CN104616718B - 一种碳纳米管导线及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种碳纳米管导线及其应用，所述碳纳米管导线具有三层结构，其中第1层为芳纶加强芯，第2层为位于第1层外的碳纳米管纤维层，第3层为位于第2层外的护套层。本发明的碳纳米管导线通过利用芳纶作为加强芯，可以赋予导线以高强度和高柔韧性的特点，利用碳纳米管纤维作为导电或信号传输线，不仅电导率高，而且质轻、耐弯折性好，并且耐疲劳性能大大提高。本发明的碳纳米管导线可用于耳机线，使耳机线不易断裂，持久耐用，导电以及信号传输功能良好，满足耳机线在市场上的使用性能要求。

Description

一种碳纳米管导线及其应用

技术领域

本发明属于碳纳米管的加工技术领域，涉及一种碳纳米管导线及其应用。

背景技术

随着科学技术和社会经济的迅猛发展，产业水平的不断提高，消费者对耳机产品的质量、性能以及安全性提出越来越高的要求。传统的耳机线材主要采用裸铜、铝、银线等金属纤维绞合束成导体，绝缘和护套多数为PVC材质。上述的高导电率金属纤维柔韧性较低，在使用过程中，由于外界的拉力或者自身的重力，以及反复的绕折，而使得包覆在护层中的线材断裂，从而导致该耳机不能继续使用。

CN 202948768 U公开了一种耳机线，包括金属导线、防止摇绕断裂的丝线以及耳机线的表皮，所述金属导线以螺旋状缠绕在所述防止摇绕断裂的丝线上，所述耳机线的表皮附着并包裹在所述金属导线的表面，所述防止摇绕断裂的丝线为超高分子量聚乙烯纤维丝线。此实用新型的耳机线利用金属纤维为线材，柔韧性较差，易断裂。

随着现行电子设备朝着轻便化以及造型美观，富于设计感的方向发展，耳机线材也趋近轻便化、纤细化，能为设计者提供更大的设计空间。

碳纳米管自1991年Ijima在电镜下观察到以来，就备受科学家们的关注。研究表明，碳纳米管由于其特殊的石墨层状结构，因而具有优异的力学性质，以及良好的导电性能。由于其具有很高的拉伸强度以及非常好的化学稳定性能，使得它在复合材料制备方面具有非常明显的优势，从而在高性能材料制备方面发挥重要作用，并且碳纳米管纤细、质轻，耐弯折性好，不易断裂。

CN 101976594 A公开了一种碳纳米管纤维的复合导线应用及其制备方法，该发明的特点在于将一种高强度碳纳米管纤维材料与电镀或者化学镀表面处理工艺相结合，在碳纳米管纤维复合导电金属镀层，从而得到一种轻质、高强度、高导电的碳纳米管复合导线。在该发明中需要利用电镀或者化学镀表面处理工艺，过程中需要控制金属镀层的种类和金属镀层的厚度，才可使碳纳米管导线的电导率达到与金属本体材料电导率一致，否则很难获得良好的导电性。

CN 201655353 U公开了一种以纤维线作为载体的增强碳纳米管线，其特别之处在于：长度在100米以上；聚合物的外层内设有纤维线，在纤维线的毛细管中和纤维线的外表面上设有碳纳米管。此实用新型所述碳纳米管线比现有技术的碳纳米管线要粗，但具有较高的机械强度和导电性，特别适合做远距离导线。

CN 102074291 A公开了一种耳机线，其包括防弹丝、绝缘导电丝以及耳机线表皮，其特征在于，所述耳机线还包括导电体；所述绝缘导电丝以螺旋状缠绕在所述防弹丝上；所述耳机线表皮附着并包裹在所述绝缘导电丝的表面，形成一层超薄、柔软且耐磨的表皮；以及所述导电体位于所述耳机线的两端部，分别连接在电子产品和耳机的输出和输入端头上。此发明所述防弹丝是由多根由多种材料复合制成有较强抗拉力的线丝构成的，该耳机线能够应用于“内置伸缩耳机”。

在本领域，开发具有优良导电性、高强度和良好柔韧性的耳机导线材料是目前需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种碳纳米管导线及其应用。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种碳纳米管导线，所述碳纳米管导线具有三层结构，其中第1层为芳纶加强芯，第2层为位于第1层外的碳纳米管纤维层，第3层为位于第2层外的护套层。

在本发明中，所述加强芯由两束或更多束芳纶纤维绞合而成，所述每束芳纶纤维由两根或更多根芳纶纤维绞合而成。芳纶全称为“聚对苯二甲酰对苯二胺”，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能，其作为一种强度和柔韧性都很高的聚合物类纤维，能够实现用量小的情况下，保证强度和柔韧性。

本发明所述碳纳米管纤维层中碳纳米管纤维的直径为10-50μm，例如10μm、 12μm、14μm、16μm、18μm、20μm、23μm、25μm、27μm、29μm、30μm、32μm、 34μm、36μm、38μm、40μm、42μm、44μm、46μm、48μm或50μm。

本发明所述碳纳米管纤维层由两根或更多根碳纳米管纤维组成，起到导电、信号传输的功能。由于碳纳米管导线的直径精细，因此单根碳纳米管导线的载荷偏低，本发明所述碳纳米管纤维层中碳纳米管纤维通过缠绕打结编织在一起，不仅提高了碳纳米管纤维的载荷，同时可以赋予碳纳米管纤维以蓬松感，而且使整体线材柔软，手感好。

利用碳纳米管纤维作为导电或信号传输线，不仅电导率高，信号失真小，而且碳纳米管纤维直径精细(10-50μm)，质轻，耐弯折性好，容易打结，可以随意设计。

本发明所述碳纳米管纤维层表面淋涂有聚酰亚胺涂层，涂层起到绝缘作用，避免了碳纳米管间信号传输的影响，进一步保证其具有高信号保真度。

本发明碳纳米管线的第3层为护套层，所述护套层为热塑性弹性体层，优选地，所述护套层可以为TPE层或TPU层。本发明所述TPE(Thermoplastic Elastomer)是一种具有橡胶的高弹性、高强度、高回弹性，又具有可注塑加工特征的材料，具有环保无毒安全，触感柔软，耐候性，抗疲劳性和耐温性，加工性能优越等特征。本发明所述TPU(Thermoplasticpolyurethanes)为热塑性聚氨酯弹性体橡胶，具有良好的弹性和耐磨性，机械强度高，加工性能良好。

另一方面，本发明提供了所述碳纳米管导线在耳机线中的应用，利用碳纳米管纤维取代传统金属纤维作为信号传输和导线。碳纳米管纤维具有质轻，只有金属纤维的五分之一，直径精细，耐弯折性好，对比相同细度的金属纤维，碳纳米管线耐疲劳性能是其2倍以上。将本发明的碳纳米管导线应用于耳机线可以克服以往耳机线材易于断裂等缺点。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明的碳纳米管导线通过利用芳纶作为加强芯，可以赋予导线以高强度和高柔韧性的特点，利用碳纳米管纤维作为导电或信号传输线，不仅电导率高，而且质轻、耐弯折性好，并且耐疲劳性能大大提高。本发明的碳纳米管导线可用于耳机线，使耳机线不易断裂，持久耐用，导电以及信号传输功能良好，满足耳机线在市场上的使用性能要求。

附图说明

图1是本发明的碳纳米管导线的截面示意图；

图2是本发明的碳纳米管导线的立体示意图；

图1和图2中1代表第1层——芳纶加强芯，2代表第2层——碳纳米管纤维层，3代表第3层——护套层。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述具体实施方式仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

如图1所示，本发明提供了一种碳纳米管导线，所述碳纳米管导线具有三层结构，其中第1层为芳纶加强芯1，第2层为位于第1层外的碳纳米管纤维层2，第3层为位于第2层外的护套层3。由图可见，第1层的芳纶加强芯1由多根芳纶纤维组成，其外层为碳纳米管纤维层2，在碳纳米管纤维层2中每根纳米管纤维表面淋涂有聚酰亚胺涂层(图中由带点的环层示出)，该涂层起到绝缘作用，避免了碳纳米管间信号传输的影响，进一步保证其具有高信号保真度。第3 层为护套层3，起到保护内部结构的目的，并且起到绝缘作用。

图2为碳纳米管导线的立体示意图，如图所示，第1层的芳纶加强芯1由多根芳纶纤维绞合而成。此结构设计中采用芳纶作为支撑体，能够对碳纳米管纤维层起到支撑作用，而且芳纶本身作为一种强度和柔韧性都很高的聚合物类纤维，能够实现用量小的情况下，保证强度和柔韧性。

第2层的碳纳米管纤维层2位于第1层的芳纶加强芯1之外，由多根碳纳米管纤维组成，多根碳纳米管纤维通过缠绕打结编织在一起，起到导电、信号传输的功能。在碳纳米管纤维层中，碳纳米管纤维的直径为10-50μm左右，由于碳纳米管纤维的直径精细，因此单根碳纳米管纤维的载荷偏低，所以多根碳纳米管纤维缠绕打结编织在一起，不仅提高了碳纳米管纤维的载荷，同时可以赋予碳纳米管纤维以蓬松感，而且使整体线材柔软，手感好。因此，利用碳纳米管纤维作为导电或信号传输线，不仅电导率高，信号保真度高，而且碳纳米管纤维直径精细，质轻，耐弯折性好，容易打结，可以随意设计。

第3层为位于第2层外的护套层3，所述护套层3为热塑性弹性体层，例如，所述护套层3可以为但不限于TPE层或TPU层。护套层3起到保护内部结构的目的，并且起到绝缘作用。

将本发明的碳纳米管导线应用于耳机线，利用碳纳米管纤维取代传统金属纤维作为信号传输和导线。碳纳米管纤维质轻，只有金属纤维的五分之一，直径精细，耐弯折性好，对比相同细度的金属纤维，碳纳米管线耐疲劳性能是其2 倍以上。将本发明的碳纳米管线应用于耳机线可以克服以往耳机线材易于断裂等缺点。

申请人声明，本发明通过上述具体实施方式来说明本发明的碳纳米管导线，但本发明并不局限于上述具体实施方式，即不意味着本发明必须依赖上述具体实施方式才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (3)

1.一种碳纳米管导线在耳机线中的应用，所述碳纳米管导线具有三层结构，其中第1层为芳纶加强芯，第2层为位于第1层外的碳纳米管纤维层，第3层为位于第2层外的护套层，所述碳纳米管纤维层由两根或更多根碳纳米管纤维组成，所述碳纳米管纤维层中碳纳米管纤维通过缠绕打结编织在一起，所述碳纳米管纤维层中每根碳纳米管纤维表面淋涂有聚酰亚胺涂层，所述芳纶加强芯由两束或更多束芳纶纤维绞合而成；所述碳纳米管纤维层中碳纳米管纤维的直径为10-50μm；所述每束芳纶纤维由两根或更多根芳纶纤维绞合而成。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述护套层为热塑性弹性体层。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述护套层为TPE层或TPU层。