CN1589483A - 树脂粘结的石墨材料,制造一种树脂粘结的石墨材料的方法以及这种材料的应用 - Google Patents

树脂粘结的石墨材料,制造一种树脂粘结的石墨材料的方法以及这种材料的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种尤其是确定地用作为电触点的树脂粘结的石墨材料。此外本发明还涉及一种用于制造一种尤其是作为电触点材料的树脂粘结的石墨材料的方法。最后本发明还涉及一种树脂粘结的石墨材料的应用。本发明的任务是改进设计一种相应的树脂粘结的石墨材料，从而在用作电触点时排除无线电干扰，或几乎将其完全排除。为此本发明规定：对树脂粘结的石墨材料由一种硬化的混合物制成，该混合物包括炭黑含量质量百分比RG≥30％的含炭黑的人造石墨、无炭黑的人造石墨以及粘结剂，该石墨材料的电阻率为W电阻率≥3500μωm。

Description

树脂粘结的石墨材料，制造一种树脂粘结的石墨材料的方法 以及这种材料的应用
本发明涉及一种尤其是确定地用作为电触点的树脂粘结的石墨材料。此外本发明还涉及一种用于制造一种尤其是作为电触点材料的树脂粘结的石墨材料的方法。最后本发明涉及到一种树脂粘结的石墨材料的应用。
树脂粘结的石墨材料、碳-石墨材料、人造石墨或者具有金属添加物如铜和银的石墨都应用于炭刷，尤其是小炭刷，因而只是列举一些例子。尤其是碳-石墨材料都使用在家用电器的通用式电动机中，因为这些电动机的特点是可以多方面应用于解决特殊问题。其特点还有换向良好、无线电干扰小、寿命长还可以使用在机械和电气负荷大的场合。由于应用了尽可能高电阻的炭刷材料就可以限制短路电流，并提高了干扰源的内阻。相应的碳-石墨材料的电阻率≤2400μΩm(见数据文件“松克(schunk)碳技术公司，炭刷，材料物理参数，L-材料：碳-石墨，13.14/01.99”)。
尽管以前用了高电阻的炭刷材料，但是另外还必须浸渍炭刷，以便除了改善其机械运行性能外降低在炭刷寿命期间的无线电干扰。同时还集成有抗干扰元件如扼流圈或者线圈。
本发明的任务是改进开头所述类型的一种树脂粘结的石墨材料，从而在用作为电触点时排除无线电干扰或者几乎排除掉，而原则上不需要其它的措施如浸渍等。
按照本发明这个问题通过一种树脂粘结的石墨材料基本上按如下方法解决：树脂粘结的石墨材料由一种硬化的混合物制成，其中包括含炭黑的人造石墨-其炭黑含量质量百分比RG≥30％、无炭黑的人造石墨以及粘结剂，该混合物的电阻率为W电阻率≥3500μΩm。此时混合物可能附加有至少一种添加料如固体润滑剂，例如为MoS2或WS2和/或一种磨损添加剂如SiC和/或Al2O3。
对于无炭黑的人造石墨来说尤其是指一种无炭黑的人造石墨-回收利用材料。例如涡卷形石墨(Kartuschengraphit)可以用作含炭黑的人造石墨。
与此无关，每种初始产品都应该是一种无炭黑的或者含有炭黑的原材料，它用粘结剂混合并然后加热、石墨化和磨碎。
此外还规定，含炭黑的人造石墨的电阻率为：3500μΩm＞W电阻率≥40μΩm。
除此之外，所述人造石墨初始物质应该是各向同性的，也就是说其电阻率与方向无关。
无论是含炭黑的人造石墨还是无炭黑的人造石墨其颗粒大小d50应为：20μm≤d50≤40μm。参数d50在这里表示了50％的磨碎的原料通过一个给定网孔大小的筛子而落下。
作为粘结剂尤其使用一种人造的粉末树脂如人造的塑料，特别是热固性塑料。对于粘结剂来说主要指一种溶解在溶剂里的粉末树脂或者一种无溶剂的液态树脂。
此外一种液体树脂和/或溶解在溶剂里的粉末树脂形式的粘结剂的玻璃转化温度(Glasumwandlungstemperatur)TG为：50°≤TG≤250℃。作为这种树脂的另一个特征参数是它的室温时的粘度V为：10cp≤V≤6000cp。
混合物本身具有15-75重量分数(Gewichtsanteil)的含炭黑的人造石墨、15-75重量分数的无炭黑的人造石墨、0-10重量分数的固体润滑剂、0-1重量分数的磨擦添加剂，其中将15-35重量分数的粘结剂添加到固体材料中。
必须说明，在给出的重量分数时原料、也就是无炭黑的和含炭黑的人造石墨以及必要时存在的添加剂总共为100重量分数，那么相对于原料的100重量分数而言向所述总重量分数中添加15-35重量分数的粘结剂。
由于按本发明的混合物由含炭黑的人造石墨、无炭黑的细粒人造石墨、尤其如人造石墨-回收利用材料以及液体粘结剂组成，因而树脂粘结的石墨材料的电阻率Wspez＞3500μΩm，尤其是直至10000μΩm或更多。因此几乎可以是一种绝缘体，但不会对导电性能有不利影响。因而在无线电干扰性能方向尤其有优点，这样就不必使用昂贵的抗干扰元件如扼流圈或线圈。同样也不需要使材料进行浸渍，而这种浸渍按照至少目前的现有技术是必要的。这种材料使用在小功率(＜400w)时并最好为220-250v的电压，以便使电流保持较小。在该功率范围内运行时在炭刷上不会产生比传统材料中更高的温度。同样炭刷的寿命和磨损都可以与通常的材料时相比较。
一种用于制造一种尤其用作电触点材料的树脂粘结的石墨材料的方法的特征基本在于工艺步骤：
-使炭黑含量质量百分比RG＞30％的含炭黑的人造石墨、电阻率为W电阻率(8μΩm≤W电阻率≤30μΩm)的无炭黑的细粒人造石墨和一种液体粘结剂在温度为T1时进行混合；
-将混合物磨碎；
-将磨碎的混合物压成一种挤压件；
-接着硬化。
尤其使含有炭黑的人造石墨、无炭黑的细粒人造石墨和液体粘结剂如液体树脂在室温时混合。这样制成的混合物然后磨碎，其颗粒大小d50为50μm≤d50≤150μm。接着对磨碎的混合物施加比压为1.000和2.000kg/cm2之间的压力。挤压件然后可以经过时间t(10小时≤t≤20小时)在一个终结温度T下(180℃≤T≤250≤℃)进行硬化。
如果重量分数为15-75的含炭黑的人造石墨、重量分数为15-75的无炭黑的细粒人造石墨和重量分数为15-35的粘结剂混合的话，其中混合物主要添加有重量分数为0-10的固体润滑剂和/或重量分数为0-1的磨擦添加剂，那么按本发明的树脂粘结的石墨材料就具有高的电阻率。
无炭黑的人造石墨回收利用材料可以用作无炭黑的人造石墨和/或者涡卷形石墨可作为含炭黑的人造石墨。溶解在溶剂中的粉末树脂以及无溶剂的液体树脂都可以用作为粘结剂，其中应该使用这样一种以合成的塑料如环氧树脂或酚醛树脂为基的制剂作为粘结剂。当应用液体粘结剂时其玻璃转化温度TG为50℃≤TG≤250℃，和/或在室温时粘度V为：10cp≤V≤6000cp。
本发明的特征尤其在于，按本发明的树脂粘结的石墨材料用作一种炭刷或滑环的材料。
本发明的其它细节、优点和特征不仅可见权利要求书，由这些权利要求所说明的特征(权利要求本身和/或组合)，而且也可见以下对实施例的叙述说明。
实例1：
为制造一种用于小电动机的炭刷，已将炭黑含量质量百分比为50％、电阻率W电阻率大约为100μΩm、粒度d50为30μΩm的重量分数为50的含炭黑的人造石墨与电阻率W电阻率为20μΩm、粒度d50为30μm的重量分数为50的无炭黑的细粒人造石墨回收利用材料以及与重量分数为25的一种环氧树脂形式的溶解在溶剂里的粉末树脂在一个西格马混合机(Sigmakneter)中在室温下进行混合。成品混合物然后磨碎到粒度为d50＝90μm并用比压为1500kg/cm2的压力挤压。挤压件接着经受15小时的硬化周期，其终结温度为200℃。相应的挤压件的电阻率为W电阻率＝8000μΩm。用相应的挤压件制成的炭刷然后与由传统的树脂粘结的、电阻率为W电阻率＝600μΩm的碳-石墨材料制成的炭刷进行比较测量。在两台电动机上进行无线电干扰测量。结果见图1。
在唯一的附图中用附图标记10表示的图线相当于无线电干扰电平(Funkstoerpegel)的极限值，与此相反用附图标记12表示的直线则是降低7dB的极限值。
曲线14、16是在两台装备有由传统的炭刷材料制成的炭刷的电动机上测得的。测量曲线18、20则是相同电动机的结果，但它们装备了由按本发明的材料制成的炭刷，其电阻率为8000μΩm。可见用按本发明的材料明显减小了无线电干扰。
实例2：
为制造一种用于电动机的炭刷，已将炭黑含量质量百分比为50％、电阻率Wspez约为100μΩm和粒度d50为30μm的重量分数为40的含炭黑的人造石墨与电阻率W电阻率为20μΩm和粒度d50为30μm的重量分数为60的无炭黑的细粒人造石墨回收利用材料以及与重量分数为25的一种环氧树脂形式的溶解在溶剂里的粉末树脂在一种西格马混合机中在室温时进行混合。然后将成品混合物磨碎成粒度为d50＝90μm并用比压为1500kg/cm2的压力进行挤压。挤压件接着经受15小时的硬化周期，其终结温度为200℃。相应的挤压件的电阻率为W电阻率＝5000μΩm。由相应的挤压件制成的炭刷然后与电阻率为W电阻率＝600μΩm的传统的树脂粘结的炭黑石墨材料制成的炭刷进行比较测量。无线电干扰测量已经表明相对应于实施例1与传统的炭刷相比其无线电干扰大大降低了。

Claims (41)

1.尤其确定地用于一种电触点的树脂粘结的石墨材料，其特征在于，树脂粘结的石墨材料由一种混合物制成，该混合物包括含炭黑的、炭黑含量质量百分比RG为RG≥30％的人造石墨、无炭黑的人造石墨以及粘结剂，该石墨材料的电阻率W电阻率为：W电阻率≥3500μΩm。
2.按权利要求1所述的树脂粘结的石墨材料，其特征在于，该树脂粘结的石墨材料的电阻率W电阻率为：3500μΩm≤W电阻率≤15000μΩm。
3.按至少权利要求1所述的树脂粘结的石墨材料，其特征在于，该树脂粘结的石墨材料的电阻率W电阻率为：W电阻率≤10000μΩm。
4.按至少权利要求1所述的树脂粘结的石墨材料，其特征在于，混合物至少含有一种固体润滑剂、如MoS2和/或WS2和/或一种摩擦添加料如SiC和/或Al2O3作为添加剂。
5.按至少权利要求1所述的树脂粘结的石墨材料，其特征在于，无炭黑的人造石墨由一种无炭黑的人造石墨回收利用料制成。
6.按至少权利要求1所述的树脂粘结的石墨材料，其特征在于，含炭黑的人造石墨由涡卷形石墨制成。
7.按至少权利要求1所述的树脂粘结的石墨材料，其特征在于，含炭黑的人造石墨的电阻率W电阻率为：3500μΩm＞W电阻率≥40μΩm。
8.按至少权利要求1所述的树脂粘结的石墨材料，其特征在于，无炭黑的人造石墨的电阻率W电阻率为：8μΩm≤W电阻率≤30μΩm。
9.按权利要求1所述的树脂粘结的石墨材料，其特征在于，含炭黑的人造石墨的粒度d50为：20μm≤d50≤50μm。
10.按至少权利要求1所述的树脂粘结的石墨材料，其特征在于，无炭黑的人造石墨的粒度d50为：20μm≤d50≤50μm。
11.按至少权利要求1所述的树脂粘结的石墨材料，其特征在于，含炭黑的和/或无炭黑的人造石墨在电阻率方面是均质的。
12.按至少权利要求1所述的树脂粘结的石墨材料，其特征在于，粘结剂是一种合成的粉末树脂如合成塑料、特别是一种热固性塑料。
13.按至少权利要求1所述的树脂粘结的石墨材料，其特征在于，粘结剂是一种合成的环氧粉末树脂和/或酚醛树脂。
14.按至少权利要求1所述的树脂粘结的石墨材料，其特征在于，粘结剂是一种在溶剂中溶解的粉末树脂和/或一种无溶剂的液体树脂。
15.按至少权利要求1所述的树脂粘结的石墨材料，其特征在于，含炭黑的和无炭黑的人造石墨以及必要时加入的固体润滑材料和/或摩擦添加剂作为原材料其重量分数总计为100，添加入的粘结剂的重量分数相对于原材料的重量分数100来说为15至35。
16.按至少权利要求1所述的树脂粘结的石墨材料，其特征在于，粘结剂的玻璃转化温度TG为：50℃≤TG≤250℃。
17.按至少权利要求1所述的树脂粘结的石墨材料，其特征在于，粘结剂的粘度V在室温时为：10cp≤V≤6000cp。
18.按至少权利要求1所述的树脂粘结的石墨材料，其特征在于，所述混合物含有15至75重量分数的含炭黑的人造石墨、15-75重量分数的元炭黑的人造石墨、0-10重量分数的固体润滑剂、0-1重量分数的摩擦添加剂以及15-35重量分数的粘结剂。
19.用于制造一种尤其是确定地用于一种电触点材料的树脂粘结的石墨材料的方法，其特征在于工艺步骤：
-使炭黑含量质量百分比RG为RG＞30％的含炭黑的人造石墨、电阻率W电阻率为8μΩm≤W电阻率≤30μΩm的无炭黑的人造石墨和液体树脂在温度T1时进行混合；
-将混合物磨碎到粒度d50为50μm≤d50≤150μm；
-挤压已磨碎的混合物；并
-将磨碎的混合物硬化成一个成型物体。
20.按权利要求19所述的方法，其特征在于，含炭黑的人造石墨、无炭黑的人造石墨和粘结剂在温度T1为室温时进行混合。
21.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，混合物中添加一种固体润滑剂如MoS2和/或WS2。
22.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，混合物中添加一种摩擦添加剂如SiC和/或Al2O3。
23.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，将磨碎的混合物在比压为1000kg/cm2和2000kg/cm2之间时进行挤压。
24.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，挤压件在终结温度T2为180℃≤T2≤250℃时进行硬化，时间间隔t为10h≤t≤20h。
25.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，将15-75重量分数的含炭黑的人造石墨、15-75重量分数的无炭黑的人造石墨和15-35重量分数的粘结剂进行混合。
26.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，混合物中加入0-10重量分数的固体润滑剂。
27.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，混合物中加入0-1重量分数的摩擦添加物。
28.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，将无炭黑的人造石墨回收利用材料用作无炭黑的人造石墨。
29.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，将涡卷形石墨用作含炭黑的人造石墨。
30.接至少权利要求19所述的方法，其特征在于，将在溶剂中溶解的粉末树脂用作粘结剂。
31.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，将无溶剂的液体树脂用作粘结剂。
32.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，将一种合成塑料如环氧树脂或酚醛树脂用作粘结剂。
33.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，应用一种玻璃转化温度TG为50℃≤TG≤250℃的液体粘结剂。
34.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，应用一种室温时粘度V为10cp≤V≤6000cp的液体粘结剂。
35.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，应用一种电阻率W电阻率为40μΩm≤W电阻率≤3500μΩm的含炭黑的人造石墨。
36.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，应用一种电阻率W电阻率为W电阻率≤2500μΩm的含炭黑的人造石墨。
37.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，应用一种电阻率W电阻率为8μm≤W电阻率≤30μΩm的无炭黑的人造石墨。
38.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，应用一种粒度d50为20μm≤d50≤50μm的无炭黑的人造石墨。
39.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，应用一种粒度d50为20μm≤d50≤50μm的无炭黑的细粒人造石墨。
40.按至少权利要求19所述的方法，其特征在于，应用一种无炭黑的和/或含炭黑的人造石墨，它们的电阻率是均质的。
41.将按照上述权利要求中至少一项所述的树脂粘结的石墨材料应用作为连接触点材料、尤其是确定地用于一种炭刷和/或一种滑环。
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