СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТАКТНЫХ ВСТАВОК ТОКОСЪЕМНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА Российский патент 1998 года по МПК B60L5/08 H01R39/20 

Изобретение относится к области электротехники и касается технологии получения электрощеточных материалов, в частности контактных вставок токосъемников электрического транспорта.

Известен способ изготовления контактных вставок токосъемников электрического транспорта путем прессования, термообработки и пропитки легкоплавкими металлами с последующим ступенчатым прокаливанием в интервале температур 800-1400^oC и закалкой в воде (а. с. СССР N 499152, кл. B 60 L 5/08, 1973).

Известен также способ изготовления электрощеточных материалов, согласно которому сначала синтезируют электрографит путем смешения ламповой сажи и высокотемпературного пека, вальцевания 3-5 раз при температурах 110-150^oC, затем материал измельчают до прохода через сито 045, прессуют в блоки, обжигают при температуре 900-1000^oC и графитируют при температуре 2500-2900^oC. Полученный таким образом электрографит измельчают до прохода через сито 045, смешивают с графитом и фенолформальдегидной смолой, после чего прессуют изделия горячим способом (а.с. СССР N 574799, кл. H 01 R 39/20, 1976).

Недостатком указанных способов является сложность и трудоемкость получения как самих углеграфитовых материалов, так и изделий из них, поскольку для достижения необходимой прочности, твердости, электросопротивления требуются перечисленные выше трудоемкие операции.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ, изложенный в технологическом регламенте 7510302.01201.04957 "Изготовление вставок углеграфитовых контактных токосъемника троллейбуса", разработанном Нижне-тагильским химическим заводом. По данному способу берут графит искусственный измельченный совместно с коксом пековым электродным до прохода через сетку 045 в соотношении 9:1. На 100 мас.ч. сухих порошков добавляют 20 мас. ч. связующего фенолформальдегидного порошкообразного новолачного типа. Смесь вальцуют при температуре валков 140±10^oC 2-3 раза до получения пластин. Критерием качества процесса вальцевания является образование оформленных пластин толщиной не менее 2 мм. Затем после остывания пластины дробят до прохода через сито 045, смешивают с твердой смазкой в количестве 1,5 мас.% и прессуют горячим прессованием 180±5^oC при давлении 76,0 МПа.

Недостатком известного способа является следующее.

При 2- и 3-кратном вальцевании связующее частично неконтролируемо отверждается, полимерная матрица разрыхляется, создавая тем самым препятствия для последующего формообразования в процессе прессования. Образование пластин свидетельствует о процессе отверждения. В результате получаются изделия с завышенными значениями удельного сопротивления, заниженными значениями прочности и твердости. Кроме того, поскольку процесс отверждения на валках идет неконтролируемым образом, показатели свойств характеризуются нестабильностью. При этом резерв свойств материала не используется.

Для снижения удельного сопротивления при повышении механической прочности и твердости троллейбусных вставок вальцевание смеси кокса, графита и связующего фенолформальдегидного новолачного проводится в интервале температур пластично-вязкого состояния связующего 110-140^oC за время 10-20 с, что в 4-10 раз меньше времени желатинизации связующего. Ограничения по времени вальцевания связываются с временем желатинизации связующего, потому что для используемого связующего температурные интервалы пластично-вязкого состояния и отверждения совпадают. При нагревании в указанном температурном интервале порошкообразное связующее сначала размягчается, переходит в пластично-вязкое состояние, а затем по мере образования поперечных химических связей вязкость нарастает вплоть до потери пластичности. Время пребывания в вязко-текучем состоянии характеризуется временем желатинизации связующего. С повышением температуры продолжительность пластично-вязкого состояния уменьшается, а скорость отверждения увеличивается.

Вальцевание должно обеспечить перевод порошкообразного связующего в пластично-вязкое состояние, удаление баластовых летучих, смешение кокса, графита, связующего и закрепление последнего на поверхности кокса и графита. При этом необходимо избежать протекания процесса отверждения с заметными скоростями и, тем самым, исключить потерю материалом способности к формообразованию при последующем горячем прессовании. Оптимально подобранный режим вальцевания обеспечивает при последующем горячем прессовании оптимальную степень поперечной сшивки связующего. При вальцевании смеси в течение времени меньше указанного предела не обеспечивается однородность смешения и закрепление связующего на поверхности кокса и графита. Свойства вставок характеризуются нестабильностью.

При вальцевании в течение времени больше указанного наблюдается рост удельного сопротивления образцов, снижение прочности и твердости. В пределе материал утрачивает способность к формообразованию при следующем прессовании.

Технологическим критерием оптимальности режима вальцевания является следующее: пластичный в горячем состоянии после вальцевания материал при остывании должен образовывать конгломераты легко рассыпающихся частиц. Образование оформленных пластин, являющихся свидетельством протекания отверждения с заметной скоростью, не допускается.

Поскольку связующее является диэлектриком, количество его должно быть минимальным в пределах устойчивости полимерной матрицы (процессы упорядочения при формообразовании должны превалировать над процессами разрыхления полимера стерическими факторами поверхности твердого тела). Предлагаемый способ позволяет снизить количество связующего в пределах 15-18 мас.ч. на 100 мас.ч. смеси кокса и графита.

Перевод связующего в пленочный слой на поверхности графита и кокса оптимально подобранным режимом вальцевания при условии обеспечения полноты поперечной сшивки связующего при последующем прессовании обеспечивает снижение удельного электросопротивления в 1,5-2 раза, повышение механической прочности и твердости на 20-30%.

Снижение электросопротивления исключает опасность перегрева вставок и тем самым термического разрушения вследствие деструкции связующего. Опасность термического разрушения уменьшается также с повышением термостойкости связующего, возрастающей с увеличением степени его поперечной сшивки. Вальцевание по предлагаемому способу снижает трудоемкость и энергоемкость технологии изготовления троллейбусных вставок, так как вальцевание осуществляется за один прием при пониженной по сравнению с прототипом температуре валков. Требования по оформлению продукта вальцевания в виде пластин отсутствуют.

При реализации заявленного способа смесь графита, кокса и связующего вальцуют, например, при температуре валков 130±10^oC за один прием. Конгломераты частиц после остывания измельчают, смешивают с твердой смазкой, просеивают через сетку 045 и прессуют известным способом.

Изготовление контактных вставок токосъемников электрического транспорта по заявленному способу обеспечивает по сравнению с противопоставленным способом уменьшение удельного электросопротивления в 1,9 раза, повышение предела прочности на изгиб - на 26%, а твердости - на 30,1%. Оптимально подобранный режим вальцевания, кроме того, предопределяет значительно меньший разброс свойств. Величины среднеквадратичных отклонений, относительных ошибок при определении удельного электросопротивления, предела прочности на изгиб, твердости образцов, изготовленных заявленным способом, в 2-3 раза меньше аналогичных по прототипу.

Использование: электротехника, технология получения электрощеточных материалов, в частности контактных вставок электрического транспорта. Сущность изобретения: для снижения удельного сопротивления при обеспечении повышенной механической прочности и твердости контактных вставок изготовление последних осуществляют путем вальцевания, измельчения, рассева и горячего прессования. При этом вальцевание смеси кокса, графита и связующего производят в один прием за время 10 - 20 с в интервале температур пластично-вязкого состояния последнего 110 - 140^oС.

Способ изготовления контактных вставок токосъемников электрического транспорта, согласно которому осуществляют вальцевание смеси кокса, графита и фенолформальдегидного связующего новолачного типа, измельчение, рассев и горячее прессование, отличающийся тем, что указанное вальцевание производят в один прием за время 10 - 20 с в интервале температур пластично-вязкого состояния последнего 110 - 140^oС.