CN110299229B - 一种石墨烯涂层建筑环保电缆 - Google Patents

一种石墨烯涂层建筑环保电缆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电缆的技术领域，特别是涉及一种石墨烯涂层建筑环保电缆，包括缆芯单元，缆芯单元由内至外依次设置有铜合金导体、石墨烯镀层和绝缘层，缆芯单元外依次包覆有包带、PE内护层和聚烯烃护套，在缆芯与包带之间填充有填充层；利用石墨烯的超强导电特性和优良的电磁屏蔽性能，制成的新型导电涂料可应用于电缆中。石墨烯具有导电性能极强的优良特性，将导电涂料形成石墨烯导电层，改善了屏蔽层的热稳定性；电缆整体机械性能、电气性能、耐化学性能优异，聚烯烃绝缘层的设置更节能环保，聚烯烃护套的设置更耐用，使用寿命长。

Description

一种石墨烯涂层建筑环保电缆
技术领域
本发明涉及电缆的技术领域，特别是涉及一种石墨烯涂层建筑环保电缆。
背景技术
电缆按照光伏电站的系统可分为直流电缆及交流电缆，根据用途及使用环境的可以分为：直流电缆和交流电缆等。以直流电缆为例，直流电缆又可以分为：组件与组件之间的串联电缆，组串之间及其组串至直流配电箱之间的并联电缆，直流配电箱至逆变器之间电缆，这些电缆均为直流电缆，户外敷设较多，需防潮、防暴晒、耐寒、耐热、抗紫外线，某些特殊的环境下还需防酸碱等化学物质。
目前，对于我国建筑所用的屏蔽电缆，都是使用金属网状编织层把信号线包裹起来的传输线，金属网状编织层统称为屏蔽层。在实际应用中时，采用金属网状编织层的电缆存在一些不可忽视的问题：由于屏蔽系统对接地的苛刻要求，极容易造成接地不良，比如接地电阻过大、接地电位不均衡等，这样在传输系统的某两点间便会产生电位差，进而产生金属屏蔽层上的电流，造成屏蔽层不连续，破坏其完整性，这样，屏蔽层本身已经成为一个最大的干扰源，因而导致其性能反而远不如非屏蔽系统。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，而提供一种传输性能好的石墨烯涂层建筑环保电缆。
本发明的目的通过以下技术方案实现：本申请提供一种石墨烯涂层建筑环保电缆，包括缆芯单元，缆芯单元由内至外依次设置有铜合金导体、石墨烯镀层和绝缘层，缆芯单元外依次包覆有包带、PE内护层和聚烯烃护套，在缆芯与包带之间填充有填充层；其中，铜合金导体的直径为5mm，石墨烯镀层的厚度为0.3mm，绝缘层的厚度为1.65mm，包带的厚度为0.3mm，PE内护层的厚度为0.55mm，聚烯烃护套的厚度为0.55mm；其中，石墨烯涂层建筑环保电缆的制备方法包括以下步骤：步骤a，在铜合金导体外表面涂覆上导电涂料，导电涂料干燥后形成石墨烯镀层；步骤b，在步骤a形成的石墨烯镀层外挤包出绝缘层，制得缆芯单元；步骤c，在缆芯单元的外周侧填充形成填充层；步骤d，在填充层外表面绕包上包带；步骤e，在包带的外表面包覆上PE内护层；步骤f，在PE内护层的外表面包裹上聚烯烃护套；在步骤a中，导电涂料由以下重量分数的原料制成：39-44份环氧树脂；20-22份石墨烯粉末、5-10份铜粉、6-12份铝粉、丙烯酸酯类流平剂2-3份，聚丙烯酰胺2-3份，甲酸甲酯30-60份，硅烷偶联剂2-3份；利用石墨烯的超强导电特性和优良的电磁屏蔽性能，制成的新型导电涂料可应用于电缆中。石墨烯具有导电性能极强的优良特性，将导电涂料形成石墨烯导电层，改善了屏蔽层的热稳定性，提高了屏蔽层对电场的均化效果，减少了电缆在运行中可能出现的局部放电现象，并且提高了电缆的使用寿命。此外，石墨烯导电层的电子迁移率高，可以有效的提高电缆的电力传输性能，提高电缆的载流量。石墨烯涂层是根据趋肤效应，在交流电或交变电磁场时，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，所以石墨烯超强的导电性能应用于电缆中输送电能。
其中，导电涂料的制备方法：将石墨烯粉末加入到部分甲酸甲酯中，超声波混合30-60min后获得溶液a；将铜粉加入到另一部分甲酸甲酯中，超声10-20min分钟后，放置10-20min，再将铝粉加入，超声10-20min分钟后，放置10-20min，制得溶液b；将丙烯酸酯类流平剂、聚丙烯酰胺和硅烷偶联剂混合均匀，制得溶液c，将溶液a和溶液c混合并搅拌30min，再将溶液b加入混合均匀，制得导电涂料。
其中，填充层为聚丙烯填充绳，聚丙烯填充绳料代替其他材料的填充绳，具有良好的电气绝缘性和柔软性，长期填充在电缆中不会腐烂。
其中，铜合金为无氧铜、铜包钢、高强度铜合金、镀锡铜、镀镍铜中的其中一种；其中，以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金，性质强度高，硬度大，耐化学腐蚀性强。
其中，绝缘层为聚烯烃绝缘层，其自身特性环保，电气绝缘性能好，燃烧不产生有害气体，透光率达到≧60％。
其中，包带为阻水带，阻水带的阻水功能主要是由其所含的遇水可膨胀的高吸水材料(称作阻水剂),当阻水剂遇到水以后可迅速膨胀,形成大体积的胶状物(该阻水剂的吸水量可达自身的数百倍),从而阻止水树的增长,防止水分继续渗入和扩散减少电缆中水及潮气的渗入，延长电缆的工作寿命。
本发明的有益效果：
(1)、通过导电涂料形成的石墨烯镀层，其改善了屏蔽层的热稳定性，提高了屏蔽层对电场的均化效果，减少了电缆在运行中可能出现的局部放电现象，并且提高了电缆的使用寿命。
(2)、石墨烯镀层的电子迁移率高，可以有效的提高电缆的电力传输性能，提高电缆的载流量。石墨烯涂层是根据趋肤效应，在交流电或交变电磁场时，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，所以石墨烯超强的导电性能应用于电缆中输送电能。
(3)电缆整体机械性能、电气性能、耐化学性能优异，聚烯烃绝缘层的设置更节能环保，聚烯烃护套的设置更耐用，使用寿命长。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明的一种石墨烯涂层建筑环保电缆的结构示意图。
附图标记：铜合金导体1、石墨烯镀层2、绝缘层3、填充层4、包带5、PE内护层6、聚烯烃护套7。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
本发明的一种石墨烯涂层建筑环保电缆的具体实施方式，如图1所示，其结构包括三个缆芯单元，缆芯单元由内至外依次设置有铜合金导体1、石墨烯镀层2和绝缘层3，缆芯单元外依次包覆有包带5、PE内护层6和聚烯烃护套7，在缆芯与包带5之间填充有填充层4；其中，铜合金导体1的直径为5mm，石墨烯镀层2的厚度为0.3mm，绝缘层3的厚度为1.65mm，包带5的厚度为0.3mm，PE内护层6的厚度为0.55mm，聚烯烃护套7的厚度为0.55mm。
作为优选的方案，石墨烯涂层建筑环保电缆的制备方法包括以下步骤：步骤a，在铜合金导体1外表面涂覆上导电涂料，导电涂料干燥后形成石墨烯镀层2；步骤b，在步骤a形成的石墨烯镀层外挤包出绝缘层，制得缆芯单元；步骤c，在缆芯单元的外周侧填充形成填充层4；步骤d，在填充层4外表面绕包上包带5；步骤e，在包带5的外表面包覆上PE内护层6；步骤f，在PE内护层6的外表面包裹上聚烯烃护套7。利用石墨烯的超强导电特性和优良的电磁屏蔽性能，制成的新型导电涂料可应用于电缆中。石墨烯具有导电性能极强的优良特性，将导电涂料形成石墨烯导电层，改善了屏蔽层的热稳定性，提高了屏蔽层对电场的均化效果，减少了电缆在运行中可能出现的局部放电现象，并且提高了电缆的使用寿命。此外，石墨烯导电层的电子迁移率高，可以有效的提高电缆的电力传输性能，提高电缆的载流量。石墨烯涂层是根据趋肤效应，在交流电或交变电磁场时，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，所以石墨烯超强的导电性能应用于电缆中输送电能。
在本实施例中，导电涂料由以下重量分数的原料制成：39-44份环氧树脂；20-22份石墨烯粉末、5-10份铜粉、6-12份铝粉、丙烯酸酯类流平剂2-3份，聚丙烯酰胺2-3份，甲酸甲酯30-60份，硅烷偶联剂2-3份。导电涂料的制备方法：将石墨烯粉末加入到部分甲酸甲酯中，超声波混合30-60min后获得溶液a；将铜粉加入到另一部分甲酸甲酯中，超声10-20min分钟后，放置10-20min，再将铝粉加入，超声10-20min分钟后，放置10-20min，制得溶液b；将丙烯酸酯类流平剂、聚丙烯酰胺和硅烷偶联剂混合均匀，制得溶液c，将溶液a和溶液c混合并搅拌30min，再将溶液b加入混合均匀，制得导电涂料。
在本实施例中，填充层为聚丙烯填充绳，聚丙烯填充绳料代替其他材料的填充绳，具有良好的电气绝缘性和柔软性，长期填充在电缆中不会腐烂。
在本实施例中，铜合金为无氧铜、铜包钢、高强度铜合金、镀锡铜、镀镍铜中的其中一种；其中，以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金，性质强度高，硬度大，耐化学腐蚀性强。
在本实施例中，绝缘层3为聚烯烃绝缘层3，其自身特性环保，电气绝缘性能好，燃烧不产生有害气体，透光率达到≧60％。
在本实施例中，包带5为阻水带，阻水带的阻水功能主要是由其所含的遇水可膨胀的高吸水材料(称作阻水剂),当阻水剂遇到水以后可迅速膨胀,形成大体积的胶状物(该阻水剂的吸水量可达自身的数百倍),从而阻止水树的增长,防止水分继续渗入和扩散减少电缆中水及潮气的渗入，延长电缆的工作寿命。
在本实施例中，聚乙烯内护层，聚乙烯是乙烯的聚合物，无毒，容易着色，化学稳定性好，耐寒，耐辐射，耐水性能好，电绝缘性好。保护绝缘线芯不被铠装所割伤。
在本实施例中，聚烯烃护套7：熔融温度约240℃，密度0.83克/厘米3，为最轻的高分子，透明度高，绝缘性、耐腐蚀性好，透气率高(为聚乙烯的10倍)对电缆起到保护，防水，防紫外线，防鼠蚁，耐磨，阻止电缆燃烧等综合性能。
本实施例的一种石墨烯涂层建筑环保电缆，与现有技术相比，通过导电涂料形成的石墨烯镀层2，其改善了屏蔽层的热稳定性，提高了屏蔽层对电场的均化效果，减少了电缆在运行中可能出现的局部放电现象，并且提高了电缆的使用寿命。石墨烯镀层2的电子迁移率高，可以有效的提高电缆的电力传输性能，提高电缆的载流量。石墨烯涂层是根据趋肤效应，在交流电或交变电磁场时，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，所以石墨烯超强的导电性能应用于电缆中输送电能。电缆整体机械性能、电气性能、耐化学性能优异，聚烯烃绝缘层3的设置更节能环保，聚烯烃护套7的设置更耐用，使用寿命长。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种石墨烯涂层建筑环保电缆，其特征在于，包括缆芯单元，缆芯单元由内至外依次设置有铜合金导体、石墨烯镀层和绝缘层，缆芯单元外依次包覆有包带、PE内护层和聚烯烃护套，在缆芯与包带之间填充有填充层；其中，铜合金导体的直径为5mm，所述石墨烯镀层的厚度为0.3mm，所述绝缘层的厚度为1.65mm，所述包带的厚度为0.3mm，所述PE内护层的厚度为0.55mm，所述聚烯烃护套的厚度为0.55mm；
其中，石墨烯涂层建筑环保电缆的制备方法包括以下步骤：
步骤a，在铜合金导体外表面涂覆上导电涂料，导电涂料干燥后形成石墨烯镀层；
步骤b，在步骤a形成的石墨烯镀层外挤包出绝缘层，制得缆芯单元；
步骤c，在缆芯单元的外周侧填充形成填充层；
步骤d，在填充层外表面绕包上包带；
步骤e，在包带的外表面包覆上PE内护层；
步骤f，在PE内护层的外表面包裹上聚烯烃护套；
在步骤a中，导电涂料由以下重量分数的原料制成：39-44份环氧树脂、20-22份石墨烯粉末、5-10份铜粉、6-12份铝粉、丙烯酸酯类流平剂2-3份、聚丙烯酰胺2-3份、甲酸甲酯30-60份、硅烷偶联剂2-3份；所述导电涂料的制备方法：将石墨烯粉末加入到部分甲酸甲酯中，超声波混合30-60min后获得溶液a；将铜粉加入到另一部分甲酸甲酯中，超声10-20min分钟后，放置10-20min，再将铝粉加入，超声10-20min分钟后，放置10-20min，制得溶液b；将丙烯酸酯类流平剂、聚丙烯酰胺和硅烷偶联剂混合均匀，制得溶液c，将溶液a和溶液c混合并搅拌30min，再将溶液b加入混合均匀，制得导电涂料。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯涂层建筑环保电缆，其特征在于：所述填充层为聚丙烯填充绳。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯涂层建筑环保电缆，其特征在于：所述铜合金为无氧铜、铜包钢、高强度铜合金、镀锡铜、镀镍铜中的其中一种。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯涂层建筑环保电缆，其特征在于：所述绝缘层为聚烯烃绝缘层。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯涂层建筑环保电缆，其特征在于：所述包带为阻水带。
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