一种碳基复合材料滑板的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳基复合材料滑板的制备方法，其制备的原材料包括骨料、粉料、粘结剂、添加剂，所述骨料为沥青焦，所述粉料为纳米碳粉，所述添加剂为碳黑，所述粘结剂为改质煤沥青；其制备的具体步骤为：将骨料进行破碎，对破碎后的骨料进行筛分，按照孔径大小，选择出粒径合适的骨料，并将其按照所需比例进行配料，配料后研磨、造粒，然后送入成型机进行挤出成型，将成型后的原料进行焙烧，焙烧完成后出炉，经过清理，得到的产品即纯碳滑条材料。本发明专利技术通过在原料中加入纳米碳粉，可以补充成品碳滑板用碳基复合材料中的抗弯折强度、抗磨损性以及冲击韧性，使成品碳滑板在运行中不易折断和破裂，同时这种制备方法能增加碳滑板的密度和强度。

Preparation method of carbon based composite slide plate

The invention discloses a preparation method of a carbon matrix composite slide plate. The raw material comprises aggregate, powder, binder and additive. The aggregate is bituminous coke, the powder is nanometer carbon powder, the additive is carbon black and the binder is modified coal tar pitch. After crushing, the crushed aggregate is screened, and the aggregate with appropriate particle size is selected according to the pore size. The aggregate is proportioned according to the required proportion, then grinded and granulated, and then sent to the molding machine for extrusion molding. The raw materials are baked, baked and discharged from the furnace after cleaning. The product is pure carbon slider material. The invention can supplement the flexural strength, wear resistance and impact toughness of the carbon matrix composites used for finished carbon skateboards by adding nanometer carbon powder into the raw materials, so that the finished carbon skateboards are not easy to break and break in operation, and the preparation method can increase the density and strength of the carbon skateboards.

【技术实现步骤摘要】
一种碳基复合材料滑板的制备方法
本专利技术涉及碳滑板
，具体是一种碳基复合材料滑板的制备方法。
技术介绍
随着国民经济的发展和交通运输市场的发展，轨道交通相应的科学研发也在进行，电力机车受电弓碳滑板是高铁、动车和客货电力机车提供动力的一个“咽喉”部件，受电弓滑板安装在受电弓的最上部，直接与接触导线接触，在滑动状态下从接触导线上获得电流为机车供应电力。且受电弓滑板直接与接触网导线接触，并在自然环境中工作，需要应对各种恶劣气候。由于在其自然环境工作时，与接触网导线不断产生摩擦和冲击，所以这是一经常更换的消耗性部件。随着列车运行速度的不断提高，对受电弓滑板的综合性能的要求越来越高，受电弓纯碳滑板通常采用石墨粉、焦碳粉、碳黑、沥青焦、石油焦等作为主要原料，中温煤沥青做粘结剂，从而使其自润滑性和减磨性能好，在与铜接触导线摩擦时可在导线上持续补给润滑炭膜，具有减少导线磨损的效果。但纯炭滑板抗折强度低，抗冲击性能差，运行中遇到导线硬点容易造成滑板折断或破裂，特别是在雨季和潮湿地区，易局部拉沟，出现弓网事故。随着电气化铁路朝着高密度、载重大、高速度的趋势发展，继续开发一种工艺简单、安全可靠的电力机车用受电弓滑板。
技术实现思路
针对我国当前滑板存在的问题，本专利技术的碳滑板用碳基复合材料制备方法，通过在原料中加入纳米碳粉，与原料中的其他材料相融合，可以补充成品碳滑板用碳基复合材料中的抗弯折强度、抗磨损性以及冲击韧性，使成品碳滑板在运行中不易折断和破裂；同时通过调整其制备工艺，可以增加碳滑板用碳基复合材料的密度和强度。本专利技术的技术方案是：一种碳基复合材料滑板的制备方法，其制备方法所需的原材料包括骨料、粉料、粘结剂、添加剂，所述骨料为沥青焦，所述粉料为纳米碳粉，所述添加剂为碳黑，所述粘结剂为改质煤沥青；其制备的具体步骤为：将骨料进行破碎，对破碎后的骨料进行筛分，按照孔径大小，选择出粒径合适的骨料，并将其按照所需比例进行配料，配料后研磨、造粒，然后送入成型机进行挤出成型，将成型后的原料进行焙烧，焙烧完成后出炉，经过清理，得到的产品即纯碳滑条材料。进一步的，所述骨料沥青焦的参数为：真密度≥2.10/cm3，灰分≤0.3%、含硫量≤0.5%、挥发份≤0.5%，所述纳米碳粉的粒度为50-100nm，所述碳黑的粒度为30-50nm，所述粘结剂改质煤沥青的参数为：软化点为105-115℃，结焦值为≥56%，灰分≤0.35%。进一步的，所述骨料、粉料、添加剂混合配制成干料，所述干料的骨料、粉料、添加剂混合重量比为55:35:10。进一步的，所述干料和粘结剂的重量比为66-73:27-34。进一步的，所述干料和粘结剂的重量比为72-70:28-30。进一步的，按重量百分含量计，所述骨料沥青焦的粒径范围与含量为：0.25mm<粒径≤0.15mm，30～35wt%；0.15mm<粒径≤0.10mm，20～30wt%；0<粒径<0.10mm，45～50wt%。进一步的，所述研磨步骤中，将干料进行研磨，要求纯度为99.99%。进一步的，所述造粒是将混粉后的干料利用装好模具粒径、长度的旋转挤出分散机进行造粒成型，要求所成型的颗粒料为分散状，粒料不得粘结、抱团。进一步的，所述挤出是将后的按比例混合好的粉料利用装好模具的挤出机进行挤压，要求所挤出的粒料为分散状，粒料不得粘结、抱团；挤料过程所采用的挤料料筒设有8个区域，料筒1区的温度为150℃、2区温度为160℃、3区温度为200℃、4区温度为200℃、5区温度为180℃、6区温度为180℃、7区温度为180℃、8区温度为170℃，每一个区域内温度上下浮动±2℃。进一步的，所述焙烧的过程如下：1）按照150℃/h的升温速度，从室温升温至150℃，共计1h；2）按照100℃/h的升温速度，从150℃升温至250℃，共计1h；3）按照100℃/h的升温速度，从250℃升温至850℃，共计6h；4）按照100℃/h的升温速度，从850℃升温至1150℃，共计3h，并随后保温1h；5）在保温时间结束后，自然冷却至常温，然后取出制品。本专利技术的有益效果是：1、采用本专利技术所提供的工艺，其制备的材料结构较为简单，利于大批量生产，且原材料为市场广泛材料，成本低；2、采用本专利技术提供的配方，利用纳米碳粉制备的碳基复合材料强度高，摩擦系数小，质量轻，结构稳定，理化性能强、安全性能好。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进一步说明。一种碳基复合材料滑板的制备方法，其以纳米碳粉为碳滑板用碳基复合材料主要材料，其具有非常好的理化性能指标，本专利技术通过对原料、配料、以及制备工艺进行了详细研究，利用本方法所述配方和工艺制得的碳基复合材料的体积密度≤1.80g/cm3、抗折强度≥40Mpa、抗压强度≥70Mpa、冲击韧性≥0.20J/cm2、20℃电阻率≤30µΩ·m、洛氏硬度≤110。就机械强度和电阻率来说可以在一些领域完全替代了其他材料所生产的碳滑板用碳基复合材料。专利技术人经过多次实验，研究分析和产品试生产，在原料选择，最终确定以沥青焦为骨料、纳米碳粉为粉料、添加剂为碳黑、改质煤沥青为粘结剂；骨料沥青焦的真密度≥2.10/cm3，灰分≤0.3%、含硫量≤0.5%、挥发份≤0.5%；纳米碳粉的粒度为50-100nm；碳黑的粒度为30-50nm；所述粘结剂改质煤沥青的软化点为105-115℃，结焦值为≥56%,灰分≤0.35%；有利于得到体积密度较高的焙烧品，有利于提高产品合格率，其最终产品的理化指才能充分得到满足。本专利技术经研究和实验，最终使用如下骨料配方，沥青焦按0.25mm<粒径≤0.15mm的重量占总量的30wt%；0.15mm<粒径≤0.10mm的重量占总量的20wt%；0<粒径<0.10mm的重量占总量的50wt%，按照上述配方，可以让不同粒径的骨料颗粒堆积较为紧密，碳制品的体积密度、气孔率、机械强度和热膨胀系数可达到一个非常好的平衡，所制备的碳基复合材料体积密度大、气孔率小、热膨胀系数小。本专利技术首先将混合均匀经过研磨的料粉加入造粒机中进行造粒，设定造粒机料筒和模头温度，料筒温度1区150℃、2区160℃、3区200℃、4区200℃、5区180℃、6区180℃、7区180℃、8区170℃，温度上下浮动±2℃。主机转速≤15R/min，当设定温度达到要求后保持1小时，开始把粉料加入螺旋机，开启螺旋机把粉料送入到造粒机储料仓，调整储料仓的下料速度，开启造粒机并挤出，开启造粒机的同时将造粒机出口的切刀开启，调整切刀速度；挤出的颗粒为分散状，将颗粒放入到专用料筒中。本专利技术采用的是挤出成型方式，挤出成型所需要的干料要求基本上不呈团状，也就是粘结剂用量要求，同时设定模具料筒温度1区180℃.2区185℃.3区180℃.4区185℃.5区180℃.6区160℃.7区150℃.8区140℃.9区135℃，温度上下浮动±5℃，当设定温度升至设定温度，观察稳定后开始加料挤出，挤出成型即可，成型后的生坯的体积密度达到1.75-1.78g/cm3。在焙烧的过程中，能够将粘结剂沥青炭化，排除挥发分，使制品中的粘结剂焦化，提高制品的导电性能，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳基复合材料滑板的制备方法，其特征在于，其制备方法所需的原材料包括骨料、粉料、粘结剂、添加剂，所述骨料为沥青焦，所述粉料为纳米碳粉，所述添加剂为碳黑，所述粘结剂为改质煤沥青；其制备的具体步骤为：将骨料进行破碎，对破碎后的骨料进行筛分，按照孔径大小，选择出粒径合适的骨料，并将其按照所需比例进行配料，配料后研磨、造粒，然后送入成型机进行挤出成型，将成型后的原料进行焙烧，焙烧完成后出炉，经过清理，得到的产品即纯碳滑条材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳基复合材料滑板的制备方法，其特征在于，其制备方法所需的原材料包括骨料、粉料、粘结剂、添加剂，所述骨料为沥青焦，所述粉料为纳米碳粉，所述添加剂为碳黑，所述粘结剂为改质煤沥青；其制备的具体步骤为：将骨料进行破碎，对破碎后的骨料进行筛分，按照孔径大小，选择出粒径合适的骨料，并将其按照所需比例进行配料，配料后研磨、造粒，然后送入成型机进行挤出成型，将成型后的原料进行焙烧，焙烧完成后出炉，经过清理，得到的产品即纯碳滑条材料。2.根据权利要求1所述的一种碳基复合材料滑板的制备方法，其特征在于，所述骨料沥青焦的参数为：真密度≥2.10/cm3，灰分≤0.3%、含硫量≤0.5%、挥发份≤0.5%，所述纳米碳粉的粒度为50-100nm，所述碳黑的粒度为30-50nm，所述粘结剂改质煤沥青的参数为：软化点为105-115℃，结焦值为≥56%，灰分≤0.35%。3.根据权利要求2所述的一种碳基复合材料滑板的制备方法，其特征在于，所述骨料、粉料、添加剂混合配制成干料，所述干料中的骨料、粉料、添加剂混合的重量比为55:35:10。4.根据权利要求3所述的一种碳基复合材料滑板的制备方法，其特征在于，所述干料和粘结剂的重量比为66-73:27-34。5.根据权利要求4所述的一种碳基复合材料滑板的制备方法，其特征在于，所述干料和粘结剂的重量比为72-70:28-30。6.根据权利要求5所述的一种碳基复合材料滑板的制备方法，其特征在于，按重量百分含量计，所述骨料沥青焦的粒径范围与含量为：0.25mm<粒径≤0....

【专利技术属性】
技术研发人员：闵洁，
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