一种轻质全碳电缆及制备方法

文档序号:10490309
一种轻质全碳电缆及制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种轻质全碳电缆及制备方法,包括绝缘保护层、轻质屏蔽层、薄层绝缘套和内导线,内导线外侧设有薄层绝缘套,若干跟内导线互捻后外侧设置轻质屏蔽层,轻质屏蔽层外侧包覆有绝缘保护层,所述内导线包括N≥1根导电单元相互缠绕而成,导电单元为直径为10nm~100 um的金属化纤维,金属化纤维包括非金属纤维和设置在非金属纤维外厚度为10nm~50 um的导电层。直接在高强度非金属纤维表面包覆导电层,保持了非金属纤维纤维柔顺性,同时有效的提高了金属化纤维的导电性,进而提高了电缆的型号传输能力;而且该操作简单,且易于大范围的工业化生产;该款电缆来代替常规的铜芯电缆线,其抗绕折度也会得到很大的提高,而且还能大大地降低导线的重量。
【专利说明】
一种轻质全碳电缆及制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及新型电缆加工技术领域,具体为一种轻质全碳电缆及制备方法。
【背景技术】
[0002]近几十年,全球通信迅猛发展,如卫星通信、光纤通信、数字程控交换技术等的不断进步,以及卫星电视广播网、分组交换网、用户电话网、国际互联网络等通信网的建设,通信作为社会发展的基础设施和发展经济的基本要素,越来越受到世界各国的高度重视和大力发展。
[0003]在现代社会,通讯技术起到了关键作用。同时,随着科学技术和社会经济的快速发展,人们通讯传输介质的提出了越来越高的要求,电缆是通讯传输中不可缺少的单元。一直以来,电缆中的导体及屏蔽材料均为高密度的金属材料,在利用金属材料提供可靠的载流性能及屏蔽效能的同时,也需要承担其重量大的不足,(以最常用的金属铜、铝为例,其密度分别为8.9 g/cmqP2.7 g/cm3),因此电缆轻量化一直是西方发达国家高度重视的前沿科学问题亦是亟待解决的技术难题。以轻质纳米碳材料来替代电缆中的金属材料的技术一旦突破,将从根本上降低电缆对高密度金属材料的依赖,为电缆技术带来革命性的的变化。目前西方发达国家在这方面的研究也处于起步阶段,但是已经看到了技术可行性与应用前景从而备受重视,而我国基本上尚未开展此方面的针对性布局与研究。

【发明内容】

[0004]本发明的目的在于提供一种制备工艺简单,易于大范围的工业化生产,代替常规的铜芯电缆线,其抗绕折度也会得到很大的提高,而且还能大大地降低电缆的重量,以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0005]为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种轻质全碳电缆,包括绝缘保护层、轻质屏蔽层、薄层绝缘套和内导线,内导线外侧设有薄层绝缘套,若干跟内导线互捻后外侧设置轻质屏蔽层,轻质屏蔽层外侧包覆有绝缘保护层,内导线包括I根导电单元相互缠绕而成,导电单元为直径为1nm?100 um的金属化纤维,金属化纤维包括非金属纤维和设置在非金属纤维外厚度为1nm?50 um的导电层。
[0006]优选的,非金属纤维为聚酯纤维、聚酰亚胺纤维、尼龙纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维中的一种。
[0007]优选的,导电层采用的材料为导电金属,导电金属为铜、银、铝、镍、钴、金中的一种或两种以上混合制成。
[0008]优选的,薄层绝缘套为高聚物绝缘层,采用的材料为聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺中的一种。
[0009]优选的,轻质屏蔽层为碳复合膜,碳复合膜为碳纳米管薄膜、石墨烯薄膜、碳纤维编织布中的一种。
[0010]优选的,绝缘保护层为高聚物绝缘层,采用的材料为聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、硅胶中的一种。
[0011 ]该轻质全碳电缆的制备方法,包括如下步骤:
(1)在非金属纤维的表面形成导电层制得金属化纤维,制得导电单元,将多根导电单元加捻使之相互缠绕,得到内导线,所述导电层采用电镀、化学镀、真空离子溅射法或真空蒸镀法在非金属纤维的外周形成;
(2)在金属化纤维表面形成薄层绝缘保护层制得金属化纤维电缆,所述保护层采用超声喷涂法或者将内导线依次侵入高聚物溶液或熔体,在内导线的表面分别形成;
(3)将若干根金属化纤维电缆采用并股机绞合在一起制得电缆芯;
(4)采用绕包的方式将轻质屏蔽层包覆在电缆芯的表面;再通过超声喷涂法或者将内导线依次侵入多种不同的高聚物溶液或熔体,利用表面张力作用,使高聚物溶液或熔体附着在内导线的表面,固化,从而在内导线的表面分别形成导体绝缘保护层,制得电缆。
[0012]与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本电缆直接在高强度非金属纤维表面包覆导电层,保持了非金属纤维纤维柔顺性,同时有效的提高了金属化纤维的导电性,进而提高了电缆的型号传输能力;而且该操作简单,且易于大范围的工业化生产;该款电缆来代替常规的铜芯电缆线,其抗绕折度也会得到很大的提高,而且还能大大地降低导线的重量。
【附图说明】
[0013]图1为本发明结构不意图;
图2为金属化纤维结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0015]请参阅图1,本发明提供一种技术方案:一种轻质全碳电缆,包括绝缘保护层1、轻质屏蔽层4、薄层绝缘套3和内导线,内导线外侧设有薄层绝缘套3,若干跟内导线互捻后外侧设置轻质屏蔽层4,轻质屏蔽层4外侧包覆有绝缘保护层I,内导线包括I根导电单元相互缠绕而成,导电单元为直径为1nm?100 um的金属化纤维2,金属化纤维2包括非金属纤维2a和设置在非金属纤维2a外厚度为1nm?50 um的导电层2b。
[0016]非金属纤维2a为聚酯纤维、聚酰亚胺纤维、尼龙纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维中的一种。导电层2b采用的材料为导电金属,导电金属为铜、银、铝、镍、钴、金中的一种或两种以上混合制成。薄层绝缘套3为高聚物绝缘层,采用的材料为聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺中的一种。轻质屏蔽层4为碳复合膜,碳复合膜为碳纳米管薄膜、石墨烯薄膜、碳纤维编织布中的一种。绝缘保护层I为高聚物绝缘层,采用的材料为聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、硅胶中的一种。
[0017]在本实施例中,非金属纤维2a为碳纤维丝束,每根碳纤维芯线的直径为80 um;导电层2b为镀铜层,其厚度为20um;绝缘保护层I为聚酯绝缘保护层。本实施例的内导线是由3000根镀铜碳纤维导电单元组成,目的是增强其电流承载能力。
[0018]该轻质全碳电缆的制备方法,包括如下步骤:
(I)在非金属纤维2a的表面形成导电层2b制得金属化纤维2,制得导电单元,将多根导电单元加捻使之相互缠绕,得到内导线,齐总的导电层2b采用电镀、化学镀、真空离子溅射法或真空蒸镀法在非金属纤维2a的外周形成;
(3)在金属化纤维2表面形成薄层绝缘保护层3制得金属化纤维电缆,所述保护层3采用超声喷涂法或者将内导线依次侵入高聚物溶液或熔体,在内导线的表面分别形成;
(4)将若干根金属化纤维电缆采用并股机绞合在一起制得电缆芯;
(5)采用绕包的方式将轻质屏蔽层4包覆在电缆芯的表面;再通过超声喷涂法或者将内导线依次侵入多种不同的高聚物溶液或熔体,利用表面张力作用,使高聚物溶液或熔体附着在内导线的表面,固化,从而在内导线的表面分别形成导体绝缘保护层I,制得电缆。
[0019]步骤(I)到(4)为连续过程,其中步骤(I)通过电镀将铜镀到碳纤维的表面,步骤
(2)通过共轴挤压方法将聚酯绝缘保护层挤压到内导线的表面,步骤(3)通过并股机将10根金属化纤维导线绞合在一起,步骤(4)通过绕包机将碳纳米管薄膜包覆在电缆芯上,在通过共轴挤压方法将聚乙烯绝缘保护层挤压到内导线的表面。
[0020]尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1.一种轻质全碳电缆,其特征在于:包括绝缘保护层、轻质屏蔽层、薄层绝缘套和内导线,所述内导线外侧设有薄层绝缘套,若干跟内导线互捻后外侧设置轻质屏蔽层,所述轻质屏蔽层外侧包覆有绝缘保护层,所述内导线包括I根导电单元相互缠绕而成,导电单元为直径为1nm?100 um的金属化纤维,所述金属化纤维包括非金属纤维和设置在非金属纤维外厚度为1nm?50 um的导电层。2.根据权利要求1所述的一种轻质全碳电缆,其特征在于:所述非金属纤维为聚酯纤维、聚酰亚胺纤维、尼龙纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维中的一种。3.根据权利要求1所述的一种轻质全碳电缆,其特征在于:所述导电层采用的材料为导电金属,所述导电金属为铜、银、铝、镍、钴、金中的一种或两种以上混合制成。4.根据权利要求1所述的一种轻质全碳电缆,其特征在于:所述薄层绝缘套为高聚物绝缘层,采用的材料为聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺中的一种。5.根据权利要求1所述的一种轻质全碳电缆,其特征在于:所述轻质屏蔽层为碳复合膜,所述碳复合膜为碳纳米管薄膜、石墨烯薄膜、碳纤维编织布中的一种。6.根据权利要求1所述的一种轻质全碳电缆,其特征在于:所述绝缘保护层为高聚物绝缘层,采用的材料为聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、硅胶中的一种。7.—种实现权利要求1所述的一种轻质全碳电缆的制备方法,其特征在于:包括如下步骤: (1)在非金属纤维的表面形成导电层制得金属化纤维,制得导电单元,将多根导电单元加捻使之相互缠绕,得到内导线,所述导电层采用电镀、化学镀、真空离子溅射法或真空蒸镀法在非金属纤维的外周形成; (2)在金属化纤维表面形成薄层绝缘保护层制得金属化纤维电缆,所述保护层采用超声喷涂法或者将内导线依次侵入高聚物溶液或熔体,在内导线的表面分别形成; (3)将若干根金属化纤维电缆采用并股机绞合在一起制得电缆芯; (4)采用绕包的方式将轻质屏蔽层包覆在电缆芯的表面;再通过超声喷涂法或者将内导线依次侵入多种不同的高聚物溶液或熔体,利用表面张力作用,使高聚物溶液或熔体附着在内导线的表面,固化,从而在内导线的表面分别形成导体绝缘保护层,制得电缆。
【文档编号】H01B13/26GK105845218SQ201610328155
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】梁斌, 高铭晶, 李清文, 刘丹丹
【申请人】中天科技装备电缆有限公司, 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
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