CN113444338B - 一种碳刷架用高分子绝缘材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料技术领域，尤其是一种碳刷架用高分子绝缘材料及其制备方法，解决了现有技术中碳刷架用玻璃纤维改性的酚醛树脂材料脆性大，耐磨性差，使用过程中易出现故障，使用性能差，使用寿命短等的问题，所述碳刷架用高分子绝缘材料，包括以下原料：酚醛树脂、聚醚醚酮、改性玻璃纤维、萜烯树脂、乙二醇二甲基丙烯酸酯、固化剂。本发明配方科学，配比严谨，制备方法简单，选用添加少量特种高分子材料聚醚醚酮来增强酚醛树脂的综合性能，通过添加萜烯树脂和乙二醇二甲基丙烯酸酯，大大改善了各原料间的结合相容性和粘结性，所得碳刷架用高分子绝缘材料具有电绝缘性好，机械性能优良，同时具有优异的耐热性、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种碳刷架用高分子绝缘材料及其制备方法。
背景技术
碳刷架的作用是通过弹簧将压力加在与换向器或集电环表面滑动接触的碳刷上，使其在固定体与旋转体之间稳定地传导电流。碳刷在电机中的作用就是改变电流的方向。电机分直流电机和交流电机，直流电机是来改变转子的导电线圈，从而改变转子磁极，进而改变电机的运动。碳刷是用于电机的换向器或滑环上，作为导出导入电流的滑动接触体，其具有良好导电、导热以及润滑性能，同时具有一定的机械强度和换向性火花的本能。电机碳刷适用于各种电动机、发电机、轮轴机等。
碳刷架是由铜套、绝缘外套、刷帽组成，铜套的一部分位于绝缘外套的圆柱形腔体内，其余部分外露，绝缘外套上设有刷帽，铜套的中部开设有类似于长方形的通孔，长方形的两条长边有圆弧段，刷帽通过螺纹拧在绝缘外套内。现有技术中，碳刷架用绝缘材料多采用玻璃纤维改性的酚醛树脂材料，如“沐霖等，汽车碳刷架用酚醛模塑料的性能研究”中记载了采用一种自制的苯酚甲醛树脂和复合固化体系以无机玻璃纤维为增强材料，得到了一种可以注射成型的酚醛模塑料。该材料可耐高温，具有较高的热变形温度和外观热稳定性。但酚醛树脂和玻璃纤维均具有脆性大，耐磨性差的缺陷，电机在长期运行中，不断的对碳刷架进行磨损，易造成接触面不平，碳刷压力不够或集电环不圆等情况，进而产生碳刷冒出火花等故障。基于上述陈述，本发明提出了一种碳刷架用高分子绝缘材料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中碳刷架用玻璃纤维改性的酚醛树脂材料脆性大，耐磨性差，使用过程中易出现故障，使用性能差，使用寿命短等问题，而提出的一种碳刷架用高分子绝缘材料及其制备方法。
一种碳刷架用高分子绝缘材料，酚醛树脂60-70份、聚醚醚酮15-25份、改性玻璃纤维20-28份、萜烯树脂5-12份、乙二醇二甲基丙烯酸酯5-7份、固化剂6-8份。
优选的，所述碳刷架用高分子绝缘材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂62-68份、聚醚醚酮18-22份、改性玻璃纤维22-26份、萜烯树脂6-10份、乙二醇二甲基丙烯酸酯5.5-6.5份、固化剂6.5-7.5份。
优选的，所述碳刷架用高分子绝缘材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂65份、聚醚醚酮20份、改性玻璃纤维24份、萜烯树脂8份、乙二醇二甲基丙烯酸酯6份、固化剂7份。
优选的，所述改性玻璃纤维由以下方法制得：（1）按质量比1:5.5-7.5，将硅酸铝镁加水搅拌分散均匀，获得分散液；（2）将玻璃纤维和六方氮化硼加入到分散液中，搅拌预分散后，加入甲基硅油进行研磨混合2-3h，获得混悬液；（3）将混悬液与马来酸二辛酯、3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷混合，于800-1000r/min的转速下，搅拌混合20-30min，然后置于68-82℃的真空烘箱内烘干，粉碎即得改性玻璃纤维。
优选的，所述步骤（2）中玻璃纤维、六方氮化硼、分散液和甲基硅油的质量比为8-11:1:18-24:2-4。
优选的，所述固化剂为4-羟基苯磺酸。
本发明还提出了一种碳刷架用高分子绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将改性玻璃纤维、萜烯树脂和乙二醇二甲基丙烯酸酯共同加入到混合机中，于90-105℃的温度下预混合15-25min，得预混料；
S2、酚醛树脂、聚醚醚酮和固化剂共同加入到步骤S1中的预混料中，继续搅拌混合均匀，最后经挤出机挤出即得所需的碳刷架用高分子绝缘材料。
优选的，所述步骤S2中的挤出温度为148-155℃，螺杆转速80-110rpm。
本发明提出的一种碳刷架用高分子绝缘材料，具有以下有益效果：
1、本发明利用硅酸铝镁分散液分散玻璃纤维和六方氮化硼，加甲基硅油研磨混合后，加马来酸二辛酯、3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷进行改性，所得改性玻璃纤维在保持玻璃纤维原本高机械强度，高耐热性，高抗腐蚀性等优异特性的同时，具有塑性高，耐磨性好的特点，其还具有优良的电绝缘性能，用于酚醛树脂增强改性，能够显著改善其韧性，增强其耐磨性能，同时能够显著改善所得碳刷架用高分子绝缘材料的耐电压、耐电弧、耐电晕等特性，增强其使用稳定性，延长其使用寿命。
2、本发明将改性玻璃纤维、萜烯树脂和乙二醇二甲基丙烯酸酯预混合后，加酚醛树脂、聚醚醚酮和固化剂混合挤出，制得所需的碳刷架用高分子绝缘材料；本发明配方科学，配比严谨，制备方法简单，选用添加少量特种高分子材料聚醚醚酮来增强酚醛树脂的综合性能，通过添加萜烯树脂和乙二醇二甲基丙烯酸酯，大大改善了各原料间的结合相容性和粘结性，所得碳刷架用高分子绝缘材料具有电绝缘性好，机械性能优良，同时具有优异的耐热性、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例一
其中，改性玻璃纤维由以下方法制得：（1）按质量比1:5.5，将硅酸铝镁加水搅拌分散均匀，获得分散液；（2）将玻璃纤维和六方氮化硼加入到分散液中，搅拌预分散后，加入甲基硅油进行研磨混合2h，获得混悬液，玻璃纤维、六方氮化硼、分散液和甲基硅油的质量比为8:1:18:2；（3）按质量比40:4:1，将混悬液与马来酸二辛酯、3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷混合，于800r/min的转速下，搅拌混合20min，然后置于68℃的真空烘箱内烘干，粉碎即得改性玻璃纤维。
本发明还提出了一种碳刷架用高分子绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将改性玻璃纤维、萜烯树脂和乙二醇二甲基丙烯酸酯共同加入到混合机中，于90℃的温度下预混合15min，得预混料；
S2、酚醛树脂、聚醚醚酮和固化剂共同加入到步骤S1中的预混料中，继续搅拌混合均匀，最后控制挤出温度为148℃，螺杆转速80rpm，经挤出机挤出即得所需的碳刷架用高分子绝缘材料。
实施例二
本发明提出的一种碳刷架用高分子绝缘材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂65份、聚醚醚酮20份、改性玻璃纤维24份、萜烯树脂8份、乙二醇二甲基丙烯酸酯6份、4-羟基苯磺酸7份；
其中，改性玻璃纤维由以下方法制得：（1）按质量比1:6.5，将硅酸铝镁加水搅拌分散均匀，获得分散液；（2）将玻璃纤维和六方氮化硼加入到分散液中，搅拌预分散后，加入甲基硅油进行研磨混合2.5h，获得混悬液，玻璃纤维、六方氮化硼、分散液和甲基硅油的质量比为9.5:1:21:3；（3）按质量比45:5.5:2，将混悬液与马来酸二辛酯、3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷混合，于900r/min的转速下，搅拌混合25min，然后置于75℃的真空烘箱内烘干，粉碎即得改性玻璃纤维。
本发明还提出了一种碳刷架用高分子绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将改性玻璃纤维、萜烯树脂和乙二醇二甲基丙烯酸酯共同加入到混合机中，于98℃的温度下预混合20min，得预混料；
S2、酚醛树脂、聚醚醚酮和固化剂共同加入到步骤S1中的预混料中，继续搅拌混合均匀，最后控制挤出温度为152℃，螺杆转速95rpm，经挤出机挤出即得所需的碳刷架用高分子绝缘材料。
实施例三
本发明提出的一种碳刷架用高分子绝缘材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂70份、聚醚醚酮25份、改性玻璃纤维28份、萜烯树脂12份、乙二醇二甲基丙烯酸酯7份、4-羟基苯磺酸8份；
其中，改性玻璃纤维由以下方法制得：（1）按质量比1:7.5，将硅酸铝镁加水搅拌分散均匀，获得分散液；（2）将玻璃纤维和六方氮化硼加入到分散液中，搅拌预分散后，加入甲基硅油进行研磨混合3h，获得混悬液，玻璃纤维、六方氮化硼、分散液和甲基硅油的质量比为11:1:24:4；（3）按质量比50:7:3，将混悬液与马来酸二辛酯、3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷混合，于1000r/min的转速下，搅拌混合30min，然后置于82℃的真空烘箱内烘干，粉碎即得改性玻璃纤维。
本发明还提出了一种碳刷架用高分子绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将改性玻璃纤维、萜烯树脂和乙二醇二甲基丙烯酸酯共同加入到混合机中，于105℃的温度下预混合25min，得预混料；
S2、酚醛树脂、聚醚醚酮和固化剂共同加入到步骤S1中的预混料中，继续搅拌混合均匀，最后控制挤出温度为155℃，螺杆转速110rpm，经挤出机挤出即得所需的碳刷架用高分子绝缘材料。
对比例一
本发明提出的一种碳刷架用高分子绝缘材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂60份、聚醚醚酮15份、改性玻璃纤维20份、萜烯树脂5份、乙二醇二甲基丙烯酸酯5份、4-羟基苯磺酸6份；
其中，改性玻璃纤维由以下方法制得：（1）按质量比1:5.5，将硅酸铝镁加水搅拌分散均匀，获得分散液；（2）将玻璃纤维加入到分散液中，搅拌预分散后，加入甲基硅油进行研磨混合2h，获得混悬液，玻璃纤维、分散液和甲基硅油的质量比为8:18:2；（3）按质量比40:4:1，将混悬液与马来酸二辛酯、3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷混合，于800r/min的转速下，搅拌混合20min，然后置于68℃的真空烘箱内烘干，粉碎即得改性玻璃纤维。
本发明还提出了一种碳刷架用高分子绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将改性玻璃纤维、萜烯树脂和乙二醇二甲基丙烯酸酯共同加入到混合机中，于90℃的温度下预混合15min，得预混料；
S2、酚醛树脂、聚醚醚酮和固化剂共同加入到步骤S1中的预混料中，继续搅拌混合均匀，最后控制挤出温度为148℃，螺杆转速80rpm，经挤出机挤出即得所需的碳刷架用高分子绝缘材料。
对比例二
本发明提出的一种碳刷架用高分子绝缘材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂60份、聚醚醚酮15份、混合填料20份、萜烯树脂5份、乙二醇二甲基丙烯酸酯5份、4-羟基苯磺酸6份；
其中，混合填料为质量比8:1的玻璃纤维和六方氮化硼的混合物。
本发明还提出了一种碳刷架用高分子绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将混合填料、萜烯树脂和乙二醇二甲基丙烯酸酯共同加入到混合机中，于90℃的温度下预混合15min，得预混料；
S2、酚醛树脂、聚醚醚酮和固化剂共同加入到步骤S1中的预混料中，继续搅拌混合均匀，最后控制挤出温度为148℃，螺杆转速80rpm，经挤出机挤出即得所需的碳刷架用高分子绝缘材料。
分别测试实施例一-三以及对比例一-二中制备的碳刷架用高分子绝缘材料的性能，得出如下结果：
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种碳刷架用高分子绝缘材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：酚醛树脂60-70份、聚醚醚酮15-25份、改性玻璃纤维20-28份、萜烯树脂5-12份、乙二醇二甲基丙烯酸酯5-7份、固化剂6-8份；
所述改性玻璃纤维由以下方法制得：（1）按质量比1:5.5-7.5，将硅酸铝镁加水搅拌分散均匀，获得分散液；（2）将玻璃纤维和六方氮化硼加入到分散液中，搅拌预分散后，加入甲基硅油进行研磨混合2-3h，获得混悬液；（3）将混悬液与马来酸二辛酯、3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷混合，于800-1000r/min的转速下，搅拌混合20-30min，然后置于68-82℃的真空烘箱内烘干，粉碎即得改性玻璃纤维。
2.根据权利要求1所述的一种碳刷架用高分子绝缘材料，其特征在于，酚醛树脂62-68份、聚醚醚酮18-22份、改性玻璃纤维22-26份、萜烯树脂6-10份、乙二醇二甲基丙烯酸酯5.5-6.5份、固化剂6.5-7.5份。
3.根据权利要求1所述的一种碳刷架用高分子绝缘材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：酚醛树脂65份、聚醚醚酮20份、改性玻璃纤维24份、萜烯树脂8份、乙二醇二甲基丙烯酸酯6份、固化剂7份。
4.根据权利要求1所述的一种碳刷架用高分子绝缘材料，其特征在于，步骤（2）中玻璃纤维、六方氮化硼、分散液和甲基硅油的质量比为8-11:1:18-24:2-4。
5.根据权利要求1所述的一种碳刷架用高分子绝缘材料，其特征在于，步骤（3）中混悬液、马来酸二辛酯和3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的质量比为40-50:4-7:1-3。
6.根据权利要求1所述的一种碳刷架用高分子绝缘材料，其特征在于，所述固化剂为4-羟基苯磺酸。
7.一种根据权利要求1所述的碳刷架用高分子绝缘材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将改性玻璃纤维、萜烯树脂和乙二醇二甲基丙烯酸酯共同加入到混合机中，于90-105℃的温度下预混合15-25min，得预混料；
S2、酚醛树脂、聚醚醚酮和固化剂共同加入到步骤S1中的预混料中，继续搅拌混合均匀，最后经挤出机挤出即得所需的碳刷架用高分子绝缘材料。
8.根据权利要求7所述的一种碳刷架用高分子绝缘材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中的挤出温度为148-155℃，螺杆转速80-110rpm。
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