CN107512177B - 一种受电弓滑板及其制备方法 - Google Patents

一种受电弓滑板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种受电弓滑板，其中，所述的受电弓滑板包括导电胶和碳纤维布，所述的受电弓滑板由多层碳纤维布通过导电胶黏贴压合而成；所述的导电胶由石墨烯粉、填充剂和粘结树脂碾压混合制成。本发明还涉及一种受电弓滑板的制备方法。本发明所保护的受电弓滑板具有高耐磨性、高强度、耐腐蚀性、自润滑、高散热及良好的导电性。

Description

一种受电弓滑板及其制备方法
技术领域
本发明涉及电力机车技术领域，具体涉及一种受电弓滑板及其制备方法。
背景技术
随着国民经济的发展和交通运输市场竞争的加剧，铁路的电气化和高速化已成为世界铁路运输发展的趋势，只有实现电气化，才能实现铁路运输的高速化目标。而受电弓滑板和接触网导线是高速铁路的关键部件。
电力机车和高速动车组的运行动力来源于架在高速动车组顶部的接触网导线，通过安装于高速动车组车顶的受电弓碳滑板，以6～8kg的顶线压力与导线贴紧接触与动车组同步滑行，将接触网中的高压电源传输至电力机车和动车组高速电机运转，带动高速动车组高速运行。所以安装于高速动车组顶部的受电弓碳滑板是确保其高速动车组高速、安全运行的一个十分重要的关键部件，也被中国铁路总公司列为重要部件。
在接触网一定的前提下，滑板一般应满足以下性能要求：良好的导电性、抑制离线电弧的产生和抗电弧烧蚀性、良好的自耐磨性和对导线的减磨性、足够的强度以及对自然环境较强的适应性等。
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。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。中国发明专利(CN 102432293 A)公开一种电力机车受电弓碳滑板，采用下述重量份的原料制成：半补强炭黑4.3～6.3份、-398鳞片石墨1.5～3.5份、599鳞片石墨0.8～2.8份、木炭粉0.5～1.5份和融化煤沥青4.6～6.6份。中国发明专利(CN 104649700 A)公开了一种受电弓碳滑板及其制造方法，受电弓碳滑板采用如下重量份配比的原料制成：石油焦粉28-43、沥青焦粉25-28、喷雾炭黑10-12、硫磺2-5、氮化硼3-5、碳纤维5-8、天然石墨4-6、人造石墨5-7、氯化钙粉末1-3、改制沥青30-35。但是提高碳滑板机械强度、抗冲击韧性、耐磨、自润滑性仍然是制备碳滑板遇到的最大的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题为：提供一种受电弓滑板，提高滑板机械强度、抗冲击韧性、耐磨、自润滑性、导电性、导热性；另外还提供其制备方法。
本发明所提供的技术方案为：一种受电弓滑板，其中，所述的受电弓滑板包括导电胶和碳纤维布，所述的受电弓滑板由多层碳纤维布通过导电胶黏贴压合而成；所述的导电胶由石墨烯粉、填充剂和粘结树脂碾压混合制成。
上述的技术方案中，受电弓滑板由碳纤维布通过导电胶黏贴压合而成，导电胶具有导电和黏贴的作用，经过压合后，导电胶将渗透到碳纤维布的缝隙中。其次，导电胶的组成中含有石墨烯，石墨烯可以改善导电胶的性能，固化之后受电弓滑板将具有高耐磨性、高强度、耐腐蚀性、自润滑、高散热及良好的导电性。
作为优选，所述的导电胶的组成按质量份数计为：0.5～50份石墨烯粉、0～60份填充剂和20～60份粘结树脂。导电胶的组成在该质量份数比例下，具有高耐磨性、高强度、耐腐蚀性、自润滑、高散热及良好的导电性。
作为优选，所述的填充剂为焦炭粉、石墨粉、滑石粉或石英粉中一种或者几种。
进一步优选，所述的填充剂为焦炭粉和石墨粉；所述的填充剂的组成按质量份数计为：12.5～39.5份焦炭粉和2.5～19.5份石墨粉。合适的填充剂比例能够降低成本，提高经济效益。
作为优选，所述的焦炭粉的粒度为250～450目。进一步优选350目。
作为优选，所述的石墨粉为超细石墨粉，粒度为450～650目。进一步优选550目。
作为优选，所述的导电胶在碳纤维布上的涂覆量为200～800g/m2。
作为优选，所述的粘结树脂为环氧树脂或酚醛树脂。
作为优选，所述的碳纤维布为1k～12k的碳纤维布。
本发明还提供一种上述的受电弓滑板的制备方法，包括如下步骤：
1)将填充剂和石墨烯粉搅拌混料，加入粘结树脂碾压混合制成导电胶；
2)导电胶分散于有机溶剂，然后涂刷在碳纤维布表面，将碳纤维布堆叠辊压；
3)然后在50～80℃下热压4～10个小时，然后升温到90～190℃继续热压5～12小时进行固化，冷却后切割得到受电弓滑板。
上述制备方法的步骤简单易于产业化，所选用的材料中不含有金属成分能够有效的减小环境污染；其次，由于受电弓滑板中不含有金属成分，在电力机车或高速动车组运行过程中不会出现由于摩擦掉落的金属粉末造成导线吸附金属粉末而降低接触网导线寿命的缺陷。
步骤3)在50～80℃下热压4～10个小时，能够将碳纤维布中的空气挤压赶出，使得挥发性物资和水分充分挥发，导电胶和碳纤维布充分渗透结合；继续在90～190℃下热压5～12小时，能够固化得到碳纤维复合材料。所述热压的压力优选为5Mpa-20Mpa。
作为优选，所述的受电弓滑板中碳纤维布的方向要垂直于滑板托板。
根据导电性能、抗拉性能可选用1～12k的碳纤维布，单层碳纤维布的面积尺寸根据所需制作的成品得出，为了提高效率，可以按照受电弓滑板的目标尺寸长宽的整数倍设计尺寸，厚度由碳纤维布的层数决定，层数＝受电弓滑板的设计厚度/碳纤维布的厚度，也可以用不同厚度的碳纤维布组合在叠合在一起达到设计的厚度。由于受电弓滑板安装在滑板托板上时，受电弓滑板中的碳纤维布面要垂直于滑板托板，滑板的宽度决定了碳纤维布的层数。
作为优选，所述的碳纤维布为双向碳纤维布，碳纤维布中的经线要垂直于滑板托板。这样能保证导电性，纬线起到了增加抗拉强度的作用。
作为优选，所述的碳纤维布为单向碳纤维布，70％～80％的单向碳纤维布的碳纤维的方向垂直于滑板托板，20％～30％的单向碳纤维布的碳纤维的方向平行于滑板托板的方向。作为进一步优选，所述的两个方向的碳纤维布间隔叠放，最外层的2～4张碳纤维的方向为平行于滑板托板的方向。使用单向碳纤维布成本较低，但是根据上述堆叠方式同样可以保证抗拉强度。
作为优选，所述的步骤2)中有机溶剂为乙醇或丙酮，导电胶与有机溶剂的体积比为1:3～5。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明所提供的受电弓滑板由于导电胶和碳纤维布配合作用，具有高耐磨性、高强度、耐腐蚀性、自润滑、高散热及良好的导电性。
(2)本发明所提供的受电弓滑板中含有石墨烯可以极大的改善导电胶的性能。
(3)本发明所提供的受电弓滑板的制备方法简单，易于产业化。
(4)本发明所提供的受电弓滑板，由于不含有金属成分能够有效的减小环境污染；其次，在电力机车或高速动车组运行过程中不会出现由于摩擦掉落的金属粉末造成导线吸附金属粉末而降低接触网导线寿命的缺陷。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细、完整地说明。
实施例1：制备导电胶
将电极焦碳粉19.5重量份，超细石墨粉19.5重量份，石墨烯粉1重量份，用混料机搅拌20分钟后充分混合，充分混合后加入环氧树脂60重量份，放入碾合机进行混和碾合30min制成导电胶。
实施例2：制备导电胶
将电极焦碳粉39.5重量份，超细石墨粉10.5重量份，石墨烯粉5重量份，用混料机搅拌20分钟后充分混合，充分混合后加入环氧树脂45重量份，放入碾合机进行混和碾合30min制成导电胶。
实施例3：制备受电弓滑板
本实施例受电弓滑板的制作方法包括以下步骤：
(1)目标滑板长度是1300mm，宽度是35mm，厚度是22mm，经过计算，使用80％的3k单向的碳纤维布和20％的3k双向碳纤维布制作可以达到性能要求，经计算，该碳纤维布压缩后厚度为0.3mm，因为成品安装时，碳纤维布要垂直于滑板托板，所以滑板的宽度就为多层碳纤维布的厚度，需要的层数为35/0.3＝117层，以成品切割时有一定的误差，裁剪是要留出大约1mm的误差，碳纤维布的为目标长度1300+2＝1302mm，为提高效率，每10根排在一起进行制作，长度为(22+1+1)*10＝240mm，做成时每块碳纤维复合材料可以分解出10根复合尺寸的滑块。将碳纤维布分解成1302mm*240mm的尺寸，其中单向纤维布94张，双向纤维布23张。
(2)将实施例1制成的导电胶加入无水乙醇作为溶剂，按照1：3的比例，充分分散，将分散后导电胶均匀的刷在碳纤维布表面，然后将涂了导电胶的碳纤维布一张一张整齐的摞在一起，每放一张用辊轮在碳纤维网格布表面来回辊动，将碳纤维网格布中的气泡赶出，使导电胶充分渗透于碳纤维布的组织内部，最下面两张和最上面两张需要是双向碳纤维布，以保证成品的抗拉和抗折强度。中间的大约按照每隔4-5张单向纤维布放一张双向纤维布叠放一起。
将渗透了导电胶的碳纤维布按照设计要求的层数叠合起来，用热压机在70℃加压10个小时，将碳纤维布中的空气挤压赶出，挥发性物资和水分充分挥发，导电胶和碳纤维布充分渗透结合，然后在高温150℃，加压20Mpa，12小时进行固化得到碳纤维复合材料。
(3)自然冷却后取出，将得到碳纤维复合材料用电锯按照设计尺寸进行分解，将表面进行抛光处理后得到所述的受电弓滑板成品10根。
性能测试
对实施例3中所得到的受电弓滑板成品进行测试，完全达到铁道部的质量要求，电阻率在4欧姆，密度2g/立方厘米；抗压强度150Mpa；抗折强度在120Mpa以上，都远远超过了目前产品。

Claims (6)

1.一种受电弓滑板，其特征在于，所述的受电弓滑板包括导电胶和碳纤维布，所述的受电弓滑板由多层碳纤维布通过导电胶黏贴压合而成；所述的导电胶由石墨烯粉、填充剂和粘结树脂碾压混合制成；所述的碳纤维布为双向碳纤维布，碳纤维布中的经线要垂直于滑板托板，或所述的碳纤维布为单向碳纤维布，70％～80％的单向碳纤维布的碳纤维的方向垂直于滑板托板，20％～30％的单向碳纤维布的碳纤维的方向平行于滑板托板的方向；所述的填充剂为焦炭粉、石墨粉、滑石粉或石英粉中一种或者几种；
所述受电弓滑板的制备方法包括如下步骤：
1)将填充剂和石墨烯粉搅拌混料，加入粘结树脂碾压混合制成导电胶；
2)导电胶分散于有机溶剂，然后涂刷在碳纤维布表面，将碳纤维布堆叠辊压；
3)然后在50～80℃下热压4～10个小时，然后升温到90～190℃继续热压5～12小时进行固化，冷却后切割得到受电弓滑板；
步骤2)中有机溶剂为乙醇或丙酮，导电胶与有机溶剂的体积比为1:3～5。
2.根据权利要求1所述的受电弓滑板，其特征在于，所述的导电胶的组成按质量份数计为：0.5～50份石墨烯粉、0～60份填充剂和20～60份粘结树脂。
3.根据权利要求1所述的受电弓滑板，其特征在于，所述的填充剂为焦炭粉和石墨粉；所述的填充剂的组成按质量份数计为：12.5～39.5份焦炭粉和2.5～19.5份石墨粉。
4.根据权利要求1所述的受电弓滑板，其特征在于，所述的导电胶在碳纤维布上的涂覆量为200～800g/m2。
5.根据权利要求1所述的受电弓滑板，其特征在于，所述的粘结树脂为环氧树脂或酚醛树脂。
6.根据权利要求1所述的受电弓滑板，其特征在于，所述的碳纤维布为1k～12k的碳纤维布。
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