CN111792935A - 用于受电弓的高强度耐磨碳滑板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于受电弓的高强度耐磨碳滑板，由干粉混合料与其质量27‑35％的液态沥青经混捏、挤压、焙烧后制得，所述干粉混合料由以下质量百分比的原料充分混合而成：0.5‑0.2mm粒度的沥青焦粒10％‑30％，0.2‑0mm粒度的沥青焦粒15％‑30％，沥青焦粉30％‑40％，石墨粉5％‑20％，碳黑5％‑10％。本发明还公开其制备方法。本发明从产品性能综合考虑，合理配置各品种粒级的原料，从原料配比上提高了产品基础性能；严格控制混捏时速和混捏温度，提高了产品内在结构状态；通过预压挤压成型均匀了产品密实度，减少了内裂分层问题；通过焙烧升温曲线的设计减少了焙烧变形裂纹和填充料的配置避免了产品粘砂，提高了成品率，从而从整体上改善了受电弓碳滑板的结构性能，使其各项理化指标达到国内先进水平。

Description

用于受电弓的高强度耐磨碳滑板及其制备方法
技术领域
本发明涉及受电弓碳滑板技术领域，具体地讲，是涉及一种用于受电弓的高强度耐磨碳滑板及其制备方法。
背景技术
目前，随着高铁领域的快速发展，高铁动力组的动力来源的供电连接所需的受电弓碳滑板碳材料已必不可少，目前，国内使用的纯碳滑板全部依据进口，受电弓碳滑板因起应用领域特殊，故对材料的强度、硬度、电阻要求极为严格，高强度、耐磨受电弓碳滑板具有良好的强度、硬度以及导电性和抗震性具有耐腐蚀和耐高温的功效。
国内现阶段使用的受电弓碳滑板是具有一定的强度、硬度，但使用过程中材料抗震性差，气孔率多，不耐磨，损耗大。强度、硬度、电阻三者指标未达到最佳，使用过程存在安全隐患及消耗成本的增加。
发明内容
针对上述现有技术中的上述问题，本发明提供一种用于受电弓的高强度耐磨碳滑板，通过材料工艺的改进来提高产品质量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于受电弓的高强度耐磨碳滑板，由干粉混合料与其质量27-35％的液态沥青经混捏、挤压、焙烧后制得，其中，
所述干粉混合料由以下质量百分比的原料充分混合而成：
0.5-0.2mm粒度的沥青焦粒10％-30％，0.2-0mm粒度的沥青焦粒15％-30％，沥青焦粉30％-40％，石墨粉5％-20％，碳黑5％-10％。
具体地，所述干粉混合料由以下质量百分比的原料充分混合而成：
0.5-0.2mm粒度的沥青焦粒25％，0.2-0mm粒度的沥青焦粒20％，沥青焦粉30％，石墨粉20％，碳黑5％。
具体地，所述液态沥青所占干粉混合料质量的27％±2％。
具体地，所述干粉混合料由以下质量百分比的原料充分混合而成：
0.5-0.2mm粒度的沥青焦粒25％，0.2-0mm粒度的沥青焦粒25％，沥青焦粉33％，石墨粉10％，碳黑7％。
具体地，所述液态沥青所占干粉混合料质量的30％±2％。
进一步地，上述用于受电弓的高强度耐磨碳滑板的制备方法，包括以下步骤：
S1、按干粉混合料的用量比例配料，经双轴Z型混捏机加热至150℃±5℃均匀搅拌，干混40±5分钟后加入相应用量比例的液态沥青混捏35±5分钟，制得糊料；
S2、待糊料冷却达到130±5℃后将糊料加入挤压成型机中进行预压挤压工序制得成型的生坯；
S3、将生坯放入焙烧炉，以初短、中缓、后高的焙烧升温曲线进行焙烧，达到1250℃±20℃温度后降温冷却获得焙烧品，再经高压压力浸渍，并二次焙烧制得成品。
其中，所述步骤S2中预压挤压工序的预压压力为150Kg/cm2，挤压压力为160-180Kg/cm2。
所述步骤S3中的焙烧升温曲线为：焙烧温度在300℃以下时，按照每8小时10℃-20℃升温；焙烧温度在300-600℃时，按照每8小时5℃-10℃升温；焙烧温度达到600℃时，按照每8小时20℃-30℃升温，直至焙烧温度达到1250℃。
所述步骤S3中高压压力浸渍的压力为13±2Kg/cm2，浸渍中使用软化点90±5℃的中温浸渍沥青。
所述步骤S3中二次焙烧的焙烧升温曲线为：焙烧温度在500℃以下时，按照每8小时10℃-20℃升温；焙烧温度在500-800℃时，按照每8小时30℃-50℃升温，焙烧温度达到800℃时，按照每8小时50℃升温，直至1000℃，保温70-100个小时，然后自然降温冷却。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明基于产品性能要求综合考虑，合理配置各品种粒级的原料，从原料配比方面提高了产品性能；在原料混合均匀基础上加快搅拌混捏时速，在严格控制混捏温度基础上，提高了产品内在结构状态；在挤压成型过程中通过预压均匀了产品密实度，增加了产品密度，减少了内裂分层问题；通过焙烧升温曲线的设计减少了焙烧变形裂纹和填充料的配置避免了产品粘砂，提高了成品率，从而从整体上改善了受电弓碳滑板的结构性能，使其各项理化指标达到国内先进水平。并且本发明设计巧妙，结构简单，使用方便，适于在碳素产品生产中应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例1
该用于受电弓的高强度耐磨碳滑板，采用0.5-0.2mm粒度的沥青焦粒25％、0.2-0mm粒度的沥青焦粒20％、沥青焦粉30％、石墨粉20％、碳黑5％充分混合制得干粉混合料，其中0.5-0.2mm粒度为过32目筛大小，0.2-0mm粒度为过65目筛大小，粉料为过200目筛大小，干粉混合料通过混合设备均匀混合，如采用双轴Z型混捏机进行干混，约40分钟左右即可混合均匀。使用双轴Z型混捏机干混时可调整干混温度为150℃，在保证均匀混合的基础上还可保证干粉混合料的内在温度便于后续直接混捏。然后按干粉混合料质量(27±2)％的量向混捏机内加入软化后的液态沥青，进行混捏35分钟左右，混捏机转速设定为70r/min，将原料制作成糊料。此时糊料的温度为140-150℃。
然后将糊料排气冷却至130±5℃，置入模具中先进行生坯预压，以增加生坯均匀性，预压压力配置为150Kg/cm2，预压后立刻进行挤压成型，制得内在结构均匀且密实的生坯，挤压压力配置为160-180kg/cm2。
将制得的生坯置入焙烧炉内，并填入填充料后进行焙烧。其中，为了避免焙烧过程中产品出现变形、裂纹，制定焙烧升温曲线，按照制品的规格及液态沥青软化挥发逸出情况，减少初始预热低温段(300℃以下)，延期沥青挥发段(600℃以下)，增加后期高温焙烧段(1250℃以下)，达到1250℃比常规碳素产品延长100-120个小时。所述焙烧升温曲线为：焙烧温度在300℃以下时，按照每8小时10℃-20℃升温；焙烧温度在300-600℃时，按照每8小时5℃-10℃升温；焙烧温度达到600℃时，按照每8小时20℃-30℃升温，直至焙烧温度达到1250℃；然后自然降温冷却后获得焙烧品。并且将填充料由常规的4-0mm粒度调整2-0mm粒度，解决了焙烧粘砂问题，并使产品不易出现黑皮现象。
取焙烧品置入液态沥青中，经13Kg/cm2压力大小的高压压力浸渍，以增加产品密实度，然后将浸渍后的焙烧品置入焙烧炉高温区，填入填充料进行二次焙烧，其中填充料与前述方式相同，该阶段的焙烧升温曲线为：焙烧温度在500℃以下时，按照每8小时10℃-20℃升温；焙烧温度在500-800℃时，按照每8小时30℃-50℃升温，焙烧温度达到800℃时，按照每8小时50℃升温，直至1000℃，保温70-100个小时，然后自然降温冷却即得碳滑板产品。
实施例2
该高强度耐磨碳滑板，采用的所述干粉混合料由以下质量百分比的原料充分混合而成：0.5-0.2mm粒度的沥青焦粒25％，0.2-0mm粒度的沥青焦粒25％，沥青焦粉33％，石墨粉10％，碳黑7％。采用的所述液态沥青所占干粉混合料质量的(29±2)％。
其他制备过程与实施例1相同。
实施例3
该高强度耐磨碳滑板，采用的所述干粉混合料由以下质量百分比的原料充分混合而成：0.5-0.2mm粒度的沥青焦粒20％，0.2-0mm粒度的沥青焦粒30％，沥青焦粉30％，石墨粉10％，碳黑10％。采用的所述液态沥青所占干粉混合料质量的(28±2)％。
其他制备过程与实施例1相同。
实施例4
该高强度耐磨碳滑板，采用的所述干粉混合料由以下质量百分比的原料充分混合而成：0.5-0.2mm粒度的沥青焦粒15％，0.2-0mm粒度的沥青焦粒20％，沥青焦粉40％，石墨粉18％，碳黑7％。采用的所述液态沥青所占干粉混合料质量的(32±2)％。
其他制备过程与实施例1相同。
实施例5
该高强度耐磨碳滑板，采用的所述干粉混合料由以下质量百分比的原料充分混合而成：0.5-0.2mm粒度的沥青焦粒22％，0.2-0mm粒度的沥青焦粒18％，沥青焦粉36％，石墨粉18％，碳黑6％。采用的所述液态沥青所占干粉混合料质量的(30±2)％。
其他制备过程与实施例1相同。
实施例6
该高强度耐磨碳滑板，采用的所述干粉混合料由以下质量百分比的原料充分混合而成：0.5-0.2mm粒度的沥青焦粒27％，0.2-0mm粒度的沥青焦粒22％，沥青焦粉35％，石墨粉11％，碳黑5％。采用的所述液态沥青所占干粉混合料质量的(27±2)％。
其他制备过程与实施例1相同。
一、成品率检测
以往按老原料配比和工艺，成品率约为40％。
分别对实施例1-6产出的碳滑板产品批量取样，各100支，进行各项理化指标测试：
按实施例1方式制得的碳滑板产品，合格品为72支，成品率72％；
按实施例2方式制得的碳滑板产品，合格品为83支，成品率83％；
按实施例3方式制得的碳滑板产品，合格品为75支，成品率75％；
按实施例4方式制得的碳滑板产品，合格品为77支，成品率77％；
按实施例5方式制得的碳滑板产品，合格品为75支，成品率75％；
按实施例6方式制得的碳滑板产品，合格品为74支，成品率74％。
可见，通过本发明原料配比选择和制备工艺制得的碳滑板产品的成品率明显提高。
二、产品性能测试
分别随机挑选按实施例1和2原料配比和制备工艺获得的合格碳滑板产品各5个，按照GB/T34572-2017标准、依据JB/T8133-2013测试方法获得以下表1和2所示检测数据：
Figure BDA0002600634030000061
表1实施例1产品检测数据
Figure BDA0002600634030000062
表2实施例2产品检测数据
由此可看出，通过本发明制得的碳滑板产品的结构性能明显改善，各项理化指标均达国内先进水平。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于受电弓的高强度耐磨碳滑板，其特征在于，由干粉混合料与其质量27-35％的液态沥青经混捏、挤压、焙烧后制得，其中，
所述干粉混合料由以下质量百分比的原料充分混合而成：
0.5-0.2mm粒度的沥青焦粒10％-30％，0.2-0mm粒度的沥青焦粒15％-30％，沥青焦粉30％-40％，石墨粉5％-20％，碳黑5％-10％。
2.根据权利要求1所述的用于受电弓的高强度耐磨碳滑板，其特征在于，所述干粉混合料由以下质量百分比的原料充分混合而成：
0.5-0.2mm粒度的沥青焦粒25％，0.2-0mm粒度的沥青焦粒20％，沥青焦粉30％，石墨粉20％，碳黑5％。
3.根据权利要求2所述的用于受电弓的高强度耐磨碳滑板，其特征在于，所述液态沥青所占干粉混合料质量的27％±2％。
4.根据权利要求1所述的用于受电弓的高强度耐磨碳滑板，其特征在于，所述干粉混合料由以下质量百分比的原料充分混合而成：
0.5-0.2mm粒度的沥青焦粒25％，0.2-0mm粒度的沥青焦粒25％，沥青焦粉33％，石墨粉10％，碳黑7％。
5.根据权利要求4所述的用于受电弓的高强度耐磨碳滑板，其特征在于，所述液态沥青所占干粉混合料质量的30％±2％。
6.如权利要求1～5任一项所述的用于受电弓的高强度耐磨碳滑板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按干粉混合料的用量比例配料，经双轴Z型混捏机加热至150℃±5℃均匀搅拌，干混40±5分钟后加入相应用量比例的液态沥青混捏35±5分钟，制得糊料；
S2、待糊料冷却达到130±5℃后将糊料加入挤压成型机中进行预压挤压工序制得成型的生坯；
S3、将生坯放入焙烧炉，以初短、中缓、后高的焙烧升温曲线进行焙烧，达到1250℃±20℃温度后降温冷却获得焙烧品，再经高压压力浸渍，并二次焙烧制得成品。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中预压挤压工序的预压压力为150Kg/cm2，挤压压力为160-180Kg/cm2。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的焙烧升温曲线为：焙烧温度在300℃以下时，按照每8小时10℃-20℃升温；焙烧温度在300-600℃时，按照每8小时5℃-10℃升温；焙烧温度达到600℃时，按照每8小时20℃-30℃升温，直至焙烧温度达到1250℃。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中高压压力浸渍的压力为13±2Kg/cm2，浸渍中使用软化点90±5℃的中温浸渍沥青。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中二次焙烧的焙烧升温曲线为：焙烧温度在500℃以下时，按照每8小时10℃-20℃升温；焙烧温度在500-800℃时，按照每8小时30℃-50℃升温，焙烧温度达到800℃时，按照每8小时50℃升温，直至1000℃，保温70-100个小时，然后自然降温冷却。
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