一种具有镍-石墨烯复相护层的电线电缆及其制备方法
【专利摘要】本发明公开的具有镍-石墨烯复相护层的电线电缆，包括导电线芯和包裹在导电线芯外的镍-石墨烯复相护层，或者在护层外还有一层绝缘层。其制备包括：将硫酸镍、氯化镍、硼酸和表面活性剂配制成镍镀液；将石墨烯纳米片加入到镍镀液中，得到含石墨烯纳米片的电镀液；以镍片为阳极，去除表面氧化物的导电线芯为阴极，置于电镀液中电镀，得到具有镍-石墨烯复相护层的电线电缆，或在其外再包塑一层绝缘层。本发明的电线电缆具有重量轻、机械强度高、抗腐蚀性能优异等优点。
【专利说明】—种具有镍-石墨烯复相护层的电线电缆及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电线电缆，尤其是具有镍-石墨烯复相护层的电线电缆及其制备方法。
【背景技术】
[0002]电线电缆应用广泛，其包括导电线芯和包裹在导电线芯外的护层，或者在护层外围还有一层绝缘层，用来制作导电线芯的材料通常为铜或铝。为提高铜和铝的抗氧化性能、耐磨性及耐腐蚀性能等，通常在铜和铝的表面化学镀或电镀一层镍。
[0003]镍镀层的孔隙率很高，只有厚度超过25微米的镍镀层才具有较好的防护性能。如果使用单独的镍作为防护层，镀层需要加厚，这会增加电线电缆的重量，缩短其传输距离，并增加其运输成本，降低其电性能。此外，尽管镍具有较好的机械性能和抗腐蚀性能，但普通的镍镀层的性能仍然较差，如普通的镀镍层，其腐蚀速率为0.025mm/a，这会降低电线电缆的寿命。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种具有镍-石墨烯复相护层的电线电缆及其制备方法。
[0005]本发明的具有镍-石墨烯复相护层的电线电缆，包括导电线芯和包裹在导电线芯外的护层，其特征是所述的护层为镍-石墨烯复相层。
[0006]本发明的进一步特征是，在护层外还可以有绝缘层。
[0007]上述的导电线芯可为铜或铝或铜合金或铝合金。所述的镍-石墨烯复相层的厚度通常为 0.01-50 μ m。
[0008]本发明的具有镍-石墨烯复相护层的电线电缆的制备方法，包括如下步骤:
1)用摩尔浓度5-30%的盐酸去除导电线芯表面的氧化物，然后去离子水冲洗；
2)将硫酸镍、氯化镍分别用水溶解并混合得到硫酸镍和氯化镍的混合溶液；将硼酸和表面活性剂分别用水溶解，并先后加入硫酸镍和氯化镍的混合溶液中，搅拌均匀，获得镍镀液；镍镀液中的硫酸镍为240-300g/L，氯化镍为30-50g/L，硼酸为30_50g/L，表面活性剂为
0.l-2g/L ；
3)将石墨烯纳米片先用少量步骤2)配置的镍镀液润湿并超声后，再加入到剩余的镍镀液中，石墨烯纳米片的浓度为0.01-4g/L，充分搅拌，得到含石墨烯纳米片的电镀液；
4)以镍片为阳极，经步骤I)处理的导电线芯作为阴极，置于步骤3)的电镀液中，调节温度为50-80°C、电流密度为0.01-8A/dm2、在搅拌条件下电镀，电镀时间为l_120min，在导电线芯表面形成镍-石墨烯复相护层。
[0009]本发明中，所述的表面活性剂可为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠。所述的石墨烯纳米片可以是单层或多层。
[0010]在具有镍-石墨烯复相护层的导电线芯上包塑绝缘层的制作工艺可参考“《电线电缆》，机械工业部上海电缆研究所，1986年06月第I版”。[0011]本发明与【背景技术】相比具有的有益效果有:
本发明电线电缆由于采用镍-石墨烯复相为护层，镍-石墨烯复相具有优异的机械性能及耐腐蚀性能，由此可减少护层的厚度，进而减轻电线电缆的重量，有利于降低运输成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是一种具有镍-石墨烯复相护层的电线电缆的示意图。
[0013]图2是另一种具有镍-石墨烯复相护层的电线电缆的示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合实施例进一步说明本发明。
[0015]本发明的具有镍-石墨烯复相护层的电线电缆如图1所示，包括导电线芯I和包裹在导电线芯I外的护层2，所述的护层2为镍-石墨烯复相层。也可如图2所示，包括导电线芯I和包裹在导电线芯I外的镍-石墨烯复相护层2，在护层2外还有一层绝缘层3。
[0016]实施例1
1)用摩尔浓度5%的盐酸去除导电线芯表面的氧化物，然后去离子水冲洗；
2)将硫酸镍、氯化镍分别用水溶解并混合得到混合溶液；将硼酸和十二烷基硫酸钠分别用水溶解，并先后加入硫酸镍和氯化镍的混合溶液中，搅拌均匀，获得镍镀液；镍镀液中的硫酸镍为290g/L，氯化镍为50g/L，硼酸为40g/L，十二烷基硫酸钠为0.3g/L ；
3)将单层石墨烯纳米片先用少量步骤2)配置的镍镀液润湿并超声后，再加入到剩余的镍镀液中，石墨烯纳米片的浓度为4g/L，充分搅拌，得到含石墨烯纳米片的电镀液；
4)以镍片为阳极，经步骤I)处理的导电线芯作为阴极，置于步骤3)的电镀液中，在搅拌条件下电镀，调节温度为50°C、电流密度为0.lA/dm2、电镀时间为120min、在导电线芯表面形成镍-石墨烯复相护层。
[0017]本例制得的镍-石墨烯复相护层的弹性模量为260GPa，该复相在3.5wt%的NaCl中的腐蚀速率为0.004mm/a。使用该方法所制备的电线电缆，具有重量轻、机械强度高、抗腐蚀性能优异等优点。
[0018]实施例2
1)用摩尔浓度30%的盐酸去除导电线芯表面的氧化物，然后去离子水冲洗；
2)将硫酸镍、氯化镍分别用水溶解并混合得到混合溶液；将硼酸和十二烷基硫酸钠分别用水溶解，并先后加入硫酸镍和氯化镍的混合溶液中，搅拌均匀，获得镍镀液；镍镀液中的硫酸镍为240g/L，氯化镍为45g/L，硼酸为30g/L，十二烷基硫酸钠为1.5g/L ；
3)将多层石墨烯纳米片先用少量步骤2)配置的镍镀液润湿并超声后，再加入到剩余的镍镀液中，石墨烯纳米片的浓度为0.01g/L，充分搅拌，得到含石墨烯纳米片的电镀液；
4)以镍片为阳极，经步骤I)处理的导电线芯作为阴极，置于步骤3)的电镀液中，调节温度为80°C、电流密度为2A/dm2、电镀时间为30min、在搅拌条件下电镀，得到镍-石墨烯复相护层。
[0019]5)在步骤4)的具有镍-石墨烯复相护层的导电线芯上包塑绝缘层。
本例制得的镍-石墨烯复相护层的弹性模量为250GPa，该复相在3.5wt%的NaCl中的腐蚀速率为0.001mm/a。使用该方法所制备的电线电缆，具有重量轻、机械强度高、抗腐蚀性能优异等优点。
[0020]实施例3
1)用摩尔浓度10%的盐酸去除导电线芯表面的氧化物，然后去离子水冲洗；
2)将硫酸镍、氯化镍分别用水溶解并混合得到混合溶液；将硼酸和十二烷基硫酸钠分别用水溶解，并先后加入硫酸镍和氯化镍的混合溶液中，搅拌均匀，获得镍镀液；镍镀液中的硫酸镍为300g/L，氯化镍为40g/L，硼酸为50g/L，十二烷基硫酸钠为0.5g/L ；
3)将单层石墨烯纳米片先用少量步骤2)配置的镍镀液润湿并超声后，再加入到剩余的镍镀液中，石墨烯纳米片的浓度为4g/L，充分搅拌，得到含石墨烯纳米片的电镀液；
4)以镍片为阳极，经步骤I)处理的导电线芯作为阴极，置于步骤3)的电镀液中，调节温度为60°C、电流密度为lA/dm2、电镀时间为60min、在搅拌条件下电镀，得到镍-石墨烯复相护层。
[0021]本例制得的镍-石墨烯复相护层的弹性模量为210GPa，该复相在3.5wt%的NaCl中的腐蚀速率为0.004mm/a。使用该方法所制备的电线电缆，具有重量轻、机械强度高、抗腐蚀性能优异等优点。
[0022]实施例4
1)用摩尔浓度20%的盐酸去除导电线芯表面的氧化物，然后去离子水冲洗；
2)将硫酸镍、氯化镍分别用水溶解并混合得到混合溶液；将硼酸和十二烷基苯磺酸钠分别用水溶解，并先后加入硫酸镍和氯化镍的混合溶液中，搅拌均匀，获得镍镀液；镍镀液中的硫酸镍为280g/L，氯化镍为35g/L，硼酸为40g/L，十二烷基苯磺酸钠为lg/L ；
3)将多层石墨烯纳米片先用少量步骤2)配置的镍镀液润湿并超声后，再加入到剩余的镍镀液中，石墨烯纳米片的浓度为lg/L，充分搅拌，得到含石墨烯纳米片的电镀液；
4)以镍片为阳极，经步骤I)处理的导电线芯作为阴极，置于步骤3)的电镀液中，调节温度为55°C、电流密度为4A/dm2、电镀时间为lmin、在搅拌条件下电镀，得到镍-石墨烯复相护层。
[0023]5)在步骤4)的具有镍-石墨烯复相护层的导电线芯上包塑绝缘层。
本例制得的镍-石墨烯复相的弹性模量为240GPa，该复相在3.5wt%的NaCl中的腐蚀速率为0.010mm/a。使用该方法所制备的电线电缆，具有重量轻、机械强度高、抗腐蚀性能优异等优点。
[0024]实施例5
1)用摩尔浓度15%的盐酸去除导电线芯表面的氧化物，然后去离子水冲洗；
2)将硫酸镍、氯化镍分别用水溶解并混合得到混合溶液；将硼酸和十二烷基苯磺酸钠分别用水溶解，并先后加入硫酸镍和氯化镍的混合溶液中，搅拌均匀，获得镍镀液；镍镀液中的硫酸镍为260g/L，氯化镍为30g/L，硼酸为35g/L，十二烷基苯磺酸钠为0.lg/L ；
3)将单层石墨烯纳米片先用少量步骤2)配置的镍镀液润湿并超声后，再加入到剩余的镍镀液中，石墨烯纳米片的浓度为2g/L，充分搅拌，得到含石墨烯纳米片的电镀液；
4)以镍片为阳极，经步骤I)处理的导电线芯作为阴极，置于步骤3)的电镀液中，调节温度为70°C、电流密度为Ο.ΟΙΑ/dm2、电镀时间为50min、在搅拌条件下电镀，得到镍-石墨烯复相护层。[0025]本例制得的镍-石墨烯复相护层的弹性模量为430GPa，该复相在3.5wt%的NaCl中的腐蚀速率为0.006mm/a。使用该方法所制备的电线电缆，具有重量轻、机械强度高、抗腐蚀性能优异等优点。
[0026]实施例6
1)用摩尔浓度12%的盐酸去除导电线芯表面的氧化物，然后去离子水冲洗；
2)将硫酸镍、氯化镍分别用水溶解并混合得到混合溶液；将硼酸和十二烷基苯磺酸钠分别用水溶解，并先后加入硫酸镍和氯化镍的混合溶液中，搅拌均匀，获得镍镀液；镍镀液中的硫酸镍为290g/L，氯化镍为50g/L，硼酸为45g/L，十二烷基苯磺酸钠为2g/L ；
3)将多层石墨烯纳米片先用少量步骤2)配置的镍镀液润湿并超声后，再加入到剩余的镍镀液中，石墨烯纳米片的浓度为3g/L，充分搅拌，得到含石墨烯纳米片的电镀液；
4)以镍片为阳极，经步骤I)处理的导电线芯作为阴极，置于步骤3)的电镀液中，调节温度为65°C、电流密度为8A/dm2、电镀时间为80min、在搅拌条件下电镀，得到镍-石墨烯复相护层。
[0027]5)在步骤4)的具有镍-石墨烯复相护层的导电线芯上包塑绝缘层。
本例制得的镍-石墨烯复相护层的弹性模量为230GPa，该复相在3.5wt%的NaCl中的腐蚀速率为0.003mm/a。使用该方法所制备的电线电缆，具有重量轻、机械强度高、抗腐蚀性能优异等优点。
【权利要求】
1.一种具有镍-石墨烯复相护层的电线电缆，包括导电线芯(I)和包裹在导电线芯(I)外的护层(2)，其特征是所述的护层(2)为镍-石墨烯复相层。
2.根据权利要求1所述的具有镍-石墨烯复相护层的电线电缆，其特征是在护层(2)外有绝缘层(3)。
3.根据权利要求1所述的具有镍-石墨烯复相护层的电线电缆，其特征是所述的导电线芯(I)为铜、铝、铜合金或铝合金。
4.根据权利要求1所述的具有镍-石墨烯复相护层的电线电缆，其特征是所述的镍-石墨烯复相层的厚度为0.01-50 μ m。
5.一种制备如权利要求1所述的具有镍-石墨烯复相护层的电线电缆的方法，其特征在于包括如下步骤: 1)用摩尔浓度5-30%的盐酸去除导电线芯表面的氧化物，然后去离子水冲洗； 2)将硫酸镍、氯化镍分别用水溶解并混合得到硫酸镍和氯化镍的混合溶液；将硼酸和表面活性剂分别用水溶解，并先后加入硫酸镍和氯化镍的混合溶液中，搅拌均匀，获得镍镀液；镍镀液中的硫酸镍为240-300g/L，氯化镍为30-50g/L，硼酸为30_50g/L，表面活性剂为0.l-2g/L ； 3)将石墨烯纳米片先用少量步骤2)配置的镍镀液润湿并超声后，再加入到剩余的镍镀液中，石墨烯纳米片的浓度为0.01-4g/L，充分搅拌，得到含石墨烯纳米片的电镀液； 4)以镍片为阳极，经步骤I)处理的导电线芯作为阴极，置于步骤3)的电镀液中，调节温度为50-80°C、电流密度为0.01-8A/dm2、在搅拌条件下电镀，电镀时间为l_120min，在导电线芯表面形成镍-石墨烯复相护层。
6.根据权利要求5所述的制备具有镍-石墨烯复相护层的电线电缆的方法，其特征在于:所述的表面活性剂为十二烷基硫酸纳或十二烷基苯横酸纳。
7.根据权利要求5所述的制备具有镍-石墨烯复相护层的电线电缆的方法，其特征在于:所述的石墨烯纳米片为单层或多层。
【文档编号】H01B7/28GK103943226SQ201410193892
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】徐杨, 任招娣, 骆季奎, 俞滨 申请人:浙江大学