[发明专利]一种炭纤维增强受电弓碳滑板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属电力机车技术领域，尤其涉及一种炭纤维增强受电弓碳滑板及其制造方法。

背景技术

电力牵引的高速列车是通过受电弓碳滑板系统不间断地与接触网导线摩擦接触，将电网上的电流引导下来，传输给机车电力系统来维持电力机车正常运行的。受电弓碳滑板是一种集高导电性、抗磨性和减摩性能于一体的电接触材料，既要有良好的导电性和集电能力，又要与弓网耦合系统相匹配，因此由该材料制作成的电弓滑板与接触网导线的关系构成一对机械与电气耦合的特殊摩擦副。

由于受电弓碳滑板长期暴露在自然环境中，常在干燥、潮湿甚至沙尘和雨雪等恶劣天气下工作，而且，在高速运行过程中，滑板与接触网导线不断产生电冲击与机械冲击磨耗，因而成为电力机车中更换最频繁，消耗量最大的部件。因此选择具有优良综合性能的受电弓碳滑板成为必然，其所需具备的条件为：良好的导电性能；优良的抗磨损性和自润滑性；机械强度高，能经受一定振动和冲击载荷且不损坏；硬度值低于接触导线的硬度；轻量化。

而目前，国内的受电弓碳滑板通常采用石油焦和石墨为主要原料，沥青作粘结剂，通过传统的糊料热挤压、整形和焙烧炭化工艺制造而成。由于石墨与沥青炭界面粘结强度低，造成产品内部微裂纹较多，抗折强度和抗冲击强度偏低且易折断、电阻率过高且易发热从而导致性能下降等问题，致使产品性能不稳定，次品率高，难以实现批量大规模生产。

发明内容

本发明正是为了克服上述不足，所要解决的技术问题是提供一种电阻率低、机械强度高、抗磨损性和自润滑性优异的炭纤维增强受电弓碳滑板。

本发明还要解决的技术问题是提供上述炭纤维增强受电弓碳滑板的制造方法。

一种炭纤维增强受电弓碳滑板，其包含插层石墨。

作为优选配比，该炭纤维增强受电弓碳滑板的材料组成按重量百分比计为：插层石墨30～60％；石油焦8～32％；炭纤维2～10％；中温沥青15～35％。

本发明的技术构思是这样的：在碳滑板中添加插层石墨，由于在石墨层间中加入了金属，因此可使受电弓碳滑板材料的电阻率降低20％以上，添加少量分散均匀的短切炭纤维可使纯炭整体受电弓滑板材料的抗折强度提高至40MPa以上，通过添加短切炭纤维和石墨层间化合物(插层石墨)达到高速电力机车用纯炭整体受电弓滑板的综合性能要求。

其中，优选地，上述插层石墨为金属石墨层间化合物。

其中，进一步优选地，上述金属石墨层间化合物为铜-石墨层间化合物、铁-石墨层间化合物或铜铁-石墨层间化合物中的任意一种。

其中，更进一步优选地，上述金属石墨层间化合物为铜-石墨层间化合物。

作为优选，上述铜-石墨层间化合物的Cu含量为10-20％。

作为进一步优选，上述铜-石墨层间化合物是以鳞片石墨为原料，采用氯化铜作为插层剂、氢气作为还原剂在真空条件下制备而成，其制备方法包括如下步骤：

1、将鳞片石墨与无水氯化铜按摩尔比为1～3∶2～4混合均匀后加入反应釜中。

2、将反应釜密封，并按2～5℃/min的升温速率加热至450～550℃，保温反应68～76小时后自然降温至室温，制得氯化铜～石墨层间化合物。

3、将氯化铜～石墨层间化合物置入氢气还原炉中，抽真空至0.1MPa后，按1～2L/min的流量通入氢气，同时按1～2℃/min的升温速率加热至450～500℃，保温45～52小时。

4、再按1～2℃/min的升温速率加热至850～900℃，保温24小时后自然降至室温，制得铜～石墨层间化合物。

其中，所述插层石墨为粉末状，其平均粒度为300～350目，电阻率为50-60μΩm。

其中，所述石油焦的组成为：粒度为200目：70～80％、粒度为300目：20～30％；所述中温沥青的水分≤0.3％，灰份≤1％。

制造上述炭纤维增强受电弓碳滑板的方法，其包括如下步骤：

1、按配比将插层石墨、石油焦和炭纤维放入混捏锅内，冷混20～40分钟。

2、向经过冷混后的混捏锅内加入溶化后的中温沥青在150～170℃温度条件下混合120±10min。

3、停止加热，自由降温，当温度降至90℃后将料卸出，制得一阶段料粉。

4、用油压机将一阶段料粉压制成料柱，在130～150℃温度条件下放入烘箱内固化10～14小时。

5、将经过固化后的料柱放入挤压机内，挤出所需规格的碳滑板材料。