线缆及其缆芯的制备方法

专利名称：线缆及其缆芯的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种线缆及其缆芯的制备方法，尤其涉及一种基于碳纳米管的线缆及 其缆芯的制备方法。
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，大直径的线缆应用于电能的传输中。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 的绝缘介质层、形成外导体的屏蔽层和外护套。其中，缆芯用来传输电信号，材料以铜、铝或 铜锌合金为主。屏蔽层通常由多股金属线编织或用金属薄膜卷覆在绝缘介质层外形成，用 以屏蔽电磁干扰或无用外部信号干扰。对于以金属材料形成的缆芯，最大问题在于交变电 流在金属导体中传输时，各部分的电流密度不均勻，导体内部电流密度小，导体表面电流密 度大，这种现象称为趋肤效应(Skin Effect)。趋肤效应使金属导体中通过电流时的有效截 面积减小，从而使导体的有效电阻变大，导致线缆的传输效率降低或传输信号丢失。另外， 以金属材料作为缆芯及屏蔽层的线缆，其强度较小，质量及直径较大，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。碳纳米管是一种新型一维纳米材料，其具有优异的导电性能、较高的抗张强度和 较高的热稳定性，在材料科学、化学、物理学等交叉学科领域已展现出广阔的应用前景。目 前，已有将碳纳米管与金属混合形成复合材料，从而用来制造线缆的缆芯。现有技术中，含碳纳米管的线缆的制造方法一般包括以下步骤提供一熔融金属 基体材料；将碳纳米管粉末浸没在该熔融金属基体材料中，形成碳纳米管与金属基体的混 合物；在能使所述熔融金属基体材料固化的条件下从该熔融金属基体材料中拉出许多渗透 了熔融金属基体材料的纤维，形成金属基体复合缆芯；包覆聚合物于所述缆芯的外表面形 成绝缘介质层；将多股金属线直接或通过编织包覆在绝缘介质层外形成屏蔽层或用金属薄 膜卷覆在绝缘介质层外形成屏蔽层；以及包覆一外护套于所述屏蔽层的外表面。该方法得到的线缆与采用纯金属缆芯的线缆相比，具有较强的机械性能，及较轻 的质量，该线缆的导电性也有所提高。然而，该采用金属基体复合碳纳米管缆芯的线缆中碳 纳米管无序分散在金属中，该线缆中的碳纳米管无法发挥其轴向导电的优势，仍无法解决 上述金属缆芯中的趋肤效应问题。且采用混合碳纳米管于熔融金属中后再拉丝的方法制备 线缆，该方法较为复杂，且成本较高。综上所述，确有必要提供一种线缆，该线缆具有良好的导电性能。

发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种线缆及其缆芯的制备方法，该线缆具有良好的导电 性能，该方法较为简单，且成本较低。一种线缆缆芯的制备方法，包括以下步骤提供一碳纳米管阵列；从所述碳纳米 管阵列中拉取碳纳米管获得一有序纯碳纳米管结构；对上述有序纯碳纳米管结构进行机械 处理，得到一纯碳纳米管线状结构；以及形成至少一导电材料层于上述纯碳纳米管线状结 构表面，得到一缆芯。一种线缆的制备方法，包括以下步骤提供一碳纳米管阵列；从所述碳纳米管阵 列中拉取碳纳米管获得一有序纯碳纳米管结构；对上述有序纯碳纳米管结构进行机械处 理，得到一纯碳纳米管线状结构；形成至少一导电材料层于上述纯碳纳米管线状结构表面， 得到一缆芯；形成至少一绝缘介质层于所述缆芯的外表面；以及形成至少一屏蔽层于所述 绝缘介质层的外表面。与现有技术比较，本发明线缆及其缆芯的制备方法具有以下优点本发明采用纯 碳纳米管线状结构制备作为缆芯的核心支撑结构，具有导电性好，质量轻的优点。另外，由 于直接将金属层形成于纯碳纳米管线状结构的表面，该方法简单，并且成本低。


图1是本技术方案第一实施例的线缆的截面结构示意图。图2是本技术方案第一实施例的线缆中单根缆芯的结构示意图。图3是本技术方案第一实施例的碳纳米管长线结构截面结构示意图。图4是本技术方案第一实施例的束状碳纳米管长线的扫描电镜照片。图5是本技术方案第一实施例的绞线状碳纳米管长线的扫描电镜照片。图6是本技术方案第一实施例线缆的制造方法的流程图。图7是本技术方案第一实施例线缆的制造装置的结构示意图。图8是本技术方案第一实施例碳纳米管薄膜的扫描电镜照片。图9是本技术方案第二实施例线缆的截面结构示意图。图10是本技术方案第三实施例线缆的截面结构示意图。
具体实施例方式以下将结合附图详细说明本技术方案实施例线缆10的结构及其制备方法。本技术方案实施例提供一种线缆，该线缆包括至少一缆芯、包覆在缆芯外的至少 一绝缘介质层、包覆在绝缘介质层外的至少一电磁屏蔽层和包覆在电磁屏蔽层外的至少一 外护套。请参阅图1，本技术方案第一实施例的线缆10为同轴线缆，该同轴线缆包括一个 缆芯120、包覆在缆芯120外的绝缘介质层130、包覆在绝缘介质层130外的屏蔽层140和 包覆在屏蔽层140外的外护套150。其中，上述缆芯120、绝缘介质层130、屏蔽层140和外 护套150为同轴设置。请参见图2，所述缆芯120包括导电材料层110及一碳纳米管长线结构100，该导 电材料层110包覆于该碳纳米管长线结构100外表面。具体地，该导电材料层110包括与碳纳米管长线结构100表面直接结合的润湿层112、设置在润湿层112外表面的过渡层113、 设置在过渡层113外表面的导电层114以及设置在导电层114外表面的抗氧化层115。该 导电材料层110至少包括该导电层114，上述润湿层112、过渡层113、抗氧化层115均为可 选结构。该缆芯120的直径大于1微米，优选地，该缆芯120的直径为10 30微米或1厘 米。所述碳纳米管长线结构100包括至少一碳纳米管长线102。该碳纳米管长线102 的直径为4. 5纳米 100微米。请参见图3，该碳纳米管长线结构100还可以为多个碳纳 米管长线102组成的束状或绞线状结构。当该碳纳米管长线结构100的直径小于100微米 时，该碳纳米管长线结构100构成的线缆10可应用于信号传输领域。当该碳纳米管长线结 构100的直径大于100微米时，该碳纳米管长线结构100构成的线缆10可应用于电力传输 领域。所述碳纳米管长线102包括由多个碳纳米管组成的束状或绞线状结构。请参见图 4，该束状结构的碳纳米管长线102包括多个沿缆芯轴向择优取向排列的碳纳米管束片段， 每个碳纳米管束片段具有大致相等的长度且每个碳纳米管束片段由多个相互平行的碳纳 米管束构成，碳纳米管束片段两端通过范德华力相互连接，该碳纳米管束中包括多个碳纳 米管，该多个碳纳米管具有共同的择优取向排列。在该束状结构的碳纳米管长线102中，所 述碳纳米管沿碳纳米管长线102轴向择优取向排列，且该多个碳纳米管通过范德华力首尾 相连。该束状结构的碳纳米管长线102的直径为10微米 30微米。请参见图5，所述绞线状结构的碳纳米管长线102包括多个碳纳米管沿碳纳米管 长线102轴向螺旋状排列，且该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连。该绞线状碳纳米管 长线102的直径为10微米 30微米。碳纳米管长线结构100中的碳纳米管包括单壁碳纳米管，双壁碳纳米管或多壁碳 纳米管，所述单壁碳纳米管的直径为0. 5纳米 50纳米，双壁碳纳米管的直径为1纳米 50纳米，多壁碳纳米管的直径为1. 5纳米 50纳米。上述润湿层112的作用为使导电层114与碳纳米管长线结构100表面更好的结 合。形成该润湿层112的材料可以为镍、钯或钛等与碳纳米管润湿性好的金属或其合金，该 润湿层112的厚度为1 10纳米。本实施例中，该润湿层112的材料为镍，厚度约为2纳 米。可以理解，该润湿层112为可选择结构。上述过渡层113的作用为使润湿层112与导电层114更好的结合。形成该过渡层 113的材料可以为金、银或铜等与润湿层112材料及导电层114材料均能较好结合的金属或 其合金，该过渡层113的厚度为1 10纳米。本实施例中，该过渡层113的材料为铜，厚度 为2纳米。可以理解，该过渡层113为可选择结构。上述导电层114的作用为使缆芯110具有较好的导电性能。形成该导电层114的 材料可以为铜、银或金等导电性好的金属或其合金，该导电层114的厚度为1 20纳米。本 实施例中，该导电层114的材料为银，厚度约为5纳米。上述抗氧化层115的作用为防止在线缆10的制造过程中导电层114在空气中被 氧化，从而使缆芯120的导电性能下降。形成该抗氧化层115的材料可以为金或钼等在空 气中不易氧化的稳定金属或其合金，该抗氧化层115的厚度为1 10纳米。本实施例中， 该抗氧化层115的材料为钼，厚度为2纳米。可以理解，该抗氧化层115为可选择结构。
进一步地，为提高线缆10的强度，可在该导电材料层110外进一步设置一强化层 116。形成该强化层116的材料可以为聚乙烯醇(PVA)、聚苯撑苯并二噁唑(PBO)、聚乙烯 (PE)或聚氯乙烯(PVC)等强度较高的聚合物，该强化层116的厚度为0. 1 1微米。本实 施例中，该强化层116的材料为聚乙烯醇(PVA)，厚度为0.5微米。可以理解，该强化层116 为可选择结构。上述绝缘介质层130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 绝缘介质层130优选泡沫聚乙烯组合物。上述屏蔽层140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，屏蔽层140可由多股金属线编织或用金属薄膜卷覆在绝缘介质层130外形成，也可由 一碳纳米管结构缠绕或卷覆在绝缘介质层130外形成，或可由含有碳纳米管的复合材料直 接包覆在绝缘介质层130表面。其中，所述金属薄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 其合金。所述碳纳米管结构包括连续的碳纳米管薄膜或碳纳米管长线。所述含有碳纳米 管的复合材料可以为金属与碳纳米管的复合材料或聚合物与碳纳米管的复合材料。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 酯(Polycarbonate，PC)、丙烯腈-丁二烯丙烯-苯乙烯共聚物(AcrylonitriIe-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。当该复合材料为聚合物与碳纳米管的复合材料时，可将碳纳米管均勻分散于上述 聚合物材料的溶液中，并将该含碳纳米管的聚合物材料的溶液均勻涂覆于绝缘介质层130 表面，待冷却后形成一包括聚合物与碳纳米管的屏蔽层140。进一步地，该屏蔽层140还可 由上述多种材料在绝缘介质层130外组合构成。本技术方案实施例采用碳纳米管结构组成 屏蔽层140，因碳纳米管具有良好的导电性能从而使得该屏蔽层140具有较强的屏蔽效果。上述外护套150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。本实施例外护套150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。所述线缆10由于采用碳纳米管长线结构100及导电材料层110作为缆芯120，其 具有以下优点其一，该缆芯10中的碳纳米管长线结构100包含多个有序排列的碳纳米管， 其具有较轻的质量，及较高的机械强度，因此，该含有碳纳米管长线结构100的线缆10比采 用金属基体复合碳纳米管缆芯的线缆具有更高的机械强度及更轻的质量，适合特殊领域， 如航天领域及空间设备的应用。其二，在碳纳米管长线结构100中，碳纳米管有序排列，因 此比采用金属基体复合碳纳米管形成的缆芯具有更好的导电性。其三，该碳纳米管长线结 构100包括多个由范德华力首尾相连且择优取向排列的碳纳米管，由于碳纳米管为管状结 构，在该碳纳米管长线结构100中，电流沿多个首尾相连的碳纳米管的管壁传播，电流传播有效截面积不变，电流在通过导电材料层时基本不会产生趋肤效应，从而减少了信号在线 缆中传输过程中的衰减。请参阅图6及图7，本技术方案第一实施例线缆10的制备方法主要包括以下步 骤步骤一提供一碳纳米管阵列216，优选地，该碳纳米管阵列216为超顺排碳纳米 管阵列。该碳纳米管阵列216为单壁碳纳米管阵列，双壁碳纳米管阵列，及多壁碳纳米管 阵列中的一种或多种。本实施例中，该超顺排碳纳米管阵列的制备方法采用化学气相沉积 法，其具体步骤包括(a)提供一平整基底，该基底可选用P型或N型硅基底，或选用形成有 氧化层的硅基底，本实施例优选为采用4英寸的硅基底；(b)在基底表面均勻形成一催化剂 层，该催化剂层材料可选用铁0 )、钴(Co)、镍(Ni)或其任意组合的合金之一；(c)将上述 形成有催化剂层的基底在700 900°C的空气中退火约30分钟 90分钟；(d)将处理过的 基底置于反应炉中，在保护气体环境下加热到500 740°C，然后通入碳源气体反应约5 30分钟，生长得到超顺排碳纳米管阵列，其高度为200 400微米。该超顺排碳纳米管阵列 为多个彼此平行且垂直于基底生长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列。通过上述控制生长 条件，该超顺排碳纳米管阵列中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。 该超顺排碳纳米管阵列中的碳纳米管彼此通过范德华力紧密接触形成阵列。该超顺排碳纳 米管阵列的面积与上述基底面积基本相同。本实施例中碳源气可选用乙炔、乙烯、甲烷等化学性质较活泼的碳氢化合物，保护 气体为氮气或惰性气体。本实施例优选的碳源气为乙炔，优选的保护气体为氩气。步骤二 采用一拉伸工具从所述碳纳米管阵列216中拉取获得一有序碳纳米管结 构 214。所述有序碳纳米管结构214的制备方法包括以下步骤(a)从上述碳纳米管阵列 216中选定一定宽度的多个碳纳米管束片段，本实施例优选为采用具有一定宽度的胶带或 一针尖接触碳纳米管阵列216以选定一定宽度的多个碳纳米管束片段；(b)以一定速度沿 基本垂直于碳纳米管阵列216生长的方向拉伸该多个碳纳米管束片段，以形成一连续的有 序碳纳米管结构214。在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管束片段在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离基 底的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管束片段分别与其它碳纳米管束片段 首尾相连地连续地被拉出，从而形成一有序碳纳米管结构214。该有序碳纳米管结构214包 括多个首尾相连且定向排列的碳纳米管束。该有序碳纳米管结构214中碳纳米管的排列方 向基本平行于有序碳纳米管结构214的拉伸方向。该有序碳纳米管结构214为一碳纳米管薄膜或一碳纳米管长线。具体地，当所选 定的多个碳纳米管束片段的宽度较大时，所获得的有序碳纳米管结构214为一碳纳米管薄 膜，其微观结构请参阅图8 ；当所选定的多个碳纳米管束片段的宽度较小时，所获得的有序 碳纳米管结构214即为一碳纳米管长线。该直接拉伸获得的有序碳纳米管结构214的厚度均勻，碳纳米管在该碳纳米管结 构214中均勻分布。该直接拉伸获得有序碳纳米管结构214的方法简单快速，适宜进行工 业化应用。
步骤三对上述有序碳纳米管结构214进行机械处理，得到一碳纳米管长线结构 100。当上述有序碳纳米管结构214为一宽度较大的碳纳米管薄膜时，对其进行机械处 理从而得到一碳纳米管长线的步骤可以通过以下三种方式实现对所述有序碳纳米管结构 214进行扭转，形成绞线状碳纳米管长线；切割所述有序碳纳米管结构214，形成束状碳纳 米管长线；将有序碳纳米管结构214经过一有机溶剂浸润处理后收缩成为一束状碳纳米管 长线。对所述有序碳纳米管结构214进行扭转，形成碳纳米管长线的步骤可通过以下两 种方式实现其一，通过将粘附于上述有序碳纳米管结构214—端的拉伸工具固定于一旋 转电机上，扭转该有序碳纳米管结构214，从而形成一碳纳米管长线。其二，提供一个尾部可 以粘住有序碳纳米管结构214的纺纱轴，将该纺纱轴的尾部与有序碳纳米管结构214结合 后，使该纺纱轴以旋转的方式扭转该有序碳纳米管结构214，形成一碳纳米管长线。可以理 解，上述纺纱轴的旋转方式不限，可以正转，可以反转，或者正转和反转相结合。优选地，所 述扭转该有序碳纳米管结构214的步骤为将所述有序碳纳米管结构214沿有序碳纳米管结 构214的拉伸方向以螺旋方式扭转。扭转后所形成的碳纳米管长线为一绞线结构，其扫描 电镜照片请参见图5。所述切割有序碳纳米管结构214，形成碳纳米管长线的步骤为沿有序碳纳米管 结构214的拉伸方向切割所述有序碳纳米管结构214，形成多个碳纳米管长线。有序碳纳米管结构214经过一有机溶剂浸润处理后收缩获得的碳纳米管长线为 束状结构，其扫描电镜照片请参见图4。所述有机溶剂为挥发性有机溶剂。所述挥发性有机 溶剂选自乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷及氯仿，本实施例中该挥发性有机溶剂优选乙醇。当碳纳米管长线结构100包括一个碳纳米管长线时，上述方法得到的碳纳米管长 线即为一碳纳米管长线结构100。当碳纳米管长线结构100包括多个碳纳米管长线时，上述多个碳纳米管长线可进 一步平行排列成束或相互缠绕扭转，以形成一包括多个碳纳米管长线的碳纳米管长线结构 100。可以理解，本技术方案并不限于上述方法获得碳纳米管长线结构100，只要能使所 述有序碳纳米管结构214形成碳纳米管长线结构100的方法都在本技术方案的保护范围之 内。步骤四形成至少一导电材料层110于上述碳纳米管长线结构100表面，得到一缆 芯 120。本实施例采用物理气相沉积法(PVD)，如真空蒸镀法或离子溅射法或电镀法等方 法沉积导电材料层110。优选地，本实施例采用真空蒸镀法形成至少一层导电材料层110。所述采用真空蒸镀法形成至少一层导电材料层110的过程包括以下步骤首先， 提供一真空容器210，该真空容器210具有至少一沉积区，该沉积区底部和顶部分别放置至 少一个蒸发源212，该至少一个蒸发源212按形成至少一层导电材料层的先后顺序依次沿 有序碳纳米管结构214的拉伸方向设置，且每个蒸发源212均可通过一个加热装置(图未 示)加热。上述碳纳米管长线结构100设置于上下蒸发源212中间并与其间隔一定距离， 其中碳纳米管长线结构100正对上下蒸发源212设置。该真空容器210可通过外接一真空泵(图未示)抽气达到预定的真空度。所述蒸发源212材料为待沉积的导电材料。其次， 通过加热所述蒸发源212，使其熔融后蒸发或升华形成导电材料蒸汽，该导电材料蒸汽遇到 冷的碳纳米管长线结构100后，在碳纳米管长线结构100上下表面凝聚，形成导电材料层。 由于碳纳米管长线结构100表面的碳纳米管之间存在间隙，导电材料可以渗透进入碳纳米 管长线结构100表面碳纳米管之间的间隙中，从而很好的沉积在碳纳米管长线结构100的 表面。可以理解，通过调节碳纳米管长线结构100和每个蒸发源212的距离以及蒸发源 212之间的距离，可使每个蒸发源212具有一个沉积区。当需要沉积多层导电材料层120时， 可将多个蒸发源212同时加热，使碳纳米管长线结构100连续通过多个蒸发源的沉积区，从 而实现沉积多层导电材料层110。为提高导电材料蒸汽密度并且防止导电材料被氧化，真空容器210内真空度应达 到1帕(Pa)以上。本技术方案实施例中，真空容器210中的真空度为4Χ10_4!^。本技术方案实施例中，所述采用真空蒸镀法形成至少一导电材料层110的方法具 体包括以下步骤形成一层润湿层112于所述碳纳米管长线结构100表面；形成一层过渡 层113于所述润湿层112的外表面；形成一层导电层114于所述过渡层113的外表面；形成 一层抗氧化层115于所述导电层114的外表面。其中，上述形成润湿层112、过渡层113及 抗氧化层115的步骤均为可选择的步骤。具体地，可将上述碳纳米管长线结构100连续地 通过上述各层材料所形成的蒸发源212的沉积区。通过上述步骤，可在碳纳米管长线结构100表面形成至少一导电材料层110，从而 得到线缆10的缆芯120。所制得的缆芯120可进一步收集在一第一卷筒2Μ上。收集方式 为将缆芯120缠绕在所述第一卷筒2Μ上。另外，在所述形成至少一层导电材料层110于所述碳纳米管长线结构100表面之 后，可进一步包括在所述碳纳米管长线结构100表面形成强化层116的步骤。所述形成强 化层116的过程具体包括以下步骤将形成有至少一层导电材料层110的碳纳米管长线结 构100通过一装有聚合物溶液的装置220，使聚合物溶液浸润整个碳纳米管长线结构100， 该聚合物溶液通过分子间作用力粘附于所述至少一个导电材料层110的外表面；以及凝固 聚合物，形成一强化层116。步骤五形成至少一绝缘介质层130于所述缆芯120的外表面。所述绝缘介质层130可通过一第一挤压装置230包覆在所述缆芯120的外表面， 该第一挤压装置230将聚合物熔体组合物涂覆在所述缆芯120的表面。本技术方案实施 例中，所述聚合物熔体组合物优选为泡沫聚乙烯组合物。一旦缆芯120离开所述第一挤压 装置230，聚合物熔体组合物因压力减小而发生膨胀，从而形成绝缘介质层130于所述缆芯 120的外表面。当所述绝缘介质层130为两层或两层以上时，可重复上述步骤。步骤六形成至少一屏蔽层140于所述绝缘介质层130的外表面。提供一屏蔽带Μ2，该屏蔽带对2由一第二卷筒244提供。将该屏蔽带242围绕绝 缘介质层130卷覆，以便形成屏蔽层140。屏蔽带242可选用一金属薄膜、碳纳米管结构或 金属线等线状结构。另外，所述屏蔽带242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介质层130外表面。
本技术方案实施例中，所述屏蔽层140由多个碳纳米管长线结构组成，该碳纳米 管长线结构直接或编织成网状缠绕在所述绝缘介质层外。每个碳纳米管长线结构包括多个 从碳纳米管阵列拉出的碳纳米管束片段，每个碳纳米管束片段具有大致相等的长度且每个 碳纳米管束片段由多个相互平行的碳纳米管束构成，其中，碳纳米管束片段两端通过范德 华力相互连接。本技术方案实施例采用碳纳米管结构组成屏蔽层140，因碳纳米管具有良好 的导电性能从而使得该屏蔽层140具有较强的屏蔽效果。优选地，所述带状膜结构的屏蔽带242绕缆芯120轴向进行缠绕包裹，以便完全屏 蔽缆芯120。所述碳纳米管长线结构或金属线等线状结构的屏蔽带242可直接或编织成网 状缠绕在所述绝缘介质层130的外表面。具体地，所述多根碳纳米管长线结构或金属线可 通过多个绕线架246沿不同的螺旋方向卷绕在所述绝缘介质层130的外表面。可以理解，当所述屏蔽层140为两层或两层以上结构时，可重复上述步骤。步骤七形成一外护套150于所述屏蔽层140的外表面。所述外护套150可通过一第二挤压装置250包覆到所述屏蔽层140外表面，该第 二挤压装置250将聚合物熔体组合物涂覆在屏蔽层140的表面，所述聚合物熔体围绕在所 述屏蔽层140的外表面被挤压，冷却后形成外护套150。本实施例形成外护套150的聚合物 熔体优选纳米蒙脱土 -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。进一步地，可将所制造的线缆10收集在一第三卷筒260上，以便于储存和装运。请参阅图9，本技术方案第二实施例提供一种线缆30，包括多个缆芯320(图9中 共显示七个缆芯)、每一缆芯320外覆盖一个绝缘介质层330、包覆在多个缆芯320外的一 个屏蔽层340和一个包覆在屏蔽层340外表面的外护套350。屏蔽层340和绝缘介质层330 的间隙内可填充绝缘材料。其中，每个缆芯320及绝缘介质层330、屏蔽层340和外护套350 的结构、材料及制备方法与第一实施例中的缆芯120、绝缘介质层130、屏蔽层140和外护套 150的结构、材料及制备方法基本相同。请参阅图10，本技术方案第三实施例提供一种线缆40包括多个缆芯420 (图10中 共显示五个缆芯)、每一缆芯420外覆盖一个绝缘介质层430和一个屏蔽层440、以及包覆 在多个缆芯420外表面的外护套450。屏蔽层440的作用在于对各个缆芯440进行单独的 屏蔽，这样不仅可以防止外来因素对缆芯420内部传输的电信号造成干扰而且可以防止各 缆芯420内传输的不同电信号间相互发生干扰。其中，每个缆芯420、绝缘介质层430、屏蔽 层440和外护套450的结构、材料及制备方法与第一实施例中的缆芯120、绝缘介质层130、 屏蔽层140和外护套150的结构、材料及制备方法基本相同。本技术方案实施例提供的包括碳纳米管长线及导电材料层的缆芯的制备方法具 有以下优点其一，由于碳纳米管长线是通过对碳纳米管薄膜进行旋转或直接从碳纳米管 阵列中拉取而制造，该方法简单、成本较低。其二，所述从碳纳米管阵列中拉取获得有序碳 纳米管结构的步骤及形成至少一层导电材料层的步骤均可在一真空容器中进行，有利于缆 芯的规模化生产，从而有利于线缆的规模化生产。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
1.一种线缆缆芯的制备方法，包括以下步骤提供一碳纳米管阵列；从所述碳纳米管阵列中拉取碳纳米管获得一有序纯碳纳米管结构；对上述有序纯碳纳米管结构进行机械处理，得到一纯碳纳米管线状结构；以及形成至少一导电材料层于上述纯碳纳米管线状结构的表面，得到一线缆缆芯。
2.如权利要求1所述的线缆缆芯的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管阵列为超顺 排碳纳米管阵列，该超顺排碳纳米管阵列通过化学气相沉积法生长于一基底表面。
3.如权利要求2所述的线缆缆芯的制备方法，其特征在于，该超顺排碳纳米管阵列为 多个彼此平行且垂直于基底生长的碳纳米管形成，该多个碳纳米管彼此通过范德华力紧密 接触。
4.如权利要求3所述的线缆缆芯的制备方法，其特征在于，所述有序纯碳纳米管结构 的制备方法包括以下步骤从上述碳纳米管阵列中选定多个碳纳米管；沿基本垂直于碳纳 米管阵列生长的方向拉伸该多个碳纳米管，以形成一连续的有序纯碳纳米管结构。
5.如权利要求1所述的线缆缆芯的制备方法，其特征在于，所述有序纯碳纳米管结构 由多个碳纳米管通过范德华力首尾相连沿相同方向定向排列组成。
6.如权利要求1所述的线缆缆芯的制备方法，其特征在于，所述制备纯碳纳米管线状 结构的步骤通过将所述有序纯碳纳米管结构制备成碳纳米管线来实现。
7.如权利要求6所述的线缆缆芯的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管线通过扭转 所述有序碳纳米管结构的方法获得。
8.如权利要求6所述的线缆缆芯的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管线通过切割 所述有序纯碳纳米管结构形成。
9.如权利要求6所述的线缆缆芯的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管线通过所述 有序纯碳纳米管结构经过一挥发性有机溶剂浸润处理后收缩形成。
10.如权利要求9所述的线缆缆芯的制备方法，其特征在于，所述挥发性有机溶剂为乙 醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。
11.如权利要求6所述的线缆缆芯的制备方法，其特征在于，所述纯碳纳米管线状结构 由多个碳纳米管线平行成束或相互缠绕扭转而形成。
12.如权利要求1所述的线缆缆芯的制备方法，其特征在于，所述导电材料层通过真空 蒸镀法或离子溅射法形成。
13.如权利要求12所述的线缆缆芯的制备方法，其特征在于，所述形成至少一导电材 料层的方法具体包括以下步骤形成一层润湿层于所述纯碳纳米管线状结构表面；形成一 层过渡层于所述润湿层的外表面；形成一层导电层于所述过渡层的外表面；形成一层抗氧 化层于所述导电层的外表面。
14.如权利要求13所述的线缆缆芯的制备方法，其特征在于，所述润湿层的材料为镍、 钯、钛或者其合金，厚度为1纳米 10纳米。
15.如权利要求13所述的线缆缆芯的制备方法，其特征在于，所述过渡层的材料为铜、 银或者其合金，厚度为1纳米 10纳米。
16.如权利要求13所述的线缆缆芯的制备方法，其特征在于，所述抗氧化层的材料为 金、钼或者其合金，厚度为1纳米 10纳米。
17.如权利要求13所述的线缆缆芯的制备方法，其特征在于，进一步包括形成一强化 层于所述抗氧化层表面的步骤。
18.如权利要求17所述的线缆缆芯的制备方法，其特征在于，所述强化层的材料为聚 乙烯醇、聚苯撑苯并二噁唑、聚乙烯或聚氯乙烯，厚度为0. 1微米 1微米。
19.一种线缆缆芯的制备方法，包括以下步骤 提供一碳纳米管阵列；从所述碳纳米管阵列中拉取并处理碳纳米管，得到一纯碳纳米管线状结构；以及 形成至少一导电材料层于上述纯碳纳米管线状结构的表面，得到一线缆缆芯。
20.一种线缆的制备方法，包括以下步骤提供至少一如权利要求1至19项中任一项线缆缆芯的制备方法制备的缆芯； 形成至少一绝缘介质层于所述缆芯的外表面；以及 形成至少一屏蔽层于所述绝缘介质层的外表面。
21.如权利要求20所述的线缆的制备方法，所述至少一绝缘介质层的材料为聚四氟乙 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。
22.如权利要求20所述的线缆的制备方法，其特征在于，所述至少一屏蔽层为碳纳米 管结构包覆于绝缘介质层外表面形成。
全文摘要
本发明涉及一种缆芯的制备方法，包括以下步骤提供一碳纳米管阵列；从所述碳纳米管阵列中拉取碳纳米管获得一有序纯碳纳米管结构；对上述有序纯碳纳米管结构进行机械处理，得到一纯碳纳米管线状结构；形成至少一导电材料层于上述纯碳纳米管线状结构表面，得到一缆芯。本发明还进一步提供采用上述缆芯的线缆的制备方法。
文档编号H01B13/016GK102110501SQ201010587440
公开日2011年6月29日 申请日期2008年4月9日 优先权日2008年4月9日
发明者刘亮, 姜开利, 范守善 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司