CN111592355A - 一种使用稳定的碳块及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用稳定的碳块及其制备工艺。碳块主要包含如下原料：石墨粉、粘合剂、云母粉、阻燃粉和润滑剂，其制备方法为：通过分筛组件分筛石墨粉，破碎大颗粒的原料颗粒；混入云母粉和阻燃粉，将混合的原料倒入搅拌装置中，加热搅拌；静置混合的物料，待物料充分冷却后再度对其进行破碎处理，破碎处理后的物料由分筛组件二度分筛；将粘合剂和润滑剂加入分筛后的物料中，再将物料移运至密封焙烧炉内高温煅烧，出炉冷却的物料再经机械加工以制得产品；其具有有效减少碳块在使用过程中出现火花溅射的现象，进而可有效保障碳块的使用稳定性，并保障其正常使用寿命的优点；另外，本发明的制备方法具有碳块制备工艺简单、易于操作的优点。

Description

一种使用稳定的碳块及其制备工艺
技术领域
本发明涉及碳刷材料领域，更具体地说，它涉及一种使用稳定的碳块及其制备工艺。
背景技术
碳刷是电动机、发电机或其他旋转机械的固定部分和转动部分之间传递能量或信号的石墨制块体，其俗称为碳块。碳块之所以能作为电机中的重要传导介质，是由于其自身具备极小的摩擦系数且自润滑作用极好，进而可高效地保障电机的正常运转。同时，碳块获取途成本较低且易于更换，故被广泛应用于各大电机设备中使用。
现有公布号为CN1495975A的中国专利为一种碳刷，其提供了一种放热性优良且电刷寿命有所提高的树脂固化型碳刷，树脂固化型碳刷是将填充剂和粘合剂热固化性树脂一起混炼时，添加0.1-3.0含量的脂肪酸酰胺，制得成型的碳刷。
上述中的现有技术存在以下缺陷：普通碳块在使用过程中会频繁磨损于电机的固定端及转动端之间，其极易使碳块与电机组件之间出现火花溅射的现象，进而易影响碳块的使用稳定性，并缩短其正常的使用寿命，故有待改善。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种使用稳定的碳块，其具有可有效减少碳块在使用过程中出现火花溅射的现象，进而可有效保障碳块的使用稳定性，并保障其正常使用寿命的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种使用稳定的碳块的制备工艺，其具有碳块制备工艺简单、易于操作的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种使用稳定的碳块，所述碳块包含有如下重量份的原料：石墨粉20-35份、粘合剂45-70份、云母粉5-12份、阻燃粉6-15份和润滑剂3-8份。
通过采用上述技术方案，由于采用粘合剂提高了碳块内各原料组分之间的粘合程度，进而使碳块成型后的质量可以更为稳定；云母粉用于增加各碳块成品的耐磨性、耐高温性及其内部各原料组分成型时的附着强度，进而有效保障了碳块成型后的使用质量及使用寿命；润滑剂用于降低成品碳块的摩擦系数，同时，其可提高碳块的抗压强度，进而达到延长碳块使用寿命，提高产品外表面光洁度的效果，故其有效减少了碳块在电机内运作时出现火花溅射的现象，并通过减少碳块外表面的划痕保障了其使用的稳定性及正常的使用寿命。
进一步地，所述石墨粉由299石墨粉和FM-50石墨粉组成，299石墨粉和FM-50石墨粉的重量份比值为1:1。
通过采用上述技术方案，两种不同类型的石墨粉均具备高结晶度、高纯度的特性，其在同样的使用环境下，相较于普通的单一石墨粉具有更佳的耐高温性和自润滑性，进而可有效保障成品碳块的使用质量及其稳定性。
进一步地，所述粘合剂由T999胶剂粉和沥青组成，T999胶剂粉和沥青的重量份比值为1.2:1。
通过采用上述技术方案，T999胶剂粉具有快速粘结各原料的特性，而沥青本身即是一种高粘度的有机胶凝材料，二者相互配合后可提高个原料的粘结牢固度及粘稠度，进而使成品的碳块在成型过程中具备更强的可塑性，其极大地提高了成品碳块的质量稳定性。
进一步地，所述润滑剂为二硫化钨。
通过采用上述技术方案，二硫化钨作为润滑剂使用时，其相较于二硫化钼等普通润滑剂，具有更高的应用稳定性及强度，其可极大地提高成品碳块外表面的光滑度，进而减少碳块与外物相抵时的摩擦系数，并提高碳块的抗压强度，达到了有效保障碳块使用质量及使用寿命的效果。
为实现上述第二个目的，本发明提供了一种使用稳定的碳块的制备工艺，包括以下步骤：
S100、预处理，通过分筛组件分筛石墨粉，对于大颗粒的原料进行破碎处理；混入云母粉和阻燃粉，将混合的原料倒入搅拌装置中，加热搅拌；
S200、冷却后再加工，静置混合的物料，待物料充分冷却后再度对其进行破碎处理，破碎处理后的物料由分筛组件二度分筛；
S300、混料后高温煅烧，将粘合剂和润滑剂加入分筛后的物料中，再将物料移运至密封焙烧炉内高温煅烧，出炉冷却的物料再经机械加工以制得产品。
通过采用上述技术方案，其可使操作人员较为简易、快捷，且可复制化的制得一定量质量稳定且使用寿命有保障的碳块。
进一步地，所述步骤S100中，物料加热搅拌时的温度需控制在100-250℃。
通过采用上述技术方案，在100-250℃的温度区间可有效保障原料的混匀充分度，并可通过升温的方式使原料颗粒快速结合，以提高后续生产的时效。
进一步地，所述步骤S100中，物料加热搅拌的时间至少超过1h。
通过采用上述技术方案，充分长时间的加热搅拌，可保障物料的结合程度，减少颗粒游离现象，进而可保障原料制成碳块的质量稳定性。
进一步地，所述步骤S200中，分筛组件对物料二次分筛的标准的为120-180目。
通过采用上述技术方案，二次分筛的标准可有效过滤一部分直径较大的原料颗粒，其使所有的原料颗粒在制备过程中呈质地均匀的状态，进而可有效保障原料成型后的外表面光洁度及其质量稳定性。
进一步地，所述步骤S300中，物料在密封焙烧铝内的煅烧温度需控制在2200-3500℃。
通过采用上述技术方案，限定煅烧温度的高低峰值，可有效减少产品锻造时出现质量不一的现象，进而有效保障了所有成品碳块的质量稳定性和统一性。
进一步地，所述步骤S300中，物料在高温焙烧炉内的煅烧时间为6-8h，且煅烧过程必须连续进行。
通过采用上述技术方案，限定煅烧时间可进一步保障产品碳块的成型质量，持续性进行的煅烧过程可有效保障碳块出炉后的稳定性及外表面光洁度。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、由于采用粘合剂提高了碳块内各原料组分之间的粘合程度，进而使碳块成型后的质量可以更为稳定；云母粉用于增加各碳块成品的耐磨性、耐高温性及其内部各原料组分成型时的附着强度，进而有效保障了碳块成型后的使用质量及使用寿命；润滑剂用于降低成品碳块的摩擦系数，同时，其可提高碳块的抗压强度，进而达到延长碳块使用寿命，提高产品外表面光洁度的效果，故其有效减少了碳块在电机内运作时出现火花溅射的现象，并通过减少碳块外表面的划痕保障了其使用的稳定性及正常的使用寿命。
第二、本方明的制备方法流程明确、操作简单，其便于操作人员可复制化的制得一定量质量稳定且使用寿命有保障的碳块。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例
表一碳块内各原料配比份数
Figure BDA0002506841250000031
Figure BDA0002506841250000041
实施例1(采用配比1)
S100、预处理，通过分筛器分筛石墨粉，挑拣出大颗粒的石墨粉，通过重物敲击的方式对其破碎处理，之后再以分筛器分筛；混入云母粉和阻燃粉，将混合的原料倒入搅拌装置中，将温度升至175℃，搅拌1.5h。
S200、冷却后再加工，静置升温搅拌后的物料，待物料充分冷却后再度对其进行破碎处理，破碎处理后的物料由分筛器进行二度分筛，分筛标准为150目。
S300、混料后高温煅烧，将粘合剂和润滑剂加入分筛后的物料中，再将物料移运至密封焙烧炉内，煅烧的温度为2800℃，煅烧时间为7h，中间连续煅烧无中止现象；出炉冷却的物料再经机械加工以制得产品。
其中，299石墨粉和FM-50石墨粉的重量份比值为1:1；T999胶剂粉和沥青的重量份比值为1.2:1；润滑剂为二硫化钨。
实施例2(采用配比2)
S100、预处理，通过分筛器分筛石墨粉，挑拣出大颗粒的石墨粉，通过重物敲击的方式对其破碎处理，之后再以分筛器分筛；混入云母粉和阻燃粉，将混合的原料倒入搅拌装置中，将温度升至175℃，搅拌1.5h。
S200、冷却后再加工，静置升温搅拌后的物料，待物料充分冷却后再度对其进行破碎处理，破碎处理后的物料由分筛器进行二度分筛，分筛标准为150目。
S300、混料后高温煅烧，将粘合剂和润滑剂加入分筛后的物料中，再将物料移运至密封焙烧炉内，煅烧的温度为2800℃，煅烧时间为7h，中间连续煅烧无中止现象；出炉冷却的物料再经机械加工以制得产品。
其中，299石墨粉和FM-50石墨粉的重量份比值为1:1；T999胶剂粉和沥青的重量份比值为1.2:1；润滑剂为二硫化钨。
实施例3(采用配比3)
S100、预处理，通过分筛器分筛石墨粉，挑拣出大颗粒的石墨粉，通过重物敲击的方式对其破碎处理，之后再以分筛器分筛；混入云母粉和阻燃粉，将混合的原料倒入搅拌装置中，将温度升至175℃，搅拌1.5h。
S200、冷却后再加工，静置升温搅拌后的物料，待物料充分冷却后再度对其进行破碎处理，破碎处理后的物料由分筛器进行二度分筛，分筛标准为150目。
S300、混料后高温煅烧，将粘合剂和润滑剂加入分筛后的物料中，再将物料移运至密封焙烧炉内，煅烧的温度为2800℃，煅烧时间为7h，中间连续煅烧无中止现象；出炉冷却的物料再经机械加工以制得产品。
其中，299石墨粉和FM-50石墨粉的重量份比值为1:1；T999胶剂粉和沥青的重量份比值为1.2:1；润滑剂为二硫化钨。
实施例4(采用配比4)
S100、预处理，通过分筛器分筛石墨粉，挑拣出大颗粒的石墨粉，通过重物敲击的方式对其破碎处理，之后再以分筛器分筛；混入云母粉和阻燃粉，将混合的原料倒入搅拌装置中，将温度升至175℃，搅拌1.5h。
S200、冷却后再加工，静置升温搅拌后的物料，待物料充分冷却后再度对其进行破碎处理，破碎处理后的物料由分筛器进行二度分筛，分筛标准为150目。
S300、混料后高温煅烧，将粘合剂和润滑剂加入分筛后的物料中，再将物料移运至密封焙烧炉内，煅烧的温度为2800℃，煅烧时间为7h，中间连续煅烧无中止现象；出炉冷却的物料再经机械加工以制得产品。
其中，299石墨粉和FM-50石墨粉的重量份比值为1:1；T999胶剂粉和沥青的重量份比值为1.2:1；润滑剂为二硫化钨。
实施例5(采用配比5)
S100、预处理，通过分筛器分筛石墨粉，挑拣出大颗粒的石墨粉，通过重物敲击的方式对其破碎处理，之后再以分筛器分筛；混入云母粉和阻燃粉，将混合的原料倒入搅拌装置中，将温度升至175℃，搅拌1.5h。
S200、冷却后再加工，静置升温搅拌后的物料，待物料充分冷却后再度对其进行破碎处理，破碎处理后的物料由分筛器进行二度分筛，分筛标准为150目。
S300、混料后高温煅烧，将粘合剂和润滑剂加入分筛后的物料中，再将物料移运至密封焙烧炉内，煅烧的温度为2800℃，煅烧时间为7h，中间连续煅烧无中止现象；出炉冷却的物料再经机械加工以制得产品。
其中，299石墨粉和FM-50石墨粉的重量份比值为1:1；T999胶剂粉和沥青的重量份比值为1.2:1；润滑剂为二硫化钨。
实施例6(采用配比3)
一种使用稳定的碳块的制备工艺，包括如下步骤：
S100、预处理，通过分筛器分筛石墨粉，挑拣出大颗粒的石墨粉，通过重物敲击的方式对其破碎处理，之后再以分筛器分筛；混入云母粉和阻燃粉，将混合的原料倒入搅拌装置中，将温度升至100℃，搅拌1h。
S200、冷却后再加工，静置升温搅拌后的物料，待物料充分冷却后再度对其进行破碎处理，破碎处理后的物料由分筛器进行二度分筛，分筛标准为120目。
S300、混料后高温煅烧，将粘合剂和润滑剂加入分筛后的物料中，再将物料移运至密封焙烧炉内，煅烧的温度为2200℃，煅烧时间为6h，中间连续煅烧无中止现象；出炉冷却的物料再经机械加工以制得产品。
其中，299石墨粉和FM-50石墨粉的重量份比值为1:1；T999胶剂粉和沥青的重量份比值为1.2:1；润滑剂为二硫化钨。
实施例7(采用配比3)
S100、预处理，通过分筛器分筛石墨粉，挑拣出大颗粒的石墨粉，通过重物敲击的方式对其破碎处理，之后再以分筛器分筛；混入云母粉和阻燃粉，将混合的原料倒入搅拌装置中，将温度升至250℃，搅拌2h。
S200、冷却后再加工，静置升温搅拌后的物料，待物料充分冷却后再度对其进行破碎处理，破碎处理后的物料由分筛器进行二度分筛，分筛标准为180目。
S300、混料后高温煅烧，将粘合剂和润滑剂加入分筛后的物料中，再将物料移运至密封焙烧炉内，煅烧的温度为3500℃，煅烧时间为8h，中间连续煅烧无中止现象；出炉冷却的物料再经机械加工以制得产品。
其中，299石墨粉和FM-50石墨粉的重量份比值为1:1；T999胶剂粉和沥青的重量份比值为1.2:1；润滑剂为二硫化钨。
对比例
对比例1
本对比例与实施例3的区别在于未添加粘合剂。
对比例2
本对比例与实施例3的区别在于未添加润滑剂。
对比例3
本对比例与实施例3的区别在于，物料加热搅拌的时间短于1h。
对比例4
本对比例与实施例3的区别在于，物料在密封焙烧炉内煅烧时，存在煅烧中断的现象。
产品性能检测试验
根据实施例1-7和对比例1-4的制备工艺制备相通规格的碳块，在同一实验室，相同检测设备的条件下，对所有碳块进行物理性能测试。测试结果见表二。
其中，测试项目为：碳块外表面在相同使用时间下的磨损量；碳块外表面在相同使用时间下的灼烧情况；碳块在相同使用环境中下的电阻率情况；
测试过程：
磨损量：城区碳块质量，将碳块固定于铣床上，通过滑动组件驱动金属块在碳块外表面往复摩擦，以红外感应装置计数，金属块需在碳块外表面往复摩擦800次。再度称取碳块质量，通过碳块质量的变化，评估碳块磨损量。碳块磨损量越少，则说明碳块质量更为稳定。
灼烧情况：待碳块通过磨损量测试后，观察其外表面是否存在灼烧划痕。碳块外表面的灼烧划痕越少，则说明碳块质量更为稳定，使用寿命更为有保障。
电阻率情况：在标准大气压下，依照JB/T8133.2-2013对碳块进行电阻率检测试验。电阻率越大，说明碳块的润滑效果越差，则使用质量越不稳定，使用寿命越易受到影响。
表二实施例1-7及对比例1-4制成碳块的测试结果
磨损量(mg) 划痕情况 电阻率(Ω)
实施例1 0.49 轻微划痕 2.5
实施例2 0.23 轻微划痕 1.71
实施例3 0.17 轻微划痕 1.58
实施例4 0.22 轻微划痕 1.66
实施例5 0.36 轻微划痕 1.81
实施例6 0.33 轻微划痕 1.74
实施例7 0.45 轻微划痕 2.0
对比例1 1.2 深刻划痕 8.3
对比例2 0.59 深刻划痕 3.2
对比例3 0.63 深刻划痕 3.4
对比例4 0.86 深刻划痕 6.1
根据表二数据可知，实施例1-5在相同加工条件下，其产出的碳块在测试后均可达到磨损量较少、电阻率较低的效果；当改变不同原料的配比后，碳块的磨损量、划痕情况及电阻率均发生变化。其中，当原料配比选取配比区间的两个端值时，碳块的磨损量和电阻率均较高一些；当原料配比选取配比区间的中间值时，碳块的磨损量和电阻率均较低一些；故可以判定，选取中间值的原料配比，其在相同制备条件下产出的碳块，具有使用质量更为稳定且使用寿命更可保障的优势。
根据表二数据可知，通过对比实施例3、实施例6和实施例7可知，在相同原料配比的情况下，改变原料制备的条件会使碳块的各项测试数据发生变化。其中，实施例6和实施例7的碳块是在物料加热搅拌及煅烧的温度，及其维持该温度的时间均在最高和最低的峰值时产出的，其碳块的磨损量和电阻率均高于实施例3产出的碳块。故可以判定，加工条件选用本方案的中间值数据时，其产出的碳块在使用质量及寿命的可靠性上均可得到有效的保障。
根据表二数据可知，对比例1未添加粘合剂生产的碳块，其磨损率与电阻率远远高出实施例1-7产出的碳块，同时，其外表面的划痕情况也是肉眼清晰可见的深刻划痕，故可以判定，在碳块的生产加工中，粘合剂的加入可极大地提高碳块的成型质量，进而保障及正常的使用寿命。
根据表二数据可知，对比例2未添加润滑剂后，其产出的碳块磨损率与电阻率亦大幅提高，但相对于对比例1而言，上升幅度较少；同样的，其使碳块外表面的划痕亦升级为深刻划痕，故可以判定，润滑剂的添加可提高碳块的使用质量，并可保障碳块的正常使用寿命。
根据表二数据可知，对比例3缩短了物料加热搅拌的时间，其使碳块的磨损量与电阻率出现了一定程度的增加，并使碳块外表面出现深刻划痕；对比例4使物料在密封焙烧炉内出现中断煅烧的现象，其使碳块成型质量出现不够稳定的现象，直接表现为碳块外表面出现划痕，磨损量和电阻量增加。
综上所述：本发明提供的制备工艺可产出电阻率较低、火花划痕较少、使用质量较为稳定且使用寿命得以保障的碳块，其中，实施例3所制备的碳块，其物理性能最为优异，操作人员可依照其原料配比及加工参数批量生产。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种使用稳定的碳块，其特征在于，所述碳块包含有如下重量份的原料：石墨粉20-35份、粘合剂45-70份、云母粉5-12份、阻燃粉6-15份和润滑剂3-8份。
2.根据权利要求1所述的一种使用稳定的碳块，其特征在于，所述石墨粉由299石墨粉和FM-50石墨粉组成，299石墨粉和FM-50石墨粉的重量份比值为1:1。
3.根据权利要求1所述的一种使用稳定的碳块，其特征在于，所述粘合剂由T999胶剂粉和沥青组成，T999胶剂粉和沥青的重量份比值为1.2:1。
4.根据权利要求1所述的一种使用稳定的碳块，其特征在于，所述润滑剂为二硫化钨。
5.根据权利要求1-4所述的一种使用稳定的碳块的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：S100、预处理，通过分筛组件分筛石墨粉，对于大颗粒的原料进行破碎处理；混入云母粉和阻燃粉，将混合的原料倒入搅拌装置中，加热搅拌；S200、冷却后再加工，静置混合的物料，待物料充分冷却后再度对其进行破碎处理，破碎处理后的物料由分筛组件二度分筛；S300、混料后高温煅烧，将粘合剂和润滑剂加入分筛后的物料中，再将物料移运至密封焙烧炉内高温煅烧，出炉冷却的物料再经机械加工以制得产品。
6.根据权利要求5所述的一种使用稳定的碳块的制备工艺，其特征在于，所述步骤S100中，物料加热搅拌时的温度需控制在100-250℃。
7.根据权利要求6所述的一种使用稳定的碳块的制备工艺，其特征在于，所述步骤S100中，物料加热搅拌的时间至少超过1h。
8.根据权利要求5所述的一种使用稳定的碳块的制备工艺，其特征在于，所述步骤S200中，分筛组件对物料二次分筛的标准的为120-180目。
9.根据权利要求5所述的一种使用稳定的碳块的制备工艺，其特征在于，所述步骤S300中，物料在密封焙烧炉内的煅烧温度需控制在2200-3500℃。
10.根据权利要求9所述的一种使用稳定的碳块的制备工艺，其特征在于，所述步骤S300中，物料在高温焙烧炉内的煅烧时间为6-8h，且煅烧过程必须连续进行。
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