CN104671707A - 一种以钼酸改性沥青树脂为粘结剂制备石墨电刷的方法 - Google Patents

Abstract

一种以钼酸改性沥青树脂为粘结剂制备石墨电刷的方法，属于新材料制备技术的范畴，属于先进树脂基复合材料的技术领域。本发明的特征是以钼酸改性沥青树脂和石墨等为原料，采用湿混方式经过原料预处理、液压成型、焙烧制得钼酸改性沥青树脂/石墨复合电刷。钼酸改性沥青树脂和石墨等经过三氯甲烷溶解的湿混过程制得电刷的各方面性能明显优于市面销售的摩根电刷。本发明的效果和益处是通过湿混法电刷的制备过程，探索出综合性能最优的电刷的制备方法及工艺参数。

Description

一种以钼酸改性沥青树脂为粘结剂制备石墨电刷的方法

技术领域

本发明涉及一种以钼酸改性沥青树脂为粘结剂制备石墨电刷的方法，属于先进树脂基复合材料的技术领域。它主要是以钼酸改性沥青树脂和石墨等为原料，采用湿混方式经过原料预处理、液压成型、焙烧制得性能优异的电刷。

背景技术

材料已成为现代科技的四大支柱之一，同时现代高科技又对材料提出了更高、更苛刻的要求。作为单一的金属、陶瓷、聚合物等材料虽然仍在不断的快速发展，但是这些单一传统的材料由于其各自固有的局限性而不能满足现代科学技术发展的需要，材料的复合化已成为材料发展的必然趋势。

作为材料的后起之秀，先进树脂基复合材料—电刷，已成为电子电器及航空航天等高技术领域的关键器件。电刷是一种典型的滑动电接触材料，必须有效地提供电和热的传导途径，同时能经久耐用，因此电刷性能的好坏直接影响着电机性能、寿命、安全等。随着家用电器的飞速发展，小功率高转速电机电刷应运而生，以适应转速高换向要求苛刻的电机的要求。为了改善电机的换向性能，减轻因换向性能不佳而引起的火花磨损等问题，可采用高阻电刷，即碳质填充树脂基电刷。树脂石墨电刷的生产工艺简单，生产周期短，容易批量生产。然而由于石墨和黏结剂之间的性能差异及工艺上的不完善使得树脂石墨电刷的性能也受到影响，不能满足某些环境的要求。为了提高电刷的整体性能，国内外研究人员对电刷粘结剂树脂进行了大量的合成与改性，以期提升树脂的耐热性、粘结性及耐腐蚀性等。

在树脂的改性研究中，主要以纳米材料、高分子材料及无机物等为改性剂。近年来以钼酸铵为改性剂改性树脂的研究较多，但以钼酸铵为改性剂制备的树脂含氮量高，作为石墨电刷的粘结剂在焙烧过程中发气量高使石墨电刷的裂纹增加，不利于电刷的抗折、抗压及导电性等性能。为改善钼酸铵含氮量高对石墨电刷综合性能的显著影响，本实验室以钼酸为改性剂合成的沥青树脂作为石墨电刷的粘结剂，不仅使石墨电刷的耐热性显著提高，而且由于含氮量较低，减少了电刷焙烧成型过程中的发气量，使电刷的的综合性能显著提升。

发明内容

本发明的目的是设计一种钼酸改性沥青树脂/石墨复合电刷，它以钼酸改性沥青树脂和石墨等为原料，采用湿混方式经过原料预处理、液压成型、焙烧制得，其技术特点是其制备的步骤和工艺条件如下：

(1)、将钼酸改性沥青树脂用粉碎机充分粉碎；

(2)、称取四份各重16g的钼酸改性沥青树脂与石墨等组成的混合物，其中钼酸改性沥青树脂含量分别为15、20、25、30％，将三份试样分别放入三个干净的坩埚内，加入一定量的三氯甲烷溶解在90℃的水浴中，使三氯甲烷蒸发并不断搅拌直至试样变为潮湿固体为止，然后将坩埚和试样一并放入真空干燥箱中于110℃下干燥40min；

(3)、将上述干燥后的钼酸改性沥青树脂与石墨等组成的混合物用粉碎机充分粉碎后装填至指定模具中，在150MPa及150℃下于液压机中热压40min进行成型；

(4)、将热压成型的钼酸改性沥青树脂与石墨等的混合物放入管式加热炉中在氮气气氛下焙烧，升温速率为：0～100℃，1℃/min；100～150℃，0.5℃/min；150～200℃，0.25℃/min；200～300℃，0.33℃/min。并于300℃下恒温90min后自然冷却，即得到钼酸改性沥青树脂/石墨复合电刷。

采用本发明方法，所制钼酸改性沥青树脂/石墨复合电刷中起粘结作用的钼酸改性沥青树脂具有较好的粘结性和耐热性，因此电刷的抗折强度、肖氏硬度、导电性及耐热性等综合性能表现优异。

附图说明

图1为本发明中所用钼酸改性沥青树脂与未改性沥青树脂的红外光谱对比图。

图2为本发明中所用钼酸改性沥青树脂与未改性沥青树脂的热重对比图。

图3为本发明中所用钼酸改性沥青树脂SEM(图a)与未改性沥青树脂的SEM(图b)的对比。

图4为本发明中所用钼酸改性沥青树脂、纯钼酸和未改性沥青树脂的XRD对比图。

图5为本发明中钼酸改性沥青树脂/石墨复合电刷的工艺流程图。

图6为本发明中钼酸改性沥青树脂/石墨复合电刷在钼酸改性沥青树脂含量最佳条件下随焙烧温度改变的性能变化图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例来详叙本发明的技术特点。

实施例1

将钼酸改性沥青树脂用粉碎机充分粉碎，称取16g的钼酸改性沥青树脂与石墨等的混合物试样，其中试样中钼酸改性沥青树脂质量含量为15％，将试样放入坩埚内，并加入一定量的三氯甲烷使其完全溶解。在90℃的水浴中使三氯甲烷蒸发，并不断搅拌直至试样变为潮湿固体为止，然后将坩埚和试样一并放入真空干燥箱中，于110℃下干燥40min，把干燥后的混合物试样充分粉碎后装填至指定模具中，在150MPa及150℃下于液压机中液压40min成型，将成型的钼酸改性沥青树脂与石墨等的混合物放入管式加热炉中，在氮气气氛下焙烧，升温速率为：0～100℃，1℃/min；100～150℃，0.5℃/min；150～200℃，0.25℃/min；200～300℃，0.33℃/min。并于300℃下恒温90min后自然冷却，即得到钼酸改性沥青树脂/石墨复合电刷。其最大抗折压力为15.84MPa，最大电阻率为397μΩm，肖氏硬度为23，空气中500℃时失重率为10.64％，说明其具有良好的耐热性。

实施例2

将钼酸改性沥青树脂用粉碎机充分粉碎后称取重16g的钼酸改性沥青树脂与石墨等的混合物试样，其中试样中钼酸改性沥青树脂含量为20％，将试样放入准备好的干净坩埚内加入一定量的三氯甲烷溶解在90℃的水浴中使三氯甲烷蒸发并不断搅拌直至试样变为潮湿固体为止，然后将坩埚和试样一并放入真空干燥箱中于180℃下干燥40min，把该干燥后的钼酸改性沥青树脂与石墨等组成的混合物试样用粉碎机充分粉碎后装填至指定模具中，在150MP及150℃下于液压机中液压40min成型，将液压成型的钼酸改性沥青树脂与石墨等的混合物放入管式加热炉中在氮气气氛下焙烧，升温速率为0～100℃、1℃/min，100～150℃、0.5℃/min，150～200℃、0.25℃/min，200～300℃、0.33℃/min并于300℃下恒温90min后自然冷却，即得到钼酸改性沥青树脂/石墨复合材料，其最大抗折压力为24.16MPa，最大电阻率为470μΩm，肖氏硬度为33.5，空气中500℃失重率为13.30％，说明其具有良好的耐热性。

实施例3

将钼酸改性沥青树脂用粉碎机充分粉碎后称取重16g的钼酸改性沥青树脂与石墨等的混合物试样，其中试样中钼酸改性沥青树脂含量为25％，将试样放入准备好的干净坩埚内加入一定量的三氯甲烷溶解在90℃的水浴中使三氯甲烷蒸发并不断搅拌直至试样变为潮湿固体为止，然后将坩埚和试样一并放入真空干燥箱中于180℃下干燥40min，把该干燥后的钼酸改性沥青树脂与石墨等组成的混合物试样用粉碎机充分粉碎后装填至指定模具中，在150MP和150℃下于液压机中液压40min成型，将液压成型的钼酸改性沥青树脂与石墨等的混合物放入管式加热炉中在氮气气氛下焙烧，升温速率为0～100℃、1℃/min，100～150℃、0.5℃/min，150～200℃、0.25℃/min，200～300℃、0.33℃/min并于300℃下恒温90min后自然冷却，即得到钼酸改性沥青树脂/石墨复合电刷，其最大抗折压力为21.37MPa，最大电阻率为543μΩm，肖氏硬度为30，空气中500℃失重率为15.96％，说明其具有良好的耐热性。

实施例4

将钼酸改性沥青树脂用粉碎机充分粉碎后称取重16g的钼酸改性沥青树脂与石墨等的混合物试样，其中试样中钼酸改性沥青树脂含量为30％，将试样放入准备好的干净坩埚内加入一定量的三氯甲烷溶解在90℃的水浴中使三氯甲烷蒸发并不断搅拌直至试样变为潮湿固体为止，然后将坩埚和试样一并放入真空干燥箱中于180℃下干燥40min，把该干燥后的钼酸改性沥青树脂与石墨等组成的混合物试样用粉碎机充分粉碎后装填至指定模具中，在150MP和150℃下于液压机中液压40min成型，将液压成型的钼酸改性沥青树脂与石墨等的混合物放入管式加热炉中在氮气气氛下焙烧，升温速率为0～100℃、1℃/min，100～150℃、0.5℃/min，150～200℃、0.25℃/min，200～300℃、0.33℃/min并于300℃下恒温90min后自然冷却，即得到钼酸改性沥青树脂/石墨复合电刷，其最大抗折压力为19.86MPa，最大电阻率为603μΩm，肖氏硬度为29，空气中500℃失重率为18.62％，说明其具有良好的耐热性。

发明效果

1.树脂含量存在最佳值。当电刷配料中树脂质量含量为20％时，所制得的电刷的综合性能最优。

2.由湿混法制得的钼酸改性沥青树脂/石墨复合电刷的抗折、抗压、硬度和耐热性明显优于市面销售的最优产品摩根电刷。

Claims (1)

1.一种以钼酸改性沥青树脂为粘结剂制备石墨电刷的方法，以钼酸改性沥青树脂和石墨等为原料采用湿混方式经过原料预处理、液压成型、焙烧制得，其特征在于其制备的步骤和工艺条件如下：

(1)、将钼酸改性沥青树脂用粉碎机充分粉碎；

(2)、称取四份各重16g的钼酸改性沥青树脂与石墨等组成的混合物，其中钼酸改性沥青树脂含量分别为15、20、25、30％，将三份试样分别放入三个干净的坩埚内，加入一定量的三氯甲烷溶解在90℃的水浴中，使三氯甲烷蒸发并不断搅拌直至试样变为潮湿固体为止，然后将坩埚和试样一并放入真空干燥箱中于110℃下干燥40min；

(3)、将上述干燥后的钼酸改性沥青树脂与石墨等组成的混合物用粉碎机充分粉碎后装填至指定模具中，在150MPa及150℃下于液压机中热压40min进行成型；

(4)、将热压成型的钼酸改性沥青树脂与石墨等的混合物放入管式加热炉中在氮气气氛下焙烧，升温速率为：0～100℃，1℃/min；100～150℃，0.5℃/min；150～200℃，0.25℃/min；200～300℃，0.33℃/min。并于300℃下恒温90min后自然冷却，即得到钼酸改性沥青树脂/石墨复合电刷。