CN111180221A - 一种树脂基碳纤维复合永磁导电触头及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种树脂基碳纤维复合永磁导电触头及其制造方法，该复合永磁导电触头由三部分组成：套筒、导电芯体和线圈，其中导电芯体中的磁芯为圆柱形铷铁硼永磁芯，导电芯体内复合的导体为苯胺改性碳纤维铝芯复合导线，磁芯和导体通过环氧树脂、次中温环氧树脂固化剂、淀粉接枝丙烯酸钠机械共混硫化胶为封装固化为所述导电芯体；线圈为卷绕在套筒内表面的苯胺改性碳纤维铝芯复合导线。本发明本质柔软、质量轻、抗疲劳、抗冲击、耐腐蚀、贴合好。

Description

一种树脂基碳纤维复合永磁导电触头及其制造方法

技术领域

本发明涉及电气装置技术领域，尤其涉及一种树脂基碳纤维复合永磁导电触头及其制造方法。

背景技术

水环境用复合电极是用于高温环境的特种零件，目前该技术领域的复合电极大多采用钛板表面涂敷钌，钌层的厚度约100μm，钛板为阳极，钌层为阴极。但是由于钛和钌均为贵金属，导致复合电极价格非常昂贵，难以为用户所接受，并且这种复合电极较易被腐蚀，从而限制了它的使用领域。因此研制一种新式的复合电极就显得非常重要。针对这种情况，树脂复合电极能够较好解决钛/钌复合电极的缺点。

而聚合物导电复合材料具有柔性好、应变检测范围大以及成本低的优势。但是，现有的基于聚合物导电复合材料的传感器普遍存在迟滞明显、线性度低、导电网络的稳定性差的缺点，此外对于某些复合材料在应变过程中的导电机理的阐释也存在缺陷。因此，近年来诸多研究者从聚合物导电复合材料导电机理的分析、不同导电填料的特性、聚合物具体本身特性以及不同的制备工艺等方面开展了大量的研究工作。在解释聚合物导电复合材料的导电机理方面，目前多采用渗流理论解释其导电过程。目前聚合物导电复合材料所用的导电填料主要分为碳系导电填料和金属系导电填料两大类，由于碳系导电填料导的电稳定性好、价格低，是目前使用的主流。而目前使用的聚合物基体主要分为硅橡胶、天然橡胶以及聚氨酯三大类，硅橡胶主要用于小应变、高灵敏度传感器，天然橡胶主要用于大应变的传感器。而聚合物导电复合材料的制备工艺主要分为填充式、夹心式、吸附式三种，填充式的传感器应变范围较大，而夹心式和吸附式传感器应变范围相对较小一些。本文对聚合物导电复合材料常用导电机理、导电填料、聚合物基体以及不同制备工艺进行了归纳和分析，最后展望了柔性应变传感用聚合物导电复合材料今后可能的研究热点和发展趋势。

因此，市面上急需一种本质柔软、质量轻、抗疲劳、抗冲击、耐腐蚀、贴合好的树脂基碳纤维复合永磁导电触头及其制造方法。

发明内容

本发明旨在提供一种本质柔软、质量轻、抗疲劳、抗冲击、耐腐蚀、贴合好的树脂基碳纤维复合永磁导电触头制造方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种树脂基碳纤维复合永磁导电触头的制造方法，包括以下步骤：

1)原料准备

①原材料准备：按重量份准备圆柱体铷铁硼磁芯20份-25份、足量二氯亚砜、足量苯二胺、环氧树脂100-120份、次中温环氧树脂固化剂15份-20份、淀粉接枝丙烯酸钠1份-1.5份、硫化剂0.8-1份、硅烷偶联剂1份-1.5份、石墨粉5份-8份、足量碳纤维铝芯复合导线、过硫酸铵引发剂0.2份-0.5份；

②辅材准备：准备足量按体积比3：1配比的浓硫酸与浓硝酸的混合液，足量10％溶质质量分数的盐酸水溶液；

2)胶池准备

①将阶段1)步骤①准备的环氧树脂、次中温环氧树脂固化剂、淀粉接枝丙烯酸钠以机械共混的方式制成原始混合胶熔池；

②在步骤①获得的原始混合胶熔池内逐渐加入阶段1)步骤①准备的石墨粉，并搅拌均匀，获得预制混合胶熔池；

③在步骤②获得的预制混合胶熔池内逐渐加入阶段1)步骤①准备的硫化剂、硅烷偶联剂并搅拌均匀，获得预反应熔池；

3)导线制备

①将阶段1)步骤①准备的碳纤维铝芯复合导线完全浸入阶段1)步骤②准备的浓硫酸与浓硝酸的混合液，采用200W-250W超声波处理3.5h-4h，获得羧化钝化复合导线，然后采用清水将复合导线漂洗干净；

②将步骤①获得的羧化钝化复合导线浸入阶段1)步骤②准备的盐酸水溶液中，将盐酸水溶液浸入-5℃～-10℃的冰浴，以120rpm/min-150rpm/min的速率开启搅拌，然后依次与阶段1)步骤①准备的二氯亚砜和苯二胺反应至稳定，最后以10％/min的质量速率在反应液中投入阶段1)步骤①准备的过硫酸铵引发剂，搅拌40min-50min，取出反应液将其在-5℃～-10℃冰箱内静置0.5天-1天，滤出固化物，并采用乙醇与水分别漂洗至漂洗干净，获得改性复合导线；

4)芯材准备

①将阶段3)获得的改性复合导线按平行于圆柱体铷铁硼磁芯轴线的方向以圆周均布的形式、一周12-20根的数量等距排列在铷铁硼磁芯圆柱表面，改性复合导线首尾均超出圆柱体铷铁硼磁芯端面，然后在阶段2)获得的预反应熔池中取出部分胶液，刷涂在圆柱体铷铁硼磁芯表面，固化组合结构，获得组合永磁芯体；

5)树脂基碳纤维复合永磁导电触头成型

①采用圆柱形桶状容器在阶段2)步骤③获得的预反应熔池中截取与圆柱体铷铁硼磁芯相适应并在直径上放大30％-50％的圆柱形胶液，再将阶段4)获得的组合永磁芯体的复合导线在前端收束后剪去尖端、后端向远离圆柱体铷铁硼磁芯轴线方向扩散并剪去末端，然后浸入容器中，采用70℃-80℃、保温1h-1.5h的工艺进行固化，获得初固化芯材；

②将阶段3)获得的改性复合导线剪去首尾端后卷绕在初固化芯材表面，获得复合芯体结构；

③在步骤②获得的复合芯体结构表面刷涂阶段2)步骤③获得的预反应熔池液，然后采用70℃-80℃，保温2h-2.5h的参数进行二次固化，即获得所需树脂基碳纤维复合永磁导电触头。

一种树脂基碳纤维复合永磁导电触头，该复合永磁导电触头由两部分组成：芯体和线圈，其中芯体为圆柱形铷铁硼永磁芯，导体为苯胺改性碳纤维铝芯复合导线，环氧树脂、次中温环氧树脂固化剂、淀粉接枝丙烯酸钠机械共混二次硫化胶为封装固化材料的复合芯体；线圈由卷绕在芯体表面的苯胺改性碳纤维铝芯复合导线及固化线圈的环氧树脂、次中温环氧树脂固化剂、淀粉接枝丙烯酸钠机械共混一次硫化胶组成。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：(1)本发明采用了常规永磁触头没有采用的结构，即以柔性导电材料包裹封装的可移动永磁导电复合芯体，以及与复合材料匹配并引导永磁导电复合芯体做功的导电线圈，即获得了整体柔软的碰撞芯体，由于柔软碰撞面的存在，与目标端自适应贴合，因而不会存在传统触头因老化后机械性能降低或触头变形导致的接触不良，因此使用寿命长且贴合性好。(2)除了作为永磁材料磁芯外，本发明所有材料的密度均远小于常规的金属材料，质量轻，因此引发本发明运动的动能需求低于常规技术，获得了更高的可靠性(即更低的电能输出都能引发)和更低的能耗。(3)本发明不同于常规技术存在金属反复弯折的问题，而是通过柔性和抗张强度好的碳纤维铝芯复合导线在长线程的工作状态下的弹性变形完成的，因而本发明本质抗疲劳。(4)本发明的芯体为柔性碰撞体，同时本身质量轻，冲击动能本来就低，兼有柔性缓冲，因而本发明具有良好的抗冲击性能。(5)本发明的包裹材料基体为本身化学性质稳定的环氧树脂，然后功能辅料也均为耐油、耐酸碱的材料，因此本发明相对于以金属材料实现的触头结构而言，明显更耐腐蚀，可靠性更高，使用寿命更长。因此，本发明具有本质柔软、质量轻、抗疲劳、抗冲击、耐腐蚀、贴合好的特性。

具体实施方式

实施例1：

一种树脂基碳纤维复合永磁导电触头，该复合永磁导电触头由两部分组成：芯体和线圈，其中芯体为圆柱形铷铁硼永磁芯，导体为苯胺改性碳纤维铝芯复合导线，环氧树脂、次中温环氧树脂固化剂、淀粉接枝丙烯酸钠机械共混二次硫化胶为封装固化材料的复合芯体；线圈由卷绕在芯体表面的苯胺改性碳纤维铝芯复合导线及固化线圈的环氧树脂、次中温环氧树脂固化剂、淀粉接枝丙烯酸钠机械共混一次硫化胶组成；

上述导电触头的制造方法，包括以下步骤：

1)原料准备

①原材料准备：按重量份准备圆柱体铷铁硼磁芯220g、足量二氯亚砜、足量苯二胺、环氧树脂1050g、次中温环氧树脂固化剂180g、淀粉接枝丙烯酸钠12g、硫化剂9g、硅烷偶联剂12g、石墨粉72g、足量碳纤维铝芯复合导线、过硫酸铵引发剂4g；

②辅材准备：准备足量按体积比3：1配比的浓硫酸与浓硝酸的混合液，足量10％溶质质量分数的盐酸水溶液；

2)胶池准备

①将阶段1)步骤①准备的环氧树脂、次中温环氧树脂固化剂、淀粉接枝丙烯酸钠以机械共混的方式制成原始混合胶熔池；

②在步骤①获得的原始混合胶熔池内逐渐加入阶段1)步骤①准备的石墨粉，并搅拌均匀，获得预制混合胶熔池；

③在步骤②获得的预制混合胶熔池内逐渐加入阶段1)步骤①准备的硫化剂、硅烷偶联剂并搅拌均匀，获得预反应熔池；

3)导线制备

①将阶段1)步骤①准备的碳纤维铝芯复合导线完全浸入阶段1)步骤②准备的浓硫酸与浓硝酸的混合液，采用200W-250W超声波处理3.5h-4h，获得羧化钝化复合导线，然后采用清水将复合导线漂洗干净；

②将步骤①获得的羧化钝化复合导线浸入阶段1)步骤②准备的盐酸水溶液中，将盐酸水溶液浸入-5℃～-10℃的冰浴，以120rpm/min-150rpm/min的速率开启搅拌，然后依次与阶段1)步骤①准备的二氯亚砜和苯二胺反应至稳定，最后以10％/min的质量速率在反应液中投入阶段1)步骤①准备的过硫酸铵引发剂，搅拌40min-50min，取出反应液将其在-5℃～-10℃冰箱内静置0.5天-1天，滤出固化物，并采用乙醇与水分别漂洗至漂洗干净，获得改性复合导线；

4)芯材准备

①将阶段3)获得的改性复合导线按平行于圆柱体铷铁硼磁芯轴线的方向以圆周均布的形式、一周12-20根的数量等距排列在铷铁硼磁芯圆柱表面，改性复合导线首尾均超出圆柱体铷铁硼磁芯端面，然后在阶段2)获得的预反应熔池中取出部分胶液，刷涂在圆柱体铷铁硼磁芯表面，固化组合结构，获得组合永磁芯体；

5)树脂基碳纤维复合永磁导电触头成型

①采用圆柱形桶状容器在阶段2)步骤③获得的预反应熔池中截取与圆柱体铷铁硼磁芯相适应并在直径上放大30％-50％的圆柱形胶液，再将阶段4)获得的组合永磁芯体的复合导线在前端收束后剪去尖端、后端向远离圆柱体铷铁硼磁芯轴线方向扩散并剪去末端，然后浸入容器中，采用70℃-80℃、保温1h-1.5h的工艺进行固化，获得初固化芯材；

②将阶段3)获得的改性复合导线剪去首尾端后卷绕在初固化芯材表面，获得复合芯体结构；

③在步骤②获得的复合芯体结构表面刷涂阶段2)步骤③获得的预反应熔池液，然后采用70℃-80℃，保温2h-2.5h的参数进行二次固化，即获得所需树脂基碳纤维复合永磁导电触头。

实施例2：

整体与实施例1一致，差异之处在于：

①原材料准备：按重量份准备圆柱体铷铁硼磁芯250g、足量二氯亚砜、足量苯二胺、环氧树脂1000g、次中温环氧树脂固化剂150g、淀粉接枝丙烯酸钠10g、硫化剂8g、硅烷偶联剂10g、石墨粉50g、足量碳纤维铝芯复合导线、过硫酸铵引发剂2g；

实施例3：

整体与实施例1一致，差异之处在于：

①原材料准备：按重量份准备圆柱体铷铁硼磁芯200g、足量二氯亚砜、足量苯二胺、环氧树脂1000g、次中温环氧树脂固化剂200g、淀粉接枝丙烯酸钠15g、硫化剂10g、硅烷偶联剂15g、石墨粉80g、足量碳纤维铝芯复合导线、过硫酸铵引发剂5g；

对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种树脂基碳纤维复合永磁导电触头的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

1)原料准备

①原材料准备：按重量份准备圆柱体铷铁硼磁芯20份-25份、足量二氯亚砜、足量苯二胺、环氧树脂100-120份、次中温环氧树脂固化剂15份-20份、淀粉接枝丙烯酸钠1份-1.5份、硫化剂0.8-1份、硅烷偶联剂1份-1.5份、石墨粉5份-8份、足量碳纤维铝芯复合导线、过硫酸铵引发剂0.2份-0.5份、固定套筒；

②辅材准备：准备足量按体积比3：1配比的浓硫酸与浓硝酸的混合液，足量10％溶质质量分数的盐酸水溶液；

2)胶池准备

①将阶段1)步骤①准备的环氧树脂、次中温环氧树脂固化剂、淀粉接枝丙烯酸钠以机械共混的方式制成原始混合胶熔池；

②在步骤①获得的原始混合胶熔池内逐渐加入阶段1)步骤①准备的石墨粉，并搅拌均匀，获得预制混合胶熔池；

③在步骤②获得的预制混合胶熔池内逐渐加入阶段1)步骤①准备的硫化剂、硅烷偶联剂并搅拌均匀，获得预反应熔池；

3)导线制备

①将阶段1)步骤①准备的碳纤维铝芯复合导线完全浸入阶段1)步骤②准备的浓硫酸与浓硝酸的混合液，采用200W-250W超声波处理3.5h-4h，获得羧化钝化复合导线，然后采用清水将复合导线漂洗干净；

②将步骤①获得的羧化钝化复合导线浸入阶段1)步骤②准备的盐酸水溶液中，将盐酸水溶液浸入-5℃～-10℃的冰浴，以120rpm/min-150rpm/min的速率开启搅拌，然后依次与阶段1)步骤①准备的二氯亚砜和苯二胺反应至稳定，最后以10％/min的质量速率在反应液中投入阶段1)步骤①准备的过硫酸铵引发剂，搅拌40min-50min，取出反应液将其在-5℃～-10℃冰箱内静置0.5天-1天，滤出固化物，并采用乙醇与水分别漂洗至漂洗干净，获得改性复合导线；

4)芯材准备

①将阶段3)获得的改性复合导线按平行于圆柱体铷铁硼磁芯轴线的方向以圆周均布的形式、一周12-20根的数量等距排列在铷铁硼磁芯圆柱表面，改性复合导线首尾均超出圆柱体铷铁硼磁芯端面，然后在阶段2)获得的预反应熔池中取出部分胶液，刷涂在圆柱体铷铁硼磁芯表面，固化组合结构，获得组合永磁芯体；

5)树脂基碳纤维复合永磁导电触头成型

①采用圆柱形桶状容器在阶段2)步骤③获得的预反应熔池中截取与圆柱体铷铁硼磁芯相适应并在直径上放大30％-50％的圆柱形胶液，再将阶段4)获得的组合永磁芯体的复合导线在前端收束后剪去尖端、后端向远离圆柱体铷铁硼磁芯轴线方向扩散并剪去末端，然后浸入容器中，采用70℃-80℃、保温2h-2.5h的工艺进行固化，获得初固化芯材；

②在步骤①获得的初固化芯材作为移动芯体，套装在阶段1)步骤①准备的固定套筒中间，再将阶段3)获得的改性复合导线剪去首尾端后紧贴套筒内表面卷绕，卷绕后的改性复合导线与移动芯体不接触，将获得的整体结合固定后即获得所需树脂基碳纤维复合永磁导电触头。

2.一种树脂基碳纤维复合永磁导电触头，其特征在于：该复合永磁导电触头由三部分组成：套筒、导电芯体和线圈，其中导电芯体中的磁芯为圆柱形铷铁硼永磁芯，导电芯体内复合的导体为苯胺改性碳纤维铝芯复合导线，磁芯和导体通过环氧树脂、次中温环氧树脂固化剂、淀粉接枝丙烯酸钠机械共混硫化胶为封装固化为所述导电芯体；线圈为卷绕在套筒内表面的苯胺改性碳纤维铝芯复合导线。