[发明专利]一种高组分碳纤维的碳/碳复合受电弓滑板材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高组分碳纤维的碳/碳复合受电弓滑板材料的制备方法，通过对短切碳纤维进行表面处理、改性，引入氨基基团，并通过热轧辊工艺避开了捏合过程中碳纤维与碳素材料的团聚，将碳纤维增强材料均匀分散在碳基体中，最终获得高组分碳纤维的碳/碳复合受电弓滑板材料。本发明复合材料中碳纤维含量达到了15％，使材料获得了优秀的机械强度、耐磨性和热稳定性。

技术领域

本发明涉及一种新型碳基受电弓滑板材料的制备方法，具体地说是一种高组分碳纤维的碳/碳复合受电弓滑板材料的制备方法。

背景技术

新世纪以来，我国对铁路运输以及相关行业的投入大幅提高，特别是对高铁的投入更是飞速地增长，高速交通时代已经到来。受电弓滑板作为列车上最重要的集电元件，其性能的好坏直接影响着机车的稳定受点，决定着机车是否能够安全稳定运行。由于受电弓滑板的关键工作位置和恶劣的工作环境，必须要求其具有优秀的机械强度、优异的导电性、较好的导热性、良好的耐电弧性和耐磨性。

碳/碳复合材料滑板是将是使用碳纤维或者碳织物作为增强相，一般将碳纤维与碳系粉末一同混合至足够均匀，使碳纤维均匀一致的分散于粉末中，再经过热压成型工艺稳固基体中增强相的空间骨架结构，为提高密度和不透过性还可进行反复浸渍工艺，最后经过高温焙烧或石墨化等工艺，使碳/碳复合材料滑板的机械性能得到明显的提升，特别是冲击韧性的提升更加显著。碳纤维本身具有极高的比模量和强度，且耐热性能优越，使当今能够在高温条件下应用的极少数材料之一，最高使用温度可达2600℃，被公认为是发展潜力巨大的高温材料。但是碳纤维与金属、碳素材料的浸润性差，在复合材料的添加含量中往往不高，而且碳纤维布的生产成本高。以往的发明专利中，产品最高的碳纤维含量很少能达到10％以上，这是因为油性的碳素基体混合料与碳纤维不亲和，碳纤维的添加量越多，捏合的糊料越容易发生团聚。

文献一，专利CN 107081915 A公开了一种镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板，其制备方法是以碳纤维布为原料进行预处理，将化学镀银液加入到预处理好的碳纤维布中，得到镀覆较好的银层；将镀银碳纤维布、铜网、短切碳纤维、改性酚醛树脂、石墨、铜粉、丁腈橡胶等组成混料，将其模压成型处理，再进行热压烧结，最后经过浸渍复压，即可制得镀银碳纤维增强碳滑板。CN 107081915 A通过对碳基体滑板添加镀银碳纤维等增强体，能够提高滑板电导率和导热性，提高滑板内部材料碳纤维与其他组分间得粘结性能以及界面结合强度，从而改善滑板自润滑性，进一步加强受电弓滑板在高速铁路中得服役性能，延长其使用寿命。但是由于镀银成本和碳纤维布的成本较高，不利于工业化生产。

文献二，专利CN 104649700B公开了一种受电弓碳滑板及其制造方法，所述受电弓碳滑板采用如下重量份配比的原料制成：石油焦粉28-43、沥青焦粉25-28、喷雾炭黑10-12、硫磺2-5、氮化硼3-5、碳纤维5-8、天然石墨4-6、人造石墨5-7、氯化钙粉末1-3、改制沥青30-35。CN 104649700B制备的受电弓碳滑板具有自润滑性能好、抗电弧性能好、耐磨损等优点，但该发明的碳纤维组分较低，力学性能还有一定的提升空间。

发明内容

本发明公开了一种高组分碳纤维的碳/碳复合受电弓滑板材料的制备方法。本发明所制得的碳基受电弓滑板具有优异的耐磨性和自润滑性、低电阻率、高强度以及优良的耐电弧性。

本发明高组分碳纤维的碳/碳复合受电弓滑板材料的制备方法，通过对短切碳纤维进行表面处理、改性，引入氨基基团，并通过热轧辊工艺避开了捏合过程中碳纤维与碳素材料的团聚，将碳纤维增强材料均匀分散在碳基体中，最终的复合材料中碳纤维含量达到了15％，使材料获得了优秀的机械强度、耐磨性和热稳定性。具体包括如下步骤：

步骤1：表面改性