CN107081915A - 一种镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板 - Google Patents

一种镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板，其制备方法是以碳纤维布为原料进行预处理，将化学镀银液加入到预处理好的碳纤维布中，得到镀覆较好的银层；将镀银碳纤维布、铜网、短切碳纤维、改性酚醛树脂、石墨、铜粉、丁腈橡胶等组成混料，将其模压成型处理，再进行热压烧结，最后经过浸渍复压，即可制得镀银碳纤维增强碳滑板。本发明通过对碳基体滑板添加镀银碳纤维等增强体，能够提高滑板电导率和导热性，提升滑板内部材料碳纤维与其它组分间的粘结性能以及界面结合强度，从而改善滑板自润滑性，进一步加强受电弓滑板在高速铁路中的服役性能，延长其使用寿命。

Description

一种镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板
技术领域
本发明涉及高速列车的受电弓滑板技术领域，更具体地，涉及一种碳纤维增强碳基受电弓滑板。
背景技术
电力机车受电弓滑板作为高速列车获取能量的关键集电元件，占据着“咽喉”的重要部件，其良好的服役性能是保障高速列车安全、可靠运行的重要条件。随着列车运行速度的不断提高以及电流传输密度的不断增大，弓网系统冲击振动加剧，弓网电弧频发，导致滑板材料异常磨耗甚至断裂，造成列车发生故障。目前，研发高导电、强耐磨、自润滑的高性能受电弓滑板也成为世界各国铁路建设者非常重要的研究课题。而我国目前受电弓滑板仍然主要依赖进口，因此亟待生产具有自主知识产权的受电弓滑板。
粉末冶金滑板具有较高的机械强度和优良的导电性，但由于导线与粉末冶金滑板的材质相似，其对导线的磨损仍十分严重。虽然纯碳滑板可以减少对导线的磨耗量，但机械强度较低，运行过程中易出现断裂、掉块等现象。而浸金属滑板集中了碳滑板和金属滑板的优点，既具有粉末冶金滑板机械强度高、导电性能优良的特点，又具有纯碳滑板对导线磨耗小、灭电弧性强的优点。但是其抗冲击能力仍然较差，且工艺复杂，生产成本较高。
还有一种碳纤维增强碳基受电弓滑板，由于碳纤维与铜的浸润性差，且在高温下二者既不互溶又不反应，存在粘结性不好的问题。
发明内容
鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是提供一种镀银碳纤维增强碳基滑板，用银粉对碳纤维进行表面改性，从而提高碳纤维与碳基体的界面结合力与自润滑性，提高导电能力。
本发明的一种镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板，主要组成的配比以重量百分比计：铜网10％～15％，镀银碳纤维布15％～20％，短切碳纤维3％～10％，改性酚醛树脂25％～35％，鳞片状石墨20％～30％，铜粉2％～5％，丁腈橡胶2％～5％,其制备方法如下：
a.将碳纤维布进行预处理；
b.反应器中，将银氨溶液缓慢加入到22.5～25g/L葡萄糖和2.0～2.5g/L的酒石酸以及50～100mL/L的乙醇组成的还原液中混合成镀液，将步骤a预处理的碳纤维布置于镀液施镀,温度20℃，施镀时间10～20分钟后，取出，烘干得到表面镀覆良好的镀银碳纤维布；
c.将改性酚醛树脂、鳞片状石墨、铜粉的总量的1/3～2/3与丁腈橡胶、无水乙醇混合后，均匀涂覆镀银碳纤维布上，10-20℃烘干；
d.将改性酚醛树脂、鳞片状石墨、铜粉的剩余量与短切碳纤维、无水乙醇混合均匀，10-20℃烘干成糊状混合物；
e.将步骤d烘干后的糊状混合物裁剪填充模具中底部,其上覆盖铜网，再将步骤c烘干后的已涂覆镀银碳纤维布裁剪填充模具中，在170～200℃的温度以及600～800MPa压力下进行60～100分钟的模压，成型为滑板；
f.将滑板在烧结炉中烧结,温度为700～800℃、烧结保温60～80分钟；
g.将烧结后的滑板放入浸渍罐中，60℃时，用改性酚醛树脂乙醇溶液浸渍，保温60～80分钟最后10-20℃烘干，再进行180～200℃的复压固化，得到目标物镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板。
本发明的镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板,其中，所述的短切碳纤维长度为1～5mm，所述的改性酚醛树脂粒度为40～60μm；所述的铜粉的纯度达到99.5％，粒度为70～75μm。
本发明的镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板，其中，所述的施镀时间10分钟。
本发明的镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板，其中，所述的碳纤维布预处理，包括：
(1)去胶：将碳纤维布原料在室温下放入丙酮中浸泡；
(2)除油：将步骤(1)得到的碳纤维布在无水乙醇中进行浸泡；
(3)粗化：将步骤(2)的碳纤维布放入浓硫酸或浓硝酸中浸泡；
(4)敏化：将步骤(3)得到的碳纤维布放入20-25g/L SnCl2溶液中反应；
(5)活化：将步骤(4)得到的碳纤维布放入20-25g/L PbCl2溶液中，并且保持温度为40～50℃。
本发明的镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板通过加入银元素增强了碳纤维与各组分之间的粘接性和界面结合强度，改善滑板自润滑性，同时利用银优于铜的导电性和导热性，能够提高滑板电导率和导热性，进一步加强受电弓在高速铁路中的服役性能，延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明的镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板制备的流程图。
具体实施方式
结合本发明中附图的各个流程，对本发明实施例中的技术方案进行详细、具体的阐述。
本发明的镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板的制备方法，包括以下步骤：
a.对碳纤维布进行预处理：在此步骤中，先在室温下将一定尺寸的碳纤维布放入适量丙酮中去胶，5分钟后取出，洗净烘干；在无水乙醇中浸泡5～8分钟除油后，取出洗净；将除油后的碳纤维布放入浓硫酸中进行粗化处理，浸泡15分钟取出；将粗化后的碳纤维布进行敏化，在室温下放入20-25g/L SnCl2溶液中反应10分钟；再放入40～50℃下的20-25g/L PbCl2溶液中，浸泡10～15分钟后得到预处理的碳纤维布。
b.对预处理好的碳纤维布进行化学镀银：反应器中，将1升银氨溶液缓慢加入到22.5～25g/L葡萄糖和2.0～2.5g/L的酒石酸以及50～100mL/L的乙醇组成的1升还原液中混合成镀液，将适量的预处理碳纤维布置于镀液施镀,温度20℃，施镀时间10～20分钟后，取出，烘干得到表面镀覆良好的镀银碳纤维布，银氨溶液由10.5g/L的硝酸银试剂和100mL/L的氨水以及10g/L氢氧化钠溶液组成；
c.将改性酚醛树脂(山东圣泉新材料股份有限公司，型号PF6218)、鳞片状石墨(成都炭素有限责任公司)、铜粉总量的1/3～2/3与丁腈橡胶、无水乙醇混合后，均匀涂覆在预处理好的镀银碳纤维布上，10-20℃烘干；
d.将改性酚醛树脂、鳞片状石墨以及铜粉的剩余量与短切碳纤维、无水乙醇混合均匀，10-20℃烘干成糊状混合物；
短切碳纤维的长度为1～5mm；改性酚醛树脂粒度为40～60μm；铜粉的纯度达到99.5％，粒度为70～75μm。其中，碳纤维来自四川骏瑞碳纤维材料有限公司。
e.将步骤d烘干后的糊状混合物裁剪填充入1200mm×50mm×150mm模具中底部,其上覆盖孔径为3.2mm×6.3mm,厚度为0.5mm铜网，再将步骤c烘干后的已涂覆镀银碳纤维布裁剪填充模具中，在170～200℃的温度以及600～800MPa压力下进行60～100分钟的模压，成型为滑板；
f.在烧结炉中，将滑板烧结,温度为700～800℃、烧结保温60～80分钟；
g.将烧结后的滑板放入浸渍罐中，60℃时，用改性酚醛树脂乙醇溶液浸渍，保温60～80分钟最后10-20℃烘干，再进行180～200℃的复压固化，得到镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板。
进一步地，本发明的镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板，主要组成的重量百分数含量如下：铜网10％～15％，镀银碳纤维布15％～20％，短切碳纤维3％～10％，改性酚醛树脂25％～35％，石墨20％～30％，铜粉2％～5％，丁腈橡胶2％～5％。
本发明中原料都是市售商品。显然所描述的实施方案仅是本发明一个实施例，但这些实施例仅是范例性的，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板，其特征在于，主要组成的配比以重量百分比计：铜网10％～15％，镀银碳纤维布15％～20％，短切碳纤维3％～10％，改性酚醛树脂25％～35％，鳞片状石墨20％～30％，铜粉2％～5％，丁腈橡胶2％～5％,其制备方法如下：
a.将碳纤维布进行预处理；
b.反应器中，将银氨溶液缓慢加入到22.5～25g/L葡萄糖和2.0～2.5g/L的酒石酸以及50～100mL/L的乙醇的还原液中混合成镀液，将步骤a预处理的碳纤维布置于镀液施镀,温度20℃，施镀时间10～20分钟后，取出，烘干得到表面镀覆良好的镀银碳纤维布，其中，所述的银氨溶液由10.5～15g/L的硝酸银试剂和100～200mL/L的氨水以及10～15g/L氢氧化钠溶液组成；
c.将改性酚醛树脂、鳞片状石墨、铜粉的总量的1/3～2/3与丁腈橡胶、无水乙醇混合后，均匀涂覆镀银碳纤维布上，10-20℃烘干；
d.将改性酚醛树脂、鳞片状石墨以及铜粉的剩余量与短切碳纤维、无水乙醇混合均匀，10-20℃烘干成糊状混合物；
e.将步骤d烘干后的糊状混合物裁剪填充模具中底部,其上覆盖铜网，再将步骤c烘干后的已涂覆镀银碳纤维布裁剪填充模具中，在170～200℃的温度以及600～800MPa压力下进行60～100分钟的模压，成型为滑板；
f.将滑板在烧结炉中烧结,温度为700～800℃、烧结保温60～80分钟；
g.将烧结后的滑板放入浸渍罐中，60℃时，用改性酚醛树脂乙醇溶液浸渍，保温60～80分钟最后10-20℃烘干，再进行180～200℃的复压固化，得到镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板。
2.根据权利要求1所述的一种镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板，其特征在于，所述的短切碳纤维长度为1～5mm，所述的改性酚醛树脂粒度为40～60μm；所述的铜粉的纯度达到99.5％，粒度为70～75μm。
3.根据权利要求1所述的一种镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板,其特征在于，所述的施镀时间10分钟。
4.根据权利要求1所述的一种镀银碳纤维增强碳基受电弓滑板，其特征在于，所述的碳纤维布预处理，包括：
(1)去胶：将碳纤维布在室温下放入丙酮中浸泡；
(2)除油：将步骤(1)得到的碳纤维布在无水乙醇中进行浸泡；
(3)粗化：将步骤(2)的碳纤维布放入浓硫酸或浓硝酸中浸泡；
(4)敏化：将步骤(3)得到的碳纤维布放入20-25g/L SnCl2溶液中反应；
(5)活化：将步骤(4)得到的碳纤维布放入20-25g/L PbCl2溶液中，并且保持温度为40～50℃。
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