CN106033858B - 一种机车牵引电机用碳刷 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机车牵引电机用碳刷，所述碳刷用软质炭黑粉、喷雾碳黑、沥青焦粉、石墨粉、造孔剂、定向助剂、改质沥青、润滑剂制备而成，包括：在加热条件下，将软质炭黑粉、喷雾碳黑、沥青焦粉、石墨粉、造孔剂、定向助剂、改质沥青和润滑剂进行混合挤压处理，得到混合物料；将混合物料进行研磨处理，得到第一混合粉料；将第一混合粉料混匀后进行轧片处理，得到片状物料；将片状物料进行粉碎、研磨处理，得到第二混合粉料；将第二混合粉料混匀后压制成碳刷压坯，再依次进行焙烧、石墨化处理。本发明的碳刷抗折强度高、换向性能好，并且允许通过的电流密度大，既适用于内燃机车牵引电机又适用于电力机车牵引电机。

Description

一种机车牵引电机用碳刷

技术领域

本发明属于机车技术领域，尤其涉及一种机车牵引电机用碳刷。

背景技术

铁路机车牵引电机用碳刷，作为机车电机的核心部件，历来是碳刷生产企业的最重要研发点，各个国家老牌碳刷企业以自己独特的产品型号特性，应用于各类牵引电机上。但现有的机车牵引电机用碳刷由于产品性能不同，并不能适用于所有类型的机车牵引电机，给机车用户带来诸多不便。而我国的机车牵引电机碳刷，几乎仍沿用六十年代的工艺思维，几十年来也没有大的突破。

机车牵引电机用碳刷分为两大类：内燃机车牵引电机用碳刷和电力机车牵引电机用碳刷。

由于动力来源不同，不同的机车牵引电机需要不同性能的碳刷与之相匹配：内燃机车牵引电机用碳刷，要求允许通过高密度电流(不低于16A/cm²)，并具有一定的换向性能，在不损害电机换向器的前提下，使用寿命越长越好；而电力机车牵引电机用碳刷，则需要具备极好的换向性能，并允许通过较高的密度电流(不低于13A/cm²)。

为了达到高电流密度，又要避免碳刷在工作过程中温升过高，通常采用电阻率中等大小(40-50μΩM)的材料来制备碳刷，但是其换向性能受到较大的限制；为了获得良好的换向性，又以牺牲工作电流密度为代价，采用电阻率较高(55-65μΩM)的材料来制备碳刷，即使配制了良好的通风冷却辅助系统，但碳刷的温升并不容乐观。通常换向能力和工作电流是对立的，因为要提高换向能力就必须增加材料的电阻率(换向电阻)，而电阻率的增加，会导致碳刷温度升高，工作电流受到严重限制。

由于生产技术的制约，目前，无论是外国还是国内市场上均没有一种碳刷既可以适用于内燃机车牵引电机也可以适用于电力机车牵引电机。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的难题，提供一种机车牵引电机用碳刷，该碳刷不仅具有良好的换向性，而且允许通过高密度电流，既可适用于内燃机车牵引电机又适用于电力机车牵引电机。

为实现上述目的，本发明提供一种机车牵引电机用碳刷，所述碳刷用软质炭黑粉、喷雾碳黑、沥青焦粉、石墨粉、造孔剂、定向助剂、改质沥青、润滑剂制备而成，包括：

1)在加热条件下，将软质炭黑粉、喷雾碳黑、沥青焦粉、石墨粉、造孔剂、定向助剂、改质沥青和润滑剂进行混合挤压处理，得到混合物料；

2)将混合物料进行研磨处理，得到第一混合粉料；

3)在加热条件下，将第一混合粉料混匀后进行轧片处理，得到片状物料；

4)将片状物料进行粉碎、研磨处理，得到第二混合粉料；

5)将第二混合粉料混匀后压制成碳刷压坯；

6)对碳刷压坯依次进行焙烧处理、石墨化处理，即得。

其中，所述软质炭黑粉按照如下步骤制备而成：

1-A)在加热条件下，将乙炔炭黑和硬脂酸混合均匀，得到第一混合料；

1-B)继续在加热条件下，向第一混合料中加入中温沥青、煤焦油，混合均匀，得到第二混合料；

1-C)将第二混合料压制成料柱；

1-D)将料柱依次进行焙烧处理、快速石墨化处理、破碎研磨处理，即得。

其中，所述乙炔炭黑、硬质酸、中温沥青和煤焦油的重量份配比为：乙炔炭黑95-105、硬脂酸0.4-0.6、中温沥青24-26、煤焦油24-26。

特别是，所述乙炔炭黑、硬质酸、中温沥青和煤焦油的重量份配比为：乙炔炭黑100、硬脂酸0.5、中温沥青25、煤焦油25。

尤其是，所述中温沥青的软化点为80-84℃，固定碳含量为38-40％。

其中，步骤1-A)中加热的温度为140-160℃，优选为150℃；混合时间为15-25min，优选为20min；

其中，步骤1-B)中加热的温度为140-160℃，优选为150℃；混合时间为50-70min，优选为60min。

其中，还包括将步骤1-B)中制得的第二混合料自然冷却至80℃后，再压制成步骤1-C)所述的料柱。

其中，步骤1-C)中所述的压制处理的压力为5MPa。

其中，步骤1-D)中所述焙烧处理的最高温度为1200℃。

其中，步骤1-D)中所述快速石墨化处理的最高温度为2800℃。

其中，步骤1-D)中所述破碎研磨处理包括如下步骤：

将快速石墨化处理后的料柱用颚式破碎机破碎至10mm以下，得到软质炭黑小块；

将软质炭黑小块用雷蒙磨研磨至74μm以下，得到软质炭黑细粉；

将软质炭黑细粉用流化床气流粉碎机研磨至16μm，即得。

其中，所述喷雾炭黑为灰分小于0.2％的优等品喷雾炭黑。

其中，所述沥青焦粉为针状沥青焦粉，其粒度为45μm。

其中，所述石墨粉为亚纳米纯化(天然)石墨粉，由天然隐晶石磨粉纯化得到的粉末粒度接近纳米级的石墨粉，其粒度为10μm。

其中，所述造孔剂为淀粉、尿素、偶氮二甲酰胺或固体树脂中的一种或多种，优选为淀粉。

特别是，所述固体树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺树脂、呋喃树脂中的一种或多种。

本发明的造孔剂作用之一是调节碳刷材料的硬度，有利于碳刷与电机的匹配；作用之二是在碳刷中形成孔隙，提高碳刷的换向性能。

机车牵引电机均是大功率直流电机，由于机车的限制，电机难以在主磁极极靴上装设补偿绕组，电机正负极换向片间的换向，主要由碳刷承担。单纯从碳刷角度来看换向特点如下：换向时，正负极换向片的电流通过碳刷形成短路，如换向电阻不足以承受短路时产生的电势能，则碳刷在移动到下一组换向片时，将释放电势能，并引起一定等级的火花；超过一定等级，如级以上，则有可见火花，超过2级，将产生有害火花，同时对电机形成伤害。碳刷中形成的空隙，可以吸收部分电势能，使同样工作状态下的电机火花等级降低1/4-1/2级。

其中，所述定向助剂为氮化硼、二氧化钛、氟化石墨、沥青预氧丝、碳纤维、石墨纤维或类石墨烯中的一种或多种，优选为沥青预氧丝。

特别是，所述沥青预氧丝是由沥青纺丝经不熔化处理及氧化处理得到的预氧丝，再经短切磨粉制备而成，其长度约为74μm。

特别是，所述类石墨烯是由天然石墨粉依次通过高倍膨胀、气流粉碎制得的粉末，其性能接近于石墨烯。

本发明的定向助剂可以提高碳刷的耐磨性和取向性。

本发明添加的定向助剂，在碳刷压坯成型时，由于自身的形貌特征，在高成型压力下，选择性取向增强——平行于压型方向的电阻率明显高于垂直于压型方向的电阻率，获得不同的性能。加工碳刷时按一定的方向，有利于碳刷材料在导电方向获得较小的电阻率，以允许通过高的电流密度；而在碳刷换向方向获得较大的电阻率，可有效减少换向时的电势能产生，从而获得优良的换向性能。

其中，所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸金属盐、邻苯二甲酸酯类、高分子复合酯中的一种或多种。

特别是，所述硬脂酸金属盐为硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钡中的一种或多种。

特别是，所述邻苯二甲酸酯类为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或多种。

特别是，所述高分子复合酯是由多元醇、二元羧酸、高级脂肪酸经酯化缩合、皂化过程得到的复合酯。

尤其是，所述高分子复合酯为G32-1或GH-104。

本发明的润滑剂协同定向助剂，在同样成型压力下有利于碳刷成型时获得取向性更明显的碳刷生坯，并获得性能更均匀的碳刷生坯。

其中，所述改质沥青的软化点为102-108℃，固定碳含量为60-62％。

其中，所述软质炭黑粉、喷雾碳黑、沥青焦粉、石墨粉、造孔剂、定向助剂、改质沥青和润滑剂的重量份配比为：软质炭黑45-60、喷雾碳黑5-15、沥青焦粉8-15、石墨粉3-8、造孔剂0.1-3.0、助定向助剂0.5-3.0、改质沥青30-33、润滑剂0.3-1.0。

其中，步骤1)中所述加热处理的温度为190-210℃。

其中，步骤2)中所述第一混合粉料的粒度为48μm。

其中，步骤3)所述的第一混合粉料的混合包括：

向预热至150-160℃的双桨混合机中加入第一混合粉料，持续升温并混合60-80分钟，待温度升至190℃时恒温混合20分钟以上。

其中，步骤3)中所述的轧片处理的温度为150-170℃，所述片状物料的厚度≤1.5mm。

其中，步骤4)中所述的第二混合粉料的粒度为74μm。

其中，步骤5)所述的第二混合粉料混合时间为110-130分钟，优选为120分钟。

其中，步骤5)所述的压制处理的压力为17-19MPa，优选为18MPa。

较高的成型压力有利于碳刷材料组成取向，提高各向异性，并使碳刷材料的性能更均匀，抗折强度更高，达到提高换向能力、增加耐磨性能的效果。

其中，步骤6)所述的焙烧处理包括如下步骤：

在不锈钢坩埚底部铺上厚度为100±5mm的沥青焦粒，其中，所述沥青胶粒的粒径为2-4mm；

将碳刷压坯整齐放置在不锈钢坩埚中；

将碳刷压坯四周填充上厚度为30-50mm的沥青焦粒，振实，在不锈钢坩埚顶部盖上碳板，填充厚度不少于150mm的沥青焦粒；

将填充好的不锈钢坩埚置于焙烧炉中，在隔绝空气气氛进行焙烧处理，其中焙烧处理的最高温度为1200℃。

其中，步骤6)中所述的石墨化处理包括如下步骤：

将干燥的炭黑铺装在石墨化炉底部，压实，其中，所述铺装炭黑的厚度不低于500mm；

将焙烧后的碳刷压坯整齐排列在石墨化炉中，其中，焙烧后的碳刷压坯之间的间隔为3±1毫米；

将沥青焦粒填充在焙烧后的碳刷压坯之间和四周；

将炭黑填充在最外四周；

将石墨化炉升温对焙烧后的碳刷压坯进行石墨化处理，其中，所述石墨化处理的最高温度为2600-2800℃。

本发明石墨化处理过程中采用沥青焦粒填充的目的是为了增加碳刷压坯石墨化过程中的导电点，使碳刷材料能够均匀通过电流，达到等流场的功效；最外层采用炭黑填充的目的是利用碳黑的保温绝热性能和极好的绝缘性能，有利于石墨化过程中的绝缘、保温，使碳刷材料石墨化达到2800℃顺利进行。

本发明具有如下优点：

1、本发明的机车牵引电机用碳刷采用软质炭黑为主要原料，辅以喷雾碳黑、进口针状沥青焦，并添加利于定向及耐磨组分，用改质沥青为粘结剂，通过双螺旋挤压混合、流化床气流磨粉机研磨，再混合、轧片、破碎、研磨等工艺，最大限度的保证材料结构的均匀一致。

2、本发明的机车牵引电机用碳刷在配方中加入同碳亲和性强、具有定向、提高材料的导电能力及改善碳刷换向性能的定向助剂以及培养材料气孔率、平衡材料硬度的造孔剂，使成品碳刷满足机车牵引电机用碳刷的各项要求。

3、本发明的机车牵引电机用碳刷通过采用双螺旋挤压混合、流化床粉碎、沥青焦粒为填料进行石墨化处理等工艺，使碳刷材料的整体均匀性、抗折强度得以大幅提高，有利于在振动工况下使用。

4、本发明的机车牵引电机用碳刷成型压力高达18MPa，辅以造孔剂及定向助剂，既有利于碳刷的高电流，又提高了碳刷的换向等级，解决了高换向性能与高工作电流之间的矛盾，可以有效提高碳刷的换向能力，换向电阻率达到68-71μΩΜ，同时工作电流密度可达18A/cm²以上。

5、本发明的机车牵引电机用碳刷如果不做任何后处理，其使用寿命可达1.28mm/万机车公里，是常规的机车牵引电机用碳刷使用寿命的两倍，同时极大的改善了电机表面状态；经后处理工艺后，使用寿命将再提高60％以上。

6、本发明的机车牵引电机用碳刷的导电方向电阻率较低，而换向电阻较大，既可适用于内燃机车牵引电机又可适用于电力机车牵引电机。

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.制备软质炭黑粉

1-A)按照如下重量配比备料(kg)：

1-B)向预热至150℃的双桨混合锅中加入乙炔炭黑和硬脂酸，闭盖混合20分钟，然后加入中温沥青和煤焦油，闭盖混合60分钟，关闭电源，得到混合物料。

1-C)将混合物料取出，自然冷却至80℃后，压制成料柱；其中，压制处理的压力为5MPa。

1-D)将料柱置于焙烧炉中，隔绝空气焙烧，最高温度1200℃保温10小时，焙烧曲线288小时；冷却出炉后将焙烧后的料柱装入石墨化炉中，以沥青焦粒为填料，通电快速石墨化(可自由升温)，最高温度2800℃下处理保持4小时。

1-E)将石墨化处理后的料柱用颚式破碎机破碎至10mm以下，接着放入雷蒙磨中研磨至74μm，最后通过流化床气流粉碎机(昆山密友超微气流粉碎机有限公司)磨至16μm。

2、制备碳刷坯料

2-A)按照如下重量配比准备原料(kg)：

2-B)混合挤压处理

将双螺旋挤压混合机(南京科尔克挤出装备有限公司)料腔的第二段-第九段预热至120℃，将步骤2-A)中的原料匀速加入到双螺旋挤压混合机的第一段料腔中，继续升温至190℃并进行混合挤压处理，得到混合物料；

2-C)第一次研磨处理

将混合物料置于雷蒙磨中磨粉至74μm，接着放入流化床气流粉碎机中磨粉至48μm。

2-D)混合，轧片

将双桨混合机预热至150℃，将粉碎至48μm的混合物料投入双桨混合机中，闭盖继续升温并混合60分钟，待温度达到190℃时，再维持温度混合20分钟，然后关闭电源；取出混合物料，在预热轧辊温度150-170℃的炼胶机上，连续进行三次轧片处理，料片厚度小于1.5mm。

2-E)第二次研磨处理

将步骤2-D)制得的料片投入破碎机中，破碎至15mm以下，然后加入到雷蒙磨中研磨成粒径为74μm的粉末。

2-F)混均，模压

将上述粉末加入到双螺旋锥形混合机中混均120分钟后，通过带有强磁性的出料口排出，制得压型粉；

将压型粉装入124mm×142mm的浮动模中，置于315吨四柱液压机上进行双向压制，制得碳刷生坯料，其中，压制的压力为17MPa。

2-G)焙烧处理

在不锈钢坩埚底部铺上厚度为100±5mm的沥青焦粒，其中，所述沥青焦粒的粒径为2-4mm；

将碳刷生坯料整齐放置在不锈钢坩埚中；

将碳刷生坯料四周填充上厚度为30-50mm的沥青焦粒，振实，在不锈钢坩埚顶部盖上碳板，填充厚度不少于150mm的沥青焦粒，防止碳刷生坯料在焙烧时氧化；

将填充好的不锈钢坩埚置于焙烧炉中，隔绝空气进行无氧烧结，得到焙烧坯料，其中，在最高温度1200℃条件下保温5小时。

2-H)石墨化处理

将干燥的炭黑铺装在石墨化炉底部，压实，其中，所述铺装炭黑的厚度不低于500mm；

将焙烧坯料整齐排列在石墨化炉中，其中，焙烧坯料之间的间隔为3±1毫米；

将沥青焦粒填充在焙烧后的碳刷压坯之间和四周；

将炭黑填充在最外四周；

开启石墨化炉电源，采用低电压、大电流的升温工艺对焙烧坯料进行石墨化处理，即得。

其中，石墨化处理的最高温度为2800℃，在此温度下保温4小时。

本发明的石墨化炉采用高频开关电源，一次电压380V，输出二次电压30-70V、电流10000A，石墨化过程可以得到精准控制，大大降低能源及环境成本，且有利于碳刷材料性能的稳定、提高。

对制得的碳刷坯料，按照《JB/T 8133.1-2013电炭制品物理化学性能试验方法第1部分:试样加工技术规定》加工成10mm×10mm×64mm试样及12.5mm×25mm×40mm的碳刷，并按照《JB/T8133.2-2013电炭制品物理化学性能试验方法第2部分：电阻率》、《JB/T8133.3-2013电炭制品物理化学性能试验方法第3部分：洛氏硬度》、《JB/T8133.7-2013电炭制品物理化学性能试验方法第7部分：抗折强度》、《JB/T8133.14-2013电炭制品物理化学性能试验方法第14部分：体积密度》、《JB/T8155-2001电机用电刷运行性能试验方法》进行性能测试，测试结果见表1。

实施例2

1.制备软质炭黑粉

除了步骤1-A)按照如下重量配比备料(kg)：

乙炔炭黑 95

硬脂酸 0.4

中温沥青 24

煤焦油 24之外，其余与实施例1相同。

2、制备碳刷坯料

2-A)按照如下重量配比准备原料(kg)：

2-B)混合挤压处理

将双螺旋挤压混合机料腔的第二段-第九段预热至110℃，将步骤2-A)中的原料匀速加入到双螺旋挤压混合机的第一段料腔中，继续升温至200℃并进行混合挤压处理，得到混合物料；

2-C)第一次研磨处理

将混合物料置于雷蒙磨中磨粉至74μm，接着放入流化床气流粉碎机中磨粉至48μm。

2-D)混合，轧片

将双桨混合机预热至155℃，将粉碎至48μm的混合物料投入双桨混合机中，闭盖继续升温并混合80分钟，待温度达到190℃时，再恒温混合25分钟，然后关闭电源，取出混合物料，在预热轧辊温度150-170℃的炼胶机上，连续进行三次轧片处理，料片厚度小于1.5mm。

2-E)第二次研磨处理

将步骤2-D)制得的料片投入破碎机中，破碎至15mm以下，然后加入到雷蒙磨中研磨成粒径为74μm的粉末。

2-F)混均，模压

将上述粉末加入到双螺旋锥形混合机中混均110分钟，然后通过带有强磁性的出料口排出，制得压型粉；

将压型粉装入124mm×142mm的浮动模中，置于315吨四柱液压机上进行双向压制，制得碳刷生坯料，其中，压制的压力为18MPa。

2-G)焙烧处理与实施例1相同。

2-H)石墨化处理与实施例1相同。

对制得的碳刷坯料，按照《JB/T 8133.1-2013电炭制品物理化学性能试验方法第1部分:试样加工技术规定》加工成10mm×10mm×64mm试样及12.5mm×25mm×40mm的碳刷，并按照《JB/T8133.2-2013电炭制品物理化学性能试验方法第2部分：电阻率》、《JB/T8133.3-2013电炭制品物理化学性能试验方法第3部分：洛氏硬度》、《JB/T8133.7-2013电炭制品物理化学性能试验方法第7部分：抗折强度》、《JB/T8133.14-2013电炭制品物理化学性能试验方法第14部分：体积密度》、《JB/T8155-2001电机用电刷运行性能试验方法》进行性能测试，测试结果见表1。

实施例3

1.制备软质炭黑粉

除了步骤1-A)按照如下重量配比备料(kg)：

乙炔炭黑 105

硬脂酸 0.6

中温沥青 26

煤焦油 26之外，其余与实施例1相同。

2、制备碳刷坯料

2-A)按照如下重量配比准备原料(kg)：

2-B)混合挤压处理

将双螺旋挤压混合机料腔的第二段-第九段预热至130℃，将步骤2-A)中的原料匀速加入到双螺旋挤压混合机的第一段料腔中，继续升温至210℃并进行混合挤压处理，得到混合物料；

2-C)第一次研磨处理

将混合物料置于雷蒙磨中磨粉至74μm，接着放入流化床气流粉碎机中磨粉至48μm。

2-D)混合，轧片

将双桨混合机预热至160℃，将研磨至48μm的混合物料投入双桨混合机中，盖上盖子继续升温并混合70分钟，待温度达到190℃时，再维持温度混合30分钟，然后关闭电源，取出混合物料，在预热轧辊温度150-170℃的炼胶机上，连续进行三次轧片处理，料片厚度小于1.5mm。

2-E)第二次研磨处理

将步骤2-D)制得的料片投入破碎机中，破碎至15mm以下，然后加入到雷蒙磨中研磨成粒径为74μm的粉末。

2-F)混合，模压

将上述粉末加入到双螺旋锥形混合机中混合130分钟，然后通过带有强磁性的出料口排出，制得压型粉；

将压型粉装入124mm×142mm的浮动模中，置于315吨四柱液压机上进行双向压制，制得压坯，其中，压制的压力为19MPa。

2-G)焙烧处理与实施例1相同。

2-H)石墨化处理与实施例1相同。

对制得的碳刷坯料，按照《JB/T 8133.1-2013电炭制品物理化学性能试验方法第1部分:试样加工技术规定》加工成10mm×10mm×64mm试样及12.5mm×25mm×40mm的碳刷，并按照《JB/T8133.2-2013电炭制品物理化学性能试验方法第2部分：电阻率》、《JB/T8133.3-2013电炭制品物理化学性能试验方法第3部分：洛氏硬度》、《JB/T8133.7-2013电炭制品物理化学性能试验方法第7部分：抗折强度》、《JB/T8133.14-2013电炭制品物理化学性能试验方法第14部分：体积密度》、《JB/T8155-2001电机用电刷运行性能试验方法》进行性能测试，测试结果见表1。

实施例4

除了制备碳刷坯料的步骤2-A)按照如下重量配比准备原料(kg)：软质炭黑粉45；喷雾炭黑8；针状沥青焦粉8；石墨粉3；偶氮二甲酰胺0.1；沥青预氧丝0.5；硬脂酸钙0.3；改质沥青32之外，其余与实施例1相同。

对制得的碳刷坯料，按照《JB/T 8133.1-2013电炭制品物理化学性能试验方法第1部分:试样加工技术规定》加工成10mm×10mm×64mm试样及12.5mm×25mm×40mm的碳刷，并按照《JB/T8133.2-2013电炭制品物理化学性能试验方法第2部分：电阻率》、《JB/T8133.3-2013电炭制品物理化学性能试验方法第3部分：洛氏硬度》、《JB/T8133.7-2013电炭制品物理化学性能试验方法第7部分：抗折强度》、《JB/T8133.14-2013电炭制品物理化学性能试验方法第14部分：体积密度》、《JB/T8155-2001电机用电刷运行性能试验方法》进行性能测试，测试结果见表1。

实施例5

除了制备碳刷坯料的步骤2-A)按照如下重量配比准备原料(kg)：软质炭黑粉60；喷雾炭黑6；针状沥青焦粉8；石墨粉3；固体树脂1.0；类石墨烯0.2；邻苯二甲酸二丁酯1.0；改质沥青32之外，其余与实施例2相同。

对制得的碳刷坯料，按照《JB/T 8133.1-2013电炭制品物理化学性能试验方法第1部分:试样加工技术规定》加工成10mm×10mm×64mm试样及12.5mm×25mm×40mm的碳刷，并按照《JB/T8133.2-2013电炭制品物理化学性能试验方法第2部分：电阻率》、《JB/T8133.3-2013电炭制品物理化学性能试验方法第3部分：洛氏硬度》、《JB/T8133.7-2013电炭制品物理化学性能试验方法第7部分：抗折强度》、《JB/T8133.14-2013电炭制品物理化学性能试验方法第14部分：体积密度》、《JB/T8155-2001电机用电刷运行性能试验方法》进行性能测试，测试结果见表1。

实施例6

除了制备碳刷坯料的步骤2-A)按照如下重量配比准备原料(kg)：软质炭黑粉60；喷雾炭黑5；针状沥青焦粉8；石墨粉5；淀粉3；碳纤维3；高分子复合酯(G32-1)1.0；改质沥青30之外，其余与实施例3相同。

对制得的碳刷坯料，按照《JB/T 8133.1-2013电炭制品物理化学性能试验方法第1部分:试样加工技术规定》加工成10mm×10mm×64mm试样及12.5mm×25mm×40mm的碳刷，并按照《JB/T8133.2-2013电炭制品物理化学性能试验方法第2部分：电阻率》、《JB/T8133.3-2013电炭制品物理化学性能试验方法第3部分：洛氏硬度》、《JB/T8133.7-2013电炭制品物理化学性能试验方法第7部分：抗折强度》、《JB/T8133.14-2013电炭制品物理化学性能试验方法第14部分：体积密度》、《JB/T8155-2001电机用电刷运行性能试验方法》进行性能测试，测试结果见表1。

对照例

采用传统的牵引电机生产配方和工艺制备碳刷材料

1、按照如下重量配比准备原料(kg)：

其中，所述炭黑一阶段料由乙炔炭黑/喷雾炭黑与中温沥青及煤焦油/蒽油的混合料，经焙烧、破碎、磨粉制得，是常规生产时用的原材料。

其中，所述电碳石墨是指含碳量94/95％的鳞片石墨粉。

2)物料混合、轧片

将混合机预热至120℃以上，依次向混合机中投入喷雾碳黑、炭黑一阶段料、电碳石墨后，盖上盖子，继续升温并混合30分钟；接着向混合机中均匀加入中温沥青，盖上盖子，继续升温并混合45分钟，待料温达到165℃后，继续闭盖恒温混合60分钟，关闭电源，取出混合物料；在预热轧辊温度140-150℃的炼胶机上，连续进行三次轧片处理，料片厚度小于2mm。

3)粉碎

将步骤2)制得的混合物料片破碎，置于万能磨粉机中研磨成粒度为74μm的粉料。

4)模压

将粉料装入124mm×142mm的浮动模中，置于315吨四柱液压机内进行压制，制得生坯，其中，压制成型压力为14MPa。

5)焙烧、石墨化

将压坯装入不锈钢坩埚中，填充石英砂填料，振实，隔绝空气进行无氧烧结，其中，最高焙烧温度为1200℃，在此温度下保温5小时。

将焙烧后的压坯装入石墨化炉中，焙烧坯料四周用炭黑填充，进行石墨化处理，即得。其中，石墨化处理最高温度为2600-2800℃，在此温度下保持4小时,。

对制得的碳刷坯料，按照《JB/T 8133.1-2013电炭制品物理化学性能试验方法第1部分:试样加工技术规定》加工成10mm×10mm×64mm试样及12.5mm×25mm×40mm的碳刷，并按照《JB/T8133.2-2013电炭制品物理化学性能试验方法第2部分：电阻率》、《JB/T8133.3-2013电炭制品物理化学性能试验方法第3部分：洛氏硬度》、《JB/T8133.7-2013电炭制品物理化学性能试验方法第7部分：抗折强度》、《JB/T8133.14-2013电炭制品物理化学性能试验方法第14部分：体积密度》、《JB/T8155-2001电机用电刷运行性能试验方法》进行性能测试，测试结果见表1。

表1 产品性能检测结果

表1的检测结果表明，本发明机车牵引电机用碳刷的电阻率为48-54μΩ.m；抗折强度≥25MPa；换向/导电异性比为1.35-1.42；50H磨损率≤0.050mm。

Claims (9)

1.一种机车牵引电机用碳刷，其特征在于，所述碳刷用软质炭黑粉、喷雾碳黑、沥青焦粉、石墨粉、造孔剂、定向助剂、改质沥青、润滑剂制备而成，包括：

1)在加热条件下，将软质炭黑粉、喷雾碳黑、沥青焦粉、石墨粉、造孔剂、定向助剂、改质沥青和润滑剂进行混合挤压处理，得到混合物料；

2)将混合物料进行研磨处理，得到第一混合粉料；

3)在加热条件下，将第一混合粉料混匀后进行轧片处理，得到片状物料；

4)将片状物料进行粉碎、研磨处理，得到第二混合粉料；

5)将第二混合粉料混匀后压制成碳刷压坯；

6)对碳刷压坯依次进行焙烧处理、石墨化处理，即得；

其中，所述软质炭黑粉按照如下步骤制备而成：

1-A)在加热条件下，将乙炔炭黑和硬脂酸混合均匀，得到第一混合料；

1-B)继续在加热条件下，向第一混合料中加入中温沥青、煤焦油，混合均匀，得到第二混合料；

1-C)将第二混合料压制成料柱；

1-D)将料柱依次进行焙烧处理、快速石墨化处理、粉碎研磨处理，即得；

其中，所述乙炔炭黑、硬质酸、中温沥青和煤焦油的重量份配比为：乙炔炭黑95-105、硬脂酸0.4-0.6、中温沥青24-26、煤焦油24-26。

2.根据权利要求1所述的碳刷，其特征在于，所述造孔剂为淀粉、尿素、偶氮二甲酰胺或固体树脂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的碳刷，其特征在于，所述定向助剂为氮化硼、二氧化钛、氟化石墨、沥青预氧丝、碳纤维、石墨纤维或类石墨烯中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的碳刷，其特征在于，所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸金属盐、邻苯二甲酸酯类、高分子复合酯中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的碳刷，其特征在于，所述软质炭黑粉、喷雾炭黑、沥青焦粉、石墨粉、造孔剂、定向助剂、改质沥青和润滑剂的重量份配比为：软质炭黑粉45-60、喷雾炭黑5-15、沥青焦粉8-15、石墨粉3-8、造孔剂0.1-3.0、定向助剂0.2-3.0、改质沥青30-33、润滑剂0.3-1.0。

6.根据权利要求1所述的碳刷，其特征在于，步骤2)中所述第一混合粉料的粒度为48μm；步骤4)中所述的第二混合粉料的粒度为74μm。

7.根据权利要求1所述的碳刷，其特征在于，步骤5)中所述的压制成型的压力为17-19MPa。

8.根据权利要求1所述的碳刷，其特征在于，步骤6)中所述的焙烧处理包括如下步骤：

在不锈钢坩埚底部铺上厚度为100±5mm的沥青焦粒，其中，所述沥青胶粒的粒径为2-4mm；

将碳刷压坯整齐放置在不锈钢坩埚中；

将碳刷压坯四周填充上厚度为30-50mm的沥青焦粒，振实，在不锈钢坩埚顶部盖上碳板，填充厚度不小于150mm的沥青焦粒；

将填充好的不锈钢坩埚置于焙烧炉中，在隔绝空气气氛下进行焙烧处理，其中，所述焙烧处理的最高温度为1200℃。

9.根据权利要求1所述的碳刷，其特征在于，步骤6)中所述的石墨化处理包括如下步骤：

将干燥的炭黑铺装在石墨化炉底部，压实，其中，所述铺装炭黑的厚度不低于500mm；

将焙烧后的碳刷压坯整齐排列在石墨化炉中，其中，焙烧后的碳刷压坯之间的间隔为3±1毫米；

将沥青焦粒填充在焙烧后的碳刷压坯之间和四周；

将炭黑填充在最外四周；

将石墨化炉升温对焙烧后的碳刷压坯进行石墨化处理，其中，所述石墨化处理的最高温度为2600-2800℃。