[发明专利]一种石墨烯碳刷及其制备方法和装置

说明书

本发明公开一种石墨烯碳刷及其制备方法和装置，其中碳刷由以下原料制成：鳞片石墨粉、石墨烯、超高分子量聚乙烯纤维、纳米铜粉、铜粉、铜钴合金粉、硼改性酚醛树脂以及去离子水；制备方法包括：鳞片石墨粉、超高分子量聚乙烯纤维的预处理，石墨烯与超高分子量聚乙烯纤维的混合，硼改性酚醛树脂与预混合液的混合，干燥，筛选，压膜成型，烘焙；制备装置用于将硼改性酚醛树脂溶液以喷射的方式射入预混合液，包括：容置管、水平进液管、出液管以及竖直进液管，容置管内部设置有溶液容置腔，水平进液管设置有喷嘴，喷嘴呈圆锥台形，喷嘴的表面设置有多个喷头；通过该方法和装置制备的石墨烯碳刷导电性、耐磨性以及材料性能的整体协调性均增强。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别涉及一种石墨烯碳刷及其制备方法和装置。

背景技术

碳刷也叫电刷，作为一种滑动接触件，在许多电气设备中得到广泛的应用。碳刷是电动机或发电机或其他旋转机械的固定部分和转动部分之间传递能量或信号的装置，外型一般是方块状，碳刷卡在电机内部的金属支架上，并且电机内部有弹簧将碳刷紧压在转轴上，电机转轴转动时，碳刷将电能通过换相器输送给线圈。

碳刷在使用较长时间后会有较大的磨损，主要包括：纯机械磨损和电气磨损。纯机械磨损是由于碳刷和滑环表面相接触，再加上弹簧压力作用和材料弹性变形的缘故，使直接接触部分互相嵌入。当相对滑动时，有摩擦作用而形成磨损。如果碳刷颗粒细软，则碳粉易被沾在滑环表面，使滑环成为具有亮滑的石磨镜面，碳刷的磨面也很光滑，两者的机械磨损都较小。但如果碳刷质量不佳，颗粒粗硬，或甚至含有少数如金刚砂之类的硬质颗粒，则必然会对滑环表面进行刮割，使后者出现金属光泽或纹路，碳刷本身磨面也会出现硬粒脱落后而划出的纹道，进一步的增加了机械磨损。

碳刷材料目前可分为碳石墨类、电化石墨类、金属石墨类，其中金属石墨类碳刷制作周期较短，制作工艺相对简单，应用较为广泛。合金元素对材料的硬度、韧性有一定程度的提高，但是在导电性和耐磨性上表现较差，材料性能的整体协调性较弱，使用效果不佳，长时间使用后导致碳刷性能变差。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种石墨烯碳刷及其制备方法和装置，以增强碳刷的导电性和耐磨性，提高材料性能的整体协调性。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种石墨烯碳刷，所述碳刷由以下重量份的原料制成：鳞片石墨粉30～40、石墨烯1.2～2.0、超高分子量聚乙烯纤维3～4、纳米铜粉1～2、铜粉50～60、铜钴合金粉1～2、硼改性酚醛树脂10～20以及去离子水80～90。

第一方面的一种石墨烯碳刷，由于加入的石墨烯，石墨烯的导电和导热性极好，使得碳刷的导电和导热性能增强，另外加入的超高分子量聚乙烯纤维具有极强的耐磨性，且超高分子量聚乙烯纤维能够给石墨烯提供较多的容纳间隙，使得石墨烯在碳刷中分布更加均匀，同时，添加的硼改性酚醛树脂粘结性能优良，使得其他材料之间粘结更加紧密，从而提高了碳刷材料性能的整体协调性。

可选的，所述石墨烯的重量份为1.2～1.7。

根据本公开的第二方面，提供一种石墨烯碳刷的制备方法，包括以下步骤：球形化处理鳞片石墨粉，得到表面改性的鳞片石墨粉；

将超高分子量聚乙烯纤维磨盘至打浆度为80°～90°，过滤后除去水分，得到预处理的超高分子量聚乙烯纤维；

将预处理的超高分子量聚乙烯纤维加入去离子水中搅拌均匀，得到超高分子量聚乙烯纤维分散液；

将石墨烯加入所述超高分子量聚乙烯纤维分散液中，搅拌混合均匀后静置50～60h，静置后过滤，产物经水洗后干燥，得到负载石墨烯的超高分子量聚乙烯纤维；

将硼改性酚醛树脂以溶剂溶解，得到硼改性酚醛树脂溶液；