一种碳铜纤维受电弓碳滑板复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及技术领域电力车辆设备制备，具体是一种碳铜纤维受电弓碳滑板复合材料及其制备方法，包括以下步骤：步骤1、碳铜纤维预制体制备；步骤2、树脂浆料制备；步骤3、树脂浸渍；步骤4、模压碳化成型；步骤5、化学气相沉积增密；步骤6、高温热处理得到最终的受电弓碳滑板复合材料。本发明专利技术通过将短切碳纤维和铜丝梳理形成网胎，然后针刺形成预制体，有效的避免了传统碳纤维结构受电弓材料具有明显的各向异性的缺点；通过在树脂中加入可催化石墨粉末制备树脂浆料，可有效的提高树脂碳以及后续沉积碳的可石墨化程度，进一步降低整体受电弓材料的电阻率；采用模压成型的方式，对材料整体的力学性能和导电性能具有明显的提升作用。力学性能和导电性能具有明显的提升作用。

【技术实现步骤摘要】
一种碳铜纤维受电弓碳滑板复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及
电力车辆设备制备，具体是一种碳铜纤维受电弓碳滑板复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]中国专利技术专利CN104926347A公开了一种高速铁路动车组用受电弓滑板复合材料的制备方法，采用短切碳纤维、酚醛树脂粉、沥青焦粉、鳞片石墨粉、铜粉，所称量原料混合均匀后倒入模压机模具中压制成型，坯体先后放入马弗炉中进行预氧化处理、放入碳化炉中进行碳化处理、放入等温化学气相沉积炉中进行致密化处理、放入高温石墨化处理炉中进行石墨化处理，即得到受电弓滑板用复合材料。中国专利技术专利CN1468891A公开了一种电力机车受电弓用碳纤维增强碳滑板，采用短切碳纤维为增强材料，石墨、电解铜粉/铜纤维为导电填料，耐高温新型改性酚醛树脂为粘结剂，经热压成型。以上方式制备的受电弓滑板材料抗冲击性较高，摩擦磨损性能好，对接触导线磨损程度小，但是机械强度不高，材料导电性和均匀性有待提高等问题。
[0003]中国专利技术专利CN106585388A公开了一种电力车辆受电弓滑板用复合材料及其制备方法，以碳纤维与铜网构成的三维复合编织体为增强体，以镀铜石墨粉为导电耐磨填料，经CVI沉积、树脂加压浸渍增密，以及高温热处理制备获得的受电弓滑板材料。中国专利技术专利申请号201510909260.5公开了一种电力机车用金属型C/C复合材料碳滑条，以将单层0
°
无纬碳布，碳纤维网胎、石墨粉、铜材构成了碳纤维和铜网三维整体毡为预制体，经化学气相沉积热解碳后，再通过树脂浸渍
‑
碳化工艺得到C/C
‑
Cu复合材料。以上方法制备的受电弓碳滑板材料机械强度较高，冲击韧性好，但仍存在层与层间铜材料的连续性较低，材料整体的均匀性、导电性能以及抗磨损率待提高等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种碳铜纤维受电弓碳滑板复合材料及其制备方法，以解决
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种碳铜纤维受电弓碳滑板复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、碳铜纤维预制体制备：采用无捻聚丙烯腈短切碳纤维丝和铜丝混合后通过机械梳理的方式制备碳铜纤维混合网胎，然后将制备好的单层网胎通过层层叠加，反复针刺的方式制备形成碳铜纤维混合预制体；
[0007]步骤2、树脂浆料制备：采用可催化石墨化粉末和树脂按比例为1～10％：90～99％的比例制备混合浆料；
[0008]步骤3、树脂浸渍：将步骤1制得的碳铜纤维混合预制体利用步骤2中制得的混合浆料进行浸渍处理，然后通过烘箱进行烘干处理，得浸渍烘干预制体；
[0009]步骤4、模压碳化成型：将步骤3中制得的浸渍烘干预制体放入模具在压机上进行
模压固化成型，之后，放入碳化炉进行碳化处理，得碳铜纤维预制体；。
[0010]步骤5、化学气相沉积增密：采用碳源气体和稀释气体，碳源气体和稀释气体的按体积比为5:1～1:1的比例对步骤4中制得的碳铜纤维预制体进行化学气相沉积，得复合材料；
[0011]步骤6、高温热处理：将步骤5中得到的复合材料在氮气气氛保护下，于900～1000℃进行高温热处理2～4h，得到最终的受电弓碳滑板复合材料。
[0012]优选地，在所述步骤1中，所述铜丝直径为0.03～0.5mm，长度为60～80mm，质量占比为25％～50％，碳纤维长度为60～80mm，质量占比为为50％～75％。
[0013]优选地，在所述步骤2中，所述可催化石墨化粉末为FeCl3或CrCl3粉末，所采用的树脂为酚醛树脂、呋喃树脂或糠酮树脂中的一种或几种。
[0014]优选地，在所述步骤2中，制备混合浆料时，混合时间为24～48h。
[0015]优选地，在所述步骤3中，碳铜纤维混合预制体在混合浆料中的浸渍时间1～2小时，烘干处理时，烘箱的温度为：40～80℃，烘干时间为12～36h。
[0016]优选地，在所述步骤4中，压机的模压温度为120～200℃，压力2～10MPa，保压时间2h。
[0017]优选地，在所述步骤4中，进行碳化处理时，炭化炉的温度为700℃～900℃。
[0018]优选地，在所述步骤5中，采用的碳源气体为丙烯、天然气或甲烷中的至少一种，所述稀释气体为氮气、氢气中的至少一种。
[0019]优选地，在所述步骤5中，化学气相沉积的沉积温度为800℃～1000℃，沉积时间为300～600h。
[0020]优选地，在所述步骤5中，化学气相沉积增密可以采用树脂浸渍碳化增密或沥青浸渍碳化增密替换。
[0021]一种碳铜纤维受电弓碳滑板复合材料，由上述的方法制得。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023]本专利技术通过将短切碳纤维和铜丝通过机械梳理成网处理形成碳纤维和铜丝的混合网胎，然后采用反复叠层针刺成型的方式制备碳铜纤维预制体，然后采用树脂浆料浸渍模压成型、化学气相沉积和高温热处理制备受电弓碳滑板复合材料主要有以下优点：(1)通过将短切碳纤维和铜丝梳理形成网胎，然后针刺形成预制体，在整个三维结构中碳纤维丝和铜丝分布均匀，有效的避免了传统碳纤维结构受电弓材料具有明显的各向异性的缺点；(2)通过在树脂中加入可催化石墨粉末制备树脂浆料，可有效的提高树脂碳以及后续沉积碳的可石墨化程度，进一步降低整体受电弓材料的电阻率；(3)采用模压成型的方式，提高材料内部的碳纤维及铜丝含量，对材料整体的力学性能和导电性能具有明显的提升作用。
具体实施方式
[0024]下面对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0025]实施例1
[0026]一种碳铜纤维受电弓碳滑板复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0027]步骤1、碳铜纤维预制体制备
[0028]采用无捻聚丙烯腈短切碳纤维丝和铜丝混合后通过机械梳理的方式制备碳铜纤维混合网胎，然后将制备好的单层网胎通过层层叠加，反复针刺的方式制备形成碳铜纤维混合预制体，其中铜丝直径为0.03mm，长度为60mm，质量占比为25％，碳纤维长度为60mm，质量占比为75％。
[0029]步骤2、树脂浆料制备
[0030]采用可催化石墨化粉末和树脂按比例为10％：90％的比例制备混合浆料，所采用可催化石墨化粉末为FeCl3，所采用的树脂为酚醛树脂，混合时间为24h。
[0031]步骤3、树脂浸渍
[0032]对碳铜纤维预制体进行树脂浆料浸渍处理，浸渍时间1小时，浸渍完成后在40℃的烘箱进行36h烘干处理。
[0033]步骤4、模压碳化成型
[0034]将浆料浸渍烘干完成后的预制体放入模具在压机上进行模压固化成型，模压温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳铜纤维受电弓碳滑板复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、碳铜纤维预制体制备：采用无捻聚丙烯腈短切碳纤维丝和铜丝混合后通过机械梳理的方式制备碳铜纤维混合网胎，然后将制备好的单层网胎通过层层叠加，反复针刺的方式制备形成碳铜纤维混合预制体；步骤2、树脂浆料制备：采用可催化石墨化粉末和树脂按比例为1～10％：90～99％的比例制备混合浆料；步骤3、树脂浸渍：将步骤1制得的碳铜纤维混合预制体利用步骤2中制得的混合浆料进行浸渍处理，然后通过烘箱进行烘干处理，得浸渍烘干预制体；步骤4、模压碳化成型：将步骤3中制得的浸渍烘干预制体放入模具在压机上进行模压固化成型，之后，放入碳化炉进行碳化处理，得碳铜纤维预制体；步骤5、化学气相沉积增密：采用碳源气体和稀释气体，碳源气体和稀释气体的按体积比为5:1～1:1的比例对步骤4中制得的碳铜纤维预制体进行化学气相沉积得复合材料；步骤6、高温热处理：将步骤5中得到的复合材料在氮气气氛保护下，于900～1000℃进行高温热处理2～4h，得到最终的受电弓碳滑板复合材料。2.根据权利要求1所述的碳铜纤维受电弓碳滑板复合材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤1中，所述铜丝直径为0.03～0.5mm，长度为60～80mm，质量占比为25％～50％，碳纤维长度为60～80mm，质量占比为为50％～75％。3.根据权利要求1所述的碳铜纤维受电弓碳滑板复合材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤2中，所述可催化石墨化粉末为FeCl3或CrCl3粉末，所采用的树脂为酚醛...

【专利技术属性】
技术研发人员：金泰木，宋晓辉，朱文志，何留阳，
申请(专利权)人：航材国创青岛高铁材料研究院有限公司贵州省紫安新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：