專利名稱：一種炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電力機(jī)車技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板及其制造方法。
背景技術(shù)：
電力牽引的高速列車是通過受電弓碳滑板系統(tǒng)不間斷地與接觸網(wǎng)導(dǎo)線摩擦接觸， 將電網(wǎng)上的電流引導(dǎo)下來，傳輸給機(jī)車電力系統(tǒng)來維持電力機(jī)車正常運(yùn)行的。受電弓碳滑板是一種集高導(dǎo)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(dǎo)電性和集電能力，又要與弓網(wǎng)耦合系統(tǒng)相匹配，因此由該材料制作成的電弓滑板與接觸網(wǎng)導(dǎo)線的關(guān)系構(gòu)成一對機(jī)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(huán)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(yùn)行過程中，滑板與接觸網(wǎng)導(dǎo)線不斷產(chǎn)生電沖擊與機(jī)械沖擊磨耗，因而成為電力機(jī)車中更換最頻繁，消耗量最大的部件。因此選擇具有優(yōu)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(dǎo)電性能；優(yōu)良的抗磨損性和自潤滑性；機(jī)械強(qiáng)度高，能經(jīng)受一定振動(dòng)和沖擊載荷且不損壞；硬度值低于接觸導(dǎo)線的硬度；輕量化。而目前，國內(nèi)的受電弓碳滑板通常采用石油焦和石墨為主要原料，浙青作粘結(jié)劑， 通過傳統(tǒng)的糊料熱擠壓、整形和焙燒炭化工藝制造而成。由于石墨與浙青炭界面粘結(jié)強(qiáng)度低，造成產(chǎn)品內(nèi)部微裂紋較多，抗折強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度偏低且易折斷、電阻率過高且易發(fā)熱從而導(dǎo)致性能下降等問題，致使產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，次品率高，難以實(shí)現(xiàn)批量大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了克服上述不足，所要解決的技術(shù)問題是提供一種電阻率低、機(jī)械強(qiáng)度高、抗磨損性和自潤滑性優(yōu)異的炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板。本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供上述炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板的制造方法?！N炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板，其包含插層石墨。作為優(yōu)選配比，該炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板的材料組成按重量百分比計(jì)為插層石墨30 60% ；石油焦8 32% ；炭纖維2 10% ；中溫浙青15 。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是這樣的在碳滑板中添加插層石墨，由于在石墨層間中加入了金屬，因此可使受電弓碳滑板材料的電阻率降低20%以上，添加少量分散均勻的短切炭纖維可使純炭整體受電弓滑板材料的抗折強(qiáng)度提高至40MPa以上，通過添加短切炭纖維和石墨層間化合物(插層石墨)達(dá)到高速電力機(jī)車用純炭整體受電弓滑板的綜合性能要求。其中，優(yōu)選地，上述插層石墨為金屬石墨層間化合物。其中，進(jìn)一步優(yōu)選地，上述金屬石墨層間化合物為銅-石墨層間化合物、鐵-石墨層間化合物或銅鐵-石墨層間化合物中的任意一種。其中，更進(jìn)一步優(yōu)選地，上述金屬石墨層間化合物為銅-石墨層間化合物。
作為優(yōu)選，上述銅-石墨層間化合物的Cu含量為10-20%。作為進(jìn)一步優(yōu)選，上述銅-石墨層間化合物是以鱗片石墨為原料，采用氯化銅作為插層劑、氫氣作為還原劑在真空條件下制備而成，其制備方法包括如下步驟1、將鱗片石墨與無水氯化銅按摩爾比為1 3 2 4混合均勻后加入反應(yīng)釜中。2、將反應(yīng)釜密封，并按2 5°C /min的升溫速率加熱至450 550°C，保溫反應(yīng) 68 76小時(shí)后自然降溫至室溫，制得氯化銅 石墨層間化合物。3、將氯化銅 石墨層間化合物置入氫氣還原爐中，抽真空至0. IMI^a后，按1 2L/ min的流量通入氫氣，同時(shí)按1 2°C /min的升溫速率加熱至450 500°C，保溫45 52 小時(shí)。4、再按1 2V /min的升溫速率加熱至850 900°C，保溫M小時(shí)后自然降至室溫，制得銅 石墨層間化合物。其中，所述插層石墨為粉末狀，其平均粒度為300 350目，電阻率為50-60 μ Ωπι。其中，所述石油焦的組成為粒度為200目70 80%、粒度為300目20 30%; 所述中溫浙青的水分彡0. 3%，灰份彡1%。制造上述炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板的方法，其包括如下步驟1、按配比將插層石墨、石油焦和炭纖維放入混捏鍋內(nèi)，冷混20 40分鐘。2、向經(jīng)過冷混后的混捏鍋內(nèi)加入溶化后的中溫浙青在150 170°C溫度條件下混合 120士lOmin。3、停止加熱，自由降溫，當(dāng)溫度降至90°C后將料卸出，制得一階段料粉。4、用油壓機(jī)將一階段料粉壓制成料柱，在130 150°C溫度條件下放入烘箱內(nèi)固化10 14小時(shí)。5、將經(jīng)過固化后的料柱放入擠壓機(jī)內(nèi)，擠出所需規(guī)格的碳滑板材料。有益效果本發(fā)明的炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板與現(xiàn)有技術(shù)相比具有電阻率低、機(jī)械強(qiáng)度高、硬度低等優(yōu)點(diǎn)，且其導(dǎo)電性、抗磨損性和自潤滑性等綜合性能優(yōu)異，經(jīng)測試達(dá)到國外先進(jìn)技術(shù)水平；本發(fā)明的制造方法簡單，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 本實(shí)例中的炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板添加的插層石墨為銅-石墨層間化合物。制備銅-石墨層間化合物，包括如下步驟1、將天然鱗片石墨與無水氯化銅按摩爾比為2 3混合均勻后加入不銹鋼壓力罐中。2、將不銹鋼壓力罐密封后置入井式爐中，并按2V /min的升溫速率加熱至450 550°C，保溫反應(yīng)72小時(shí)后自然降溫至室溫，制得氯化銅 石墨層間化合物。3、將氯化銅 石墨層間化合物平鋪在不銹鋼托盤中，置入氫氣還原爐中，抽真空至0. IMPa后，按1 2L/min的流量通入氫氣，同時(shí)按1°C /min的升溫速率加熱至450 500°C，保溫50小時(shí)。4、再按1 2V /min的升溫速率加熱至850 900°C，保溫M小時(shí)后自然降至室溫，制得銅-石墨層間化合物。
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制造炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板，包括如下步驟1、將40% (重量比)插層石墨、(重量比)石油焦和8% (重量比)炭纖維放入混捏鍋內(nèi)，冷混20 40分鐘。2、向經(jīng)過冷混后的混捏鍋內(nèi)加入溶化后的(重量比)中溫浙青在150 170°C溫度條件下混合120士 lOmin。3、停止加熱，自由降溫，當(dāng)溫度降至90°C后將料卸出，制得一階段料粉。4、用油壓機(jī)將一階段料粉壓制成料柱，在130 150°C溫度條件下放入烘箱內(nèi)固化10 14小時(shí)。5、將經(jīng)過固化后的料柱放入擠壓機(jī)內(nèi)，擠出所需規(guī)格的碳滑板材料。
6、碳滑板材料放入窯爐中焙燒。實(shí)施例2 其它同實(shí)施例1，不同的是插層石墨為30% (重量比)，石油焦為40% (重量比)， 炭纖維為5% (重量比)，中溫浙青為25% (重量比)。實(shí)施例3 其它同實(shí)施例1，不同的是插層石墨為50% (重量比)，石油焦為20% (重量比)， 炭纖維為2% (重量比)，中溫浙青為(重量比)。實(shí)施例4 其它同實(shí)施例1，不同的是插層石墨為60% (重量比)，石油焦為10% (重量比)， 炭纖維為5% (重量比)，中溫浙青為25% (重量比)。實(shí)施例5 本實(shí)例中的炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板添加的插層石墨為鐵-石墨層間化合物。制備鐵-石墨層間化合物，包括如下步驟1、將天然鱗片石墨與無水氯化鐵按摩爾比為3 4混合均勻后加入不銹鋼壓力罐中。2、將不銹鋼壓力罐密封后置入井式爐中，并按2V /min的升溫速率加熱至450 5000C，保溫反應(yīng)M小時(shí)后自然降溫至室溫，制得氯化鐵-石墨層間化合物。3、將氯化鐵 石墨層間化合物平鋪在不銹鋼托盤中，置入氫氣還原爐中，抽真空至0. IMPa后，按1 2L/min的流量通入氫氣，同時(shí)按1°C /min的升溫速率加熱至300 350°C，保溫50小時(shí)。4、再按1 2V /min的升溫速率加熱至850 900°C，保溫M小時(shí)后自然降至室溫，制得鐵-石墨層間化合物。制造炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板的方法同實(shí)施例1。實(shí)施例6 本實(shí)例中的炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板添加的插層石墨為銅鐵-石墨層間化合物。制備銅鐵-石墨層間化合物，包括如下步驟1、將天然鱗片石墨與無水氯化物按摩爾比為1 2混合均勻后加入不銹鋼壓力罐中，其中無水氯化物為摩爾比為2 1的無水氯化銅和無水氯化鐵。2、將不銹鋼壓力罐密封后置入井式爐中，并按2V /min的升溫速率加熱至400 500°C，保溫反應(yīng)36小時(shí)后自然降溫至室溫，制得氯化鐵-氯化銅-石墨層間化合物。
3、將氯化鐵-氯化銅-石墨層間化合物平鋪在不銹鋼托盤中，置入氫氣還原爐中， 抽真空至0. IMI^a后，按1 2L/min的流量通入氫氣，同時(shí)按1°C /min的升溫速率加熱至 350 400°C，保溫48小時(shí)。4、再按1 2V /min的升溫速率加熱至850 900°C，保溫M小時(shí)后自然降至室溫，制得銅鐵-石墨層間化合物。制造炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板的方法同實(shí)施例2。實(shí)施例7 將實(shí)施例1-6制造的炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板與國外(德國PANTRAC公司生產(chǎn)的 RH84)及國內(nèi)受電弓碳滑板進(jìn)行性能測試，結(jié)果如下表所示
權(quán)利要求
1.一種炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板，其特征在于包含插層石墨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板，其特征在于該炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板的材料組成按重量百分比計(jì)為插層石墨30 60% ；石油焦8 32 % ；炭纖維2 16% ；中溫浙青15 ；35%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板，其特征在于所述的插層石墨為金屬石墨層間化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板，其特征在于所述的金屬石墨層間化合物為銅-石墨層間化合物、鐵-石墨層間化合物或銅鐵-石墨層間化合物中的任意一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板，其特征在于所述的金屬石墨層間化合物為銅-石墨層間化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板，其特征在于所述的銅-石墨層間化合物的Cu含量為10-20%。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板，其特征在于所述的銅-石墨層間化合物的制備方法包括如下步驟(1)將鱗片石墨與無水氯化銅按摩爾比為1 3:2 4混合均勻后加入反應(yīng)釜中；(2)將反應(yīng)釜密封，并按2 5°C/min的升溫速率加熱至450 550°C，保溫反應(yīng)68 76小時(shí)后自然降溫至室溫，制得氯化銅 石墨層間化合物；(3)將氯化銅 石墨層間化合物置入氫氣還原爐中，抽真空至0.IMI^a后，按1 2L/ min的流量通入氫氣，同時(shí)按1 2°C /min的升溫速率加熱至450 500°C，保溫45 52 小時(shí)；(4)再按1 2V/min的升溫速率加熱至850 900°C，保溫M小時(shí)后自然降至室溫， 制得銅 石墨層間化合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板，其特征在于所述插層石墨為粉末狀，其平均粒度為300 350目，電阻率為50-60 μ Ωπι。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板，其特征在于所述石油焦的組成為粒度為200目70 80%、粒度為300目20 30% ；所述中溫浙青的水分彡0. 3%， 灰份< 1%。
10.制造權(quán)利要求1所述的炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板的方法，其特征在于它包括如下步驟(1)、按配比將插層石墨、石油焦和炭纖維放入混捏鍋內(nèi)，冷混20 40分鐘；(2)、向經(jīng)過冷混后的混捏鍋內(nèi)加入溶化后的中溫浙青在150 170°C溫度條件下混合 120士IOmin ；(3)、停止加熱，自由降溫，當(dāng)溫度降至90°C后將料卸出，制得一階段料粉；(4)、用油壓機(jī)將一階段料粉壓制成料柱，在130 150°C溫度條件下放入烘箱內(nèi)固化 10 14小時(shí)；(5 )、將經(jīng)過固化后的料柱放入擠壓機(jī)內(nèi)，擠出所需規(guī)格的碳滑板材料；(6 )、碳滑板材料放入窯爐中焙燒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板及其制造方法，其包含插層石墨，該炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板的材料組成按重量百分比計(jì)為插層石墨30～60%；石油焦8～32份%；炭纖維2～16%；中溫瀝青15～35%。本發(fā)明的炭纖維增強(qiáng)受電弓碳滑板與現(xiàn)有技術(shù)相比具有電阻率低、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，且其導(dǎo)電性、抗磨損性和自潤滑性等綜合性能優(yōu)異，經(jīng)測試達(dá)到國外先進(jìn)技術(shù)水平；本發(fā)明的制造方法簡單，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號C04B35/83GK102311273SQ20111015369
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者廖仕明, 曹勇 申請人:蘇州東南碳制品有限公司