[發明專利]一種碳纖維增強受電弓碳滑板材料及其制造方法

有效

• 申請號: 201110406182.9
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN103159495A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 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;C04B35/622
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所 11308
• 代理人: 秦力軍

技術領域

本發明屬電力機車技術領域，尤其涉及一種碳纖維增強受電弓碳滑板材料及其制造方法。

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

本發明的首要目的是針對上述現有技術存在的問題提供一種電阻率低、機械強度高、抗磨損性和自潤滑性優異的碳纖維增強受電弓碳滑板材料及其制造方法。

為了達到上述目的，本發明一方面提供一種碳纖維增強受電弓碳滑板材料，其特征在于，包括石墨層間化合物，石油焦，碳纖維和中溫瀝青。

其中，所述石墨層間化合物的質量百分含量為30～60％，優選為40-50％；石油焦的質量百分含量為8～32％；碳纖維的質量百分含量為2～16％，優選為3-5％；中溫瀝青的質量百分含量為15～35％。

特別是，所述石墨層間化合物為金屬～石墨層間化合物，金屬～石墨層間化合物中金屬的質量百分含量為10-20％。

其中，所述石墨層間化合物選自銅～石墨層間化合物、鐵～石墨層間化合物、銅鐵～石墨層間化合物中的一種。

特別是，所述金屬～石墨層間化合物的制備方法包括如下步驟：

1)將鱗片石墨與金屬氯化物混合均勻，制得混合物；

2)將混合物進行加熱處理，制得金屬氯化物～石墨層間化合物；

3)將金屬氯化物～石墨層間化合物進行還原處理，制得金屬～石墨層間化合物。

其中，步驟1)中所述鱗片石墨與金屬氯化物的摩爾比為(1～3)∶(2～4)；步驟2)中所述加熱處理包括：以2～5℃/min的升溫速率將混合物加熱至400～550℃，保溫24～76小時后降溫至室溫，制得金屬氯化物～石墨層間化合物；步驟3)中所述還原處理包括：將金屬氯化物～石墨層間化合物置入氫氣還原爐后進行抽真空處理；然后以1～2L/min的流量通入氫氣，同時以1～2℃/min的升溫速率將金屬氯化物～石墨層間化合物加熱至300～550℃，保溫45～52小時；再以1～2℃/min的升溫速率繼續將金屬氯化物～石墨層間化合物加熱至850～900℃，保溫24小時后降溫至室溫，制得金屬～石墨層間化合物。

特別是，所述石墨層間化合物的平均粒度為300～350目，電阻率為50-60μΩ·m；所述石油焦中200目粒度的質量百分含量為70～80％，300目粒度的質量百分含量為20～30％；所述碳纖維為短切碳纖維，長度為1-5mm，優選為2-3mm；所述中溫瀝青的水分≤0.3％，灰份≤1％，軟化點為65-90℃；

本發明另一方面提供一種碳纖維增強受電弓碳滑板材料的制造方法，包括如下步驟：

A)將石墨層間化合物、石油焦和碳纖維混合均勻，然后加入溶化后的中溫瀝青，再于150～170℃下進行混合處理，制得混合料；

B)將混合料降溫至90℃后壓制成料柱，再將料柱于130～150℃進行固化處理10～14小時；

C)將固化處理后的料柱粉碎成碎料，再于200～230℃下進行擠壓處理，制得半成品；

D)將半成品進行焙燒處理，制得碳纖維增強受電弓碳滑板材料。

相對于現有技術，本發明具有以下技術效果：