一种碳纤维贴面的增强受电弓复合型碳滑板及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于轨道交通设备领域，涉及一种碳纤维贴面的增强受电弓复合型碳滑板 及其制备方法，具体涉及一种用于电力机车和高速动车组的碳纤维贴面的增强受电弓复合 型碳滑板和制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国高速铁路的快速建设和不断发展，高速动车组的建造也在不断加快，就 目前为止我国的高速动车组的数量已接近1000列，而且高速动车组的数量还在不断增加。
[0003] 电力机车和高速动车组的运行动力来源于架在高速动车组顶部的接触网导线，通 过安装于高速动车组车顶顶部的受电弓碳滑板以6~8kg的顶线压力与导线贴紧接触与动 车组同步滑行，将接触网中的高压电源传输至电力机车和动车组高速电机运转，带动高速 动车组高速运行。所以安装于高速动车组顶部的受电弓碳滑板是确保其高速动车组高速、 安全运行的一个十分重要的关键部件，也被中国铁路总公司列为重要部件。目前该受电弓 碳滑板全部依靠德国原装进口产品，进口产品供货周期长，而且价格昂贵。
[0004] 现有的电力机车和高速动车组用受电弓碳滑板是将碳条与条状铝托架用导电胶 粘接所得。在实际运行时靠碳条上部与高压电网导线以6~8kg的顶线压力使碳上部与导 线接触将高压电源传送至机车或动车的高速电机运转，从而带动电力机车和高速动车组运 行。碳滑板在导电的同时还要与电力机车或高速动车组同样的速度在与导线滑动。由于整 个碳条的连接仅靠导电胶，碳材都是脆性，遇到冲击就会断裂和掉块。电力机车和高速动 车组在运行时经常会遇到导线的节点和吊线夹等因气候变化，大风等因素出现移位和错位 形成硬点，从而导致碳条在高速滑动时使碳滑板打断或打掉块，有些甚至把碳条打飞，只剩 下铝托架面就会造成严重行车安全事故，而且这种情况还会把电网烧断造成严重损失和后 果。再则碳条与铝托架仅靠导电胶粘接，粘接强度有限，加上碳滑板在运行时由于受电流 量很大，加上高速摩擦导致滑板发热，有时滑板温度高达400多度，这时就会造成导电胶失 效，而滑板碳条断裂和脱落造成事故。全国铁路系统发生以上这样的事故每年都要数百次。 造成机车停运延误、和抢修，全国每年因此类事故损失上亿元。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于电力机车和高速动车组 的碳纤维贴面的增强受电弓复合型碳滑板。
[0006] 本发明的另一目的是提供该碳纤维贴面的增强受电弓复合型碳滑板的制备方法。
[0007] 本发明的目的可以通过如下技术方案实现：
[0008] 一种电力机车和高速动车组用增强受电弓复合型碳滑板，包括由碳条和铝托架组 成的受电弓碳滑板主体结构、受电弓碳滑板主体结构侧面紧贴的内部组织渗透有金属粉的 碳纤维网格布以及紧贴碳纤维网格布外侧的合金碳面层。内部组织渗透有金属粉的碳纤维 网格布以及合金碳面层形成高导电合金碳纤维贴面层，高导电合金碳纤维贴面层紧贴于受 电弓碳滑板主体结构侧面，与受电弓碳滑板主体结构侧面形状相同，为多角度和整体弧形， 这样的形状有利于将上部的碳条和下部的铝条牢牢勾住，使结构更加牢固。
[0009] 其中所述的碳纤维网格布为宽45~50mm，1~4k的碳纤维网格布。
[0010] 受电弓碳滑板主体结构与高导电合金碳纤维贴面层有一层贴面胶层。
[0011] 所述的合金碳面层厚度为0. 3~0. 7mm，优选0. 5mm。
[0012] 本发明所述的增强受电弓复合型碳滑板，优选主要通过以下方法制备得到：
[0013] (1)将所述的受电弓碳滑板主体结构侧面表面喷砂处理；
[0014] (2)将内部组织渗透有金属粉的碳纤维网格布通过导电贴面胶贴于受电弓碳滑板 主体结构侧面，用辊轮在碳纤维网格布表面来回辊动，将碳纤维网格布中的气泡赶出，使高 导电贴面胶充分渗透于碳纤维布的组织内部；其中所述的导电贴面胶为将E-48环氧树脂 40~60重量份，电极焦碳粉15~20重量份，500目超细石墨粉5~10重量份，放入碾合 机进行混和碾合10~30min制成；其中电极焦碳粉的粒度优选200~400目，进一步优选 320目；超细石墨粉的粒度优选400~600目，进一步优选500目。
[0015] (3)对上一步获得的复合型碳滑板半成品进行分级提温固化；
[0016] (4)在复合型碳滑板半成品的碳纤维布外表面涂覆的导电封面胶，形成一层 0. 5mm厚的合金碳面层，然后放入用50~150°C的高温进行10小时的固化，自然冷却后取 出，将表面进行抛光处理后得到所述的增强受电弓复合型碳滑板成品；其中，所述的导电封 面胶将环氧树脂20~30重量份，金属粉20~30重量份，电极石墨粉10~15重量份，焦碳 粉20~30重量份放入碾合机进行混和碾合10~30min制成；其中，电极石墨粉的粒度优 选0. 2~0. 6mm，进一步优选0. 4mm ;焦碳粉的粒度优选200~300目，进一步优选200目。
[0017] 本发明所述的碳纤维增强受电弓复合型碳滑板进一步优选主要通过以下步骤制 备得到：
[0018] (1)将成形经焙烧后的碳条与铝托架的粘接面磨成按照图纸要求的曲线，再将 条状铝托架型材与碳条的粘接面制成与碳条对应面吻合的曲线；对条型铝托架的曲线粘 接面进行喷砂处理，在碳条曲线粘接面和条型铝托架的曲线粘接面分别涂上ZL 2009 1 0029622. 6中请求保护的导电胶，将二者合紧加压经高温90~150°C，5~8小时进行固化 得到受电弓碳滑板主体结构；对受电弓碳滑板主体结构进行修正处理，在受电弓碳滑板主 体结构的侧面均进行表面喷砂处理；
[0019] (2)将耐高温E-48环氧树脂40~60份，电极焦碳粉15~20份，超细石墨粉5~ 10份，先后放入碾合机进行混和碾合10~30min制成导电贴面胶，涂于经喷砂处理的受电 弓碳滑板主体结构侧面，再将内部组织渗透有金属粉的碳纤维网格布贴于涂胶面，再用曲 面辊轮来回翻复辊于碳纤维贴面，使高导电贴面胶充分渗透于碳纤维布的组织内部；
[0020] (3)上述操作完成后，将复合型碳滑板半成品放入高温固化箱，经初级40°C 30分 钟，中级60°C 1~2小时，高级80~150°C 4~6小时的分级提温固化，自然冷却后取出；
[0021] (4)用环氧树脂20~30份，金属或铜粉20~30份，电极石墨粉10~15份，焦碳 粉20~30份的比例先后放入碾合机进行混和碾合，制成导电封面胶，涂于取出后的复合型 碳滑板半成品的碳纤维网格布外表面，在碳纤维表面形成〇. 5mm厚的合金碳面层；然后放 入固化箱用50~150°C的高温进行10小时的固化，自然冷却后取出，将表面进行抛光处理 后得到所述的增强受电弓复合型碳滑板成品，成品的合金碳面层厚度依然为〇. 5_。
[0022] 其中，所述的金属粉优选200-320目的铜粉、钨粉或银粉中的一种或多种，实际生 产时根据所需硬度和导电性选择。
[0023] 所述的内部组织渗透有金属粉的碳纤维网格布优选通过以下方法制成：将碳纤维 网格布剪切成所需要的长度，放入等宽的槽中，用以碳纤维网格布质量计，20~30wt %的 金属粉喷散于碳纤维网格布上，然后放入超声波振动器进行超声波振动〇. 8~2Kw，30~ 80min，使金属粉渗透到碳纤维网格布的内部组织，待全部渗透后取出。其中超声波振动处 理的条件优选lkw，40min。
[0024] 本发明所述的电力机车和高速动车组用增强受电弓复合型碳滑板的制备方法，包 括以下步骤：
[0025] (1)将所述的受电弓碳滑板主体结构侧面表面喷砂处理；
[0026] (2)将宽45~50mm，1~4k的内部组织渗透有金属粉的碳纤维网格布通过导电贴 面胶贴于受电弓碳滑板主体结构侧面，用辊轮在碳纤维网格布表面来回辊动