CN104751953A

CN104751953A - 一种弹性导线及其制备方法

Info

Publication number: CN104751953A
Application number: CN201310743797.XA
Authority: CN
Inventors: 李晓强
Original assignee: Shanghai Chu Yan Industrial Co Ltd
Current assignee: Shanghai Chu Yan Industrial Co Ltd
Priority date: 2013-12-29
Filing date: 2013-12-29
Publication date: 2015-07-01

Abstract

本发明涉及一种弹性导线，其特征在于，包括弹性基体和沿长度方向半连续分布在弹性基体内的导线，所述的弹性基体包括表层基体和芯层基体，表层基体将芯材基体包覆形成表层，导线半连续分布在芯层基体中，形成导电通路。本发明的弹性导线可以在拉伸的条件下使用，在一定范围内进行拉伸时导线的电阻基本保持不变，能广泛应用于耳机线，可折叠手机屏幕或电脑屏幕等领域。

Description

一种弹性导线及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种弹性导线，具体涉及一种导电效率高的可伸缩的弹性导线及其制备方法。

背景技术

日常生活中很多低电压的电线，如耳机线、USB键盘鼠标连接线等电流较小的连接线，为顾及日常使用对长度的要求，经常这些电线都是不能伸缩的较长的线缆。

同时传统的导电材料均为金属材质，如银、铜、铝等，日常生活中使用较多的电线也多位铜线。随着高分子复合材料的发展，高分子材料中加入石墨、等导电粉末进行共混制备具有一定导电性能的导电材料也有报道。但此类导电复合材料均存在电阻高、导电效率低的缺陷，另外制备出的导电材料也大多难以进行拉伸或收缩。

如果低压电线的线缆制备成像橡皮筋一样有一定收缩弹性的线缆，将会较大的方便我们的生活。

发明内容

本发明的目的是一种导电效率高的可伸缩的一种弹性导线及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种弹性导线，包括弹性基体和沿长度方向半连续分布在弹性基体内的导线，所述的弹性基体包括表层基体和芯层基体，表层基体将芯材基体包覆形成表层，导线半连续分布在芯层基体中，形成导电通路。

所述的表层基体由包括以下重量份的组分制成：

弹性树脂： 100，

颜料： 0～5；

所述的芯层基体由包括以下重量份的组分制成：

弹性树脂： 100，

导电晶须： 10～60，

偶联剂： 0.5～6，

优选的所述导电晶须为12～30份；

所述的弹性树脂选自热塑性弹性体或热固性弹性体；

所述的热塑性弹性体选自热塑性聚烯烃弹性体（TPE-O）、热塑性苯乙烯类弹性体（TPE-S）、聚酯类热塑性弹性体(TPE-E)、聚氨酯类热塑性弹性体（TPE-U）、聚酰胺热塑性弹性体(TPE-A)、乙烯共聚物热塑性弹性体(EVA)中的一种或一种以上；

所述的热固性弹性体选自异戊橡胶、丁苯橡胶、丁晴橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶中的一种或一种以上；

在弹性树脂的选择方面，热固性弹性体或热塑性弹性体都能作为本发明的弹性树脂，选择热固性弹性体时，可以加入热固性弹性体重量份的1～2%的硫化剂，对硫化剂无特殊要求，采用本领域常规硫化剂即可。

优选的，在弹性导线中，表层基体的弹性树脂和芯层基体中的弹性体树脂选自同一种弹性体树脂，以拥有更好的相容性。

表层基体中的弹性体树脂中可以加入颜料进行配色是为了使产品更加美观，优选的，颜料为1～3重量份；本发明可选择的颜料均为本领域市售的通用色粉、色母粒。

所述的导电晶须选自石墨晶须或金属晶须；所述的金属晶须选自铁晶须、铜晶须、铝晶须、银晶须中的一种或一种以上；

所述的晶须的直径为0.5～30um，优选2～8um；长径比为（10～5000）:1，优选（2500～5000）:1。

所述的偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、N-（β氨乙基）-γ-氨丙基甲基-二甲氧基硅烷或γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或一种以上。

所述的导线选自金属导线或碳纤维；所述的金属导线选自铜线、铝线、银线中的一种或一种以上；

所述的导线的直径为0.2～2mm，长径比为（5～40）：1，优选（12～20）：1。

所述的导线按照同一取向方向平行而交错的排列在弹性基体的芯层基体内，形成可导电的通路。

一种弹性导线的制备方法，包括以下步骤：

（1）将连续的导线从多个导线辊引出，平行排列进入一对切割辊，调节切割辊间的间距，使连续的导线切割出沿长度方向分布的缺口，但又不将导线切断，将多条带缺口的导线并到一起形成导线束；

（2）按重量份秤取弹性树脂100份，导电晶须20～60份，偶联剂0.5～6份加入双螺杆挤出机中熔融共混挤出成为芯层基体熔体；

（3）按重量份秤取弹性体树脂100份，颜料0～5份，加入到单螺杆挤出机中熔融挤出成为表层基体熔体；

（4）将步骤（1）中的导线束引入双层共挤模头中，步骤（2）中制得的芯层基体熔体先包覆在导线束的表面，步骤（3）中制得的表层基体熔体再包覆在芯层基体熔体的表面，挤出定型，冷却得到产品。

（5）步骤（4）中制得的产品经过两组转速不一致的辊轮，第一组辊轮转速较慢，第二组辊轮转速较快，从而使产品在辊轮间形成小幅的拉伸，经过拉伸后，产品内的导线从缺口处断裂半连续分布在芯层基体内，得到所述的弹性导线。

所述的步骤（1）中的切割辊由表面光滑的支撑辊和表面设置有沿辊筒长度方向非连续排列的切刀的切割辊构成；切割辊的切刀布置为非连续交错排列，使相邻的导线切出的缺口能够在长度方向上交错排列。

步骤（2）和步骤（3）中的挤出加工温度为弹性体树脂的熔融温度，优选180～240℃。

步骤（4）中所述的双层共挤模头中间设置有供导线束通过的通道，通道上开设有两个环形的出料口，双螺杆挤出机中挤出的熔体通过第一个环形出料口将导线束充分包覆，单螺杆挤出机中挤出的熔体再通过第二个环形出料口包覆在双螺杆挤出机挤出熔体的表面。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

普通的线缆通常包括表层的绝缘电缆皮和芯层连续分布的多根细的导线，没根导线的长度与线缆一直，是连续的。本发明中的导线为半连续分布，每根导线并非是一直连续的，或完全非连续的，而是以一定长径比的短导线沿长度方向半连续的排列，相当于普通线缆的芯层导线被均匀的切割为一段段的短导线，平行排列的导线的切口不同，从而在长度方向拉伸时能保证平行的导线间有较好的接触面积。

本发明制得的弹性导线，基体为弹性基体，负责导电的导线为半连续分布在芯层基体中，当复合材料沿长度方向拉伸时，弹性基体沿长度方向拉伸的同时，半连续分布的导线也可以产生长度方向的位移，各平行分布的导线间依然相连从而使电流能够形成通路。

均匀分布在芯层基体中的导电晶须可以在平行分布的导线间形成连通网络，从而降低使拉伸状态下的由于导线半连续而导致的电阻上升，使弹性导线的电阻在拉伸状态下和未拉伸状态基本保持一致。

本发明的弹性导线可以在拉伸的条件下使用，在一定范围内进行拉伸时导线的电阻基本保持不变，能广泛应用于耳机线，可折叠手机屏幕或电脑屏幕等领域。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，实施例中除特殊说明外，含量均为重量份。

实施例1

所述的弹性导线按以下方法制备：

（2）按重量份秤取弹性树脂100份，导电晶须20份，偶联剂0.5份加入双螺杆挤出机中熔融共混挤出成为芯层基体熔体；

（3）按重量份秤取弹性体树脂100份，颜料1份，加入到单螺杆挤出机中熔融挤出成为表层基体熔体；

其中步骤（1）中所述的切割辊由表面光滑的支撑辊和表面设置有沿辊筒长度方向非连续排列的切刀的切割辊构成；切割辊的切刀布置为非连续交错排列，使相邻的导线切出的缺口能够在长度方向上交错排列；

步骤（1）中所述的导线为直径为2mm的铜导线，最终产品中的导线长径比为5:1；

步骤（2）和（3）中所述的弹性体树脂为热塑性聚烯烃弹性体（TPE-O），导电晶须为铜晶须，晶须直径约为2um，长径比约为2500:1，偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，颜料为市售蓝色母；

其中步骤（4）中所述的双层共挤模头中间设置有供导线束通过的通道，通道上开设有两个环形的出料口，双螺杆挤出机中挤出的熔体通过第一个环形出料口将导线束充分包覆，单螺杆挤出机中挤出的熔体再通过第二个环形出料口包覆在双螺杆挤出机挤出熔体的表面。

对制得的弹性导线进行电阻测试，相比于未拉伸状态，将弹性导线拉伸至150%的长度时，弹性导线的电阻仅增加3%。

实施例2

所述的弹性导线按以下方法制备：

（2）按重量份秤取弹性树脂100份，导电晶须60份，偶联剂6份加入双螺杆挤出机中熔融共混挤出成为芯层基体熔体；

（3）按重量份秤取弹性体树脂100份，颜料5份，加入到单螺杆挤出机中熔融挤出成为表层基体熔体；

步骤（1）中所述的导线为直径为0.2mm的碳纤维，最终产品中的导线长径比为40:1；

步骤（2）和（3）中所述的弹性体树脂为聚酯类热塑性弹性体(TPE-E)，导电晶须为铜晶须，晶须直径约为0.5um，长径比约为5000:1，偶联剂为N-（β氨乙基）-γ-氨丙基甲基-二甲氧基硅烷，颜料为市售白色母；

对制得的弹性导线进行电阻测试，相比于未拉伸状态，将弹性导线拉伸至150%的长度时，弹性导线的电阻仅增加0.5%。

实施例3

所述的弹性导线按以下方法制备：

（2）按重量份秤取弹性树脂100份，导电晶须30份，偶联剂2份加入双螺杆挤出机中熔融共混挤出成为芯层基体熔体；

（3）按重量份秤取弹性体树脂100份，加入到单螺杆挤出机中熔融挤出成为表层基体熔体；

步骤（1）中所述的导线为直径为1mm的铝纤维，最终产品中的导线长径比为20:1；

步骤（2）和（3）中所述的弹性体树脂为硅橡胶，导电晶须为铝晶须，晶须直径约为0.5um，长径比约为10:1，偶联剂为N-（β氨乙基）-γ-氨丙基甲基-二甲氧基硅烷；

对制得的弹性导线进行电阻测试，相比于未拉伸状态，将弹性导线拉伸至150%的长度时，弹性导线的电阻仅增加2%。

实施例4

所述的弹性导线按以下方法制备：

（2）按重量份秤取弹性树脂100份，导电晶须10份，偶联剂1份加入双螺杆挤出机中熔融共混挤出成为芯层基体熔体；

（3）按重量份秤取弹性体树脂100份，颜料2份，加入到单螺杆挤出机中熔融挤出成为表层基体熔体；

步骤（2）和（3）中所述的弹性体树脂为聚酯类热塑性弹性体(TPE-E)，导电晶须为铜晶须，晶须直径约为30um，长径比约为500:1，偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷，颜料为市售白色母；

对制得的弹性导线进行电阻测试，相比于未拉伸状态，将弹性导线拉伸至150%的长度时，弹性导线的电阻仅增加5%。

Claims

1.一种弹性导线，其特征在于，包括弹性基体和沿长度方向半连续分布在弹性基体内的导线，所述的弹性基体包括表层基体和芯层基体，表层基体将芯材基体包覆形成表层，导线半连续分布在芯层基体中，形成导电通路。

2.根据权利要求1所述的一种弹性导线，其特征在于，所述的表层基体由包括以下重量份的组分制成：

弹性树脂： 100，

颜料： 0～5；

或所述的芯层基体由包括以下重量份的组分制成：

弹性树脂： 100，

导电晶须： 10～60，

偶联剂： 0.5～6。

3.根据权利要求2所述的一种弹性导线，其特征在于，所述的弹性树脂选自热塑性弹性体或热固性弹性体。

4.根据权利要求3所述的一种弹性导线，其特征在于，所述的热塑性弹性体选自热塑性聚烯烃弹性体（TPE-O）、热塑性苯乙烯类弹性体（TPE-S）、聚酯类热塑性弹性体(TPE-E)、聚氨酯类热塑性弹性体（TPE-U）、聚酰胺热塑性弹性体(TPE-A)、乙烯共聚物热塑性弹性体(EVA)中的一种或一种以上；

所述的热固性弹性体选自异戊橡胶、丁苯橡胶、丁晴橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶中的一种或一种以上。

5.根据权利要求2所述的一种弹性导线，其特征在于，所述的导电晶须选自石墨晶须或金属晶须；所述的金属晶须选自铁晶须、铜晶须、铝晶须、银晶须中的一种或一种以上；

或所述的导电晶须的直径为0.5～30um，优选2～8um；长径比为（10～5000）:1，优选（2500～5000）:1。

6.根据权利要求2所述的一种弹性导线，其特征在于，所述的偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、N-（β氨乙基）-γ-氨丙基甲基-二甲氧基硅烷或γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或一种以上。

7.根据权利要求1所述的一种弹性导线，其特征在于，所述的导线选自金属导线或碳纤维；所述的金属导线选自铜线、铝线、银线中的一种或一种以上；优选的，所述的导线的直径为0.2～2mm，长径比为（5～40）：1，优选（12～20）：1。

8.一种如权利要求1～7中任一所述的弹性导线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（4）将步骤（1）中的导线束引入双层共挤模头中，步骤（2）中制得的芯层基体熔体先包覆在导线束的表面，步骤（3）中制得的表层基体熔体再包覆在芯层基体熔体的表面，挤出定型，冷却得到产品；

9.根据权利要求8所述的一种弹性导线的制备方法，其特征在于，

所述的步骤（1）中的切割辊由表面光滑的支撑辊和表面设置有沿辊筒长度方向非连续排列的切刀的切割辊构成；切割辊的切刀布置为非连续交错排列，使相邻的导线切出的缺口能够在长度方向上交错排列；

10.根据权利要求8所述的一种弹性导线的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述的双层共挤模头中间设置有供导线束通过的通道，通道上开设有两个环形的出料口，双螺杆挤出机中挤出的熔体通过第一个环形出料口将导线束充分包覆，单螺杆挤出机中挤出的熔体再通过第二个环形出料口包覆在双螺杆挤出机挤出熔体的表面。