一種含石墨烯的阻燃絕緣電纜的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種含石墨烯的阻燃絕緣電纜，包括導體(1)，其特征在于：所述導體(1)外同心包覆有石墨烯層(2)和阻燃聚氯乙烯絕緣層(3)；所述導體(1)截面為圓形，直徑為10～15mm；所述石墨烯層(2)的外壁與內壁之間的厚度為0.2～0.4nm；所述阻燃聚氯乙烯絕緣層(3)的外壁與內壁之間的厚度為1～2mm。在所述石墨烯層(2)和阻燃聚氯乙烯絕緣層(3)之間還可以配置耐落膠層(4)，該耐落膠層可以配置具有石墨烯。本發明在導體表面包覆了石墨烯層，提高了電纜的導電性能，同時還在最外面包覆了阻燃聚氯乙烯絕緣層，提高了絕緣電纜的阻燃性，耐落膠的應用使得絕緣層與石墨烯層之間的結合更為緊密，還起到了緩沖保護的作用。還提供了一種生產上述含石墨烯的阻燃絕緣電纜的方法。
【專利說明】
一種含石墨烯的阻燃絕緣電纜
技術領域
[0001]本發明涉及一種電纜，尤其是涉及一種含石墨烯的阻燃絕緣電纜。
【背景技術】
[0002]傳統絕緣電纜的結構一般為兩層，內層為金屬導電層，外層為非金屬絕緣層。這樣的電纜只能用于普通場所，并且具有絕緣層易燃，易老化，難以耐受高溫，使用壽命短等缺點。
[0003]電纜中通常采用銅作為導電層，而銅本身容易受到氧化和腐蝕，并且銅的質地較軟，延展性不佳。現有技術中，為了解決銅被氧化和腐蝕的問題，通常在導體銅的表面進行電鍍處理，鍍上一層抗氧化的材料。然而這種電鍍技術造成了電纜生產成本的提高，且容易污染環境。
[0004]為了增強電纜的延展性，可在導體和絕緣層之間設置耐彎曲、具有良好延展性的材料層。然而這種材料需要考慮成本和性能，不易于尋找。因此，目前市面上的絕緣電纜一般難以同時具有良好的導電性和較強的阻燃性。
[0005]石墨烯是一種二維材料，由純碳原子組成。其分子結構致密，除了氫原子以外的物質均不能透過。因此耐酸、耐氧化。在所有材料中，其具有最高的載流子傳輸速度，其電子傳導率15000cmol/L/(V.s)，超強的耐大電流能力，是一種優良的導體。此外，石墨稀材料可以很好的混合到其他材料中，使得合成的材料具有好的耐腐蝕、耐磨性。
[0006]在通信領域中，某些電纜還要求具有較高的抗干擾性，而常規的電纜一般都有設置有導體屏蔽層和絕緣屏蔽層，以達到均化電場的效果。然而現有的屏蔽層通常是在橡膠中添加導電碳黑。碳黑顆粒的分布、尺寸以及碳黑和橡膠的融合程度都影響著抗干擾效果。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是提供一種含石墨烯的阻燃絕緣電纜，同時意圖獲得具有延展性佳具有一定強度、抗干擾性能好的電纜。
[0008]具體而言，本發明采用了如下技術方案:
[0009]—種含石墨烯的阻燃絕緣電纜，包括導體，所述導體外同心包覆有石墨烯層和阻燃聚氯乙烯絕緣層;所述導體截面為圓形，直徑為10?15mm;所述石墨烯層的外壁與內壁之間的厚度為0.2?0.4nm ；所述阻燃聚氯乙稀絕緣層的外壁與內壁之間的厚度為I?2mm，所述阻燃聚氯乙烯絕緣層由在聚氯乙烯中添加阻燃材料構成。
[0010]特別的，所述石墨烯層與阻燃聚氯乙烯絕緣層之間還配置有耐落膠層。
[0011]進一步的，所述阻燃聚氯乙烯絕緣層與耐落膠層之間還配置有玻璃纖維層。
[0012]進一步的，所述阻燃聚氯乙烯絕緣層與所述玻璃纖維層之間也配置有耐落膠層。
[0013]進一步的，所述耐落膠層由混合有石墨烯的耐落膠構成。
[0014]此外本發明還提供了一種用于生產含石墨烯的阻燃絕緣電纜的方法，該方法包括以下步驟:
[0015]步驟1:配置稀鹽酸溶液，將導體置入鹽酸溶液中進行清洗，移除導體表面的氧化物，隨后將導體取出，再次采用去離子水對導體進行清洗，
[0016]步驟2:將去離子水清洗后的導體進行烘干;將烘干后的導體放置于無氧環境中，并通入氫氣，維持溫度于:900-1000 °C ;
[0017]步驟3:通入甲烷或乙炔或乙烯等含碳氣體，利用化學氣象沉淀法在導體的表面形成石墨烯層，根據石墨烯層厚度的需要，可維持不同的持續時間；
[0018]步驟4:將生成的具有石墨烯層的導體冷卻；
[0019]步驟5:配置阻燃聚氯乙烯絕緣層于所述導體的最外一層。
[0020]進一步的，本發明的方案在步驟4和步驟5之間執行如下步驟:
[0021]步驟41:將生成的具有石墨烯層的導體至少冷卻至耐落膠的熔點之上，將耐落膠擠壓到包圍導體的金屬套中，耐落膠在導體的高溫下熔化成液態并充滿所述金屬套的空間；其中所述的耐落膠包含有石墨烯，或者其中所述的耐落膠不包含有石墨烯；
[0022]步驟42:將步驟41生成的帶耐落膠的導體從金屬套中抽離，并在金屬套出口處設置冷卻裝置，用于冷卻涂覆有耐落膠的導體;冷卻后，耐落膠重新固化，緊緊包裹在帶有石墨烯層的導體上;將其充分冷卻，以釋放其應力，之后再進行步驟5。
[0023]進一步的，本發明的方案在在步驟42之后執行以下步驟:
[0024]步驟421:在充分釋放應力后的耐落膠層上配置玻璃纖維層。
[0025]進一步的，本發明的方案在在步驟421之后執行以下步驟:
[0026]步驟422:將耐落膠配置環繞玻璃纖維層，其中所述的耐落膠包含有石墨烯，或者其中所述的耐落膠不包含有石墨烯。
[0027]本發明的有益效果是:通過合理設置導體、石墨烯層和阻燃聚氯乙烯絕緣層，同時增加耐落膠層使得各層之間緊密結合，在耐落膠中添加石墨烯使得耐落膠層具有良好的屏蔽效果，從而生成一種具有良好導電性和較強阻燃性的絕緣電纜。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明一個實施例的電纜的結構示意圖；
[0029]圖2是本發明第二實施例的電纜的結構示意圖；
[0030]圖3是本發明第三實施例的電纜的結構示意圖；
[0031 ]圖4是本發明第四實施例的電纜的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032]通過下面給出的本發明的具體實施例可以進一步清楚的理解本發明，但下述實施例并不是對本發明的限定。
[0033]參照圖1，本發明的石墨烯電纜包括導體1，導體I通常由銅構成，也可以為鋁材。在導體I的外周均勻地設置有一石墨烯層2。該石墨烯層2具有良好的導電性，可以增強銅質電纜的導電性。同時，可以防止酸性物質、氧化性物質對金屬導體的腐蝕。
[0034]在石墨烯層2的外周，設置有阻燃聚氯乙烯絕緣層3。阻燃聚氯乙烯絕緣層是一種耐高溫、耐腐蝕的材料，用于電纜中可以較好地防止電纜起火和腐蝕。阻燃聚氯乙烯在聚氯乙烯的材料中增加了阻燃材料，如(多)磷酸酯類阻燃劑。[00；35] 導體I截面為圓形，直徑為10?15mm;石墨稀層2的外壁與內壁之間的厚度為0.2?
0.4nm;阻燃聚氯乙稀絕緣層3的外壁與內壁之間的厚度為I?2mm。
[0036]在一個實施例中，導體I截面為圓形，直徑為1mm;石墨稀層2的外壁與內壁之間的厚度為0.2nm;阻燃聚氯乙稀絕緣層3的外壁與內壁之間的厚度為1mm。
[0037]在另一個實施例中，導體I截面為圓形，直徑為15mm;石墨稀層2的外壁與內壁之間的厚度為0.4nm;阻燃聚氯乙稀絕緣層3的外壁與內壁之間的厚度為2mm。
[0038]由于該石墨烯層2的厚度很小，因此容易受到劃傷。阻燃聚氯乙烯絕緣層通常較為硬而缺乏延展性，阻燃聚氯乙烯絕緣層與石墨烯薄膜層之間容易產生相對移動而摩擦，使得石墨烯層很容易被劃傷。
[0039]為解決上述問題，在本發明的一個實施例中，參照圖2，在石墨烯層2與阻燃聚氯乙烯絕緣層3之間設置有一固體耐落膠層4，該耐落膠層具有良好的延展性，可以穩固地“粘”在石墨烯層2與阻燃聚氯乙烯絕緣層3之間，防止兩層之間發生相對移動。同時耐落膠層4具有防沖擊的效果，可以保護石墨烯層2避免被損壞的阻燃聚氯乙烯絕緣層3的突刺劃傷。
[0040]為了增強電纜的延展性和抗沖擊性，還可以在石墨烯層2與阻燃聚氯乙烯絕緣層3之間設置玻璃纖維層5，該玻璃纖維層5可以替代上述固體耐落膠層4。此時電纜已經可以在具有延展性的同時具有較好的抗沖擊性，然而同時玻璃纖維層5也是具有一定強度和硬度的，當其設置在石墨烯層外側時，容易與石墨烯層發生相對移動，由此造成兩者之間發生摩擦，造成石墨烯層的刮傷。
[0041]因此，在這種情況下，可以考慮將玻璃纖維層5設置在耐落膠層4與阻燃聚氯乙烯絕緣層3之間，見圖3。耐落膠層緊密地貼合石墨烯層2和玻璃纖維層5。
[0042]在某些場合，電纜需要具有一定的抗干擾能力，具有能夠屏蔽外部信號干擾的屏蔽層。本發明采取的措施是在所述固體耐落膠中添加石墨烯，構成耐落膠-石墨烯屏蔽層。石墨烯可以很好的融合到耐落膠中。耐落膠是一種主要成分為尼龍(nylon)的固體膠，其工作溫度一般為-50到20(TC，通常可包括尼龍、混合溶劑、聚丙烯、聚合成樹脂等材料，并經上述材料混合而成。其具有良好的彈性，其表面光滑、柔軟，能夠很好地貼合固體表面，密封性能好、防水、防酸性佳。
[0043]在本發明一個優選地實施例中，也可以在玻璃纖維層5和阻燃聚氯乙烯絕緣層3之間設置耐落膠層，見圖4，這可以增強玻璃纖維層5和阻燃聚氯乙烯絕緣層3之間的粘合程度，減小兩者之間的間隙，增大摩擦力防止兩者之間運動。
[0044]如果對電纜的抗干擾效果有更嚴格的要求，也可以在該耐落膠層5中添加石墨烯。
[0045]此外，本發明還提供一種用于生產含石墨烯的玻璃纖維增強型絕緣電纜的方法，該方法包括以下步驟:
[0046]步驟1:配置稀鹽酸溶液，將導體I置入鹽酸溶液中進行清洗，移除導體表面的氧化物，隨后將導體I取出，采用去離子水對導體I進行清洗，
[0047]步驟2:將去離子水清洗后的導體I進行烘干;將烘干后的導體I放置于無氧環境中，并通入氫氣，維持溫度于:900-1000 °C ；
[0048]步驟3:通入甲烷或乙炔或乙烯等含碳氣體，利用化學氣相沉積法在導體I的表面形成石墨烯層，根據石墨烯層厚度的需要，可維持不同的持續時間；
[0049]步驟4:將生成的具有石墨烯層的導體冷卻；
[0050]步驟5:配置阻燃聚氯乙烯絕緣層于導體的最外層。
[0051]此外，在特定是實施例中，在步驟4和步驟5之間執行如下步驟:
[0052]步驟41:將生成的具有石墨烯層的導體至少冷卻至耐落膠的熔點之上，例如在一個實施例中，耐落膠的熔點為250°C，則至少將導體的溫度冷卻至250°C以上，將耐落膠擠壓到包圍導體的金屬套中，耐落膠在導體的高溫下融化成液態并充滿所述金屬套的空間；該耐落膠可以是純的耐落膠，也可以是混合有石墨烯的耐落膠。
[0053]當采用混合有石墨烯的耐落膠時，不僅可以獲得良好的密封和抗沖擊性，而且能夠獲得良好地屏蔽性能。
[0054]該步驟可以節約能源。傳統的方法是將橡膠等絕緣材料加熱至熔融狀態，擠壓在冷的線材上，從而將橡膠層涂覆在導體上。
[0055]而在本發明中，由于耐落膠本身是柔軟而易于擠壓的，因此，不需要將其加熱至熔融狀態，直接擠壓到導體上，利用導體的熱量將其熔化，冷卻后即可得到涂覆。但導體的溫度不宜過高，優選地高于耐落膠熔點溫度0-20°C的范圍，過高的溫度對于耐落膠是不利的對于石墨烯和耐落膠的制備，不必集合到電纜的生產工藝中，通過采購現有的產品即可。
[0056]采用這種方式，可以高效快速地將耐落膠涂覆到導體上。
[0057]石墨烯與耐落膠的混合技術此處不再贅述，傳統方法制備中，將石墨烯片狀或粉末狀投入到融化的耐落膠中充分混合冷卻后即可得到。
[0058]步驟42:將導體從金屬套中抽離，并在金屬套出口處設置冷卻裝置，用于冷卻涂覆有耐落膠的導體;冷卻后，耐落膠重新固化，緊緊包裹在帶有石墨烯層的導體上;將其充分冷卻，以釋放其應力;例如將其充分冷卻至常溫，并維持一段時間，使得耐落膠的體積穩定，之后再進行步驟5，以防止直接將高溫的耐落膠與阻燃聚氯乙烯絕緣層接觸，這會造成冷卻后的耐落膠體積縮小而與阻燃聚氯乙烯絕緣層之間產生間隙。
[0059]在另一個特定的實施例中，還包括在步驟42之后執行以下步驟:
[0060]步驟421:在充分釋放應力后的耐落膠層上配置玻璃纖維層。
[0061]在另一個優選地實施例中，還可以在步驟421后執行以下步驟:
[0062]步驟422:將耐落膠配置環繞玻璃纖維層。由此，可以進一步增強電纜的屏蔽效果，其中所述的耐落膠包含有石墨烯，或者其中所述的耐落膠不包含有石墨烯。
[0063]本發明選用耐落膠添加石墨烯作為屏蔽件，可以節省橡膠和碳黑的應用。
[0064]最后應說明的是:以上所述的各實施例僅用于說明本發明的技術方案，而非對其限制;盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或全部技術特征進行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。
【主權項】
1.一種含石墨烯的阻燃絕緣電纜，包括導體(I)，其特征在于:所述導體(I)外依次包覆有石墨烯層(2)和阻燃聚氯乙烯絕緣層(3);所述導體(I)截面為圓形，直徑為10?15mm;所述石墨烯層(2)的外壁與內壁之間的厚度為0.2?0.4nm;所述阻燃聚氯乙烯絕緣層(3)的外壁與內壁之間的厚度為I?2mm，所述阻燃聚氯乙烯絕緣層由在聚氯乙烯中添加阻燃材料構成。2.根據權利要求1所述的含石墨烯的阻燃絕緣電纜，其特征在于:所述石墨烯層(2)與阻燃聚氯乙烯絕緣層(3)之間還配置有耐落膠層(4)。3.根據權利要求2所述的含石墨烯的阻燃絕緣電纜，其特征在于:所述阻燃聚氯乙烯絕緣層(3)與耐落膠層(4)之間還配置有玻璃纖維層(5)。4.根據權利要求3所述的含石墨烯的阻燃絕緣電纜，其特征在于:所述阻燃聚氯乙烯絕緣層(3)與所述玻璃纖維層(5)之間也配置有耐落膠層。5.根據權利要求2-4任意一項所述的含石墨烯的阻燃絕緣電纜，其特征在于:所述耐落膠層由混合有石墨烯的耐落膠構成。6.—種用于生產含石墨烯的阻燃絕緣電纜的方法，該方法包括以下步驟: 步驟1:將導體I置入鹽酸溶液中進行清洗，去除導體表面的氧化物，隨后將導體I取出，用去離子水對導體I進行清洗， 步驟2:將去離子水清洗后的導體I進行烘干;將烘干后的導體I放置于無氧環境中，并通入氫氣，維持溫度于900-1000 °C ； 步驟3:通入甲烷或乙炔或乙烯等含碳氣體，利用化學氣相沉積法在導體I的表面形成石墨稀層； 步驟4:將生成的具有石墨烯層的導體冷卻； 步驟5:配置阻燃聚氯乙烯絕緣層于所述石墨烯層的外周。7.根據權利要求6所述的生產含石墨烯的阻燃絕緣電纜的方法，其特征在于在步驟4和步驟5之間執行如下步驟: 步驟41:將生成的具有石墨烯層的導體冷卻至耐落膠的融點之上，將耐落膠擠壓到包圍導體的金屬套中，耐落膠在導體溫度下融化成液態并充滿所述金屬套的空間；其中所述的耐落膠包含有石墨烯，或者其中所述的耐落膠不包含有石墨烯； 步驟42:將步驟41生成的帶耐落膠的導體從金屬套中抽離，并在金屬套出口處設置冷卻裝置，用于冷卻涂覆有耐落膠的導體;冷卻后，耐落膠重新固化，包裹在帶有石墨烯層的導體上;將耐落膠冷卻釋放應力后進行步驟5。8.根據權利要求7所述的生產含石墨烯的阻燃絕緣電纜的方法，其特征在于在步驟42之后執行以下步驟: 步驟421:在釋放應力后的耐落膠層上配置玻璃纖維層。9.根據權利要求8所述的生產含石墨烯的阻燃絕緣電纜的方法，其特征在于在步驟421之后執行以下步驟: 步驟422:將耐落膠配置環繞玻璃纖維層，其中所述的耐落膠包含有石墨烯，或者其中所述的耐落膠不包含有石墨烯。
【文檔編號】H01B13/00GK105895242SQ201610457572
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月22日
【發明人】李上, 李松麗, 邱彥濤, 傅田
【申請人】中國航空綜合技術研究所