[發明專利]一種受電弓滑板用短切碳纖維增強碳/碳復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610868451.6
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN106631083B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 張東生;吳恒;姚棟嘉;劉喜宗;楊超;牛利偉
• 申請（專利權）人: 鞏義市泛銳熠輝復合材料有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/622;B60L5/20
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 張智偉

本發明公開一種受電弓滑板用短切碳纖維增強碳/碳復合材料的制備方法。將短切碳纖維、中間相瀝青粉和分散劑放入水中制成料漿；將料漿倒入金屬容器中，放入冷凍干燥設備內冷凍干燥，制得碳纖維增強體；對制備的碳纖維增強體進行模壓成型，制得坯體；對制備的坯體進行碳化處理；將碳化處理后所得材料，浸漬中間相瀝青；將浸漬中間相瀝青后所得材料進行碳化處理；重復浸漬?碳化4~6次；石墨化處理，即得目標材料。本發明制備的短切碳纖維增強碳/碳復合材料具有良好的導電性、抗沖擊性能好，克服了現有技術制備的碳/碳復合材料受電弓滑板的導電性差、抗沖擊能力弱的缺陷。

技術領域

本發明屬于受電弓滑板的制備領域，具體涉及一種受電弓滑板用短切碳纖維增強碳/碳復合材料的制備方法。

背景技術

截至2016年9月，我國鐵路營業歷程已超過12萬公里，其中高速鐵路已超過2萬公里，提前實現了國家《中國長期鐵路網規劃》的目標。隨著在高速鐵路上飛馳的列車的速度的提高，相應地也帶來了眾多的科學技術問題。高速列車的受電弓滑板與接觸網線滑動接觸，將500A左右的負載電流傳輸到列車，對滑板材料性能提出越來越苛刻的要求。目前受電弓滑板常用的材料主要有：粉末冶金滑板、碳滑板、浸金屬碳滑板。但是在上述三種滑板的使用過程中發現：粉末冶金滑板接觸網導線的磨損嚴重、抗電弧能力弱；碳滑板的力學強度低、耐沖擊性差，遇導線硬點容易造成滑板斷裂或者掉塊；浸金屬碳滑板結合了粉末冶金滑板和碳滑板的優點的同時也保留了粉末冶金滑板和碳滑板的缺點，例如：碳滑板的抗沖擊能力低、力學強度相對較低，運行中容易出現斷裂和掉塊；粉末冶金滑板對導線的磨耗大、運行中易與導線發生粘連。

為克服浸金屬碳滑板的缺點，提高滑板材料的性能，降低成本，研究人員加大對纖維增強復合材料滑板的研究，例如發明專利（申請號：97106646.9）“電力機車用碳 ~ 碳復合材料受電弓滑板”公開了一種采用以鍍銅粉末為基體材料，以短碳纖維作為增強劑，用熱固性樹脂作為粘結劑，采用濕態或者干態混合成型的制備受電工滑板的方法。采用該方法，（1）需要對碳粉末（石墨粉或焦碳粉）進行鍍銅處理，增加了設備投資，且碳粉末表面鍍銅也不均勻，不利于提高滑板材料的電傳導性能；（2）該制備方法最高只在180℃對坯料進行處理，處理溫度低，不能充分發揮碳材料滑板的耐磨和良好的機械性能；（3）該方法生產周期長，成本較高，批量化生產能力較差。發明專利（申請號：201310308748.3 ）“一種用于高速列車受電弓滑板碳/碳 ~ 石墨復合材料的制備方法”公布了一種復合材料滑板制備方法。該方法的具體步驟如下：制備石墨懸濁液?向碳氈中浸漬石墨懸濁液制備石墨預制體?對石墨預制體反復浸漬碳化?得到碳/碳 ~ 石墨復合材料。該方法中，懸濁液中的石墨顆粒或石墨粉不易浸滲入碳氈中，且浸滲入的石墨也存在梯度分布，造成其分布的不均勻，以致滑板力學性能差。

發明內容

為克服現有技術制備的碳/碳復合材料受電弓滑板的導電性差、抗沖擊能力弱的缺陷，本發明的目的旨在提供一種受電弓滑板用短切碳纖維增強碳/碳復合材料的制備方法，該方法制備的碳/碳復合材料導電性能優異、抗沖擊性能好。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種受電弓滑板用短切碳纖維增強碳/碳復合材料的制備方法，步驟如下：

（1）將短切碳纖維、中間相瀝青粉和分散劑放入水中制成料漿；其中，所述短切碳纖維占短切碳纖維和中間相瀝青粉兩者總質量的20 ~ 70wt%，短切碳纖維和中間相瀝青粉兩者總質量占水質量的40 ~ 60%，所述分散劑占水質量的0.5 ~ 2.0wt%；

（2）將步驟（1）制備的料漿倒入金屬容器中，放入冷凍干燥設備內冷凍干燥，制得碳纖維增強體；

（3）對步驟（2）制備的碳纖維增強體進行模壓成型，制得坯體；

（4）對步驟（3）制備的坯體進行碳化處理；

（5）取中間相瀝青粉，融化后，再將步驟（4）碳化處理后所得材料浸漬液相的中間相瀝青；