CN107556024A - 一种磁悬浮列车用碳滑块材料 - Google Patents
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Abstract
本发明针对现有技术存在的问题提供一种磁悬浮列车用碳滑块材料，包括碳滑块基本原料，二硫化钨‑碳纤维混合物，以及硬脂酸钙，其中，所述二硫化钨‑碳纤维混合物、硬脂酸钙与所述碳滑块基本原料的重量份配比为：二硫化钨‑碳纤维混合物3‑12，硬脂酸钙1‑4、碳滑块基本原料70‑140；其中，所述碳滑块基本原料包括：石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青，所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比为：石油焦20‑40、人造石墨10‑30、天然石墨10‑20、沥青30‑50。本发明的碳滑块材料强度好，耐磨、耐压、稳定、润滑性好，易脱模，环境适应性高，机械加工性能好，导电性能、导热性能良好，使用寿命长，并且具有良好的物理、力学、化学性能。
Description
技术领域
本发明涉及磁悬浮列车第三轨碳滑块，特别是涉及一种磁悬浮列车用碳滑块材料，属于城市轨道交通配件领域。
背景技术
磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线的电磁力牵引列车运行。随着国家经济实力的不断增强和人们生活水平的提高，必须提高轨道交通的运输能力以适应经济发展和民生需求，德国、日本、美国等国家已经展开了磁悬浮列车的开发研究，德国和日本去的了比较大的成就。目前，我国已经在上海、长沙等地开通了磁悬浮列车，且运行良好。由于磁悬浮列车具有快速、低耗、环保、安全等优点，因此前景十分广阔。常导磁悬浮列车可达400-500公里/小时，超导磁悬浮列车可达500-600公里/小时。
磁悬浮列车在高速运行的过程中，通过碳滑块与第三轨接触，由于磁悬浮列车运行速度极高，因此，对碳滑块的导电性、耐磨性和硬度有极高的要求。目前针对磁悬浮列车用碳滑块的研究几乎没有，现有的碳滑块大多为粉末冶金碳滑块，由于粉末冶金滑板材料硬、摩擦系数大，对轨道磨损严重，以及本身材料特性，在运行过程容易造成掉边，掉块等现象，及容易造成停车以及导电性能差等现象，而且价格偏高。因此，本发明提供一种磁悬浮列车用碳滑块材料，碳滑块材料润滑性能、导电方面完全优异于粉末冶金滑板，减小了碳滑块与轨道之间的摩擦系数，对轨道基本不磨损，解决列车运行过程中引起的掉边掉块问题，并增加碳滑块的导电性能。
发明内容
本发明的首要目的是针对上述现有技术存在的问题提供一种磁悬浮列车用碳滑块材料，本发明的碳滑块材料强度好，耐磨、耐压、稳定、润滑性好，易脱模，环境适应性高，机械加工性能好，导电性能、导热性能良好，使用寿命长，并且具有良好的物理、力学、化学性能。
为实现本发明的目的，本发明提供一种磁悬浮列车用碳滑块材料，包括碳滑块基本原料，二硫化钨-碳纤维混合物，以及硬脂酸钙，其中，所述二硫化钨-碳纤维混合物与所述硬脂酸钙的重量份配比为：二硫化钨-碳纤维混合物3-12，硬脂酸钙1-4。
其中，所述二硫化钨-碳纤维混合物中二硫化钨与碳纤维的重量份配比为：二硫化钨1-4、碳纤维2-8。
特别是，所述二硫化钨-碳纤维混合物中二硫化钨与碳纤维的重量份配比优选为：二硫化钨2-4、碳纤维3-6。
尤其是是，所述二硫化钨-碳纤维混合物中二硫化钨与碳纤维的重量份配比为：二硫化钨2.5-3、碳纤维4.5-5。
特别是，所述二硫化钨为黑色固体粉末，其粒径为100-200目。
尤其是，所述二硫化钨的粒径优选为200目。
二硫化钨润滑性能好，摩擦系数低，抗压强度大，可用于高温、高压、高转速、高负荷、高真空条件下的润滑，增加产品的耐磨性，提高碳滑块材料的环境适应性，延长使用寿命。
特别是，所述碳纤维的长度为2-5cm。
尤其是，所述碳纤维的长度优选为3-5cm。
其中，所述碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。它不仅具有碳材料的强抗拉力特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。因其具有轻而强、轻而刚、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳等性能，使得碳纤维的加入可以增加碳滑块材料的耐磨性能，增加其强度，提高碳滑块材料的环境适应性并延长其使用寿命。
特别是，所述硬脂酸钙为白色粉末，蓬松；硬脂酸钙热稳定性好，润滑性好，价格低廉，毒性小，加工性能好，硬脂酸钙的加入可以增加碳滑块材料的稳定性、润滑性，以及机械加工性能。
其中，所述二硫化钨-碳纤维混合物、硬脂酸钙与所述碳滑块基本原料的重量份配比为：二硫化钨-碳纤维混合物3-12，硬脂酸钙1-4、碳滑块基本原料70-140。
特别是，所述二硫化钨-碳纤维混合物、硬脂酸钙与所述碳滑块基本原料的重量份配比优选为：二硫化钨-碳纤维混合物5-12，硬脂酸钙2-4、碳滑块基本原料87-140。
尤其是，所述二硫化钨-碳纤维混合物、硬脂酸钙与所述碳滑块基本原料的重量份配比优选为：二硫化钨-碳纤维混合物5-10，硬脂酸钙2-3、碳滑块基本原料87-123。
特别是，所述二硫化钨-碳纤维混合物、硬脂酸钙与所述碳滑块基本原料的重量份配比优选为：二硫化钨-碳纤维混合物7-10，硬脂酸钙2.5-3、碳滑块基本原料105-123。
尤其是，所述二硫化钨-碳纤维混合物、硬脂酸钙与所述碳滑块基本原料的重量份配比优选为：二硫化钨-碳纤维混合物5-8，硬脂酸钙2-2.5、碳滑块基本原料87-105。
其中，所述碳滑块基本原料包括：石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青。
特别是，所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比为：石油焦20-40、人造石墨10-30、天然石墨10-20、沥青30-50。
尤其是，所述石油焦的粒度为300±20目，水分≤1％，灰分≤1％。
本发明石油焦选用低硫的熟焦。
本发明石油焦具有耐热、耐磨、摩擦系数稳定、损耗低等特点，因此石油焦的加入可以提高碳滑块材料的耐热性、耐磨性，提高碳滑块材料的摩擦系数，并降低其损耗。
特别是，所述天然石墨的粒度为40-60目，碳含量≥99％，灰分≤1％。
尤其是，所述人造石墨的粒度为300目，碳含量≥99％，灰分≤1％。
天然石墨和人造石墨具有质量轻、导电性能好、导热性能好、润滑性能好、机械加工性能优良等优点，可以提高碳滑块材料的导电性能、导热性能和润滑性能，并增加碳滑块材料的机械加工性能。
本发明的天然石墨和人造石墨优选为鳞片石墨。
特别是，所述沥青为中温沥青，软化点为65-90℃。
中温沥青是焦油蒸馏残液部分，产率占焦油的54-56％，它是由三环以上的芳香族化合物和含氧、含氮、含硫杂环化合物及少量高分子碳素物组成，本发明沥青起粘结剂作用。
尤其是，所述二硫化钨-碳纤维混合物、硬脂酸钙与所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比为：二硫化钨-碳纤维混合物3-12、硬脂酸钙1-4、石油焦20-40、人造石墨10-30、天然石墨10-20、沥青30-50。
特别是，所述二硫化钨-碳纤维混合物、硬脂酸钙与所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比为：二硫化钨-碳纤维混合物5-12、硬脂酸钙2-4、石油焦25-40、人造石墨15-30、天然石墨12-20、沥青35-50。
尤其是，所述二硫化钨-碳纤维混合物、硬脂酸钙与所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比优选为：二硫化钨-碳纤维混合物5-10、硬脂酸钙2-3、石油焦25-35、人造石墨15-25、天然石墨12-18、沥青35-45。
特别是，所述二硫化钨-碳纤维混合物、硬脂酸钙与所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比优选为：二硫化钨-碳纤维混合物7-10、硬脂酸钙2.5-3、石油焦30-35、人造石墨20-25、天然石墨15-18、沥青40-45。
尤其是，所述二硫化钨-碳纤维混合物、硬脂酸钙与所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比为：二硫化钨-碳纤维混合物5-8、硬脂酸钙2-2.5、石油焦25-30、人造石墨15-20、天然石墨12-15、沥青35-40。
本发明碳滑块材料具有如下优点和有益技术效果：
1、本发明的碳滑块材料强度好，耐磨、耐压、稳定、润滑性好，易脱模，环境适应性高，机械加工性能好，导电性能、导热性能良好，使用寿命长，并且具有良好的物理、力学、化学性能。
2、本发明碳滑块材料选择二硫化钨作为添加剂，由于二硫化钨润滑性能好，摩擦系数低，抗压强度大，可用于高温、高压、高转速、高负荷、高真空条件下的润滑，增加产品的耐磨性，提高碳滑块材料的环境适应性，延长使用寿命。
3、本发明碳滑块材料选择碳纤维作为添加剂，由于其具有轻而强、轻而刚、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳等性能，使得碳纤维的加入可以增加碳滑块材料的耐磨性能，增加其强度，提高碳滑块材料的环境适应性并延长其使用寿命。
4、本发明碳滑块材料选择硬脂酸钙作为润滑剂，增加碳滑块材料的稳定性、润滑性，以及机械加工性能。
5、本发明选择石油焦、天然石墨、人造石墨和沥青作为碳滑块基本原料，可以提高碳滑块材料的耐热性、耐磨性，导电性能、导热性能，提高碳滑块材料的摩擦系数，增加碳滑块材料的机械加工性能并降低其损耗。
具体实施方式
以下结合实施例对发明进行说明。本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1
(1)按照如下重量份配比备料
(2)原料混合
对混合锅进行持续加热，当混合锅的温度达到120℃时，将石油焦、人造石墨、天然石墨、沥青、二硫化钨、碳纤维和硬脂酸钙加入到混合锅中，搅拌混合2h，使其均匀，制得粉末状初混合料；
然后，当加热锅的温度达到150℃时，将沥青加入到初混合料中，搅拌混合1.5h，使其均匀，制得粉末状混合料；
(3)压制处理
将粉末状的混合料置于模具中进行压制处理，制得圆柱状的料柱；
(4)固化处理
将压制好的料柱置于100℃的烘箱中进行固化处理，处理时间为14h，使料柱保持恒温；
(5)挤压成型
将固化后的料柱放入挤压机中挤压成型，得到碳滑块材料坯料，设置挤压温度为170℃；
(6)焙烧处理
将挤压成型的碳滑块材料坯料放入焙烧炉中，在1030℃下焙烧15天，即得到碳滑块材料。
对所制得的碳滑块材料进行物理性能检测，结果见表1。
实施例2
(1)按照如下重量份配比备料
(2)原料混合
对混合锅进行持续加热，当混合锅的温度达到125℃时，将石油焦、人造石墨、天然石墨、沥青、二硫化钨、碳纤维和硬脂酸钙加入到混合锅中，搅拌混合2.3h，使其均匀，制得粉末状初混合料；
然后，当加热锅的温度达到145℃时，将沥青加入到初混合料中，搅拌混合1.2h，使其均匀，制得粉末状混合料；
(3)压制处理
将粉末状的混合料置于模具中进行压制处理，制得圆柱状的料柱；
(4)固化处理
将压制好的料柱置于105℃的烘箱中进行固化处理，处理时间为16h，使料柱保持恒温；
(5)挤压成型
将固化后的料柱放入挤压机中挤压成型，得到碳滑块材料坯料，设置挤压温度为175℃；
(6)焙烧处理
将挤压成型的碳滑块材料坯料放入焙烧炉中，在1010℃下焙烧16天，即得到碳滑块材料。
对所制得的碳滑块材料进行物理性能检测，结果见表1。
实施例3
(1)按照如下重量份配比备料
(2)原料混合
对混合锅进行持续加热，当混合锅的温度达到115℃时，将石油焦、人造石墨、天然石墨、沥青、二硫化钨、碳纤维和硬脂酸钙加入到混合锅中，搅拌混合2.2h，使其均匀，制得粉末状初混合料；
然后，当加热锅的温度达到155℃时，将沥青加入到初混合料中，搅拌混合1.3h，使其均匀，制得粉末状混合料；
(3)压制处理
将粉末状的混合料置于模具中进行压制处理，制得圆柱状的料柱；
(4)固化处理
将压制好的料柱置于95℃的烘箱中进行固化处理，处理时间为17h，使料柱保持恒温；
(5)挤压成型
将固化后的料柱放入挤压机中挤压成型，得到碳滑块材料坯料，设置挤压温度为165℃；
(6)焙烧处理
将挤压成型的碳滑块材料坯料放入焙烧炉中，在1020℃下焙烧14天，即得到碳滑块材料。
对所制得的碳滑块材料进行物理性能检测，结果见表1。
实施例4
(1)按照如下重量份配比备料
(2)原料混合
对混合锅进行持续加热，当混合锅的温度达到130℃时，将石油焦、人造石墨、天然石墨、沥青、二硫化钨、碳纤维和硬脂酸钙加入到混合锅中，搅拌混合2.5h，使其均匀，制得粉末状初混合料；
然后，当加热锅的温度达到140℃时，将沥青加入到初混合料中，搅拌混合1.5h，使其均匀，制得粉末状混合料；
(3)压制处理
将粉末状的混合料置于模具中进行压制处理，制得圆柱状的料柱；
(4)固化处理
将压制好的料柱置于90℃的烘箱中进行固化处理，处理时间为18h，使料柱保持恒温；
(5)挤压成型
将固化后的料柱放入挤压机中挤压成型，得到碳滑块材料坯料，设置挤压温度为180℃；
(6)焙烧处理
将挤压成型的碳滑块材料坯料放入焙烧炉中，在1000℃下焙烧15天，即得到碳滑块材料。
对所制得的碳滑块材料进行物理性能检测，结果见表1。
实施例5
(1)按照如下重量份配比备料
(2)原料混合
对混合锅进行持续加热，当混合锅的温度达到110℃时，将石油焦、人造石墨、天然石墨、沥青、二硫化钨、碳纤维和硬脂酸钙加入到混合锅中，搅拌混合2h，使其均匀，制得粉末状初混合料；
然后，当加热锅的温度达到150℃时，将沥青加入到初混合料中，搅拌混合1h，使其均匀，制得粉末状混合料；
(3)压制处理
将粉末状的混合料置于模具中进行压制处理，制得圆柱状的料柱；
(4)固化处理
将压制好的料柱置于110℃的烘箱中进行固化处理，处理时间为12h，使料柱保持恒温；
(5)挤压成型
将固化后的料柱放入挤压机中挤压成型，得到碳滑块材料坯料，设置挤压温度为160℃；
(6)焙烧处理
将挤压成型的碳滑块材料坯料放入焙烧炉中，在1030℃下焙烧15天，即得到碳滑块材料。
对所制得的碳滑块材料进行物理性能检测，结果见表1。
表1实施例1-5碳滑块材料物理性能检测结果
由表1数据可知，本发明碳滑块材料物理性能良好，均达到铁路TJ/JW029-2014标准要求，电阻率低、导电性能好，体积密度小，抗折强度和抗压强度高，硬度适中，冲击韧性好。
Claims (10)
1.一种磁悬浮列车用碳滑块材料，包括碳滑块基本原料，其特征在于，还包括：
二硫化钨-碳纤维混合物；以及，
硬脂酸钙；
其中，所述二硫化钨-碳纤维混合物与所述硬脂酸钙的重量份配比为：二硫化钨-碳纤维混合物3-12、硬脂酸钙1-4。
2.如权利要求1所述的磁悬浮列车用碳滑块材料，其特征在于，所述二硫化钨-碳纤维混合物、硬脂酸钙与所述碳滑块基本原料的重量份配比为：二硫化钨-碳纤维混合物3-12、硬脂酸钙1-4、碳滑块基本原料70-140。
3.如权利要求2所述的磁悬浮列车用碳滑块材料，其特征在于，所述碳滑块基本原料包括：石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青。
4.如权利要求3所述的磁悬浮列车用碳滑块材料，其特征在于，所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比为：石油焦20-40、人造石墨10-30、天然石墨10-20、沥青30-50。
5.如权利要求4所述的磁悬浮列车用碳滑块材料，其特征在于，所述二硫化钨-碳纤维混合物、硬脂酸钙与所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比为：二硫化钨-碳纤维混合物3-12、硬脂酸钙1-4、石油焦20-40、人造石墨10-30、天然石墨10-20、沥青30-50。
6.如权利要求5所述的磁悬浮列车用碳滑块材料，其特征在于，所述二硫化钨-碳纤维混合物中二硫化钨与碳纤维的重量份配比为：二硫化钨1-4、碳纤维2-8。
7.如权利要求4所述的磁悬浮列车用碳滑块材料，其特征在于，所述二硫化钨-碳纤维混合物、硬脂酸钙与所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比为：二硫化钨-碳纤维混合物5-12、硬脂酸钙2-4、石油焦25-40、人造石墨15-30、天然石墨12-20、沥青35-50。
8.如权利要求4所述的磁悬浮列车用碳滑块材料，其特征在于，所述二硫化钨-碳纤维混合物、硬脂酸钙与所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比为：二硫化钨-碳纤维混合物5-10、硬脂酸钙2-3、石油焦25-35、人造石墨15-25、天然石墨12-18、沥青35-45。
9.如权利要求4所述的磁悬浮列车用碳滑块材料，其特征在于，所述二硫化钨-碳纤维混合物、硬脂酸钙与所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比为：二硫化钨-碳纤维混合物7-10、硬脂酸钙2.5-3、石油焦30-35、人造石墨20-25、天然石墨15-18、沥青40-45。
10.如权利要求4所述的磁悬浮列车用碳滑块材料，其特征在于，所述二硫化钨-碳纤维混合物、硬脂酸钙与所述石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青的重量份配比为：二硫化钨-碳纤维混合物5-8、硬脂酸钙2-2.5、石油焦25-30、人造石墨15-20、天然石墨12-15、沥青35-40。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180109 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |