Металлополимерные щетки, разработанные применительно к слаботочным СК микродвигателей систем автоматики, несмотря на низкие электрические потери, для использования в сильноточных контактах непригодны вследствие размягчения серебра, схватывания с коллектором и повышенного износа (см. рис. 7.10, кривая 1). Поэтому разработка металлополимерных материалов для сильноточных узлов токосъема должна вестись в направлении уменьшения влияния металлической фольги на характер фрикционного взаимодействия в зоне контакта. Ограниченное количество фольги (30—40 мас. %) позволяет сохранить высокую механическую прочность, электро- и теплопроводность тела щетки. При меньшем содержании связующего в адгезиве за счет увеличения толщины прослоек между слоями фольги удается увеличить прочность, монолитность и электропроводность щетки, снизить ее жесткость. Ограничение содержания металлической фольги и связующего, а также соответствующий подбор антифрикционных и токопроводящих наполнителей обеспечивают формирование тонких смазочных слоев в контакте. Важно, что смазочный слой материала адгезива покрывает практически всю контактную поверхность щетки, включая участки металлической фольги. Это существенно ограничивает возможность контакта металлов щетки и коллектора, обеспечивает правило положительного градиента сдвигового сопротивления и малое относительное внедрение (мягкая составляющая на твердой подложке) [286]. Металлическая фольга передает основную долю тока через тело щетки, отводит тепло и выполняет функцию твердой подложки под смазочной пленкой адгезива.
Рис. 7.16. Зависимость интенсивности изнашивания Ih, объемной температуры щетки Т, переходного падения напряжения ∆U от плотности тока в контакте 1 для щеток МГС-7 (1), ЭГ-2А (2), МП-1М. (3). Сплошные линии относятся к анодно-поляризованным щеткам, пунктирные — к катодно- поляризованным
Использование фольги из мягких материалов (серебро, свинец и др.) менее эффективно вследствие их склонности к пластическим деформациям и неспособности выполнять роль твердой подложки при повышенных температурах. Металлополимерные щетки с описанным выше распределением функций между компонентами (фольгой и адгезивом) при условии механической устойчивости контакта сохраняют стабильность эксплуатационных характеристик при высоких токовых нагрузках (до 100 А/см2). На рис. 7.16 представлены результаты испытаний серийных ЭГ-2А, МГС-7 и опытных металлополимерных щеток МП-1М на основе медной фольги. Щетки испытывались на медных контактных кольцах (∅=40 мм, v=2 м/с, р=700 гПа). Плотность тока изменялась ступенчато от 25 до 150 А/см2 при продолжительности работы 20 ч на каждой ступени.
Как видно из приведенных данных, для серийных щеток в области токовых нагрузок 50—75 А/см2 наблюдается резкое возрастание интенсивности изнашивания, сильное нагревание, в ряде случаев — изменение знака полярных различий. Контактное падение напряжения проявляет значительные флуктуации, ВАХ теряет свою определенность (АСУ может снижаться при увеличении плотности тока). Такое поведение особенно характерно для меднографитных щеток МГС-7.
Щетки МП-1М при высоких токовых нагрузках имеют относительно низкое, плавно изменяющееся контактное падение напряжения. Их износ заметно интенсифицируется только при плотностях тока 125—150 А/см2. Благодаря достаточно низким электрическим потерям, а также хорошему теплоотводу объемная температура металлополимерных щеток значительно ниже, чем у серийных. Металлополимерные щетки типа МП-1М в условиях механической устойчивости контакта обеспечивают стабильность эксплуатационных характеристик СК при плотностях тока до 100 А/см2 и могут быть использованы в сильноточных узлах токосъема.
Следует отметить, что, несмотря на ряд ценных качеств, применимость описанных материалов на полимерной матрице ограничивается невысокой термической стойкостью полимерного связующего. Гораздо более широкие возможности по расширению диапазона скоростей, токовых нагрузок и температур эксплуатации СК открывает использование контактных материалов на металлической матрице (см. гл. 8).
