[发明专利]一种受电弓滑板及其制备方法

权利要求书

1.一种受电弓滑板，其特征在于，包括：碳纳米纤维复合基体以及设置在所述碳纳米纤维复合基体上的碳铜纳米纤维编织网层；其中，所述碳铜纳米纤维编织网层由聚丙烯腈溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液制得的毛刺状碳铜纳米纤维束编织而成；

所述碳纳米纤维复合基体通过以下方法制备得到：

将碳纳米纤维和甲缩醛混合并超声振荡，然后加入酚醛树脂混合搅拌，制得碳纳米纤维胶体系，其中，碳纳米纤维、甲缩醛和酚醛树脂的质量比为(2-3)：(8-11)：(6-10)；

将重量份计的沥青焦30-70份、人造石墨5-20份和粘结剂20-60份混合后轧片、研磨成粉，将得到的粉末与5-20份碳纳米纤维胶体系和3-9份固化剂混合成糊料，在100℃以下预热20-40min后成型，然后于惰性气氛中、1150-1200℃中焙烧2-4h，制得碳纳米纤维复合基体。

2.根据权利要求1所述的受电弓滑板，其特征在于，所述聚丙烯腈溶液的浓度为10-20wt％，所述醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为15-20wt％，聚甲基丙烯酸甲酯和醋酸铜的质量比为(4-6)：3。

3.根据权利要求1所述的受电弓滑板，其特征在于，所述碳铜纳米纤维编织网层的密度为0.9-1.5g/cm³，尺寸为100mm×30mm×3mm-200mm×55mm×5mm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的受电弓滑板，其特征在于，所述碳铜纳米纤维编织网层的制备方法包括：

将聚丙烯腈溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液在电纺电压为8-30kV、电纺针头与接收极的距离为8-30cm的条件下静电纺丝，得到电纺纤维膜；

将所述电纺纤维膜先后进行预氧化处理和碳化处理；

将电纺纤维膜在温度为20-100℃、时间为0.5-10h的条件下用酸液处理，然后清洗至滤液呈中性并干燥；再将电纺纤维膜在温度为90-200℃、时间为1-10h的条件下与浓度为5-12mol/L碱液进行水热反应，然后清洗至滤液呈中性；再放入浓度为6-10mol/L的醋酸中进行离子交换，然后在惰性气氛下干燥并煅烧，得到毛刺状碳铜纳米纤维束；

采用多层联锁编织工艺将毛刺状碳铜纳米纤维束编成碳铜纳米纤维编织网层。

5.根据权利要求4所述的受电弓滑板，其特征在于，所述聚丙烯腈溶液、聚甲基丙烯酸甲酯溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液按照以下方法制得：

在70～90℃下，将聚丙烯腈溶于N,N－二甲基甲酰胺中搅拌2-4h，得到10～20wt％的聚丙烯腈溶液；在60～80℃下，将聚甲基丙烯酸甲酯溶于N,N－二甲基甲酰胺中搅拌2-4h，得到15～20wt％的聚甲基丙烯酸甲酯溶液，将制得的所述聚甲基丙烯酸甲酯溶液按(4-6):3的质量比与醋酸铜常温下混合搅拌4-6h，得到醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液。

6.根据权利要求4所述的受电弓滑板，其特征在于，所述预氧化处理的温度为100-400℃，时间为0.5-10h；所述碳化处理的温度为400-1000℃，时间为0.5-10h。

7.根据权利要求1所述的受电弓滑板，其特征在于，所述粘结剂包括煤沥青和聚酰亚胺树脂，其质量比为(2-3)：1；所述固化剂包括硝酸铵和甲阶酚醛树脂，其质量比1：(2-4)。

8.一种受电弓滑板的制备方法，其特征在于，包括：

(1)制备碳纳米纤维复合基体

将碳纳米纤维和甲缩醛混合并超声振荡，然后加入酚醛树脂混合搅拌，制得碳纳米纤维胶体系，其中，碳纳米纤维、甲缩醛和酚醛树脂的质量比为(2-3)：(8-11)：(6-10)；

将重量份计的沥青焦30-70份、人造石墨5-20份和粘结剂20-60份混合后轧片、研磨成粉，将得到的粉末与5-20份碳纳米纤维胶体系和3-9份固化剂混合成糊料，在100℃以下预热20-40min后成型，然后于惰性气氛中、1150-1200℃中焙烧2-4h，制得碳纳米纤维复合基体；

(2)制备碳铜纳米纤维编织网层

将10-20wt％聚丙烯腈溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液在电纺电压为8-30kV、电纺针头与接收极的距离为8-30cm的条件下静电纺丝，得到电纺纤维膜；其中，所述醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为15-20wt％，聚甲基丙烯酸甲酯和醋酸铜的质量比为(4-6)：3；

将所述电纺纤维膜先后进行预氧化处理和碳化处理；所述预氧化处理的温度为100-400℃，时间为0.5-10h；所述碳化处理的温度为400-1000℃，时间为0.5-10h；

将电纺纤维膜在温度为20-100℃、时间为0.5-10h的条件下用酸液处理，然后清洗至滤液呈中性并干燥；再将电纺纤维膜在温度为90-200℃、时间为1-10h的条件下与浓度为5-12mol/L碱液进行水热反应，然后清洗至滤液呈中性；再放入浓度为6-10mol/L的醋酸中进行离子交换，然后在惰性气氛下干燥并煅烧，得到毛刺状碳铜纳米纤维束；

采用多层联锁编织工艺将毛刺状碳铜纳米纤维束编成碳铜纳米纤维编织网层；

(3)在真空条件下，通过有机硅环氧体系粘合剂将步骤(2)的碳铜纳米纤维编织网层和步骤(1)的碳纳米纤维复合基体粘合，然后在150-250℃下固化1-3h后进行炭化处理，炭化温度为600-900℃，炭化时间为7-12h，得到受电弓滑板。