CN111091925A - 一种超低噪音电缆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电缆技术领域，具体涉及一种超低噪音电缆及其制备方法。所述电缆由内至外依次包括缆芯、屏蔽层和护套层；所述缆芯为1‑5个，缆芯由内到外依次包括导体、绝缘层和半导电层；所述导体由镀锡铜线绞合而成，在镀锡铜线绞合形成导体过程中加入半导电石油膏；所述半导电层材料为石墨烯复合半导电屏蔽料。本发明以镀锡铜线加入阻水防腐的半导电石油膏绞合形成的导体，柔软防腐抗氧化、密闭阻水润滑，再结合墨烯复合半导电屏蔽料形成的半导电层，使得电缆具有优异的降噪效果，电缆自身的脉冲信号小于1mV。

Description

一种超低噪音电缆及其制备方法
技术领域
本发明属于电缆技术领域，具体涉及一种超低噪音电缆及其制备方法。
背景技术
在弯曲、振动、冲击、温度变化等外界因素作用下，电缆本身产生的脉冲信号小于5mV的电缆称为低噪音电缆，电缆中产生噪音的原因有：介质本身内部分子摩擦；电缆电容的改变；电缆介质的压电效应；电缆中导体和介质摩擦产生电荷，即当导体和绝缘之间接触破坏时产生电荷的分离。由于核动力潜艇的出现，潜艇隐身和静音等新技术的普遍采用，反潜问题受到各国空前的重视。对于反潜拖拽声呐的灵敏度要求也是越来越高，与之配套的低噪音电缆要求自身的脉冲信号小于1mV，称之为超低噪音电缆。随着科学技术的飞跃发展，这种电缆越来越多地用于工业、医学、国防等多个领域各种微小直流或脉冲信号的测量。这类测量仪器是把物理、化学或医学上的微小变量变换成微小的电信号，然后经过高阻抗、高增益放大器放大来进行测量，这也为低噪音电缆发展提供了广阔空间。
发明内容
本发明针对现有技术电缆本身产生的脉冲信号较大的缺陷，提供一种超低噪音电缆及其制备方法，通过电缆层次构造以及材料设计，使得电缆自身的脉冲信号小于1mV，既抗拉耐油耐磨又柔软耐弯曲，水密性很好，可以在较恶劣海水环境下长期拖拽使用。
本发明的一个目的通过以下技术方案来实现：一种超低噪音电缆，所述电缆由内至外依次包括缆芯、屏蔽层和护套层；所述缆芯为1-5个，缆芯由内到外依次包括导体、绝缘层和半导电层；所述导体由镀锡铜线绞合而成，在镀锡铜线绞合形成导体过程中加入半导电石油膏；所述半导电层材料为石墨烯复合半导电屏蔽料。
本发明在镀锡铜线绞合过程加入半导电石油膏，石油膏是润滑的，可以减少导体之间、导体和绝缘之间的摩擦，从而减少电荷的产生起到降噪效果；半导电石油膏的半导电性可形成过渡电阻，均匀电场，阻止电荷和放电的产生，起到降噪的效果。本发明的半导电层采用石墨烯复合半导电屏蔽料，石墨烯半导电屏蔽材料是以石墨烯为基础而制得，具有良好的导电性、热稳定性、表面光滑度和易剥离性，可阻止电荷和放电的产生，起到良好的降噪效果。石墨烯复合半导电屏蔽料与半导电石油膏在本发明中的同时使用，使得电缆降噪效果更优。
电缆缆芯的数量可根据工作环境及工作电压等实际情况进行选择，优选缆芯为4个。
作为优选，本发明超低噪音电缆中，所述导体由20-40根镀锡铜线绞合而成，每根镀锡铜线的直径为0.1-0.3mm。
作为优选，本发明超低噪音电缆中，作为优选，所述半导电石油膏包括质量分数为10-20％的导电碳材料。普通市售的石油膏不导电，在其中加入10-20％的导电碳材料可获得半导电石油膏。导电碳材料的含量不能过高，含量太高，石油膏会变成通电导体，电荷能够自由移动，噪音反倒会有所提高。
所述导电碳材料优选自导电炭黑、膨胀石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管中的一种或多种。
进一步优选，所述半导电石油膏包括质量分数为8-10％导电炭黑和4-5％石墨烯。导电炭黑和石墨烯的复合使用，可以获得更优异的降噪效果。
作为优选，本发明超低噪音电缆中，所述绝缘层材料为改性聚苯醚(MPPO)，绝缘层厚度为0.2-0.5mm。改性聚苯醚可以选择深圳瑞亚达科技有限公司的SF11-680、SF11-685、SF11-690、SF11-606、SF11-697T等系列产品，普通聚苯醚有应力开裂倾向，经过改性后可消除应力开裂，提高绝缘强度，且改性聚苯醚在高温或低温情况下机械性能和电性能均优良，吸水小、阻燃性能，以及具有优异的成膜性能和金属层粘附性，易在导体表面挤包形成，提高绝缘层与导体紧密性。
作为优选，本发明超低噪音电缆中，所述半导电层厚度为0.1-0.3mm。
作为优选，本发明超低噪音电缆中，所述屏蔽层为镀锡铜丝编织而成，编织密度≥90％，每根镀锡铜丝的直径为0.1-0.3mm。以镀锡铜丝形成的编织层耐磨耐拉，柔软性好；编织密度需≥90％，编织密度决定屏蔽层致密性，致密性低会使电缆的屏蔽效能降低。
作为优选，本发明超低噪音电缆中，所述护套层内至外包括内护层、编织加强层、外护套层。
作为优选，本发明超低噪音电缆中，所述内护层材料为三元乙丙橡胶，使内护层柔软结实耐用，内护层厚度为0.5-0.7mm；所述编织加强层由聚酯纤维编织而成，以编织形式存在于内护层和外护套层之间，提高电缆柔软性抗拉抗扭转性；外护套层材料为丁腈橡胶，耐油耐污抗老化，外护套层厚度为0.8-1.2mm。由内护层、编织加强层和外护套层组成的综合护套层，耐油耐磨抗拉弯曲强度高，便于弯曲拖拽，提高了电缆的使用寿命。
本发明的另一个目的通过以下技术方案来实现：所述超低噪音电缆的制备方法，包括以下步骤：
绞合镀锡铜线制作导体，镀锡铜线绞合过程中加入半导电石油膏；同时在导体上面挤包绝缘层和半导电层，形成缆芯；缆芯绞合成缆后，在其上编织屏蔽层，然后在屏蔽层外面挤包内护层，在内护层外面编织加强层，在编织加强层外面挤包外护套层，获得超低噪音电缆。
绝缘层和半导电层同时挤包在导体上面，保证绝缘层和半导电层之间无间隙紧密接触，使得缆芯的结构紧凑。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明以镀锡铜线加入阻水防腐的半导电石油膏绞合形成的导体，柔软防腐抗氧化、密闭阻水润滑，再结合墨烯复合半导电屏蔽料形成的半导电层，使得电缆具有优异的降噪效果，电缆自身的脉冲信号小于1mV；
2、本发明的绝缘层为改性聚苯醚材料，提高电缆在高温和低温下的机械性能、电性能以及阻水阻燃效果；电缆的屏蔽层为镀锡铜丝编织而成，编织层耐磨耐拉，柔软性好，抗外界干扰能力强；
3、本发明由内护层、编织加强层和外护套层组成的综合护套层，耐油耐磨抗拉弯曲强度高，便于弯曲拖拽，提高了电缆的使用寿命；
本发明获得的电缆自身脉冲信号小于1mV，既抗拉耐油耐磨又柔软耐弯曲，水密性很好，可在较恶劣海水环境下长期拖拽使用，提高了电缆的使用寿命，具有推广价值和市场前景，具有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明一个实例的电缆截面示意图。
图中：1、导体；2、绝缘层；3、半导体层；4、屏蔽层；5、内护层；6、编织加强层；7、外护套层。
具体实施方式
在下文中，将通过具体实施例和附图说明，对本发明的技术方案作进一步描述说明，然而，这些实施方式是示例性的，本发明公开内容不限于此，且本文中所使用的附图，仅仅是为了更好地说明本发明所公开内容，对保护范围并不具有限制作用。如果无特殊说明，本发明以下具体实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
以下实施例中，所使用的部分原料如下所示：
普通市售石油膏(苏州市精通电缆材料有限公司电缆填充用石油膏)、改性聚苯醚(深圳瑞亚达科技有限公司SF11-697T)、石墨烯复合半导电屏蔽料(常州中超石墨烯电力科技有限公司电缆用石墨烯复合半导电屏蔽料)、聚酯纤维(河南风神轮胎有限公司工程轮胎用帘子布聚酯纤维)。
实施例1
本实施例的电缆，如图1所述，包括4个缆芯，缆芯由内到外依次包括导体(1)、绝缘层(2)和半导电层(3)，电缆由内至外依次包括缆芯、屏蔽层(4)、内护层(5)、编织加强层(6)和外护套层(7)。导体(1)由37根镀锡铜线绞合而成，每根镀锡铜丝的直径为0.10mm，在导体绞合时加入半导电石油膏，所述半导电石油膏为在普通市售石油膏中加入导电炭黑形成，导电炭黑的质量分数为10％。绝缘层(2)为改性聚苯醚材料，厚度为0.4mm。半导电层(3)为石墨烯复合半导电屏蔽料，厚度为0.2mm。屏蔽层(4)为16锭7股的0.12mm镀锡铜丝编织而成，编织密度为95％。内护层(5)为三元乙丙橡胶，厚度为0.6mm；所述编织加强层(6)为24锭6股的轮胎专用聚酯纤维编织而成；外护套层(7)材料为丁腈橡胶，厚度为1mm。
实施例2
本实施例与实施例1的电缆区别仅在于，实施例2的镀锡铜线绞合形成导体过程加入的半导电石油膏中，导电炭黑的质量分数为15％，其它与实施例1相同。
实施例3
本实施例与实施例1的电缆区别仅在于，实施例3的镀锡铜线绞合形成导体过程加入的半导电石油膏中，导电炭黑的质量分数为20％，其它与实施例1相同。
实施例4
本实施例与实施例1的电缆区别仅在于，实施例4的镀锡铜线绞合形成导体过程加入的半导电石油膏中，包括质量分数为10％的导电炭黑和5％的石墨烯，其它与实施例1相同。
实施例5
本实施例与实施例1的电缆区别仅在于，实施例5的镀锡铜线绞合形成导体过程加入的半导电石油膏中，包括质量分数为15％的石墨烯，其它与实施例1相同。
实施例6
本实施例的电缆，同样如图1所述，包括4个缆芯，缆芯由内到外依次包括导体(1)、绝缘层(2)和半导电层(3)，电缆由内至外依次包括缆芯、屏蔽层(4)、内护层(5)、编织加强层(6)和外护套层(7)；
导体(1)由37根镀锡铜线绞合而成，每根镀锡铜丝的直径为0.15mm，在导体绞合时加入半导电石油膏，半导电石油膏为在普通市售的石油膏中加入膨胀石墨形成，膨胀石墨的质量分数为16％。
绝缘层(2)为改性聚苯醚材料，厚度为0.5mm。
半导电层(3)为石墨烯复合半导电屏蔽料，厚度为0.3mm。
屏蔽层(4)为16锭7股的0.15mm镀锡铜丝编织而成。
内护层(5)为三元乙丙橡胶，厚度为0.7mm；所述编织加强层(6)为24锭6股的轮胎专用聚酯纤维编织而成；外护套层(7)材料为丁腈橡胶，厚度为1.2mm。
对比例1
对比例1的电缆与实施例4的电缆区别仅在于，对比例1的镀锡铜线绞合形成导体过程中，并没有加入半导电石油膏，其它与实施例4相同。
对比例2
对比例2的电缆与实施例4的电缆区别仅在于，对比例2的镀锡铜线绞合形成导体过程加入普通市售的石油膏，其它与实施例4相同。
对比例3
对比例3的电缆与实施例4的电缆区别仅在于，对比例3的电缆无半导体层，其它与实施例4相同。
对比例4
对比例4的电缆与实施例4的电缆区别仅在于，对比例4的电缆的半导体层材料并不是石墨烯复合半导电屏蔽料，而是普通的半导体材料，购自美国DOW化学公司HFDA-0693BK可剥离半导体屏蔽电缆料。其它与实施例4相同。
实施例1-6和对比例4的电缆通过以下步骤获得：用电缆绞线机按照1+6+12+18四层的顺序绞合37根镀锡铜线制作导体，导体绞合时在汇线处利用装置加入阻水防腐的半导电石油膏。用高温挤出机配合专用机头和模具同时在导体上面挤包改性聚苯醚绝缘层和半导体层，形成缆芯。在成缆机上将四个绝缘缆芯绞合成缆。用金属编织机在电缆上编织镀锡铜丝屏蔽层。用连硫挤橡机在编织层外面挤包三元乙丙橡胶内护层。用非金属编织机在内护层外面编织聚酯纤维加强层。在编织加强层外用连硫挤橡机挤丁腈橡胶外护套层。
对比例1的电缆通过以下步骤获得：用电缆绞线机按照1+6+12+18四层的顺序绞合37根镀锡铜线制作导体。用高温挤出机配合专用机头和模具同时在导体上面挤包改性聚苯醚绝缘层和石墨烯复合半导电屏蔽料层，形成缆芯。在成缆机上将四个绝缘缆芯绞合成缆。用金属编织机在电缆上编织镀锡铜丝屏蔽层。用连硫挤橡机在编织层外面挤包三元乙丙橡胶内护层。用非金属编织机在内护层外面编织聚酯纤维加强层。在编织加强层外用连硫挤橡机挤丁腈橡胶外护套层。
对比例2的电缆通过以下步骤获得：用电缆绞线机按照1+6+12+18四层的顺序绞合37根镀锡铜线制作导体，导体绞合时在汇线处利用装置加入普通市售的石油膏。用高温挤出机配合专用机头和模具同时在导体上面挤包改性聚苯醚绝缘层和石墨烯复合半导电屏蔽料层，形成缆芯。在成缆机上将四个绝缘缆芯绞合成缆。用金属编织机在电缆上编织镀锡铜丝屏蔽层。用连硫挤橡机在编织层外面挤包三元乙丙橡胶内护层。用非金属编织机在内护层外面编织聚酯纤维加强层。在编织加强层外用连硫挤橡机挤丁腈橡胶外护套层。
对比例3的电缆通过以下步骤获得：用电缆绞线机按照1+6+12+18四层的顺序绞合37根镀锡铜线制作导体，导体绞合时在汇线处利用装置加入阻水防腐的半导电石油膏。用高温挤出机在导体上面挤包改性聚苯醚绝缘层，形成缆芯。在成缆机上将四个绝缘缆芯绞合成缆。用金属编织机在电缆上编织镀锡铜丝屏蔽层。用连硫挤橡机在编织层外面挤包三元乙丙橡胶内护层。用非金属编织机在内护层外面编织聚酯纤维加强层。在编织加强层外用连硫挤橡机挤丁腈橡胶外护套层。
将实施例1-6和对比例1-4的电缆根据GB/T17737.1标准进行电缆自身脉冲信号测试。电缆自身脉冲信号测试：被测电缆两端固定，中间悬重物，让重物突然施力于电缆，以此模拟电缆遭受外力作用产生噪音，被测电缆一端接10M高阻放大器(带自动记录存储)，对电缆的噪音值进行对比测量。试样结果如表1所示。
表1实施例1-6和对比例1-4电缆自身脉冲信号
实施例 自身脉冲信号mV
实施例1 0.91
实施例2 0.85
实施例3 1.20
实施例4 0.76
实施例5 0.82
实施例6 0.93
对比例1 5.89
对比例2 4.56
对比例3 5.60
对比例4 3.82
从表1中可以看出，镀锡铜线绞合形成导体过程中添加半导电石油膏以及以石墨烯复合半导电屏蔽料作为半导电层可有效降低电缆自身脉冲信号。电缆自身脉冲信号随着石油膏中导电碳材料的含量先降低后升高，当导电炭黑的含量为20％时的电缆自身脉冲信号大于导电炭黑含量为15％的电缆，而导电炭黑和石墨烯的复合使用相对于单独使用导电炭黑或者石墨烯具有更好的降噪效果。
本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)。
本文中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种超低噪音电缆，其特征在于，所述电缆由内至外依次包括缆芯、屏蔽层和护套层；所述缆芯为1-5个，缆芯由内到外依次包括导体、绝缘层和半导电层；所述导体由镀锡铜线绞合而成，在镀锡铜线绞合形成导体过程中加入半导电石油膏；所述半导电层材料为石墨烯复合半导电屏蔽料。
2.根据权利要求1所述的超低噪音电缆，其特征在于，所述导体由20-40根镀锡铜线绞合而成，每根镀锡铜线的直径为0.1-0.3mm。
3.根据权利要求1所述的超低噪音电缆，其特征在于，所述半导电石油膏包括质量分数为10-20％的导电碳材料。
4.根据权利要求3所述的超低噪音电缆，其特征在于，所述导电碳材料选择导电炭黑、膨胀石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的超低噪音电缆，其特征在于，所述绝缘层材料为改性聚苯醚，绝缘层厚度为0.2-0.5mm。
6.根据权利要求1所述的超低噪音电缆，其特征在于，所述半导电层厚度为0.1-0.3mm。
7.根据权利要求1所述的超低噪音电缆，其特征在于，所述屏蔽层为镀锡铜丝编织而成，编织密度≥90％，每根镀锡铜丝的直径为0.1-0.3mm。
8.根据权利要求1所述的超低噪音电缆，其特征在于，所述护套层由内至外包括内护层、编织加强层、外护套层。
9.根据权利要求8所述的超低噪音电缆，其特征在于，所述内护层材料为三元乙丙橡胶，内护层厚度为0.5-0.7mm；所述编织加强层由聚酯纤维编织而成；外护套层材料为丁腈橡胶，外护套层厚度为0.8-1.2mm。
10.如权利要求1所述超低噪音电缆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
绞合镀锡铜线制作导体，镀锡铜线绞合过程中加入半导电石油膏；同时在导体上面挤包绝缘层和半导电层，形成缆芯；缆芯绞合成缆后，在其上编织屏蔽层，然后在编屏蔽层外面挤包内护层，在内护层外面编织加强层，在编织加强层外面挤包外护套层，获得超低噪音电缆。
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