线缆的制作方法

专利名称：线缆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种线缆，尤其涉及一种基于碳纳米管的线缆。
背景技术：
线缆是电子产业里较为常用的信号传输线材，微米级尺寸的线缆更广泛应用 在IT产品、医学仪器、空间设备中。传统的线缆内部设置有两个导体，内导体用以传输 电信号，外导体用以屏蔽传输的电信号并且将其封闭在内部，从而使线缆具有高频损耗 低、屏蔽及抗干扰能力强、使用频带宽等特性，请参见文献“Electromagnetic Shielding of High-Voltage Cables，，(Μ. De Wulf, P. Wouters et al. , Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 316，e908_e901(2007))。一般情况下，线缆从内至外的结构依次为形成内导体的缆芯、包覆在缆芯外表面 的绝缘结构、形成外导体的屏蔽结构和保护结构。其中，缆芯用来传输电信号，现有技术中 缆芯材料以铜、铝或铜锌合金等金属材料为主。以金属材料作为缆芯的线缆，质量及直径较 大，其机械强度尤其是延展性较小，无法满足某些特定条件，如航天领域、空间设备及超细 微线缆的应用。

发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种具有较好的机械强度及延展性的线缆。一种线缆，包括至少一个缆芯、包覆在缆芯外的至少一绝缘结构、包覆在绝缘结构 外的至少一屏蔽结构和包覆在屏蔽结构外的一保护结构，其中，所述缆芯包括一金属线状 结构及一碳纳米管层，所述碳纳米管层包覆于该金属线状结构的表面，所述碳纳米管层为 一连续的层状结构，所述碳纳米管层包括多个碳纳米管，所述多个碳纳米管通过范德华力 相连。一种线缆，包括至少一个缆芯、包覆在缆芯外的至少一绝缘结构、包覆在绝缘结构 外的至少一屏蔽结构和包覆在屏蔽结构外的一保护结构，其中，所述缆芯包括一金属线状 结构及至少一碳纳米管膜或至少一碳纳米管线，所述至少一碳纳米管膜或至少一碳纳米管 线缠绕于该金属线状结构的表面，所述至少一碳纳米管膜或至少一碳纳米管线中大多数碳 纳米管通过范德华力首尾相连且择优取向延伸。与现有技术相比较，本发明提供的线缆由于缆芯采用缠绕有碳纳米管层的金属线 状结构，而碳纳米管层中的碳纳米管具有较好的机械强度及延展性，因此，使得所述线缆在 较小的直径及质量下，仍然具有优异的机械强度和延展性，可以实现航天领域、空间设备及 超细微线缆的应用。


图1是本发明第一实施例提供的线缆的截面结构示意图。图2是本发明第一实施例提供的线缆中缆芯的扫描电镜照片。
图3是本发明第一 实施例提供的线缆中缆芯的结构示意图。
图4是本发明第一 实施例提供的线缆中碳纳米管拉膜的扫描电镜照片
图5是本发明第二.实施例提供的线缆的截 3结构示意图。
图6是本发明第三实施例提供的线缆的截 3结构示意图。
主要元件符号说明
线缆10，20，30
缆芯110,210,310
金属线状结构111
碳纳米管层112
绝缘结构120，220，320
屏蔽结构130，230，330
保护结构140，240，340
具体实施例方式以下将结合附图详细说明本发明实施例线缆的结构及其制备方法。请参阅图1，本发明第一实施例提供一种线缆10，该线缆10包括一缆芯110、包覆 在缆芯110外的绝缘结构120、包覆在绝缘结构120外的屏蔽结构130和包覆在屏蔽结构 130外的保护结构140。其中，上述缆芯110、绝缘结构120、屏蔽结构130和保护结构140 为同轴设置。请参阅图2及图3，该缆芯110包括一金属线状结构111以及一包覆该金属线状 结构111表面的碳纳米管层112。该金属线状结构111为长径比较大的结构，其具有一定 的强度，可以起到支撑所述碳纳米管层112的作用。所述金属线状结构111的材料可为金、 银、铜、锡或其任意组合的合金中的一种，其直径不限，可根据实际需要制备。一般地，所述 金属线状结构111的直径可为4. 5纳米至1毫米，优选的，所述金属线状结构111的直径为 10微米 100微米。本实施例中所述金属线状结构111的材料为金，其直径为18微米。所述碳纳米管层112为一连续的层状结构，所述碳纳米管层112由多个碳纳米管 组成，所述碳纳米管层112中的大多数碳纳米管沿所述金属线状结构111的轴向环绕设置 于该金属线状结构111的表面。具体地，所述碳纳米管层112是由至少一碳纳米管结构沿 所述金属线状结构111的轴向紧密缠绕而形成的，所述“紧密缠绕”是指碳纳米管层112与 所述金属线状结构111的表面完全接触，碳纳米管层112中的碳纳米管包覆在所述金属线 状结构111的表面；另一方面，由于通常情况下制备的碳纳米管结构具有一定的宽度，并且 金属线状结构111的延伸长度远大于所述碳纳米管结构的宽度，因此所述“紧密缠绕”也意 味着当具有一定宽度的碳纳米管结构沿所述金属线状结构111的轴向缠绕时，所述碳纳米 管结构的边缘部分彼此重叠或紧密并排。优选地，该碳纳米管结构为一自支撑结构，且缠绕 包覆于该金属线状结构111的整个表面。更优选地，该碳纳米管结构沿该金属线状结构111 的轴向螺旋缠绕并包覆于该金属线状结构111的表面，即所述碳纳米管结构中的大多数碳 纳米管基本绕该缆芯110的轴向螺旋状延伸。所述碳纳米管层112的厚度与碳纳米管结 构包覆的方式与层数相关，可为1. 5纳米至1毫米，优选的，所述碳纳米管层112的厚度可 为1. 5微米 20微米，且所述碳纳米管层112的厚度与金属线状结构111的直径的比例为1 60 2 1。本实施例中所述碳纳米管层112的厚度为12微米。具体地，所述碳纳米管结构由若干碳纳米管组成。所述碳纳米管结构中碳纳米管 未经过任何化学修饰或功能化处理，即所述碳纳米管结构为一纯碳纳米管结构。而且，所述 碳纳米管结构中碳纳米管均勻分布。具体地，所述碳纳米管结构中若干碳纳米管可无序排 列或有序排列。所谓无序排列是指碳纳米管的排列方向无规则。所谓有序排列是指碳纳米 管的排列方向有规则。具体地，当碳纳米管结构包括无序排列的碳纳米管时，碳纳米管相互 缠绕或者各向同性排列；当碳纳米管结构包括有序排列的碳纳米管时，碳纳米管沿一个方 向或者多个方向择优取向延伸。所谓“择优取向”是指所述碳纳米管结构中的大多数碳纳 米管在一个方向上具有较大的取向几率；即，该碳纳米管结构中的大多数碳纳米管的轴向 基本沿同一方向延伸。具体地，所述碳纳米管结构为至少一个碳纳米管膜、至少一个碳纳米 管线或其组合。所述碳纳米管膜或碳纳米管线为碳纳米管组成的纯结构，其中碳纳米管未 经过任何化学修饰或功能化处理。优选地，所述碳纳米管膜或碳纳米管线为自支撑结构。所述碳纳米管膜可以为碳纳米管拉膜、碳纳米管碾压膜和碳纳米管絮化膜，本实 施例优选为碳纳米管拉膜。请参阅图4，所述碳纳米管拉膜是由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述若干 碳纳米管沿同一方向择优取向延伸。该碳纳米管拉膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基 本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管拉膜的表 面。进一步地，所述碳纳米管拉膜中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述 碳纳米管拉膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上 相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。当然，所述碳纳米管拉膜中存在少数随机排列的 碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管拉膜中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显 影响。所述碳纳米管拉膜不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体 上悬空而保持自身膜状状态，即将该碳纳米管膜置于(或固定于)间隔设置的两个支撑体 上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜能够悬空保持自身膜状状态。具体地，所述碳纳米管拉膜中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管，并非绝对的 直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。 因此，不能排除碳纳米管拉膜的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之 间可能存在部分接触。具体地，所述碳纳米管拉膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段。该若干碳 纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段包括多个相互平行的碳纳米管，该 多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、 均勻性及形状。该碳纳米管拉膜中的碳纳米管沿同一方向择优取向延伸。所述碳纳米管拉膜可通过从碳纳米管阵列直接拉取获得。从碳纳米管阵列中拉 取获得所述碳纳米管拉膜的具体方法包括(a)从所述碳纳米管阵列中选定一碳纳米管片 段，本实施例优选为采用具有一定宽度的胶带或粘性基条接触该碳纳米管阵列以选定具有 一定宽度的一碳纳米管片段；(b)通过移动该拉伸工具，以一定速度拉取该选定的碳纳米 管片段，从而首尾相连的拉出若干碳纳米管片段，进而形成一连续的碳纳米管拉膜。该若干 碳纳米管相互并排使该碳纳米管片段具有一定宽度。当该被选定的碳纳米管片段在拉力作 用下沿拉取方向逐渐脱离碳纳米管阵列的生长基底的同时，由于范德华力作用，与该选定的碳纳米管片段相邻的其它碳纳米管片段首尾相连地相继地被拉出，从而形成一连续、均 勻且具有一定宽度和择优取向的碳纳米管拉膜。可以理解，通过将若干碳纳米管拉膜平行层叠铺设，可以制备不同面积与厚度的 碳纳米管膜。所述碳纳米管拉膜的厚度可为0.5纳米 100微米。当碳纳米管膜包括多 个层叠设置的碳纳米管拉膜时，相邻的碳纳米管拉膜中的碳纳米管的延伸方向形成一夹角 α，0° < α <90°。所述碳纳米管拉膜的结构及其制备方法请参见2010年5月沈日公 告的，公告号为CN101239712B的中国发明专利说明书。所述碳纳米管碾压膜包括均勻分布的若干碳纳米管，该若干碳纳米管无序、沿同 一方向或不同方向择优取向延伸，该若干碳纳米管的轴向沿同一方向或不同方向延伸。所 述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管相互部分交叠，并通过范德华力相互吸引，紧密结合。所述 碳纳米管碾压膜可通过碾压一碳纳米管阵列获得。该碳纳米管阵列形成在一基体表面，所 制备的碳纳米管碾压膜中的碳纳米管与该碳纳米管阵列的基体的表面成一夹角β，其中， β大于等于0度且小于等于15度(0° < β < 15° )。优选地，所述碳纳米管碾压膜中的 碳纳米管的轴向基本平行于该碳纳米管碾压膜的表面。依据碾压的方式不同，该碳纳米管 碾压膜中的碳纳米管具有不同的排列形式。该碳纳米管碾压膜的面积和厚度不限，可根据 实际需要选择。该碳纳米管碾压膜的面积与碳纳米管阵列的尺寸基本相同。该碳纳米管碾 压膜厚度与碳纳米管阵列的高度以及碾压的压力有关，可为1微米 100微米。所述碳纳 米管碾压膜及其制备方法请参见2008年12月3日公开的，公开号为CN101314464A的中国 发明专利申请公开说明书。所述碳纳米管絮化膜包括相互缠绕的碳纳米管，该碳纳米管长度可大于10厘米。 所述碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕等搭接方式，形成网络状结构。所述碳纳米 管絮化膜各向同性。所述碳纳米管絮化膜中的碳纳米管为均勻分布，无规则排列，形成大量 的微孔结构。可以理解，所述碳纳米管絮化膜的长度、宽度和厚度不限，可根据实际需要选 择，厚度可为ι微米 100微米。所述碳纳米管絮化膜及其制备方法请参见2010年5月15 日公告的，公告号为CN101284662B的中国发明专利说明书。当所述碳纳米管结构包括碳纳米管线时，所述碳纳米管线可为一非扭转的碳纳米 管线或扭转的碳纳米管线。所述非扭转的碳纳米管线可包括多个沿该非扭转的碳纳米管线轴向方向延伸的 碳纳米管。非扭转的碳纳米管线可通过将碳纳米管拉膜通过有机溶剂处理得到。具体地，该 碳纳米管拉膜包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一 碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具 有任意的长度、厚度、均勻性及形状。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0. 5纳米-1 毫米。具体地，可将有机溶剂浸润所述碳纳米管拉膜的整个表面，在挥发性有机溶剂挥发时 产生的表面张力的作用下，碳纳米管拉膜中的相互平行的多个碳纳米管通过范德华力紧密 结合，从而使碳纳米管拉膜收缩为一非扭转的碳纳米管线。该有机溶剂为挥发性有机溶剂， 如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。通过有机溶剂处理的非扭转碳 纳米管线与未经有机溶剂处理的碳纳米管膜相比，比表面积减小，粘性降低。所述扭转的碳纳米管线包括多个绕该扭转的碳纳米管线轴向螺旋延伸的碳纳米 管。该碳纳米管线可采用一机械力将所述碳纳米管拉膜两端沿相反方向扭转获得。进一
7步地，可采用一挥发性有机溶剂处理该扭转的碳纳米管线。在挥发性有机溶剂挥发时产生 的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结 合，使扭转的碳纳米管线的比表面积减小，密度及强度增大。所述碳纳米管线及其制备方法请参见范守善等人于2002年9月16日申请的， 2008年8月20日公告的，公告号为CN100411979C的中国发明专利说明书；以及于2005年 12月16日申请的，2009年6月17日公告的，公告号为CN100500556C的中国发明专利说明书。需要说明的是，当所述碳纳米管层112由碳纳米管拉膜或非扭转的碳纳米管线组 成时，所述缆芯110由所述金属线状结构111及紧密缠绕在该金属线状结构111表面的碳 纳米管拉膜或非扭转的碳纳米管线组成，所述碳纳米管层112由若干碳纳米管组成，所述 碳纳米管层112中的大多数碳纳米管基本沿所述金属线状结构111的轴向螺旋延伸。该若 干碳纳米管中的大多数碳纳米管沿该金属线状结构111的轴向缠绕于该金属线状结构111 的表面，且该大多数碳纳米管与其延伸方向上的相邻碳纳米管通过范德华力首尾相连。具 体地，所述碳纳米管层112中大多数碳纳米管均首尾相连地沿着金属线状结构111的轴向 螺旋延伸，该大多数碳纳米管中每一碳纳米管的延伸方向与所述金属线状结构111的轴向 形成一定的交叉角α，0° < α <90°。该碳纳米管复合线状结构中大多数的碳纳米管与 所述金属线状结构111的轴向具有基本相同的交叉角。当所述碳纳米管层112由碳纳米管絮化膜组成时，所述缆芯110由所述金属线状 结构111及紧密缠绕在该金属线状结构111表面的碳纳米管絮化膜组成，所述碳纳米管絮 化膜由若干碳纳米管组成，该若干碳纳米管相互搭接形成网络状，且沿所述金属线状结构 111的轴向紧密地、均勻地环绕设置在该金属线状结构111的表面。当所述碳纳米管层112由所述碳纳米管碾压膜组成时，所述缆芯110由所述金属 线状结构111及紧密缠绕在该金属线状结构111表面的碳纳米管碾压膜组成。若所述碳纳 米管碾压膜中的碳纳米管无序排列，则所述碳纳米管沿所述金属线状结构111的轴向无序 地、均勻地、紧密地环绕设置在该金属线状结构111表面。若所述碳纳米管碾压膜中的碳纳 米管沿同一方向或多个方向择优延伸时，沿同一个方向择优取向延伸的碳纳米管与所述金 属线状结构111的轴向形成相同的交叉角，且该夹角大于0°且小于等于90° ；另外，该沿 多个方向择优取向延伸的碳纳米管环绕该金属线状结构111紧密排列，且同一个延伸方向 上的碳纳米管与所述金属线状结构111的轴向基本具有相同的夹角。当所述碳纳米管层112由扭转的碳纳米管线组成时，所述缆芯110由所述金属线 状结构111及紧密无间隙缠绕在该金属线状结构111表面的扭转的碳纳米管线组成。该扭 转的碳纳米管线中的碳纳米管紧密无间隙地沿该金属线状结构111的轴向环绕该金属线 状结构111均勻分布。本实施例中所述缆芯110的制备方法主要包括以下步骤a.提供金属线状结构111及碳纳米管结构；以及b.将所述碳纳米管结构缠绕于所述金属线状结构111的表面。其中，步骤a中的金属线状结构111 一般为金属线或金属丝。该金属线状结构111 具有一定的强度，可以起到支撑所述碳纳米管结构的作用。所述碳纳米管结构为至少一碳 纳米管膜、至少一碳纳米管线状结构或其组合。所述碳纳米管膜可以为碳纳米管拉膜、碳纳米管絮化膜、碳纳米管碾压膜等。所述碳纳米管线状结构可以为非扭转的碳纳米管线或扭 转的碳纳米管线。本实施例中碳纳米管结构优选为碳纳米管拉膜。所述碳纳米管拉膜或非 扭转的碳纳米管线可以从一碳纳米管阵列中直接拉取获得。步骤b可以通过下述方法实现第一种方法，将所述碳纳米管结构一端粘附于所述金属线状结构111，旋转所述金 属线状结构111，同时控制该金属线状结构111做直线运动或控制所述碳纳米管结构做直 线运动，使得所述碳纳米管结构缠绕于该金属线状结构111，进而实现连续制备缆芯110。 其中，所述碳纳米管结构可以不旋转，也可以与该金属线状结构111反向旋转。第二种方法，将所述碳纳米管结构一端粘附于所述金属线状结构111，围绕该金属 线状结构111旋转所述碳纳米管结构，同时控制该金属线状结构111沿其轴向做直线运动， 从而使得该碳纳米管结构连续不断地缠绕于该金属线状结构111的表面，进而实现连续制 备所述缆芯110。所述绝缘结构120用于电气绝缘，可以选用聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙 烯、泡沫聚乙烯组合物或纳米粘土-高分子复合材料。纳米粘土-高分子复合材料中纳米 粘土是纳米级层状结构的硅酸盐矿物，是由多种水合硅酸盐和一定量的氧化铝、碱金属氧 化物及碱土金属氧化物组成，具耐火阻燃等优良特性，如纳米高岭土或纳米蒙脱土。高分子 材料可以选用硅树脂、聚酰胺、聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯等，但并不以此为限。本实施例优 选泡沫聚乙烯组合物。所述屏蔽结构130由一导电材料形成，用以屏蔽电磁干扰或无用外部信号干扰。 具体地，所述屏蔽结构130可由多股金属线编织或用金属膜卷覆在绝缘结构120外形成，也 可由多个碳纳米管线、单层有序碳纳米管膜、多层有序碳纳米管膜或无序碳纳米管膜缠绕 或卷覆在绝缘结构120外形成，或可由含有碳纳米管的复合材料直接包覆在绝缘结构120 表面。当所述屏蔽结构130由金属膜或金属线构成时，该金属膜或金属线的材料可以选 择为铜、金或银等导电性好的金属或其任意组合的合金。当所述屏蔽结构130由碳纳米管线、单层有序碳纳米管膜或多层有序碳纳米管膜 构成时，该碳纳米管线、单层有序碳纳米管膜或多层有序碳纳米管膜包括多个碳纳米管片 段，每个碳纳米管片段具有大致相等的长度且每个碳纳米管片段由多个相互平行的碳纳米 管构成，碳纳米管片段两端通过范德华力相互连接。所述碳纳米管线可通过对碳纳米管膜 进行处理获得。所述碳纳米管线可包括多个绕碳纳米管线轴向螺旋延伸的碳纳米管或包括 多个沿碳纳米管线长度方向延伸并首尾相连的碳纳米管。当所述屏蔽结构130由复合材料构成时，该复合材料可以为金属与碳纳米管 的复合或聚合物与碳纳米管的复合。该聚合物材料可以选择为聚对苯二甲酸乙二醇酯 (Polyethylene Terephthalate, PET)、聚碳酸酉旨(Polycarbonate，PC)、丙j；希月青一丁二j；希丙 烯-苯乙烯共聚物(Acrylonitrile-Butadiene Styrene Terpolymer，ABS)、聚碳酸酯 / 丙 烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(PC/ABQ等高分子材料。将碳纳米管均勻分散于上述聚合 物材料的溶液中，并将该混合溶液均勻涂覆于绝缘结构120表面，待冷却后形成一含碳纳 米管的聚合物层。可以理解，该屏蔽结构130还可由碳纳米管复合膜或碳纳米管复合线状 结构包裹或缠绕在绝缘结构120外形成。具体地，所述碳纳米管复合膜或碳纳米管复合线状结构中的碳纳米管有序排列，并且，该碳纳米管表面包覆至少一层导电材料。进一步地， 该屏蔽结构130还可由上述多种材料在绝缘结构120外组合构成。本实施例所述屏蔽结构 130的材料优选为碳纳米管线。所述保护结构140由绝缘材料制成，可以选用纳米粘土-高分子材料的复合材料， 其中纳米粘土可以为纳米高岭土或纳米蒙脱土，高分子材料可以为硅树脂、聚酰胺、聚烯烃 如聚乙烯或聚丙烯等，但并不以此为限。本实施例优选纳米蒙脱土 -聚乙烯复合材料，其具 有良好的机械性能、耐火阻燃性能、低烟无卤性能，不仅可以为线缆10提供保护，有效抵御 机械、物理或化学等外来损伤，同时还能满足环境保护的要求。本实施例所述保护结构140 的材料优选为纳米蒙脱土-聚乙烯复合材料。本发明实施例中线缆10的制备方法主要包括以下步骤步骤一提供一缆芯110，并在所述缆芯110表面包覆所述绝缘结构120。首先，提供一绝缘材料，本发明实施例中，所述绝缘材料为熔融的泡沫聚乙烯组合 物；其次，通过一挤压装置将所述绝缘材料包覆在所述缆芯110的外表面，冷却后形成所述 绝缘结构120。当所述绝缘结构120为两层或两层以上时，可重复上述步骤。步骤二 在绝缘结构120的外表面包覆所述屏蔽结构130。首先，提供一屏蔽材料，该屏蔽材料可为一带状结构。其次，将该屏蔽材料围绕所 述绝缘材料卷覆，进而形成所述屏蔽结构130。该屏蔽材料可选用一金属膜、碳纳米管膜或 碳纳米管复合膜等膜状结构或碳纳米管线、碳纳米管复合线状结构或金属线等线状结构。 另外，所述屏蔽材料也可由上述多种材料形成的编织层共同组成，并通过粘结剂粘结或直 接缠绕在所述绝缘材料外表面。本发明实施例中，所述屏蔽材料由多个碳纳米管线组成，该碳纳米管线直接或编 织成网状缠绕在所述绝缘材料外。每个碳纳米管线包括一扭转的碳纳米管线或非扭转的碳 纳米管线。所述非扭转的碳纳米管线可为将从碳纳米管阵列中直接拉取获得的碳纳米管膜 通过有机溶剂处理得到，该非扭转的碳纳米管线包括多个沿碳纳米管线长度方向延伸并首 尾相连的碳纳米管。所述扭转的碳纳米管线可为采用一机械力将所述碳纳米管膜两端沿相 反方向扭转获得。该扭转的碳纳米管线包括多个绕碳纳米管线轴向螺旋延伸的碳纳米管。优选地，所述带状结构的屏蔽材料沿纵向边缘进行重叠，形成所述屏蔽结构130， 以便完全屏蔽缆芯110。所述碳纳米管线、碳纳米管复合线状结构或金属线等线状结构的屏 蔽材料可直接或编织成网状缠绕在绝缘材料的外表面。可以理解，当所述屏蔽结构130为 两层或两层以上结构时，可重复上述步骤。该采用碳纳米管线形成的屏蔽结构130质量较 轻。步骤三在屏蔽结构130的外表面包覆所述保护结构140。首先，提供一保护材料，本实施例优选熔融的纳米蒙脱土 -聚乙烯复合材料；其 次，将所述保护材料可通过一挤压装置包覆到所述屏蔽结构外表面，冷却后形成所述保护 结构140。请参阅图5，本发明第二实施例提供一种线缆20，其与第一实施例提供的线缆10 的结构基本相同，所述线缆20包括一屏蔽结构230，一保护结构M0，其不同在于，所述线缆 20包括多个缆芯210 (图5中共显示七个缆芯)及多个绝缘结构220。所述线缆20中每一 缆芯210外均覆盖一绝缘结构220，且所述覆盖有绝缘结构220的多个缆芯210彼此平行紧密排列形成一束状结构，所述屏蔽结构230包覆于所述束状结构的外表面，所述保护结构 240包覆于所述屏蔽结构230的外表面。屏蔽结构230和绝缘结构220的间隙内可进一步 填充有绝缘材料。本实施例中所述线缆20包括多个平行紧密排列的缆芯210，可进一步提 高所述线缆20的机械强度以及韧性。其中，所述每一缆芯210及绝缘结构220、屏蔽结构 230和保护结构MO的结构、材料及制备方法与第一实施例中的缆芯110、绝缘结构120、屏 蔽结构130和保护结构140的结构、材料及制备方法基本相同。请参阅图6，本发明第三实施例提供一种线缆30，其与第二实施例提供的线缆20 的结构基本相同，所述线缆30包括多个缆芯310(图6中共显示五个缆芯)、多个绝缘结构 320、一保护结构340，其不同在于，所述线缆30包括多个屏蔽层330。所述线缆30中每一 缆芯310的外表面由内向外依次覆盖一绝缘结构320和一屏蔽结构330，所述多个覆盖有 绝缘结构320及屏蔽结构330的缆芯310彼此平行紧密排列形成一束状结构，所述保护结 构340包覆于所述束状结构的外表面。本实施例中所述每一屏蔽结构330对各个缆芯310 进行单独的屏蔽，这样不仅可以防止外来因素对缆芯310内部传输的电信号造成干扰而且 可以防止各缆芯310内传输的不同电信号间相互发生干扰。其中，每个缆芯310、绝缘结构 320、屏蔽结构330和保护结构340的结构、材料及制备方法与第一实施例中的缆芯110、绝 缘结构120、屏蔽结构130和保护结构140的结构、材料及制备方法基本相同。本发明提供的线缆的缆芯为包覆有碳纳米管层的金属线状结构，当所述金属线状 结构为直径18微米的金丝、碳纳米管层的厚度为12微米时，所述缆芯的延展率可以从纯 金丝时的5%提高到10%。这是由于碳纳米管层紧密包覆于所述金属线状结构表面，所述 碳纳米管层将施加于缆芯的力较均勻的分散于整个缆芯，并且碳纳米管本身具有较好的韧 性，从而能够提高所述缆芯的抗拉伸能力，也意味着具有所述缆芯的线缆的抗拉伸能力得 到进一步的提高。同时，由于碳纳米管具有良好的导电性，因此可进一步提高所述线缆的导 电能力。本发明提供的线缆具有以下优点首先，由于碳纳米管具有优异的力学性能，且具 有中空的管状结构，因此，该含有碳纳米管的线缆具有比采用纯金属缆芯的线缆更高的机 械强度、更轻的质量，尤其是具有更好的延展性，适合特殊领域，如航天领域及空间设备的 应用。其次，采用碳纳米管包覆的金属线状结构作为缆芯比采用纯金属线作为缆芯具有更 好的导电性。再次，由于碳纳米管层可以通过直接从碳纳米管阵列中拉取制造，该方法简 单、成本较低。另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精 神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
权利要求
1.一种线缆，包括至少一个缆芯、包覆在缆芯外的至少一绝缘结构、包覆在绝缘结构外 的至少一屏蔽结构和包覆在屏蔽结构外的一保护结构，其特征在于，所述缆芯包括一金属 线状结构及一碳纳米管层，所述碳纳米管层包覆于该金属线状结构的表面，所述碳纳米管 层为一连续的层状结构，所述碳纳米管层由多个碳纳米管组成，所述多个碳纳米管通过范 德华力相连。
2.如权利要求1所述的线缆，其特征在于，所述碳纳米管层中的大多数碳纳米管沿所 述金属线状结构的轴向环绕设置于该金属线状结构的表面。
3.如权利要求2所述的线缆，其特征在于，所述碳纳米管层中的大多数碳纳米管基本 沿所述金属线状结构的轴向螺旋延伸。
4.如权利要求3所述的线缆，其特征在于，所述大多数碳纳米管中每一碳纳米管与其 延伸方向上的相邻碳纳米管通过范德华力首尾相连。
5.如权利要求3所述的线缆，其特征在于，所述大多数碳纳米管中每一碳纳米管的延 伸方向与所述金属线状结构的轴向形成交叉角α，0° < α <90°。
6.如权利要求1所述的线缆，其特征在于，所述碳纳米管层中的大多数碳纳米管相互 搭接成网络状，且环绕设置于该金属线状结构的表面。
7.如权利要求1所述的线缆，其特征在于，所述碳纳米管层包覆于该金属线状结构的 整个表面。
8.如权利要求1所述的线缆，其特征在于，所述碳纳米管层的厚度为1.5微米至10微 米。
9.如权利要求1所述的线缆，其特征在于，所述碳纳米管层的厚度与缆芯直径的比例 为 1 60 至 2 1。
10.如权利要求1所述的线缆，其特征在于，所述碳纳米管层的厚度为12微米，所述金 属线状结构的直径为18微米，所述缆芯的延展率为10%。
11.如权利要求1所述的线缆，其特征在于，所述的线缆为同轴线缆，该同轴线缆包括 由内至外同轴依次设置的一个缆芯、包覆缆芯外表面的一个绝缘结构、包覆绝缘结构外表 面的一个屏蔽结构和包覆屏蔽结构外表面的一个保护结构。
12.如权利要求1所述的线缆，其特征在于，所述的线缆包括多个缆芯、多个分别包覆 在每一个缆芯外的绝缘结构、包覆绝缘结构外的一个屏蔽结构和包覆在屏蔽结构外的一个 保护结构，所述多个缆芯彼此平行排列。
13.如权利要求1所述的线缆，其特征在于，所述的线缆包括多个缆芯、多个分别包覆 在每一个缆芯外的绝缘结构、多个分别包覆在每一个绝缘结构外的屏蔽结构和包覆在屏蔽 结构外的一个保护结构，所述多个缆芯彼此平行排列。
14.一种线缆，包括至少一个缆芯、包覆在缆芯外的至少一绝缘结构、包覆在绝缘结构 外的至少一屏蔽结构和包覆在屏蔽结构外的一保护结构，其特征在于，所述缆芯包括一金 属线状结构及至少一碳纳米管膜或至少一碳纳米管线，所述至少一碳纳米管膜或至少一碳 纳米管线缠绕于该金属线状结构的表面，所述至少一碳纳米管膜或至少一碳纳米管线为由 多个碳纳米管组成的纯结构，所述至少一碳纳米管膜或至少一碳纳米管线中大多数碳纳米 管通过范德华力首尾相连且择优取向延伸。
15.如权利要求14所述的线缆，其特征在于，所述至少一碳纳米管膜或至少一碳纳米管线为自支撑结构。
16.如权利要求14所述的线缆，其特征在于，所述至少一碳纳米管膜或至少一碳纳米 管线螺旋缠绕于所述金属线状结构表面。
全文摘要
本发明涉及一种线缆，包括一缆芯、依次包覆在该缆芯外的一绝缘结构、一屏蔽结构和一保护结构，其中，所述缆芯包括一金属线状结构及一碳纳米管层，所述碳纳米管层包覆于该金属线状结构的表面，所述碳纳米管层为一连续的层状结构，所述碳纳米管层包括多个碳纳米管，所述多个碳纳米管通过范德华力相连。
文档编号H01B7/18GK102063959SQ20101054960
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者范守善, 魏洋 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司