谈层状层状结构受电弓滑板制备及性能

论文导读：
摘要：受电弓滑板是电力机车获取动力能源的主要集电元件,它的质量对电力机车的受流情况及接触导线的寿命具有重要影响,目前常用的滑板按照其材质的不同可分为碳系滑板、金属系滑板和复合材料滑板三种类型。随着列车运营速度的不断提升,传统的滑板译不能满足高速列车的要求。本论文针对现有滑板有着的缺点,研制出一种新型结构的受电弓滑板材料。该滑板以层状铺设的铜网做骨架以实现优良的导电性,铜网间的复合材料层提供了良好的减磨耐磨特性。本论文围绕层状结构受电弓滑板的研制,开展了对滑板的结构设计、配方和工艺优化等方面的探讨,通过比较滑板的导电、抗冲击和耐磨性能,确定滑板的最优配方和工艺,并对滑板的导电和磨损机理进行了浅析。在受电弓滑板的结构设计中,综合考虑复合材料组分和铜网对滑板电阻率、冲击强度和摩擦性能的影响,确定了滑板的结构为层状结构,铜网的最佳尺寸为孔径3.16mm×6.3mm,厚度0.48mm。对层状结构树脂基滑板中复合材料的组成进行设计,浅析了树脂含量和纤维类型对滑板性能的影响。实验发现酚醛树脂含量的变化对滑板电阻率的影响较小；冲击强度随酚醛树脂含量的增加而降低,在酚醛树脂含量较低时,冲击断面与冲击载荷的方向有一定的角度,说明纤维增强体起到了转变裂纹方向和延缓裂纹扩展的作用,冲击强度较高；而酚醛树脂含量较高时,滑板的冲击断口平整,与载荷加载方向在一个平面,呈脆性断裂,冲击强度较低；磨损量随酚醛树脂含量的增加先减小后增大,在树脂含量为26.4%时,磨损量最低,以而确定26.4%为树脂基滑板的最佳树脂含量。通过对纤维增强复合材料滑板的载流磨损现象和性能的探讨发现：碳纤维的加入有利于提升滑板的导电性和耐磨性；铜纤维的加入有利于提升滑板的导电性,改善电弧烧蚀现象；硅灰石纤维的加入改善了滑板的摩擦特性。确定采取碳纤维、铜纤维和硅灰石纤维作为滑板的混杂增强纤维。采取均匀设计和回归浅析的策略对滑板的配方组成进行优化,对碳纤维、石墨、硅灰石纤维、铜粉和铜纤维五个因素的混料不足进行均匀设计,并对滑板的性能进行回归浅析,浅析各因素对材料性能的影响程度,确定滑板的最佳配方。结果发现：电阻率与铜纤维的含量大致呈线性联系,随铜纤维含量的增加而降低；冲击强度与碳纤维的含量有关,随着碳纤维含量的增加而增大；摩擦系数主要受碳纤维、石墨和硅灰石纤维含量的影响；影响滑板磨损量的因素较多,碳纤维、石墨、硅灰石纤维和铜纤维的含量对该性能均有一定程度的影响,其中碳纤维、石墨和硅灰石纤维的交互作用显著。根据均匀设计和回归浅析的实验结果,对实验配方进行优化,确定层状结构树脂基受电弓滑板的最优配方为：酚醛树脂26.4%,丁腈橡胶2.4%,碳纤维15.2%,石墨14.2%,硅灰石4.8%,铜纤维8%,铜粉5%,铜网24%。通过正交试验优化滑板的模压制备工艺,根据实验结果和极差大小,确定模压工艺参数对滑板综合性能的影响顺序为：加压时机模压温度保压时间模压压力；最佳模压工艺为：模压温度170℃,模压压力60MPa,单位厚度保压时间5min·mm-1,加压时机3mmin。运用XRD、Raman、SEM和FTIR实验技术,对浓硝酸氧化处理前后碳纤维结构和形貌进行表征,以而选择最佳的氧化处理时间；将硝酸处理后的纤维进行硅烷偶联处理,浅析表面处理对滑板性能的影响。结果表明硝酸处理并未转变碳纤维的本体结构,随着液相氧化时间的延长,碳纤维表面的晶粒尺寸略有减小,表面结构趋于紊乱,无序结构与石墨结构的比值R随处理时间的延长而增大；氧化处理使碳纤维的表面沟槽增加并加深,当氧化时间达到12h时,纤维表面有凹坑和孔洞出现,对纤维的损伤较大；经过9h硝酸处理后,FTIR可观察到-COOH,-OH等官能团的吸收峰,由此选择最佳液相氧化时间为9h；将硝酸处理9h后的碳纤维进行硅烷偶联处理,处理后纤维表面的轴向沟槽变浅,偶联剂起到了覆盖微裂纹和沟槽的作用。采取两种表面处理后的碳纤维制备受电弓滑板,表面处理对滑板电阻率的影响不大,硅烷偶联复合处理使滑板的电阻率略有升高；硝酸氧化处理后,滑板的冲击强度略有升高,硅烷偶联复合处理的滑板冲击强度比未处理的提升了37%,以冲击断面的SEM图浅析,硅烷处理提升了树脂与纤维的界面结合强度,拔出的碳纤维表面上粘附一层厚薄不均匀的树脂,硅烷偶联剂中的柔性基团的有着有利于冲击能的吸收；碳纤维的两种表面处理均提升了滑板的耐磨性,硅烷偶联复合处理使滑板的磨损量比未处理的滑板降低了32%。由此硅烷偶联复合处理是提升滑板性能的有效表面改性方式。为提升树脂基滑板的耐温性能,对滑板进行焙烧处理,浅析焙烧温度对滑板性能的影响,以而确定最佳焙烧温度为600℃。为提升焙烧后滑板的性能,对滑板进行致密化处理。结果表明随焙烧-浸渍次数的增加,滑板的密度、导电性、冲击强度和耐磨性与一次焙烧处理后的滑板试样相比均得到提升,除导电性能外,经过致密化处理后的试样性能仍低于未焙烧处理的滑板试样,纤维与树脂之间仍有孔隙有着,制约着滑板性能的提升；随浸渍次数的增加,试样的可增重比例减小,当浸渍3次之后,滑板的性能变化较小,确定滑板的最佳致密化工艺为焙烧4次、浸渍3次。通过对焙烧型滑板中酚醛树脂含量对滑板性能影响的探讨,最终确定焙烧型滑板的配比为：酚醛树脂25.8%,碳纤维15.2%,硅灰石4.8%,石墨14.2%,铜纤维8%,铜网24%,铜粉8%。通过SEM和EDS技术对不同类型滑板的磨损表面形貌进行浅析,讨论滑板的机械磨损机理,结果表明添加铜纤维和铜网后,滑板的磨损形式由涂抹型的粘着磨损转变为擦伤型的粘着磨损,对碳纤维进行硅烷偶联改性可增加纤维与基体的粘结力,耐磨性提升；树脂基滑板的磨损机理为擦伤型的粘着磨损；随焙烧处理温度的提升,滑板的磨损形式由粘着磨损逐渐转化为粘着磨损和磨粒磨损共同作用的结果。关键词：层状结构论文受电弓滑板论文碳纤维论文焙烧论文浸渍论文
本论文由www.7ctime.com,需要论文可以联系人员哦。论文导读：性能测试522.4.9载流磨损测试522.4.10微观结构及形貌浅析52-55第三章受电弓滑板的结构设计55-713.1前言553.2实验历程55-563.2.1不同形态的铜填充复合材料滑板样品的制备553.2.2不同尺寸的铜网填充复合材料滑板样品的制备55-563.2.3与托架不同连接方式的测试样品的制备563.3铜的形态对滑板性能的影响56-613.3.1铜的
摘要15-18
ABSTRACT18-23
本论新和主要贡献23-24
符号说明24-25
第一章 绪论25-45

1.1 受电弓滑板的种类26-28

1.1 纯金属滑板26

1.2 纯碳滑板26

1.3 粉末冶金滑板26-27

1.4 浸金属碳滑板27

1.5 新型受电弓滑板材料27-28

1.2 受电弓滑板的探讨近况28-33

1.2.1 国外探讨近况28-31

1.2.2 国内探讨近况31-33

1.3 受电弓滑板材料有着的主要不足和进展走势33-35

1.4 选题作用和探讨内容35-36

参考文献36-45
第二章 实验策略及测试设备45-55

2.1 技术路线45

2.2 实验材料45

2.3 样品制备工艺与设备45-49

2.3.1 树脂基受电弓滑板样品的制备工艺及设备45-47

2.3.2 焙烧型受电弓滑板样品的制备工艺及设备47-49

2.4 测试与表征49-55

2.4.1 温度测试49

2.4.2 气孔率和密度测试49-50

2.4.3 电阻率测试50-51

2.4.4 冲击强度测试51

2.4.5 抗压强度测试51

2.4.6 抗折强度测试51

2.4.7 肖氏硬度测试51-52

2.4.8 摩擦性能测试52

2.4.9 载流磨损测试52

2.4.10 微观结构及形貌浅析52-55

第三章 受电弓滑板的结构设计55-71

3.1 前言55

3.2 实验历程55-56

3.

2.1 不同形态的铜填充复合材料滑板样品的制备55

3.

2.2 不同尺寸的铜网填充复合材料滑板样品的制备55-56

3.

2.3 与托架不同连接方式的测试样品的制备56

3.3 铜的形态对滑板性能的影响56-61

3.1 铜的形态对滑板电阻率的影响56-58

3.2 铜的形态对滑板冲击性能的影响58-60

3.3 铜的形态对滑板摩擦性能的影响60-61

3.4 铜网的尺寸效应对性能的影响61-67

3.4.1 相同分布的铜网尺寸效应对滑板性能的影响61-64

3.4.2 相同质量的铜网尺寸效应对滑板性能的影响64-67

3.4.3 铜网尺寸型号的确定67

3.5 确定滑板与托架的接触方式67-68

3.6 小结68-69

参考文献69-71
第四章 树脂基受电弓滑板的配方设计71-90

4.1 前言71

4.2 实验历程71-73

4.

2.1 受电弓滑板的成分设计71-72

4.

2.2 受电弓滑板的配方优化设计72-73

4.3 受电弓滑板的成分设计73-78
4.

3.1 酚醛树脂含量73-77

4.

3.2 增强纤维的选择77-78

4.4 受电弓滑板的配方优化设计78-87

4.1 电阻率80-84

4.2 冲击强度84-85

4.3 摩擦系数85-86

4.4 磨损量86

4.5 配方优化86-87

4.5 小结87

参考文献87-90
第五章 受电弓滑板的制备工艺优化90-110

5.1 前言90

5.2 实验历程90-91

5.

2.1 模压成型工艺优化90-91

5.

2.2 碳纤维的表面改性91

5.3 模压成型工艺优化91-96
5.

3.1 模压工艺对电阻率的影响92-93

5.

3.2 模压工艺对冲击强度的影响93-95

5.

3.3 模压工艺对摩擦性能的影响95-96

5.4 碳纤维表面改性对滑板性能的影响96-106
5.

4.1 硝酸氧化时间对纤维结构和形貌的影响96-101

5.

4.2 硅烷偶联处理对纤维表面形貌的影响101-102

5.

4.3 碳纤维改性对滑板性能的影响102-106

5.5 小结106-107
参考文献107-110
第六章 焙烧型受电弓滑板的研制110-130

6.1 前言110

6.2 实验历程110-111

6.

2.1 焙烧温度的选择110

6.

2.2 浸渍次数的确定110-111

6.

2.3 最佳酚醛树脂含量的选择111

6.3 焙烧温度对滑板性能的影响111-117
6.

3.1 焙烧前后的耐温性和结构浅析111-113

6.

3.2 焙烧前后滑板的物理性能113-114

6.

3.3 焙烧温度对滑板电阻率的影响114-115

6.

3.4 焙烧温度对滑板冲击强度的影响115-116

6.

3.5 焙烧温度对滑板摩擦性能的影响116-117

6.

3.6 最佳焙烧温度的选择117

6.4 焙烧-浸渍次数对性能的影响117-123
6.

4.1 焙烧-浸渍次数对滑板物理性能的影响117-119

6.

4.2 焙烧-浸渍次数对电阻率的影响119-120

6.

4.3 焙烧-浸渍次数对冲击强度的影响120-122

6.

4.4 焙烧-浸渍次数对摩擦性能的影响122-123

6.

4.5 最佳焙烧-浸渍次数的确定123

6.5 酚醛树脂含量对焙烧型滑板性能的影响123-126
6.

5.1 酚醛树脂含量对滑板物理性能的影响124

6.

5.2 酚醛树脂含量对滑板电阻率的影响124-125

6.

5.3 酚醛树脂含量对滑板冲击强度的影响125-126

6.

5.4 酚醛树脂含量对滑板摩擦性能的影响126

6.

5.5 最佳酚醛树脂含量的确定126

6.6 受电弓滑板性能比较126-127

6.7 小结127-128

参考文献128-130
第七章 受电弓滑板的导电和磨损机理浅析130-139

7.1 前言130

7.2 导电机理浅析130-132

7.

2.1 铜网对滑板导电性的贡献130-131

7.

2.2 铜纤维对滑板导电性的贡献131-132

7.3 磨损机理浅析132-137
7.

3.1 铜的形态对磨损机理的影响132-134

7.

3.2 树脂基滑板的磨损机理134-135

7.

3.3 焙烧型滑板的磨损机理135-137

7.4 小结137-138
参考文献138-139
第八章 结论139-142
附录1142-143
致谢143-145
攻读博士学位期间发表的学术论文目录145-147
参与科研项目及获奖情况147-148
发表论文148-159
学位论文评阅及答辩情况表159