一种非金属轻型导电线及其方法和应用产品技术

本发明专利技术公开了一种非金属轻型导电线、由这种导电线制备的复合导电线、特种电缆、电机等应用产品以及这种复合导电线的制作方法。本发明专利技术结构新颖，操作简单，且易于大范围的工业化生产，将本发明专利技术所生产的导电线应用于电机制造、航空航天等领域，有利于大幅度降低导线所占的重量。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种非金属轻型导电线、由这种导电线制备的复合导电线、特种电缆、电机等应用产品以及这种复合导电线的制作方法。本专利技术结构新颖，操作简单，且易于大范围的工业化生产，将本专利技术所生产的导电线应用于电机制造、航空航天等领域，有利于大幅度降低导线所占的重量。【专利说明】一种非金属轻型导电线及其方法和应用产品
本专利技术属于电气领域，尤其涉及一种非金属轻型导电线及其方法和应用产品。
技术介绍
目前合成的碳纳米管纤维的主要方法有三种:湿法纺丝法，碳纳米管阵列直接抽丝法，浮动化学气相沉积拉丝法。美国rice university【Natnael Behabtu et al.Strong,Light， Multifunctional Fibers of Carbon Nanotubes with Ultrahigh Conductivity.Science339,182 (2013)】采用湿法纺丝法制备的纯双壁碳纳米管纤维，展示出了优异的机械性能和电学性能，但是这种方法造价太高(市场价2000美元/g)，不可能大范围的广泛应用 ° 日本 Hata 课题组[Chandramouli Subramaniam et al.0ne hundred fold increasein current carrying capacity in a carbon nanotube-copper composite.DOI: 10.1038/nCOmms3202.】采取碳纳米管阵列直接抽丝法制备的碳纳米管纤维在经过铜参杂后，其电导率能接近铜，且其载流密度大约是铜的100倍。由于大范围的生长碳纳米管阵列受制于娃基底尺寸，导致阵列抽丝法不太合适工业化的生产。天津大学【XiaoHua Zhong etal.Continuous Multilayered Carbon Nanotube Yarns.Adv.Mater.2010, 22,692-696】米用浮动化学气相沉积拉丝法制备出了几公里长的碳纳米管纤维，展示出了较好的机械性能。但是采用这种方法合成的碳纳米管纤维电学性能较差，主要受制于现阶段浮动气相沉积法制备碳纳米管的合成工艺，目前采用这种方法合成的碳纳米管壁数不均一，且碳纳米管未经提纯直接拉丝，里面含有较多的碳杂质和催化剂颗粒，从而影响了碳纳米管纤维的电学性能和机械性能。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术公开了一种非金属轻型导电线，包括分导线，所述分导线形成内导线，所述内导线包裹有绝缘保护层，其特征在于:所述分导线包括高强度高聚物纤维芯线和包覆于所述芯线上的碳纳米管导电层。可选的，所述分导线为多根，多根分导线相互缠绕形成所述内导线。此外，本专利技术还公开了一种电机，其特征在于:所述电机内的绕线采用上述导电线。此外，本专利技术还公开了一种复合导电线的制作方法，其特征在于，包括:S100:在多股高强度高聚物纤维芯线(1.1)外包裹一层双壁碳纳米管层(1.2)；S200:将多股包覆有双壁碳纳米管层(1.2)的所述芯线(1.1)加捻使之相互缠绕，制得内导线；S300:在内导线外包覆绝缘保护层(2)。可选的，所述步骤S300包括:用超声喷涂的方法或者将内导线通过聚酰亚胺溶液，在内导线表面包覆一层聚酰亚胺作为绝缘保护层(2)。可选的，所述步骤S100到S300为连续过程，其中步骤S100通过共轴挤压方法将所述碳纳米管挤压到所述芯线的表面，步骤S300通过共轴挤压方法将绝缘保护层挤压到内导线的表面。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点:本专利技术直接在高强度高聚物纤维芯线表面包覆碳纳米管，操作简单，且易于大范围的工业化生产；这种方式制备的导线表面均匀，且进一步将多股导线经过加捻缠绕在一起后，结构更加紧密，电学性能和机械性能都能进一步得到提高。用上述导电线来代替铜导线，能大大地降低相应设备，比如电机的重量。【专利附图】【附图说明】图1、2是本专利技术的一个实施例的分导线的相关结构示意图，其中:附图标记I为分导线，2为绝缘保护套，1.1为高强度高聚物纤维芯线，1.2为碳纳米管导电层。【具体实施方式】下面结合附图，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。在一个实施例中，本专利技术公开了一种非金属轻型导电线，包括分导线，所述分导线形成内导线，所述内导线包裹有绝缘保护层，所述分导线包括高强度高聚物纤维芯线和包覆于所述芯线上的碳纳米管导电层。该实施例意味着导电线包括中心部分的载体高强度高聚物纤维芯线、载体表面的高导电碳纳米管内导线所代表的导电层，以及内导线上包裹的绝缘保护层。与金属相比高强度高聚物纤维的密度小，强度高，而碳纳米管密度小，具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。高强度高聚物纤维作为芯线，这样一方面即可以降低导线的重量，另一方面也可以保证导线具有良好的机械强度。由于没有金属导线又有良好的导电性，所以该非金属轻型导电线能够用于制造轻型的导电线的相应其他产品，比如电缆、电机等。可选的，所述分导线为多根，多根分导线(I)相互缠绕形成所述内导线。请参阅图1、2，其中本专利技术的复合电缆包括多根分导线1，多根分导线相互缠绕形成电缆的内导线，在内导线之上还施加有包裹内导线的绝缘保护层2。内导线被绝缘保护层2封装，。分导线I包括芯线1.1和包覆于芯线1.1上的碳纳米管层1.2，芯线1.1由高强度高聚物纤维制成。本专利技术直接在所述芯线1.1的表面包覆一层碳纳米管层1.2，由于碳纳米管与所述纤维之间具有较好的吸附力，碳纳米管层1.2能紧密地吸附在芯线1.1上。多股分导线缠绕在一起后，结构更加紧密，电学性能和机械性能都能得到进一步提高。 优选的，绝缘保护层由塑料材质制成。更优选的，当所述导电线用于制得普通导线时，所述绝缘保护层(2)包括单层高聚物绝缘层，所述高聚物绝缘层采用以下任一材料:聚酰亚胺(PD、聚酰胺-酰亚胺(PAI)、交联聚乙烯(XLPE);当所述导电线用于制得特种电缆时，所述绝缘保护层为多层结构，包括导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层和外保护层。导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层和外保护层，可以采用相关线缆领域的现有技术，本专利技术对此不再予以赘述。更优选的，在另一个实施例中，所述芯线(1.1)采用以下任一材料:聚酯纤维(PEEK)、聚酰亚胺(PI)纤维、尼龙(PA)纤维、聚酰胺-酰亚胺(PAI)纤维、超高分子量聚乙烯纤维(UHMPE)，所述芯线的直径为0.01毫米到2毫米。在另一个实施例中，所述碳纳米管导电层(1.2)包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管或混合碳纳米管导电层，所述导电层的厚度为所述芯线直径的0.01到2倍。在另一个实施例中，本专利技术还公开了一种复合导电线，该复合导电线采用一根或多根所述的导电线制得。在另一个实施例中，本专利技术还公开一种特种电缆，所述特种电缆采用一根或多根该导电线制得。在另一个实施例中，本专利技术还公开了一种电机，其特征在于:所述电机内的绕线采用所述导电线。就上述复合导电线和特种电缆以及电机，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非金属轻型导电线，包括分导线(1)，所述分导线(1)形成内导线，所述内导线包裹有绝缘保护层(2)，其特征在于：所述分导线(1)包括高强度高聚物纤维芯线(1.1)和包覆于所述芯线上的碳纳米管导电层(1.2)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：牛春明，谢冲，成永红，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61