[发明专利]高速铁路动车组用受电弓滑板复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种复合材料的制备方法，特别是涉及一种高速铁路动车组用受电弓滑板复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术：

随着我国电气化铁路的快速发展，将会有越来越多的高速列车在铁路网上飞驰。高质量的受电弓滑板可为机车提供平稳、安全的电力供应，是确保机车高效运行的关键。受电弓滑板自出现以来，其发展经历了金属滑板、粉末冶金滑板、碳滑板、浸金属碳滑板等阶段。金属滑板和粉末冶金滑板的力学强度高、导电性能好，但其对接触网导线的磨损严重、抗电弧能力弱；碳滑板的自润滑性和减磨性能好，但是碳滑板的力学强度低、耐冲击性差，遇导线硬点容易造成滑板断裂或者掉块；浸金属碳滑板结合了金属滑板和碳滑板的优点：具有粉末冶金滑板力学强度高、电阻小的特点，同时具有碳滑板对导线磨耗小、抗电弧能力强的特点。但是浸金属碳滑板仍然保留了粉末冶金滑板和碳滑板的缺点：例如碳滑板的抗冲击能力低、力学强度相对较低，运行中容易出现断裂和掉块；粉末冶金滑板对导线的磨耗大、运行中易与导线发生粘连。

为克服浸金属碳滑板的缺点，提高滑板材料的性能，降低成本，本领域的研究人员加大了对纤维增强复合材料滑板的研究，例如碳纤维复合材料、碳-金属纤维复合材料和碳-铜复合材料。发明专利（申请号：97106646.9） “电力机车用碳-碳复合材料受电弓滑板”公开了一种采用以镀铜粉末为基体材料，以短碳纤维作为增强剂，用热固性树脂作为粘结剂，采用湿态或者干态混合成型的制备受电工滑板的方法。采用该方法，（1）需要对碳粉末（石墨粉或焦碳粉）进行镀铜处理，增加了设备投资，且碳粉末表面镀铜也不均匀，不利于提高滑板材料的电传导性能；（2）该制备方法最高只在180^oC对坯料进行处理，处理温度低，不能充分发挥碳材料滑板的耐磨和良好的机械性能；（3）该方法生产周期长，成本较高，批量化生产能力较差。发明专利（申请号：201310111822.2 ）“一种受电弓滑板用复合材料及其制备方法”公布了一种受电弓滑板用复合材料的制备方法。该制备方法包括以下步骤：连续碳纤维与铜丝构成混合增强体→混合编制体去油活化→在编制体表面沉积热解碳→对沉积后的编制体反复浸渍-碳化→得到复合材料受电弓滑板。该方法中，（1）需要采用连续碳纤维和铜丝制备增强体，成本高；（2）需要反复进行树脂浸渍-碳化工艺，周期长；（3）铜丝在高温下有可能会融化，不能充分发挥其导电性能。发明专利（申请号：201310308748.3 ）“一种用于高速列车受电弓滑板碳/碳-石墨复合材料的制备方法”公布了一种复合材料滑板制备方法。该方法的具体步骤如下：制备石墨悬浊液→向碳毡中浸渍石墨悬浊液制备石墨预制体→对石墨预制体反复浸渍碳化→得到碳/碳-石墨复合材料。该方法中，（1）悬浊液中的石墨颗粒或石墨粉不易浸渗入碳毡中，且浸渗入的石墨也存在梯度分布，造成其分布的不均匀；（2）反复尽心沥青浸渍碳化，需要特殊的压力浸渍设备，周期较长、环境污染较大。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术制备中碳-碳复合材料受电弓滑板的导电性差、周期长、成本高等不足，提供一种短周期、低成本的高速铁路动车组用受电弓滑板复合材料及其制备方法。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：

一种高速铁路动车组用受电弓滑板复合材料，含有以重量百分比为单位的下列各原料：

短切碳纤维 30～60% ，纤维长度2～5mm、直径7～10μm；

酚醛树脂粉20～30% ， 200～400目；

沥青焦粉10～20% ，300～500目；

鳞片石墨粉10～20% ，300～500目；

铜粉  1～10% ，800～1000目。

上面所述高速铁路动车组用受电弓滑板复合材料的制备方法，其具体步骤如下：

（a）按如下比例称量原料：短切碳纤维30～60%、酚醛树脂粉20～30%、沥青焦粉10～20%、鳞片石墨粉10～20%、铜粉1～10%；

（b）将步骤（a）所称量的原料用行星式球磨机以200～500转/min的转速混合2～5h，确保原料混合均匀；

（c）将步骤（b）制备的混合物倒入按照受电弓滑板结构、尺寸制作的模压机模具中压制成型；

（d）模压机压制时的具体工艺参数如下：温度：120～200℃；压力：1～5MPa；保压时间：2～5h；

（e）将步骤（d）制备的受电弓滑板坯体放入马弗炉中进行预氧化处理；预氧化时，以1～3℃/min的升温速率升温至300～500℃，保温6～10h；随后断电降温；