專利名稱：樹脂粘結(jié)的石墨材料,制造一種樹脂粘結(jié)的石墨材料的方法以及這種材料的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尤其是確定地用作為電觸點(diǎn)的樹脂粘結(jié)的石墨材料。此外本發(fā)明還涉及一種用于制造一種尤其是作為電觸點(diǎn)材料的樹脂粘結(jié)的石墨材料的方法。最后本發(fā)明涉及到一種樹脂粘結(jié)的石墨材料的應(yīng)用。
樹脂粘結(jié)的石墨材料、碳-石墨材料、人造石墨或者具有金屬添加物如銅和銀的石墨都應(yīng)用于炭刷，尤其是小炭刷，因而只是列舉一些例子。尤其是碳-石墨材料都使用在家用電器的通用式電動(dòng)機(jī)中，因?yàn)檫@些電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是可以多方面應(yīng)用于解決特殊問題。其特點(diǎn)還有換向良好、無線電干擾小、壽命長還可以使用在機(jī)械和電氣負(fù)荷大的場合。由于應(yīng)用了盡可能高電阻的炭刷材料就可以限制短路電流，并提高了干擾源的內(nèi)阻。相應(yīng)的碳-石墨材料的電阻率≤2400μΩm(見數(shù)據(jù)文件“松克(schunk)碳技術(shù)公司，炭刷，材料物理參數(shù)，L-材料碳-石墨，13.14/01.99”)。
盡管以前用了高電阻的炭刷材料，但是另外還必須浸漬炭刷，以便除了改善其機(jī)械運(yùn)行性能外降低在炭刷壽命期間的無線電干擾。同時(shí)還集成有抗干擾元件如扼流圈或者線圈。
本發(fā)明的任務(wù)是改進(jìn)開頭所述類型的一種樹脂粘結(jié)的石墨材料，從而在用作為電觸點(diǎn)時(shí)排除無線電干擾或者幾乎排除掉，而原則上不需要其它的措施如浸漬等。
按照本發(fā)明這個(gè)問題通過一種樹脂粘結(jié)的石墨材料基本上按如下方法解決樹脂粘結(jié)的石墨材料由一種硬化的混合物制成，其中包括含炭黑的人造石墨-其炭黑含量質(zhì)量百分比RG≥30％、無炭黑的人造石墨以及粘結(jié)劑，該混合物的電阻率為W電阻率≥3500μΩm。此時(shí)混合物可能附加有至少一種添加料如固體潤滑劑，例如為MoS2或WS2和/或一種磨損添加劑如SiC和/或Al2O3。
對于無炭黑的人造石墨來說尤其是指一種無炭黑的人造石墨-回收利用材料。例如渦卷形石墨(Kartuschengraphit)可以用作含炭黑的人造石墨。
與此無關(guān)，每種初始產(chǎn)品都應(yīng)該是一種無炭黑的或者含有炭黑的原材料，它用粘結(jié)劑混合并然后加熱、石墨化和磨碎。
此外還規(guī)定，含炭黑的人造石墨的電阻率為3500μΩm＞W(wǎng)電阻率≥40μΩm。
除此之外，所述人造石墨初始物質(zhì)應(yīng)該是各向同性的，也就是說其電阻率與方向無關(guān)。
無論是含炭黑的人造石墨還是無炭黑的人造石墨其顆粒大小d50應(yīng)為20μm≤d50≤40μm。參數(shù)d50在這里表示了50％的磨碎的原料通過一個(gè)給定網(wǎng)孔大小的篩子而落下。
作為粘結(jié)劑尤其使用一種人造的粉末樹脂如人造的塑料，特別是熱固性塑料。對于粘結(jié)劑來說主要指一種溶解在溶劑里的粉末樹脂或者一種無溶劑的液態(tài)樹脂。
此外一種液體樹脂和/或溶解在溶劑里的粉末樹脂形式的粘結(jié)劑的玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Glasumwandlungstemperatur)TG為50°≤TG≤250℃。作為這種樹脂的另一個(gè)特征參數(shù)是它的室溫時(shí)的粘度V為10cp≤V≤6000cp。
混合物本身具有15-75重量分?jǐn)?shù)(Gewichtsanteil)的含炭黑的人造石墨、15-75重量分?jǐn)?shù)的無炭黑的人造石墨、0-10重量分?jǐn)?shù)的固體潤滑劑、0-1重量分?jǐn)?shù)的磨擦添加劑，其中將15-35重量分?jǐn)?shù)的粘結(jié)劑添加到固體材料中。
必須說明，在給出的重量分?jǐn)?shù)時(shí)原料、也就是無炭黑的和含炭黑的人造石墨以及必要時(shí)存在的添加劑總共為100重量分?jǐn)?shù)，那么相對于原料的100重量分?jǐn)?shù)而言向所述總重量分?jǐn)?shù)中添加15-35重量分?jǐn)?shù)的粘結(jié)劑。
由于按本發(fā)明的混合物由含炭黑的人造石墨、無炭黑的細(xì)粒人造石墨、尤其如人造石墨-回收利用材料以及液體粘結(jié)劑組成，因而樹脂粘結(jié)的石墨材料的電阻率Wspez＞3500μΩm，尤其是直至10000μΩm或更多。因此幾乎可以是一種絕緣體，但不會(huì)對導(dǎo)電性能有不利影響。因而在無線電干擾性能方向尤其有優(yōu)點(diǎn)，這樣就不必使用昂貴的抗干擾元件如扼流圈或線圈。同樣也不需要使材料進(jìn)行浸漬，而這種浸漬按照至少目前的現(xiàn)有技術(shù)是必要的。這種材料使用在小功率(＜400w)時(shí)并最好為220-250v的電壓，以便使電流保持較小。在該功率范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)在炭刷上不會(huì)產(chǎn)生比傳統(tǒng)材料中更高的溫度。同樣炭刷的壽命和磨損都可以與通常的材料時(shí)相比較。
一種用于制造一種尤其用作電觸點(diǎn)材料的樹脂粘結(jié)的石墨材料的方法的特征基本在于工藝步驟-使炭黑含量質(zhì)量百分比RG＞30％的含炭黑的人造石墨、電阻率為W電阻率(8μΩm≤W電阻率≤30μΩm)的無炭黑的細(xì)粒人造石墨和一種液體粘結(jié)劑在溫度為T1時(shí)進(jìn)行混合；-將混合物磨碎；-將磨碎的混合物壓成一種擠壓件；-接著硬化。
尤其使含有炭黑的人造石墨、無炭黑的細(xì)粒人造石墨和液體粘結(jié)劑如液體樹脂在室溫時(shí)混合。這樣制成的混合物然后磨碎，其顆粒大小d50為50μm≤d50≤150μm。接著對磨碎的混合物施加比壓為1.000和2.000kg/cm2之間的壓力。擠壓件然后可以經(jīng)過時(shí)間t(10小時(shí)≤t≤20小時(shí))在一個(gè)終結(jié)溫度T下(180℃≤T≤250≤℃)進(jìn)行硬化。
如果重量分?jǐn)?shù)為15-75的含炭黑的人造石墨、重量分?jǐn)?shù)為15-75的無炭黑的細(xì)粒人造石墨和重量分?jǐn)?shù)為15-35的粘結(jié)劑混合的話，其中混合物主要添加有重量分?jǐn)?shù)為0-10的固體潤滑劑和/或重量分?jǐn)?shù)為0-1的磨擦添加劑，那么按本發(fā)明的樹脂粘結(jié)的石墨材料就具有高的電阻率。
無炭黑的人造石墨回收利用材料可以用作無炭黑的人造石墨和/或者渦卷形石墨可作為含炭黑的人造石墨。溶解在溶劑中的粉末樹脂以及無溶劑的液體樹脂都可以用作為粘結(jié)劑，其中應(yīng)該使用這樣一種以合成的塑料如環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂為基的制劑作為粘結(jié)劑。當(dāng)應(yīng)用液體粘結(jié)劑時(shí)其玻璃轉(zhuǎn)化溫度TG為50℃≤TG≤250℃，和/或在室溫時(shí)粘度V為10cp≤V≤6000cp。
本發(fā)明的特征尤其在于，按本發(fā)明的樹脂粘結(jié)的石墨材料用作一種炭刷或滑環(huán)的材料。
本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、優(yōu)點(diǎn)和特征不僅可見權(quán)利要求書，由這些權(quán)利要求所說明的特征(權(quán)利要求本身和/或組合)，而且也可見以下對實(shí)施例的敘述說明。
實(shí)例1為制造一種用于小電動(dòng)機(jī)的炭刷，已將炭黑含量質(zhì)量百分比為50％、電阻率W電阻率大約為100μΩm、粒度d50為30μΩm的重量分?jǐn)?shù)為50的含炭黑的人造石墨與電阻率W電阻率為20μΩm、粒度d50為30μm的重量分?jǐn)?shù)為50的無炭黑的細(xì)粒人造石墨回收利用材料以及與重量分?jǐn)?shù)為25的一種環(huán)氧樹脂形式的溶解在溶劑里的粉末樹脂在一個(gè)西格馬混合機(jī)(Sigmakneter)中在室溫下進(jìn)行混合。成品混合物然后磨碎到粒度為d50＝90μm并用比壓為1500kg/cm2的壓力擠壓。擠壓件接著經(jīng)受15小時(shí)的硬化周期，其終結(jié)溫度為200℃。相應(yīng)的擠壓件的電阻率為W電阻率＝8000μΩm。用相應(yīng)的擠壓件制成的炭刷然后與由傳統(tǒng)的樹脂粘結(jié)的、電阻率為W電阻率＝600μΩm的碳-石墨材料制成的炭刷進(jìn)行比較測量。在兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)上進(jìn)行無線電干擾測量。結(jié)果見
圖1。
在唯一的附圖中用附圖標(biāo)記10表示的圖線相當(dāng)于無線電干擾電平(Funkstoerpegel)的極限值，與此相反用附圖標(biāo)記12表示的直線則是降低7dB的極限值。
曲線14、16是在兩臺(tái)裝備有由傳統(tǒng)的炭刷材料制成的炭刷的電動(dòng)機(jī)上測得的。測量曲線18、20則是相同電動(dòng)機(jī)的結(jié)果，但它們裝備了由按本發(fā)明的材料制成的炭刷，其電阻率為8000μΩm?？梢娪冒幢景l(fā)明的材料明顯減小了無線電干擾。
實(shí)例2為制造一種用于電動(dòng)機(jī)的炭刷，已將炭黑含量質(zhì)量百分比為50％、電阻率Wspez約為100μΩm和粒度d50為30μm的重量分?jǐn)?shù)為40的含炭黑的人造石墨與電阻率W電阻率為20μΩm和粒度d50為30μm的重量分?jǐn)?shù)為60的無炭黑的細(xì)粒人造石墨回收利用材料以及與重量分?jǐn)?shù)為25的一種環(huán)氧樹脂形式的溶解在溶劑里的粉末樹脂在一種西格馬混合機(jī)中在室溫時(shí)進(jìn)行混合。然后將成品混合物磨碎成粒度為d50＝90μm并用比壓為1500kg/cm2的壓力進(jìn)行擠壓。擠壓件接著經(jīng)受15小時(shí)的硬化周期，其終結(jié)溫度為200℃。相應(yīng)的擠壓件的電阻率為W電阻率＝5000μΩm。由相應(yīng)的擠壓件制成的炭刷然后與電阻率為W電阻率＝600μΩm的傳統(tǒng)的樹脂粘結(jié)的炭黑石墨材料制成的炭刷進(jìn)行比較測量。無線電干擾測量已經(jīng)表明相對應(yīng)于實(shí)施例1與傳統(tǒng)的炭刷相比其無線電干擾大大降低了。
權(quán)利要求
1.尤其確定地用于一種電觸點(diǎn)的樹脂粘結(jié)的石墨材料，其特征在于，樹脂粘結(jié)的石墨材料由一種混合物制成，該混合物包括含炭黑的、炭黑含量質(zhì)量百分比RG為RG≥30％的人造石墨、無炭黑的人造石墨以及粘結(jié)劑，該石墨材料的電阻率W電阻率為W電阻率≥3500μΩm。
2.按權(quán)利要求1所述的樹脂粘結(jié)的石墨材料，其特征在于，該樹脂粘結(jié)的石墨材料的電阻率W電阻率為3500μΩm≤W電阻率≤15000μΩm。
3.按至少權(quán)利要求1所述的樹脂粘結(jié)的石墨材料，其特征在于，該樹脂粘結(jié)的石墨材料的電阻率W電阻率為W電阻率≤10000μΩm。
4.按至少權(quán)利要求1所述的樹脂粘結(jié)的石墨材料，其特征在于，混合物至少含有一種固體潤滑劑、如MoS2和/或WS2和/或一種摩擦添加料如SiC和/或Al2O3作為添加劑。
5.按至少權(quán)利要求1所述的樹脂粘結(jié)的石墨材料，其特征在于，無炭黑的人造石墨由一種無炭黑的人造石墨回收利用料制成。
6.按至少權(quán)利要求1所述的樹脂粘結(jié)的石墨材料，其特征在于，含炭黑的人造石墨由渦卷形石墨制成。
7.按至少權(quán)利要求1所述的樹脂粘結(jié)的石墨材料，其特征在于，含炭黑的人造石墨的電阻率W電阻率為3500μΩm＞W(wǎng)電阻率≥40μΩm。
8.按至少權(quán)利要求1所述的樹脂粘結(jié)的石墨材料，其特征在于，無炭黑的人造石墨的電阻率W電阻率為8μΩm≤W電阻率≤30μΩm。
9.按權(quán)利要求1所述的樹脂粘結(jié)的石墨材料，其特征在于，含炭黑的人造石墨的粒度d50為20μm≤d50≤50μm。
10.按至少權(quán)利要求1所述的樹脂粘結(jié)的石墨材料，其特征在于，無炭黑的人造石墨的粒度d50為20μm≤d50≤50μm。
11.按至少權(quán)利要求1所述的樹脂粘結(jié)的石墨材料，其特征在于，含炭黑的和/或無炭黑的人造石墨在電阻率方面是均質(zhì)的。
12.按至少權(quán)利要求1所述的樹脂粘結(jié)的石墨材料，其特征在于，粘結(jié)劑是一種合成的粉末樹脂如合成塑料、特別是一種熱固性塑料。
13.按至少權(quán)利要求1所述的樹脂粘結(jié)的石墨材料，其特征在于，粘結(jié)劑是一種合成的環(huán)氧粉末樹脂和/或酚醛樹脂。
14.按至少權(quán)利要求1所述的樹脂粘結(jié)的石墨材料，其特征在于，粘結(jié)劑是一種在溶劑中溶解的粉末樹脂和/或一種無溶劑的液體樹脂。
15.按至少權(quán)利要求1所述的樹脂粘結(jié)的石墨材料，其特征在于，含炭黑的和無炭黑的人造石墨以及必要時(shí)加入的固體潤滑材料和/或摩擦添加劑作為原材料其重量分?jǐn)?shù)總計(jì)為100，添加入的粘結(jié)劑的重量分?jǐn)?shù)相對于原材料的重量分?jǐn)?shù)100來說為15至35。
16.按至少權(quán)利要求1所述的樹脂粘結(jié)的石墨材料，其特征在于，粘結(jié)劑的玻璃轉(zhuǎn)化溫度TG為50℃≤TG≤250℃。
17.按至少權(quán)利要求1所述的樹脂粘結(jié)的石墨材料，其特征在于，粘結(jié)劑的粘度V在室溫時(shí)為10cp≤V≤6000cp。
18.按至少權(quán)利要求1所述的樹脂粘結(jié)的石墨材料，其特征在于，所述混合物含有15至75重量分?jǐn)?shù)的含炭黑的人造石墨、15-75重量分?jǐn)?shù)的元炭黑的人造石墨、0-10重量分?jǐn)?shù)的固體潤滑劑、0-1重量分?jǐn)?shù)的摩擦添加劑以及15-35重量分?jǐn)?shù)的粘結(jié)劑。
19.用于制造一種尤其是確定地用于一種電觸點(diǎn)材料的樹脂粘結(jié)的石墨材料的方法，其特征在于工藝步驟-使炭黑含量質(zhì)量百分比RG為RG＞30％的含炭黑的人造石墨、電阻率W電阻率為8μΩm≤W電阻率≤30μΩm的無炭黑的人造石墨和液體樹脂在溫度T1時(shí)進(jìn)行混合；-將混合物磨碎到粒度d50為50μm≤d50≤150μm；-擠壓已磨碎的混合物；并-將磨碎的混合物硬化成一個(gè)成型物體。
20.按權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，含炭黑的人造石墨、無炭黑的人造石墨和粘結(jié)劑在溫度T1為室溫時(shí)進(jìn)行混合。
21.按至少權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，混合物中添加一種固體潤滑劑如MoS2和/或WS2。
22.按至少權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，混合物中添加一種摩擦添加劑如SiC和/或Al2O3。
23.按至少權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，將磨碎的混合物在比壓為1000kg/cm2和2000kg/cm2之間時(shí)進(jìn)行擠壓。
24.按至少權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，擠壓件在終結(jié)溫度T2為180℃≤T2≤250℃時(shí)進(jìn)行硬化，時(shí)間間隔t為10h≤t≤20h。
25.按至少權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，將15-75重量分?jǐn)?shù)的含炭黑的人造石墨、15-75重量分?jǐn)?shù)的無炭黑的人造石墨和15-35重量分?jǐn)?shù)的粘結(jié)劑進(jìn)行混合。
26.按至少權(quán)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?jǐn)?shù)的固體潤滑劑。
27.按至少權(quán)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?jǐn)?shù)的摩擦添加物。
28.按至少權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，將無炭黑的人造石墨回收利用材料用作無炭黑的人造石墨。
29.按至少權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，將渦卷形石墨用作含炭黑的人造石墨。
30.接至少權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，將在溶劑中溶解的粉末樹脂用作粘結(jié)劑。
31.按至少權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，將無溶劑的液體樹脂用作粘結(jié)劑。
32.按至少權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，將一種合成塑料如環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂用作粘結(jié)劑。
33.按至少權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，應(yīng)用一種玻璃轉(zhuǎn)化溫度TG為50℃≤TG≤250℃的液體粘結(jié)劑。
34.按至少權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，應(yīng)用一種室溫時(shí)粘度V為10cp≤V≤6000cp的液體粘結(jié)劑。
35.按至少權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，應(yīng)用一種電阻率W電阻率為40μΩm≤W電阻率≤3500μΩm的含炭黑的人造石墨。
36.按至少權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，應(yīng)用一種電阻率W電阻率為W電阻率≤2500μΩm的含炭黑的人造石墨。
37.按至少權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，應(yīng)用一種電阻率W電阻率為8μm≤W電阻率≤30μΩm的無炭黑的人造石墨。
38.按至少權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，應(yīng)用一種粒度d50為20μm≤d50≤50μm的無炭黑的人造石墨。
39.按至少權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，應(yīng)用一種粒度d50為20μm≤d50≤50μm的無炭黑的細(xì)粒人造石墨。
40.按至少權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，應(yīng)用一種無炭黑的和/或含炭黑的人造石墨，它們的電阻率是均質(zhì)的。
41.將按照上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的樹脂粘結(jié)的石墨材料應(yīng)用作為連接觸點(diǎn)材料、尤其是確定地用于一種炭刷和/或一種滑環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尤其是確定地用作為電觸點(diǎn)的樹脂粘結(jié)的石墨材料。此外本發(fā)明還涉及一種用于制造一種尤其是作為電觸點(diǎn)材料的樹脂粘結(jié)的石墨材料的方法。最后本發(fā)明還涉及一種樹脂粘結(jié)的石墨材料的應(yīng)用。本發(fā)明的任務(wù)是改進(jìn)設(shè)計(jì)一種相應(yīng)的樹脂粘結(jié)的石墨材料，從而在用作電觸點(diǎn)時(shí)排除無線電干擾，或幾乎將其完全排除。為此本發(fā)明規(guī)定對樹脂粘結(jié)的石墨材料由一種硬化的混合物制成，該混合物包括炭黑含量質(zhì)量百分比R
文檔編號(hào)H01R39/26GK1589483SQ02823004
公開日2005年3月2日 申請日期2002年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月19日
發(fā)明者B·許布納, R·斯佩爾林, K·－G·湯特施 申請人:申克碳化技術(shù)股份有限公司