一种针状焦增强纯碳受电弓碳滑板的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种针状焦增强纯碳受电弓碳滑板的制备方法，使用合适粒度的针状焦作为碳滑板的增强相，将导电炭黑、石墨粉、针状焦和沥青焦加入混料机中混料，并与沥青加入双螺杆混捏机中混捏，再经热轧、挤出、焙烧等工艺最终获得所需材料。本发明专利技术使用合适粒度的针状焦作为碳滑板的增强相，具有高强度和高导电性能针状焦与碳基体的结合有力地保证了最终成品的质量；此外，本发明专利技术中物料的多种粒度配合可以使得碳滑板成品获得优秀的致密效果，从而更好地发挥其力学性能和电学性能。地发挥其力学性能和电学性能。地发挥其力学性能和电学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种针状焦增强纯碳受电弓碳滑板的制备方法


[0001]本专利技术属于受电弓滑板领域，具体涉及一种针状焦增强纯碳受电弓碳滑板的制备方法。

技术介绍

[0002]协同发展，交通先行，轨道交通具备显著的“时空压缩效应”，极大开拓城市一日交流圈。作为轨道交通列车运行时的重要集电、摩擦元件，受电弓滑板的需求量越来越大，但目前受电弓滑板的制备技术仍是我国高铁国产化的一个短板，需要大量从国外进口，因此实现受电弓滑板国产化已成为当前轨道交通发展的重要任务。作为轨道交通的集电材料，在列车高速运行时，受电弓滑板不仅兼顾着电力从接触导电网到列车的传输，还要进行制动的能量收集，是一种典型的集电、摩擦材料，它不仅要面对复杂的使用工况环境，还要在电弧热、焦耳热、摩擦热的耦合作用下保持稳定的电流传输和工作状态。因此，为了保证列车运行平稳、安全，对受电弓滑板的机械性能有着很高的要求。而国产碳滑板在抗折和强度上，还远不及达到使用要求。其中在高挥发性沥青和碳素颗粒原料体系下，纯碳滑板在烧结后不可避免的存在大量的孔隙，导致纯碳滑板的致密度偏低、力学性能较差，在列车以高于300km/h的速度运行时，由于路况复杂和接触网导线冲击的作用，导致力学性能不足的纯碳滑板易发生掉块、断裂甚至失效等现象。近些年随着复合材料碳滑板的不断发展下，复合材料增强系受电弓滑板备受瞩目，加入增强组元的针状焦的受电弓滑板，不仅具备优异的导电性和耐冲击性，还可以降低磨损率。
[0003]针状焦是目前碳素材料中迅速发展的一种中间相产物，其外观为亮灰色并且在光照下具备一定金属光泽的纤维纹理走向的固体，具有导电率高以及强度高等优点。经过沥青的前处理、中间相的形成、融合和有序排列工艺来制备针状焦，这导致在相同石墨化条件下针状焦比沥青焦更易于石墨化，其结构在显微镜下观察具备明显的流动纹理，颗粒有较大的纵横比，拥有纤维状或针状的纹理走向，有一定的润滑感，是超高功率电极、优质碳素材料、碳纤维等高端碳素制品的原料。
[0004]目前，为了解决纯碳滑板物理性能的不足。在公开文件CN201911153808.2中，公开了一种碳纤维增强受电弓纯碳碳滑条材料的制备方法，采用非金属导电材料碳纤维增强与改质煤沥青作为材料的导电介质，其导电性有所提高；利用碳纤维增强制备的碳滑条材料结构稳定，理化性能强、安全性能好；增强纯碳碳滑板材料的电阻率、机械强度等。但是，碳纤维和碳基体复合材料的不浸润性是无法改变的技术难点，而且碳纤维本身就是比较难分散、易团聚，但是公开文件中并没有提到如何对碳纤维的分散技术。不仅如此，高弹性模量的碳纤维，在成型后的焙烧时，碳纤维会释放大量的内应力，这使得碳纤维和碳基体的接触面就产生壁隙，容易发生裂纹的扩展。
[0005]在公开文件CN201510018265.9中，公开了一种受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗的方法，步骤为：第一步，将多孔碳条置于第一石墨舟中；第二步，使用的铜基体为铜合金，添加元素为添加Cr或Ti，将铜合金块放置于第二石墨舟中；第三步，对石墨舟所处的系
统进行抽真空，达到既定真空度后开始加热；升至既定温度后，旋转炉体将铜合金浇入多孔碳条所在第一石墨舟，迅速加压，完成压力浸渗过程；第四步，冷却后，旋转炉体，将多余铜合金倒回第二石墨舟；取出浸金属碳滑板。但是，通过炉体旋转进行浇注，这种方法在高温高压下不仅危险，还充满着不可控性。浸渍铜合金不仅需要对合金进行加热融化，还必须施加较大的气压，此时还对炉体进行旋转，这在实际生产中根本无法实现。此方法危险性高，而且熔融的铜合金即使在1000℃的温度下，它和碳的润湿角仍然高达140
°
，不仅无法满足对开放孔隙的浸渍，更无法对闭孔进行浸渍。
[0006]在公开文件CN201811620540.4中，公开了一种钛元素改性Ti3SiC2增强铜基受电弓滑板的制备方法，将Ti3SiC2陶瓷进行清洗后；采用多弧离子镀覆工艺，对Ti3SiC2陶瓷进行镀钛处理，在其表面获得原位生成的TiN镀层；然后将配比好的Ti3SiC2陶瓷与金属粉末倒入模具，进行冷压、烧结、复压和复烧处理，冷却脱模后得到Ti3SiC2增强铜基受电弓滑板的制备方法。但是，该三元陶瓷相的合成温度、元素配比和合成气氛都需要严格的控制，单是该公开文件提到的多弧离子镀膜就是一种比较复杂而且收率低的工艺，因此该公开文件产品合成率比较低，无法满足实际的工业生产需求。
[0007]在公开文件CN201811206469.5中，公开了一种网状烧结碳铜复合材料受电弓滑板的制备工艺，包括如下步骤：步骤1：将石墨烯粉、石墨粉、有机硅树脂按照一定的比例混合成糊状；步骤2：将步骤一中的糊状物均匀涂抹在碳纤维预浸布上，然后送入辊压机辊压，使糊状物充满碳纤维预浸布内的空隙中，形成复合薄层；步骤3：将步骤二获得的复合薄层放入含有铜离子的浸渍液中浸渍。但是，该公开文件所涉及的碳布预浸渍和铜离子浸渍这不仅工艺复杂，而且铜离子仅仅存在于复合材料之间，并没有承担任何力学性能的作用，这种工艺在面对高铁使用的1.2m以上并且具备其他尺寸的滑板外形时，是不能满足的。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对上述现有技术的不足，提供了一种针状焦增强纯碳受电弓碳滑板的制备方法。
[0009]本专利技术针状焦增强纯碳受电弓碳滑板的制备方法，包括如下步骤：
[0010]步骤1：混料
[0011]按配比量称取导电炭黑，石墨粉，沥青，针状焦，以及沥青焦；按照原料的粗细程度不同，分别从粗到细依次称量，并将导电炭黑、石墨粉、针状焦和沥青焦加入混料机中，一次配料的原料体积占混料机的50
‑
60％，混料时间在60min以上，这样可以最大程度的保证物料混料均匀。
[0012]各组分按质量百分比构成为：导电炭黑2
‑
4wt％，石墨粉12
‑
15wt％，沥青22
‑
25wt％，针状焦4
‑
16wt％，余量为沥青焦。
[0013]进一步地，石墨粉的粒度为100
‑
200目。
[0014]进一步地，针状焦的粒度为30
‑
120目，优选为60目。
[0015]进一步地，沥青焦的粒度为80
‑
200目。
[0016]为了探究针状焦含量对碳基体性能的影响，我们使用60目的针状焦为增强组元，并制备、获得了0wt％、4wt％、8wt％、12wt％和16wt％含针状焦的五种碳基体，分别称为N
‑
0、N
‑
4、 N
‑
8、N
‑
12和N
‑
16。为了探究针状焦的颗粒大小对碳基体的影响，我们使用30目、60
目和 120目三种颗粒的针状焦，按照针状焦比例为8wt％，制备得到了N
‑8‑
30、N
‑8‑
60(N
‑
8)和 N
‑8‑
120三种碳基体材料。
[0017]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针状焦增强纯碳受电弓碳滑板的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：混料按配比量称取导电炭黑，石墨粉，沥青，针状焦，以及沥青焦；按照原料的粗细程度不同，分别从粗到细依次称量，并将导电炭黑、鳞片石墨或人造石墨、针状焦和沥青焦加入混料机中混料；步骤2：混捏双螺杆混捏机的预热温度为120
‑
160℃，加入步骤1混料后的干料，干混30
‑
70min，使原料的温度达到均匀一致，再缓慢加入称量好的沥青粉末，湿混60
‑
120min；步骤3：热轧轧辊加热至高于混捏温度10℃，控制轧辊间距在0.8～1mm，待温度稳定后，分批加入混捏后的物料，当物料完全软化后会在轧辊的剪切作用下反复粘贴在轧辊表面持续1min，刮下糊料得到轧片；步骤4：挤出将步骤3获得的轧片送入单螺杆挤出机，挤出获得碳条；步骤5：焙烧碳条焙烧温度为1100
‑
1300℃，时间为15
‑
25天。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1中，一次配料的原料体积占混料机的50
‑
60％，混料时间在60min以上。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1中，各组分按质量百分比构成为：导电炭黑2
‑
4wt％，石墨粉12
‑
18wt％，沥青22
‑
25wt％，针状焦4
‑
16wt％，余量为沥青焦。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：鳞片石墨或人造石墨的粒度为100
‑
200目；针状焦的粒度为30
‑
120目；沥青焦的粒度为80
‑
20...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋阳，任伯勇，李梦，伍威，童国庆，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：