專利名稱：樹脂粘結的石墨材料,制造一種樹脂粘結的石墨材料的方法以及這種材料的應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種尤其是確定地用作為電觸點的樹脂粘結的石墨材料。此外本發明還涉及一種用于制造一種尤其是作為電觸點材料的樹脂粘結的石墨材料的方法。最后本發明涉及到一種樹脂粘結的石墨材料的應用。
樹脂粘結的石墨材料、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機中，因為這些電動機的特點是可以多方面應用于解決特殊問題。其特點還有換向良好、無線電干擾小、壽命長還可以使用在機械和電氣負荷大的場合。由于應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阻。相應的碳-石墨材料的電阻率≤2400μΩm(見數據文件“松克(schunk)碳技術公司，炭刷，材料物理參數，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，以便除了改善其機械運行性能外降低在炭刷壽命期間的無線電干擾。同時還集成有抗干擾元件如扼流圈或者線圈。
本發明的任務是改進開頭所述類型的一種樹脂粘結的石墨材料，從而在用作為電觸點時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。
按照本發明這個問題通過一種樹脂粘結的石墨材料基本上按如下方法解決樹脂粘結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-其炭黑含量質量百分比RG≥30％、無炭黑的人造石墨以及粘結劑，該混合物的電阻率為W電阻率≥3500μΩm。此時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，每種初始產品都應該是一種無炭黑的或者含有炭黑的原材料，它用粘結劑混合并然后加熱、石墨化和磨碎。
此外還規定，含炭黑的人造石墨的電阻率為3500μΩm＞W電阻率≥40μΩm。
除此之外，所述人造石墨初始物質應該是各向同性的，也就是說其電阻率與方向無關。
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應為20μm≤d50≤40μm。參數d50在這里表示了50％的磨碎的原料通過一個給定網孔大小的篩子而落下。
作為粘結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劑的玻璃轉化溫度(Glasumwandlungstemperatur)TG為50°≤TG≤250℃。作為這種樹脂的另一個特征參數是它的室溫時的粘度V為10cp≤V≤6000cp。
混合物本身具有15-75重量分數(Gewichtsanteil)的含炭黑的人造石墨、15-75重量分數的無炭黑的人造石墨、0-10重量分數的固體潤滑劑、0-1重量分數的磨擦添加劑，其中將15-35重量分數的粘結劑添加到固體材料中。
必須說明，在給出的重量分數時原料、也就是無炭黑的和含炭黑的人造石墨以及必要時存在的添加劑總共為100重量分數，那么相對于原料的100重量分數而言向所述總重量分數中添加15-35重量分數的粘結劑。
由于按本發明的混合物由含炭黑的人造石墨、無炭黑的細粒人造石墨、尤其如人造石墨-回收利用材料以及液體粘結劑組成，因而樹脂粘結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，但不會對導電性能有不利影響。因而在無線電干擾性能方向尤其有優點，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行浸漬，而這種浸漬按照至少目前的現有技術是必要的。這種材料使用在小功率(＜400w)時并最好為220-250v的電壓，以便使電流保持較小。在該功率范圍內運行時在炭刷上不會產生比傳統材料中更高的溫度。同樣炭刷的壽命和磨損都可以與通常的材料時相比較。
一種用于制造一種尤其用作電觸點材料的樹脂粘結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)的無炭黑的細粒人造石墨和一種液體粘結劑在溫度為T1時進行混合；-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、無炭黑的細粒人造石墨和液體粘結劑如液體樹脂在室溫時混合。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。擠壓件然后可以經過時間t(10小時≤t≤20小時)在一個終結溫度T下(180℃≤T≤250≤℃)進行硬化。
如果重量分數為15-75的含炭黑的人造石墨、重量分數為15-75的無炭黑的細粒人造石墨和重量分數為15-35的粘結劑混合的話，其中混合物主要添加有重量分數為0-10的固體潤滑劑和/或重量分數為0-1的磨擦添加劑，那么按本發明的樹脂粘結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劑，其中應該使用這樣一種以合成的塑料如環氧樹脂或酚醛樹脂為基的制劑作為粘結劑。當應用液體粘結劑時其玻璃轉化溫度TG為50℃≤TG≤250℃，和/或在室溫時粘度V為10cp≤V≤6000cp。
本發明的特征尤其在于，按本發明的樹脂粘結的石墨材料用作一種炭刷或滑環的材料。
本發明的其它細節、優點和特征不僅可見權利要求書，由這些權利要求所說明的特征(權利要求本身和/或組合)，而且也可見以下對實施例的敘述說明。
實例1為制造一種用于小電動機的炭刷，已將炭黑含量質量百分比為50％、電阻率W電阻率大約為100μΩm、粒度d50為30μΩm的重量分數為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的重量分數為50的無炭黑的細粒人造石墨回收利用材料以及與重量分數為25的一種環氧樹脂形式的溶解在溶劑里的粉末樹脂在一個西格馬混合機(Sigmakneter)中在室溫下進行混合。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。擠壓件接著經受15小時的硬化周期，其終結溫度為200℃。相應的擠壓件的電阻率為W電阻率＝8000μΩm。用相應的擠壓件制成的炭刷然后與由傳統的樹脂粘結的、電阻率為W電阻率＝600μΩm的碳-石墨材料制成的炭刷進行比較測量。在兩臺電動機上進行無線電干擾測量。結果見
圖1。
在唯一的附圖中用附圖標記10表示的圖線相當于無線電干擾電平(Funkstoerpegel)的極限值，與此相反用附圖標記12表示的直線則是降低7dB的極限值。
曲線14、16是在兩臺裝備有由傳統的炭刷材料制成的炭刷的電動機上測得的。測量曲線18、20則是相同電動機的結果，但它們裝備了由按本發明的材料制成的炭刷，其電阻率為8000μΩm。可見用按本發明的材料明顯減小了無線電干擾。
實例2為制造一種用于電動機的炭刷，已將炭黑含量質量百分比為50％、電阻率Wspez約為100μΩm和粒度d50為30μm的重量分數為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的重量分數為60的無炭黑的細粒人造石墨回收利用材料以及與重量分數為25的一種環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中在室溫時進行混合。然后將成品混合物磨碎成粒度為d50＝90μm并用比壓為1500kg/cm2的壓力進行擠壓。擠壓件接著經受15小時的硬化周期，其終結溫度為200℃。相應的擠壓件的電阻率為W電阻率＝5000μΩm。由相應的擠壓件制成的炭刷然后與電阻率為W電阻率＝600μΩm的傳統的樹脂粘結的炭黑石墨材料制成的炭刷進行比較測量。無線電干擾測量已經表明相對應于實施例1與傳統的炭刷相比其無線電干擾大大降低了。
權利要求
1.尤其確定地用于一種電觸點的樹脂粘結的石墨材料，其特征在于，樹脂粘結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劑，該石墨材料的電阻率W電阻率為W電阻率≥3500μΩm。
2.按權利要求1所述的樹脂粘結的石墨材料，其特征在于，該樹脂粘結的石墨材料的電阻率W電阻率為3500μΩm≤W電阻率≤15000μΩm。
3.按至少權利要求1所述的樹脂粘結的石墨材料，其特征在于，該樹脂粘結的石墨材料的電阻率W電阻率為W電阻率≤10000μΩm。
4.按至少權利要求1所述的樹脂粘結的石墨材料，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.按至少權利要求1所述的樹脂粘結的石墨材料，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.按至少權利要求1所述的樹脂粘結的石墨材料，其特征在于，含炭黑的人造石墨由渦卷形石墨制成。
7.按至少權利要求1所述的樹脂粘結的石墨材料，其特征在于，含炭黑的人造石墨的電阻率W電阻率為3500μΩm＞W電阻率≥40μΩm。
8.按至少權利要求1所述的樹脂粘結的石墨材料，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.按權利要求1所述的樹脂粘結的石墨材料，其特征在于，含炭黑的人造石墨的粒度d50為20μm≤d50≤50μm。
10.按至少權利要求1所述的樹脂粘結的石墨材料，其特征在于，無炭黑的人造石墨的粒度d50為20μm≤d50≤50μm。
11.按至少權利要求1所述的樹脂粘結的石墨材料，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的。
12.按至少權利要求1所述的樹脂粘結的石墨材料，其特征在于，粘結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.按至少權利要求1所述的樹脂粘結的石墨材料，其特征在于，粘結劑是一種合成的環氧粉末樹脂和/或酚醛樹脂。
14.按至少權利要求1所述的樹脂粘結的石墨材料，其特征在于，粘結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.按至少權利要求1所述的樹脂粘結的石墨材料，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數總計為100，添加入的粘結劑的重量分數相對于原材料的重量分數100來說為15至35。
16.按至少權利要求1所述的樹脂粘結的石墨材料，其特征在于，粘結劑的玻璃轉化溫度TG為50℃≤TG≤250℃。
17.按至少權利要求1所述的樹脂粘結的石墨材料，其特征在于，粘結劑的粘度V在室溫時為10cp≤V≤6000cp。
18.按至少權利要求1所述的樹脂粘結的石墨材料，其特征在于，所述混合物含有15至75重量分數的含炭黑的人造石墨、15-75重量分數的元炭黑的人造石墨、0-10重量分數的固體潤滑劑、0-1重量分數的摩擦添加劑以及15-35重量分數的粘結劑。
19.用于制造一種尤其是確定地用于一種電觸點材料的樹脂粘結的石墨材料的方法，其特征在于工藝步驟-使炭黑含量質量百分比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時進行混合；-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成型物體。
20.按權利要求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劑在溫度T1為室溫時進行混合。
21.按至少權利要求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之間時進行擠壓。
24.按至少權利要求19所述的方法，其特征在于，擠壓件在終結溫度T2為180℃≤T2≤250℃時進行硬化，時間間隔t為10h≤t≤20h。
25.按至少權利要求19所述的方法，其特征在于，將15-75重量分數的含炭黑的人造石墨、15-75重量分數的無炭黑的人造石墨和15-35重量分數的粘結劑進行混合。
26.按至少權利要求19所述的方法，其特征在于，混合物中加入0-10重量分數的固體潤滑劑。
27.按至少權利要求19所述的方法，其特征在于，混合物中加入0-1重量分數的摩擦添加物。
28.按至少權利要求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劑。
31.按至少權利要求19所述的方法，其特征在于，將無溶劑的液體樹脂用作粘結劑。
32.按至少權利要求19所述的方法，其特征在于，將一種合成塑料如環氧樹脂或酚醛樹脂用作粘結劑。
33.按至少權利要求19所述的方法，其特征在于，應用一種玻璃轉化溫度TG為50℃≤TG≤250℃的液體粘結劑。
34.按至少權利要求19所述的方法，其特征在于，應用一種室溫時粘度V為10cp≤V≤6000cp的液體粘結劑。
35.按至少權利要求19所述的方法，其特征在于，應用一種電阻率W電阻率為40μΩm≤W電阻率≤3500μΩm的含炭黑的人造石墨。
36.按至少權利要求19所述的方法，其特征在于，應用一種電阻率W電阻率為W電阻率≤2500μΩm的含炭黑的人造石墨。
37.按至少權利要求19所述的方法，其特征在于，應用一種電阻率W電阻率為8μm≤W電阻率≤30μΩm的無炭黑的人造石墨。
38.按至少權利要求19所述的方法，其特征在于，應用一種粒度d50為20μm≤d50≤50μm的無炭黑的人造石墨。
39.按至少權利要求19所述的方法，其特征在于，應用一種粒度d50為20μm≤d50≤50μm的無炭黑的細粒人造石墨。
40.按至少權利要求19所述的方法，其特征在于，應用一種無炭黑的和/或含炭黑的人造石墨，它們的電阻率是均質的。
41.將按照上述權利要求中至少一項所述的樹脂粘結的石墨材料應用作為連接觸點材料、尤其是確定地用于一種炭刷和/或一種滑環。
全文摘要
本發明涉及一種尤其是確定地用作為電觸點的樹脂粘結的石墨材料。此外本發明還涉及一種用于制造一種尤其是作為電觸點材料的樹脂粘結的石墨材料的方法。最后本發明還涉及一種樹脂粘結的石墨材料的應用。本發明的任務是改進設計一種相應的樹脂粘結的石墨材料，從而在用作電觸點時排除無線電干擾，或幾乎將其完全排除。為此本發明規定對樹脂粘結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量百分比R
文檔編號H01R39/26GK1589483SQ02823004
公開日2005年3月2日 申請日期2002年11月19日 優先權日2001年11月19日
發明者B·許布納, R·斯佩爾林, K·－G·湯特施 申請人:申克碳化技術股份有限公司