[实用新型]碳纤维复合金属材料针刺预制体

说明书

本实用新型涉及一种碳纤维复合金属材料针刺预制体，该预制体是由金属材料层、碳纤维平面织物、碳纤维薄毡逐层铺放形成结构单元层，金属材料为导电性能优良的金属网、金属丝及金属粉，结构单元层叠置并通过多次、多角度针刺等步骤制备形成层间含金属丝和碳纤维连接的准三维结构预制体，即碳纤维复合金属材料针刺预制体。采用本实用新型预制体增强的复合材料的层间性能好，质量均匀导电性好，机械性能好，复合加工性可控，是电力机车和无轨电车馈电用复合材料的理想增强材料。

技术领域

本实用新型涉及导电耐磨损材料技术，尤其涉及一种碳纤维复合金属材料针刺预制体。

背景技术

电气化牵引已经成为目前最广泛的铁路牵引方式，而受电弓系统失常是造成机车故障的关键因素之一。受电弓系统是通过滑板与接触线相互接触并通过接触截面实现电流传输的装置，它由机械、电气系统组成。在实际应用中，由于自然因素和材料因素，弓网发生振动产生接触不连续的现象是不可避免的。受电弓滑板的优化改革是目前该领域技术人员研究的重要课题，是提高受电弓系统工作稳定性的有效途径。常见的滑板材料有纯碳滑板、铁基粉末冶金滑板、铜基粉末冶金滑板、浸金属碳滑板、碳纤维/石墨/铜复合滑板。纯碳滑板耐高温、耐电弧、导线磨损小、自润滑性好，与导线接触好，不易产生电火花，但易脆性折断和破碎，电阻大易引起导线过热氧化，加速导线磨耗。粉末冶金滑板机械强度高，抗冲击性好，但易产生电弧，且强度和硬度极高，对接触导线的磨损比较严重。浸金属碳滑块对导线磨耗小，耐电弧性强，同时导电性和强度相比前两者均有提高；但抗冲击力不足，易断裂、掉块，甚至因此造成刮弓故障，使用过程中需要整形，成本高。

专利CN200910046876.9将石墨粉、铜粉和酚醛树脂均匀混合成糊状胶，涂在碳纤维布上再平铺一层细铜丝网，后逐层铺层制得网状层压碳-铜复合材料的胚料，后热压固化高压浸渍酚醛树脂制得导电滑板，采用该方法制得的滑板具有了摩擦系数小、导电性好、机械强度好、磨损小的特点，但碳纤维/石墨/铜复合因层间无增强纤维，材料抗冲击力不足，易分层，在实际使用时导电滑块易分层剥离，降低了导电弓的工作稳定性和使用寿命。并且石墨粉、铜粉及树脂不易分布均匀，后期复合工艺控制难度大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种碳纤维复合金属材料针刺预制体。

实现本实用新型目的的技术方案为：一种碳纤维复合金属材料针刺预制体，由金属材料层、碳纤维平面织物、碳纤维薄毡逐层铺放形成结构单元层，结构单元层叠置并针刺，形成层间有金属丝和碳纤维连接的准三维结构预制体，即碳纤维复合金属材料针刺预制体。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：

(1)本实用新型涉及的新型碳纤维复合金属材料针刺预制体，其内部结构中含有碳纤维平面织物，织造的碳纤维单向或双向织物可使碳纤维的抗拉作用得到最大的发挥，具有良好的力学性能以及耐磨和减摩性能，碳纤维薄毡具有蓬松的网状结构，与金属网、丝复合经针刺形成层间含金属丝和碳纤维连接的准三维结构，其中层间的金属丝和碳纤维提高了复合材料的层间力学性能，使复合材料的热导率和电导率都得到进一步提升；(2)采用本实用新型预制体增强的复合材料层间性能好、质量均匀性高，机械性能好，导电性好，复合加工性可控，是电力机车和无轨电车馈电用复合材料的理想增强材料。

附图说明

图1为本实用新型的预制体结构示意图。

图2(a)和图2(b)为金属网或碳纤维平面双向织物示意图，其中图2(a)为0°铺层示意图，图2(b)为旋转N°铺层示意图。

图3(a)和图3(b)为金属丝或碳纤维平面单向织物示意图，其中图3(a)为0°铺层示意图，图3(b)为旋转n°铺层示意图。

具体实施方式