CN109774484A - 一种受电弓滑板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种受电弓滑板及其制备方法，属于受电弓滑板技术领域。其包括：碳纳米纤维复合基体以及设置在碳纳米纤维复合基体上的碳铜纳米纤维编织网层；其中，碳铜纳米纤维编织网层由聚丙烯腈溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液制得的毛刺状碳铜纳米纤维束编织而成。本发明通过碳铜纳米纤维编织网层，提高了受电弓滑板与接触网导线的接触面积，降低了接触材料的磨耗，增强了电气接触。本发明的碳铜纳米纤维束为毛刺状，增大了纤维表面积，有利于在使用过程中和其他物质的均匀负载，使其性能能够统一发挥，达到其高效的使用目的。同时由于比表面积增大，镶嵌在纤维表面的铜粒子数量增加，提高了导电特性和受流质量。

Description

一种受电弓滑板及其制备方法

技术领域

本发明涉及受电弓滑板技术领域，具体涉及一种受电弓滑板及其制备方法。

背景技术

随着我国电气化铁路的不断普及和高速铁路的快速发展，人类社会对列车供电系统稳定性和列车行驶速度的要求也逐步提高。工程实践表明，弓网关系是目前制约我国高速铁路发展的瓶颈之一，而受电弓滑板作为重要集流元件对高速列车能否安全行驶具有举足轻重的影响。滑板是受电弓与接触网直接接触的部分，应该满足如下要求：具有足够的机械强度、较大的接触面积、较小的电阻率、优良的自润滑性能、良好的耐热和耐电弧性能等。

按材料可将滑板分为纯金属滑板、粉末冶金滑板、纯碳滑板以及浸金属碳滑板。像钢、铜等纯金属滑板具有机械强度高，集流容量大，导电性能好等优势，但无自润滑能力；铜基、铁基粉末冶金滑板机械强度好，表面硬度稍高，有一定的抗冲击韧性等优势，但对金属接触网导线的摩擦较大，耐电弧性能差；纯碳滑板自润性能和减磨性能好，滑动时电磁噪声小，耐高温不易与接触线产生焊附，但机械强度低，耐冲击性差，集电容量小，碳滑板的粉末还会污染车顶电气设备，导致绝缘程度下降；浸金属滑板既具有粉末冶金滑板机械强度高、电阻率小的特点，又具有纯碳滑板对接触线磨耗轻微、在接触线摩擦表面易形成润滑膜和耐电弧的优良性能，目前被认为是对接触线适应能力较强的滑板材料。

然而，现实中列车的受电弓滑板与接触网导线的直接接触面积较小，由电接触理论知，即使有很大的弓网接触力使滑板与接触线相互压紧，也只有少数的点或小面发生实际接触，这些实际接触的点或小面承受着全部的弓网接触力和供电电流。而且，较小的实际接触面积会导致滑板区域温度升高并带来弓网的磨损加剧、滑板使用寿命减短、受流质量低且不稳定等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种受电弓滑板及其制备方法，具备足够的冲击强度、良好的导电性及耐热耐电弧特性，以解决现有受电弓滑板与接触网导线接触面积小、燃弧率高、滑板使用寿命短、受流质量低且不稳定的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种受电弓滑板，包括：碳纳米纤维复合基体以及设置在碳纳米纤维复合基体上的碳铜纳米纤维编织网层；其中，碳铜纳米纤维编织网层由聚丙烯腈溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液制得的毛刺状碳铜纳米纤维束编织而成。

从微观角度来看，接触网导线与滑板的实际接触部分总是凸凹不平的。电流通过导电斑点从接触网流向受电弓滑板，导电斑点使电流流过的路径增长，有效导电面积减小，接触线与滑板之间就会产生接触电阻。电流通过接触电阻会产生焦耳热，使得接触点及附近区域温度升高，进而导致接触线与滑板之间因不良电气接触带来的短期热效应造成接触网设施的损坏。本发明将具有一定弹性的碳铜纳米纤维编织网层固定在碳纳米纤维复合基体表面上，能够增加受电弓与接触网的实际接触面积。具体地，在列车行驶过程中，接触线与受电弓滑板接触时，接触网导线会首先压在滑板的上表面，同时由于毛刺状碳铜纳米纤维网层在具有高致密性和一定弹性会产生一定的凹陷，在接触时对接触网导线具有一定的包裹作用，从而有效增加接触线与滑板的实际接触面积。网层产生的形变也使得接触线与受电弓之间产生足够的弓网静态接触力，可使接触线与滑板之间的压力保持在一个相对稳定的范围，减小接触电阻的波动，更有利于提高滑板导电性能，保证了弓网间的稳定配合，受流稳定，无离线、打火现象。同时纳米材料的性能与其形貌和表面积密切相关，毛刺状结构可增大接触线与滑板之间的实际接触面积，从而接触更多的铜粒子，使得与接触网导线接触的导电微粒数目增多，进而增强电气接触，提高受流质量，降低接触区域温度，提高耐磨损性能，使电弧接触区温度保持在安全值以下，减小弓网磨损，降低燃弧率及电弧热侵蚀作用，延长弓网使用寿命特别是受电弓滑板的使用寿命，具有巨大的经济效益。

本发明的碳铜纳米纤维编织网层由毛刺状碳铜纳米纤维束编织而成，毛刺状碳铜纳米纤维束具有良好的捻度和取向度，能够避免纤维纱因碳化而造成的纤维融合和断裂，有利于电子转移，同时，本发明在纺丝液中添加醋酸铜，引入铜粒子，进一步增强碳纤维束的导电性以及纤维之间的连接，进而提高受电弓滑板与接触面的导电性。本发明的碳铜纳米纤维束采用两种不同的溶液：聚丙烯腈溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液，作为纺丝液，形成的纤维束为内外包裹的两层结构，内层为聚丙烯腈作为碳纤维主体，外层为醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯包裹在聚丙烯晴外侧，避免了碳化过程中纤维的粘结和断裂，且聚甲基丙烯酸甲酯在高温下分解，只剩下铜粒子附着在纤维表面。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述聚丙烯腈溶液的浓度为10-20wt％，醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为15-20wt％，聚甲基丙烯酸甲酯和醋酸铜的质量比为(4-6)：3。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述碳铜纳米纤维编织网层的密度为0.9-1.5g/cm³，尺寸为100mm×30mm×3mm-200mm×55mm×5mm。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述碳铜纳米纤维编织网层的制备方法包括：

将聚丙烯腈溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液在电纺电压为8-30kV、电纺针头与接收极的距离为8-30cm的条件下静电纺丝，得到电纺纤维膜；

将电纺纤维膜先后进行预氧化处理和碳化处理；

将电纺纤维膜在温度为20-100℃、时间为0.5-10h的条件下用酸液处理，然后清洗至滤液呈中性并干燥；再将电纺纤维膜在温度为90-200℃、时间为1-10h的条件下与浓度为5-12mol/L碱液进行水热反应，然后清洗至滤液呈中性；再放入浓度为6-10mol/L的醋酸中进行离子交换，然后在惰性气氛下干燥并煅烧，得到毛刺状碳铜纳米纤维束；

采用多层联锁编织工艺将毛刺状碳铜纳米纤维束编成碳铜纳米纤维编织网层。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述聚丙烯腈溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液按照以下方法制得：

在70～90℃下，将聚丙烯腈溶于N,N－二甲基甲酰胺中搅拌2-4h，得到10～20wt％的聚丙烯腈溶液；在60～80℃下，将聚甲基丙烯酸甲酯溶于N,N－二甲基甲酰胺中搅拌2-4h，得到15～20wt％的聚甲基丙烯酸甲酯溶液，将制得的聚甲基丙烯酸甲酯溶液按(4-6):3的质量比与醋酸铜常温下混合搅拌4-6h，得到醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述预氧化处理的温度为100-400℃，时间为0.5-10h；碳化处理的温度为400-1000℃，时间为0.5-10h。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述碳纳米纤维复合基体包括：按重量份计，沥青焦30-70份、人造石墨5-20份、碳纳米纤维胶体系5-20份、粘结剂20-60份和固化剂3-9份；其中，碳纳米纤维胶体系包括：碳纳米纤维、甲缩醛和酚醛树脂，其质量比为(2-3)：(8-11)：(6-10)。

本发明的碳纳米纤维复合基体采用碳纳米纤维胶体系用作改性剂，将碳纳米纤维均匀分散在聚合物中制的，这时的碳纳米纤维表面具备纳米效应和类似“双面胶”特性，碳纳米纤维在类似“双面胶”特性作用下通过聚合物粘结在形成初步根系网络结构，同样的已经形成初步根系网络结构的碳纳米纤维胶体系在类似“双面胶”的作用下与骨料以及其他原料粘连形成全面根系网络结构，形成的全面根系网络结构能对浸渍的金属铜起到很好的束缚作用，可以减少铜的流失率，进而减少受电弓滑板的电气磨损率。

本发明的碳纳米纤维胶体系采用甲缩醛作为稀释剂，溶解碳纳米纤维和作为固化剂的酚醛树脂，使得碳纳米纤维在酚醛树脂中分布更均匀。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述粘结剂包括煤沥青和聚酰亚胺树脂，其质量比为(2-3)：1；固化剂包括硝酸铵和甲阶酚醛树脂，其质量比1：(2-4)。

此外，甲缩醛还具有亲水亲油的性质，本发明所使用粘结剂包括煤沥青和聚酰亚胺树脂，都属于脂类化合物，利用甲缩醛的亲油性质有利于煤沥青和聚酰亚胺树脂的溶解，从而有利于煤沥青和聚酰亚胺树脂与其他原料之间的结合。采用煤沥青和聚酰亚胺树脂混合型的粘结剂，其中煤沥青能使粉状固体更好的粘结成型，而聚酰亚胺树脂则是作为高温结构胶使原料在高温条件下更好粘结并保证其结构性。并且在本发明中采用的粘结剂中的聚酰亚胺树脂能与碳纳米纤维胶体系能很好融合加速彼此之间的固化反应，缩短热压时间。

一种受电弓滑板的制备方法，包括：

(1)制备碳纳米纤维复合基体

将碳纳米纤维和甲缩醛混合并超声振荡，然后加入酚醛树脂混合搅拌，制得碳纳米纤维胶体系，其中，碳纳米纤维、甲缩醛和酚醛树脂的质量比为(2-3)：(8-11)：(6-10)；

将重量份计的沥青焦30-70份、人造石墨5-20份和粘结剂20-60份混合后轧片、研磨成粉，将得到的粉末与5-20份碳纳米纤维胶体系和3-9份固化剂混合成糊料，在100℃以下预热20-40min后成型，然后于惰性气氛中、1150-1200℃中焙烧2-4h，制得碳纳米纤维复合基体；

(2)制备碳铜纳米纤维编织网层

将10-20wt％聚丙烯腈溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液在电纺电压为8-30kV、电纺针头与接收极的距离为8-30cm的条件下静电纺丝，得到电纺纤维膜；其中，醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为15-20wt％，聚甲基丙烯酸甲酯和醋酸铜的质量比为(4-6)：3；

将电纺纤维膜先后进行预氧化处理和碳化处理；预氧化处理的温度为100-400℃，时间为0.5-10h；碳化处理的温度为400-1000℃，时间为0.5-10h；

将电纺纤维膜在温度为20-100℃、时间为0.5-10h的条件下用酸液处理，然后清洗至滤液呈中性并干燥；再将电纺纤维膜在温度为90-200℃、时间为1-10h的条件下与浓度为5-12mol/L碱液进行水热反应，然后清洗至滤液呈中性；再放入浓度为6-10mol/L的醋酸中进行离子交换，然后在惰性气氛下干燥并煅烧，得到毛刺状碳铜纳米纤维束；

采用多层联锁编织工艺将毛刺状碳铜纳米纤维束编成碳铜纳米纤维编织网层；

(3)在真空条件下，通过有机硅环氧体系粘合剂将步骤(2)的碳铜纳米纤维编织网层和步骤(1)的碳纳米纤维复合基体粘合，然后在150-250℃下固化1-3h后进行炭化处理，炭化温度为600-900℃，炭化时间为7-12h，得到受电弓滑板。

本发明具有以下有益效果：

本发明在碳纳米纤维复合基体上设置碳铜纳米纤维编织网层，提高了受电弓滑板与接触网的接触面积，提高了导电质量。本发明的碳铜纳米纤维束的单根纤维呈现特殊的皮芯结构，碳基质包覆着由Cu纳米粒子构成的纳米线，并且纤维表面密集地镶嵌着Cu纳米粒子，从而使得碳铜纳米纤维束构成的纤维编织网具有优良的导电性，进一步提高受电弓滑板与接触网的实际接触面积，提高滑板使用寿命以及受流稳定性。同时，由于本发明采用毛刺状的碳铜纳米纤维束编织纤维网层，增大了纤维表面积，有利于在使用过程中和其他物质的均匀负载，使其性能能够统一发挥，达到其高效的使用目的。

附图说明

图1为接触网导线与受电弓滑板的接触示意图，上层为碳铜纳米纤维编织网层，下层为碳纳米纤维复合基体，采用粘合剂进行粘结；

图2为本发明实施例的受电弓滑板的结构示意图，图中1为部分碳铜纳米纤维网层的结构示意，2为部分碳纳米纤维复合基体的结构示意；

图3为单根毛刺状纤维束表面示意图，图中a为毛刺状碳铜纳米纤维束的外表侧面结构图，b为单根毛刺状碳铜纳米纤维束的端面结构图；

图4为本发明实施例的受电弓滑板制备流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明实施例采用的酸液的浓度在1-5wt％范围内，可以是盐酸、硫酸和醋酸中的一种或多种组合，多种组合时比例可以任意复配。本发明的下列实施例优选采用浓度为1wt％的盐酸溶液或5wt％的醋酸溶液。

本发明实施例采用的碱液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙和氨水中的一种或多种组合，多种组合时比例可以任意复配。本发明的下列实施例优选采用氨水。

实施例1

本发明实施例的受电弓滑板，包括：碳纳米纤维复合基体以及设置在碳纳米纤维复合基体上的碳铜纳米纤维编织网层。

其中，碳纳米纤维复合基体包括：按重量份计，沥青焦30份、人造石墨5份、碳纳米纤维胶体系5份、粘结剂20份和固化剂3份；其中，碳纳米纤维胶体系包括：碳纳米纤维、甲缩醛和酚醛树脂，其质量比为2：8：6。

粘结剂包括煤沥青和聚酰亚胺树脂，其质量比为2：1；固化剂包括硝酸铵和甲阶酚醛树脂，其质量比1：2。

其中，碳铜纳米纤维编织网层由聚丙烯腈溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液制得的碳铜纳米纤维束编织而成。聚丙烯腈溶液的浓度为10wt％，醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为15wt％，聚甲基丙烯酸甲酯和醋酸铜的质量比为4：3。

碳铜纳米纤维编织网层的密度为0.9g/cm³，初始尺寸为100mm×30mm×3mm。

本实施例的受电弓滑板的制备方法包括：

(1)制备碳纳米纤维复合基体

按照上述配比，将碳纳米纤维和甲缩醛混合并超声振荡，然后加入酚醛树脂混合搅拌，制得碳纳米纤维胶体系。

将上述重量份的沥青焦、人造石墨和粘结剂混合后轧片、研磨成粉，将得到的粉末与碳纳米纤维胶体系和固化剂混合成糊料，在100℃下预热20min后成型，然后于惰性气氛中、1150℃中焙烧4h，制得碳纳米纤维复合基体。

(2)制备碳铜纳米纤维编织网层

在70℃下，将聚丙烯腈溶于N,N－二甲基甲酰胺中搅拌4h，得到10wt％的聚丙烯腈溶液。在60℃下，将聚甲基丙烯酸甲酯溶于N,N－二甲基甲酰胺中搅拌4h，得到15wt％的聚甲基丙烯酸甲酯溶液，将制得的聚甲基丙烯酸甲酯溶液按4:3的质量比与醋酸铜常温下混合搅拌4h，得到醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液。

将上述聚丙烯腈溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液在电纺电压为8kV、电纺针头与接收极的距离为8cm的条件下静电纺丝，得到电纺纤维膜。

将电纺纤维膜先后进行预氧化处理和碳化处理；预氧化处理的温度为100℃，时间为10h；碳化处理的温度为400℃，时间为10h。

将电纺纤维膜在温度为20℃、时间为10h的条件下用酸液处理，然后清洗至滤液呈中性并干燥；再将电纺纤维膜在温度为90℃、时间为10h的条件下与浓度为5mol/L碱液进行水热反应，然后清洗至滤液呈中性；再放入浓度为6mol/L的醋酸中进行离子交换，然后在惰性气氛下干燥并煅烧，得到毛刺状碳铜纳米纤维束。

采用多层联锁编织工艺将毛刺状碳铜纳米纤维束编成碳铜纳米纤维编织网层。

(3)在真空条件下，通过有机硅环氧体系粘合剂将步骤(2)的碳铜纳米纤维编织网层和步骤(1)的碳纳米纤维复合基体粘合，然后在150℃下固化3h后进行炭化处理，炭化温度为600℃，炭化时间为12h，得到受电弓滑板。

实施例2

本发明实施例的受电弓滑板，包括：碳纳米纤维复合基体以及设置在碳纳米纤维复合基体上的碳铜纳米纤维编织网层。

其中，碳纳米纤维复合基体包括：按重量份计，沥青焦50份、人造石墨15份、碳纳米纤维胶体系15份、粘结剂40份和固化剂5份；其中，碳纳米纤维胶体系包括：碳纳米纤维、甲缩醛和酚醛树脂，其质量比为2.5：10：8。

粘结剂包括煤沥青和聚酰亚胺树脂，其质量比为2.5：1；固化剂包括硝酸铵和甲阶酚醛树脂，其质量比1：3。

其中，碳铜纳米纤维编织网层由聚丙烯腈溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液制得的碳铜纳米纤维束编织而成。聚丙烯腈溶液的浓度为15wt％，醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为18wt％，聚甲基丙烯酸甲酯和醋酸铜的质量比为5：3。

碳铜纳米纤维编织网层的密度为1g/cm³，初始尺寸为150mm×40mm×4mm。

本实施例的受电弓滑板的制备方法包括：

(1)制备碳纳米纤维复合基体

按照上述配比，将碳纳米纤维和甲缩醛混合并超声振荡，然后加入酚醛树脂混合搅拌，制得碳纳米纤维胶体系。

将上述重量份的沥青焦、人造石墨和粘结剂混合后轧片、研磨成粉，将得到的粉末与碳纳米纤维胶体系和固化剂混合成糊料，在80℃下预热40min后成型，然后于惰性气氛中、1180℃中焙烧3h，制得碳纳米纤维复合基体。

(2)制备碳铜纳米纤维编织网层

在80℃下，将聚丙烯腈溶于N,N－二甲基甲酰胺中搅拌3h，得到15wt％的聚丙烯腈溶液。在70℃下，将聚甲基丙烯酸甲酯溶于N,N－二甲基甲酰胺中搅拌3h，得到18wt％的聚甲基丙烯酸甲酯溶液，将制得的聚甲基丙烯酸甲酯溶液按5:3的质量比与醋酸铜常温下混合搅拌5h，得到醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液。

将上述聚丙烯腈溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液在电纺电压为30kV、电纺针头与接收极的距离为30cm的条件下静电纺丝，得到电纺纤维膜。

将电纺纤维膜先后进行预氧化处理和碳化处理；预氧化处理的温度为400℃，时间为0.5h；碳化处理的温度为1000℃，时间为0.5h。

将电纺纤维膜在温度为100℃、时间为0.5h的条件下用酸液处理，然后清洗至滤液呈中性并干燥；再将电纺纤维膜在温度为200℃、时间为1h的条件下与浓度为12mol/L碱液进行水热反应，然后清洗至滤液呈中性；再放入浓度为10mol/L的醋酸中进行离子交换，然后在惰性气氛下干燥并煅烧，得到毛刺状碳铜纳米纤维束。

采用多层联锁编织工艺将毛刺状碳铜纳米纤维束编成碳铜纳米纤维编织网层。

(3)在真空条件下，通过有机硅环氧体系粘合剂将步骤(2)的碳铜纳米纤维编织网层和步骤(1)的碳纳米纤维复合基体粘合，然后在200℃下固化2h后进行炭化处理，炭化温度为700℃，炭化时间为10h，得到受电弓滑板。

实施例3

本发明实施例的受电弓滑板，包括：碳纳米纤维复合基体以及设置在碳纳米纤维复合基体上的碳铜纳米纤维编织网层。

其中，碳纳米纤维复合基体包括：按重量份计，沥青焦70份、人造石墨20份、碳纳米纤维胶体系20份、粘结剂60份和固化剂9份；其中，碳纳米纤维胶体系包括：碳纳米纤维、甲缩醛和酚醛树脂，其质量比为3：11：10。

粘结剂包括煤沥青和聚酰亚胺树脂，其质量比为3：1；固化剂包括硝酸铵和甲阶酚醛树脂，其质量比1：4。

其中，碳铜纳米纤维编织网层由聚丙烯腈溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液制得的碳铜纳米纤维束编织而成。聚丙烯腈溶液的浓度为20wt％，醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为20wt％，聚甲基丙烯酸甲酯和醋酸铜的质量比为6：3。

碳铜纳米纤维编织网层的密度为1.5g/cm³，初始尺寸为200mm×55mm×5mm。

本实施例的受电弓滑板的制备方法包括：

(1)制备碳纳米纤维复合基体

按照上述配比，将碳纳米纤维和甲缩醛混合并超声振荡，然后加入酚醛树脂混合搅拌，制得碳纳米纤维胶体系。

将上述重量份的沥青焦、人造石墨和粘结剂混合后轧片、研磨成粉，将得到的粉末与碳纳米纤维胶体系和固化剂混合成糊料，在90℃下预热30min后成型，然后于惰性气氛中、1200℃中焙烧2h，制得碳纳米纤维复合基体。

(2)制备碳铜纳米纤维编织网层

在90℃下，将聚丙烯腈溶于N,N－二甲基甲酰胺中搅拌2h，得到20wt％的聚丙烯腈溶液。在80℃下，将聚甲基丙烯酸甲酯溶于N,N－二甲基甲酰胺中搅拌2h，得到20wt％的聚甲基丙烯酸甲酯溶液，将制得的聚甲基丙烯酸甲酯溶液按6:3的质量比与醋酸铜常温下混合搅拌6h，得到醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液。

将上述聚丙烯腈溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液在电纺电压为20kV、电纺针头与接收极的距离为15cm的条件下静电纺丝，得到电纺纤维膜。

将电纺纤维膜先后进行预氧化处理和碳化处理；预氧化处理的温度为300℃，时间为2h；碳化处理的温度为700℃，时间为2h。

将电纺纤维膜在温度为50℃、时间为3h的条件下用酸液处理，然后清洗至滤液呈中性并干燥；再将电纺纤维膜在温度为150℃、时间为2h的条件下与浓度为8mol/L碱液进行水热反应，然后清洗至滤液呈中性；再放入浓度为8mol/L的醋酸中进行离子交换，然后在惰性气氛下干燥并煅烧，得到毛刺状碳铜纳米纤维束。

采用多层联锁编织工艺将毛刺状碳铜纳米纤维束编成碳铜纳米纤维编织网层。

(3)在真空条件下，通过有机硅环氧体系粘合剂将步骤(2)的碳铜纳米纤维编织网层和步骤(1)的碳纳米纤维复合基体粘合，然后在250℃下固化1h后进行炭化处理，炭化温度为900℃，炭化时间为7h，得到受电弓滑板。

将上述实施例和对照例得到的受电弓滑板进行性能测试，得到如下数据，如表1所示：

表1实施例和对照例制备得到的受电弓滑板性能测试表

通过上述实施例和浸金属滑板的数据表明，本发明制备的受电弓滑板电阻率和载流磨损率较低，抗弯强度高，说明其具有更良好的机械性能、导电性以及耐磨特性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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 (9)

1.一种受电弓滑板，其特征在于，包括：碳纳米纤维复合基体以及设置在所述碳纳米纤维复合基体上的碳铜纳米纤维编织网层；其中，所述碳铜纳米纤维编织网层由聚丙烯腈溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液制得的毛刺状碳铜纳米纤维束编织而成。

2.根据权利要求1所述的受电弓滑板，其特征在于，所述聚丙烯腈溶液的浓度为10-20wt％，所述醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为15-20wt％，聚甲基丙烯酸甲酯和醋酸铜的质量比为(4-6)：3。

3.根据权利要求1所述的受电弓滑板，其特征在于，所述碳铜纳米纤维编织网层的密度为0.9-1.5g/cm³，尺寸为100mm×30mm×3mm-200mm×55mm×5mm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的受电弓滑板，其特征在于，所述碳铜纳米纤维编织网层的制备方法包括：

将聚丙烯腈溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液在电纺电压为8-30kV、电纺针头与接收极的距离为-30cm的条件下静电纺丝，得到电纺纤维膜；

将所述电纺纤维膜先后进行预氧化处理和碳化处理；

将电纺纤维膜在温度为20-100℃、时间为0.5-10h的条件下用酸液处理，然后清洗至滤液呈中性并干燥；再将电纺纤维膜在温度为90-200℃、时间为1-10h的条件下与浓度为5-12mol/L碱液进行水热反应，然后清洗至滤液呈中性；再放入浓度为6-10mol/L的醋酸中进行离子交换，然后在惰性气氛下干燥并煅烧，得到毛刺状碳铜纳米纤维束；

采用多层联锁编织工艺将毛刺状碳铜纳米纤维束编成碳铜纳米纤维编织网层。

5.根据权利要求4所述的受电弓滑板，其特征在于，所述聚丙烯腈溶液、聚甲基丙烯酸甲酯溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液按照以下方法制得：

在70～90℃下，将聚丙烯腈溶于N,N－二甲基甲酰胺中搅拌2-4h，得到10～20wt％的聚丙烯腈溶液；在60～80℃下，将聚甲基丙烯酸甲酯溶于N,N－二甲基甲酰胺中搅拌2-4h，得到15～20wt％的聚甲基丙烯酸甲酯溶液，将制得的所述聚甲基丙烯酸甲酯溶液按(4-6):3的质量比与醋酸铜常温下混合搅拌4-6h，得到醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液。

6.根据权利要求4所述的受电弓滑板，其特征在于，所述预氧化处理的温度为100-400℃，时间为0.5-10h；所述碳化处理的温度为400-1000℃，时间为0.5-10h。

7.根据权利要求1所述的受电弓滑板，其特征在于，所述碳纳米纤维复合基体包括：按重量份计，沥青焦30-70份、人造石墨5-20份、碳纳米纤维胶体系5-20份、粘结剂20-60份和固化剂3-9份；其中，所述碳纳米纤维胶体系包括：碳纳米纤维、甲缩醛和酚醛树脂，其质量比为(2-3)：(8-11)：(6-10)。

8.根据权利要求7所述的受电弓滑板，其特征在于，所述粘结剂包括煤沥青和聚酰亚胺树脂，其质量比为(2-3)：1；所述固化剂包括硝酸铵和甲阶酚醛树脂，其质量比1：(2-4)。

9.一种受电弓滑板的制备方法，其特征在于，包括：

(1)制备碳纳米纤维复合基体

将碳纳米纤维和甲缩醛混合并超声振荡，然后加入酚醛树脂混合搅拌，制得碳纳米纤维胶体系，其中，碳纳米纤维、甲缩醛和酚醛树脂的质量比为(2-3)：(8-11)：(6-10)；

将重量份计的沥青焦30-70份、人造石墨5-20份和粘结剂20-60份混合后轧片、研磨成粉，将得到的粉末与5-20份碳纳米纤维胶体系和3-9份固化剂混合成糊料，在100℃以下预热20-40min后成型，然后于惰性气氛中、1150-1200℃中焙烧2-4h，制得碳纳米纤维复合基体；

(2)制备碳铜纳米纤维编织网层

将10-20wt％聚丙烯腈溶液以及醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液在电纺电压为8-30kV、电纺针头与接收极的距离为8-30cm的条件下静电纺丝，得到电纺纤维膜；其中，所述醋酸铜和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为15-20wt％，聚甲基丙烯酸甲酯和醋酸铜的质量比为(4-6)：3；

将所述电纺纤维膜先后进行预氧化处理和碳化处理；所述预氧化处理的温度为100-400℃，时间为0.5-10h；所述碳化处理的温度为400-1000℃，时间为0.5-10h；

将电纺纤维膜在温度为20-100℃、时间为0.5-10h的条件下用酸液处理，然后清洗至滤液呈中性并干燥；再将电纺纤维膜在温度为90-200℃、时间为1-10h的条件下与浓度为5-12mol/L碱液进行水热反应，然后清洗至滤液呈中性；再放入浓度为6-10mol/L的醋酸中进行离子交换，然后在惰性气氛下干燥并煅烧，得到毛刺状碳铜纳米纤维束；

采用多层联锁编织工艺将毛刺状碳铜纳米纤维束编成碳铜纳米纤维编织网层；

(3)在真空条件下，通过有机硅环氧体系粘合剂将步骤(2)的碳铜纳米纤维编织网层和步骤(1)的碳纳米纤维复合基体粘合，然后在150-250℃下固化1-3h后进行炭化处理，炭化温度为600-900℃，炭化时间为7-12h，得到受电弓滑板。