CN107358999B

CN107358999B - 一种电磁屏蔽线缆

Info

Publication number: CN107358999B
Application number: CN201710643570.6A
Authority: CN
Inventors: 薛龙建; 郑颖杰; 汪鑫; 谭迪
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2019-09-10
Anticipated expiration: 2037-07-31
Also published as: CN107358999A

Abstract

本发明公开了一种电磁屏蔽线缆，包括至少一个导电线芯、包覆在导电线芯外的至少一个包覆层，所述包覆层是单层多相结构，包覆层从内到外包括至少一个绝缘相和至少一个用作电磁屏蔽的导电相，包覆层的绝缘相采用硅橡胶‑耐高温硅酸盐纳米颗粒复合材料制成，包覆层的导电相为硅橡胶‑石墨烯复合材料制成，耐高温硅酸盐纳米颗粒和石墨烯均匀的分散在作为硅橡胶基体材料的硅橡胶中形成没有物理界限的单层两相结构。因绝缘相和作为电磁屏蔽的导电相基体材料相同，故可制成单层结构。耐高温硅酸盐纳米颗粒和石墨烯要预先进行表面改性处理。一方面，本发明极大增强线缆屏蔽性能和阻燃性能；另一方面，本发明增强线缆柔性，减轻线缆整体重量。

Description

一种电磁屏蔽线缆

技术领域

本发明涉及一种线缆，尤其涉及一种电磁屏蔽线缆。

背景技术

电磁屏蔽(Electromagnetic Shielding)线缆主要应用于信息传输。为了保证在电磁干扰环境下的传输性能，在降低系统本身向外辐射电磁能量的基础上，还需要拥有抵御外来电磁干扰的能力。一般情况下，电磁屏蔽线缆由内至外的结构依次为导电线芯、绝缘层、电磁屏蔽层和外护套。其中，导电线芯用来传输电信号，材料以铜或铜锌合金为主。屏蔽层通常由金属丝编织、金属带或电化学镀层包覆在绝缘层外形成，用以屏蔽电磁干扰或无用外部信号。但是，在实际使用中，一方面，现有屏蔽层的屏蔽效果不能完全屏蔽外部的电磁干扰或无用外部信号干扰；另一方面，现有屏蔽层的加入使线缆柔性变差，重量大大增加。

综上所述，确有必要提供一种电磁屏蔽线缆，该线缆的屏蔽层具有良好的电磁屏蔽功能，并且线缆的整体重量较轻，柔性较好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好屏蔽功能的电磁屏蔽线缆，以解决目前线缆屏蔽效果不好的问题，本发明的另一目的在于提供一种全新结构的线缆电磁屏蔽层，其具有重量轻，柔性好的优点，可大幅度减少线缆的自重。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种电磁屏蔽线缆，包括至少一个导电线芯、包覆在导电线芯外的至少一个包覆层，其特征在于：所述包覆层是单层多相结构，包覆层从内到外包括至少一个绝缘相和至少一个用作电磁屏蔽的导电相，包覆层的绝缘相采用硅橡胶-耐高温硅酸盐纳米颗粒复合材料制成，包覆层的导电相为硅橡胶-石墨烯复合材料制成，耐高温硅酸盐纳米颗粒和石墨烯均匀的分散在作为基体材料的硅橡胶中形成没有物理界限的单层结构。

作为改进，所述的电磁屏蔽线缆为螺旋绞线结构，包括多个导电线芯，每个导电线芯上均设有包覆层，多个带有包覆层的导电线芯呈螺旋形缠绕。

作为改进，所述包覆层的绝缘相中，耐高温硅酸盐纳米颗粒质量百分数的范围是0.5％～5％。

作为改进，所述包覆层的导电相中，石墨烯质量百分数的范围是0.1％～5％。

作为改进，所述的耐高温硅酸盐纳米颗粒平均粒径为5～50纳米，制作绝缘相的耐高温硅酸盐纳米颗粒经过表面硫化或巯基修饰处理。

作为改进，所述的石墨烯等效直径为10～50微米，制作导电相的石墨烯经过表面硫化或巯基修饰处理。

作为改进，所述导电线芯为单根线芯或者多根导电丝相互缠绕而成，导电线芯采用铜、铝、铜锌合金、以及铜银合金中的一种材料制成。

一种用于电磁屏蔽线缆的包覆层，其特征在于：该包覆层从内到外包括至少一个绝缘相和至少一个用作电磁屏蔽的导电相，包覆层的绝缘相采用硅橡胶-耐高温硅酸盐纳米颗粒复合材料制成，包覆层的导电相为硅橡胶-石墨烯复合材料制成，耐高温硅酸盐纳米颗粒和石墨烯均匀的分散在作为基体材料的硅橡胶中形成没有物理界限的单层结构。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用耐高温硅酸盐纳米颗粒增强硅橡胶，可以极大增强阻燃性。室温时具有与普通电线/电缆绝缘层相同的性质，遇高温着火后绝缘层中无机填料经过瓷化转变成坚硬的陶瓷保护层，可抵抗上千度明火的烧蚀，耐火阻燃、低烟无卤，并且具有一定的机械强度，能够抵御水浇而不破裂，而保护线路不短路、断路。

2、本发明采用石墨烯增强硅橡胶，因石墨烯具有极好的导电性从而使复合材料整体的导电性能提升，使屏蔽层具有极好的屏蔽性能，其1kHz-100GHz波段的屏蔽性能≥60dB。

3、本发明所述的改性后的纳米耐高温硅酸盐和石墨烯在硅橡胶中的分散性得到极大的改善，有效提高了线缆材料的机械性能；同时兼具硫化剂的功能，无需额外添加硫化剂，简化了线材的生产工艺，增加了线材的产率，降低了成本。

4、本发明所述的电磁屏蔽线缆采用同一种基体材料，一步成形即可获得具有绝缘和电磁屏蔽双重功能的单层包覆层结构，进一步简化了生产工艺，同时减轻了线缆整体重量，提高了柔性，避免了金属编织层等屏蔽层的使用。

5、本发明采用的硅橡胶-石墨烯复合材料制成的导电相作为屏蔽层，由于石墨烯是作为纳米级别的的添加剂分散在硅橡胶中，因此石墨烯分散极为均为，其屏蔽性能远优于普通具有大量网孔的金属编织层。

附图说明

图1是本发明实施例一的电磁屏蔽线缆的截面示意图。

图2是本发明实施例二的电磁屏蔽线缆的截面示意图。

图3为本发明实施例二的整体结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例电磁屏蔽线缆的结构及其制造方法。

一种用于电磁屏蔽线缆的包覆层，该包覆层从内到外包括至少一个绝缘相和至少一个用作电磁屏蔽的导电相，包覆层的绝缘相采用硅橡胶-耐高温硅酸盐纳米颗粒复合材料制成，包覆层的导电相为硅橡胶-石墨烯复合材料制成，耐高温硅酸盐纳米颗粒和石墨烯均匀的分散在作为基体材料的硅橡胶中形成没有物理界限的单层结构。

作为一种优选改进，该包覆层的绝缘相中，耐高温硅酸盐纳米颗粒质量百分数的范围是0.5％～5％，更优的范围为1％～5％。

作为一种优选改进，该包覆层的导电相中，石墨烯质量百分数的范围是0.1％～5％，更优的范围为1％～5％。

作为一种优选改进，所述的耐高温硅酸盐纳米颗粒平均粒径为5～50纳米，制作绝缘相的耐高温硅酸盐纳米颗粒经过表面硫化或巯基修饰处理。

作为一种优选改进，所述的石墨烯等效直径为10～50微米，制作导电相的石墨烯经过表面硫化或巯基修饰处理。

一种电磁屏蔽线缆制备方法，该电磁屏蔽线缆包括导电线芯和包覆层，所述包覆层包括绝缘相和导电相两相，绝缘相采用硅橡胶-耐高温硅酸盐纳米颗粒复合材料制成，包覆层的导电相为硅橡胶-石墨烯复合材料制成，该电磁屏蔽线缆制备方法包括以下步骤：

步骤一、物料准备，将耐高温硅酸盐纳米颗粒加入含硫有机物对其进行表面修饰；将氧化石墨烯加入含硫有机物对石墨烯进行表面修饰；

步骤二、将经过表面修饰的耐高温硅酸盐纳米颗粒按照设计要求量加入硅橡胶中，然后在混炼机上炼胶，炼胶完成后得到分散均匀的混炼胶A，将混炼胶A包覆于导电线芯表面，以经过表面修饰的耐高温硅酸盐纳米颗粒作为交联剂，将包覆于导电线芯上的混炼胶A置于硫化机上进行初步硫化；

步骤三、将经过表面修饰的石墨烯按照设计要求量加入硅橡胶中，然后在混炼机上炼胶，炼胶完成后得到分散均匀的混炼胶B，将混炼胶B包覆在混炼胶A表面，使混炼胶A和混炼胶B的硅橡胶基体在表面充分接触，所述混炼胶B中以经过表面修饰的石墨烯作为交联剂，然后将包覆有混炼胶A和混炼胶B的导电线芯一起放入硫化机中进一步硫化，最后经过冷却成型，即可得到具有单层两相包覆层的电磁屏蔽线缆。

作为优选，步骤一中使用的耐高温硅酸盐纳米颗粒采用溶液法合成，其平均粒径为5～50纳米。

作为优选，步骤一中使用的石墨烯是采用使用经典Hummers方法制备的氧化石墨烯，石墨烯等效直径为10～50微米。

作为优选，步骤二和步骤三中，混炼胶A和混炼胶B炼胶温度均为30℃～80℃，炼胶时间均为15分钟～75分钟。

作为优选，在步骤三中，在混炼胶B炼胶过程中加入用于区分线缆颜色的颜料。

作为优选，在步骤二中，所述混炼胶A初步硫化的温度200℃～380℃，硫化时间为5秒～135秒。

作为优选，在步骤三中，所述混炼胶A和混炼胶B一起硫化的温度为100℃～460℃，硫化时间为30秒～230秒。

通过上述方法制得的具有单层两相包覆层的电磁屏蔽线缆有如下两个实施例：

实施例1

如图1所示，一种电磁屏蔽线缆A，包括导电线芯A1和包覆在导电线芯A1外的包覆层A4，导电线芯A1和包覆层A4组成同轴线缆，所述包覆层A4是单层多相结构，包覆层A4从内到外包括一个绝缘相A2和一个用作电磁屏蔽的导电相A3，包覆层A4的绝缘相A2采用硅橡胶-耐高温硅酸盐纳米颗粒复合材料制成，包覆层A4的导电相A3为硅橡胶-石墨烯复合材料制成，耐高温硅酸盐纳米颗粒和石墨烯均匀的分散在作为基体材料的硅橡胶中形成没有物理界限的单层结构。

导电线芯A1可以由一个单独的导电芯构成，也可以由多个导电丝相互缠绕形成，附图中仅显示一单独的导电芯。导电芯或导电丝均由导电材料制成，可以选用导电金属材料、导电金属合金材料等。其中导电金属材料优选铜或铝。导电金属合金材料优选铜锌合金或铜银合金，其中，铜锌合金中铜的质量百分比约为70％，锌的质量百分比约为30％；铜银合金中铜的质量百分比约为10％～40％，银的质量百分比约为60％～90％。

绝缘相A2用于电气绝缘，由耐高温硅酸盐纳米颗粒和作为基底的硅橡胶复合而成。复合材料中的耐高温硅酸盐纳米颗粒由溶液法制成，平均粒径为30纳米，制成后进行表面巯基修饰处理，然后掺入硅橡胶中，机械混合，质量百分比为4％。复合材料具有良好的电气绝缘、耐火阻燃、低烟无卤等特性，不仅可以为导电线芯A1提供有效的电气绝缘，保护导电线芯A1，同时还能满足环保的要求。

导电相A3由石墨烯和作为基底的硅橡胶复合组成。石墨烯等效直径为40微米，进行表面巯基修饰处理，将其掺入硅橡胶中，机械混合，质量百分比为0.8％。石墨烯具有极佳的导电性能，同时耐磨、耐火阻燃；制成的复合材料，不仅可以提供极佳的屏蔽性能，同时机械性能好、耐磨，也能满足环保的要求。

实施例二

请参阅图2和图3所示，本发明第二实施例揭示的电磁屏蔽线缆B的截面示意图如C所示，包括多个导电线芯C1(图中共显示七个导电线芯)，每一导电线芯C1外覆盖一个包覆层C4，其中包覆层C4由绝缘相C2和作为电磁屏蔽层的导电相C3构成，因绝缘相C2和导电相C3基体材料相同，故可形成单层结构的包覆层C4。线缆整体呈螺旋绞线结构。导电相C3的作用在于对各个导电线芯C1进行单独的屏蔽，这样不仅可以防止外来因素对导电线芯C1内部传输的电信号造成干扰而且可以防止各导电线芯C1内传输的不同电信号间相互发生干扰。其中，每个导电线芯C1、包覆层C4的构成、材料与制备方法和第一实施例中的导电线芯A1、包覆层A4的构成、材料与制备方法相同。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其他变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims

1.一种电磁屏蔽线缆，包括至少一个导电线芯、包覆在导电线芯外的至少一个包覆层，其特征在于：所述包覆层是单层多相结构，包覆层从内到外包括至少一个绝缘相和至少一个用作电磁屏蔽的导电相，包覆层的绝缘相采用硅橡胶-耐高温硅酸盐纳米颗粒复合材料制成，所述绝缘相中以经过表面硫化或巯基修饰处理的耐高温硅酸盐纳米颗粒作为硫化交联剂，包覆层的导电相为硅橡胶-石墨烯复合材料制成，所述导电相中以经过表面硫化或巯基修饰处理的石墨烯作为硫化交联剂，耐高温硅酸盐纳米颗粒和石墨烯均匀的分散在作为基体材料的硅橡胶中形成没有物理界限的单层结构。

2.如权利要求1所述的电磁屏蔽线缆，其特征在于：所述的电磁屏蔽线缆为螺旋绞线结构，包括多个导电线芯，每个导电线芯上均设有包覆层，多个带有包覆层的导电线芯呈螺旋形缠绕。

3.如权利要求1或2所述的电磁屏蔽线缆，其特征在于：所述包覆层的绝缘相中，耐高温硅酸盐纳米颗粒质量百分数的范围是0.5%～5%。

4.如权利要求1或2所述的电磁屏蔽线缆，其特征在于：所述包覆层的导电相中，石墨烯质量百分数的范围是0.1%～5%。

5.如权利要求1或2所述的电磁屏蔽线缆，其特征在于：所述的耐高温硅酸盐纳米颗粒平均粒径为5～50纳米。

6.如权利要求1或2所述的电磁屏蔽线缆，其特征在于：所述的石墨烯等效直径为10～50微米。

7.如权利要求1或2所述的电磁屏蔽线缆，其特征在于：所述导电线芯为单根线芯或者多根导电丝相互缠绕而成，导电线芯采用铜、铝、铜锌合金、以及铜银合金中的一种材料制成。

8.一种用于电磁屏蔽线缆的包覆层，其特征在于：该包覆层从内到外包括至少一个绝缘相和至少一个用作电磁屏蔽的导电相，包覆层的绝缘相采用硅橡胶-耐高温硅酸盐纳米颗粒复合材料制成，所述绝缘相中以经过表面硫化或巯基修饰处理的耐高温硅酸盐纳米颗粒作为硫化交联剂，包覆层的导电相为硅橡胶-石墨烯复合材料制成，所述导电相中以经过表面硫化或巯基修饰处理的石墨烯作为硫化交联剂，耐高温硅酸盐纳米颗粒和石墨烯均匀的分散在作为基体材料的硅橡胶中形成没有物理界限的单层结构。

9.如权利要求8所述的包覆层，其特征在于：所述包覆层的绝缘相中，耐高温硅酸盐纳米颗粒质量百分数的范围是0.5%～5%。

10.如权利要求8所述的包覆层，其特征在于：所述包覆层的导电相中，石墨烯质量百分数的范围是0.1%～5%。