炭刷材料作为机电工具电机整流装置中的重要组成部分,在电机高速运行时,该系统同时受到机械磨损和电气磨损以及化学腐蚀的影响。此机械/电气耦合系统与常规摩擦磨损比较,其工况条件尤为苛刻。现有对炭刷的研究大多采用传统的改质剂对填料或是粘结剂的改性为主,也有对炭刷的制备工艺进行的改进研究。但鲜有关于运用新型纳米材料,采用界面设计的思路,通过最简单的原料配比,制备出性能优异的炭刷材料的研究报道。本文针对现有树脂基炭刷难以兼具抗折抗磨、抑弧匹配等综合性能的缺陷,提出以“功能改性-载流磨损性能-力、电学性能-微观结构表征-材料机理分析”之间的关联为研究思路,以界面作用机制以及摩擦膜形成机制为研究目标,采用新型低维炭纳米材料-磺化石墨烯作为界面改质剂,通过研究磺化石墨烯对不同树脂基炭刷材料的改性效果以及不同磺化石墨烯含量对树脂基炭刷材料的载流磨损性能的影响,阐明磺化石墨烯在树脂基炭刷材料内部各相界面之间松弛应力的作用机制以及对炭刷磨面摩擦膜的形成机理。主要研究结论如下:(1)研究了磺化石墨烯改性前后酚醛树脂基炭刷材料的静态及动态性能,并对其微观结构进行分析表征,研究发现,经磺化石墨烯改性后的鳞片石墨粉呈大片层分布,经与酚醛树脂混捏成型制备出的树脂基炭刷较未改性的炭刷,其抗折强度及肖氏硬度分别提高了 80.6%和49.5%,且其磨损率降低了 68.7%,与国外炭刷IM839磨损率相当。经扫描电子显微镜观察发现,经磺化石墨烯改性后的炭刷磨面呈现出“互联粘附”的形貌特征。(2)选用环氧树脂作为炭刷的基体材料,通过研究磺化石墨烯对不同含量环氧树脂基炭刷综合性能的影响得出,当环氧树脂的含量为25wt%时,其力学性能最高,达到了 37.8MPa。在选出最佳环氧树脂比例的基础上,又深入研究了不同磺化石墨烯含量对环氧树脂基炭刷材料性能的影响,研究发现:当磺化石墨烯含量为1wt%时,其抗折强度较未改性炭刷样,提高了 18.9%,其磨损率较未改性样,降低了 40.9%。火花等级也基本维持在11/4级。(3)深入分析磺化石墨烯在树脂基炭刷材料各项性能的影响。推测出了磺化石墨烯对于树脂基复合材料各相界面的改性机制,以及在外载荷作用下,磺化石墨烯对内部应力作用的吸收分散机理;并重点研究了磺化石墨烯对于载流过程中,炭刷磨面摩擦膜的动态形成机制及与鳞片石墨粉的协同作用机理。