专利名称：一种抗干扰非金属线缆及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种非金属特种线缆，一种用于通讯、其他信号传输领域的抗干扰、起屏蔽作用的新型非金属线缆。
背景技术：
随着信息技术的飞速发展，计算机网络、信息处理设备、电子通信设备及各种电器设备作为信息技术的载体已在各个行业广泛应用，特别是电子元件小型化、高度集成化以及电子仪器仪表轻量化、高速化和数字化；电磁信号，由于其易受外界电磁干扰而出现动作失误，从而带来严重后果，因此必须采取各种有效防护措施，才能保障其不受干扰和瘫痪。
更引起人们关注的是电磁信息泄密关系到国家政治、经济、军事等的安全问题根据报导，普通计算机辐射带信息的电磁波，可在1000米以外被接收和发现，造成政治、经济、国防、科技等方面的重要情报泄密。现代战争中电子设备高度密集，伴随出现四维战场---电磁战/电子对抗，其中防信息泄密是作战取胜的重要保证。从电磁信号泄露失密方面而言，无论军事机密或是商业机密，通过电磁波的泄露，都会给相关单位造成极大的损失，为此必须采取相应的屏蔽措施，防止电磁信号泄露和被侦测，以防失密；从预防电磁波污染来讲，现在对各种电磁污染危害的防护已引起环保部门和有关方面的高度重视，屏蔽电磁污染使其限定在一定区域，已成为环保领域最为活跃的研究课题之一。同时，世界先进发达国家对电子、信息产品的电磁兼容性能要求较高，我国的电子，信息产品要参与国际化的竞争，必须进行电磁兼容设计，进行电磁屏蔽处理。
电磁屏蔽材料主要有两种作用，一是保护电子线路免受外部电磁波的干扰，二是防止内部产生的干扰波向外部发射，即起隔离内外电磁波的作用。由铝、钢、铜组合的屏蔽体，对电磁波有很大的反射损耗，所以只适用电屏蔽。铁和高导磁率的合金体则对磁场波有很大的吸收损耗，所以适用在磁屏蔽环境。如果条件允许可用不锈钢制造具有很高可靠性的电磁屏蔽机壳。
导电橡胶是在硅橡胶中掺入玻璃纤维镀银、铝镀银、银等导电颗粒，使这种复合材料既保持了一定的弹性，又具有金属的导电性。双层导电橡胶则仅在橡胶的外层掺入导电颗粒，因而能够最大限度地保持橡胶的弹性，并且降低了成本，是一种新型的屏蔽材料，大有代替普通导电橡胶的趋势。导电橡胶具有良好的电磁密封能力，在一定压力下能够提供良好的导电性，同时，还保持了橡胶对水气密封的功能，主要用于要求密封或者频率范围特别宽(高达40GHz以上)、并具有优良屏蔽性能的场合，如舰载设备和军用电子机箱等。
与金属填充物相比，碳纤维具有质量轻的优点。碳纤维是纤维状的碳材料，及其化学组成中碳元素占总质量的90％以上。元素碳根据其原子结合方式的不同，可形成金刚石、石墨、卡宾等结晶态。随先驱物和热处理条件的变化，密度在1.6-2.g/cm3变化，其力学性能也在一定范围变化。含量在99％以上的纤维又称石墨纤维，但在大多数场合下用“碳纤维”来泛指含石墨纤维的所有碳纤维。碳纤维最突出的特点是强度大和模量高、密度小，和碳纤维材料一样具有很好的耐高温、耐腐蚀性。碳纤维的强度超过金属钛和最强的钢，强度仅逊色于PBO(芳杂环高聚物纤维)等少数纤维，模量超过所有金属、有机高分子和无机陶瓷纤维。碳纤维有较好的热、点传导性，阻燃性能良好，热膨胀系数极低，并且还具有低辐射线吸收性、非磁性和不磁化、极好的振动阻尼性、抗蠕变和抗疲劳性能以及生物相容性。碳纤维的缺点是脆性、耐磨性及压缩性能较差。
复合碳纤维是在制造过程中将碳纤维原料与其他成分混合而得的一种新型碳纤维。这是碳纤维改性的新途径。国外曾经报道铁系金属粉末混入碳纤维制得复合纤维。首先在聚丙烯腈或者木质系碳纤维等有机纤维原料中按照一定的体积比混入直径为0.3-10um的金属粉末，然后将纺织的有机纤维置于真空或者惰性气体的气氛中、加热350-800℃碳化。用这种方法制得的复合纤维具有较高的电导率和磁导率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够取代现有的一些价格昂贵、施工不便、维护困难的屏蔽电缆和保密用、辫接用屏蔽材料，通过多种复合方法而成的一种特殊线缆。
本发明是通过如下技术方案来实现的一种抗干扰非金属线缆，其特征在于它采用碳纤维作为导体，本电缆包括碳纤维复合体，碳纤维复合体外包覆一层PTC材料，PTC材料外包覆一层绝缘护套；所述的碳纤维复合体为碳纤维经热处理包覆一层金属或非金属；所述的碳纤维复合体为碳纤维表面镀覆SiC，或沉积石墨、碳黑粒子；所述的一种抗干扰非金属线缆的制造方法，其特征在于它先采用直径为7u左右碳纤维作为基础，根据客户的不同需要进行编织，如需要200欧姆的米电阻，则将3根碳纤维进行并联编织；如需要100欧姆的米电阻，则将6根碳纤维进行并联编织；依此类推可以利用不同粒径的碳纤维制出各种阻值的碳纤维线缆；然后将编织出来的不同米电阻的碳纤维线缆进行表面包缚将碳纤维线缆通过一定截面积的挤出机模头，在其表面包缚一层具有特殊导电屏蔽功能的PTC材料，材料厚度可以根据屏蔽要求的不同进行调整，一般PTC材料厚度在0.2mm-2mm之间，如一种碳黑添加量为20％的PTC材料包缚而成的抗干扰非金属线缆对600MHz的屏蔽效果为47dB；再将包缚而成的碳纤维线缆进行表面辐照处理，以增加材料的抗老化稳定性能，照光剂量为0.1至15百万拉德之间，不同的照光剂量可以得到不同的材料稳定性，如光照剂量为12百万拉德得到的碳纤维抗干扰非金属电缆在65℃相对湿度90％的条件下，经过3000次循环试验，电性能基本上不变；碳纤维线缆经辐照处理后，进行热处理消除内应力，一般热处理温度为120℃，3个小时；最后对线缆进行外护套的包缚处理，一般是包缚无烟低卤的阻燃聚乙烯，也可以根据应用场合的不同包缚更高耐温等级、阻燃、优异抗老化性能的氟塑料；外护套包缚而成的碳纤维，即为抗干扰非金属线缆。
本抗干扰非金属线缆，是采用高导电功能的碳纤维作为导体，通过特殊的表面处理，进一步提高碳纤维的导电性和电磁性能，具有较高的电磁屏蔽性。本发明制成的抗干扰非金属线缆，在20-2000MHz的电信号范围内，材料的屏蔽效果SE可达到45dB以上。
图1为本抗干扰非金属线缆的结构示意图。
具体实施例方式如图1所示，本抗干扰非金属线缆由碳纤维复合体1外包覆一层PTC材料层2，PTC材料外包覆一层绝缘护套3组成。
本专利采用碳纤维作为一种导体，在非金属抗干扰线缆中起到导电的作用。根据应运场合对导电性能的不同要求，可以采用不同规格的碳纤维材料，如不同的比表面积、纤维股数、长径比来决定材料的导电性能。例如本专利中使用的碳纤维材料长径比为714时，对20-2000MHz的电磁波屏蔽效果为30dB。
同时碳纤维也作为一种载体，通过采取一些特殊的处理工艺如热处理、包覆金属、非金属等来提高碳纤维的电磁性能，使得碳纤维的电导率随热处理温度的升高而增大。其电阻率变化在1000℃以下，电阻率随温度的升高而急剧下降，在1000℃以上，变化较为缓慢，高温处理后得到的石墨纤维的导电率已经逐步接近导体，是电磁波的反射材料，具有较高的电磁屏蔽性。
还可以借助特殊的工艺处理方法得到进一步的提高碳纤维的导电性能和电磁屏蔽性能，这些方法包括在碳纤维表面包覆金属，镀覆SiC，沉积石墨碳粒，将纤维原料与其他成分混合制得复合碳纤维等。本专利中通过化学沉积的方法，表面沉积一层SiC，电导率为400s/cm，在频率为500MHz的情况下，测试其屏蔽效果为46dB。
经过特殊处理后的碳纤维，再通过熔融共挤的方法，使高导电性的碳纤维表面包覆一层具有特殊功效的PTC材料，可以通过PTC材料厚度的不同来调节屏蔽效果，可以接近于铜箔屏蔽的效果。
本发明经过PTC包覆而成的碳纤维，在其外层包覆不同材质的绝缘护套材料，这样就制成了具有优良屏蔽效果的抗干扰非金属线缆。
可以根据使用场合的不同，来选择护套材料，比如高温工作条件下采用耐温的PTFE、FEP、FFP等，一般工作条件下可以使用PP、PE等。
采用此种方法制成的抗干扰非金属电缆，在20-2000MHz的电信号范围内，材料的屏蔽效果SE可达到45dB以上。
本专利制造方法为1.利用直径为7u左右碳纤维作为基础(此规格碳纤维材料每米长度大概为600欧姆作用)，根据客户的不同需要进行编织，如需要200欧姆的米电阻，则将3根碳纤维进行并联编织；如需要100欧姆的米电阻，则将6根碳纤维进行并联编织；依此类推可以利用不同粒径的碳纤维制出各种阻值的碳纤维线缆2.将编织出来的不同米电阻的碳纤维线缆进行表面包缚。将碳纤维线缆通过一定截面积的挤出机模头，在其表面包缚一层具有特殊导电屏蔽功能的PTC材料，材料厚度可以根据屏蔽要求的不同进行调整，一般PTC材料厚度在0.2mm-2mm之间，如一种碳黑添加量为20％的PTC材料包缚而成的抗干扰非金属电缆对600MHz的屏蔽效果为47dB3.将包缚而成的碳纤维线缆进行表面辐照处理，以增加材料的抗老化稳定性能，照光剂量为0.1至15百万拉德之间，不同的照光剂量可以得到不同的材料稳定性，如光照剂量为12百万拉德得到的碳纤维抗干扰非金属电缆在65℃相对湿度90％的条件下，经过3000次循环试验，电性能基本上不变。
4.辐照处理后，进行热处理消除应力，一般热处理温度为120℃，3个小时。
5.最后对线缆进行外护套的包缚处理，一般是包缚无烟低卤的阻燃聚乙烯，也可以根据应用场合的不同包缚更高耐温阻燃、抗老化的氟塑料。
6.外护套包缚而成的碳纤维，即为抗干扰非金属线缆。
权利要求
1.一种抗干扰非金属线缆，其特征在于它采用碳纤维作为导体，本线缆包括碳纤维复合体，碳纤维复合体外包覆一层PTC材料，PTC材料外包覆一层绝缘护套。
2.如权利要求1所述的一种抗干扰非金属线缆，其特征在于所述的碳纤维复合体为碳纤维经热处理包覆一层金属或非金属。
3.如权利要求1或2所述的一种抗干扰非金属线缆，其特征在于所述的碳纤维复合体为碳纤维表面镀覆SiC，或沉积石墨、碳黑粒子。
4.如权利要求1所述的一种抗干扰非金属线缆的制造方法，其特征在于它先采用直径为7u左右碳纤维作为基础，根据客户的不同需要进行编织，如需要200欧姆的米电阻，则将3根碳纤维进行并联编织；如需要100欧姆的米电阻，则将6根碳纤维进行并联编织；依此类推可以利用不同粒径的碳纤维制出各种阻值的碳纤维线缆；然后将编织出来的不同米电阻的碳纤维线缆进行表面包缚将碳纤维线缆通过一定截面积的挤出机模头，在其表面包缚一层具有特殊导电屏蔽功能的PTC材料，材料厚度可以根据屏蔽要求的不同进行调整，一般PTC材料厚度在0.2mm-2mm之间，如一种碳黑添加量为20％的PTC材料包缚而成的抗干扰非金属线缆对600MHz的屏蔽效果为47dB；再将包缚而成的碳纤维线缆进行表面辐照处理，以增加材料的抗老化稳定性能，照光剂量为0.1至15百万拉德之间，不同的照光剂量可以得到不同的材料稳定性，如光照剂量为12百万拉德得到的碳纤维抗干扰非金属电缆在65℃相对湿度90％的条件下，经过3000次循环试验，电磁性能基本上不变；碳纤维线缆经辐照处理后，进行热处理消除内应力，一般热处理温度为120℃，3个小时；最后对线缆进行外护套的包缚处理，一般是包缚无烟低卤的阻燃聚乙烯，也可以根据应用场合的不同包缚更高耐温等级、阻燃、优异抗老化的氟塑料；外护套包缚而成的碳纤维，即为抗干扰非金属线缆。
全文摘要
一种抗干扰非金属线缆，涉及一种用于通讯、其他信号传输领域的抗干扰、起屏蔽作用的新型非金属线缆。其主要技术特征是它采用碳纤维作为导体，本电缆包括碳纤维复合体，碳纤维复合体外包覆一层PTC材料，PTC材料外包覆一层绝缘护套。采用此种方法制成的抗干扰非金属电缆，在20－2000MHz的电信号范围内，材料的屏蔽效果SE可达到45dB以上。
文档编号H01B7/17GK1805066SQ20061004925
公开日2006年7月19日 申请日期2006年1月24日 优先权日2006年1月24日
发明者袁建波, 丁海燕 申请人:袁大铭