[發(fā)明專利]一種受電弓滑板用石墨烯增強(qiáng)玻璃纖維及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710353714.4
• 申請(qǐng)日: 2017-05-18
• 公開（公告）號(hào): CN107032799B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳慶;曾軍堂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 海安縣中祥線業(yè)有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/628
• 分類號(hào): C04B35/628;C04B35/82
• 代理公司: 泉州市興博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 35238
• 代理人: 杜坤

本發(fā)明涉及石墨烯材料應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及石墨烯增強(qiáng)玻璃纖維，特別涉及一種受電弓滑板用石墨烯增強(qiáng)玻璃纖維及制備方法。其特征是石墨烯以徑向方向嵌入玻璃纖維表面微裂紋，通過高能量激光束或電子束掃描，使得金屬粉極速熔化將石墨烯與解束玻璃纖維牢固焊接，從而使得石墨烯不易脫離玻璃纖維，長(zhǎng)久發(fā)揮其增強(qiáng)功效。賦予了玻璃纖維高強(qiáng)度、高韌性、高模量、高耐磨性、高導(dǎo)電性、減摩性、耐酸堿性、質(zhì)輕等特性，是一種理想的受電弓滑板材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯材料應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及石墨烯增強(qiáng)玻璃纖維，特別涉及一種受電弓滑板用石墨烯增強(qiáng)玻璃纖維及制備方法。

背景技術(shù)

隨著高速鐵路和軌道交通的快速發(fā)展，高效接觸網(wǎng)是鐵路系統(tǒng)的重要組成部分，良好的載流性能是提高列車運(yùn)行速度的關(guān)鍵因素。受電弓滑板是接觸網(wǎng)系統(tǒng)的重要部件，其質(zhì)量對(duì)機(jī)車的取流狀況有重要影響。因此受電弓滑板材料的性能要求極高。通常需要同時(shí)滿足以下幾個(gè)方面的性能指標(biāo)：（1）低的電阻率和接觸電阻；（2）足夠的抗沖擊強(qiáng)度；（3）良好的減磨、自潤(rùn)滑性能；（4）一定的耐磨性；（5）良好的耐熱、耐電弧性能；（6）一定的經(jīng)濟(jì)性；（7）便于成型和實(shí)現(xiàn)輕量化。目前受電弓滑板材料主要有金屬滑板、碳滑板。由于金滑板材料是金屬體，和導(dǎo)線材質(zhì)相近，而且導(dǎo)線是靜態(tài)，滑板是動(dòng)態(tài)，所以金滑板對(duì)導(dǎo)線磨耗較大，而且在使用中易產(chǎn)生電弧；炭滑板本身具有很好的自潤(rùn)滑性能和減摩性能，對(duì)導(dǎo)線的磨損較小，但是炭滑板機(jī)械強(qiáng)度低，耐沖擊性差。因此，要同時(shí)達(dá)到高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、耐沖擊性、高耐磨性、良好的滑動(dòng)性、輕量化，對(duì)材料的綜合性能要求極高。

玻璃纖維是由玻璃熔化而得的一種高性能無機(jī)纖維。其顯著的增強(qiáng)優(yōu)勢(shì)使得玻璃纖維在復(fù)合材料中具有極廣的應(yīng)用。如玻璃纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和抗彈性能用于制作防彈板；玻璃纖維復(fù)合材料可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的木材用于建筑行業(yè)中；玻璃纖維復(fù)合材料維被廣泛的用于汽車工業(yè)、飛機(jī)、輪船、風(fēng)能等領(lǐng)域達(dá)到輕質(zhì)高強(qiáng)的目的；玻璃纖維在體育器械、家用電器、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域用量不斷增加。

隨著新生產(chǎn)工藝的不斷出現(xiàn)推動(dòng)，玻璃纖維復(fù)合材料的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。特別是玻璃纖維復(fù)合材料在軌道交通上的應(yīng)用，逐漸由玻璃纖維復(fù)合材料零部件應(yīng)用發(fā)展應(yīng)用到機(jī)頭、箱體等。尤其是隨著國(guó)家振興汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃出臺(tái)，將加速提升玻璃纖維復(fù)合材料制品在汽車上的應(yīng)用總量，國(guó)家節(jié)能減排政策和新能源電力汽車的發(fā)展，以及汽車材料輕量化的發(fā)展趨勢(shì)，為玻璃纖維復(fù)合材料制品在汽車上的應(yīng)用提供了更加廣闊的市場(chǎng)發(fā)展空間。鑒于此，將玻璃纖維用于受電弓滑板材料具有重要意義。

由于玻璃纖維是熱熔后拉伸而成，在拉伸過程中通常會(huì)造成拉伸微裂紋，因此，玻璃纖維的微裂紋會(huì)使其強(qiáng)度縮減；其次，玻璃纖維彈性模量小，在用于復(fù)合材料剛性不足，容易變形；另外，玻璃纖維抗剪切能力較差，表現(xiàn)為發(fā)脆、纖維易斷，用于復(fù)合材料表現(xiàn)為可承受的剪切力不足；更為重要的是玻璃纖維不導(dǎo)電。鑒于上述，將玻璃纖維用于受電弓滑板材料，需要解決和提升玻璃纖維的強(qiáng)度、模量、韌性、導(dǎo)電性。

石墨烯作為近年來應(yīng)用的一種新型的高性能材料，具有增強(qiáng)、增韌、耐磨、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、潤(rùn)滑、耐腐蝕等獨(dú)特的綜合物理化學(xué)性能，顯現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。特別是，石墨烯是目前世界上力學(xué)強(qiáng)度最高的材料，其彈性模量高達(dá)1TPa，拉伸強(qiáng)度高達(dá)180GPa，斷裂強(qiáng)度達(dá)到125GPa。因此，將石墨烯增強(qiáng)玻璃纖維用于受電弓滑板具有極高的實(shí)用意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了實(shí)現(xiàn)達(dá)到高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、耐沖擊性、高耐磨性、良好的滑動(dòng)性、輕量化的受電弓滑板材料要求，本發(fā)明提出一種受電弓滑板用石墨烯增強(qiáng)玻璃纖維，其特征是石墨烯以徑向方向嵌入玻璃纖維表面微裂紋，并焊接纏繞形成石墨烯增強(qiáng)玻璃纖維。顯著的優(yōu)勢(shì)是該石墨烯增強(qiáng)玻璃纖維具有高強(qiáng)度、高韌性、高模量、高耐磨性、高導(dǎo)電性、減摩性、耐酸堿性、質(zhì)輕等特性，是一種理想的受電弓滑板材料。

本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種受電弓滑板用石墨烯增強(qiáng)玻璃纖維的制備方法。

為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：