CN105895242A - 一种含石墨烯的阻燃绝缘电缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含石墨烯的阻燃绝缘电缆，包括导体(1)，其特征在于：所述导体(1)外同心包覆有石墨烯层(2)和阻燃聚氯乙烯绝缘层(3)；所述导体(1)截面为圆形，直径为10～15mm；所述石墨烯层(2)的外壁与内壁之间的厚度为0.2～0.4nm；所述阻燃聚氯乙烯绝缘层(3)的外壁与内壁之间的厚度为1～2mm。在所述石墨烯层(2)和阻燃聚氯乙烯绝缘层(3)之间还可以配置耐落胶层(4)，该耐落胶层可以配置具有石墨烯。本发明在导体表面包覆了石墨烯层，提高了电缆的导电性能，同时还在最外面包覆了阻燃聚氯乙烯绝缘层，提高了绝缘电缆的阻燃性，耐落胶的应用使得绝缘层与石墨烯层之间的结合更为紧密，还起到了缓冲保护的作用。还提供了一种生产上述含石墨烯的阻燃绝缘电缆的方法。

Description

一种含石墨烯的阻燃绝缘电缆

技术领域

本发明涉及一种电缆，尤其是涉及一种含石墨烯的阻燃绝缘电缆。

背景技术

传统绝缘电缆的结构一般为两层，内层为金属导电层，外层为非金属绝缘层。这样的电缆只能用于普通场所，并且具有绝缘层易燃，易老化，难以耐受高温，使用寿命短等缺点。

电缆中通常采用铜作为导电层，而铜本身容易受到氧化和腐蚀，并且铜的质地较软，延展性不佳。现有技术中，为了解决铜被氧化和腐蚀的问题，通常在导体铜的表面进行电镀处理，镀上一层抗氧化的材料。然而这种电镀技术造成了电缆生产成本的提高，且容易污染环境。

为了增强电缆的延展性，可在导体和绝缘层之间设置耐弯曲、具有良好延展性的材料层。然而这种材料需要考虑成本和性能，不易于寻找。因此，目前市面上的绝缘电缆一般难以同时具有良好的导电性和较强的阻燃性。

石墨烯是一种二维材料，由纯碳原子组成。其分子结构致密，除了氢原子以外的物质均不能透过。因此耐酸、耐氧化。在所有材料中，其具有最高的载流子传输速度，其电子传导率15000cmol/L/(V.s)，超强的耐大电流能力，是一种优良的导体。此外，石墨烯材料可以很好的混合到其他材料中，使得合成的材料具有好的耐腐蚀、耐磨性。

在通信领域中，某些电缆还要求具有较高的抗干扰性，而常规的电缆一般都有设置有导体屏蔽层和绝缘屏蔽层，以达到均化电场的效果。然而现有的屏蔽层通常是在橡胶中添加导电碳黑。碳黑颗粒的分布、尺寸以及碳黑和橡胶的融合程度都影响着抗干扰效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种含石墨烯的阻燃绝缘电缆，同时意图获得具有延展性佳具有一定强度、抗干扰性能好的电缆。

具体而言，本发明采用了如下技术方案：

一种含石墨烯的阻燃绝缘电缆，包括导体，所述导体外同心包覆有石墨烯层和阻燃聚氯乙烯绝缘层；所述导体截面为圆形，直径为10～15mm；所述石墨烯层的外壁与内壁之间的厚度为0.2～0.4nm；所述阻燃聚氯乙烯绝缘层的外壁与内壁之间的厚度为1～2mm，所述阻燃聚氯乙烯绝缘层由在聚氯乙烯中添加阻燃材料构成。

特别的，所述石墨烯层与阻燃聚氯乙烯绝缘层之间还配置有耐落胶层。

进一步的，所述阻燃聚氯乙烯绝缘层与耐落胶层之间还配置有玻璃纤维层。

进一步的，所述阻燃聚氯乙烯绝缘层与所述玻璃纤维层之间也配置有耐落胶层。

进一步的，所述耐落胶层由混合有石墨烯的耐落胶构成。

此外本发明还提供了一种用于生产含石墨烯的阻燃绝缘电缆的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：配置稀盐酸溶液，将导体置入盐酸溶液中进行清洗，移除导体表面的氧化物，随后将导体取出，再次采用去离子水对导体进行清洗，

步骤2：将去离子水清洗后的导体进行烘干；将烘干后的导体放置于无氧环境中，并通入氢气，维持温度于:900-1000℃；

步骤3：通入甲烷或乙炔或乙烯等含碳气体，利用化学气象沉淀法在导体的表面形成石墨烯层，根据石墨烯层厚度的需要，可维持不同的持续时间；

步骤4：将生成的具有石墨烯层的导体冷却；

步骤5：配置阻燃聚氯乙烯绝缘层于所述导体的最外一层。

进一步的，本发明的方案在步骤4和步骤5之间执行如下步骤：

步骤41：将生成的具有石墨烯层的导体至少冷却至耐落胶的熔点之上，将耐落胶挤压到包围导体的金属套中，耐落胶在导体的高温下熔化成液态并充满所述金属套的空间；其中所述的耐落胶包含有石墨烯，或者其中所述的耐落胶不包含有石墨烯；

步骤42：将步骤41生成的带耐落胶的导体从金属套中抽离，并在金属套出口处设置冷却装置，用于冷却涂覆有耐落胶的导体；冷却后，耐落胶重新固化，紧紧包裹在带有石墨烯层的导体上；将其充分冷却，以释放其应力，之后再进行步骤5。

进一步的，本发明的方案在在步骤42之后执行以下步骤：

步骤421：在充分释放应力后的耐落胶层上配置玻璃纤维层。

进一步的，本发明的方案在在步骤421之后执行以下步骤：

步骤422：将耐落胶配置环绕玻璃纤维层，其中所述的耐落胶包含有石墨烯，或者其中所述的耐落胶不包含有石墨烯。

本发明的有益效果是：通过合理设置导体、石墨烯层和阻燃聚氯乙烯绝缘层，同时增加耐落胶层使得各层之间紧密结合，在耐落胶中添加石墨烯使得耐落胶层具有良好的屏蔽效果，从而生成一种具有良好导电性和较强阻燃性的绝缘电缆。

附图说明

图1是本发明一个实施例的电缆的结构示意图；

图2是本发明第二实施例的电缆的结构示意图；

图3是本发明第三实施例的电缆的结构示意图；

图4是本发明第四实施例的电缆的结构示意图。

具体实施方式

通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步清楚的理解本发明，但下述实施例并不是对本发明的限定。

参照图1，本发明的石墨烯电缆包括导体1，导体1通常由铜构成，也可以为铝材。在导体1的外周均匀地设置有一石墨烯层2。该石墨烯层2具有良好的导电性，可以增强铜质电缆的导电性。同时，可以防止酸性物质、氧化性物质对金属导体的腐蚀。

在石墨烯层2的外周，设置有阻燃聚氯乙烯绝缘层3。阻燃聚氯乙烯绝缘层是一种耐高温、耐腐蚀的材料，用于电缆中可以较好地防止电缆起火和腐蚀。阻燃聚氯乙烯在聚氯乙烯的材料中增加了阻燃材料，如(多)磷酸酯类阻燃剂。

导体1截面为圆形，直径为10～15mm；石墨烯层2的外壁与内壁之间的厚度为0.2～0.4nm；阻燃聚氯乙烯绝缘层3的外壁与内壁之间的厚度为1～2mm。

在一个实施例中，导体1截面为圆形，直径为10mm；石墨烯层2的外壁与内壁之间的厚度为0.2nm；阻燃聚氯乙烯绝缘层3的外壁与内壁之间的厚度为1mm。

在另一个实施例中，导体1截面为圆形，直径为15mm；石墨烯层2的外壁与内壁之间的厚度为0.4nm；阻燃聚氯乙烯绝缘层3的外壁与内壁之间的厚度为2mm。

由于该石墨烯层2的厚度很小，因此容易受到划伤。阻燃聚氯乙烯绝缘层通常较为硬而缺乏延展性，阻燃聚氯乙烯绝缘层与石墨烯薄膜层之间容易产生相对移动而摩擦，使得石墨烯层很容易被划伤。

为解决上述问题，在本发明的一个实施例中，参照图2，在石墨烯层2与阻燃聚氯乙烯绝缘层3之间设置有一固体耐落胶层4，该耐落胶层具有良好的延展性，可以稳固地“粘”在石墨烯层2与阻燃聚氯乙烯绝缘层3之间，防止两层之间发生相对移动。同时耐落胶层4具有防冲击的效果，可以保护石墨烯层2避免被损坏的阻燃聚氯乙烯绝缘层3的突刺划伤。

为了增强电缆的延展性和抗冲击性，还可以在石墨烯层2与阻燃聚氯乙烯绝缘层3之间设置玻璃纤维层5，该玻璃纤维层5可以替代上述固体耐落胶层4。此时电缆已经可以在具有延展性的同时具有较好的抗冲击性，然而同时玻璃纤维层5也是具有一定强度和硬度的，当其设置在石墨烯层外侧时，容易与石墨烯层发生相对移动，由此造成两者之间发生摩擦，造成石墨烯层的刮伤。

因此，在这种情况下，可以考虑将玻璃纤维层5设置在耐落胶层4与阻燃聚氯乙烯绝缘层3之间，见图3。耐落胶层紧密地贴合石墨烯层2和玻璃纤维层5。

在某些场合，电缆需要具有一定的抗干扰能力，具有能够屏蔽外部信号干扰的屏蔽层。本发明采取的措施是在所述固体耐落胶中添加石墨烯，构成耐落胶-石墨烯屏蔽层。石墨烯可以很好的融合到耐落胶中。耐落胶是一种主要成分为尼龙(nylon)的固体胶，其工作温度一般为-50到200℃，通常可包括尼龙、混合溶剂、聚丙烯、聚合成树脂等材料，并经上述材料混合而成。其具有良好的弹性，其表面光滑、柔软，能够很好地贴合固体表面，密封性能好、防水、防酸性佳。

在本发明一个优选地实施例中，也可以在玻璃纤维层5和阻燃聚氯乙烯绝缘层3之间设置耐落胶层，见图4，这可以增强玻璃纤维层5和阻燃聚氯乙烯绝缘层3之间的粘合程度，减小两者之间的间隙，增大摩擦力防止两者之间运动。

如果对电缆的抗干扰效果有更严格的要求，也可以在该耐落胶层5中添加石墨烯。

此外，本发明还提供一种用于生产含石墨烯的玻璃纤维增强型绝缘电缆的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：配置稀盐酸溶液，将导体1置入盐酸溶液中进行清洗，移除导体表面的氧化物，随后将导体1取出，采用去离子水对导体1进行清洗，

步骤2：将去离子水清洗后的导体1进行烘干；将烘干后的导体1放置于无氧环境中，并通入氢气，维持温度于:900-1000℃；

步骤3：通入甲烷或乙炔或乙烯等含碳气体，利用化学气相沉积法在导体1的表面形成石墨烯层，根据石墨烯层厚度的需要，可维持不同的持续时间；

步骤4：将生成的具有石墨烯层的导体冷却；

步骤5：配置阻燃聚氯乙烯绝缘层于导体的最外层。

此外，在特定是实施例中，在步骤4和步骤5之间执行如下步骤：

步骤41：将生成的具有石墨烯层的导体至少冷却至耐落胶的熔点之上，例如在一个实施例中，耐落胶的熔点为250℃，则至少将导体的温度冷却至250℃以上，将耐落胶挤压到包围导体的金属套中，耐落胶在导体的高温下融化成液态并充满所述金属套的空间；该耐落胶可以是纯的耐落胶，也可以是混合有石墨烯的耐落胶。

当采用混合有石墨烯的耐落胶时，不仅可以获得良好的密封和抗冲击性，而且能够获得良好地屏蔽性能。

该步骤可以节约能源。传统的方法是将橡胶等绝缘材料加热至熔融状态，挤压在冷的线材上，从而将橡胶层涂覆在导体上。

而在本发明中，由于耐落胶本身是柔软而易于挤压的，因此，不需要将其加热至熔融状态，直接挤压到导体上，利用导体的热量将其熔化，冷却后即可得到涂覆。但导体的温度不宜过高，优选地高于耐落胶熔点温度0-20℃的范围，过高的温度对于耐落胶是不利的对于石墨烯和耐落胶的制备，不必集合到电缆的生产工艺中，通过采购现有的产品即可。

采用这种方式，可以高效快速地将耐落胶涂覆到导体上。

石墨烯与耐落胶的混合技术此处不再赘述，传统方法制备中，将石墨烯片状或粉末状投入到融化的耐落胶中充分混合冷却后即可得到。

步骤42：将导体从金属套中抽离，并在金属套出口处设置冷却装置，用于冷却涂覆有耐落胶的导体；冷却后，耐落胶重新固化，紧紧包裹在带有石墨烯层的导体上；将其充分冷却，以释放其应力；例如将其充分冷却至常温，并维持一段时间，使得耐落胶的体积稳定，之后再进行步骤5，以防止直接将高温的耐落胶与阻燃聚氯乙烯绝缘层接触，这会造成冷却后的耐落胶体积缩小而与阻燃聚氯乙烯绝缘层之间产生间隙。

在另一个特定的实施例中，还包括在步骤42之后执行以下步骤：

步骤421：在充分释放应力后的耐落胶层上配置玻璃纤维层。

在另一个优选地实施例中，还可以在步骤421后执行以下步骤：

步骤422：将耐落胶配置环绕玻璃纤维层。由此，可以进一步增强电缆的屏蔽效果，其中所述的耐落胶包含有石墨烯，或者其中所述的耐落胶不包含有石墨烯。

本发明选用耐落胶添加石墨烯作为屏蔽件，可以节省橡胶和碳黑的应用。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种含石墨烯的阻燃绝缘电缆，包括导体(1)，其特征在于：所述导体(1)外依次包覆有石墨烯层(2)和阻燃聚氯乙烯绝缘层(3)；所述导体(1)截面为圆形，直径为10～15mm；所述石墨烯层(2)的外壁与内壁之间的厚度为0.2～0.4nm；所述阻燃聚氯乙烯绝缘层(3)的外壁与内壁之间的厚度为1～2mm，所述阻燃聚氯乙烯绝缘层由在聚氯乙烯中添加阻燃材料构成。

2.根据权利要求1所述的含石墨烯的阻燃绝缘电缆，其特征在于：所述石墨烯层(2)与阻燃聚氯乙烯绝缘层(3)之间还配置有耐落胶层(4)。

3.根据权利要求2所述的含石墨烯的阻燃绝缘电缆，其特征在于：所述阻燃聚氯乙烯绝缘层(3)与耐落胶层(4)之间还配置有玻璃纤维层(5)。

4.根据权利要求3所述的含石墨烯的阻燃绝缘电缆，其特征在于：所述阻燃聚氯乙烯绝缘层(3)与所述玻璃纤维层(5)之间也配置有耐落胶层。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的含石墨烯的阻燃绝缘电缆，其特征在于：所述耐落胶层由混合有石墨烯的耐落胶构成。

6.一种用于生产含石墨烯的阻燃绝缘电缆的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：将导体1置入盐酸溶液中进行清洗，去除导体表面的氧化物，随后将导体1取出，用去离子水对导体1进行清洗，

步骤2：将去离子水清洗后的导体1进行烘干；将烘干后的导体1放置于无氧环境中，并通入氢气，维持温度于900-1000℃；

步骤3：通入甲烷或乙炔或乙烯等含碳气体，利用化学气相沉积法在导体1的表面形成石墨烯层；

步骤4：将生成的具有石墨烯层的导体冷却；

步骤5：配置阻燃聚氯乙烯绝缘层于所述石墨烯层的外周。

7.根据权利要求6所述的生产含石墨烯的阻燃绝缘电缆的方法，其特征在于在步骤4和步骤5之间执行如下步骤：

步骤41：将生成的具有石墨烯层的导体冷却至耐落胶的融点之上，将耐落胶挤压到包围导体的金属套中，耐落胶在导体温度下融化成液态并充满所述金属套的空间；其中所述的耐落胶包含有石墨烯，或者其中所述的耐落胶不包含有石墨烯；

步骤42：将步骤41生成的带耐落胶的导体从金属套中抽离，并在金属套出口处设置冷却装置，用于冷却涂覆有耐落胶的导体；冷却后，耐落胶重新固化，包裹在带有石墨烯层的导体上；将耐落胶冷却释放应力后进行步骤5。

8.根据权利要求7所述的生产含石墨烯的阻燃绝缘电缆的方法，其特征在于在步骤42之后执行以下步骤：

步骤421：在释放应力后的耐落胶层上配置玻璃纤维层。

9.根据权利要求8所述的生产含石墨烯的阻燃绝缘电缆的方法，其特征在于在步骤421之后执行以下步骤：

步骤422：将耐落胶配置环绕玻璃纤维层，其中所述的耐落胶包含有石墨烯，或者其中所述的耐落胶不包含有石墨烯。