[發明專利]一種受電弓滑板用復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310111822.2
• 申請日: 2013-04-02
• 公開（公告）號: CN103192718A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 涂川俊;熊賢至;鄧聯譜;陳剛;金曦倫
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B60L5/20
• 分類號: B60L5/20;H01B1/22;D06M10/02;D06M11/74;D06M15/39;D06M15/41;D06M101/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于受電弓滑板制備技術領域，尤其涉及一種受電弓滑板用復合材料及其制備方法。

背景技術

受電弓滑板是電力機車供電部分的咽喉部件，電力機車提速的極限主要取決于弓網受流技術、車輛技術及制動技術，其中，弓網受流技術是確保鐵路提速和重載牽引的關鍵。隨著鐵路向高速化、電氣化方向發展，受電弓滑板材料也在改進和升級換代。受電弓滑板與電網導線摩擦接觸，從接觸網導線上集取電流，為機車持續供應電力。由于其工況條件惡劣，在運行過程中的拉弧燒損易導致摩擦副，尤其是電網導線的異常磨損。現有受電弓滑板的選用原則是首先要保護網線，其次再考慮滑板本身的使用壽命。為此，滑板材料需同時滿足或協調以下主要性能指標：高導電率、較高的機械強度、耐磨性能、優良的自潤滑能及良好的耐熱、耐電弧性。通常在滑板材料的制備過程中，要提高其某一方面性能的同時也會以犧牲另一方面的性能為代價。因此，研制兼具或協調上述主要性能指標的受電弓滑板材料一直是人們追求的目標。

已使用的受電弓滑板按材質劃分主要有金屬滑板、粉末冶金滑板、炭滑板、浸金屬炭滑板和復合材料滑板。金屬滑板具有械強度高、導電性好的特點，但其和接觸導線材質相近，與接觸網導線粘著效應較強，無自潤滑性能，對接觸網導線磨損非常嚴重，只能在采取潤滑措施的鋼鋁導線區段使用，不能在混架區段和銅接觸線區段使用，該類型滑板現已不能適應電氣化鐵路發展的需要。粉末冶金滑板具有較高的機械強度和優異的抗沖擊性，較低的電阻率及良好的熱傳導性，但由于粉末冶金滑板材料是金屬體，和導線材質相似，其自潤滑性能差，所以粉末冶金滑板對導線磨損較大、抗電弧能力弱，尤其在離線或觸線的瞬間，易出現電弧，從而將滑板燒蝕，甚至把網線燒熔，造成斷線、粘連，形成凹凸不平和毛刺等狀況。針對粉末冶金滑板材質潤滑較少、含油較低的特點，后提出了機械復合式銅基粉末冶金滑板，這種滑板可隨時提供潤滑，降低了滑板對接觸線的磨耗，但仍由于自潤滑性能差，導致其應用范圍并不廣泛。純炭滑板自潤滑性和減磨性能好，在與銅接觸導線摩擦時可在導線上持續補給潤滑炭膜，具有減少導線磨損的效果。但純炭滑板機械強度低，耐沖擊性差，運行中遇到導線硬點容易造成滑板折斷或破裂，特別是在雨季和潮濕地區，易局部拉溝，出現弓網事故。另外，純炭滑板固有電阻大，集電容量小，接觸區溫度高，易引起導線過熱氧化腐蝕，反而加速了摩擦副的磨耗。浸金屬炭滑板導電性能優良，有整體式和組裝式兩類，既具有粉末冶金滑板機械強度高、電阻率小的特點，又具有純炭滑板對導線磨耗小、能在導線摩擦表面形成潤滑膜，且熄弧性強等特點，被認為是目前對導線適應能力較強的滑板類型。浸金屬炭滑板雖然保留了炭滑板的潤滑性和耐腐蝕性好，與炭滑板相比具有高機械強度、低電阻率的特點，但因金屬的浸漬存在不均勻現象，導致不能很好的在滑板內部形成連通的電子通道，且其抗沖擊能力不足，相對強度較低，易出現掉塊現象，運用過程中仍需進行1～2次以上的整形等，且對導線的磨耗仍然偏大，造價昂貴。復合材料滑板主要有炭纖維復合材料滑板、炭-金屬纖維復合材料滑板和炭-銅復合材料滑板。炭纖維復合材料滑板主要是采用金屬粉末為導電成分或直接以炭質材料為導電材料，以炭纖維為增強材料，以石墨為潤滑成分，以熱固性樹脂為粘結劑熱壓固化而成。炭-金屬纖維復合材料滑板主要以金屬短纖維、金屬粉末或它們的混合物增強炭基體，進行冷壓或熱壓，經過高溫燒結制成。炭-銅復合材料滑板主要是由銅、炭纖維、石墨和添加劑等構成，經冷壓成型后再燒結制得的復合材料。但炭纖維復合材料滑板導電性能較差，磨損過程中局部摩擦特性不穩定等因素導致其不能在電力機車領域廣泛應用。炭-金屬纖維復合材料滑板和炭-銅復合材料滑板中銅質粉末在成型過程中易偏析聚集導致局部出現類似粉末冶金滑板的特性，在離線或觸線的瞬間易出現電弧燒熔，造成接觸導電粘連和毛刺等狀況。另外，該類滑板中銅不能很好地形成連續的三維網絡結構，仍存在強度較低，脆性易折斷的缺陷。目前炭-銅復合材料滑板材料的工業化生產還欠成熟，尚未投入工業化使用。

發明內容

本發明提供了一種受電弓滑板用復合材料及其制備方法，旨在解決現有技術提供的受電弓滑板制備工藝復雜、產品綜合性能不穩定、制造困難、使用可靠性較低和適用范圍小的問題。

本發明的目的在于提供一種受電弓滑板用復合材料，該受電弓滑板用復合材料的增強體為由炭纖維與銅絲采用三維編織方法混合編織的混合編織體。

進一步，制備混合編織體時，可采用的三維編織方法包括：準三維針刺編織、四步法三維編織、二步法三維編織。