[发明专利]一种碳纤维增强受电弓碳滑板材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属电力机车技术领域，尤其涉及一种碳纤维增强受电弓碳滑板材料及其制造方法。

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

本发明的首要目的是针对上述现有技术存在的问题提供一种电阻率低、机械强度高、抗磨损性和自润滑性优异的碳纤维增强受电弓碳滑板材料及其制造方法。

为了达到上述目的，本发明一方面提供一种碳纤维增强受电弓碳滑板材料，其特征在于，包括石墨层间化合物，石油焦，碳纤维和中温沥青。

其中，所述石墨层间化合物的质量百分含量为30～60％，优选为40-50％；石油焦的质量百分含量为8～32％；碳纤维的质量百分含量为2～16％，优选为3-5％；中温沥青的质量百分含量为15～35％。

特别是，所述石墨层间化合物为金属～石墨层间化合物，金属～石墨层间化合物中金属的质量百分含量为10-20％。

其中，所述石墨层间化合物选自铜～石墨层间化合物、铁～石墨层间化合物、铜铁～石墨层间化合物中的一种。

特别是，所述金属～石墨层间化合物的制备方法包括如下步骤：

1)将鳞片石墨与金属氯化物混合均匀，制得混合物；

2)将混合物进行加热处理，制得金属氯化物～石墨层间化合物；

3)将金属氯化物～石墨层间化合物进行还原处理，制得金属～石墨层间化合物。

其中，步骤1)中所述鳞片石墨与金属氯化物的摩尔比为(1～3)∶(2～4)；步骤2)中所述加热处理包括：以2～5℃/min的升温速率将混合物加热至400～550℃，保温24～76小时后降温至室温，制得金属氯化物～石墨层间化合物；步骤3)中所述还原处理包括：将金属氯化物～石墨层间化合物置入氢气还原炉后进行抽真空处理；然后以1～2L/min的流量通入氢气，同时以1～2℃/min的升温速率将金属氯化物～石墨层间化合物加热至300～550℃，保温45～52小时；再以1～2℃/min的升温速率继续将金属氯化物～石墨层间化合物加热至850～900℃，保温24小时后降温至室温，制得金属～石墨层间化合物。

特别是，所述石墨层间化合物的平均粒度为300～350目，电阻率为50-60μΩ·m；所述石油焦中200目粒度的质量百分含量为70～80％，300目粒度的质量百分含量为20～30％；所述碳纤维为短切碳纤维，长度为1-5mm，优选为2-3mm；所述中温沥青的水分≤0.3％，灰份≤1％，软化点为65-90℃；

本发明另一方面提供一种碳纤维增强受电弓碳滑板材料的制造方法，包括如下步骤：

A)将石墨层间化合物、石油焦和碳纤维混合均匀，然后加入溶化后的中温沥青，再于150～170℃下进行混合处理，制得混合料；

B)将混合料降温至90℃后压制成料柱，再将料柱于130～150℃进行固化处理10～14小时；

C)将固化处理后的料柱粉碎成碎料，再于200～230℃下进行挤压处理，制得半成品；

D)将半成品进行焙烧处理，制得碳纤维增强受电弓碳滑板材料。

相对于现有技术，本发明具有以下技术效果：