[发明专利]一种中间相碳微球增强碳基受电弓滑板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种中间相碳微球增强碳基受电弓滑板及其制备方法，属于受电弓滑板制备技术领域，包括以下步骤：煤焦油沥青通过热缩聚法分离后制得中间相碳微球(MCMB)，与混酸改性后的氧化碳纤维(OCF)、超细碳粉和沥青经超声分散后混捏，然后冲压形成生成坯，最后焙烧制得中间相碳微球增强碳基受电弓滑板。本发明通过在氧化碳纤维上包覆中间相碳微球，增强了碳纤维与碳基体间的界面结合性能，提高了材料的电学、力学、热学性能，从而使得滑板综合性能有效提升，延长滑板的使用寿命。

技术领域

本发明属于受电弓滑板制备技术领域，具体涉及到一种中间相碳微球增强碳基受电弓滑板及其制备方法。

背景技术

受电弓滑板作为高速列车获取能量的主要部件，其良好的综合性能直接决定了列车运行的可靠性和安全性。随着列车运行速度和牵引功率的不断提升，弓网系统所受到的随机冲击振动显著加剧，受电弓滑板一直以来存在的电弧烧灼现象也更加严重，这不仅加剧了滑板的摩擦磨损，缩短滑板的使用寿命，同时增加了列车的运营成本，影响列车的运行安全。

纯碳滑板与导线之间的磨损量较小但其机械强度低，易出现断裂、掉块等现象，使用寿命短，同时以电导率为代表的电学性能不佳。粉末冶金滑板的强度较高，导电性能优良，但由于制备过程中易产生团聚现象使得耐电弧损伤性能较差，在载流条件下磨损较严重，同时对弓网导线也产生较大磨损。浸金属碳滑板相比之下界面结合性能较好，机械强度高，导电性能优异，但由于界面间的润湿性不佳导致内部存在大量气隙缺陷，材料的抗冲击力不足。目前，传统的受电弓滑板已不能满长时间、高速度、大电流的运行工况需要，故亟需开发一种综合性能更加优异的受电弓滑板以提高列车运行的安全性和可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种中间相碳微球增强碳基受电弓滑板及其制备方法，可以提高碳纤维与碳基体之间的界面结合力，使得受电弓滑板的导电性、抗弯曲强度及耐摩擦磨损性等技术指标提高。

为达上述目的，本发明提供了一种中间相碳微球增强碳基受电弓滑板的制备方法，包括以下步骤：

S1：制备中间相碳微球；

S2：将中间相碳微球与混酸改性后的氧化碳纤维、超细碳粉和沥青经分散后混捏使其包覆在氧化碳纤维表面，然后冲压形成生坯；

S3：对生坯进行焙烧，得中间相碳微球增强碳基受电弓滑板。

采用上述方案的有益效果是：由于氧化碳纤维(OCF)表面羧基和羟基的存在，使得纤维与碳基体形成化学键合，增加了界面结合强度，另外其具有的自适应扩张效应使得其具有良好的电学、力学、热学性能；对氧化碳纤维进行混酸改性，改性后材料被刻蚀产生孔洞和沟槽表面，粗糙度提升，增加了碳纤维与中间相碳微球(MCMB)间的相容性，改善了纤维的粘附特性及键合情况，有益于碳纤维增强复合材料间的界面结合；超细碳粉的加入有利于提高滑板的机械性能和摩擦性能，达到提高受电弓滑板的导电性和润滑性的目的；沥青作为粘结剂使MCMB有效地包覆在氧化碳纤维表面，有利于与基体间的机械啮合，而且使得纤维与基体之间的界面变得更加复杂，从而达到了增强界面结合力的作用，而且碳纤维和MCMB是同质材料，使复合材料的强度等得有效地提高；最后将混合材料进行超声分散，使其接触面积更大，反应效果更好，再经混捏后使沥青有效地将碳纤维与碳粉结合，冲压成型然后焙烧，制得性能优异的中间相碳微球增强碳基受电弓滑板，起到提高受电弓滑板的导电性、导热性、润湿性、机械强度和抗摩擦性能的效果。

进一步地，中间相碳微球经过以下步骤制得：

S1：将煤焦油沥青密封并搅拌加热至350-400℃，热恒温4-6h后自然冷却至室温，制得中间相沥青；其中加热速率为5-15℃/min，体系压强为1.0Mpa，搅拌速率为600-700r/min；