CN106128568A - 一种基于石墨烯填充的电缆导体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种填充有石墨烯的电缆导体及其制备方法。一种基于石墨烯填充的电缆导体，包括单丝导体，多根单丝导体绞合形成导体本体，相邻单丝导体之间设有缝隙，在缝隙内填充有石墨烯，在导体本体外包裹有半导电尼龙带。一种制备上述电缆导体的方法，首先制备单丝导体，然后在单丝导体之间填充石墨烯，最后在经过压制后的电缆导体外包裹有半导电尼龙带。本发明提供了一种降低单丝接触电阻，提高导电性能，在同一导体电阻要求下可节约导体材料，相同截面导体时大大提高其电性能及承载能力的一种基于石墨烯填充的电缆导体及其制备方法；解决了现有技术中存在的电缆导体电阻大，导电性能低的技术问题。

Description

一种基于石墨烯填充的电缆导体及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种电缆导体，尤其涉及一种填充有石墨烯的电缆导体及其制备方法。

背景技术

电缆二类导体均采用多根绞合，为了增加导体性能和减少电缆外径，均会采用在绞线过程中进行分层紧压，使的导体紧压系数只能达到0.9及以上，但中间还是有很多空隙填充了空气，影响导体电阻，目前，各大电缆厂都没有找到很好的材料和方法来填充其空隙以提高其导电性能,，如果采用实心导体就不能满足电缆的柔软性能。导体空隙会增大接触电阻，进而影响导体电阻；导体缝隙不能填充，导体外圆形状不规则，生产中压电缆时绝缘或导体屏蔽容易变形，造成电场畸变，产生质量隐患。如中国专利：一种含石墨烯的橡胶绝缘电缆（CN202307250U），包括铜导体，所述铜导体外同心包裹有石墨烯层和绝缘橡胶层，外圈包覆有护套。但是该结构同样没有注意到导体之间的间隙问题。

发明内容

本发明提供了一种降低单丝接触电阻，提高导电性能，在同一导体电阻要求下可节约导体材料，相同截面导体时大大提高其电性能及承载能力的一种基于石墨烯填充的电缆导体及其制备方法；解决了现有技术中存在的电缆导体电阻大，导电性能低的技术问题。

本发明的上述技术问题是通过下述技术方案解决的：一种基于石墨烯填充的电缆导体，包括单丝导体，多根单丝导体绞合形成导体本体，相邻单丝导体之间设有缝隙，在缝隙内填充有石墨烯，在导体本体外包裹有半导电尼龙带。电缆导体是由多根单丝绞合而成的，即使对电缆导体进行紧压，依然会在各个单丝导体之间存在间隙，为了提高导电性能，在间隙内填充有石墨烯，石墨烯具有良好的导电性能，并且电阻率低，质量轻薄，在同一导体电阻要求下可节约导体材料，并且保证在相同截面导体时大大提高了导电性能和承载能力。

作为优选，所述的单丝导体为铜单丝。所述的单丝导体的外圆周表面为粗糙表面。在所述的单丝导体外包裹有石墨烯层。铜与石墨烯复合导体导电性能好，使用寿命长。不光滑的铜单丝的外圆周表面能更容易涂覆包裹上石墨烯，在石墨烯填充空隙之前，先在铜单丝上包裹上一层石墨烯，可以提高成品导体的稳定性，均衡电场，相当于对铜单丝进行一个预处理，使得单丝导体之间的间隙能完全被填满。

一种制备上述电缆导体的方法，包括第一步，制备单丝导体：在拉丝机上拉制出所需直径的单丝，将拉好的单丝绕在线盘上；第二步，填充石墨烯：将拉好的单丝由上至下导入绞线机内，在绞线机内设置有一个填充室，在填充室内填充有石墨烯粉，在分层导体绞制时，单丝由填充室内经过，然后在绞制过程中受力向下，单丝上附着有石墨烯粉，然后经过分层压紧后，使得原有存在于单丝之间的空隙内填充上石墨烯粉；第三步：在经过压制后的电缆导体外包裹有半导电尼龙带。导体绞制是分层绞制，比如37根导体分为四层，就是中间第一层是1根，以第一层为中心，分层绞制，第二层外圆周包裹有6根，然后第三层是12根，第四层18根，每层导体之间都是存在空隙，在这个空隙内填充石墨烯粉，导体绞制是由上至下导入绞线机内，这样可以利用重力让石墨烯粉更好的贴服且均匀的涂覆在导体单丝表面。在绞线机内布置有一个涂覆腔，在涂覆腔的下方布置有一个紧压模具，因为石墨烯粉很轻，所以涂覆腔与紧压模具之间是需要密封的，提高填充效果和均匀度。各导体单丝在下方的旋转力和拉力的作用下，在涂覆腔内不断的分层旋转同时向下运动，在运动过程搅动石墨烯粉，并带动石墨烯粉往下运动到压紧模具中，石墨烯将空隙完全填满在压紧模具中进行压紧，挤出了原有空隙内的空气，利用石墨烯填充空隙，提高导电性能。在压紧后包裹有半导电尼龙带，有效的防止了石墨烯的泄露，提高成品的稳定性。同时，包裹半导电尼龙带提高了产品的适用性，无论低压、中压还是高压情况都能适用。在生产绞制过程中，根据石墨烯的使用量，不定时的人工加入石墨烯，以保障生产的可持续性。

作为优选，所述的第一步内制备单丝导体中，是将单丝导体的外圆周表面拉制成不光滑表面。在单丝外表面均匀的涂覆有石墨烯粉。

作为优选，在第三步将电缆导体外包裹好半导电尼龙带后，在加包一层非吸湿性带，非吸湿性带在电缆导体挤制绝缘前剥除。非吸湿性带防止半导电尼龙带在挤制绝缘前破损，提高产品的稳定性。

因此，本发明的一种基于石墨烯填充的电缆导体及其制备方法具备下述优点：在各导体单丝之间填充有石墨烯粉，在满足电缆柔软性能的前提下，降低单丝接触电阻，提高了导电性能，在同一导体电阻要求下可节约导体材料，相同截面导体时大大提高导电性能及承载能力。

附图说明

图1是一种基于石墨烯填充的电缆导体的截面示意图。

图2是制备电缆导体过程中导体单丝的拉丝示意图。

图3是制备电缆导体过程中填充石墨烯粉的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

如图1所示，一种基于石墨烯填充的电缆导体，包括铜丝制成的单丝导体1，单丝导体1的外圆周表面是非光滑表面，在单丝导体1的外圆周表面涂覆包裹有石墨烯层，然后将各单丝导体分层压制时，在个单丝导体之间的空隙中再次填充石墨烯粉2，将各单丝导体1之间的空隙填满，在将各单丝导体1压紧后，在外包裹有一层半导电尼龙带3，防止石墨烯泄露，成品的导体的最外层加包一层非吸湿性带4，如非吸湿性聚丙烯带。非吸湿性带4主要是防止半导电尼龙带3在挤制绝缘前破损，非吸湿性带在绝缘工序前剥除掉。

一种制备上述电缆导体的方法，第一步，制备单丝导体：如图2所示，在拉丝机上拉制出所需直径的单丝1，单丝导体1的外圆周表面拉制成不光滑表面，将制备好的单丝导体导入涂覆装置内的填充腔5内，在填充腔5的出口端安装有密封膜6，防止填充腔5内的石墨烯粉2外泄，单丝导体1通过涂覆装置后，单丝导体的外表面均匀的涂覆有石墨烯粉，将拉好的单丝绕在线盘上；第二步，填充石墨烯：如图3所示，将拉好的单丝导体1由上至下导入绞线机内，在绞线机内设置有一个填充室7，在填充室7内填充有石墨烯粉，在填充室7上开设有一个可视窗口（图中未画出），以便根据石墨烯的使用量，不定时的添加石墨烯保证生产的可持续性。在填充室7的下方是纳米绞线紧压模具8，在紧压模具8外设有密封层，启动生产线，单丝导体1旋转前进过程中将石墨烯带入紧压模具8中，经过紧压模具的紧压使得石墨烯充满各个单丝导体的空隙内；第三步：在经过压制后的电缆导体9外包裹有半导电尼龙带，防止石墨烯泄露，将电缆导体外包裹好半导电尼龙带后，在加包一层非吸湿性带，防止半导电尼龙带在挤制绝缘前破损，非吸湿性带在电缆导体挤制绝缘前剥除。

Claims (8)

1.一种基于石墨烯填充的电缆导体，其特征在于：包括单丝导体，多根单丝导体绞合形成导体本体，相邻单丝导体之间设有缝隙，在缝隙内填充有石墨烯，在导体本体外包裹有半导电尼龙带。

2.根据权利要求1所述一种基于石墨烯填充的电缆导体，其特征在于：所述的单丝导体为铜单丝。

3.根据权利要求1或2所述一种基于石墨烯填充的电缆导体，其特征在于：所述的单丝导体的外圆周表面为粗糙表面。

4.根据权利要求1或2所述一种基于石墨烯填充的电缆导体，其特征在于：在所述的单丝导体外包裹有石墨烯层。

5.一种如权利要求1所述的电缆导体的制备方法，其特征在于：第一步，制备单丝导体：在拉丝机上拉制出所需直径的单丝，将拉好的单丝绕在线盘上；第二步，填充石墨烯：将拉好的单丝由上至下导入绞线机内，在绞线机内设置有一个填充室，在填充室内填充有石墨烯粉，在分层导体绞制时，单丝由填充室内经过，然后在绞制过程中受力向下，单丝上附着有石墨烯粉，然后经过分层压紧后，使得原有存在于单丝之间的空隙内填充上石墨烯粉；第三步：在经过压制后的电缆导体外包裹有半导电尼龙带。

6.根据权利要求5所述电缆导体的制备方法，其特征在于：所述的第一步内制备单丝导体中，是将单丝导体的外圆周表面拉制成不光滑表面。

7.根据权利要求5或6所述电缆导体的制备方法，其特征在于：在第一步内将制备好的单丝外表面均匀的涂覆有石墨烯粉。

8.根据权利要求5或6所述电缆导体的制备方法，其特征在于：在第三步将电缆导体外包裹好半导电尼龙带后，在加包一层非吸湿性带，非吸湿性带在电缆导体挤制绝缘前剥除。