Композиционный материал для коллекторов электрических машин

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (») 670

СОюз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06.12.77 (21) 2551938/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.06.79. Бюллетень № 24 (45) Дата опубликования описания 30.06,79 (51) М. Кл."Н 01R 39,04

Государственный комитет (53) УДК 621.3.047 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

К. А. Андрианов, Г. Н. Багров, P. Ф. Бекишев, В. А. Данекер, С. И. Лебедев и С. А. Ситников (71) Заявитель (54) КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ КОЛЛЕКТОРОВ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Изобретение относится к электротехническим материалам, а именно к композиционным материалам на основе углеродных волокнистых материалов, используемых для коллекторов электрических машин.

Известны в электромашиностроении композиционные материалы на основе углеродных тканей, применяемые для изготовления электрощеток (1). Однако данные материалы нельзя применять для изготовления ламелей коллекторов, так как они обладают сравнительно высоким удельным сопроОм. мм тивлением до 100, что ведет к знаМ чительным электрическим потерям на коллекторе. Кроме того, они имеют низкую механическую прочность и повышенную хрупкость.

Известен также композиционный материал для токоведущих элементов коллекторов, основой которого является омедненная углеродная ткань, покрытая полимерным связующим, полученный путем прессования (2).

Недостатком известного материала является наличие слоя меди, что ведет к перераспределению тока в контакте и неблагоприятно влияет на процесс коммутации.

Применение непокрытых медью углеродных тканей, в качестве которых использовались ткани марки УТМ-8 и ТГН-2М, имеющих сравнительно низкую электропроводность, приводит к увеличению электрических потерь по телу коллектора.

Перераспределение тока в контакте, а также неравномерная толщина медного покрытия, приводят к интенсивному выгоранию слоя меди. При этом образуются перепады между слоями меди и углеродной

10 ткани, вызывающие вибрации щеток.

Целью изобретения является создание такого композиционного материала на основе углеродных волокнистых материалов и связующего, который обладал бы более высо15 кой электропроводностью и механической прочностью, меньшей хрупкостью, повышенной эрозионной стойкостью и лучшими антифрикционными свойствами по сравнению с известными композиционными материала20 ми, применяемыми для изготовления коллекторов.

Для достижения указанной цели композиционный материал изготавливают из чередующихся углеродных волокон типа поли25 акрилонитрильного волокна (ПАН), имеющего низкое удельное электрическое сопротивление и изоляционной, например кремнеземной ткани, пропитанных кремнийорганическим полимерным связующим в следу30 ющем весовом отношении: углеродное во670993 лосы ПАН-волокна или ТМП и кремнеземной ткани, их закладывали в пресс-форму в весовом соотношении:

ПАН-волокно или ТМП 70%

ТС-8 30% и производили прессование под давлением

200 ат и температуре 180 С.

Пример 2. Операции выполнялись по примеру 1, причем полосы ПАН-волокна

10 или ткани ТМП и кремнеземной ткани

ТС-8 закладывали в пресс-форму в соотношении (вес. % ) соответственно 80:20.

Пример 3. Операции выполнялись по примеру 1, причем полосы ПАН-волокна

15 или ткани ТМП и кремнеземной ткани ТС-8 закладывали в пресс-форму в соотношении (вес. %) соответственно 85:15.

Основные физико-механические свойства полученных композиционных материалов

20 сведены в таблицу

Уд. сопротивление

Плотность, г/сма

Сжатие, кг/см

Растяжение, кг/см

Ударная вязкость

Состав

Коэф. трения

Ом ммй

1,45 — 1,7

1,5 — 1,8

Пример 1

1500 — 1800

1800 — 2000

2100 — 2200

2300 — 2400

30 — 60

25 — 50

25 — 30

ЗΠ— 35

0,1 — 0,2

1,4 — 1,7

1,45 — 1,7

Пример 2

1700 †18

1930 †21

2200 †23

2400 †26

10 — 40

5 — 25

0,I — 0,I5

ЗΠ— 35

35 — 40

2200 — 2300

2400 — 2500

Пример 3

1,4 — 1,6

1,35 — 1,6

I800 — 1900

1900 †21

20 — 40

15 — 35

25 — 30

30 35

О, 15 — 0,2 а) — композиционный материал на основе ТМП

6) — композиционный материал на основе ПАН-волокна.

Как видно из таблицы, композиционный материал (КМ) по примеру 2, изготовленный на основе ПАН-волокна и кремнеземной ткани ТС-8, обладает лучшими свойствами и по сравнению с другими материала- 25 ми, приведенными в таблице.

Удельное электрическое сопротивление указанного КМ сравнительно низко, поэтому он может быть применен для изготовления коллекторов электрических машин. ЗО

Низкая плотность и высокие прочностные свойства данного КМ позволяют изготовить коллекторы, которые могут применяться при окружных скоростях свыше 100 м/с.

Низкий коэффициент трения позволяет 35 существенно снизить износ контактной пары щетка-коллектор и уменьшить потери на трение в коллекторе.

Коллекторы, изготовленные из данного

КМ, обладают высокими прочностными 40 свойствами, пластичность его достаточно высока. Высокая эрозионная стойкость и низкий коэффициент трения обуславливают снижение износа элементов контактной пары. Кроме того, величина электрических по- 45 терь на коллекторе из предлагаемого композиционного материала существенно меньше, чем при использовании известных композиционных материалов для изготовления коллекторов.

Таким образом, применение указанного композиционного материала при производстве коллекторов позволит значительно повысить качество и ресурс работы коллекторных электрических машин.

Композиционный материал для коллекторов электрических машин на основе углеродных волокнистых материалов, пропитанных полимерным связующим, полученный путем прессования, отличающийся тем, что, с целью повышения электропроводности, механической прочности и пластичности, дополнительно введена изоляционная ткань, например кремнеземная, пропитанная тем же полимерным связующим, например кремнийорганическим, которая чередуется с упомянутым углеродным материлокно 70 — 85%, изоляционная ткань

30 — 15, Для уменьшения удельного электросопротивления композиционного материала используют углеродные волокна, покрытые пироуглеродом.

Для получения и сравнения свойств композиционных материалов были взяты полосы ПАН-волокна и углеродной ткани ТМП, покрытые пироуглеродом и пропитанные полимерным связующим и опрессованы в пресс-форме при конечной температуре прессования 180 С и давлении 200 ат.

Пример 1. Полосы ПАН-волокна или ткани ТМП и иозляционной кремнеземной ткани ТС-8 пропитывали кремнийорганическим связующим марки Т-1 и сушили в вытяжном шкафу при температуре 60 С до выхода остаточных летучих веществ в пресс-материале 3 — 5%. Затем, чередуя поФормула изобретения

670993

Составитель М. Кузнецова

Телред А. Камышникова Корректор А. Степанова

Реда ктор В. Л евятов

Заказ 1146/15 Изд. Мз 409 Тираж 922 Подписное

НПО «Поиск> Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 алом, например полиакрилонитрильными углеродными волокнами при следующих соотношениях углеродного материала и изоляционной ткани, вес. /о ..

Углеродный материал 70 — 85

Изоляционная ткань 30 — 15

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ № 1261589, кл. 21d 59, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР № 557449, кл. Н 01 39/04, 1977.