[發明專利]一種炭纖維增強受電弓碳滑板及其制造方法

有效

• 申請號: 201110153691.5
• 申請日: 2011-06-09
• 公開（公告）號: CN102311273A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 廖仕明;曹勇
• 申請（專利權）人: 蘇州東南碳制品有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬電力機車技術領域，尤其涉及一種炭纖維增強受電弓碳滑板及其制造方法。

背景技術

電力牽引的高速列車是通過受電弓碳滑板系統不間斷地與接觸網導線摩擦接觸，將電網上的電流引導下來，傳輸給機車電力系統來維持電力機車正常運行的。受電弓碳滑板是一種集高導電性、抗磨性和減摩性能于一體的電接觸材料，既要有良好的導電性和集電能力，又要與弓網耦合系統相匹配，因此由該材料制作成的電弓滑板與接觸網導線的關系構成一對機械與電氣耦合的特殊摩擦副。

由于受電弓碳滑板長期暴露在自然環境中，常在干燥、潮濕甚至沙塵和雨雪等惡劣天氣下工作，而且，在高速運行過程中，滑板與接觸網導線不斷產生電沖擊與機械沖擊磨耗，因而成為電力機車中更換最頻繁，消耗量最大的部件。因此選擇具有優良綜合性能的受電弓碳滑板成為必然，其所需具備的條件為：良好的導電性能；優良的抗磨損性和自潤滑性；機械強度高，能經受一定振動和沖擊載荷且不損壞；硬度值低于接觸導線的硬度；輕量化。

而目前，國內的受電弓碳滑板通常采用石油焦和石墨為主要原料，瀝青作粘結劑，通過傳統的糊料熱擠壓、整形和焙燒炭化工藝制造而成。由于石墨與瀝青炭界面粘結強度低，造成產品內部微裂紋較多，抗折強度和抗沖擊強度偏低且易折斷、電阻率過高且易發熱從而導致性能下降等問題，致使產品性能不穩定，次品率高，難以實現批量大規模生產。

發明內容

本發明正是為了克服上述不足，所要解決的技術問題是提供一種電阻率低、機械強度高、抗磨損性和自潤滑性優異的炭纖維增強受電弓碳滑板。

本發明還要解決的技術問題是提供上述炭纖維增強受電弓碳滑板的制造方法。

一種炭纖維增強受電弓碳滑板，其包含插層石墨。

作為優選配比，該炭纖維增強受電弓碳滑板的材料組成按重量百分比計為：插層石墨30～60％；石油焦8～32％；炭纖維2～10％；中溫瀝青15～35％。

本發明的技術構思是這樣的：在碳滑板中添加插層石墨，由于在石墨層間中加入了金屬，因此可使受電弓碳滑板材料的電阻率降低20％以上，添加少量分散均勻的短切炭纖維可使純炭整體受電弓滑板材料的抗折強度提高至40MPa以上，通過添加短切炭纖維和石墨層間化合物(插層石墨)達到高速電力機車用純炭整體受電弓滑板的綜合性能要求。

其中，優選地，上述插層石墨為金屬石墨層間化合物。

其中，進一步優選地，上述金屬石墨層間化合物為銅-石墨層間化合物、鐵-石墨層間化合物或銅鐵-石墨層間化合物中的任意一種。

其中，更進一步優選地，上述金屬石墨層間化合物為銅-石墨層間化合物。

作為優選，上述銅-石墨層間化合物的Cu含量為10-20％。

作為進一步優選，上述銅-石墨層間化合物是以鱗片石墨為原料，采用氯化銅作為插層劑、氫氣作為還原劑在真空條件下制備而成，其制備方法包括如下步驟：

1、將鱗片石墨與無水氯化銅按摩爾比為1～3∶2～4混合均勻后加入反應釜中。

2、將反應釜密封，并按2～5℃/min的升溫速率加熱至450～550℃，保溫反應68～76小時后自然降溫至室溫，制得氯化銅～石墨層間化合物。

3、將氯化銅～石墨層間化合物置入氫氣還原爐中，抽真空至0.1MPa后，按1～2L/min的流量通入氫氣，同時按1～2℃/min的升溫速率加熱至450～500℃，保溫45～52小時。

4、再按1～2℃/min的升溫速率加熱至850～900℃，保溫24小時后自然降至室溫，制得銅～石墨層間化合物。

其中，所述插層石墨為粉末狀，其平均粒度為300～350目，電阻率為50-60μΩm。

其中，所述石油焦的組成為：粒度為200目：70～80％、粒度為300目：20～30％；所述中溫瀝青的水分≤0.3％，灰份≤1％。

制造上述炭纖維增強受電弓碳滑板的方法，其包括如下步驟：

1、按配比將插層石墨、石油焦和炭纖維放入混捏鍋內，冷混20～40分鐘。

2、向經過冷混后的混捏鍋內加入溶化后的中溫瀝青在150～170℃溫度條件下混合120±10min。

3、停止加熱，自由降溫，當溫度降至90℃后將料卸出，制得一階段料粉。

4、用油壓機將一階段料粉壓制成料柱，在130～150℃溫度條件下放入烘箱內固化10～14小時。

5、將經過固化后的料柱放入擠壓機內，擠出所需規格的碳滑板材料。