CN105130436A - 一种高电阻率炭黑基电化石墨电刷材料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种高电阻率炭黑基电化石墨电刷材料制备方法，该制备方法是先将天然气半补强炭黑与沥青煤焦油混合，经焙烧、破碎磨成一定粒度的半补强炭黑一阶段料粉。按重量比再将一阶段料粉、半补强炭黑、中超耐磨N234或N339炭黑，鳞片石墨粉配料，添加熔融态改质沥青与增塑剂，经混捏、破碎、磨粉、过筛、混均、模压成型，生坯在最高850～1000℃焙烧320～400h，最后在最高2500～2800℃条件下石墨化110～150h完成。本发明制备工艺简单，混料糊节省了传统生产方法的“轧片”工序，产品成品率高，电阻率较大，密度硬度适中，适应电力机车提速后，牵引电机用电刷整流换向抑制电火花要求高，和抗震抗磨耐用需求，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及炭黑制品材料制备技术领域，尤其涉及高速电力机车牵引电机用高电阻率炭黑基电化石墨电刷材料的制备方法，具体为一种高电阻率炭黑基电化石墨电刷材料制备方法。
背景技术
电刷是用于换向器或滑环上，是牵引电机导入导出电流并实现整流改善换向的滑动接触体，它的导电，导热以及润滑性能良好，并要求具有一定的机械强度和换向性火花的本能。几乎所有的直流电机以及换向式电机都使用电刷，它是电机的重要组成部件。
电刷的制作方法通常是采用粒径较大(60～140nm)、比表面积较小(20～40m2/g)吸油值相对较低的低结构炭黑为主配料生产。由于炭黑粒度细，尤其高结构炭黑粒度极细，比表面积大，加入粘结剂混捏内摩擦阻力大，采用软化点高的改质沥青作粘结剂混控工艺技术难度高。同时材料技术要求中，电阻率要大而硬度要求较低，相互矛盾，制备困难。材料电阻率较低一般为30～50μΩm,或者电阻率稍大(42～78μΩm)，而硬度偏高(HR10/980达80～125)，铸件不适应电力机车提速后牵引电机用电刷整流换向性能恶化，震动增大等高技术要求。目前国内只有几家在传统工艺生产方法上研究改进。少量试用，尚无稳定定型品种，国内高速电力机车牵引电机用电刷材料一般采用英国摩根产品，价格高昂。
发明内容
本发明正是基于以上技术问题，提供具有较大的电阻率，抑制火花能力增强，整流换向能力增强，体积密度适中，在高线速下震动小抗震性能好，整流换向火花小的一种高电阻率炭黑基电化石墨电刷材料制备方法。
本发明的技术方案为：
一种用于高速电力机车牵引电机的高电阻率炭黑基电化石墨电刷材料的制备方法，包括以下步骤：
一种高电阻率炭黑基电化石墨电刷材料制备方法，包括以下步骤：
1)准备原材料：称取天然气半补强炭黑，N234炭黑或N339炭黑，鳞片石墨粉、中温煤沥青、煤焦油、改质沥青与增塑剂；
2)制备炭黑一阶段料粉：将中温煤沥青制备为熔融态中温煤沥青，改质沥青制备为熔融态改质沥青，然后将天然气半补强炭黑进行干混20～30min，预热至90～110℃时与熔融态中温煤沥青、煤焦油，按重量比为1:0.45:0.3在混捏机中加热湿混50～60min，料温为160～180℃卸料，卸料后压成料柱，装入焙烧炉，用粒度为0.5mm的冶金焦填料覆盖，按升温曲线升温，在1050～1150℃度的条件下焙烧250～300h后，冷却出炉破碎，磨粉后制备成半补强炭黑一阶段料粉；
3)混捏：将配料中的干粉投入混捏机中，加热干混60～80min，料温120～140℃时，加入熔融态180～200℃改质沥青与适量的增塑剂，加热闭混90～120min，料糊温度180～220℃时卸料；
4)磨粉：将混捏冷却后的料块破碎磨成细粉；
5)筛分、压粉混均：将步骤5)得到的细粉过20目筛，去除筛上物，筛下料粉再在干粉混均机中，于常温下混均30～40min即得压粉；
6)成型：将经混均的压粉称量装入电刷专用压模内，在100～130MPa单位压力下，保压5～10s模压成型；
7)焙烧：将成型生坯装入焙烧炉，生坯块间和层间用0.5～5mm河沙或冶金焦粉填料覆盖，在1150～1250℃温度下焙烧350～400h，冷却12～15天出炉；
8)石墨化：将焙烧毛坯整齐码放在艾奇逊石墨化炉中央，用炭黑作保温料，以制品为导体通电加热制品到2500～2800℃石墨化，按专用曲线送电时间110～150h，冷却15天后出炉，即得本产品。
所述的石墨化坯料或加工切割成电刷块后根据需要再进行浸渍树脂、润滑剂材料的改性处理。
所述的配料按重量份计：半补强炭黑一阶段料粉62～67份、天然气半补强炭黑8～10份、N234或N339炭黑18～20份、鳞片石墨粉2～5份、外加改质沥青44～48份。
所述的半补强炭黑一阶段料粉的粒度为75～85％过320目筛。
所述的鳞片石墨粉的粒度为≥75％过320目筛，灰份≤5％。
步骤4)混捏冷却后的料块破碎磨成细粉，细粉的粒度为50～60％过320目筛。
所述的增塑剂为油酸分析纯，分子式为C18H34O2,按重量份计，添加量为0.3～0.5份。
焙烧曲线和石墨化曲线如下
本电化石墨电刷材料制备方法是以软化点高，为100～120℃，结焦值高，结焦值≥50％的改质煤沥青为粘结剂替代传统工艺以75～90℃软化点中温沥青(结焦值36％左右)为粘结剂生产炭黑基电化石墨电刷材料。节省了混捏料糊“轧片”工序。
配料中引入了较大比例的粒径极细，为20～40nm、比表面积大，为90～129m2/g，电阻率较高耐磨性好，但难于混捏的高结构中超耐磨N234(或N339)炭黑。
用本制备方法制备的炭黑基电化石墨电刷材料具有较大的电阻率，抑制火花能力增强，整流换向能力增强；体积密度适中(1.55～1.60g/cm3)在高线速下震动小抗震性能好，整流换向火花小；硬度适中不易磨损整流器；气孔率适中(24％左右)，便于浸渍树脂、润滑剂等进行改性处理。
用本制备方法制备的炭黑基电化石墨电刷材料较传统方法制备的材料在体积密度相同的条件下更抗磨耐用，电刷使用寿命长。并且电阻率较大综合性能良好，适用于制备环网电力机车提速后牵引电机用电刷使用的技术要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(一)、扩充了炭黑基电化石墨电刷材料所用的炭黑品种的范围，提高了材料电阻率和抗磨性能，制备工艺流程科学，比传统生产方法节省了混控料糊“轧片”(弥补混均)工序，成品率高，用于替代引进和电力机车出口(东南亚、非洲、中亚等)电刷配套，并可推广应用于制作轧钢电机用电刷、家用电器电刷材料，实用性强。
(二)、采用本发明制备的炭黑基电化石墨电刷材料的理化指标是：
具体实施方式
为了使本发明的内容更加便于理解，下面将结合具体实施方式对本发明中所述的节能型全循环尿素生产系统及其工艺做进一步的阐述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
实施例1：
产品制备方法：
将6.7吨天然气半补强炭黑与2.7吨中温煤沥青、2.1吨蒸馏煤焦油经混控、压柱、焙烧、破碎成粒度为-320#：80％的细粉，半补强炭黑一阶段料粉产量为10吨。
将6.3吨的半补强炭黑一阶段的料粉，1.1吨半补强炭黑，1.94吨N339炭黑，0.285吨鳞片石墨粉与4.55吨熔融态改质沥青与增塑剂加热混控均匀，冷却磨粉、过筛、压粉混均、在116MPa压力下保压6s模压成型42*68*143mm电刷坯料，在最高1180℃焙烧370h，最后在2600℃高温下提纯石墨化120h，电刷块产量为10吨。
将制备得到的产品按国标进行检测，其理化性能与15m/s整流试验性能为：
实施例2：
产品制备方法：
将6.2吨炭黑一阶段料粉，1.14吨半补强炭黑，1.91吨N234炭黑，0.285吨鳞片石墨粉与4.7吨改质沥青增塑剂混捏均匀，冷却磨粉，过筛、压粉混均，在115MPa压力下，保压6s模压成型规格34*121*137mm坯料，在最高1180℃焙烧360h，最后在最高2600℃通电130h，电刷块产量为10吨。
将制备得到的产品按国标进行检测，其理化性能与15m/s整流试验性能为：
实施例3
将0.5吨炭黑一阶段料粉，0.03吨半补强炭黑，0.075吨N234炭黑，0.015吨鳞片石墨粉与0.23吨改质沥青增塑剂混捏均匀，冷却磨粉，过筛、压粉混均，在115MPa压力下，保压6s模压成型规格34*121*137mm坯料，在最高1180焙烧360h，最后在最高2600℃通电130h，电刷块产量为0.43吨。
实施例3是试验中淘汰的配方，该配方虽只调整生炭黑少量比例，但电阻率大幅下降，磨损也大大增加。
Claims (7)
1.一种高电阻率炭黑基电化石墨电刷材料制备方法，其特征在于包括以下步骤：
准备原材料：称取天然气半补强炭黑，N234炭黑或N339炭黑，鳞片石墨粉、中温煤沥青、煤焦油、改质沥青与增塑剂；
2）制备炭黑一阶段料粉：将中温煤沥青制备为熔融态中温煤沥青，改质沥青制备为熔融态改质沥青，然后将天然气半补强炭黑进行干混20～30min，预热至90～110℃时与熔融态中温煤沥青、煤焦油，按重量比为1:0.45:0.3在混捏机中加热湿混50～60min，料温为160～180℃卸料，卸料后压成料柱，装入焙烧炉，用粒度为0.5mm的冶金焦填料覆盖，按升温曲线升温，在1050～1150℃度的条件下焙烧250～300h后，冷却出炉破碎，磨粉后制备成半补强炭黑一阶段料粉；
3）混捏：将配料中的干粉投入混捏机中，加热干混60～80min，料温120～140℃时，加入熔融态180～200℃改质沥青与适量的增塑剂，加热闭混90～120min，料糊温度180～220℃时卸料；
4）磨粉：将混捏冷却后的料块破碎磨成细粉；
5）筛分、压粉混均：将步骤5）得到的细粉过20目筛，去除筛上物，筛下料粉再在干粉混均机中，于常温下混均30～40min即得压粉；
6）成型：将经混均的压粉称量装入电刷专用压模内，在100～130MPa单位压力下，保压5～10s模压成型；
7）焙烧：将成型生坯装入焙烧炉，生坯块间和层间用0.5～5mm河沙或冶金焦粉填料覆盖，在1150～1250℃温度下焙烧350～400h，冷却12～15天出炉；
8）石墨化：将焙烧毛坯整齐码放在艾奇逊石墨化炉中央，用炭黑作保温料，以制品为导体通电加热制品到2500～2800℃石墨化，按专用曲线送电时间110～150h，冷却15天后出炉，即得本产品。
2.根据权利要求1所述的高电阻率炭黑基电化石墨电刷材料制备方法，其特征在于：所述的石墨化坯料或加工切割成电刷块后根据需要再进行浸渍树脂、润滑剂材料的改性处理。
3.根据权利要求1所述的高电阻率炭黑基电化石墨电刷材料制备方法，其特征在于：所述的配料按重量份计：半补强炭黑一阶段料粉62～67份、天然气半补强炭黑8～10份、N234或N339炭黑18～20份、鳞片石墨粉2～5份、外加改质沥青44～48份。
4.根据权利要求1所述的高电阻率炭黑基电化石墨电刷材料制备方法，其特征在于：所述的半补强炭黑一阶段料粉的粒度为75～85%过320目筛。
5.根据权利要求1所述的高电阻率炭黑基电化石墨电刷材料制备方法，其特征在于：所述的鳞片石墨粉的粒度为≥75％过320目筛，灰份≤5%。
6.根据权利要求1所述的高电阻率炭黑基电化石墨电刷材料制备方法，其特征在于：步骤4）混捏冷却后的料块破碎磨成细粉，细粉的粒度为50～60％过320目筛。
7.根据权利要求1所述的高电阻率炭黑基电化石墨电刷材料制备方法，其特征在于：所述的增塑剂为油酸分析纯，分子式为C18H34O2,按重量份计，添加量为0.3～0.５份。
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