Композиционный материал для изготовления коллекторов электрических машин Советский патент 1982 года по МПК H01R39/20 

Изобретение относится к электроте ническим материалам, а именно к комп зиционным материалам на основе углеродных волокнистых материалов, испол зуемых для коллекторов электрических машин. Известен композиционный материал для коллекторов электрических машин, состоящий из углеродных волокон типа полиакрилонитрильного волокна ПАН и изоляционной, например кремнеземной ткани, чередующихся между собой и пропитанных кремнийорганическим полимерным связующим. Материал обладдет достаточно высокой механической прочностью и эрозионной стойкостью ГП. Недостатком известного композиционного материала является то, что он имеет высокое по сравнению с медью удельное электрическое сопротивление , Известен также композиционный материал на основе углеродных волокнистых материалов и изоляционной ткани, чередующихся между собой и пропитанных полимерным связующим, содержащий диспергированные сажу и графит. Этот материал имеет более высокую электропроводность, механическую прочность и лучшие антифрикционные свойства в нормальных климатических условиях С23. Однако при работе в условиях пониженных атмосферных давлений материал обладает недостаточно высокими антифрикционными свойствами. Целью изобретения является улучшение антифрикционных свойств материала в условиях низких атмосферных давлений и повышение электроэрозионной стойкости. Поставленная цель достигается тем, что.композиционный материал содержит 66-70 углеродного волокнистого материала типа полиакрилонитрильно3 . 9 го волокна ПАН, имеющего сравнитель но низкое удельное электрическое сопротивление, и 10-20 ; изоляционной например кремнеземной, ткани, пропитанных кремнийорганическим полимерным связующим, в которое предварительно введены 6-8 диспергированны сажи и столько же графита, а также 2-k% порошка фосфата марганца. После удаления остаточных летучих веществ в процессе сушки сажа, графит и фосфат марганца остаются на поверхности углеродных волокон и изоляционной ткани. Введение фосфата марганца позволя ет существенно снизить фрикционный износ композиционного материала при давлении воздуха до 10 .- рт.ст. В процессе работы коллекторной электрической машины, вследствие неравномерного выделения фрикционных и электрических потерь в скользящем контакте, отдельные участки контактной поверхности могут достигать высоки температур,намного превосходящих сред нюю температуру коллекторно-щеточного узла. При этом происходит термическое разложение фосфата марганца и выделение фосфорных летучих соединений в зоне скользящего контакта, которые образуют газовую подушку и обеспечивают снижение фрикционного износа контактных элементов. Кроме того, газовая оболочка из фосфорных летучих соединений защищает композиционный материал от окис ления в нормальных климатических условиях, что повышает его электроэрозионную стойкость. Для получения композиционного материала полосы ПАН-волокна, покрытые пироуглеродом, и полосы изоляционной кремнеземной ткани ТС-8 пропитываются полимерным связующим, содержащим диспергированную сажу и графит, а , также порошок фосфата и марганца, и спрессовываются в пресс-форме при конечной температуре прессования 180-200с и давлении 150-200 ат. Величина покрытия из сажи, графита и фосфата марганца регулируется путем изменения концентрации указанных компонентов в полимерном связующем. Пример. Полосы ПАН-волокн и изоляционной ткани ТС-8 пропитываю кремнийорганическим связующим марки Т-1 с добавкой графита, сажи и фосфа та марганца и сушат в вытяжном шкафу X4 при бО-С до выхода остаточных летучих веществ в пресс-мйтериале 3-5. Затем, чередуя полосы ПАН-волокна и изоляционной кремнеземной ткани, покрытые слоем графита сажи и фосфа- .. та марганца, закладывают их в прессформу при следующем соотношении ком-, понентов, вес.%. ПАН-волокно66 ТС-8-20 Сажа. 6 Графит6 Фосфат марганца 2 и производят прессование под давлением 200 ат и при 180°С. Пример 2. Операция выполняется по примеру 1, причем полосы ПАН-волокна и кремнеземной ткани ТС-8 с покрытием из графита, сажи и фосфа та марганца закладывают в пресс-форму при следующем соотношении компонентов, вес. : ПАН-ВОЛОКНО68 ТС-815 Сажа7 Графит7 фосфат марганца 3 Пример 3. Операция выполнятся по примеру 1, причем полосы ПАН-волокна и кремнеземной ткани ТС-8 с пркрытием из графита, сажи и фосфата марганца закладывают в пресс-форму при следующем соотношении компонентов, вес, %:ПАН-ВОЛОКНО70ТС- 10 Сажа8 Графит8 Фосфат марганца В таблице представлены основные физико-механические свойства полученных композиционных материалов и лучшего из известных. Как видно из таблицы, композиционный материал по примеру 2,ai3готовленный на основе ПАН-волокна, кремнеземной ткани ТС-8 и добавки графита, сажи и фосфата марганца в весовом соотношении 68:15:7:7:3 соответственно, обладает лучшими свойствами по сравнению с другими материалами. Следовательно, указанное весовое соотношение компонентов является оптимальным. Уменьшение .содержания фосфата марганца в композиционном материале приводит к возрастанию износа как при работе коллекторнощеточного узла с искрением, так и в вакууме. Поэтому концентрация фосфат марганца в материале менее 2% нежелательна. Увеличение содержания фосфата мар ганца в композиционном материале свы ше %.приводит к ухудшению его механических свойств, что также является нежелательным. Таким образом, композиционный материал с содержанием фосфата марганца в пределах обладает наилучшими механическими характеристиками и хорошими антифрикционными свойств а ми при работе в условиях низких атмосферных давлений и при работе с искрением. Удельное электрическое сопротивление композиционного материала срав нительно низко, поэтому он может быт применен для изготовления коллекто ров электрических машин, § его низкая плотность и высокие, прочностные свойства позволяют изготовлять коллекторы, которые могут применяться при окружных скоростях св.ыше 100 М/с. Кроме того, высокая электроэрозионная стойкость предлагаемого материала обуславливает снижение износа элементов контактной пары при работе электрической машины с искрением, а хорошие антифрикционные свойства при низких атмосферных давлениях позволяют использовать его в условиях вакуума. Таким образом, применение предлагаемого композиционного материала при производстве коллекторов позволит значительно повысить качество и ресуре работы коллекторных электрических машин.

оr

-Э- .

Чf,

ъ

ил.:r

II

I f

CMо

1Л

СЧ

CM

«s - -I

en

tM

QO О

k«

T- о

Ш1Л

о

- -л-3II

LA ГА

LA I

LA

|-

оо

О

оо

es

чОГ

чО

СМсм

см I

I I

сэ о

О VA

о

-31А СМ:

С4

СМ

оо

о

so

1Л . чО

смсм

СМ

II

I

оо

о о

оо

ГА

1А СМ

СМСМ

СП оо

00

I

I -4vO

LA

-CM

,

а

а

«

а

S

а

а

а

с

с

с

о

с Формула изобретения Композиционный материал для изготовления коллекторов электрических машин на основе углеродных волокнистых материаловiчередующихся с изоляционной тка(нью и пропитанных полимерным связующим, содержащий диспергированную сажу, и графит, отличающийся тем, что, с целью улучшения антифрикционных свойств материала.в условиях низких атмосферных давлений и повышения электроизоляционной стойкости, он дополнительно содержит фосфат марганца при следующих соотношениях компонентов,%: SJSSJI i при Н по кл 10 Углеродный волокнистый материал66-70 Изоляционная ткань10-20 Сажа6-8 Графит6-8 Фосфат марганца2- Источники информации, нятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 670993, кл. Н 01 R 39/0, 1979. 2.Авторское свидетельство СССР заявке If 27«8б77/2 -07, . Н 01 R 39/20, 1979.