一种利用氧化石墨烯制备受电弓碳滑条材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种利用氧化石墨烯制备受电弓碳滑条材料的制备方法，包括如下，将氧化石墨烯、半补强炭黑、石墨粉和经过破碎、磨粉、筛分的沥青焦进行混合，作为制备所述的碳滑条的骨料；将所述的骨料中加入粘结剂，然后经过混捏，得到糊料；将糊料进行预压成型；将预压成型的糊料进行焙烧，最终得到适用于所述的受电弓碳滑条的材料，本发明专利技术只需要一次焙烧即能得到满足要求的炭条材料，生产周期短。本发明专利技术提供的氧化石墨烯制备的受电弓碳滑条具有良好的导电性、导热性高及耐摩擦和磨损性强、原料成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种利用氧化石墨烯制备受电弓碳滑条材料的制备方法
本专利技术属于电力机车
，尤其涉及一种利用氧化石墨烯制备受电弓碳滑条材料的制备方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，轨道交通在国民经济中起着愈来愈重要的作用。在我国国民经济水平飞速发的今天，轨道交通业尤其是高铁、动车和客货电力机车等均呈现出蓬勃发展的局面。而作为其动力来源最重要的集电原件受电弓来说，更是重中之重。由于高速列车是通过受电弓上的碳滑板从路网导线上获取电能，驱动牵引电机运行来带动列车行驶，受电弓碳滑板与路网导线可靠的接触是保证高速受流的重要条件，受电弓弓头上的碳滑板与路网导线接触，相对滑动，从路网导线上取下电流，输送给电力机车，这一过程称为受流，在受流过程中，路网导线和受电弓碳滑板在机械与电气上密切相关，只要其中之一出现问题，都会破坏正常的受电特性。受电弓碳滑条板和路网导线一旦发生事故，将会带来十分严重的后果，直接造成重大经济损失，为此，受电弓碳滑板的制备无疑成为最关键，以保证铁路运输安全这一永恒的主题。由于在运行中与接触网导线不断产生摩擦和冲击，所以这一部件是一种经常更换的消耗性部件。碳滑板是近几年发展起来的，欧美高速列车上普通使用碳滑板的机械强度高，在德国ICE运行中每个滑板的走行公里数达到12万千米。目前，碳滑板仍是国内外铁路部门广泛采用的首选材料，碳滑板是以碳-石墨为基础材料，具有良好的导电。导热及耐磨自润滑性，并具有很好的抑制火花作用和高温不变形、对接触网导线磨耗小的特点，作为碳滑板的关键组成部分碳滑条的选用必须对其综合性能有严格的要求指标，需要具有合适的电阻率和接触电阻、足够的机械强度、良好的减磨性及自润滑性、良好的耐热、耐电弧和一定的耐磨性。申请号为201310582451.6的中国专利，公开了一种受电弓碳滑板及其制造方法，受电弓碳滑板是由石油焦粉、沥青焦粉、喷雾炭黑、硫磺、氮化硼、碳纤维、天然石墨、人造石墨、氯化钙粉末、改制沥青为原料搅拌混合制成，然后进行混捏，利用所述混捏物料制成碳滑板初坯，在进行焙烧，制成烧结碳滑板初坯，将烧结碳滑板初坯依次进行浸渍、焙烧，干燥处理，本专利中碳滑板的生产周期长，需要进行两次焙烧才能达到预期的效果。另外原料的多元化高端化，如碳纤维、天然石墨等材料必然使其制造成本增加。由于高端石墨制品性能够满足受电弓碳滑条生产工艺要求，但其价格非常昂贵，且国内的高性能石墨产品尚处于发展阶段，而普通碳素材料不能完全满足碳滑条理化指标，鉴于以上原因，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种利用氧化石墨烯制备受电弓碳滑条材料的制备方法，氧化石墨烯是是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米，因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。该制备方法是利用氧化石墨烯生产受电弓碳滑条材料是一种新型碳素产品，具有非常好的理化性能指标，由于氧化石墨烯的加入，显著提高了受电弓碳滑板材料的导电性、导热性及摩擦、磨损性，本专利技术制备方法生产周期短，经过一次焙烧即得满足要求的炭条材料。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种利用氧化石墨烯制备受电弓碳滑条材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯、半补强炭黑、石墨粉和经过破碎、磨粉、筛分的沥青焦进行混合，作为制备所述的碳滑条的骨料；(2)向所述的骨料中加入粘结剂，然后经过混捏，得到糊料；(3)将糊料进行预压成型；(4)将预压成型的糊料进行一次焙烧，得到适用于所述的受电弓碳滑条材料。通过以上方法，氧化石墨烯制备的受电弓碳滑条具有良好的导电性、导热性高及耐摩擦和磨损性强、原料成本低等优点。优选的，步骤(1)中所述的骨料的各组分按重量百分比计，氧化石墨烯3-5％，半补强炭黑10-15％，石墨粉6-8％，沥青焦70-80％，所述的沥青焦的粒径0.15mm-2mm，所述的骨料的粒径为0.15mm-2mm。通过以上的配比，所述的骨料的粒径在此范围内，是因为颗粒粒径的分布直接影响颗粒的堆积方式，颗粒堆积越紧密，碳滑条材料的体积密度越大、机械强度越高。优选的，所述的半补强炭黑的粒径为0.07mm-0.10mm；所述的石墨粉粒径为0.5-1mm；所述的沥青焦的粒径范围和含量为：0.5mm＜粒径≤2mm55-60％粒径≤0.15mm40-45％。不同粒径的骨料颗粒堆积较为紧密，碳滑条材料的体积密度、气孔率、抗折抗压强度和热膨胀系数可达到一个非常好的平衡值，所制备出的碳滑条材料体积密度大、气孔率小、抗折抗压能力强、热膨胀系数小。其中，在碳滑条材料的制备工艺中，配方对材料的性能参数影响较大，特别是对体积密度、电阻率、气孔率、机械强度的影响。一般来说，采用较细颗粒配方挤压成型提到产品的体积密度大、气孔率较小、抗折抗压强度高，本专利技术在配料时，采用超细结构的氧化石墨烯和半补强炭黑，再将沥青焦进行破碎、磨粉、筛分，使其达到小颗粒配方，最大粒径为2mm，最小粒径为0.15mm。在此粒径范围内，颗粒粒径的分布直接影响颗粒的堆积方式，颗粒堆积越紧密，碳滑条材料的体积密度越大、机械强度越高。优选的，步骤(2)中所述的骨料与所述的粘结剂重量比为74-71.5：26-28.5，优选为74:26。本专利技术采用的挤压成型方式，因此对粘结剂中温改制煤沥青的用量有严格配比要求，粘结剂的用量和骨料的表面积有直接关系，骨料的粒径小，表面积越大，粘结剂用量则越多，但粘结剂用量过多，成型时不易挤实，因而产品的体积密度较小，且成型后产品容易变形。本专利技术骨料与粘结剂配比为74:26，骨料和粘结剂在混捏后，得到的糊料基本上不呈团块，或有少许团块，成型后得到体积密度较高的成型品。优选的，步骤(1)中所述氧化石墨烯的拉伸模量≤1.01TPa，极限强度≤116Gpa,所述的半补强炭黑的电阻率≤0.6μΩ·m，所述的沥青焦的真密度≥2.10g/cm3，灰份＜0.5％，挥发分＜0.8％。优选的，步骤(2)中所述的粘结剂为中温煤沥青，所述的中温煤沥青的软化点85-90℃，结焦值≥58％。本专利技术采用以上条件有利于得到体积密度较高的焙烧品，有利于提高成品率，最终使其理化指标满足受电弓碳滑条的需要。优选的，步骤(2)中所述的混捏为干混和湿混，所述的干混是将所述的骨料按配比放进混捏锅内，搅拌速率为45r/min，搅拌30-40min，干混温度为160-180℃；所述的湿混是将中温煤沥青先加热至220℃，然后通过沥青管道注入到混捏锅中与骨料充分搅拌均匀，由此得到糊料。优选的，步骤(3)中所述的预压成型是将所述的糊料压制成预成型的圆柱体，预压温度180℃。优选的，将所述的预成型的圆柱体进行挤压成型得到生坯制品，所述的生坯制品体积密度≥1.75g/cm3。更优选的，所述的一次焙烧是将所述的生坯制品在隔绝空气的条件下，在氮气电炉中进行热处理，所述的热处理过程分为如下步骤：(1)将所述的生坯制品以升温速率1.1-2.1℃/h从150℃升温到550℃温度；(2)然后以升温速率0.7-1.1℃/h从550℃升温到900℃；(3)最后以升温速率1.1-1.5℃/h从900℃升温到1400℃。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用氧化石墨烯制备受电弓碳滑条材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯、半补强炭黑、石墨粉和经过破碎、磨粉、筛分的沥青焦进行混合，作为制备所述的碳滑条的骨料；(2)向所述的骨料中加入粘结剂，然后经过混捏，得到糊料；(3)将糊料进行预压成型；(4)将预压成型的糊料进行一次焙烧，得到适用于所述的受电弓碳滑条材料。

【技术特征摘要】
1.一种利用氧化石墨烯制备受电弓碳滑条材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯、半补强炭黑、石墨粉和经过破碎、磨粉、筛分的沥青焦进行混合，作为制备所述的碳滑条的骨料；(2)向所述的骨料中加入粘结剂，然后经过混捏，得到糊料；(3)将糊料进行预压成型；(4)将预压成型的糊料进行一次焙烧，得到适用于所述的受电弓碳滑条材料。2.根据权利要求1所述的一种利用氧化石墨烯制备受电弓碳滑条材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的骨料的各组分按重量百分比计，氧化石墨烯3-5％，半补强炭黑10-15％，石墨粉6-8％，沥青焦70-80％，所述的骨料的粒径0.15mm-2mm。3.根据权利要求1所述一种利用氧化石墨烯制备受电弓碳滑条材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的半补强炭黑的粒径为0.07mm-0.10mm；所述的石墨粉粒径为0.5-1mm；所述的沥青焦的粒径范围和含量为：0.5mm＜粒径≤2mm55-60％粒径≤0.15mm40-45％。4.根据权利要求1所述的一种利用氧化石墨烯制备受电弓碳滑条材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的骨料与所述的粘结剂重量比为74-71.5：26-28.5，优选为74:26。5.根据权利要求1所述的一种利用氧化石墨烯制备受电弓碳滑条材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述氧化石墨烯的拉伸模量≤1.01TPa，极限强度≤116Gpa,所述的半补强炭黑的电阻率≤0.6μΩ·m，所述的沥青焦的真密度≥2.10g/cm3，灰份＜0.5％，...

【专利技术属性】
技术研发人员：范志利，张培林，张培模，武建军，闵洁，纪永良，刘伟凯，赵建国，赵宽，王志辉，
申请(专利权)人：大同新成新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14