CN107916466A - 碳纤维材料及制备方法和应用、制备受电弓滑块的方法 - Google Patents

碳纤维材料及制备方法和应用、制备受电弓滑块的方法 Download PDF

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Abstract

碳纤维材料及制备方法和应用，采用沥青基碳纤维原丝为原料，将原料进行氧化处理和碳化处理，得到碳纤维材料。本发明制备工艺简单，制备出的碳纤维材料具有低摩擦系数、高耐磨性、高导电性特性，本发明采用沥青基碳纤维原丝制备出的碳纤维材料来制备受电弓滑块，相当于直接跳过碳粉压制工艺而直接采用沥青基碳纤维原丝制备受电弓滑块的，这种新方法 虽然相对提高了原料成本，但制作出受电弓滑块的使用寿命长，安全性能高，可靠性高，其性价比更高，可充分满足机车受电弓与电网接触滑行的使用需求。本发明还提供一种制备受电弓滑块的方法。

Description

碳纤维材料及制备方法和应用、制备受电弓滑块的方法
技术领域
本发明涉及一种碳纤维材料及制备方法和应用，用于制备机车受电弓滑块，属于材料科学领域。本发明还涉及一种制备受电弓滑块的方法。
背景技术
目前，我国主要机车仍是电力机车，也就是由电力网向机车供电。电力网的供电电压高达27.5 KV，机车的工作电流也高达达200～300 A，而这样超大功率的电源，就是列车在高速运行中，通过高速滑行的受电弓，从电网上获得的。为了减少摩擦损坏电网，也为了受电弓磨损小、寿命长，受电弓在升起时，对电网必须保证有一定接触压力，所以用受电弓滑块与电网接触。在老式机车上，受电弓采用粉末冶金滑块，即由碳粉、钼粉，铜粉按一定比例混合，压制、烧结而成。为了减少升弓、落弓时产生电弧，受电弓滑块最好使用与铜质电网不同材料的、低摩擦系数的、导电良好的材料制做。所以，现用的受电弓滑块都采用电碳材料制成，就如同各型电动机、发电机的碳刷一样。而碳滑块是采用石墨料压型和烧接而成，由于国内技术上的问题，一直难以达到其物理性的要求。
CN 105837240 A，提供了一种受电弓用碳-碳复合材料的制备方法，该碳滑板解决了现有纯碳滑板机械强度低、抗冲击性能差的问题；为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种受电弓用碳-碳复合材料的制备方法，按下述步骤实施：以石墨碳纤维布为基材，将浸渍沥青后的碳纤维布打卷，直至达到设计的外型尺寸；并放到受电弓滑条成型模具中，在500吨压机及180℃温度条件下完成热压复合成型；然后经过1200℃、480小时的碳化，制得受电弓碳滑条材料；本发明可广泛应用于受电弓碳滑板领域。此方案中采用石墨碳纤维布为基材，而石墨碳纤维布需要碳纤维经过非常复杂的制备流程制得，基材的制备难度大。
CN 105235529 A，公开了一种石墨烯- 铜改性炭/ 炭复合材料受电弓滑板的制备方法：将针刺碳纤维整体毡酸洗去除其表面的胶质并进行真空干燥；将处理后的针刺碳纤维整体毡浸泡入一定浓度的石墨烯溶液中，取出后沥干、干燥；将针刺碳纤维整体毡- 石墨烯预制体浸泡入一定浓度的铜氨络合物溶液中；将引入铜的针刺碳纤维整体毡- 石墨烯预制体放入化学气相沉积炉中沉积热解炭得到低密度的炭/ 炭复合材料，随后进行中温煤沥青的循环浸渍- 炭化得到高密度的石墨烯- 铜改性的炭/ 炭复合材料；将制得的复合材料按图加工即可得到高品质的受电弓滑板。本发明通过在短切碳纤维表面引入石墨烯膜，提高了炭/ 炭复合材料纤维/ 基体界面处的电导性能，力学性能较好。同时，在石墨烯膜表面引入铜能够进一步降低复合材料的电阻率。此方案中复合材料的制备过程相当复杂，用时长，效率低。
本发明的目的是开发一种制备工艺简单，具有低摩擦系数、高耐磨性、高导电性特性且性价比高的新材料，用于制备机车的受电弓滑块。
发明内容
本发明提供一种碳纤维材料及制备方法和应用，制备工艺简单，制备出的碳纤维材料具有低摩擦系数、高耐磨性、高导电性特性，可用于制备用出性价比高、安全性能好的受电弓滑块，本发明还提供一种制备受电弓滑块的方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
碳纤维材料的制备方法，其特征在于采用沥青基碳纤维原丝为原料，将原料进行氧化处理和碳化处理，得到碳纤维材料。
优选的，所述的“将原料进行氧化处理”具体是指：将原料放入温度为250~350℃的中温炉中加热1-2小时，然后再取出冷却至常温，得到氧化纤维。
优选的，所述的“碳化处理”具体是指：将氧化纤维放入2400-2600℃的高温炉中加热1-2小时，然后再取出冷却。
优选的，所述的沥青基碳纤维原丝为石油基沥青碳纤维。
碳纤维材料，其特征在于采用以上所述的碳纤维材料的制备方法制得，所述的碳纤维材料的石墨含量大于99%。
优选的，所述的碳纤维材料的性能参数为密度：2g/cm3，抗拉强度：3500MPa ，摩擦系数：0.08。
以上所述的碳纤维材料的应用，其特征在于将所述的碳纤维材料用于制作受电弓滑块。
采用以上所述的碳纤维材料制备受电弓滑块的方法，其特征在于将所述的碳纤维材料放入受电弓滑块模具中，在高温下加压成型，之后将受电弓滑块模具脱模，得到受电弓滑块成品。
优选的，所述的“在高温下加压成型”的工艺参数为：温度为150~250℃，压力为1-5MPA,保压时间为1-2小时。
优选的，将所述的碳纤维材料放入受电弓滑块模具之前，在受电弓滑块模具中预埋受电弓托架，且所述的受电弓托架选用碳材质托架。
本发明的有益效果是：
本发明的碳纤维材料采用沥青基碳纤维原丝制备，且用制备出的碳纤维材料制备受电弓滑块，相当于直接跳过碳粉压制工艺而直接采用沥青基碳纤维原丝制备受电弓滑块的，这种新方法 虽然相对提高了原料成本，但制作出受电弓滑块的使用寿命长，安全性能高，可靠性高，其性价比更高，可充分满足机车受电弓与电网接触滑行的使用需求。
本发明的碳纤维材料采用沥青基碳纤维原丝为原料，沥青基碳纤维含油，摩擦系数小，导电性能好，还具有抗氧化性、耐高温、耐酸碱等优点，而且沥青基碳纤维价格较低，其原丝纤维制备工艺简单，易于采购和存储。用沥青基碳纤维制备出的碳纤维材料具有低摩擦系数、高耐磨性和高导电性的特性，非常适合用于制备受电弓滑块。
本发明中通过沥青基碳纤维原丝制备碳纤维材料和通过碳纤维材料制备受电弓滑块的工艺流程都相当简单，易操作，可提高受电弓滑块的生产效率。
附图说明
图1为碳纤维材料的制备工艺流程图。
图2为受电弓滑块的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面将通过附图1~2实施例对本发明做进一步的描述。
根据图1的制备工艺流程，进行碳纤维材料的制备，采用沥青基碳纤维原丝作为原料，沥青基碳纤维原丝价格较低、含碳量高，且制备工艺简单，易于采购和贮储，并且沥青基碳纤维原丝含油，摩擦系数小，导电性能好，还具有抗氧化性、耐高温、耐酸碱等优点，使制备出的碳纤材料在导电性和耐磨性上具有很好的表现，非常适合作用受电经滑块的制备原料。
将购沥青基碳纤维原丝进行氧化处理和碳化处理，即得到碳纤维材料，制备工艺流简单，易操作，沥青基碳纤维原丝相对于碳粉其导电性能更好，虽然原料价格相对提高，但制备出的碳纤维材料的性价比更好。
其中，所述的“将原料进行氧化处理，得到氧化纤维”具体是指：将原料放入温度250~350℃的中温炉中加热1-2小时，然后再取出冷却至常温，得到氧化纤维。
所述的“碳化处理”具体是指：将氧化纤维放入2400-2600℃的高温炉中加热1-2小时，然后再取出冷却。通过氧化处理和碳化处理，提高碳纤维材料中的石墨含量。
其中，所述的沥青基碳纤维为石油基沥青碳纤维，油分的含量为40%～60%，使制备出的碳纤维材料具有很好的耐磨损性能。
本发明还保护采用以上所述的碳纤维材料的制备方法制得的碳纤维材料，所述的碳纤维材料的石墨含量大于99%，具有优异的导电、耐磨损、抗氧化和耐高温性能。
所述的碳纤维材料的性能参数为密度：2g/cm3，抗拉强度：3500MPa ，摩擦系数：0.08。
以上所述的碳纤维材料的应用，其特征在于将所述的碳纤维材料用于制作受电弓滑块。
如图2所示，采用以上所述的碳纤维材料制备受电弓滑块的方法，工艺流程为将所述的碳纤维材料放入受电弓滑块模具中，在高温下加压成型，之后将受电弓滑块模具脱模，得到受电弓滑块成品。
其中，所述的“在高温下加压成型”的工艺参数为：温度为150~250℃，压力为1-5MPA,保压时间为1-2小时。
其中，将所述的碳纤维材料放入受电弓滑块模具之前，在受电弓滑块模具中预埋受电弓托架，且所述的受电弓托架选用碳材质托架，即托架和受电弓滑块均为碳质材料，提高两者间的导电效率，减少两者结构的故障，延长使用寿命。
本发明的优点在于：
1、碳纤维材料采用沥青基碳纤维原丝制备，且用制备出的碳纤维材料制备受电弓滑块，相当于直接跳过碳粉压制工艺而直接采用沥青基碳纤维原丝制备受电弓滑块的，这种新方法 虽然相对提高了原料成本，但制作出受电弓滑块的使用寿命长，安全性能高，可靠性高，其性价比更高，可充分满足机车受电弓与电网接触滑行的使用需求。
2、碳纤维材料采用沥青基碳纤维原丝为原料，沥青基碳纤维含油，摩擦系数小，导电性能好，还具有抗氧化性、耐高温、耐酸碱等优点，而且沥青基碳纤维价格较低，其原丝纤维制备工艺简单，易于采购和贮储。用沥青基碳纤维制备出的碳纤维材料具有低摩擦系数、高耐磨性和高导电性的特性，非常适合用于制备受电弓滑块。
3、沥青基碳纤维原丝制备碳纤维材料和通过碳纤维材料制备受电弓滑块的工艺流程都相当简单，易操作，可提高受电弓滑块的生产效率。
4、托架和受电弓滑块均为碳质材料，提高两者间的导电效率，减少两者结构的故障，延长使用寿命。
以上结合附图对本发明实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.纤维材料的制备方法，其特征在于采用沥青基碳纤维原丝为原料，将原料进行氧化处理，和碳化处理，得到碳纤维材料。
2.根据权利要求1所述的碳纤维材料的制备方法，其特征在于所述的“将原料进行氧化处理”具体是指：将原料放入温度为250~350℃的中温炉中加热1-2小时，然后再取出冷却至常温，得到氧化纤维。
3.根据权利要求2所述的碳纤维材料的制备方法，其特征在于所述的“碳化处理”具体是指：将氧化纤维放入2400-2600℃的高温炉中加热1-2小时，然后再取出冷却。
4.根据权利要求1所述的碳纤维材料的制备方法，其特征在于所述的沥青基碳纤维原丝为石油基沥青碳纤维。
5.碳纤维材料，其特征在于采用权利要求1至权利要求4任一项所述的碳纤维材料的制备方法制得，所述的碳纤维材料的石墨含量大于99%。
6.根据权利要求5所述的碳纤维材料，其特征在于所述的碳纤维材料的性能参数为密度2g/cm3，抗拉强度：3500MPa ，摩擦系数：0.08。
7.权利要求5或6所述的碳纤维材料的应用，其特征在于将所述的碳纤维材料用于制作受电弓滑块。
8.采用权利要求5或6所述的碳纤维材料制备受电弓滑块的方法，其特征在于将所述的碳纤维材料放入受电弓滑块模具中，在高温下加压成型，之后将受电弓滑块模具脱模，得到受电弓滑块成品。
9.根据权利要求8所述的制备受电弓滑块的方法，其特征在于所述的“在高温下加压成型”的工艺参数为：温度为150~250℃，压力为1-5MPA,保压时间为1-2小时。
10.根据权利要求8所述的制备受电弓滑块的方法，其特征在于将所述的碳纤维材料放入受电弓滑块模具之前，在受电弓滑块模具中预埋受电弓托架，且所述的受电弓托架选用碳材质托架。
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