CN106007769A - 一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，包括以下步骤：S01、将碳纤维束锚固在碳滑板模具两端进行张拉，使碳纤维束中形成预应力；S02、将事先配比好的碳滑板原料装入模具中，通过热压成型制成坯料制品；S03、对模具和模具中的坯料制品进行焙烧碳化，形成碳滑板产品；S04、将碳滑板产品从模具中取出。本发明的碳滑板制备方法通过将碳纤维束锚固在碳滑板模具两端进行张拉，使碳纤维束中形成预应力，可以增加成品碳滑板中的抗折强度以及冲击韧性，使碳滑板在运行中不易折断和破裂。

Description

一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法
技术领域
本发明涉及一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，属于受电弓滑板制备技术领域。
背景技术
电力机车受电弓碳滑板是机车导入电能的重要集电部件，随着电气化铁路及高速铁路的发展，铁路接触网导线减磨和提高滑板耐磨自润性的课题，一直是世界铁路发展极为重要的研究项目。
受电弓滑板主要有三大类：粉末冶金滑板、碳滑板、浸金属碳滑板。工业发达国家先后研制出了碳滑板，取代了粉末冶金滑板，有效减少了对接触网导线的磨耗，延长了导线的使用寿命。浸金属碳滑板是碳滑板在热等静压下浸铜合金制成的，其有良好的导电性能和抗冲击韧性，且强度高，硬度高，但对接触网导线磨耗比碳滑板高。目前碳滑板仍是国内外铁路部门广泛采用的首选材料，碳滑板是以碳-石墨为基础材料的滑板，具有良好的导电、导热及耐磨自润滑性，并具有很好的抑制火花作用和高温不变形、对接触网导线磨耗小的特点。纯炭滑板自润滑性和减磨性能好，在与铜接触导线摩擦时可在导线上持续补给润滑炭膜，具有减少导线磨损的效果。但纯炭滑板抗折强度低，抗冲击性能差，运行中遇到导线硬点容易造成滑板折断或破裂，特别是在雨季和潮湿地区，易局部拉沟，出现弓网事故。
发明内容
有鉴于上述碳滑板的缺点，本发明要解决的问题是提供了一种抗折强度大，冲击韧性高的碳滑板的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，包括以下步骤：
S01、将碳纤维束锚固在碳滑板模具两端进行张拉，使碳纤维束中形成预应力；
S02、将事先配比好的碳滑板原料装入模具中，通过热压成型制成坯料制品；
S03、对模具和模具中的坯料制品进行焙烧碳化，形成碳滑板产品；
S04、将碳滑板产品从模具中取出。
所述步骤S01中，碳纤维束的纤度为15~25g。
所述步骤S01中，所述碳纤维束为聚丙烯腈PAN基碳纤维束，所述聚丙烯腈PAN基碳纤维由聚丙烯腈纤维在200~300℃的氧化炉中氧化20~30小时后，再在1500~1800℃的碳化炉中碳化得到。
所述步骤S02中，碳滑板原料的配比为：重量比为45~50%的电解石墨烯、重量比为15~18%的半补强炭黑、重量比为8~10%的石油焦、重量比为23~25%的中温沥青。
所述步骤S02中，碳滑板原料包括：重量比为48%的电解石墨烯、重量比为17%的半补强炭黑、重量比为10%的石油焦、重量比为25%的中温沥青。
所述步骤S02中，所述焙烧的工艺条件为：温度1300~1500℃，时间为216~286小时。
所述的一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，还包括以下步骤：将碳滑板从模具中取出后，进行浸渍，所述浸渍的工艺条件为：压力0.5~1.5MPa，温度为210~230℃，时间为1~2小时。
所述的一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，所述碳滑板的抗折强度为65~80MPa，冲击韧性为0.14~0.16J/cm3。
所述的一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，所述碳滑板的抗折强度为70~75MPa，冲击韧性为0.15~0.16J/cm3。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明的碳滑板制备方法通过将碳纤维束锚固在碳滑板模具两端进行张拉，使碳纤维束中形成预应力的步骤，可以增加成品碳滑板中的抗折强度以及冲击韧性，使碳滑板在运行中不易折断和破裂；此外，本发明的碳滑板制备方法对原料进行热压成型后，通过焙烧碳化处理和浸渍，可以增加碳滑板的密度和强度。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
实施例 1
一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，包括以下几个工艺步骤：
S01、将碳纤维束锚固在碳滑板模具两端进行张拉，使碳纤维束中形成预应力；
S02、将事先配比好的碳滑板原料装入模具中，通过热压成型制成坯料制品；
S03、对模具和模具中的坯料制品进行焙烧碳化，形成碳滑板产品；
S04、将碳滑板产品从模具中取出。
其中，所述步骤S01中，所述碳纤维束为聚丙烯腈PAN基碳纤维束，所述聚丙烯腈PAN基碳纤维由聚丙烯腈纤维在200~300℃的氧化炉中氧化20~30小时后，再在1500~1800℃的碳化炉中碳化得到，所述碳纤维束的纤度为15g。
其中，所述步骤S02中，碳滑板原料的配比为：重量比为45%的电解石墨烯、重量比为20%的半补强炭黑、重量比为10%的石油焦、重量比为25%的中温沥青。
其中，所述步骤S02中，所述焙烧的工艺条件为：温度1300~1500℃，时间为216~230小时。
实施例 2
一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，包括以下几个工艺步骤：
S01、将碳纤维束锚固在碳滑板模具两端进行张拉，使碳纤维束中形成预应力；
S02、将事先配比好的碳滑板原料装入模具中，通过热压成型制成坯料制品；
S03、对模具和模具中的坯料制品进行焙烧碳化，形成碳滑板产品；
S04、将碳滑板产品从模具中取出。
其中，所述步骤S01中，所述碳纤维束为聚丙烯腈PAN基碳纤维束，所述聚丙烯腈PAN基碳纤维由聚丙烯腈纤维在200~300℃的氧化炉中氧化20~30小时后，再在1500~1800℃的碳化炉中碳化得到，所述碳纤维束的纤度为20g。
其中，所述步骤S02中，碳滑板原料的配比为：重量比为45%的电解石墨烯、重量比为19%的半补强炭黑、重量比为8%的石油焦、重量比为28%的中温沥青。
其中，所述步骤S02中，所述焙烧的工艺条件为：温度1300~1500℃，时间为230~255小时。
实施例 3
一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，包括以下几个工艺步骤：
S01、将碳纤维束锚固在碳滑板模具两端进行张拉，使碳纤维束中形成预应力；
S02、将事先配比好的碳滑板原料装入模具中，通过热压成型制成坯料制品；
S03、对模具和模具中的坯料制品进行焙烧碳化，形成碳滑板产品；
S04、将碳滑板产品从模具中取出。
其中，所述步骤S01中，所述碳纤维束为聚丙烯腈PAN基碳纤维束，所述聚丙烯腈PAN基碳纤维由聚丙烯腈纤维在200~300℃的氧化炉中氧化20~30小时后，再在1500~1800℃的碳化炉中碳化得到，所述碳纤维束的纤度为25g。
其中，所述步骤S02中，碳滑板原料的配比为：重量比为50%的电解石墨烯、重量比为15%的半补强炭黑、重量比为8%的石油焦、重量比为27%的中温沥青。
其中，所述步骤S02中，所述焙烧的工艺条件为：温度1300~1500℃，时间为255~286小时。
实施例 4
一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，包括以下几个工艺步骤：
S01、将碳纤维束锚固在碳滑板模具两端进行张拉，使碳纤维束中形成预应力；
S02、将事先配比好的碳滑板原料装入模具中，通过热压成型制成坯料制品；
S03、对模具和模具中的坯料制品进行焙烧碳化，形成碳滑板产品；
S04、将碳滑板产品从模具中取出。
S05、对从模具中取出的碳滑板产品进行浸渍，所述浸渍的工艺条件为：压力0.5~1.5MPa，温度为210~230℃，时间为1~2小时。
其中，所述步骤S01中，所述碳纤维束为聚丙烯腈PAN基碳纤维束，所述聚丙烯腈PAN基碳纤维由聚丙烯腈纤维在200~300℃的氧化炉中氧化20~30小时后，再在1500~1800℃的碳化炉中碳化得到，所述碳纤维束的纤度为20g。
其中，所述步骤S02中，碳滑板原料的配比为：重量比为50%的电解石墨烯、重量比为15%的半补强炭黑、重量比为12%的石油焦、重量比为23%的中温沥青。
其中，所述步骤S02中，所述焙烧的工艺条件为：温度1300~1500℃，时间为255~286小时。
其中，浸渍的目的是将浸渍剂浸到制品空隙中，以提高制品密度和强度。
实施例 5
一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，包括以下几个工艺步骤：
S01、将碳纤维束锚固在碳滑板模具两端进行张拉，使碳纤维束中形成预应力；
S02、将事先配比好的碳滑板原料装入模具中，通过热压成型制成坯料制品；
S03、对模具和模具中的坯料制品进行焙烧碳化，形成碳滑板产品；
S04、将碳滑板产品从模具中取出。
S05、对从模具中取出的碳滑板产品进行浸渍，所述浸渍的工艺条件为：压力0.5~1.5MPa，温度为210~230℃，时间为1~2小时。
其中，所述步骤S01中，所述碳纤维束为聚丙烯腈PAN基碳纤维束，所述聚丙烯腈PAN基碳纤维由聚丙烯腈纤维在200~300℃的氧化炉中氧化20~30小时后，再在1500~1800℃的碳化炉中碳化得到，所述碳纤维束的纤度为25g。
其中，所述步骤S02中，碳滑板原料的配比为：重量比为48%的电解石墨烯、重量比为17%的半补强炭黑、重量比为10%的石油焦、重量比为25%的中温沥青。
其中，所述步骤S02中，所述焙烧的工艺条件为：温度1300~1500℃，时间为255~286小时。
其中，浸渍的目的是将浸渍剂浸到制品空隙中，以提高制品密度和强度。
下面是按照本发明的几个实施例所描述的制备方法生产的碳滑板的性能测试的检验报告：
对比例 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
抗折强度MPa 22 70 68 75 83 75
冲击韧性J/cm3 0.08 0.151 0.160 0.152 0.134 0.157
其中，对比例的数据是对通过现有制备方法生产的碳滑板检测得到的结果，其制备方法具体为：将事先配比好的碳滑板原料装入模具中，通过热压成型制成坯料制品；S03、对模具和模具中的坯料制品进行焙烧碳化，形成碳滑板产品；将碳滑板产品从模具中取出。其中，对比例的原料的配比与实施例1相同，焙烧碳化的工艺条件也与实施例1相同。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01、将碳纤维束锚固在碳滑板模具两端进行张拉，使碳纤维束中形成预应力；
S02、将事先配比好的碳滑板原料装入模具中，通过热压成型制成坯料制品；
S03、对模具和模具中的坯料制品进行焙烧碳化，形成碳滑板产品；
S04、将碳滑板产品从模具中取出。
2.根据权利要求1所述的一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，其特征在于，所述步骤S01中，碳纤维束的纤度为15~25g。
3.根据权利要求1所述的一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，其特征在于，所述步骤S01中，所述碳纤维束为聚丙烯腈PAN基碳纤维束，所述聚丙烯腈PAN基碳纤维由聚丙烯腈纤维在200~300℃的氧化炉中氧化20~30小时后，再在1500~1800℃的碳化炉中碳化得到。
4.根据权利要求1所述的一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，其特征在于，所述步骤S02中，碳滑板原料的配比为：重量比为45~50%的电解石墨烯、重量比为15~18%的半补强炭黑、重量比为8~10%的石油焦、重量比为23~25%的中温沥青。
5.根据权利要求1所述的一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，其特征在于，所述步骤S02中，碳滑板原料包括：重量比为48%的电解石墨烯、重量比为17%的半补强炭黑、重量比为10%的石油焦、重量比为25%的中温沥青。
6.根据权利要求1所述的一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，其特征在于，所述步骤S02中，所述焙烧的工艺条件为：温度1300~1500℃，时间为216~286小时。
7.根据权利要求1所述的一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：将碳滑板从模具中取出后，进行浸渍，所述浸渍的工艺条件为：压力0.5~1.5MPa，温度为210~230℃，时间为1~2小时。
8.根据权利要求1所述的一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，其特征在于，所述碳滑板的抗折强度为65~80MPa，冲击韧性为0.14~0.16J/cm3。
9.根据权利要求1所述的一种电力机车用预应力受电弓碳滑板的制备方法，其特征在于，所述碳滑板的抗折强度为70~75MPa，冲击韧性为0.15~0.16J/cm3。
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