碳纤维增强受电弓滑板的性能表征
航空航天部件碳纤维增强材料性能表征及模型
航空航天部件碳纤维增强材料性能表征及模型随着航空航天工业的不断发展，对于部件材料的要求也越来越高。
碳纤维增强复合材料作为一种轻质高强度的材料，被广泛应用于航空航天部件制造中。
为了确保航空航天部件的安全和可靠，对碳纤维增强材料的性能进行准确的表征和建模是十分重要的。
碳纤维增强材料的性能表征包括物理性能和力学性能两方面。
物理性能主要包括密度、导热性能、热膨胀系数等。
力学性能则包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度、断裂韧性等。
这些性能指标对于评估材料的使用性能和可靠性至关重要。
对于碳纤维增强材料的物理性能表征，实验方法是最常用的手段。
通过测量样品的密度、导热性能和热膨胀系数，可以准确地获得材料的物理性能数据。
例如，通过浸渍法和烘干后称量的方式测量材料的密度；通过热导率仪器测量材料的导热性能；通过热膨胀仪器测量材料的热膨胀系数等。
这些实验手段可以提供材料的基本物理性能数据，为后续的性能模型提供参考。
对于碳纤维增强材料的力学性能表征，则需要进行更加复杂的试验和分析。
弹性模量可以通过弯曲试验或拉伸试验来测量，屈服强度和抗拉强度则需要进行拉伸试验，断裂韧性则需要进行冲击试验或断裂韧度试验。
通过这些试验，可以得到材料在不同应力和应变条件下的力学性能数据。
此外，还可以通过扫描电镜、X射线衍射等技术来观察和分析材料的微观结构和晶体结构，从而揭示材料内部的缺陷和力学性能的本质。
除了实验方法，建立碳纤维增强材料的性能模型也是一种常用的手段。
性能模型可以基于经验公式、统计方法或者物理理论来建立。
例如，基于经验公式和统计方法可以建立弹性模量-体积分数曲线，将弹性模量与体积分数之间的关系进行拟合，从而得到碳纤维增强材料的弹性模量模型。
而基于物理理论，可以利用力学原理和材料微观结构的特点，建立复杂的力学性能模型。
这些模型可以通过有限元分析等计算方法进行验证和优化，从而提高模型的准确性和可靠性。
除了性能表征和模型建立，碳纤维增强材料的性能预测和优化也是非常重要的研究方向。
受电弓碳滑板测量优化方法
受电弓碳滑板测量优化方法受电弓碳滑板是电动列车或地铁车辆的重要组成部分，起着传输电能的作用。
为了确保受电弓的性能和稳定性，需要对其进行测量和优化。
本文将介绍一种针对受电弓碳滑板的测量优化方法。
一、测量受电弓碳滑板的重要性受电弓碳滑板在电动列车或地铁车辆中起着重要的传导电能的作用。
它负责从架空线或第三轨中采集电能，并将其传输给列车的动力系统。
因此，受电弓碳滑板的性能和稳定性对电动列车的正常运行起着至关重要的作用。
二、受电弓碳滑板的测量方法1. 电阻测量：通过测量受电弓碳滑板的电阻值，可以评估其导电性能。
一般来说，电阻值越小，表示受电弓碳滑板的导电性能越好。
可以使用电阻计或万用表等设备进行测量。
2. 表面平整度测量：受电弓碳滑板的表面平整度对其接触架空线或第三轨的情况有着重要影响。
可以使用激光扫描仪等设备对受电弓碳滑板的表面进行扫描，得到表面平整度的数据。
3. 磨损测量：受电弓碳滑板在长期使用过程中会出现磨损现象，而且磨损程度会影响其导电性能和寿命。
可以使用显微镜等设备对受电弓碳滑板进行磨损测量，评估其磨损情况。
4. 温度测量：受电弓碳滑板在工作过程中会有一定的发热现象，因此对其温度进行测量也是必要的。
可以使用红外测温仪等设备对受电弓碳滑板的温度进行实时监测。
三、受电弓碳滑板的优化方法1. 材料优化：选择合适的碳材料，并进行表面处理，以提高受电弓碳滑板的导电性能和耐磨性。
此外，还可以采用复合材料等新材料来提高受电弓碳滑板的性能。
2. 结构优化：通过优化受电弓碳滑板的结构设计，使其更加稳定和耐用。
可以采用加强筋或结构加固等方式来提高受电弓碳滑板的强度和刚度。
3. 润滑优化：受电弓碳滑板与架空线或第三轨之间的接触面需要保持良好的润滑状态，以减少摩擦损耗和磨损。
可以选择适当的润滑剂，并进行定期润滑维护。
4. 温度控制优化：通过合理设计受电弓碳滑板的散热结构，控制其工作温度。
可以采用散热片、风扇等方式来降低受电弓碳滑板的温度，以提高其工作效率和寿命。
碳纤维增强复合材料的力学性能研究
碳纤维增强复合材料的力学性能研究随着科技的发展和人们对材料性能要求的不断提高，碳纤维增强复合材料作为一种新型材料，逐渐受到了人们的关注和研究。
碳纤维增强复合材料的优点在于具有轻质、高强和高刚性等特点，因此在航空航天、汽车和体育器材等领域得到了广泛应用。
本文将围绕碳纤维增强复合材料的力学性能展开讨论，并分析其优点与不足。
一、碳纤维增强复合材料的力学性能研究碳纤维增强复合材料是由无定形材料和纤维增强材料组成的一种粘合材料。
其力学性能是影响使用效果的重要因素。
在实际应用中，碳纤维增强复合材料的力学性能主要表现在强度、刚度、韧度和疲劳寿命等方面。
下面将对这些方面进行详细讨论。
1. 强度碳纤维增强复合材料的强度是指在外力作用下，材料发生断裂前所能承受的最大应力。
由于其结构特殊，具有纤维对外界应力的抗拉能力，因而其强度很高。
实验表明，碳纤维增强复合材料的抗拉强度约为1500 MPa。
而同样条件下的钢材和铝材抗拉强度只有400 MPa左右，而且在高温、腐蚀等恶劣环境下，铝材和钢材的强度更低，而碳纤维增强材料的强度不变，还会增加。
2. 刚度碳纤维增强复合材料的刚度是指在外界力作用下，材料抵抗形变的能力。
由于其纤维本身刚度很高，因此材料的刚度也很高。
实验结果表明，碳纤维增强复合材料的弹性模量约为210 GPa，而同样条件下的钢材和铝材弹性模量分别为200 GPa 和70 GPa左右。
因此，在需要使用刚度较高的场合下，碳纤维增强复合材料具有较好的应用前景。
3. 韧度碳纤维增强复合材料的韧度是指在受力时，材料离开弹性阶段到断裂之前所需要的功。
与强度和刚度不同，碳纤维增强复合材料的韧度较低。
这是由于该材料虽然具有纤维与增强材料的双重优势，但其内部结构复杂度很高，存在许多微小裂缝，因此材料整体的韧性有所下降。
实验结果表明，碳纤维增强复合材料的韧度约为25-50 kJ/m2，而同样条件下的钢材和铝材韧度分别为200 kJ/m2和10-20 kJ/m2左右。
一种电力机车受电弓新型碳滑板综
一种电力机车受电弓新型碳滑板综摘要：简述了受电弓滑板现状及存在的问题，介绍了一种新型碳滑板及优化了碳滑板的导电性、耐磨性、灵敏性、可靠性等相关性能，对于提高电力机车受电弓碳滑板的整体质量有着重要的促进作用。
关键词：碳滑板; 导电性；灵敏性；可靠性0 引言随着我国经济的不断发展，我国的铁路交通发展也越来越迅速。
铁路不断向电气化、高速、高密度和重载方向发展，对铁路运输安全性提出了越来越高的要求。
受电弓滑板是电力机车的重要组成部件，直接与接触网导线接触，为电力机车供应电力，良好的导电性能是提高列车运行速度的关键因素。
研究碳滑板的导电性、耐磨性、冲击性和当遇到弓网事故时快速降弓的灵敏性、可靠性；打破技术瓶颈，优化碳滑板结构参数及提高制造工艺水平，生产适合电力机车受电弓安全运行的碳滑板具有非常重要的实际意义。
1 受电弓滑板电力机车受电弓滑板是一种滑动摩擦集电材料，根据制造材料的不同分为纯金属滑板、碳滑板和粉末冶金滑板。
电力机车受电弓滑板的工作条件有载荷随机变化，接触时有大电流通过，高滑动速度，环境条件复杂多变等显著特点。
在接触网一定的前提下，滑板不但要具有导电性好、足够的强度、减摩擦耐磨性好、对网线磨损小、对自然环境适应性好等性能特点外，还要保证受电弓自动降弓系统的安全性和可靠性。
2 受电弓滑板不同材料的性能特点及发展趋势2.1 不同材料滑板的性能特点（1）纯金属滑板主要是由钢、铜等纯金属制成，机械强度高，取材方便，使用寿命长，成本低，抗冲击性能好，导电性能较好，但抗电弧性能差，对接触网导线磨耗非常严重，现已限制使用。
（2）粉末冶金滑板主要分为铁基和铜基俩类，机械强度高，抗冲击性能好，导电性能较好，耐热性能高，热传导性良好，耐磨性和减磨性好，有一定的自润滑性能，电腐蚀性能较小，使用寿命较长，但对接触网是铜导线磨耗较大，现使用量逐年减少，只在部分既有线路上使用。
（3）碳滑板包括纯碳、浸金属碳、复合材料等材质，目前普遍采用，特别是提速区段和高速铁路，越来越多采用整体碳滑板。
碳纤维增强受电弓滑板的性能表征
碳纤维增强受电弓滑板的性能表征袁华;王成国;卢文博;于美杰;陈旸;乔琨【摘要】The carbon fibre reinforced pantograph sliding plates were fabricated by heated pressing,with modified phenolic resin as bonder,the continuous carbon fibre/short fibre is a reinforcing phase,the copper is electric conductive phase and graphite is lubricating phase. The impact toughness,electric resistance and wear resistance of the slide plate were tested. Wear surface and impact fracture were examined by scanning electron microscope (SEM). The results show that the continuous carbon fibre reinforced pantograph sliding plate has superior impact toughness and wear resistance than that of short carbon' fibre reinforced one. Mechanical properties are largely affected by carbon fibre fraction. The interface bond between fibre and resin is good. In addition,adhesion wear,abrasive wear and oxidation wear are the main wear form of pantograph slide plates.%采用改性酚醛树脂为粘结剂,连续碳纤维和短切纤维为增强相,铜为导电相,石墨为润滑相,利用热压技术制备碳纤维增强受电弓滑板.对试样进行电阻测试、冲击试验以及磨损试验,利用SEM对冲击断面和磨损形貌进行观察.结果表明,连续碳纤维增强滑板的冲击性能和耐磨性明显优于短切纤维增强滑板;碳纤维含量对滑板的机械性能影响较大;纤维与树脂界面结合良好;受电弓滑板在摩擦过程中最主要的机械磨损形式是磨拉磨损、粘着磨损和氧化磨损.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2011(042)006【总页数】4页(P1094-1096,1099)【关键词】碳纤维;受电弓滑板;冲击性能;摩擦系数;磨损机理【作者】袁华;王成国;卢文博;于美杰;陈旸;乔琨【作者单位】山东大学,材料科学与工程学院材料液固结构演变与加工教育部重点实验室,山东,济南,250061;山东大学,材料科学与工程学院碳纤维工程技术研究中心,山东,济南,250061;山东大学,材料科学与工程学院碳纤维工程技术研究中心,山东,济南,250061;山东大学,材料科学与工程学院碳纤维工程技术研究中心,山东,济南,250061;山东大学,材料科学与工程学院碳纤维工程技术研究中心,山东,济南,250061;山东大学,材料科学与工程学院碳纤维工程技术研究中心,山东,济南,250061;山东大学,材料科学与工程学院碳纤维工程技术研究中心,山东,济南,250061【正文语种】中文【中图分类】TB332受电弓滑板是电力机车导入电能的主要元件，受电弓弓头上的滑板与路网导线接触，以与电力机车运行相同的速度与导线（多为铜线［1］）发生摩擦，并传导大约100～1000A 的电流，输送给电力机车［2，3］，因此受电弓滑板质量稳定是高速列车正常行驶的前提。
受电弓 碳滑板 标准
受电弓碳滑板标准一、尺寸和形状受电弓碳滑板的尺寸和形状应符合相关国家和行业标准，以确保其能正确安装在受电弓上，并保证良好的电气接触和机械性能。
具体的尺寸和形状应参照相关标准或根据实际需求进行定制。
二、质量和重量受电弓碳滑板的质量和重量应符合相关标准和规定，以确保其在使用过程中能够保持稳定。
同时，应尽量减小碳滑板的重量，以降低车辆的能耗。
具体的质量和重量要求应参照相关标准或根据实际需求进行定制。
三、机械性能受电弓碳滑板应具有良好的机械性能，包括抗冲击、抗压、抗弯等能力，以确保其在各种工况下不会发生变形或损坏。
具体的机械性能要求应参照相关标准或根据实际需求进行定制。
四、电气性能受电弓碳滑板的电气性能应符合相关标准和规定，以确保其在使用过程中能够保持良好的电气接触和传输能力。
具体的电气性能要求应参照相关标准或根据实际需求进行定制。
五、热性能受电弓碳滑板应具有良好的热性能，包括耐高温、散热等能力，以确保其在各种温度条件下不会出现热失效或加速磨损等情况。
具体的热性能要求应参照相关标准或根据实际需求进行定制。
六、耐腐蚀性能受电弓碳滑板应具有良好的耐腐蚀性能，能够抵御各种化学物质的侵蚀，以确保其在使用过程中的稳定性和寿命。
具体的耐腐蚀性能要求应参照相关标准或根据实际需求进行定制。
七、碳滑板的抗磨损性能受电弓碳滑板的抗磨损性能是衡量其寿命的重要指标。
碳滑板应具有良好的耐磨性，以抵抗在使用过程中因摩擦而产生的磨损。
相关性能的测试和评估应根据相关标准进行。
八、安全要求受电弓碳滑板的安全要求包括无毒无害、防火等，以确保在使用过程中不会对人员和环境造成危害。
具体的安全要求应参照相关标准或根据实际需求进行定制。
九、试验方法对受电弓碳滑板的各项性能指标进行试验是确保产品质量的重要环节。
试验方法应根据相关标准或行业规定进行选择和操作，以确保试验结果的有效性和准确性。
十、标识、包装、运输和存储在受电弓碳滑板的制造、运输和存储过程中，应按规定进行清晰、明确的标识，并采取适当的包装措施，以防止产品损坏或混淆。
连续炭纤维增强受电弓滑板致密化及其性能
６
材 料 工 程 ／２ １ ０ ２年 ７期
对致 密化 效果 进行评 价 。
密度采 用 Ａｒｈｍｅ ｅ 排 水法 进行 测试 ； ｃｉ ｄｓ 拉伸 性能使 用
深圳 Ｓ ＡＮＳ万 能 试 验 机 ， 照 国 标 ＧＢ Ｔ ３ ２ ２ ０ 按 ／ ３ ６－ ０５
１ 实 验
１ １ 炭 纤维 的性能 ． 本实 验所用 炭纤 维 的性 能在 表 １中所示 。炭 纤维
样 进 行致 密化 处理 ， 究 热处理 后 滑板性 能 的变化 ， 研 并
更高 的要 求 ＿ ］ １ 。受 电 弓滑 板 作 为 重 要 的载 流 元 件 ，
在受 流条 件下 与 接触导 线摩 擦产 生 的热量 会使 得受 电 弓表 面 温升 较 大 ， 酚 醛 树 脂 在 ３ ０Ｃ有 氧 环 境 中会 而 ０ ｏ
１ ２ 试 样 制 备 ．
ＹＢ ２Ｉ ｏ ３ 一ｏ ｃ型 热压 机 模 压 固化 制 备 成 连 续 炭 纤 维 增 强 滑板试 样 ， 压温 度为 １ ０Ｃ， 热 ７ ￣ 热压 时 间为 １ 。试样 ｈ
按 照表 ２所示 配 方 ， 溶有 一 定 量 的改 性 酚 醛 树 将
脂 、 墨、 石 丁腈橡胶 及碳 化硅 的酒精 溶剂 涂覆 于炭纤 维
布上 ， ５ ￣ 在 ０Ｃ下 烘 干 ， １ ％ 的 铜 网依 次 铺 层 ， 与 ０ 用
各种电力机车受电弓滑板的型号
各种电力机车受电弓滑板的型号各种电力机车受电弓滑板的型号、性能及其应用根据材质的不同，我们将滑板分为纯碳滑板、粉末冶金滑板和浸渍金属滑板。
下面将分别介绍我国各种滑板的生产情况，产品型号、规格、性能及其应用。
1、纯碳质滑板目前，纯碳质滑板是我国电气化铁路上广泛使用的主要滑板之一，是非金属中导电较好的材料，当前有哈尔滨电碳厂、北京电碳和自贡东新电碳厂进行生产。
纯碳滑板工作时磨下来的粉末粘附在接触导线表面，形成一层很薄的碳膜，起到了良好的自润滑作用，能够减轻对导线的磨耗。
据统计，使用纯碳滑板的网线寿命至少是50年，它对导线的磨耗仅为0。
006mm/万次，并且对无线电话及无线电视干扰小。
因此，欧洲等一些国家如荷兰从1934年，德国从1935年便开始使用纯碳滑板，而目前不论交流或直流供电的电气化铁路道在铜导线上都采用了纯碳滑板。
在日本，私营铁路全部使用纯碳滑板。
可见，纯碳滑板不失为一种优良的滑板材料。
目前国内广泛使用的国产纯碳滑板的型号、规格及技术性能如表1所示。
哈碳厂、北京电碳厂和东新电碳厂成产的纯碳板基本能够满足我国电气铁路需求。
因此，机械电子工业部在总结我国近年纯碳滑板生产状况的前提下，于1898年2月17日发布了中华人民共和国专业标准《电力机车碳滑板》，并规定的电力机车纯碳滑板的型号和规格如表2所示，技术性能如表3所示。
表2 纯碳滑板的型号与规格规格mm型号 H（高） B（宽） L（长）C21 30—35 36 250—500C22 35 70 500—1000C23 35 70 500—1000C25 56 — 500—750注：根据用户要求，可生产其他规格制品。
表3 国产纯碳滑板的技术性能型号电阻率肖氏硬度体积密度抗折强度沿长度方向抗压强度单个价值平均值 MPa MpaC21 38 58-100 62 160~180 28 57C22 33 45-90 50 160~180 24 40 C23 20 40-70 20 160~180 20 40 C25 35 60-100 70 160~180 25 59 注：体积密度不作出厂考核项目。
一种炭纤维增强受电弓碳滑板及其制造方法[发明专利]
![一种炭纤维增强受电弓碳滑板及其制造方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/f484653476eeaeaad0f33065.png)
专利名称：一种炭纤维增强受电弓碳滑板及其制造方法专利类型：发明专利
发明人：廖仕明,曹勇
申请号：CN201110153691.5
申请日：20110609
公开号：CN102311273A
公开日：
20120111
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种炭纤维增强受电弓碳滑板及其制造方法，其包含插层石墨，该炭纤维增强受电弓碳滑板的材料组成按重量百分比计为：插层石墨30～60%；石油焦8～32份%；炭纤维2～16%；中温沥青15～35%。
本发明的炭纤维增强受电弓碳滑板与现有技术相比具有电阻率低、机械强度高等优点，且其导电性、抗磨损性和自润滑性等综合性能优异，经测试达到国外先进技术水平；本发明的制造方法简单，产品性能稳定，可以实现大规模生产。
申请人：苏州东南碳制品有限公司
地址：215415 江苏省苏州市太仓市双凤镇温州工业园
国籍：CN
代理机构：南京苏高专利商标事务所(普通合伙)
代理人：柏尚春
更多信息请下载全文后查看。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图 １ 碳 纤 维 含 量 与 滑 板 冲 击 强 度 的 关 系 Ｆｉｇ １Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｗｆｏｎ ｉｍｐａｃｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ
处形成微裂纹，这 种 微 裂 纹 会 局 部 弱 化 界 面 的 结 合 强 度 ，所 以 试 样 承 受 外 载 时 部 分 纤 维 发 生 脱 粘 、拔 出 。
低，属 于 半 导 体 范 畴，在 受 电 弓 滑 板 中 主 要 导 电 相 为 碳纤维均匀垂直于摩擦表面，故摩擦系数大。 另外，由
铜，因此两种试 样 的 电 阻 率 的 差 别 较 小。 连 续 碳 纤 维 于短切纤维增强 滑 板 中 纤 维 较 短 不 连 续，所 以 在 磨 损
增强滑板中碳纤维的取向性好，材料增强效果明显，所 过程中容易脱落成为磨粒，对试样表面切削磨损，所以
滑板试样。
２．３ 实 验 方 法 采用电 桥 法，使 用 Ｈ２ＭＲ 型 高 精 度 电 阻 仪，按 照
ＪＢ／Ｔ ８１３３．２ 标 准 进 行 试 样 体 电 阻 率 的 测 试；使 用 ＸＪＪ－５０冲 击 试 验 机 检 测 冲 击 性 能，按 照 ＩＳＯ１７９、ＧＢ／ Ｔ１０４３、ＧＢ／Ｔ２６１１、ＪＢ／Ｔ８７６２ 标 准，使 用 温 度 １５～ ３５℃，试样尺寸为１５ｍｍ×１０ｍｍ×１２０ｍｍ。 试样为无
Ｓｈｏｒｔ ＣＦ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ＣＦ
４０ ４０
１９．５０ ２３．９２
１４．５ ６６
２９．０４ １５．８２
０．１８３１ ０．２１５６
３．２ 碳 纤 维 含 量 对 滑 板 性 能 的 影 响
摩擦力矩最大。Ｗｆ 较小（＜３０％）时，纤 维 的 增 强 效 果
碳纤维含量 的 变 化 对 滑 板 的 性 能 有 很 大 的 影 响。 差，各 组 分 容 易 发 生 剥 落，因 而 摩 擦 系 数 小，体 积 磨 损
纹扩展至纤维 树 脂 界 面 时，界 面 先 被 破 坏 而 使 裂 纹 转
向，载荷从基体转移 到 碳 纤 维，纤 维 承 受 剪 切 力，从 而
延迟材料 的 失 效 断 裂 。 ［１４］ 从 图 ３（ａ）中 可 以 看 出 纤 维
有拔出和脱粘。这可以解释为在试样的制备过程中由
于纤维、基体热膨胀系数有差异，会在纤 维 与 基 体 界 面
２．２ 样 品 制 备
将溶有一定量的改性酚醛树脂和石墨的酒精溶剂
涂覆于碳纤维布上，在 ５０℃ 下烘干，与铜网依次铺 层，
用 ＹＴ０７１－１００Ａ 型热压机模压制备成连续碳纤维增 强 滑 板 试 样 ；将 定 量 的 改 性 酚 醛 树 脂 、石 墨 和 短 切 纤 维 混
合均匀烘干后，以 相 同 的 模 压 条 件 制 备 短 切 纤 维 增 强
的排列方向不同有关。连续纤维增强滑板冲击性能较
好与碳纤维良好的 取 向 性 有 关。 从 图 ３（ｃ）可 以 看 出，
图 ２ 碳 纤 维 含 量 与 摩 擦 性 能 的 关 系
纤维表面的沟 槽 明 显，这 有 利 于 纤 维 与 树 脂 界 面 的 结 合。
滑板的冲击 性 能 和 耐 磨 性 明 显 优 于 短 切 纤 维 增 强 滑
板 ；碳 纤 维 含 量 对 滑 板 的 机 械 性 能 影 响 较 大 ；纤 维 与 树
脂界面结合良好；受 电 弓 滑 板 在 摩 擦 过 程 中 最 主 要 的
机 械 磨 损 形 式 是 磨 粒 磨 损 、粘 着 磨 损 和 氧 化 磨 损 。
关键词： 碳纤维；受 电 弓 滑 板；冲 击 性 能；摩 擦 系 数；
磨损机理
中 图 分 类 号 ： ＴＢ３３２
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１００１－９７３１（２０１１）０６－１０９４－０３
１ 引 言
受电弓滑板是 电 力 机 车 导 入 电 能 的 主 要 元 件，受 电弓弓头上的滑 板 与 路 网 导 线 接 触，以 与 电 力 机 车 运 行相同的速度 与 导 线 （多 为 铜 线［１］）发 生 摩 擦，并 传 导 大约１００～１０００Ａ 的 电 流，输 送 给 电 力 机 车［２，３］，因 此 受电弓滑板质量稳定是高速列车正常行驶的前提。
对连续纤维增强滑板 的 机 械 性 能 （冲 击 强 度α、体 积 磨 损量Ｖ、摩 擦 系 数μ）与 碳 纤 维 含 量 Ｗｆ 的 关 系 进 行 了 研究，如 图 １、２ 所 示。 图 １ 结 果 表 明，碳 纤 维 含 量 ＜ ４０％时，随着碳纤维含量的增加，滑板 冲 击 强 度 逐 渐 提
量较大；随着 Ｗｆ 增加，材料结构得到增强，摩擦力 矩 随 之增加，摩 擦 系 数 增 加，磨 损 量 降 低；当 Ｗｆ 较 大 （＞ ４０％）时，相对来说树脂的含量较 低，纤 维 容 易 被 拉 出、 脱 粘 ，因 此 摩 擦 力 矩 降 低 ，磨 损 量 急 剧 增 加 。
高；纤 维 含 量 继 续 提 高 时，滑 板 的 冲 击 强 度 反 而 下 降。 这可以解释为滑板中树脂的含量相对降低到一定水平 时，复合材 料 出 现 缺 胶 现 象，受 力 时 容 易 发 生 界 面 破 坏 ，纤 维 容 易 发 生 脱 粘 ，增 强 效 果 降 低 ，冲 击 性 能 降 低 。
自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （２００９ＺＲＢ０１９Ｃ８）
收 到 初 稿 日 期 ：２０１０－１０－２１
收到修改稿日期：２０１１－０１－１８ 通讯作者：王成国
作 者 简 介 ：袁 华 （１９８５－ ），女 ，山 东 威 海 人 ，在 读 博 士 ，导 师 王 成 国 教 授 ，主 要 从 事 碳 纤 维 及 其 复 合 材 料 制 备 研 究 。
２ 实 验
２．１ 实 验 材 料 碳纤 维 布：玻 纤／连 续 碳 纤 维 （１２ｋ，Ｔ３００）以 ０°／
９０°编织而成；短 切 纤 维：江 苏 宇 杰 碳 纤 维 科 技 有 限 公
司提供，３～５ｃｍ；改性酚醛树脂：济南圣泉化工股 份 有 限 公 司 提 供 ；铜 网 、酒 精 ：市 售 。
从 图 ３（ｂ）、（ｃ）可 以 看 出 ，纤 维 断 面 比 较 平 整 ，断 裂
纤维大部分处于同一平面上，纤维拔出 较 少，说 明 纤 维
与基体的界面结合力较大，可以允许载 荷 转 移，表 现 为
试样的冲击值较高。并 且 比 较 图 ３（ａ）、（ｂ）可 知，短 切
碳纤维增强滑板的冲击性能不均匀与不同部位碳纤维
３．３ 滑 板 抗 冲 击 性 能 分 析 选择用纤维增强滑板的冲击断面形貌来研究滑板
界面状况。图３是两种纤维增强滑板试样冲击断面的 ＳＥＭ 图片。一般来说，复 合 材 料 的 冲 击 强 度 取 决 于 纤
维和树脂的界面性能 。 ［１３］ 在冲击 载 荷 的 作 用 下，首 先
基体会发生 断 裂。 裂 纹 起 始 于 基 体 然 后 扩 散，当 微 裂
缺 口 试 样 ，其 冲 击 强 度 ａ（ｋＪ／ｍ２）按 式 （１）计 算 ：
ａ
＝ｂ
Ｅ ×ｄ
×１０３
（１）
其中，Ｅ 为试样吸收的冲击能量，Ｊ；ｂ为试样宽度，
ｍｍ；ｄ 为试样厚度，ｍｍ。
使用 ＭＭ－２００型摩擦磨损试验机对滑板进行磨损 性能研究。摩擦副为滑板块／紫铜环，法向载荷 ２００Ｎ，
转速 ４００ｒ／ｍｉｎ，持 续 时 间 １ｈ。 试 样 尺 寸 为 １０ｍｍ×
数 × （５０～１００００）。
３ 结 果 与 讨 论
３．１ 短 切 纤 维 和 连 续 碳 纤 维 增 强 滑 板 性 能 对 比 表 １ 列 出 的 是 两 种 试 样 的 性 能 ，样 品 中 碳 纤 维 、酚
＊ 基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３计划）资助项目（２０１１ＣＢ６０５６０１）；国家自然科学基金资助项目（５０９０２０８８）；山 东 省
强受电弓滑板相 比，连 续 碳 纤 维 增 强 滑 板 的 电 阻 率 有 ２Ｄ 碳布叠层复 合 材 料 具 有 较 高 的 摩 擦 系 数 和 低 的 磨
所提 高；冲 击 性 能 明 显 提 高，其 冲 击 强 度 提 高 约 损率 。 ［１１］ 根据粘附理 论 和 宏 观 统 计 学 可 知，当 纤 维 长
摘 要 ： 采 用 改 性 酚 醛 树 脂 为 粘 结 剂 ，连 续 碳 纤 维 和 短切纤维为增强 相，铜 为 导 电 相，石 墨 为 润 滑 相，利 用
热压技术制备碳纤维增强受电弓滑板。对试样进行电
阻测试、冲击试验以 及 磨 损 试 验，利 用 ＳＥＭ 对 冲 击 断
面和磨损形貌 进 行 观 察。 结 果 表 明，连 续 碳 纤 维 增 强
目前我国铁路电力机务段通常采用的受电弓滑板 有３种［４］：粉末冶金铜滑板、浸金属 滑 板 和 进 口 纯 碳 滑 板（两侧包 铝）。 粉 末 冶 金 铜 滑 板 的 强 度 和 硬 度 极 高， 在 实 际 线 路 运 行 中 ，对 接 触 导 线 的 磨 损 非 常 严 重 ，由 于 是金属 基，在 运 行 中 易 产 生 离 线 电 弧 造 成 潜 在 的 事 故 。 ［５－７］ 浸金属滑板集中了碳材 料 和 金 属 材 料 的 优 点 ， 与接触网导线形 成 的 接 触 面 比 较 光 滑，耐 磨 性 大 大 提 高，但抗冲 击 能 力 不 足，易 出 现 掉 块，维 护 成 本 偏 高。 进口纯碳滑 板 从 目 前 的 使 用 情 况 看 优 于 上 面 两 种 滑 板 ，但 其 具 有 脆 性 和 抗 冲 击 强 度 差 ，所 以 同 样 会 出 现 断 裂和掉块现象 。 ［８］ 且 该 滑 板 的 价 格 较 高，也 不 适 合 实 际应用。目前，国 内 对 使 用 碳 纤 维 增 强 复 合 材 料 作 为 受电弓滑板的报 道 较 少，而 碳 纤 维 增 强 复 合 材 料 可 以 在较大范围内调 整 电 阻 率，灭 弧 性 好，且 具 有 耐 磨、耐 热冲击和对 导 线 减 摩 性 好 等 ［９，１０］ 特 点，因 此 该 材 料 有 望成为电力机车受电弓滑板的理想材料。