[發明專利]一種高速列車用碳纖維增強型滑動集電材料的制備方法

有效

• 申請號: 202110622289.0
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113183565B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 王培;魏鳳春;趙志偉
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: B32B15/20
• 分類號: B32B15/20;B32B15/14;B32B9/00;B32B9/04;B32B3/24;B32B33/00;B32B37/06;B32B37/10;C04B35/83;C04B35/622;C04B37/02;C22C9/00;C22C1/10;C22C1/02
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

本發明涉及一種高速列車用碳纖維增強型滑動集電材料的制備方法；屬于滑動集電材料設計制備技術領域。本發明將炭化?石墨化的超薄碳纖維布與銅合金薄片交替排布，然后熱壓，得到高速列車用碳纖維增強型滑動集電材料；所述炭化?石墨化處理后的超薄碳纖維布的厚度為0.020?0.1mm，所述銅合金薄片小于等于4.2mm。本發明采用超薄碳纖維層增強浸銅炭復合材料，其具有高導電、高導熱、高強度、低成本與易產業化等優點；其作為滑動集電材料使用時，具有明顯優勢。本發明制備工藝簡單可控，所得產品性能優良，便于工業化應用。

技術領域

本發明涉及一種高速列車用碳纖維增強型滑動集電材料的制備方法；屬于滑動集電材料設計制備技術領域。

背景技術

電力列車高速運行過程中通過受電弓滑板從接觸網獲得電力；電機的運行需要通過電刷與換向器的穩定接觸保證電力傳輸，滑動集電材料是列車與電機供電系統的咽喉部件，其摩擦磨損狀況和穩定性對列車與電機的受流狀況和穩定運行具有重要影響，因此，滑動集電材料材料性能具有嚴格的要求，大致包括五個方面：優良的導電性能、良好的減摩性與耐磨性、足夠的機械強度、輕量化和低成本。目前高速電力機車和電機服役中的滑動集電材料主要為炭基復合材料，易發生崩邊、掉塊等異常磨損，在力學與耐磨性能方面存在不足。

為了改善炭基滑板材料的力學與耐磨性能，炭/炭(C/C)復合材料受到研究者們關注。Yuan與Deng將銅粉或銅纖維、樹脂和碳纖維混合，經加熱模壓后進行數次樹脂炭化/浸漬處理制備成型，該類型銅粉或銅纖維-C/C復合材料的沖擊強度為炭滑板材料的2-4倍，制備工藝簡單易控。浸銅-炭/炭(浸銅-C/C)復合材料是將高溫熱處理的炭/炭(C/C)復合材料多孔體為預制體，浸漬銅合金制備成型。國內研究者關注于浸銅-C/C復合材料的銅/炭界面結合與潤濕性，采用Cu-Cr、Cu-Mo、Cu-Zr和Cu-Ti合金作為浸漬合金以改善銅/碳界面潤濕性，制備得到浸銅-C/C復合材料的導電率與浸銅炭滑板相當，其沖擊強度是后者的2.7-5.4倍。然而，為了保證碳纖維滑動集電材料的力學性能與耐磨性，該類性能復合材料的碳纖維含量常需要控制在20wt％以上，引起材料成本較高，難以產業化。

通過分析上述碳纖維滑動集電材料的性能發現，該類型復合材料的碳纖維束聚集處難以滲透浸漬，引起缺陷產生，無法充分發揮碳纖維的增強作用，需要提高碳纖維含量來提高復合材料力學性能，導致成本升高。針對這些問題，我們提出將碳纖維薄層化(0.020-0.1mm)制備超薄碳纖維布，以超薄碳纖維布為增強組元，降低復合材料閉孔的形成，充分發揮碳纖維增強作用；經過銅合金粉壓坯、超薄碳纖維布與銅合金薄片疊層、熱壓燒結制備銅合金-C/C滑動集電材料。

發明內容

本發明旨在通過改善碳纖維增強滑動集電材料的致密性提高其強韌性與耐磨性，提供一種制備工藝簡單易控、成本低廉的高性能碳纖維滑動集電材料制備方法。

本發明一種高速列車用碳纖維增強型滑動集電材料的制備方法；包括以下步驟：

將炭化-石墨化的超薄碳纖維布與銅合金薄片交替排布，然后熱壓，得到高速列車用碳纖維增強型滑動集電材料；所述炭化-石墨化處理后的超薄碳纖維布的厚度為0.020-0.1mm，所述銅合金薄片小于等于4.2mm。當碳纖維布較厚時(大于0.1mm)，其難以被樹脂與合金充分浸漬并滲透，無法充分發揮碳纖維的增強作用。

作為優選，所述炭化-石墨化處理后的超薄碳纖維布的厚度為0.04-0.08mm。

本發明一種高速列車用碳纖維增強型滑動集電材料的制備方法；炭化-石墨化處理后的超薄碳纖維布通過下述工藝制備：將碳纖維束進行擴展并刷涂刷涂樹脂；或將碳纖維束進行擴展、編織并刷涂刷涂樹脂，控制碳纖維與樹脂的質量比為1:4-5:1，得到超薄碳纖維布；

然后通過炭化-石墨化處理，得到炭化-石墨化處理后的超薄碳纖維布；