[发明专利]碳纤维材料及制备方法和应用、制备受电弓滑块的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维材料及制备方法和应用，用于制备机车受电弓滑块，属于材料科学领域。本发明还涉及一种制备受电弓滑块的方法。

背景技术

目前，我国主要机车仍是电力机车，也就是由电力网向机车供电。电力网的供电电压高达27.5 KV，机车的工作电流也高达达200～300 A，而这样超大功率的电源，就是列车在高速运行中，通过高速滑行的受电弓，从电网上获得的。为了减少摩擦损坏电网，也为了受电弓磨损小、寿命长，受电弓在升起时，对电网必须保证有一定接触压力，所以用受电弓滑块与电网接触。在老式机车上，受电弓采用粉末冶金滑块，即由碳粉、钼粉，铜粉按一定比例混合，压制、烧结而成。为了减少升弓、落弓时产生电弧，受电弓滑块最好使用与铜质电网不同材料的、低摩擦系数的、导电良好的材料制做。所以，现用的受电弓滑块都采用电碳材料制成，就如同各型电动机、发电机的碳刷一样。而碳滑块是采用石墨料压型和烧接而成，由于国内技术上的问题，一直难以达到其物理性的要求。

CN 105837240 A，提供了一种受电弓用碳-碳复合材料的制备方法，该碳滑板解决了现有纯碳滑板机械强度低、抗冲击性能差的问题；为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种受电弓用碳-碳复合材料的制备方法，按下述步骤实施：以石墨碳纤维布为基材，将浸渍沥青后的碳纤维布打卷，直至达到设计的外型尺寸；并放到受电弓滑条成型模具中，在500吨压机及180℃温度条件下完成热压复合成型；然后经过1200℃、480小时的碳化，制得受电弓碳滑条材料；本发明可广泛应用于受电弓碳滑板领域。此方案中采用石墨碳纤维布为基材，而石墨碳纤维布需要碳纤维经过非常复杂的制备流程制得，基材的制备难度大。

CN 105235529 A，公开了一种石墨烯- 铜改性炭/ 炭复合材料受电弓滑板的制备方法：将针刺碳纤维整体毡酸洗去除其表面的胶质并进行真空干燥；将处理后的针刺碳纤维整体毡浸泡入一定浓度的石墨烯溶液中，取出后沥干、干燥；将针刺碳纤维整体毡- 石墨烯预制体浸泡入一定浓度的铜氨络合物溶液中；将引入铜的针刺碳纤维整体毡- 石墨烯预制体放入化学气相沉积炉中沉积热解炭得到低密度的炭/ 炭复合材料，随后进行中温煤沥青的循环浸渍- 炭化得到高密度的石墨烯- 铜改性的炭/ 炭复合材料；将制得的复合材料按图加工即可得到高品质的受电弓滑板。本发明通过在短切碳纤维表面引入石墨烯膜，提高了炭/ 炭复合材料纤维/ 基体界面处的电导性能，力学性能较好。同时，在石墨烯膜表面引入铜能够进一步降低复合材料的电阻率。此方案中复合材料的制备过程相当复杂，用时长，效率低。

本发明的目的是开发一种制备工艺简单，具有低摩擦系数、高耐磨性、高导电性特性且性价比高的新材料，用于制备机车的受电弓滑块。

发明内容

本发明提供一种碳纤维材料及制备方法和应用，制备工艺简单，制备出的碳纤维材料具有低摩擦系数、高耐磨性、高导电性特性，可用于制备用出性价比高、安全性能好的受电弓滑块，本发明还提供一种制备受电弓滑块的方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

碳纤维材料的制备方法，其特征在于采用沥青基碳纤维原丝为原料，将原料进行氧化处理和碳化处理，得到碳纤维材料。

优选的，所述的“将原料进行氧化处理”具体是指：将原料放入温度为250~350℃的中温炉中加热1-2小时，然后再取出冷却至常温，得到氧化纤维。

优选的，所述的“碳化处理”具体是指：将氧化纤维放入2400-2600℃的高温炉中加热1-2小时，然后再取出冷却。

优选的，所述的沥青基碳纤维原丝为石油基沥青碳纤维。

碳纤维材料，其特征在于采用以上所述的碳纤维材料的制备方法制得，所述的碳纤维材料的石墨含量大于99%。

优选的，所述的碳纤维材料的性能参数为密度：2g/cm³，抗拉强度：3500MPa ，摩擦系数：0.08。

以上所述的碳纤维材料的应用，其特征在于将所述的碳纤维材料用于制作受电弓滑块。

采用以上所述的碳纤维材料制备受电弓滑块的方法，其特征在于将所述的碳纤维材料放入受电弓滑块模具中，在高温下加压成型，之后将受电弓滑块模具脱模，得到受电弓滑块成品。

优选的，所述的“在高温下加压成型”的工艺参数为：温度为150~250℃，压力为1-5MPA,保压时间为1-2小时。

优选的，将所述的碳纤维材料放入受电弓滑块模具之前，在受电弓滑块模具中预埋受电弓托架，且所述的受电弓托架选用碳材质托架。

本发明的有益效果是：