线缆及其缆芯的制备方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术还进一步提供采用上述缆芯的线缆的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，尤其涉及一种基于碳纳米管的线缆及 其缆芯的制备方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种，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，本专利技术具有以下优点本专利技术采用纯 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。附图说明图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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜开利，刘亮，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：11