本发明专利技术公开一种受电弓滑板用短切碳纤维增强碳/碳复合材料的制备方法。将短切碳纤维、中间相沥青粉和分散剂放入水中制成料浆；将料浆倒入金属容器中，放入冷冻干燥设备内冷冻干燥，制得碳纤维增强体；对制备的碳纤维增强体进行模压成型，制得坯体；对制备的坯体进行碳化处理；将碳化处理后所得材料，浸渍中间相沥青；将浸渍中间相沥青后所得材料进行碳化处理；重复浸渍‑碳化4~6次；石墨化处理，即得目标材料。本发明专利技术制备的短切碳纤维增强碳/碳复合材料具有良好的导电性、抗冲击性能好，克服了现有技术制备的碳/碳复合材料受电弓滑板的导电性差、抗冲击能力弱的缺陷。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于受电弓滑板的制备领域，具体涉及一种受电弓滑板用短切碳纤维增强碳/碳复合材料的制备方法。
技术介绍
截至2016年9月，我国铁路营业历程已超过12万公里，其中高速铁路已超过2万公里，提前实现了国家《中国长期铁路网规划》的目标。随着在高速铁路上飞驰的列车的速度的提高，相应地也带来了众多的科学技术问题。高速列车的受电弓滑板与接触网线滑动接触，将500A左右的负载电流传输到列车，对滑板材料性能提出越来越苛刻的要求。目前受电弓滑板常用的材料主要有：粉末冶金滑板、碳滑板、浸金属碳滑板。但是在上述三种滑板的使用过程中发现：粉末冶金滑板接触网导线的磨损严重、抗电弧能力弱；碳滑板的力学强度低、耐冲击性差，遇导线硬点容易造成滑板断裂或者掉块；浸金属碳滑板结合了粉末冶金滑板和碳滑板的优点的同时也保留了粉末冶金滑板和碳滑板的缺点，例如：碳滑板的抗冲击能力低、力学强度相对较低，运行中容易出现断裂和掉块；粉末冶金滑板对导线的磨耗大、运行中易与导线发生粘连。为克服浸金属碳滑板的缺点，提高滑板材料的性能，降低成本，研究人员加大对纤维增强复合材料滑板的研究，例如专利技术专利（申请号：97106646.9）“电力机车用碳~碳复合材料受电弓滑板”公开了一种采用以镀铜粉末为基体材料，以短碳纤维作为增强剂，用热固性树脂作为粘结剂，采用湿态或者干态混合成型的制备受电工滑板的方法。采用该方法，（1）需要对碳粉末（石墨粉或焦碳粉）进行镀铜处理，增加了设备投资，且碳粉末表面镀铜也不均匀，不利于提高滑板材料的电传导性能；（2）该制备方法最高只在180℃对坯料进行处理，处理温度低，不能充分发挥碳材料滑板的耐磨和良好的机械性能；（3）该方法生产周期长，成本较高，批量化生产能力较差。专利技术专利（申请号：201310308748.3）“一种用于高速列车受电弓滑板碳/碳~石墨复合材料的制备方法”公布了一种复合材料滑板制备方法。该方法的具体步骤如下：制备石墨悬浊液®向碳毡中浸渍石墨悬浊液制备石墨预制体®对石墨预制体反复浸渍碳化®得到碳/碳~石墨复合材料。该方法中，悬浊液中的石墨颗粒或石墨粉不易浸渗入碳毡中，且浸渗入的石墨也存在梯度分布，造成其分布的不均匀，以致滑板力学性能差。
技术实现思路
为克服现有技术制备的碳/碳复合材料受电弓滑板的导电性差、抗冲击能力弱的缺陷，本专利技术的目的旨在提供一种受电弓滑板用短切碳纤维增强碳/碳复合材料的制备方法，该方法制备的碳/碳复合材料导电性能优异、抗冲击性能好。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种受电弓滑板用短切碳纤维增强碳/碳复合材料的制备方法，步骤如下：（1）将短切碳纤维、中间相沥青粉和分散剂放入水中制成料浆；其中，所述短切碳纤维占短切碳纤维和中间相沥青粉两者总质量的20~70wt%，短切碳纤维和中间相沥青粉两者总质量占水质量的40~60%，所述分散剂占水质量的0.5~2.0wt%；（2）将步骤（1）制备的料浆倒入金属容器中，放入冷冻干燥设备内冷冻干燥，制得碳纤维增强体；（3）对步骤（2）制备的碳纤维增强体进行模压成型，制得坯体；（4）对步骤（3）制备的坯体进行碳化处理；（5）取中间相沥青粉，融化后，再将步骤（4）碳化处理后所得材料浸渍液相的中间相沥青；（6）将步骤（5）浸渍中间相沥青后所得材料在与步骤（4）相同的处理条件下进行碳化处理；（7）重复步骤（5）和（6）4~6次；（8）石墨化处理，即得目标材料。最佳地，所述短切碳纤维占短切碳纤维和中间相沥青粉两者总质量的30wt%，短切碳纤维和中间相沥青粉两者总质量占水质量的50wt%，所述分散剂占水质量的1.5wt%。进一步地，步骤（2）具体为：将步骤（1）制备的料浆倒入金属容器中，放入冷冻干燥机内，真空下冷冻至-50~-30℃，保温20~40min；升温至-20~-10℃，保温20~40min；继续升温至-10~-5℃，保温20~40min；继续升温至-1~0℃，保温至完全干燥；泄真空，取出，即得碳纤维增强体；步骤（2）的整个过程中，以2~5℃/h的升温速率升温。本专利技术冷冻干燥采取分步升温并控制升温速率，可较好地控制水分挥发的速率，达到控制碳纤维增强体中孔隙的作用，同时可以实现碳纤维沿xy及z向均匀分布，从而获得性能较好的目标材料。较好地，所述短切碳纤维为短切中间相沥青基碳纤维，其长度为1~50mm。较好地，步骤（1）和（5）中，所述中间相沥青粉的粒度为100~500目。较好地，所述分散剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠或羟乙基纤维素。较好地，步骤（3）中，模压成型温度为200~300℃，成型压力为5~30MPa，保压时间2~6h。较好地，步骤（4）具体为：将步骤（3）制备的坯体放置于碳化炉中，以15~25℃/h的升温速率升温至300~400℃；再以2~5℃/h的升温速率继续升温至600~700℃；再以5~15℃/h的升温速率继续升温至900~1000℃，保温1~3h；降温。较好地，步骤（5）中，浸渍温度为300~400℃，浸渍压力为1~15MPa，保压时间为2~6h。较好地，步骤（8）中，石墨化处理温度为2100~2700℃，保温时间为2~6h。有益效果：1、本专利技术以中间相沥青基短切碳纤维作为增强体，以中间相沥青粉作为粘接剂和浸渍剂，采用冷冻干燥、模压成型、压力浸渍-碳化的方法制备出了受电弓用短切碳纤维增强碳/碳复合材料，克服了现有技术制备的碳/碳复合材料受电弓滑板的导电性差、抗冲击能力弱的缺陷；2、根据受电弓滑板结构的不同，冷冻干燥时可用不同形状及尺寸的金属容器，具有结构的可调节性；3、本专利技术制备的短切碳纤维增强碳/碳复合材料具有良好的导电性、抗冲击性能好，可用于高速列车受电弓滑板及电刷。具体实施方式以下结合具体实施例，对本专利技术做进一步的说明。应理解，以下实施例仅用于说明本专利技术而非用于限制本专利技术的范围。实施例1一种受电弓滑板用短切碳纤维增强碳/碳复合材料的制备方法，步骤如下：（1）将短切中间相沥青基碳纤维（长度为1mm）、中间相沥青粉（粒度100目）和分散剂放入水中制成料浆；其中，短切碳纤维和中间相沥青粉两者占水质量的50wt%，所述短切碳纤维和中间相沥青粉的质量比为7：3，所述分散剂占水质量的1.5wt%；所述分散剂为聚丙烯酰胺；（2）将步骤（1）制备的料浆倒入金属容器中，放入冷冻干燥机内，真空下冷冻至-30℃，保温30min；以5℃/h的升温速率继续升温至-20℃，保温30min；再以5℃/h的升温速率继续升温至-5℃，保温30min；再以5℃/h的升温速率继续升温至-1℃，保温至完全干燥；泄真空，取出，即得碳纤维沿xy及z向均匀分布的碳纤维增强体；（3）对步骤（2）制备的碳纤维增强体进行模压成型，模压成型温度为200℃，成型压力为10MPa，保压时间2h，制得坯体；（4）碳化处理：将步骤（3）制备的坯体放置于碳化炉中，以20℃/h的升温速率升温至350℃；再以5℃/h的升温速率继续升温至650℃；再以10℃/h的升温速率继续升温至950℃，保温2h；断电降温至室温；（5）取中间相沥青粉（粒度100目）放入高压浸渍罐中，升温融化后，将步骤（4）碳化处理后所得材料放入高压浸渍罐中，浸渍液相中间相沥青，浸渍温度为30本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种受电弓滑板用短切碳纤维增强碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）将短切碳纤维、中间相沥青粉和分散剂放入水中制成料浆；其中，所述短切碳纤维占短切碳纤维和中间相沥青粉两者总质量的20 ~ 70wt%，短切碳纤维和中间相沥青粉两者总质量占水质量的40 ~ 60 wt%，所述分散剂占水质量的0.5 ~ 2.0wt%；（2）将步骤（1）制备的料浆倒入金属容器中，放入冷冻干燥设备内冷冻干燥，制得碳纤维增强体；（3）对步骤（2）制备的碳纤维增强体进行模压成型，制得坯体；（4）对步骤（3）制备的坯体进行碳化处理；（5）取中间相沥青粉，融化后，再将步骤（4）碳化处理后所得材料浸渍液相的中间相沥青；（6）将步骤（5）浸渍中间相沥青后所得材料在与步骤（4）相同的处理条件下进行碳化处理；（7）重复步骤（5）和（6）4 ~ 6次；（8）石墨化处理，即得目标材料。
【技术特征摘要】
1.一种受电弓滑板用短切碳纤维增强碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）将短切碳纤维、中间相沥青粉和分散剂放入水中制成料浆；其中，所述短切碳纤维占短切碳纤维和中间相沥青粉两者总质量的20~70wt%，短切碳纤维和中间相沥青粉两者总质量占水质量的40~60wt%，所述分散剂占水质量的0.5~2.0wt%；（2）将步骤（1）制备的料浆倒入金属容器中，放入冷冻干燥设备内冷冻干燥，制得碳纤维增强体；（3）对步骤（2）制备的碳纤维增强体进行模压成型，制得坯体；（4）对步骤（3）制备的坯体进行碳化处理；（5）取中间相沥青粉，融化后，再将步骤（4）碳化处理后所得材料浸渍液相的中间相沥青；（6）将步骤（5）浸渍中间相沥青后所得材料在与步骤（4）相同的处理条件下进行碳化处理；（7）重复步骤（5）和（6）4~6次；（8）石墨化处理，即得目标材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述短切碳纤维占短切碳纤维和中间相沥青粉两者总质量的30wt%，短切碳纤维和中间相沥青粉两者总质量占水质量的50wt%，所述分散剂占水质量的1.5wt%。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）具体为：将步骤（1）制备的料浆倒入金属容器中，放入冷冻干燥机内，真空下冷冻至-50~-30℃，保温20~40min；升温至-20~-...
【专利技术属性】
技术研发人员：张东生，吴恒，姚栋嘉，刘喜宗，杨超，牛利伟，
申请(专利权)人：巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41
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