CN101286385A - 电磁屏蔽线缆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电磁屏蔽线缆，包括至少一个缆芯、包覆在缆芯外的至少一个绝缘介质层、至少一个电磁屏蔽层和外护套，其中，电磁屏蔽层包含多个碳纳米管绳。
Description
技术领域
本发明涉及一种线缆，尤其涉及具有电磁屏蔽功能的线缆。
背景技术
电磁屏蔽(Electro Magnetic Interference，EMI)线缆是电子产业里较为常用的信号传输线材，微米级尺寸的电磁屏蔽线缆更广泛应用在IT产品、医学仪器、空间设备中。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。
一般情况下，电磁屏蔽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。对于金属线编织而成的屏蔽层，金属线的含量和编织的松紧程度会影响其抗干扰能力，为获得较好的屏蔽效果，通常，屏蔽层中金属线的含量较大且需要将其编织的较为紧密。对于金属薄膜卷覆在绝缘介质层外而成的屏蔽层，需预先形成金属薄膜后卷覆于绝缘介质层外。上述金属线编织和金属薄膜卷覆形成的屏蔽层，在生产速度上远远低于线缆缆芯的生产速度，是限制电磁屏蔽线缆量产的主要因素，另外，大量使用金属线或金属薄膜材料作为屏蔽层，电磁屏蔽线缆的生产成本也较高。
综上所述，确有必要提供一种电磁屏蔽线缆，该线缆内部设置的屏蔽层具有良好的电磁屏蔽性能并且易于制造，适于低成本大量生产。
发明内容
下面将以实施例说明一种电磁屏蔽线缆，其具有良好的电磁屏蔽效果并且结构简单适于低成本大量生产。
一种电磁屏蔽线缆，包括至少一个缆芯、包覆在缆芯外的至少一个绝缘介质层、至少一个电磁屏蔽层和外护套，其中，电磁屏蔽层包含多个碳纳米管绳。
本发明采用碳纳米管绳形成电磁屏蔽层，因碳纳米管具有良好的导电性能从而使屏蔽层具有较强的屏蔽效果，同时，该屏蔽层相较于现有技术中编织金属线或卷覆金属薄膜结构简单，更因此适于低成本大量生产。
附图说明
图1是本发明第一实施例的电磁屏蔽线缆的截面结构示意图。
图2是本发明第二实施例的电磁屏蔽线缆的截面结构示意图。
图3是本发明第三实施例的电磁屏蔽线缆的截面结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图详细说明本发明实施例电磁屏蔽线缆的结构及其制造方法。
本发明电磁屏蔽线缆包括至少一缆芯、包覆在缆芯外的至少一绝缘介质层、至少一电磁屏蔽层和外护套。
请参考图1，本发明第一实施例的电磁屏蔽线缆10为电磁屏蔽同轴线缆，包括一个缆芯110、包覆在缆芯110外的绝缘介质层120、包覆在绝缘介质层120外的屏蔽层130和包覆在屏蔽层130外的外护套140。其中，缆芯110、绝缘介质层120、屏蔽层130和外护套140同轴设置。
缆芯110可以由一个单独的导电芯构成，也可以由多个导电丝相互缠绕形成，附图中仅显示一单独的导电芯。导电芯或导电丝均由导电材料制成，可以选用导电金属材料、导电金属合金材料、碳纳米管线或含碳纳米管的复合导电材料。其中，导电金属材料优选铜或铝。导电金属合金材料优选铜锌合金或铜银合金，其中，铜锌合金中铜的质量百分比约为70％，锌的质量百分比约为30％；铜银合金中铜的质量百分比约为10％～40％，银的质量百分比约为60％～90％。碳纳米管线为多个碳纳米管间通过范德华力首尾相连从而形成预定长度的碳纳米管束。碳纳米管复合导电材料由碳纳米管和含导电金属的材料组成。优选地，碳纳米管复合导电材料由碳纳米管和含铜材料制成，含铜材料优选铜、铜锌合金或铜银合金。当碳纳米管复合材料由铜和碳纳米管组成时，碳纳米管在铜材料中的重量百分比约为0.01％～2％；当碳纳米管复合材料由铜锌合金和碳纳米管组成时，铜锌合金中铜的重量百分比约为70％，锌的重量百分比约为30％，碳纳米管在铜锌合金中的重量百分比约为0.01％～2％；当碳纳米管复合材料由铜银合金和碳纳米管组成，合金中铜的重量百分比约为10％～40％，银的重量百分比约为60％～90％，碳纳米管在铜银合金中的重量百分比约为0.01％～2％。
绝缘介质层120用于电气绝缘，可以选用聚四氟乙烯或纳米粘土-高分子复合材料。纳米粘土-高分子复合材料中纳米粘土是纳米级层状结构的硅酸盐矿物，是由多种水合硅酸盐和一定量的氧化铝、碱金属氧化物及碱土金属氧化物组成，具耐火阻燃等优良特性，如纳米高岭土或纳米蒙脱土。高分子材料可以选用硅树脂、聚酰胺、聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯等，但并不以此为限。本实施例优选纳米蒙脱土-聚乙烯复合材料，其具有良好的电气绝缘、耐火阻燃、低烟无卤等特性，不仅可以为缆芯提供有效的电气绝缘，保护缆芯，同时还能满足环保的要求。
屏蔽层130由多个碳纳米管绳组成，该碳纳米管绳直接或编织成网状缠绕在绝缘介质层120外。每个碳纳米管绳包括多个从碳纳米管束阵列长出的碳纳米管束片段，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，其中，碳纳米管束片段两端通过范德华力相互连接。
屏蔽层130中的碳纳米管绳的制备方法主要包括以下步骤：
步骤(一)，制造碳纳米管束阵列。
提供一平整光滑的基底，可选用p型或n型硅基底，本实施例中选用p型硅基底，其直径为2英寸，厚350微米。在基底上采用电子束蒸发法、热沉积或溅射法等方法形成厚度为几纳米到几百纳米的金属催化剂层，其中金属催化剂可为铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或其合金之一，优选用铁为催化剂，沉积厚度约为5纳米。
而后将沉积有催化剂的基底在空气中退火，退火温度范围为300～400℃，时间约为10小时。之后基底被分割成许多矩形小块，矩形小块放入石英舟中，在保护气体存在条件下，在反应炉中加热一段时间使其达到一预定温度，一般为500～700℃，优选为650℃。
再通入30sccm碳源气与300sccm的保护气体(如氩气)5～30分钟，制得高度约100微米的碳纳米管束阵列。
其中碳源气为碳氢化合物，可为乙炔、乙烷等，优选用乙炔，该保护气体为惰性气体或氮气。
为得到可拉制碳纳米管绳的碳纳米管束阵列，在制造碳纳米管束阵列的过程中，必须满足以下三个条件：
(1)基底平整光滑；
(2)碳纳米管束阵列的生长速度快；
(3)碳源气的分压要低。
生长碳纳米管束阵列的基底平整光滑，可以使得位于基底表面的碳纳米管生长得更密集，从而形成垂直于基底的碳纳米管束阵列。
碳纳米管束阵列的生长速度快与碳源气的分压低可以有效地抑制无定形碳沉积在碳纳米管的表面，从而减小碳纳米管束间的范德华力。因为无定形碳的沉积速度正比于碳源气的分压，可以通过调整碳源气与保护气体的流速比控制碳源气的分压。而碳纳米管束阵列的生长速度正比于催化剂与反应炉的温度差。可以通过调整碳源气的流速控制催化剂的温度，而反应炉的温度可以直接控制。
在本实施例中，催化剂与反应炉的最低温度差控制为50℃，碳源气的分压要低于20％，最好是低于10％。
步(二)，制造碳纳米管绳。
从碳纳米管束阵列中选定一包括多个碳纳米管束的碳纳米管束片段，并使用拉伸工具拉伸该碳纳米管束片段，使碳纳米管绳沿拉伸方向形成。
在拉伸过程中，碳纳米管束片段在拉力的作用下沿拉力方向伸长的同时，碳纳米管束片段两端由于范德华力的作用而相互连接在一起，形成碳纳米管绳。
拉伸所用的力的大小取决于所选碳纳米管束片段的宽度：该宽度越宽，所需要的力越大。由实验数据得出0.1毫牛的力可以拉出200微米宽的碳纳米管绳。在本实施例中高度为100微米的碳纳米管束阵列可以拉出长度为30厘米、直径为200微米的碳纳米管绳。
外护套140由绝缘材料制成，可以选用纳米粘土-高分子材料的复合材料，其中纳米粘土可以为纳米高岭土或纳米蒙脱土，高分子材料可以为硅树脂、聚酰胺、聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯等，但并不以此为限。本实施例优选纳米蒙脱土-聚乙烯复合材料，其具有良好的机械性能、耐火阻燃性能、低烟无卤性能，不仅可以为线缆提供保护，有效抵御机械、物理或化学等外来损伤，同时还能满足环境保护的要求。
请参阅图2，本发明第二实施例揭示的电磁屏蔽线缆20包括多个缆芯210(图2中共显示七个缆芯)、每一缆芯210外覆盖一个绝缘介质层220、包覆在多个缆芯210外的一个屏蔽层230和一个包覆在屏蔽层230外表面的外护套240。屏蔽层230和绝缘介质层220的间隙内可填充绝缘材料。其中，每个缆芯210及绝缘介质层220、屏蔽层230和外护套240的构成、材料及屏蔽层230内碳纳米管绳的制备方法与第一实施例中的缆芯110、绝缘介质层120、屏蔽层130和外护套140的构成、材料及屏蔽层130内的碳纳米管绳的制备方法基本相同。
请参阅图3，本发明第三实施例揭示的电磁屏蔽线缆30包括多个缆芯310(图中共显示五个缆芯)、每一缆芯310外覆盖一个绝缘介质层320和一个屏蔽层330、以及包覆在多个缆芯310外表面的外护套340。屏蔽层330的作用在于对各个缆芯310进行单独的屏蔽，这样不仅可以防止外来因素对缆芯310内部传输的电信号造成干扰而且可以防止各缆芯310内传输的不同电信号间相互发生干扰。其中，每个缆芯310、绝缘介质层320、屏蔽层330和外护套340的构成、材料及屏蔽层330内碳纳米管绳的制备方法与第一实施例中的缆芯110、绝缘介质层120、屏蔽层130和外护套140的构成、材料及屏蔽层130内的碳纳米管绳的制备方法基本相同。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
Claims (8)
1. 一种电磁屏蔽线缆，包括至少一个缆芯、包覆在缆芯外的至少一个绝缘介质层、至少一个电磁屏蔽层和外护套，其特征在于，电磁屏蔽层包含多个碳纳米管绳。
2. 如权利要求1所述的电磁屏蔽线缆，其特征在于，每个碳纳米管绳包括多个从碳纳米管束阵列长出的碳纳米管束片段，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。
3. 如权利要求2所述的电磁屏蔽线缆，其特征在于，所述的电磁屏蔽线缆为同轴线缆，包括由内至外同轴依次设置的一个缆芯、包覆缆芯外表面的一个绝缘介质层、包覆绝缘介质层外表面的一个屏蔽层和包覆屏蔽层外表面的一个外护套。
4. 如权利要求2所述的电磁屏蔽线缆，其特征在于，所述的电磁屏蔽线缆包括多个缆芯、多个分别包覆在每一个缆芯外的绝缘介质层、包覆绝缘介质层的一个屏蔽层和包覆在屏蔽层外表面的一个外护套。
5. 如权利要求2所述的电磁屏蔽线缆，其特征在于，所述的电磁屏蔽线缆包括多个缆芯、多个分别包覆在每一个缆芯外的绝缘介质层、多个分别包覆在每一个绝缘介质层外的屏蔽层和包覆在屏蔽层外的一个外护套。
6. 如权利要求3、4或5所述的电磁屏蔽线缆，其特征在于，所述的碳纳米管绳直接或编织成网状缠绕在绝缘介质层外。
7. 如权利要求7所述的电磁屏蔽线缆，其特征在于，所述的碳纳米管绳由100微米的碳纳米管束阵列拉出，其长度为30厘米，直径为200微米。
8. 如权利要求7所述的电磁屏蔽线缆，其特征在于，所述的绝缘介质层的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、丙烯腈一丁二烯丙烯一苯乙烯共聚物或聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
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