一种具有石墨烯纤维屏蔽层的超柔型信号电缆的制作方法

文档序号:20888853发布日期:2020-05-26 17:45阅读:646来源:国知局
技术简介:
传统金属屏蔽层存在柔韧性差、易破损问题,影响信号传输稳定性。本专利通过石墨烯纤维编织网状结构替代金属屏蔽层,提升柔韧性和抗拉性,同时保持电磁屏蔽性能,适用于机器人、航空器充电卷筒等高动态场景。
关键词:石墨烯纤维屏蔽,超柔信号电缆

本实用新型涉及信号电缆,具体是一种具有石墨烯纤维屏蔽结构的超柔型的信号电缆。



背景技术:

信号电缆是一种信号传输工具。在信号电缆的成型结构中,为了避免所传输的信号受到外部干扰,在缆芯的外部包覆有屏蔽层。信号电缆采用的传统屏蔽层为金属丝、金属带等材料的网状编织结构,其能够有效地滤除不必要的电磁波,避免电磁噪声源干扰传输信号。

然而,信号电缆用的传统屏蔽层因其以金属材料的网状编织结构成型,导致信号电缆的可弯曲性和可扭转性较差,无法承受反复的弯曲、扭转动作,因为在反复的弯曲、扭转动作中容易使屏蔽层发生破损,一旦信号电缆的屏蔽层发生破损则会导致信号屏蔽保护结构失效,进而严重影响信号电缆对信号传输的可靠性和稳定性,甚至会引发安全事故。因而,现有采用金属材料屏蔽层的信号电缆,是难以满足于对柔韧性和抗拉性有高要求的工况环境的使用技术要求,例如机器人工况环境、飞机充电卷筒工况环境、拖链工况环境等。

近年来,随着石墨技术及石墨烯技术的飞速发展,电缆制造企业尝试着采用石墨材料或石墨烯材料制作电缆的屏蔽层,例如中国专利文献公开的:

-名称为“一种屏蔽加强型电缆”(公开号cn202332374、公开日2012年07月11日)的技术,该技术在金属屏蔽层的基础上又以石墨纤维材料形成了屏蔽加强层,其虽然有效加强了电缆的屏蔽效果,但依然无法提高电缆的柔韧性,不能承受反复的弯曲、扭转动作,满足不了对高柔韧性有高要求的工况环境的使用技术要求;与其类似的还包括有名称为“一种石墨烯电缆”(公开号cn109390072、公开日2019年02月26日)的技术,以及名称为“石墨烯复合屏蔽电缆”(公开号cn204066809、公开日2014年12月31日)的技术等;

-名称“智能机器人用纤维加强柔性导体石墨屏蔽层控制电缆”(公开号cn208173261、公开日2018年11月30日)的技术,该技术在内绝缘层和外绝缘层之间通过涂覆石墨而形成屏蔽层,以此提高电缆的柔韧性,满足于机器人工况环境的使用技术要求,但是该涂覆而成的石墨结构屏蔽层为薄膜结构,其在使用过程中容易导致石墨膜开裂或堆积而引起屏蔽结构失效,而且基于石墨的性能,单靠石墨所形成的屏蔽效果较差,无法保证电缆形成可靠、稳定地信号传输,整体质量不稳定。

可见,现有采用石墨材料或石墨烯材料制作屏蔽层的电缆,主要侧重点在于屏蔽效果的增强,忽略了电缆柔韧性和抗拉性的考量;个别虽有通过石墨材料或石墨烯材料制作屏蔽层来提高电缆柔韧性和抗拉性的,但其所成型的屏蔽层结构存在易破裂、屏蔽效果差,整体质量不稳定等技术问题。这些技术问题有待业内进行攻坚解决。



技术实现要素:

本实用新型的技术目的在于:针对上述现有技术的不足,提供一种柔韧性和抗拉性优异、满足于对柔韧性和抗拉性有高要求的工况环境使用的信号电缆。

本实用新型的技术目的通过下述技术方案实现:一种具有石墨烯纤维屏蔽层的超柔型信号电缆,包括缆芯,所述缆芯的外部由内而外依次包覆有石墨烯纤维结构屏蔽层和护套层。

作为优选方案之一,所述石墨烯纤维结构屏蔽层主要是由聚合物纺织纤维和密集嵌入聚合物纺织纤维内的石墨烯组成,所述石墨烯的片层最大数量为10层。

作为优选方案之一,所述石墨烯纤维结构屏蔽层为石墨烯纤维交织而成的网状结构。

作为优选方案之一,所述缆芯为单根绝缘导体结构,所述绝缘导体具有导体和包覆在所述导体外的绝缘层,所述绝缘层为交联聚乙烯绝缘材料挤出层结构。

作为优选方案之一,所述缆芯为多根绝缘导体的绞合结构,多根绝缘导体的绞合间隙内填充有填充层,所述填充层为涤纶丝、芳纶丝和棉线中的至少一种排布结构;所述绝缘导体具有导体和包覆在所述导体外的绝缘层,所述绝缘层为交联聚乙烯绝缘材料挤出层结构。进一步的,所述缆芯的外部包覆有包带层,所述包带层处在石墨烯纤维结构屏蔽层的内侧,所述包带层为无纺布、聚酯带或铝塑复合带的绕包结构,所包带层的绕包重叠率≥25%。所述缆芯的绝缘导体为相互绞合的两根。

作为优选方案之一,所述护套层为耐油阻燃低烟无卤辐照交联聚烯烃挤出层结构、热塑性聚氨酯弹性体橡胶挤出层结构或聚氯乙烯挤出层结构。

作为优选方案之一,所述信号电缆为机器人用信号控制电缆、航空器充电卷筒用高频信号控制电缆或拖链用信号控制电缆。

本实用新型的有益技术效果是:

1.本实用新型在缆芯的外部通过包覆石墨烯纤维结构而形成了屏蔽层,石墨烯纤维结构相较金属丝带结构、石墨纤维结构、碳纤维结构及石墨烯薄膜而言,具备良好的柔韧性、高强度、高导热性、高导电性、耐腐蚀性、耐高温性等技术优势,无需再对缆芯包覆影响其柔韧性和抗拉性的金属屏蔽层,使得本实用新型既具有良好的屏蔽效果,又具有优异的柔韧性和抗拉性,整体质量稳定,使用寿命长,能够有效满足于对柔韧性和抗拉性有高要求的工况环境的使用技术要求,例如用作机器人的信号控制、用作航空器充电卷筒的中频信号控制或用作拖链的信号控制等;

2.本实用新型的屏蔽层所采用的石墨烯纤维结构,具有高强度、高导电性、高导热性、高柔韧性、耐高温、耐腐蚀等特性,这尤其以交织网状结构的石墨烯纤维结构最为显著,这些性能非石墨薄膜、石墨烯薄膜、石墨纤维、石墨复合纤维和石墨烯复合纤维等结构所能比拟,使得本实用新型的产品具有优异的屏蔽效果,优异的柔韧性、抗拉性和耐磨性,整体质量更为可靠;

3.本实用新型既可以为单根绝缘导体的缆芯结构,也可以为多根绝缘导体的缆芯结构,在多根绝缘导体的缆芯结构中,通过涤纶丝、芳纶丝和棉线中的至少一种排布结构的填充,既能够有利于缆芯整圆,又能够进一步有效地增强整体的柔韧性和抗拉性。

附图说明

图1为本实用新型的一种结构示意图,图中可以看出,缆芯为单根绝缘导体结构,绝缘导体具有导体和包覆在导体外的绝缘层;缆芯的外部由内而外依次包覆有石墨烯纤维结构屏蔽层和护套层。

图2为本实用新型的另一种结构示意图,图中可以看出,缆芯为两根绝缘导体的绞合结构,这两根绝缘导体的绞合间隙内填充有填充层,每一根绝缘导体具有导体和包覆在导体外的绝缘层;缆芯的外部由内而外依次包覆有包带层、石墨烯纤维结构屏蔽层和护套层。

图中代号含义:1—导体;2—绝缘层;3—石墨烯纤维结构屏蔽层;4—护套层;5—填充层;6—包带层。

具体实施方式

本实用新型涉及信号电缆,具体是一种基于石墨烯纤维屏蔽结构的超柔型的信号电缆,下面以多个实施例对本实用新型的主体技术内容进行详细说明。其中,实施例1结合说明书附图-即图1对本实用新型的技术方案内容进行清楚、详细的阐释,实施例2结合说明书附图-即图2对本实用新型的技术方案内容进行清楚、详细的阐释,其它实施例虽未单独绘制附图,但它们的主体结构仍可参照实施例1或实施例2的附图。

在此需要特别说明的是,本实用新型的附图是示意性的,其为了清楚本实用新型的技术目的已经简化了不必要的细节,以避免模糊了本实用新型贡献于现有技术的技术方案。

实施例1

参见图1所示,本实用新型包括缆芯,该缆芯为单根绝缘导体结构,具体的,绝缘导体具有导体1和包覆在导体1外的绝缘层2,导体1为直径约0.08~0.5mm的若干铜丝(或者镀锡铜丝)的绞合结构,绝缘层2为交联聚乙烯绝缘材料挤出层结构。

本实用新型的缆芯外部由内而外依次包覆有石墨烯纤维结构屏蔽层3和护套层4。其中,石墨烯纤维结构屏蔽层3主要是由聚合物纺织纤维和密集嵌入聚合物纺织纤维内的石墨烯片组成,石墨烯片的片层最大数量为10层(例如10层、8层或7层等),整个石墨烯纤维交织成网状结构,屏蔽层的屏蔽抑制系数以不超过0.04为宜。护套层4为耐油阻燃低烟无卤辐照交联聚烯烃挤出层结构(当然,也可以采用热塑性聚氨酯弹性体橡胶挤出层结构或聚氯乙烯挤出层结构)。

本实用新型作为机器人用的信号控制电缆,或者作为航空器充电卷筒用的中频信号控制电缆,亦或者拖链用信号控制电缆。

实施例2

参见图2所示,本实用新型包括缆芯,该缆芯为两根绝缘导体的绞合结构,具体的,每根绝缘导体具有导体1和包覆在导体1外的绝缘层2,导体1为直径约0.08~0.5mm的若干铜丝(或者镀锡铜丝)的绞合结构,绝缘层2为交联聚乙烯绝缘材料挤出层结构;两根绝缘导体的绞合间隙内填充有填充层5,该填充层5为涤纶丝、芳纶丝和棉线中的至少一种排布结构,例如,单纯的涤纶丝排布结构、单纯的芳纶丝排布结构或者单纯的棉线排布结构,又例如,涤纶丝与芳纶丝的混合排布结构、涤纶丝与棉线的混合排布结构、芳纶丝与棉线的混合排布结构或者涤纶丝与芳纶丝和棉线的混合排布结构等。

本实用新型的缆芯外部由内而外依次包覆有包带层6、石墨烯纤维结构屏蔽层3和护套层4。其中,包带层6为无纺布(当然,也可以是聚酯带或铝塑复合带)的绕包结构,其绕包重叠率≥25%(例如25%、35%、45%或50%等)。石墨烯纤维结构屏蔽层3主要是由聚合物纺织纤维和密集嵌入聚合物纺织纤维内的石墨烯片组成,石墨烯片的片层最大数量为10层(例如10层、8层或7层等),整个石墨烯纤维交织成网状结构,屏蔽层的屏蔽抑制系数以不超过0.04为宜。护套层4为耐油阻燃低烟无卤辐照交联聚烯烃挤出层结构(当然,也可以采用热塑性聚氨酯弹性体橡胶挤出层结构或聚氯乙烯挤出层结构)。

本实用新型作为机器人用的信号控制电缆,或者作为航空器充电卷筒用的中频信号控制电缆,亦或作为拖链用信号控制电缆。

依照本实用新型上述两个实施例制得的信号电缆产品,经测试,具有如下表所示的性能参数:

通过上表可以看出,本实用新型具有优异的柔韧性和抗拉性,能够经受长时间的频繁弯曲使用,为信号传输、电气设备正常工作提供安全可靠地保障,延长了使用寿命。

以上各实施例仅用以说明本实用新型,而非对其限制。尽管参照上述各实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对上述各实施例中的具体技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型的精神和范围。

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