高速動(dòng)車(chē)組受電弓絕緣弓角的研制

左小東，何躍川，傅先榮，周 升，劉含茂，劉建偉，陳珍寶，許曉勤

（1 株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007；2 中國(guó)南車(chē)集團(tuán) 株洲電力機(jī)車(chē)有限公司，湖南株洲412001）

高速動(dòng)車(chē)組車(chē)頂裝置的穩(wěn)定性直接影響列車(chē)的正常運(yùn)行，一旦車(chē)頂發(fā)生閃絡(luò)等故障，將直接造成接觸網(wǎng)停電，打亂鐵路運(yùn)輸秩序，造成經(jīng)濟(jì)損失。從大量事故的現(xiàn)場(chǎng)閃絡(luò)痕跡來(lái)看，污閃一般都發(fā)生在距車(chē)頂最近的受電弓弓角和軟連線(xiàn)最低點(diǎn)［1］。傳統(tǒng)的鈦合金受電弓弓角已不能滿(mǎn)足苛刻的絕緣性能要求，迫切要求研制具有高性能的絕緣弓角。

高速動(dòng)車(chē)組受電弓絕緣弓角系列產(chǎn)品在美國(guó)、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)品批量生產(chǎn)；而國(guó)內(nèi)目前該領(lǐng)域尚屬空白，我國(guó)高速動(dòng)車(chē)組使用的受電弓絕緣弓角全部依賴(lài)進(jìn)口。

本文采用異氰酸酯改性環(huán)氧樹(shù)脂為膠黏劑，玻璃纖維布為增強(qiáng)材料，通過(guò)模壓成型工藝［2］制得的高速動(dòng)車(chē)組受電弓絕緣弓角，經(jīng)檢測(cè)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到技術(shù)規(guī)范要求，成功替代進(jìn)口產(chǎn)品。

1 制備部分

1.1 原材料

TDI－100，工業(yè)品；E－51，工業(yè)品；DMF，工業(yè)品；2－甲基－4－乙基咪唑；丙酮，工業(yè)品；7628玻璃纖維布。

1.2 制備

（1）膠粘劑的合成

在裝有溫度計(jì)、攪拌器的反應(yīng)容器中加入適量的DMF溶劑，然后按（1.5～2.5）∶1的摩爾比加入甲苯二異氰酸酯（TDI－100）和E－51，開(kāi)動(dòng)攪拌，升溫至100℃～115℃，保溫反應(yīng)2h，然后降溫至50℃以下，加入適量丙酮溶劑，再加入適量2－甲基－4－乙基咪唑，調(diào)節(jié)膠化時(shí)間至200～300s（平板小刀法，180±2℃），制得固體含量68%（140±2℃，30min）的異氰酸酯改性環(huán)氧樹(shù)脂溶液［3］。

（2）上膠坯布的制作

用上述改性環(huán)氧樹(shù)脂溶液為浸漬樹(shù)脂，用7628玻璃布為增強(qiáng)材料，在立式上膠機(jī)上制備上膠坯布。上膠溫度為150℃～180℃，車(chē)速為500～1 600r／min，控制坯布的樹(shù)脂膠含量在42±2%左右，可溶性控制在85%左右，揮發(fā)成分控制在1%左右。

（3）受電弓絕緣弓角模壓成型

將上述制得的上膠坯布，按照一定的尺寸要求裁好，再在卷管機(jī)上卷制成管狀半成品，然后放入特定形狀的模具內(nèi)并放在200t熱壓機(jī)上，逐步升溫至180℃～200℃，施加1～4MPa的壓力，保溫2～3h，冷卻至100℃以下，卸壓脫模，經(jīng)修整加工制得絕緣弓角成品。

1.3 壓制工藝流程圖（見(jiàn)圖1）

圖1 絕緣件制備工藝流程圖

1.4 異氰酸酯與環(huán)氧樹(shù)脂反應(yīng)機(jī)理

異氰酸酯改性環(huán)氧樹(shù)脂反應(yīng)機(jī)理如圖2所示。

圖2 異氰酸酯改性環(huán)氧樹(shù)脂反應(yīng)機(jī)理

2 受電弓絕緣弓角性能要求及測(cè)試結(jié)果（表1）

表1 受電弓絕緣弓角性能要求及測(cè)試結(jié)果

經(jīng)異氰酸酯改性的環(huán)氧樹(shù)脂固化后，所得固化產(chǎn)物馬丁耐熱超過(guò)185℃，沖擊強(qiáng)度147.15N·cm／cm2，溫度指數(shù)177℃，與H級(jí)耐熱指標(biāo)比較接近。該體系制成的玻璃布增強(qiáng)材料還具有優(yōu)良的耐寒性、耐濕熱性、自熄性，在200%濕度下力學(xué)性能長(zhǎng)期（20 000h）不變化。

3 結(jié)束語(yǔ)

絕緣弓角安裝于受電弓弓頭組件上，保證了受電弓在過(guò)道岔的時(shí)候能夠?qū)⒔佑|導(dǎo)線(xiàn)平滑過(guò)渡到炭滑板上。經(jīng)測(cè)試，該產(chǎn)品符合高速動(dòng)車(chē)絕緣弓角技術(shù)規(guī)范，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，成功運(yùn)用于高速動(dòng)車(chē)組，可以替代同類(lèi)進(jìn)口產(chǎn)品。

［1］李澤光.電力機(jī)車(chē)車(chē)頂絕緣裝置污閃情況的分析及預(yù)防措施［J］.電力機(jī)車(chē)與城軌車(chē)輛，2007，30（2）.

［2］Otsu Tatsuya，Kjtahata.Sheet Molding Compound for Compression Molding［J］.JW2002338712.2002.

［3］王汝敏，陳立新，張雙存，等.氰酸酯改性環(huán)氧樹(shù)脂的研究［OL］.http：∥www.frponline.com.cn／News／detail＿17319.html.2006－11－1.