一種用于制備機車牽引電機用碳刷的材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于制備機車牽引電機用碳刷的材料，包括軟質炭黑粉、噴霧炭黑、瀝青焦粉、石墨粉、造孔劑、定向助劑、改質瀝青和潤滑劑。采用本發(fā)明的材料制成的碳刷抗折強度高、換向性能好，并且允許通過的電流密度大，既適用于內(nèi)燃機車牽引電機又適用于電力機車牽引電機。
【專利說明】
-種用于制備機車牽引電機用碳刷的材料
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于機車技術領域，尤其涉及一種用于制備機車牽引電機用碳刷的材料。
【背景技術】
[0002] 碳刷的材料，是生產(chǎn)優(yōu)質碳刷的前提，鐵路機車牽引電機用碳刷，作為機車電機的 核心部件，歷來是碳刷生產(chǎn)企業(yè)的最重要研發(fā)點，各個國家老牌碳刷企業(yè)以自己獨特的材 料型號特性生產(chǎn)的碳刷，應用于各類牽引電機上。但現(xiàn)有的機車牽引電機用碳刷由于產(chǎn)品 性能不同，并不能適用于所有類型的機車牽引電機，給機車用戶帶來諸多不便。而我國的機 車牽引電機碳刷材料，幾乎仍沿用六十年代的工藝思維，幾十年來也沒有大的突破。
[0003] 機車牽引電機用碳刷材料分為兩大類：內(nèi)燃機車牽引電機用碳刷材料和電力機車 牽引電機用碳刷材料。
[0004] 由于動力來源不同，不同的機車牽引電機需要不同性能的碳刷材料與之相匹配： 內(nèi)燃機車牽引電機用碳刷材料，要求允許通過高密度電流（不低于16A/cm 2)，并具有一定的 換向性能，在不損害電機換向器的前提下，使用壽命越長越好；而電力機車牽引電機用碳刷 材料，則需要具備極好的換向性能，并允許通過較高的密度電流（不低于13A/cm 2)。
[0005] 為了達到高電流密度，又要避免碳刷在工作過程中溫升過高，通常采用電阻率中 等大?。?0-50 y QM)的材料來制備碳刷，但是其換向性能受到較大的限制；為了獲得良好 的換向性，又以犧牲工作電流密度為代價，采用電阻率較高（55-65 y QM)的材料來制備碳 刷，即使配制了良好的通風冷卻輔助系統(tǒng)，但碳刷的溫升并不容樂觀。通常換向能力和工作 電流是對立的，因為要提高換向能力就必須增加材料的電阻率（換向電阻），而電阻率的增 加，會導致碳刷溫度升高，工作電流受到嚴重限制。
[0006] 由于生產(chǎn)技術的制約，目前，無論是外國還是國內(nèi)市場上均沒有一種碳刷材料可 以同時適用于內(nèi)燃機車牽引電機與電力機車牽引電機。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術中的難題，提供一種用于制備機車牽引電機用碳刷 的材料，選用本發(fā)明的材料制備的碳刷不僅具有良好的換向性，而且允許通過高密度電流， 既可適用于內(nèi)燃機車牽引電機又適用于電力機車牽引電機。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于制備機車牽引電機用碳刷的材料，包括如 下原料：軟質炭黑粉、噴霧碳黑、瀝青焦粉、石墨粉、造孔劑、定向助劑、改質瀝青、潤滑劑； 其中，所述的制備機車牽引電機用碳刷包括：
[0009] 在加熱條件下，將軟質炭黑粉、噴霧碳黑、瀝青焦粉、石墨粉、造孔劑、定向助劑、改 質瀝青和潤滑劑進行混合擠壓處理，得到混合物料；
[0010] 將混合物料進行研磨處理，得到第一混合粉料；
[0011] 在加熱條件下，將第一混合粉料混勻后進行乳片處理，得到片狀物料；
[0012] 將片狀物料進行粉碎、研磨處理，得到第二混合粉料；
[0013] 將第二混合粉料混勻后壓制成碳刷壓坯；
[0014] 對碳刷壓坯依次進行焙燒處理、石墨化處理，即得。
[0015] 其中，所述軟質炭黑粉按照如下步驟制備而成：
[0016] 1-A)在加熱條件下，將乙炔炭黑和硬脂酸混合均勻，得到第一混合料；
[0017] 1-B)繼續(xù)在加熱條件下，向第一混合料中加入中溫瀝青、煤焦油，混合均勻，得到 第二混合料；
[0018] 1-C)將第二混合料壓制成料柱；
[0019] 1-D)將料柱依次進行焙燒處理、快速石墨化處理、破碎研磨處理，即得。
[0020] 其中，所述乙炔炭黑、硬質酸、中溫瀝青和煤焦油的重量份配比為：乙炔炭黑 95-105、硬脂酸0. 4-0. 6、中溫瀝青24-26、煤焦油24-26。
[0021] 特別是，所述乙炔炭黑、硬質酸、中溫瀝青和煤焦油的重量份配比為：乙炔炭黑 100、硬脂酸0. 5、中溫瀝青25、煤焦油25。
[0022] 尤其是，所述中溫瀝青的軟化點為80_84°C，固定碳含量為38-40%。
[0023] 其中，步驟1-A)中加熱的溫度為140-160°C，優(yōu)選為150°C;混合時間為15-25min， 優(yōu)選為20min ;
[0024] 其中，步驟1-B)中加熱的溫度為140-160°C，優(yōu)選為150°C;混合時間為50-70min， 優(yōu)選為60min。
[0025] 其中，還包括將步驟1-B)中制得的第二混合料自然冷卻至80°C后，再壓制成步驟 1-C)所述的料柱。
[0026] 其中，步驟1-C)中所述的壓制處理的壓力為5MPa。
[0027] 其中，步驟1-D)中所述焙燒處理的最高溫度為1200°C。
[0028] 其中，步驟1-D)中所述快速石墨化處理的最高溫度為2800°C。
[0029] 其中，步驟1-D)中所述破碎研磨處理包括如下步驟：
[0030] 將快速石墨化處理后的料柱用顎式破碎機破碎至10_以下，得到軟質炭黑小塊；
[0031] 將軟質炭黑小塊用雷蒙磨研磨至74 ym以下，得到軟質炭黑細粉；
[0032] 將軟質炭黑細粉用流化床氣流粉碎機研磨至16 y m，即得。
[0033] 其中，所述噴霧炭黑為灰分小于0. 2%的優(yōu)等品噴霧炭黑。
[0034] 其中，所述瀝青焦粉為針狀瀝青焦粉，其粒度為45 ym。
[0035] 其中，所述石墨粉為亞納米純化（天然）石墨粉，由天然隱晶石磨粉純化得到的粉 末粒度接近納米級的石墨粉，其粒度為10 ym。
[0036] 其中，所述造孔劑為淀粉、尿素、偶氮二甲酰胺或固體樹脂中的一種或多種，優(yōu)選 為淀粉。
[0037] 特別是，所述固體樹脂為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰胺樹脂、呋喃樹脂中的一種或 多種。
[0038] 本發(fā)明的造孔劑作用之一是調(diào)節(jié)碳刷材料的硬度，有利于碳刷與電機的匹配；作 用之二是在碳刷中形成孔隙，提高碳刷的換向性能。
[0039] 機車牽引電機均是大功率直流電機，由于機車的限制，電機難以在主磁極極靴上 裝設補償繞組，電機正負極換向片間的換向，主要由碳刷承擔。單純從碳刷角度來看換向 特點如下：換向時，正負極換向片的電流通過碳刷形成短路，如換向電阻不足以承受短路時 產(chǎn)生的電勢能，貝>J碳刷在移動到下一組換向片時，將釋放電勢能，并引起一定等級的火花； 超過一定等級，如
級以上，則有可見火花，超過2級，將產(chǎn)生有害火花，同時對電機形成 傷害。碳刷中形成的空隙，可以吸收部分電勢能，使同樣工作狀態(tài)下的電機火花等級降低 1/4-1/2 級。
[0040] 其中，所述定向助劑為氮化硼、二氧化鈦、氟化石墨、瀝青預氧絲、碳纖維、石墨纖 維或類石墨烯中的一種或多種，優(yōu)選為瀝青預氧絲。
[0041] 特別是，所述瀝青預氧絲是由瀝青紡絲經(jīng)不熔化處理及氧化處理得到的預氧絲， 再經(jīng)短切磨粉制備而成，其長度約為74 ii m。
[0042] 特別是，所述類石墨烯是由天然石墨粉依次通過高倍膨脹、氣流粉碎制得的粉末， 其性能接近于石墨烯。
[0043] 本發(fā)明的定向助劑可以提高碳刷的耐磨性和取向性。
[0044] 本發(fā)明添加的定向助劑，在碳刷壓坯成型時，由于自身的形貌特征，在高成型壓力 下，選擇性取向增強一一平行于壓型方向的電阻率明顯高于垂直于壓型方向的電阻率，獲 得不同的性能。加工碳刷時按一定的方向，有利于碳刷材料在導電方向獲得較小的電阻率， 以允許通過高的電流密度；而在碳刷換向方向獲得較大的電阻率，可有效減少換向時的電 勢能產(chǎn)生，從而獲得優(yōu)良的換向性能。
[0045] 其中，所述的潤滑劑為硬脂酸、硬脂酸金屬鹽、鄰苯二甲酸酯類、高分子復合酯中 的一種或多種。
[0046] 特別是，所述硬脂酸金屬鹽為硬脂酸鈣、硬脂酸鎂、硬脂酸鋅、硬脂酸鋇中的一種 或多種。
[0047] 特別是，所述鄰苯二甲酸酯類為鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲 酸二異辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯中的一種或多種。
[0048] 特別是，所述高分子復合酯是由多元醇、二元羧酸、高級脂肪酸經(jīng)酯化縮合、皂化 過程得到的復合酯。
[0049] 尤其是，所述高分子復合酯為G32-1或GH-104。
[0050] 本發(fā)明的潤滑劑協(xié)同定向助劑，在同樣成型壓力下有利于碳刷成型時獲得取向性 更明顯的碳刷生坯，并獲得性能更均勻的碳刷生坯。
[0051] 其中，所述改質瀝青的軟化點為102-108°C，固定碳含量為60-62%。
[0052] 其中，所述軟質炭黑粉、噴霧碳黑、瀝青焦粉、石墨粉、造孔劑、定向助劑、改質瀝青 和潤滑劑的重量份配比為：軟質炭黑45-60、噴霧碳黑5-15、瀝青焦粉8-15、石墨粉3-8、造 孔劑0. 1-3. 0、助定向助劑0. 5-3. 0、改質瀝青30-33、潤滑劑0. 3-1. 0。
[0053] 其中，所述將軟質炭黑粉、噴霧碳黑、瀝青焦粉、石墨粉、造孔劑、定向助劑、改質瀝 青和潤滑劑進行混合擠壓處理處理的溫度為190-2KTC。
[0054] 其中，所述第一混合粉料的粒度為48 y m。
[0055] 其中，所述的第一混合粉料的混合包括：
[0056] 向預熱至150-160°C的雙槳混合機中加入第一混合粉料，持續(xù)升溫并混合60-80 分鐘，待溫度升至190°C時恒溫混合20分鐘以上。
[0057] 其中，所述的乳片處理的溫度為150_170°C，所述片狀物料的厚度彡1. 5mm。
[0058] 其中，所述的第二混合粉料的粒度為74 ym。
[0059] 其中，所述的第二混合粉料混合時間為110-130分鐘，優(yōu)選為120分鐘。
[0060] 其中，所述的壓制碳刷壓坯的壓力為17_19MPa，優(yōu)選為18MPa。
[0061] 較高的成型壓力有利于碳刷材料組成取向，提高各向異性，并使碳刷材料的性能 更均勻，抗折強度更高，達到提高換向能力、增加耐磨性能的效果。
[0062] 其中，所述焙燒處理包括如下步驟：
[0063] 在不銹鋼坩堝底部鋪上厚度為100±5mm的瀝青焦粒，其中，所述瀝青膠粒的粒徑 為 2~4mm ；
[0064] 將碳刷壓坯整齊放置在不銹鋼坩堝中；
[0065] 將碳刷壓坯四周填充上厚度為30-50mm的瀝青焦粒，振實，在不銹鋼坩堝頂部蓋 上碳板，填充厚度不少于150mm的瀝青焦粒；
[0066] 將填充好的不銹鋼坩堝置于焙燒爐中，在隔絕空氣氣氛進行焙燒處理。
[0067] 其中，所述焙燒處理的最高溫度為1200°C。
[0068] 其中，所述石墨化處理包括如下步驟：
[0069] 將干燥的炭黑鋪裝在石墨化爐底部，壓實，其中，所述鋪裝炭黑的厚度不低于 500mm ；
[0070] 將焙燒后的碳刷壓坯整齊排列在石墨化爐中，其中，焙燒后的碳刷壓坯之間的間 隔為3± 1暈米；
[0071] 將瀝青焦粒填充在焙燒后的碳刷壓坯之間和四周；
[0072] 將炭黑填充在最外四周；
[0073] 將石墨化爐升溫對焙燒后的碳刷壓坯進行石墨化處理。
[0074] 其中，所述石墨化處理的最高溫度為2600-2800°C。
[0075] 本發(fā)明石墨化處理過程中采用瀝青焦粒填充的目的是為了增加碳刷壓坯石墨化 過程中的導電點，使碳刷材料能夠均勻通過電流，達到等流場的功效；最外層采用炭黑填充 的目的是利用碳黑的保溫絕熱性能和極好的絕緣性能，有利于石墨化過程中的絕緣、保溫， 使碳刷材料石墨化達到2800°C順利進行。
[0076] 本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點：
[0077] 1、本發(fā)明的機車牽引電機用碳刷材料采用軟質炭黑為主要原料，輔以噴霧碳黑、 進口針狀瀝青焦，并添加利于定向及耐磨組分，用改質瀝青為粘結劑，通過雙螺旋擠壓混 合、流化床氣流磨粉機研磨，再混合、乳片、破碎、研磨等工藝，最大限度的保證材料結構的 均勻一致。
[0078] 2、本發(fā)明的機車牽引電機用碳刷材料在配方中加入同碳親和性強、具有定向、提 高材料的導電能力及改善碳刷換向性能的定向助劑以及培養(yǎng)材料氣孔率、平衡材料硬度的 造孔劑，使成品碳刷滿足機車牽引電機用碳刷的各項要求。
[0079] 3、采用本發(fā)明的碳刷材料生產(chǎn)的碳刷通過采用雙螺旋擠壓混合、流化床粉碎、瀝 青焦粒為填料進行石墨化處理等工藝，使碳刷材料的整體均勻性、抗折強度得以大幅提高， 有利于在振動工況下使用。
[0080] 4、采用本發(fā)明的碳刷材料生產(chǎn)的碳刷成型壓力高達18MPa，輔以造孔劑及定向助 劑，既有利于碳刷的高電流，又提高了碳刷的換向等級，解決了高換向性能與高工作電流之 間的矛盾，可以有效提高碳刷的換向能力，換向電阻率達到68-71 y M，同時工作電流密 度可達18A/cm2以上。
[0081] 5、采用本發(fā)明的碳刷材料生產(chǎn)的碳刷如果不做任何后處理，其使用壽命可達 1. 28_/萬機車公里，是常規(guī)的機車牽引電機用碳刷使用壽命的兩倍，同時極大的改善了電 機表面狀態(tài)；經(jīng)后處理工藝后，使用壽命將再提高60%以上。
[0082] 6、采用本發(fā)明的碳刷材料制備的碳刷，具有導電方向電阻率較低，而換向電阻較 大的特點，既可適用于內(nèi)燃機車牽引電機又可適用于電力機車牽引電機。
【具體實施方式】
[0083] 下面結合具體實施例來進一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點和特點將會隨著描述而 更為清楚。但這些實施例僅是范例性的，并不對本發(fā)明的范圍構成任何限制。本領域技術 人員應該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可以對本發(fā)明技術方案的細節(jié)和形式 進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0084] 實施例1
[0085] 1?制備軟質炭黑粉
[0086] 1-A)按照如下重量配比備料（kg):
[0087] 乙炔炭黑100 硬脂酸 5 中溫浙青25 煤焦油 25
[0088] 1-B)向預熱至150°C的雙槳混合鍋中加入乙炔炭黑和硬脂酸，閉蓋混合20分鐘， 然后加入中溫瀝青和煤焦油，閉蓋混合60分鐘，關閉電源，得到混合物料。
[0089] 1-C)將混合物料取出，自然冷卻至80°C后，壓制成料柱；其中，壓制處理的壓力為 5MPa〇
[0090] 1-D)將料柱置于焙燒爐中，隔絕空氣焙燒，最高溫度1200°C保溫10小時，焙燒曲 線288小時；冷卻出爐后將焙燒后的料柱裝入石墨化爐中，以瀝青焦粒為填料，通電快速石 墨化（可自由升溫），最高溫度2800°C下處理保持4小時。
[0091] 1-E)將石墨化處理后的料柱用顎式破碎機破碎至10_以下，接著放入雷蒙磨中 研磨至74 ym，最后通過流化床氣流粉碎機（昆山密友超微氣流粉碎機有限公司）磨至 16 u m〇
[0092] 2、制備碳刷坯料
[0093] 2-A)按照如下重量配比準備原料（kg):
[0094] 軟質炭黑粉54.9 噴霧碳黑 10 針狀瀝青焦粉9 石墨粉 3 淀粉 2 瀝青預氧絲0:.S 硬脂酸 〇. 5 改質瀝青 3L §
[0095] 2-B)混合擠壓處理
[0096] 將雙螺旋擠壓混合機（南京科爾克擠出裝備有限公司）料腔的第二段-第九段預 熱至120°C，將步驟2-A)中的原料勻速加入到雙螺旋擠壓混合機的第一段料腔中，繼續(xù)升 溫至190°C并進行混合擠壓處理，得到混合物料；
[0097] 2-C)第一次研磨處理
[0098] 將混合物料置于雷蒙磨中磨粉至74 ym，接著放入流化床氣流粉碎機中磨粉至 48 y m〇
[0099] 2-D)混合，乳片
[0100] 將雙槳混合機預熱至150°c，將粉碎至48 ii m的混合物料投入雙槳混合機中，閉蓋 繼續(xù)升溫并混合60分鐘，待溫度達到190°C時，再維持溫度混合20分鐘，然后關閉電源；取 出混合物料，在預熱乳輥溫度150_170°C的煉膠機上，連續(xù)進行三次乳片處理，料片厚度小 于 1. 5mm 〇
[0101] 2-E)第二次研磨處理
[0102] 將步驟2-D)制得的料片投入破碎機中，破碎至15mm以下，然后加入到雷蒙磨中研 磨成粒徑為74 y m的粉末。
[0103] 2-F)混均，模壓
[0104] 將上述粉末加入到雙螺旋錐形混合機中混均120分鐘后，通過帶有強磁性的出料 口排出，制得壓型粉；
[0105] 將壓型粉裝入124mmX 142mm的浮動模中，置于315噸四柱液壓機上進行雙向壓 制，制得碳刷生坯料，其中，壓制的壓力為17MPa。
[0106] 2-G)焙燒處理
[0107] 在不銹鋼坩堝底部鋪上厚度為100±5mm的瀝青焦粒，其中，所述瀝青焦粒的粒徑 為 2~4mm ；
[0108] 將碳刷生坯料整齊放置在不銹鋼坩堝中；
[0109] 將碳刷生坯料四周填充上厚度為30-50mm的瀝青焦粒，振實，在不銹鋼坩堝頂部 蓋上碳板，填充厚度不少于150_的瀝青焦粒，防止碳刷生坯料在焙燒時氧化；
[0110] 將填充好的不銹鋼坩堝置于焙燒爐中，隔絕空氣進行無氧燒結，得到焙燒坯料，其 中，在最高溫度1200°c條件下保溫5小時。
[0111] 2-H)石墨化處理
[0112] 將干燥的炭黑鋪裝在石墨化爐底部，壓實，其中，所述鋪裝炭黑的厚度不低于 500mm ；
[0113] 將焙燒坯料整齊排列在石墨化爐中，其中，焙燒坯料之間的間隔為3± 1毫米；
[0114] 將瀝青焦粒填充在焙燒后的碳刷壓坯之間和四周；
[0115] 將炭黑填充在最外四周；
[0116] 開啟石墨化爐電源，采用低電壓、大電流的升溫工藝對焙燒坯料進行石墨化處理， 即得。
[0117] 其中，石墨化處理的最高溫度為2800°C，在此溫度下保溫4小時。
[0118] 本發(fā)明的石墨化爐采用高頻開關電源，一次電壓380V，輸出二次電壓30-70V、電 流10000A，石墨化過程可以得到精準控制，大大降低能源及環(huán)境成本，且有利于碳刷材料性 能的穩(wěn)定、提尚。
[0119] 對制得的碳刷坯料，按照《JB/T 8133. 1-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第 1部分：試樣加工技術規(guī)定》加工成l〇_X 10_X 64mm試樣及12. 5_X 25_X 40mm的碳 屆IJ，并按照《JB/T8133. 2-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第2部分：電阻率》、《JB/ T8133. 3-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第3部分：洛氏硬度》、《JB/T8133. 7-2013電 炭制品物理化學性能試驗方法第7部分：抗折強度》、《JB/T8133. 14-2013電炭制品物理化 學性能試驗方法第14部分：體積密度》、《JB/T8155-2001電機用電刷運行性能試驗方法》進 行性能測試，測試結果見表1。
[0120] 實施例2
[0121] 1.制備軟質炭黑粉
[0122] 除了步驟1-A)按照如下重量配比備料（kg):
[0123] 乙炔炭黑95 硬脂酸0.4 中溫瀝青24 煤焦油24之外，其余與實施例1相苘。
[0124] 2、制備碳刷坯料
[0125] 2-A)按照如下重量配比準備原料（kg):
[0126] 軟質炭黑粉54 噴霧碳黑 15 針狀瀝青焦粉15 石墨粉 8 尿素 1. _0: 二氧化鈦 氣5 硬脂酸鈣 d 5 改質瀝青 33
[0127] 2-B)混合擠壓處理
[0128] 將雙螺旋擠壓混合機料腔的第二段-第九段預熱至110°C，將步驟2-A)中的原料 勻速加入到雙螺旋擠壓混合機的第一段料腔中，繼續(xù)升溫至200°C并進行混合擠壓處理，得 到混合物料；
[0129] 2-C)第一次研磨處理
[0130] 將混合物料置于雷蒙磨中磨粉至74 ym，接著放入流化床氣流粉碎機中磨粉至 48 u m〇
[0131] 2-D)混合，乳片
[0132] 將雙槳混合機預熱至155°C，將粉碎至48 y m的混合物料投入雙槳混合機中，閉蓋 繼續(xù)升溫并混合80分鐘，待溫度達到190°C時，再恒溫混合25分鐘，然后關閉電源，取出 混合物料，在預熱乳輥溫度150-170°C的煉膠機上，連續(xù)進行三次乳片處理，料片厚度小于 1. 5mm〇
[0133] 2-E)第二次研磨處理
[0134] 將步驟2-D)制得的料片投入破碎機中，破碎至15_以下，然后加入到雷蒙磨中研 磨成粒徑為74 y m的粉末。
[0135] 2-F)混均，模壓
[0136] 將上述粉末加入到雙螺旋錐形混合機中混均110分鐘，然后通過帶有強磁性的出 料口排出，制得壓型粉；
[0137] 將壓型粉裝入124mmX 142mm的浮動模中，置于315噸四柱液壓機上進行雙向壓 制，制得碳刷生坯料，其中，壓制的壓力為18MPa。
[0138] 2-G)焙燒處理與實施例1相同。
[0139] 2-H)石墨化處理與實施例1相同。
[0140] 對制得的碳刷坯料，按照《JB/T 8133. 1-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第 1部分：試樣加工技術規(guī)定》加工成l〇_X 10_X 64mm試樣及12. 5_X 25_X 40mm的碳 屆IJ，并按照《JB/T8133. 2-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第2部分：電阻率》、《JB/ T8133. 3-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第3部分：洛氏硬度》、《JB/T8133. 7-2013電 炭制品物理化學性能試驗方法第7部分：抗折強度》、《JB/T8133. 14-2013電炭制品物理化 學性能試驗方法第14部分：體積密度》、《JB/T8155-2001電機用電刷運行性能試驗方法》進 行性能測試，測試結果見表1。
[0141] 實施例3
[0142] 1.制備軟質炭黑粉
[0143] 除了步驟1-A)按照如下重量配比備料（kg):
[0144] 乙塊炭黑105 硬脂酸〇. 6 中溫瀝青26
[0145] 煤焦油26之外，其余與實施例1相同。
[0146] 2、制備碳刷坯料
[0147] 2-A)按照如下重量配比準備原料（kg):
[0148] 軟質炭黑粉 56 噴霧炭黑 1Q 針狀浙青焦粉W 石墨粉 5 偶氮二甲酰胺0-J. 氟化石墨 0. 2: 鄰苯二甲酸酯1.0 改質瀝青31
[0149] 2-B)混合擠壓處理
[0150] 將雙螺旋擠壓混合機料腔的第二段_第九段預熱至130°C，將步驟2-A)中的原料 勻速加入到雙螺旋擠壓混合機的第一段料腔中，繼續(xù)升溫至210°C并進行混合擠壓處理，得 到混合物料；
[0151] 2-C)第一次研磨處理
[0152] 將混合物料置于雷蒙磨中磨粉至74 ym，接著放入流化床氣流粉碎機中磨粉至 48 u m〇
[0153] 2-D)混合，乳片
[0154] 將雙槳混合機預熱至160°C，將研磨至48 y m的混合物料投入雙槳混合機中，蓋上 蓋子繼續(xù)升溫并混合70分鐘，待溫度達到190°C時，再維持溫度混合30分鐘，然后關閉電 源，取出混合物料，在預熱乳輥溫度150-170°C的煉膠機上，連續(xù)進行三次乳片處理，料片厚 度小于1. 5mm。
[0155] 2-E)第二次研磨處理
[0156] 將步驟2-D)制得的料片投入破碎機中，破碎至15mm以下，然后加入到雷蒙磨中研 磨成粒徑為74 y m的粉末。
[0157] 2-F)混合，模壓
[0158] 將上述粉末加入到雙螺旋錐形混合機中混合130分鐘，然后通過帶有強磁性的出 料口排出，制得壓型粉；
[0159] 將壓型粉裝入124mmX 142mm的浮動模中，置于315噸四柱液壓機上進行雙向壓 制，制得壓坯，其中，壓制的壓力為19MPa。
[0160] 2-G)焙燒處理與實施例1相同。
[0161] 2-H)石墨化處理與實施例1相同。
[0162] 對制得的碳刷坯料，按照《JB/T 8133. 1-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第 1部分：試樣加工技術規(guī)定》加工成l〇_X 10_X 64mm試樣及12. 5_X 25_X 40mm的碳 屆IJ，并按照《JB/T8133. 2-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第2部分：電阻率》、《JB/ T8133. 3-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第3部分：洛氏硬度》、《JB/T8133. 7-2013電 炭制品物理化學性能試驗方法第7部分：抗折強度》、《JB/T8133. 14-2013電炭制品物理化 學性能試驗方法第14部分：體積密度》、《JB/T8155-2001電機用電刷運行性能試驗方法》進 行性能測試，測試結果見表1。
[0163] 實施例4
[0164] 除了制備碳刷坯料的步驟2-A)按照如下重量配比準備原料（kg):軟質炭黑粉45 ; 噴霧炭黑8 ;針狀瀝青焦粉8 ;石墨粉3 ;偶氮二甲酰胺0. 1 ;瀝青預氧絲0. 5 ;硬脂酸鈣0. 3 ; 改質瀝青32之外，其余與實施例1相同。
[0165] 對制得的碳刷坯料，按照《JB/T 8133. 1-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第 1部分：試樣加工技術規(guī)定》加工成l〇_X 10_X 64mm試樣及12. 5_X 25_X 40mm的碳 屆IJ，并按照《JB/T8133. 2-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第2部分：電阻率》、《JB/ T8133. 3-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第3部分：洛氏硬度》、《JB/T8133. 7-2013電 炭制品物理化學性能試驗方法第7部分：抗折強度》、《JB/T8133. 14-2013電炭制品物理化 學性能試驗方法第14部分：體積密度》、《JB/T8155-2001電機用電刷運行性能試驗方法》進 行性能測試，測試結果見表1。
[0166] 實施例5
[0167] 除了制備碳刷坯料的步驟2-A)按照如下重量配比準備原料（kg):軟質炭黑粉60 ; 噴霧炭黑6 ;針狀瀝青焦粉8 ;石墨粉3 ;固體樹脂1. 0 ;類石墨烯0. 2 ;鄰苯二甲酸二丁酯 1. 〇 ;改質瀝青32之外，其余與實施例2相同。
[0168] 對制得的碳刷坯料，按照《JB/T 8133. 1-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第 1部分：試樣加工技術規(guī)定》加工成l〇_X 10_X 64mm試樣及12. 5_X 25_X 40mm的碳 屆IJ，并按照《JB/T8133. 2-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第2部分：電阻率》、《JB/ T8133. 3-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第3部分：洛氏硬度》、《JB/T8133. 7-2013電 炭制品物理化學性能試驗方法第7部分：抗折強度》、《JB/T8133. 14-2013電炭制品物理化 學性能試驗方法第14部分：體積密度》、《JB/T8155-2001電機用電刷運行性能試驗方法》進 行性能測試，測試結果見表1。
[0169] 實施例6
[0170] 除了制備碳刷坯料的步驟2-A)按照如下重量配比準備原料（kg):軟質炭黑粉60 ; 噴霧炭黑5 ;針狀瀝青焦粉8 ;石墨粉5 ;淀粉3 ;碳纖維3 ;高分子復合酯（G32-1) 1. 0 ;改質 瀝青30之外，其余與實施例3相同。
[0171 ] 對制得的碳刷坯料，按照《JB/T 8133. 1-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第 1部分：試樣加工技術規(guī)定》加工成l〇_X 10_X 64mm試樣及12. 5_X 25_X 40mm的碳 屆IJ，并按照《JB/T8133. 2-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第2部分：電阻率》、《JB/ T8133. 3-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第3部分：洛氏硬度》、《JB/T8133. 7-2013電 炭制品物理化學性能試驗方法第7部分：抗折強度》、《JB/T8133. 14-2013電炭制品物理化 學性能試驗方法第14部分：體積密度》、《JB/T8155-2001電機用電刷運行性能試驗方法》進 行性能測試，測試結果見表1。
[0172] 對照例
[0173] 采用傳統(tǒng)的牽引電機生產(chǎn)配方和工藝制備碳刷材料
[0174] 1、按照如下重量配比準備原料（kg):
[0175] 炭黑一階段料52 噴霧炭黑 15 電碳石墨 1.5 中溫瀝青 31. 5
[0176] 其中，所述炭黑一階段料由乙炔炭黑/噴霧炭黑與中溫瀝青及煤焦油/蒽油的混 合料，經(jīng)焙燒、破碎、磨粉制得，是常規(guī)生產(chǎn)時用的原材料。
[0177] 其中，所述電碳石墨是指含碳量94/95 %的鱗片石墨粉。
[0178] 2)物料混合、乳片
[0179] 將混合機預熱至120°C以上，依次向混合機中投入噴霧碳黑、炭黑一階段料、電碳 石墨后，蓋上蓋子，繼續(xù)升溫并混合30分鐘；接著向混合機中均勻加入中溫瀝青，蓋上蓋 子，繼續(xù)升溫并混合45分鐘，待料溫達到165°C后，繼續(xù)閉蓋恒溫混合60分鐘，關閉電源，取 出混合物料；在預熱乳輥溫度140_150°C的煉膠機上，連續(xù)進行三次乳片處理，料片厚度小 于 2mm〇
[0180] 3)粉碎
[0181] 將步驟2)制得的混合物料片破碎，置于萬能磨粉機中研磨成粒度為74 ym的粉 料。
[0182] 4)模壓
[0183] 將粉料裝入124mmX 142mm的浮動模中，置于315噸四柱液壓機內(nèi)進行壓制，制得 生坯，其中，壓制成型壓力為14MPa。
[0184] 5)焙燒、石墨化
[0185] 將壓坯裝入不銹鋼坩堝中，填充石英砂填料，振實，隔絕空氣進行無氧燒結，其中， 最高焙燒溫度為1200°C，在此溫度下保溫5小時。
[0186] 將焙燒后的壓坯裝入石墨化爐中，焙燒坯料四周用炭黑填充，進行石墨化處理，即 得。其中，石墨化處理最高溫度為2600-2800°C，在此溫度下保持4小時，。
[0187] 對制得的碳刷坯料，按照《JB/T 8133. 1-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第 1部分：試樣加工技術規(guī)定》加工成l〇_X 10_X 64mm試樣及12. 5_X 25_X 40mm的碳 屆IJ，并按照《JB/T8133. 2-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第2部分：電阻率》、《JB/ T8133. 3-2013電炭制品物理化學性能試驗方法第3部分：洛氏硬度》、《JB/T8133. 7-2013電 炭制品物理化學性能試驗方法第7部分：抗折強度》、《JB/T8133. 14-2013電炭制品物理化 學性能試驗方法第14部分：體積密度》、《JB/T8155-2001電機用電刷運行性能試驗方法》進 行性能測試，測試結果見表1。
[0188] 表1產(chǎn)品性能檢測結果
[0191] 表1的檢測結果表明，采用本發(fā)明碳刷材料制備的機車牽引電機用碳刷，電 阻率為48-54y Q.m;抗折強度彡25MPa;換向/導電異性比為1.35-1.42 ;50H磨損率 ^ 0. 050mm〇
【主權項】
1. 一種用于制備機車牽引電機用碳刷的材料，其特征在于，包括如下原料：軟質炭黑 粉、噴霧碳黑、瀝青焦粉、石墨粉、造孔劑、定向助劑、改質瀝青、潤滑劑； 其中，所述的制備機車牽引電機用碳刷包括： 在加熱條件下，將軟質炭黑粉、噴霧碳黑、瀝青焦粉、石墨粉、造孔劑、定向助劑、改質瀝 青和潤滑劑進行混合擠壓處理，得到混合物料； 將混合物料進行研磨處理，得到第一混合粉料； 在加熱條件下，將第一混合粉料混勻后進行乳片處理，得到片狀物料； 將片狀物料進行粉碎、研磨處理，得到第二混合粉料； 將第二混合粉料混勻后壓制成碳刷壓坯； 對碳刷壓坯依次進行焙燒處理、石墨化處理，即得。2. 根據(jù)權利要求1所述的材料，其特征在于，所述軟質炭黑粉按照如下步驟制備而成： 1-A)在加熱條件下，將乙炔炭黑和硬脂酸混合均勻，得到第一混合料； 1-B)繼續(xù)在加熱條件下，向第一混合料中加入中溫瀝青、煤焦油，混合均勻，得到第二 混合料； 1-C)將第二混合料壓制成料柱； 1-D)將料柱依次進行焙燒處理、快速石墨化處理、粉碎研磨處理，即得。3. 根據(jù)權利要求2所述的材料，其特征在于，所述乙炔炭黑、硬質酸、中溫瀝青和煤焦 油的重量份配比為：乙炔炭黑95-105、硬脂酸0. 4-0. 6、中溫瀝青24-26、煤焦油24-26。4. 根據(jù)權利要求1所述的材料，其特征在于，所述造孔劑為淀粉、尿素、偶氮二甲酰胺 或固體樹脂中的一種或多種。5. 根據(jù)權利要求1所述的材料，其特征在于，所述定向助劑為氮化硼、二氧化鈦、氟化 石墨、瀝青預氧絲、碳纖維、石墨纖維或類石墨烯中的一種或多種。6. 根據(jù)權利要求1所述的材料，其特征在于，所述潤滑劑為硬脂酸、硬脂酸金屬鹽、鄰 苯二甲酸酯類、高分子復合酯中的一種或多種。7. 根據(jù)權利要求1所述的材料，其特征在于，所述瀝青焦粉為針狀瀝青焦粉，其粒度為 45 μ m〇8. 根據(jù)權利要求1所述的材料，其特征在于，所述軟質炭黑粉、噴霧炭黑、瀝青焦粉、石 墨粉、造孔劑、定向助劑、改質瀝青和潤滑劑的重量份配比為：軟質炭黑粉45-60、噴霧炭黑 5-15、瀝青焦粉8-15、石墨粉3-8、造孔劑0. 1-3. 0、定向助劑0. 2-3. 0、改質瀝青30-33、潤滑 劑 0· 3-1. 0〇9. 根據(jù)權利要求1所述的材料，其特征在于，所述第一混合粉料的粒度為48 μ m ;所述 的第二混合粉料的粒度為74 μ m。10. 根據(jù)權利要求1所述的材料，其特征在于，所述壓制成碳刷壓坯的壓力為 17-19MPa〇
【文檔編號】C01B31/04GK106032328SQ201510117849
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月18日
【發(fā)明人】顧志平, 朱約輝, 易文斌
【申請人】蘇州東南電碳科技有限公司