CN1326152C

CN1326152C - 混杂纤维增强复合材料受电弓滑板及其制备方法

Info

Publication number: CN1326152C
Application number: CNB2005100439984A
Authority: CN
Inventors: 王成国; 朱波; 刘建军; 蔡华苏
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2025-07-08
Also published as: CN1719549A

Abstract

本发明属于新材料技术领域，特别是涉及一种适于铁路电力机车应用的具有层状结构特征的混杂纤维增强复合材料受电弓滑板及其制备方法。该滑板以金属网和混杂纤维增强复合材料为基材并使之相互层间分布，其中混杂纤维复合材料以酚醛树脂为基体，以混杂纤维作为增强剂，以橡胶、石墨、铜粉、硫酸钡、二氧化硅中的至少三种作为摩擦性能调节剂，将这些原料充分混合后，与金属网一起进行热压成型制得混杂纤维增强复合材料受电弓滑板。该滑板兼有高力学性能和优良的耐磨特性以及良好的导电性等优点，是一种综合性能优良的受电弓滑板。

Description

混杂纤维增强复合材料受电弓滑板及其制备方法

技术领域

本发明属于新材料领域，特别是涉及一种适于铁路电力机车应用的具有层状结构特征的混杂纤维增强复合材料受电弓滑板及其制备方法。

背景技术

目前的电力机车受电弓滑板主要有粉末冶金滑板、普通碳滑板和浸渍金属碳滑板。粉末冶金滑板主要以铜粉或铁粉为基体原料，并加其他金属粉末和非金属粉末压制烧结而成，它具有机械强度高、抗冲击等优点，但是它对铜接触网导线的磨损非常严重，而且在使用中易发生电弧，不但增大了机械磨损和电弧磨损，还干扰了无线电信号。普通碳滑板的润滑性能、减磨性能以及耐电弧性能都比较好，重量轻、噪音小，在使用过程中，会在接触网导线上形成一层薄膜，大大改善了对接触网导线的磨损，同时，他还具有良好的接触稳定性，对无线电信号干扰小，但是，碳滑板机械强度低、脆性大，易掉块和断裂，不仅使用寿命低，而且容易引发弓网事故。浸渍金属碳滑板是在高温高压下将普通碳滑板浸渍液体金属，使碳基体中形成细密的金属网，从而保证该材料具有比普通碳滑板高的强度和良好的导电性，但该滑板制备工艺复杂，成本高，性能稳定性较差，而且对铜接触导线的磨损较严重。公开号为CN1178745A的中国专利公开了一种用短碳纤维作增强剂制备的碳-碳复合材料受电弓滑板，虽然解决了滑板对铜导线磨损严重的问题，但抗冲击和抗折强度仍较低。公开号为CN1265429A的中国专利公开了用长碳纤维作增强剂制备了碳铜复合材料受电弓滑板，抗冲击性能有一定程度的改善，但其电阻率仍偏高，不能满足现代电力机车对滑板的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种机械强度高、性能稳定、成本低的混杂纤维增强复合材料受电弓滑板及其制备方法。

本发明通过以下方式实现：

混杂纤维增强复合材料受电弓滑板，以金属网和混杂纤维增强复合材料为基材并使之相互层间分布；金属网直径0.05～3毫米，网孔直径0.1～15毫米；其特征是所使用的金属网为铜网、铝网和不锈钢网的任一种，用量为滑板总重量的10～70％；混杂纤维增强复合材料由混杂纤维、改性酚醛树脂、摩擦性能调节剂组成，各组分的质量百分比为：混杂纤维25-50％，改性酚醛树脂15-40％，摩擦性能调节剂20-35％；混杂纤维为碳纤维、金属纤维、矿物纤维、玻璃纤维中的至少两种。

上述混杂纤维增强复合材料受电弓滑板，其特征是所述的混杂纤维长度均不大于50毫米，金属纤维为钢纤维、铜纤维、铝纤维、铸铁纤维和不锈钢纤维中的至少一种；矿物纤维为海泡石纤维、硅灰石纤维、岩棉、硅线石纤维和坡缕石纤维中的至少一种。

上述混杂纤维增强复合材料受电弓滑板，其特征是所述的摩擦性能调节剂采用橡胶、石墨、铜粉、硫酸钡、二氧化硅中的至少三种。

上述混杂纤维增强复合材料受电弓滑板的制备方法，其特征是包含以下步骤：

(1)混料工序：先将改性酚醛树脂基体、混杂纤维均匀混合，之后依次添加摩擦性能调节剂用的橡胶、石墨、铜粉、硫酸钡、二氧化硅中的至少三种成分制成模压料；

(2)预烘工序：将模压料烘干，烘干温度宜为100±5℃，预烘时间为60分钟；

(3)压制工序：将模压料和金属网分别加入模具中层间分布达10～50层，加压加热直至固化并从模具中取出制件，成型温度160-200℃，成型压力100MPa，成型时间2.0-3.0分钟/毫米；

(4)后处理工序：将制件放入烘箱中进行后固化处理，后处理温度在160-180℃，后处理时间10分钟/毫米。

本发明的材料配方体系中，增强组分采用混杂纤维，可以形成无规交叉网络，从微观结构上保证制造的混杂纤维增强复合材料受电弓滑板有良好的力学性能以及耐磨和减摩性能。本发明制造的混杂纤维增强复合材料受电弓滑板兼有粉末冶金滑板高力学性能和碳滑板优良的润滑特性以及金属材料良好的导电性等优点，是现代铁路电力机车所需用的理想受电弓滑板。

具体实施方式：

下面给出本发明的两个最佳实施例。

实施例1：混杂纤维增强复合材料中碳纤维8％，钢纤维15％，硅灰石纤维12％，石墨粉12％，丁腈橡胶10％，铜粉8％，二氧化硅5％，酚醛树脂30％，用无水乙醇将上述混合料调成糊状，充分搅拌均匀。然后倒入不锈钢托盘中，放入烘箱，在100℃下烘干1小时，将烘干后的混合料填充在制备滑板的专用模具中，混合料厚度约4毫米，然后铺一层约1毫米厚的铜网，共相间分布25层。在100MPa压力、160℃下热压30分钟，制成的混杂纤维复合材料滑板在160℃下后处理30分钟。该滑板密度2.08g.cm^-3，电阻率3.6×10^-6Ω.m，冲击强度32.3KJ.m^-2，弯曲强度138MPa。可见该滑板具有密度低、电阻率较小、抗冲击等优点。经台架试验表明，该滑板重量磨耗比仅为70.1g/万机车公里，接触线磨耗比为0.0145毫米²/万弓架次，各项性能指标远远满足现代铁路电力机车用受电弓滑板的要求。

实施例2：混杂纤维增强复合材料中碳纤维15％，海泡石纤维25％，石墨粉10％，丁腈橡胶10％，硫酸钡5％，二氧化硅5％，酚醛树脂30％，混合均匀后将混合料烘干填充在制备滑板的专用模具中，混合料厚度约3毫米，然后铺一层约1毫米厚的不锈钢网，共相间分布约40层。在100MPa压力、160℃下热压30分钟，制成的碳纤维复合材料滑板在160℃下后处理30分钟。该滑板密度2.18g.cm^-3，电阻率4.6×10^-6Ω.m，冲击强度38.6KJ.m^-2，弯曲强度168MPa，试验表明，该滑板各项性能指标优良，满足现代铁路电力机车用受电弓滑板的要求。

实施例3：混杂纤维增强复合材料中碳纤维1％，铜纤维10％，玻璃纤维20％，岩棉9％，石墨粉3％，铜粉10％，丁腈橡胶2％，二氧化硅5％，酚醛树脂40％，混合均匀后将混合料烘干填充在制备滑板的专用模具中，混合料厚度约5毫米，然后铺一层约2毫米厚的铝网，共相间分布约15层。在100MPa压力、160℃下热压30分钟，制成的碳纤维复合材料滑板在160℃下后处理30分钟。该滑板密度2.02g.cm^-3，电阻率4.2×10^-6Ω.m，冲击强度31.2KJ.m^-2，弯曲强度126MPa，试验表明，该滑板各项性能指标优良，满足现代铁路电力机车用受电弓滑板的要求。

Claims

1.混杂纤维增强复合材料受电弓滑板，以金属网和混杂纤维增强复合材料为基材并使之相互层间分布；金属网直径0.05～3毫米，网孔直径0.1～15毫米；其特征是所使用的金属网为铜网、铝网和不锈钢网的任一种，用量为滑板总重量的10～70％；混杂纤维增强复合材料由混杂纤维、改性酚醛树脂、摩擦性能调节剂组成，各组分的质量百分比为：混杂纤维25-50％，改性酚醛树脂15-40％，摩擦性能调节剂20-35％；混杂纤维为碳纤维、金属纤维、矿物纤维、玻璃纤维中的至少两种。

2.根据权利要求1所述的混杂纤维增强复合材料受电弓滑板，其特征是所述的混杂纤维长度均不大于50毫米，金属纤维为钢纤维、铜纤维、铝纤维、铸铁纤维和不锈钢纤维中的至少一种；矿物纤维为海泡石纤维、硅灰石纤维、岩棉、硅线石纤维和坡缕石纤维中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的混杂纤维增强复合材料受电弓滑板，其特征是所述的摩擦性能调节剂采用橡胶、石墨、铜粉、硫酸钡、二氧化硅中的至少三种。

4.权利要求1-3任一项所述的混杂纤维增强复合材料受电弓滑板的制备方法，其特征包含以下步骤：

(1)混料工序：将改性酚醛树脂基体、混杂纤维先均匀混合，之后分次添加摩擦性能调节剂橡胶、石墨、铜粉、硫酸钡、二氧化硅中的至少三种成分制成模压料；

(3)压制工序：将模压料和金属网分别加入模具中层间分布达15～40层，加压加热直至固化并从模具中取出制件，成型温度160-200℃，成型压力100MPa，成型时间30分钟；

(4)后处理工序：将制件放入烘箱中进行后固化处理，后处理温度在160-180℃，后处理时间30分钟。