Способ получения электротехнических изделий из порошковых композиций на основе углерода

Изобретение относится к получению электротехнических изделий из порошковых композиций на основе углерода. Способ включает измельчение порошка графита, смешивание его с формальдегидной новолачной смолой, выдержку полученной композиции в матрице пресс-формы и окончательное прессование. Измельчение порошка графита ведут с получением трех фракций: 10-24 мкм в количестве 21-22 об.%, 90-120 мкм в количестве 37-38 об.%, 210-500 мкм в количестве 40-42 об.%. После смешивания полученных фракций графита с формальдегидной новолачной смолой полученную композицию выдерживают в течение 2-3 часов при температуре 50-70°С, а по окончании выдержки к композиции прикладывают вибрационное воздействие в течение 1,0-1,5 минут с частотой 90-180 Гц и амплитудой колебаний 0,5-2,0 мм. Обеспечивается повышение плотности изделий и снижение их электросопротивления. 1 пр.

 

Изобретение относится к порошковой технологии, а именно к способам получения изделий из порошковых композиций на основе углерода, применяемых для изготовления щеток электромашин, контактных вставок токосъемников для городского и железнодорожного электротранспорта и других изделий электротехнического назначения.

Известен способ получения изделий (Трофимов А.Н., Контактные вставки токоприемников троллейбусов, - М., Высшая школа, 1966, с. 115). Способ включает приготовление смеси из графита и связки, последующее прессование из нее изделий в нагретой до 160-170°С пресс-форме. Смесь подают в пресс-форму сразу после приготовления, прессование ведут с удельным давлением 350 кГ/см².

Недостатком указанного способа является низкая плотность получаемых изделий, а также налипание смеси на стенки пресс-формы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту предлагаемому является способ изготовления электрических изделий (щеток, контактных вставок) из углеродных порошков (Патент РФ на изобретение №2652302, Способ получения электротехнических изделий из порошковых композиций на основе углерода, МПК B22F 3/02, от 25.04.2018). В способе приготавливают порошковую композицию измельчением порошка графита и последующим смешиванием его с формальдегидной смолой. Перед прессованием приготовленную композицию выдерживают в течение 4-6 часов при температуре 70-90°С. Выдержка композиции перед прессованием за счет получения на твердых частицах формальдегидной новолачной смолы полимера, предохранит их немедленное превращение в жидкость и налипание на нагретые стенки пресс-формы.

Однако в указанном способе плотность получаемых изделий остается недостаточной, а также имеет место повышенное электросопротивление.

Технической проблемой в настоящее время является трудность получения высокоплотных электротехнических изделий из порошковых композиций на основе углерода с низким электросопротивлением.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение плотности изделий, снижение их электросопротивления, а также повышение производительности способа.

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе получения электротехнических изделий из порошковых композиций на основе углерода, включающем измельчение порошка графита, смешивание его с формальдегидной наволачной смолой, выдержку полученной композиции в пресс-форме при температуре 70-90°С и окончательное прессование, согласно предлагаемому решению, в конце выдержки к смеси прикладывают вибрацию в течение 1,0-1,5 минут частотой 90-180 Гц амплитудой колебаний 0,5-2,0 мм, при этом с формальдегидной смолой смешивают три фракции графита: 10-24 мкм в количестве 21-22 об.%; 90-120 мкм в количестве 37-38 об.%; 210-500 мкм в количестве 40-42 об.%, причем перед вибрацией полученную смесь выдерживают в течение 2-3 часов при температуре 50-70°С.

При вибрационном воздействии на порошковую композицию ослабляются силы ее трения со стенками матрицы и силы внутреннего трения между частицами композиции, разрушаются связи между структурными элементами композиции, что создает условия для гомогенизации и более плотной укладки частиц, а также удаления летучих из композиции и повышение электропроводности композиции в матрице пресс-формы. На разрушение связей между структурными элементами композиции и удаление летучих преобладающее влияние оказывает частота и амплитуда вибраций, а более плотная укладка частиц и повышение электропроводимости смеси и изделий определяется продолжительностью приложения вибраций (Фиалков А.С. Процессы и аппараты производства порошковых углеродных материалов. М.: Аспект Пресс, 2008, с. 330-357).

Вибрационное воздействие на композицию, включающую три фракции заявляемых размеров частиц графита, позволяет наиболее плотно уложить эти частицы и, тем самым, повысить ее плотность и снизить электросопротивление получаемых из нее изделий.

Сокращение времени выдержки композиции и снижение температуры выдержки позволяют также повысить производительность способа.

Содержание частиц графита размерами 10-24 мкм менее 21 об.% ведет к увеличению формальдегидной смолы в композиции, а содержание частиц графита в композиции более 22 об.% ведет к уменьшению ее плотности.

Содержание частиц графита размерами 90-120 мкм менее 37 об.% ведет к снижению плотности изделий, а содержание частиц указанных размеров более 38 об.% снижает прочность изделий.

Содержание частиц графита композиции размерами 210-500 мкм менее 40 об.% ведет к снижению плотности изделий, а содержание этих частиц более 42 об.% ведет к дефектам на прессовках.

Размеры трех фракций частиц графита в композиции определяются условием наиболее компактного их распределения. Отклонения размеров от указанных значений частиц графита не позволяют достичь указанный технический результат.

Снижение частоты вибраций композиции вместе с пресс-формой менее 90 Гц приводит к увеличению пористости, а повышение частоты вибраций более 180 Гц приводит к возникновению дефектов композиции в виде расслоений.

Снижение амплитуды колебаний ниже 0,5 мм снижает плотность композиции, а повышение амплитуды колебаний более 2 мм приводит к возникновению дефектов в виде расслоев.

Снижение продолжительности приложения вибрации менее 1 минуты в недостаточной степени (менее 10%) снижает пористость композиции. Повышение длительности приложения вибраций более 1,5 минуты приводит к повышению пористости и повышению удельного электросопротивления.

Снижение времени выдержки менее 2 часов не предотвратит налипание композиции на стенки пресс-формы при прессовании, а увеличение времени выдержки более 3 часов снизит производительность способа.

Способ осуществляется следующим образом.

Графит по ТУ 1916-1-9-71-2000 измельчают в шаровой мельнице, полученный порошок разбивают на три фракции с размерами частиц 10-24 мкм, 90-120 мкм и 210-500 мкм. Затем смешивают указанные три фракции частиц графита при заявляемом количестве каждой из них с новолачной смолой. В результате процесса измельчения и смешивания композиция происходит нагрев ее до начальной температуры плавления смолы 50-70°С.Полученную нагретую композицию помещают в матрицу пресс-формы и выдерживают ее в течение 2-3 часов. За 1,0-1,5 минуты до окончания выдержки к матрице с нагретой композицией прикладывают вибрацию частотой 90-180 Гц и амплитудой колебаний 0,5-2,0 мм. Затем матрицу устанавливают на стол пресса и выполняют операцию формования изделий.

Согласно предлагаемому способу были получены контактные вставки токосъемников троллейбусов размерами 86×27×18 мм. Из отходов производства электродов Челябинского электродного завода путем измельчения получали графит в соответствии с ТУ 1916-1-9-71-2000 размерами 15 мкм в количестве 21,5 об.%, 105 мкм в количестве 37,5 об.%, 300 мкм в количестве 41 об.%. Указанные фракции порошка графита смешали с 14%-ной новолачной смолой. В результате измельчения графита и смешивания ее с формальдегидной смолой полученная композиция нагревалась до 60°С. Затем полученную нагретую композицию помещали в матрицу пресс-формы и выдерживали 2,5 часа. До окончания выдержки композицию в течение 1,5 минуты подвергли вибрации с частотой 90 ГЦ и амплитудой, равной 2 мм. Полученные изделия имели плотность 1,76 г/см³, электросопротивление составило 51 мкОм⋅м, производительность способа по сравнению с наиболее близким аналогом повысилась на 4%.

Предлагаемый способ найдет применение при изготовлении изделий электротехнического назначения из порошковых композиций на основе углерода, таких как щетки электрических машин, контактные вставки электротранспорта.

Способ получения электротехнических изделий из порошковых композиций на основе углерода, включающий измельчение порошка графита, смешивание его с формальдегидной новолачной смолой, выдержку полученной композиции в матрице пресс-формы и окончательное прессование, отличающийся тем, что измельчение порошка графита ведут с получением трех фракций: 10-24 мкм в количестве 21-22 об.%, 90-120 мкм в количестве 37-38 об.%, 210-500 мкм в количестве 40-42 об.%, после смешивания полученных фракций графита с формальдегидной новолачной смолой полученную композицию выдерживают в течение 2-3 часов при температуре 50-70°С, а по окончании выдержки к композиции прикладывают вибрационное воздействие в течение 1,0-1,5 минут с частотой 90-180 Гц и амплитудой колебаний 0,5-2,0 мм.