CN105632633B - 一种预警电缆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预警电缆及其制备方法，其中，所述电缆对于电缆局部老化漏电具有警示功能，该电缆由内到外依次包括缆芯、隔离层、离子存储层、电致变色层和耐磨层。当电缆缆芯部分受损漏电时，在电场的作用下，离子存储层中的离子会被驱动到电致变色层，离子与电致变色层中的变色材料发生化学反应，使变色材料生成另一种颜色的化合物，从而人们可以通过透明的耐磨层观测到电缆颜色的变化，显而易见地判断出电缆损坏。

Description

一种预警电缆及其制备方法

技术领域

本发明涉及电缆制造领域，尤其涉及一种预警电缆及其制备方法。

背景技术

随着经济与生活水平的提高，家电、电子等各行各业都会用到电缆，可以说电缆已经随处可见，我们的生活已经离不开它。传统的电缆制造方法是在通电导体的外围包裹一层绝缘物质，来起到绝缘保护的功能。

虽然电缆在出厂之前厂家会对其安全性进行检测，保证出厂的电缆都是安全合格的，但随着使用时间越来越长，绝缘物质会发生老化，此时的电缆已经不再安全。如果电缆的老化又不容易被人们发现，这时电缆老化面积就会越来越大，使通电导体裸露，发生漏电事故的危险性就会越来越高。

发明内容

基于以上现有技术的缺陷，本发明提供了一种预警电缆及其制备方法，该种电缆在发生漏电时本身会发出预警，起到提醒用户的作用。

本发明解决现有技术问题的技术方案是：

提供一种电缆，由内到外依次包括缆芯、隔离层、离子存储层、电致变色层和耐磨层；其中：

所述电致变色层为变色材料，该材料在电场作用下，可以与离子发生化学反应而变色；

所述离子存储层材料为：含有在电场的作用下可以与变色材料发生化学反应使变色材料变色的离子的材料。

进一步地，所述缆芯由内到外包括通电导体和绝缘护套层；所述通电导体为电流的流通部分，材料可以为单根或多根铜线、钢包铜线或铝包铜线等；所述绝缘层材料为可以起到绝缘保护作用的材料，可以为聚乙烯，聚氯乙烯，交流聚乙烯、硅橡胶和聚四氟乙烯材料等等，颜色可以为透明或其它颜色。

进一步地，所述隔离层材料为可以防止离子或原子相互扩散的材料。

进一步地，所述耐磨层为透明层。

进一步地，所述防止离子或原子相互扩散的材料为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA。

进一步地，所述含有在电场的作用下可以与变色材料发生化学反应使变色材料变色的离子的材料为：

含有Li⁺、Na⁺、K⁺的无机或高分子复合材料。

进一步地，所述含有Li⁺、Na⁺、K⁺等离子的无机或高分子复合材料为：

聚甲基丙烯酸甲酯-高氯酸锂-聚碳酸酯复合材料PMMA-LiClO₄-PC或聚甲基丙烯酸甲酯-氯化钠-聚碳酸酯复合材料PMMA-NaCl-PC。

进一步地，所述变色材料可以为无机或有机复合材料。

进一步地，所述变色材料为氧化钨WOx、五氧化二钒V₂O₅、普鲁士蓝Fe₄[Fe(CN)₆]₃、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺和聚呋喃中的一种或多种。

进一步地，所述聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，厚度为1-1.5mm。

进一步地，所述含有Li⁺、Na⁺、K⁺的无机或高分子复合材料厚度为3-5mm。

进一步地，所述含有Li⁺、Na⁺、K⁺的无机或高分子复合材料为溶胶状。

进一步地，所述变色材料厚度为1-2mm。

进一步地，所述耐磨层为透明层，厚度1-2mm。

本发明提供的一种电缆的制备方法，包括：

在通电导体上挤包绝缘层，形成缆芯；

在所述缆芯外表面制备隔离层；

在所述隔离层上以涂覆方式涂覆溶胶状的离子存储层；

在所述离子存储层上挤包电致变色层；

在所述电致变色层上涂覆耐磨层，形成电缆。

本发明采用上述技术方案，能产生如下有益效果：

当绝缘护套层老化或者受损使得通电导体裸露时，在电场的作用下，离子存储层中的离子，会被驱动至电致变色层，离子与电致变色层中的变色材料起化学反应，生成另一种颜色的化合物，从而通过肉眼就可以观测到电缆颜色的变化，显而易见地判断出电缆已经漏电，及时排除安全遗患，对生产和生活都大有裨益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的电缆的结构示意图；

图2为本发明另一实施例公开的三芯或多芯电缆结构示意图；

图3为本发明实施例公开的电缆的制备过程流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种电缆，参见图1，其结构由内到外依次是：通电导体1、绝缘护套层2、隔离层3、离子存储层4、电致变色层5和耐磨层6，其中：

通电导体1和和绝缘护套层2组成缆芯，具体的，通电导体1为电流的流通部分，其材料为通电导体；绝缘护套层2起到绝缘保护的作用，颜色可以为透明或其它颜色；

隔离层3用于防止护套料与离子存储层4中的离子或原子相互扩散；

离子存储层4，起存储离子的作用，所含离子在电场的作用下可以与变色材料发生化学反应使变色材料变色；

电致变色层5，当绝缘护套层老化或受损时起到变色预警的作用，所用材料在电场作用下，可以与离子发生化学反应而变色；

耐磨层6，用于保护电致变色层5，防止电致变色层受到磨损，该层为透明层。

本发明实施例公开的电缆中，当绝缘护套层老化或者受损使得通电导体裸露时，在电场的作用下，离子存储层中的离子，会被驱动至电致变色层，离子与电致变色层中的变色材料起化学反应，生成另一种颜色的化合物，从而通过肉眼就可以观测到电缆颜色的变化，显而易见地判断出电缆已经漏电，及时排除安全遗患，对生产和生活都大有裨益。

可选地，本发明的另一实施例中，所述隔离层材料为防止离子或原子相互扩散的材料，其主要目的是防止绝缘护套层中的原子扩散至离子存储层，影响离子存储层的离子纯度，从而影响变色性能，同时，隔离层的存在还可以保证离子存储层中的离子不会通过绝缘层扩散到通电导体，影响电流流通。本实施例中采用聚甲基丙烯酸甲酯PMMA材料，并根据表1确定其厚度为1-1.5mm，达到理想效果。

表1

可选的，本发明的另一实施例中，所述离子存储层为存储有离子的材料做成，所含的离子在电场的作用下可以与电致变色层的变色材料发生化学反应使变色材料生成另一种颜色的化合物，这一层是保证本发明的电缆具有预警功能不可缺少的。本实施例中使用的是含有Li⁺、Na⁺、K⁺等离子的材料，这些离子能够与变色材料发生变色化学反应，材料可以为无机或高分子复合材料，如PMMA-LiClO₄-PC(聚甲基丙烯酸甲酯-高氯酸锂-聚碳酸酯复合材料)和PMMA-NaCl-PC(聚甲基丙烯酸甲酯-氯化钠-聚碳酸酯复合材料)，所用材料呈溶胶状，有利于离子移动扩散，在没有漏电发生时，没有电场作用，离子在溶胶状的材料中不会随意扩散，在有漏电发生时，在电场的作用下，离子可以快速扩散到电致变色层。该层厚度根据表2数据确定为3-5mm最适宜。

表2

可选的，本发明的另一实施例中，所述电致变色层为变色材料，当绝缘护套层老化或受损时离子存储层中的离子在电场的作用下被驱动到该层，离子与变色材料发生化学反应起到变色预警的作用，是本发明电缆的核心层。所用材料可以为无机或有机复合材料，如氧化钨(WOx)、五氧化二钒(V₂O₅)、普鲁士蓝(Fe₄[Fe(CN)₆]₃)、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺和聚呋喃等中的一种或多种。所述的变色反应例如：含有氧化钨(WOx)的材料为电致变色层材料，漏电时，Li⁺、Na⁺注入WOx时，WOx从无色变为蓝色；以聚噻吩材料为电致变色层材料，漏电时，随着Li⁺、Na⁺的注入，聚噻吩有蓝色变为红色。电致变色层颜色的变化直接说明电缆有漏电发生，起预警作用。根据表3可见该层厚度为1-2mm最为适宜。

表3

所述耐磨层应当使用耐磨材料，其作用是保护电致变色层，防止电致变色层受到磨损，同时，该层要使用透明材料，保证人眼可以方便地观察到电致变色层的颜色变化，厚度为1-2mm。

本发明另一实施例还公开了一种多芯电缆，如图2所示，由内到外依次包括：通电导体1、绝缘层2、屏蔽层3、护套层4、隔离层5、离子存储层6、电致变色层7和耐磨层8。

其中，与上一实施例不同的是：通电导体1、绝缘层2、屏蔽层3和护套层4统称为缆芯，具体的，通电导体1为电流的流通部分，其材料为通电导体；绝缘护套层2起到绝缘保护的作用，颜色可以为透明或其它颜色；屏蔽层3与被屏蔽的绝缘层有良好接触，与护套层等电位，用以避免在绝缘层与护套之间发生局部放电，材料可以为半导体材料；护套层4同样主要起保护作用；

隔离层5用于防止护套料与离子存储层4中的离子或原子相互扩散；

离子存储层6，起存储离子的作用，所含离子在电场的作用下可以与变色材料发生化学反应使变色材料变色；

电致变色层7，当绝缘护套层老化或受损时起到变色预警的作用，所用材料在电场作用下，可以与离子发生化学反应而变色；

耐磨层8，用于保护电致变色层7，防止电致变色层受到磨损，该层为透明层。

本发明实施例公开了一种电缆制备方法，参照图1和图3，该电缆制备步骤为：

S101、在通电导体上挤包绝缘层，形成缆芯；

所述通电导体为电流的流通部分，材料可以为单根或多根铜线、钢包铜线或铝包铜线等，所述绝缘层材料为起绝缘保护作用的材料，可以为聚乙烯，聚氯乙烯，交流聚乙烯、硅橡胶和聚四氟乙烯材料等等，颜色可以为透明或其它颜色；

S102、在所述缆芯外表面制备隔离层；

所述隔离层为防止离子或原子相互扩散的材料，本发明采用聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，厚度为1-1.5mm；

S103、在所述隔离层上以涂覆方式涂覆溶胶状的离子存储层；

所述离子存储层材料为含有在电场的作用下可以与变色材料发生化学反应使变色材料变色的离子的材料，例如含有Li⁺、Na⁺、K⁺等离子的无机或高分子复合材料，如PMMA-LiClO₄-PC(聚甲基丙烯酸甲酯-高氯酸锂-聚碳酸酯复合材料)和PMMA-NaCl-PC(聚甲基丙烯酸甲酯-氯化钠-聚碳酸酯复合材料)，厚度3-5mm；

S104、在所述离子存储层上挤包电致变色层；

所述电致变色层主要起变色预警的作用，所用材料为变色材料，该材料在电场作用下，可以与离子发生化学反应而变色，如氧化钨(WOx)、五氧化二钒(V₂O₅)、普鲁士蓝(Fe₄[Fe(CN)₆]₃)、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺和聚呋喃等中的一种或多种，厚度1-2mm；

S105、在所述电致变色层上涂覆耐磨层，形成电缆；

所述耐磨层为透明层，主要保护电致变色层不被磨损，同时方便用户观察电致变色层颜色变化，厚度1-2mm。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种电缆，其特征在于，由内到外依次包括缆芯、隔离层、离子存储层、电致变色层和耐磨层；其中：

所述电致变色层为变色材料，该材料在电场作用下，可以与所述离子存储层中的离子发生化学反应而变色；

所述离子存储层材料为：含有在电场的作用下可以与所述电致变色层的变色材料发生化学反应使所述电致变色层的变色材料变色的离子的材料；当所述缆芯漏电时，所述离子存储层材料中所含的离子在电场作用下被驱动至所述电致变色层。

2.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述隔离层材料为防止离子或原子相互扩散的材料。

3.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述耐磨层为透明层。

4.根据权利要求2所述的电缆，其特征在于，所述防止离子或原子相互扩散的材料为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA。

5.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述含有在电场的作用下可以与变色材料发生化学反应使变色材料变色的离子的材料为：

含有Li⁺、Na⁺、K⁺的无机或高分子复合材料。

6.根据权利要求5所述的电缆，其特征在于，所述无机或高分子复合材料为：

聚甲基丙烯酸甲酯-高氯酸锂-聚碳酸酯复合材料PMMA-LiClO₄-PC或聚甲基丙烯酸甲酯-氯化钠-聚碳酸酯复合材料PMMA-NaCl-PC。

7.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述的变色材料为无机或有机复合材料。

8.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述的变色材料为氧化钨WOx、五氧化二钒V₂O₅、普鲁士蓝Fe₄[Fe(CN)₆]₃、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺和聚呋喃中的一种或多种。

9.根据权利要求4所述的电缆，其特征在于，所述的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，厚度为1-1.5mm。

10.根据权利要求5所述的电缆，其特征在于，所述含有Li⁺、Na⁺、K⁺的无机或高分子复合材料厚度为3-5mm。

11.根据权利要求5所述的电缆，其特征在于，所述含有Li⁺、Na⁺、K⁺的无机或高分子复合材料为溶胶状。

12.根据权利要求7所述的电缆，其特征在于，所述变色材料厚度为1-2mm。

13.根据权利要求3所述的电缆，其特征在于，所述耐磨层厚度为1-2mm。

14.一种如权利要求1-13任意一项所述的电缆的制备方法，其特征在于，包括：

在通电导体上挤包绝缘层，形成缆芯；

在所述缆芯外表面制备隔离层；

在所述隔离层上以涂覆方式涂覆溶胶状的离子存储层；

在所述离子存储层上挤包电致变色层；

在所述电致变色层上涂覆耐磨层，形成电缆。