得混合均匀的电机用电刷材料粉，混合均匀的电机用电刷材料粉放入塑料桶储存，备用；

5）首先将混合均匀的电机用电刷材料粉装入模具中，然后置于25吨液压机中，在8.5MPa压力下模压成型，即制得电动工具电机用电刷粗坯，其中控制电动工具电机用电刷粗坯的体积密度达到1.68g/cm³，停止模压成型处理；

6）将成型的电动工具电机用电刷粗坯放入网带炉内进行焙烧，焙烧处理过程中电刷粗坯依次在温度为248±5℃、300±5℃、350±5℃、450±5℃、460±5℃、500±5℃、520±5℃条件下，进行加热处理，每个温度条件下加热时间为1h，然后缓冲冷却，即制得电动工具电机用电刷。

按照JB/T8133.14-1999（电炭制品物理化学性能试验方法体积密度）的方法测定电动工具电机用电刷的体积密度试验；按照JB/T8133.2-1999（电炭制品物理化学性能试验方法电阻率）方法测定电动工具电机用电刷的电阻率；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、按照如下重量配比备料（kg）：

其中，石墨包括天然石墨和人造石墨，天然石墨与人造石墨的重量配比为20：40；润滑剂包括二硫化钨和磷酸铝，二硫化钨与磷酸铝的重量配比为0.2：0.2；

2）将原料石墨、润滑剂、硬脂酸锌、三氧化二铝、石蜡置于混捏锅内，开启混捏锅的加热装置，加热升温至150℃，在保持温度为150℃下混合60min后，加入全部的沥青，继续混合均匀，混合1h后停止加热，待物料冷却至≤40℃，制得预混料；

3）将预混料置于磨粉机内进行粉碎处理，粉碎处理3h后，粉碎物料过80目筛，得到预混料粉末，预混料粉末的粒度≤80目；

4）将预混料粉末置于V型混合机中进行混合处理，混合均匀，混合3小时后，制得混合均匀的电机用电刷材料粉，混合均匀的电机用电刷材料粉放入塑料桶储存，备用；

5）首先将电机用电刷材料粉装入模具中，然后置于25吨液压机中，在10MPa压力下模压成型，即制得电动工具电机用电刷粗坯，其中控制电动工具电机用电刷粗坯的体积密度达到模压成型处理；

6）将成型的电动工具电机用电刷粗坯放入网带炉内进行焙烧，焙烧处理过程中电刷粗坯依次在温度为248±5℃、300±5℃、350±5℃、450±5℃、460±5℃、500±5℃、520±5℃条件下，进行加热处理，每个温度条件下加热时间为1.5h，然后缓冲冷却，即制得电动工具电机用电刷。

实施例3

1、按照如下重量配比备料（kg）：

其中，石墨包括天然石墨和人造石墨，天然石墨与人造石墨的重量配比为20：50；润滑剂包括二硫化钨和磷酸铝，二硫化钨与磷酸铝的重量配比为0.2：0.4；

2）将原料石墨、润滑剂、硬脂酸锌、三氧化二铝、石蜡置于混捏锅内，开启混捏锅的加热装置，加热升温至170℃，在保持温度为170℃下混合40min后，加入全部的沥青，继续混合均匀，混合1.5h后停止加热，待物料冷却至≤40℃，制得预混料；

4）将预混料粉末置于V型混合机中进行混合处理，混合均匀，混合4小时后，制得混合均匀的电机用电刷材料粉，混合均匀的电机用电刷材料粉放入塑料桶储存，备用；

5）首先将电机用电刷材料粉装入模具中，然后置于25吨液压机中，在12MPa压力下模压成型，即制得电动工具电机用电刷粗坯，其中控制电动工具电机用电刷粗坯的体积密度达到1.69g/cm³，停止模压成型处理

实施例4

1、按照如下重量配比备料（kg）：

其中，石墨包括天然石墨和人造石墨，天然石墨与人造石墨的重量配比为10：20；润滑剂包括二硫化钨和磷酸铝，二硫化钨与磷酸铝的重量配比为0.1：0.1；

2）将原料石墨、润滑剂、硬脂酸锌、三氧化二铝、石蜡置于混捏锅内，开启混捏锅的加热装置，加热升温至180℃，在保持温度为180℃下混合30min后，加入全部的沥青，继续混合均匀，混合1h后停止加热，待物料冷却至≤40℃，制得预混料；

4）将预混料粉末置于V型混合机中进行混合处理，混合均匀，混合2小时后，制得混合均匀的电机用电刷材料粉，混合均匀的电极用电刷材料粉放入塑料桶储存，备用；

5）首先将电机用电刷材料粉装入模具中，然后置于25吨液压机中，在12MPa压力下模压成型，制得电动工具电机用电刷粗坯，其中控制电动工具电机用电刷粗坯的体积密度达到1.75g/cm³，停止模压成型处理；

实施例5

1、按照如下重量配比备料（kg）：

其中，石墨包括天然石墨和人造石墨，天然石墨与人造石墨的重量配比为45：45；润滑剂包括二硫化钨和磷酸铝，二硫化钨与磷酸铝的重量配比为0.2：0.6；

2）将原料石墨、润滑剂、硬脂酸锌、三氧化二铝、石蜡置于混捏锅内，开启混捏锅的加热装置，加热升温至120℃，在保持温度为120℃下混合90min后，加入全部的沥青，继续混合均匀，混合2h后停止加热，待物料冷却至≤40℃，制得预混料；

4）将预混料粉末置于V型混合机中进行混合处理，混合均匀，混合2小时后，制得混合均匀的电机用电刷材料粉，混合均匀的电机用电刷材料粉放入塑料桶储存，备用；

5）首先将电机用电刷材料粉装入模具中，然后置于25吨液压机中，在10MPa压力下模压成型，即制得电动工具电机用电刷粗坯，其中控制电动工具电机用电刷粗坯的体积密度达到1.65g/cm³，停止模压成型处理；

试验例1电机用电刷磨损率试验

采用FNC-5型负载耐久试验控制仪测试上述实施例1-5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：本发明制备的电刷的体积密度低，体积密度为1.40-1.44g/cm³；本发明的电机用电刷的硬度高，肖氏硬度达到25-33，硬度高，耐磨性能耗，提高了电刷的耐磨性能，延长了电刷的使用寿命；本发明的电机用电刷的电阻率低，电阻率达到1300-1800μΩ·m；本发明的电机用电刷的磨损率低，磨损率为2.7-3.25mm/50H耐磨性能好，与普通电动工具电机用电刷相比，磨损性提高了20-35%，可以较好地满足电动工具电机对电刷的各种要求，包括高功率以及低功率高低压等,应用范围广。

试验例2电机用电刷耐高压、火花等级试验

按照国家标准《旋转电机基本技术要求（GB/T755-2000）》测试上述实施例1-5制得的电动工具用电机电刷的耐高压、火花等级，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2。

表2电刷的性能测试结果

由表2的测试结果可知：本发明的电机用电刷的火花等级低，为1 1/4，与普通电动工具电机用电刷相比，火花等级降低了1-2个等级。

Claims

1.一种电动工具电机用电刷，其特征是包括如下原料：石墨、沥青、润滑剂、硬脂酸锌、三氧化二铝、石蜡；

所述原料的重量份配比为：石墨50-75、沥青20-25、润滑剂0.2-0.7、硬脂酸锌1-3、三氧化二铝0.7-2、石蜡1-3；

其中，所述石墨、沥青、润滑剂、硬脂酸锌、三氧化二铝、石蜡在加热条件下混合均匀，制得预混料；

其中，所述预混料粉被碎成电刷物料粉末后置于模具中压制成型，制得电刷粗坯；

其中，通过对所述成型的电刷粗坯进行焙烧处理，得到所述电动工具电机用电刷。

2.如权利要求1所述的电动工具电机用电刷，其特征是所述润滑剂为二硫化钨和磷酸铝。

3.如权利要求2所述的电动工具电机用电刷，其特征是所述润滑剂二硫化钨与磷酸铝的重量份配比为1：1-4。

4.如权利要求1-3任一所述的电动工具电机用电刷，其特征是所述石墨选择天然石墨和人工石墨，其中天然石墨与人工石墨的重量份配比为0.4-2.5：1。

5.如权利要求1-3任一所述的电动工具电机用电刷，其特征是所述沥青选择中温沥青；所述石蜡选择液体石蜡。

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：

1)按照如下重量份配比备料：

原料的重量份配比为：石墨50-75、沥青20-25、润滑剂0.2-0.7、硬脂酸锌1-3、三氧化二铝0.7-2、石蜡1-3；

2)在加热条件下，将原料石墨、沥青、润滑剂、硬脂酸锌、三氧化二铝、石蜡混合均匀，制得预混料；

3)将预混料粉碎成电刷物料粉末后置于模具中压制成型，制得电刷粗坯；

4)将成型的电刷粗坯进行焙烧处理。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征是步骤2)包括：在加热条件下，首先将原料石墨、润滑剂、硬脂酸锌、三氧化二铝、石蜡混合均匀，然后再加入沥青，进行混合。

8.如权利要求6或7所述的制备方法，其特征是步骤3)中所述电刷物料粉末的粒度小于80目。