CN111292885B - 包括聚合物-碳复合物的屏蔽层的高屏蔽轻质电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电力传输或通信的电缆，该电缆包括：包括至少一个导体和包围各自导体的绝缘层的芯单元；包围该芯单元并且由聚合物‑碳复合物形成的第一屏蔽层，在该聚合物‑碳复合物中，碳基颗粒分散于聚合物材料的基质中，该第一屏蔽层具有10Ω·m或更小的电阻；以及包围该第一屏蔽层的基于金属的第二屏蔽层。

Description

包括聚合物-碳复合物的屏蔽层的高屏蔽轻质电缆
技术领域
本发明涉及一种高屏蔽轻质电缆。更具体而言，本发明涉及一种通过使用聚合物-碳复合物制成的屏蔽层从而具有减轻的重量和改进的屏蔽效能的电缆，该聚合物-碳复合物含有具有高电导率的碳颗粒。
背景技术
电缆、特别是用于传输电力或电信号用于通信的同轴电缆包括用于传输抵抗环境影响的性能和保护的各种部件。通常，此种电缆包括由实心线或绞合线制成的导体、用于电绝缘的由介电材料制成的绝缘层、以及用于电磁屏蔽的由导电材料制成的屏蔽层。
同时，电缆的尺寸和长度随着使用该电缆的设施的规模增加而增加。特别地，具有庞大体积和先进技术的交通工具(如卡车、轮船、火车、航空器和航天器)具有至少数十千米至数千千米的电缆。因此，电缆的重量减少可以极大地有助于车辆重量的减少和能量节约。
常规使用的屏蔽层已经通过卷绕箔或织造带或编织线来形成，其中的全部或大部分是由具有高电导率的金属材料制成，并且因此，为了使电缆的重量减轻，对具有新构型和材料的屏蔽层存在需求，以取代常规的重金属材料的屏蔽层。
为此，提出一种由金属-聚合物箔与聚合物膜制成的屏蔽层，金属箔或金属膜(如铜或铝)在该聚合物膜上。尽管此种屏蔽层有利于减少电缆的重量，但它仅可用于其中EMI由于低屏蔽效能而不高的有限的环境中。
此外，提出一种使用具有良好屏蔽效能的铜箔、或铜箔与金属箔(或金属-聚合物箔)一起的屏蔽层。然而，由于包括此种屏蔽层的电缆的屏蔽效能随着铜编织层的覆盖密度增加而增加，存在如下问题：为了获得高屏蔽效能，必须增加铜编织层的股线的直径和数目，并且因此也增加了电缆的重量。
另一方面，已经尝试将不是金属但具有优异的电导率和轻得多的重量的碳纳米结构如碳纤维或碳纳米管应用到电缆中。然而，纳米或微米尺寸的碳结构必须以聚集体的形式被应用到电缆中，但是碳聚集体的电导率和屏蔽效能远次于铜编织。进一步地，为了获得铜编织水平的屏蔽效能，需要如将金属离子掺杂或电镀在碳纤维上之类的另外的工艺，并且这些另外的工艺是非常消耗时间和成本的，因此商业应用受到极大地限制。而且，存在以下缺点：为了将碳聚集体应用到电缆中作为屏蔽层，除了现有的机器和工艺之外还需要新的机器和工艺。
发明内容
发明目的
因此，为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种使用碳材料的高屏蔽轻质电缆，这些碳材料具有优异的电导率且质量低，这使得能够减少屏蔽层的重量并且实现高屏蔽效能，并且该高屏蔽轻质电缆可以通过现有机器制造而无需额外的昂贵工艺。
技术方案
为了实现以上目的，本发明提供一种用于电力传输或通信的电缆，该电缆包括：包括至少一个导体和包围各导体的绝缘层的芯单元；包围该芯单元并且由聚合物-碳复合物形成的第一屏蔽层，在该聚合物-碳复合物中，碳基颗粒分散于聚合物材料的基质中，该第一屏蔽层具有10Ω·m或更小的电阻；以及包围该第一屏蔽层的基于金属的第二屏蔽层。
该聚合物材料可以具有至少1,000g/mol、优选至少10,000g/mol、并且更优选至少1,000,000g/mol的数均分子量。
此种聚合物材料可以例如是环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、聚醚酰亚胺、聚醚酮酮、聚邻苯二甲酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰亚胺、苯酚甲醛、双马来酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯苯乙烯共聚物、或其他热固性材料。
此外，这些碳基颗粒可以包括具有优异电导率的颗粒。这些碳基颗粒可以为选自以下物质的颗粒：石墨、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管(CNT)、碳纤维、炭黑以及它们的任何混合物。更优选地，这些碳基颗粒可以呈粉末的形式。换言之，这些碳基颗粒可以由一种类型的碳材料、或两种或更多种具有不同结构和形状的碳材料的混合物构成，或者为了改进电导率或与该聚合物材料的混合程度可以包括经过另外的处理的碳材料。
该聚合物-碳复合物可以通过在高于该聚合物材料的加工温度的温度下将该聚合物材料和这些碳基颗粒机械混合来形成，使得可以获得分散于聚合物材料的基质中的碳基颗粒。本文中，该聚合物材料的加工温度意指通过混合、挤出等以物理方式改变聚合物的形状而不使该聚合物降解的温度。例如，所述温度可以是至少40℃、更优选到至少60℃、并且甚至更优选到至少70℃。该第一屏蔽层的电阻可以通过本领域众所周知的低电阻率测试仪来测量，并且由该聚合物-碳复合物形成的该第一屏蔽层的电阻是10Ω·m或更小、优选1Ω·m或更小。同样，根据本发明的聚合物-碳复合物具有可以提供高屏蔽效能的优异的电导率。
在本发明中，电阻可以在环境温度(20℃)下测量。
在本发明中，由该聚合物-碳复合物形成的该第一屏蔽层可以通过常规熔融挤出工艺均匀地施加到该芯单元上来形成。即，该第一屏蔽层可以通过沿着该电缆的纵向方向将该聚合物-碳复合物挤出在该芯单元上来形成。因此，该第一屏蔽层优选地是挤出层。这是本发明提供的主要优点之一。根据本发明，在用于形成电缆的绝缘膜或盖的常规挤出工艺中使用的机器可以用于使聚合物-碳复合物的屏蔽层按原样形成的工艺中，并且因此可以设计包括在电缆制造线上形成聚合物-碳复合物的屏蔽层的连续工艺。
在具有有多个导体的芯单元的多芯电缆的情况下，该芯单元可以进一步包括组装该多个导体并且填充这些导体之间的空间以得到圆形截面的填料，并且该第一屏蔽层可以通过将该聚合物-碳复合物熔融挤出在该填料上来形成。
此外，围绕该多芯电缆的填料，可以进一步布置用于固定芯-填料结构和形状的垫层、或用于保护该电缆免受外部冲击或腐蚀的内护套层，并且该第一屏蔽层可以通过将该聚合物-碳复合物挤出在该垫层或该内护套层上来形成。
然而，可以将由该聚合物-碳复合物形成的该第一屏蔽层挤出以用作填充这些芯之间的空间并且维持该芯单元的形状的填料。在这种情况下，可以省略另外的填料，并且该第一屏蔽层除了用作屏障之外还用作填料。
可替代地，由该聚合物-碳复合物形成的该第一屏蔽层可以围绕该填料挤出以用作用于固定芯-填料结构的垫层，并且因此该垫层可以省略，或者该第一屏蔽层可以代替内护套层起到保护该电缆免受外部冲击或腐蚀的作用，因此，如果在特定环境下电缆不需要特殊条件，则也可以省略该内护套层。
也就是说，根据本发明的由该聚合物-碳复合物形成的该第一屏蔽层除了用作具有高效能的屏障之外还可以用作填料、垫层或内护套层，并且从而可以通过省略另外的填料、垫层或内护套层等来使该电缆减轻。
在这些聚合物-碳复合物中，可以确定这些碳基颗粒与该聚合物材料的含量比率，使得该第一屏蔽层满足预定的电阻率，或者该电缆满足预定的屏蔽效能。
例如，为了实现该第一屏蔽层的优异电导率和用于挤出工艺的熔体可加工性，基于100重量份的该聚合物材料，碳基颗粒的含量可以是5重量份或更多、优选10重量份或更多。基于100重量份的该聚合物材料，碳基颗粒的含量可以是100重量份或更少、优选50重量份或更少。
此外，还可以确定该第一屏蔽层的厚度以便满足预定的电阻或预定的屏蔽效能。
例如，为了实现该电缆的优异屏蔽效能和轻重量，可以将该第一屏蔽层形成至0.1mm至5mm、优选0.5mm至2mm的厚度。然而，当需要更高的屏蔽效能时，该第一屏蔽层的厚度可能超过5mm，即使该电缆的重量增加。
此外，可以将该聚合物-碳复合物交联以改进该第一屏蔽层的机械和物理耐久性、耐热性、耐油性等。为此，该聚合物-碳复合物可含有交联剂和/或交联助剂。可以选择用于交联条件的合适的交联剂和交联剂，并且通过普通混合器(如密炼机或辊磨混合器)将其与该聚合物材料和该碳基颗粒一起混合。然后，在通过以上描述的熔融挤出工艺将该第一屏蔽层施加在该芯单元上之后，可以通过交联工艺(如加热或照射紫外线)来使该第一屏蔽层进行交联。
该第二屏蔽层可以通过缠绕(taping)金属箔或金属-聚合物箔、或者通过编织多个金属股线或股线的股线束来形成。构成该第二屏蔽层的金属类型是具有良好电导率的金属，如铜或铝。
当该第二屏蔽层由带状金属箔形成时，它可以通过螺旋式或纵向缠绕工艺制成。此外，当该第二屏蔽层由多个金属股线形成时，它可以通过编织工艺制成。在这种情况下，可以确定金属编织的屏蔽层的表面密度，使得该电缆满足预定的屏蔽效能。
在优选的实施方案中，可以向该第二屏蔽层的径向内部或外部添加一个或多个由聚合物-碳复合物形成的第三屏蔽层。这种第三屏蔽层可以进一步改进该电缆的整体屏蔽效能而不增加由金属材料制成的该第二屏蔽层。
有益效果
相对于具有仅由金属材料构成的屏蔽层的常规电缆，根据本发明的电缆通过使用由具有非常低的电阻或高电导率的聚合物-碳复合物构成的屏蔽层提供减少重量同时维持高屏蔽效能的优点。因此，当根据本发明的电缆安装在轮船、车辆、汽车、航空器等中用于电子设备的供电或通信时，可以减少车体的重量并且提高燃料效率。
此外，在根据本发明的电缆中由于微尺寸的碳颗粒以聚合物-碳复合物的形式应用，因此那些碳颗粒可以使用现有挤出机制造，并且因此有利的是，可以将该应用容易地添加到制造线，而无需新的机器或工艺。此外，通过调整聚合物-碳复合物的组成比率、屏蔽层的厚度和/或屏蔽层的数目，根据本发明的电缆可以实现电缆的希望的屏蔽效能和减轻，这取决于安装目的或环境。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施方案的电缆的截面视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图更详细地描述本发明。
图1是根据本发明的一个实施方案的电缆的截面视图。如所展示的，根据本发明的电缆10包括芯单元100、第一屏蔽层200、第二屏蔽层300和外护套400。然而，图1中电缆10的部件是说明性的并非限制性的，并且可以进一步包括众所周知的电缆构型如导线护套层、半导电层、绝缘层和捆扎带(binder tape)，而在一些情况下可以省略这些部件中的一些。
图1中示出的电缆10是通过其传播电磁波信号的包括三个芯的多芯电缆。即，芯单元100包括三个芯110，并且每个芯110包括导体111、包围该导体的导体外层112和绝缘层113。
导体111是由具有高电导率的金属(如铜、铝、铝合金或涂覆有铜的铝)制成的。导体111可以是为单个主体的实心导体或为多个细股线的组件的绞合导体。
包围导体111的导体外层112是由带(如分隔带、耐火带、导电带等)通过螺旋式或纵向缠绕工艺形成的，该带根据电缆10的用途和环境提供适当的功能。导体外层112可以是半导电层，该半导电层通过含有导电组分(如炭黑)的聚合物复合物的熔融挤出工艺在导体111的外表面来形成并且起到使绞合导体的电场均匀分布以及减轻导体与绝缘层之间界面处的局部放电和局部电应力集中的作用。导体外层112是任选的并且可以省略。
包围导体外层112的绝缘层113可以通过将电介质熔融挤出到导体外层112的外表面上来形成。例如，如果耐火带是以螺旋式缠绕在导体111上的，则绝缘层113可以通过沿着纵向方向将电介质熔融挤出以均匀地包裹耐火带层来形成。
导体111、导体外层112和绝缘层113构成一个芯110并且三个芯110形成彼此以恒定的螺距扭绞的芯组件。
在芯组件的外部，布置填料120以组装这些芯并且填充间隙以得到圆形截面。填料120可以由以下材料制成：聚酯、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、乙烯丙烯二烯单体(EPDM)、酯纱线、酰胺纱线、聚酯纱线、芳纶纱线等。用于填料120的材料可以选自具有物理和化学特性如拉伸强度、防潮性、和阻燃性(取决于电缆10的使用或安装环境)的各种热固性或热塑性聚合物。将垫层130围绕填料120布置，以维持芯-填料结构和形状，并且该垫层可以由PVC、PE、聚烯烃等制成。
如以上描述的，在此实施方案中，三个芯110的芯组件、填料120和围绕它们的垫层130构成芯单元100。然而，芯单元的构型不限制于此，并且可以仅由单个芯、或两个或四个或更多个芯的组件构成，并且填料120以及垫层130可以省略，这取决于电缆的安装环境。
根据本发明，围绕芯单元100布置由聚合物-碳复合物形成的第一屏蔽层200，并且围绕第一屏蔽层200布置基于金属的第二屏蔽层300。
构成第一屏蔽层200的聚合物-碳复合物是通过在高于该聚合物材料的加工温度的温度下将该聚合物材料和这些碳基颗粒机械混合形成的。该聚合物材料可以具有至少1,000g/mol、优选至少10,000g/mol、或更优选至少1,000,000g/mol的数均分子量。此类聚合物材料可以(例如)是环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、聚醚酰亚胺、聚醚酮酮、聚邻苯二甲酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰亚胺、苯酚甲醛、双马来酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯苯乙烯共聚物或其他热固性材料。
这些碳基颗粒是由石墨、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、碳纤维和炭黑的粉末中的至少一种形成的。换言之，这些碳基颗粒可以由一种类型的碳材料、或两种或更多种具有不同结构和形状的碳材料的混合物构成，或者为了改进电导率或与该聚合物材料的混合程度可以包括经过另外的处理的碳材料。
特别地，形成第一屏蔽层200，以具有可以通过低电阻率测试仪测量的10Ω·m或更小的电阻。可以形成通过由聚合物-碳复合物构成的第一屏蔽层200，以具有10Ω·m或更小、更优选1Ω·m或更小的电阻。因此，根据本发明的电缆通过使用由聚合物-碳复合物形成的能够减少重量同时提供高屏蔽效能的屏蔽层可以实现高屏蔽和轻重量。
第一屏蔽层200通过常规熔融挤出工艺沿着电缆的纵向方向将聚合物-碳复合物挤出在芯单元100上来形成。即，可以使用常规电缆制造工艺中使用的机器将构成本发明的第一屏蔽层的聚合物-碳复合物布置在芯单元100上，并且不需要新的额外的机器或工艺。
在此实施方案中，由于芯单元100包括围绕芯组件的填料120和垫层130，因此第一屏蔽层200通过将聚合物-碳复合物挤出到垫层130上来形成。然而，由于聚合物-碳复合物本身可以用作填充芯组件的间隙以具有圆形截面的填料，并且还用作垫层以维持芯-填料结构，在其他实施方案中，可以省略垫层、或填料和垫层二者，并且那些可以被聚合物-碳复合物的第一屏蔽层200代替。
尽管未在图中示出，但是可以围绕芯单元100增加用于保护电缆免受外部冲击或腐蚀的内护套层。然而，聚合物-碳复合物本身还可以用作内护套层，并且因此可以配置由聚合物-碳复合物形成的第一屏蔽层以代替内护套层。
也就是说，根据本发明的由聚合物-碳复合物形成的第一屏蔽层200除了用作具有高效能和低重量的屏障之外，还可以用作填料、垫层或内护套层，并且因此可以省略填料、垫层、和/或内护套层，使得可以使电缆进一步减轻。
为了提供如以上描述的优异的电导率并且获得在常规挤出工艺中的熔体可加工性，相对于100重量份的聚合物材料，第一屏蔽层200的聚合物-碳复合材料可以具有5重量份或更多、优选10重量份或更多、并且100重量份或更少、优选50重量份或更少的碳基颗粒。特别地，确定聚合物-碳复合物中碳基颗粒与聚合物材料的含量比率，使得第一屏蔽层满足预定的电阻或电缆满足预定的屏蔽效能。
此外，确定第一屏蔽层200的厚度，以便满足预定的电阻率或预定的屏蔽效能，并且为了优异的屏蔽效能和轻重量，该厚度可以是0.1mm至5mm、优选0.5mm至2mm。然而，当需要更高的屏蔽效能时，该第一屏蔽层的厚度可能超过5mm，即使该电缆的重量增加。将第一屏蔽层的厚度定义为在与第一屏蔽层相邻的上层与下层之间的最短距离，并且因此在此实施方案中，由于第一屏蔽层200与芯单元的垫层130和第二屏蔽层300相邻，因此第一屏蔽层的厚度是在垫层130的外表面与第二屏蔽层300的内表面之间的最短距离。在其中省略了芯单元的垫层130和填料120的另一个实施方案中，第一屏蔽层200与芯的绝缘层113相邻，因此第一屏蔽层的厚度将是在芯的绝缘层113的外表面与第二屏蔽层300的内表面之间的最短距离。
可以将聚合物-碳复合物交联以改进第一屏蔽层200的机械和物理耐久性、耐热性、或耐油性等。为此，可以将交联剂和/或交联助剂添加到聚合物-碳复合物中。交联剂和交联助剂可以通过常规混合器(如密炼机或辊磨混合器)进行混合，并且在通过熔融挤出工艺将聚合物-碳复合物施加在芯单元上之后，可以通过交联工艺如进一步加热或照射紫外线进行交联。
第二屏蔽层300可以通过缠绕金属箔或金属-聚合物箔、或者通过编织多个金属股线或股线束来形成。构成第二屏蔽层300的金属类型是具有优异电导率的金属，如铜或铝。
当第二屏蔽层300由带状金属形成时，它可以通过螺旋式或纵向缠绕工艺制成。此外，当第二屏蔽层300由多个金属股线形成时，它可以通过编织工艺制成，并且金属股线(或线)是铜线、涂覆有锡的铜线、铝线、铝合金线、涂覆有铜的铝线和金属复合线，其中铜、铝或镍被镀覆在聚合物或碳纤维上。确定金属编织的屏蔽层的表面密度，使得电缆满足预定的屏蔽效能。
在此实施方案中，围绕第二屏蔽层300，布置了由适用于电缆10的使用或安装环境的材料形成的外护套400。
然而，在未示出的另一个实施方案中，可以围绕第二屏蔽层300、或者在第一屏蔽层与第二屏蔽层的内侧之间(根据需要)增加一个或多个由如第一屏蔽层的聚合物-碳复合物形成的第三屏蔽层。此种第三屏蔽层可以有助于改进电缆的总屏蔽效能(根据需要)，而不增加金属材料的第二屏蔽层的厚度。
例子
以下是根据本发明的电缆和常规电缆的屏蔽效能和重量的对比测试结果。
为了进行对比测试，以如下相同的方法制备根据本发明的电缆的芯单元和根据现有技术的电缆的芯单元：
根据IEC 60228(第2类)，通过将47股具有0.255±0.005mm直径的涂覆有锡的铜线以99.0mm的螺距向右卷绕来制备用于导体的铜绞合的组件。在铜绞合的组件上，卷绕两种类型的具有不同宽度的耐火带以形成由两个层构成的导体外层。特别地，将一种宽度为10mm并且厚度为0.130mm的耐火带(云母-玻璃带，SR854G)螺旋式缠绕到铜绞合的组件上，其中容许的重叠率为45％±5％，并且将另一种宽度为15mm并且厚度为0.130mm的耐火带螺旋式缠绕到第一耐火带上，其中容许的重叠率为45％±5％。在耐火带层上，根据IEC60092-351(HF-HEPR)，通过熔融挤出厚度为0.900±0.100mm的基于乙烯-丙烯共聚物的绝缘化合物(E-80，极东电线株式会社(KUKDONG ELECTRIC WIRE CO.,LTD))，然后在高压和高温下在悬链式连续固化线(CCV线)中进行交联而形成缠绕有耐火带的铜绞合的组件的绝缘层。同样，制备具有由耐火带卷绕的以及由绝缘层覆盖的铜绞合的组件的三个芯，并且这三个芯通过以171.0mm的螺距间隔向右扭绞来组装。在这些芯间的间隙中，将通过收集呈粘合剂形式的酰胺纤维制备的三种粘合剂填料(13500旦尼尔，Sungwon公司)布置为宽度为55mm，并且与三个芯一起组装。
同时，将用于根据本发明的电缆的聚合物-碳复合物制备为NBR-CNT复合物(K-Nanos-INB141，Kumho Petrochemical公司)，其是作为基质的丁腈橡胶(NBR)与基于100重量份的NBR为20重量份的CNT的混合物。然后，用低电阻率测试仪在环境温度(20℃)下测量所述NBR-CNT复合物的电阻，测得的结果是1Ω·cm。
为了进行交联，向NBR-CNT复合物添加相对于100重量份的NBR-CNT复合物为1重量份的作为过氧化氢交联剂的双(叔丁基过氧基异丙基)苯(Perbutyl P，NOF公司)，并且通过辊磨混合器在80℃(即加工温度)的辊温度下混合5分钟。
将具有交联剂的NBR-CNT复合物制备成长带状物的形式用于连续注入，并且在芯-填料的芯单元上将其挤出为1mm的厚度以形成第一屏蔽层。在挤出工序之后，将它在高温和高压下在CCV线中进行交联。
围绕第一屏蔽层，通过金属编织提供第二屏蔽层。为了防止NBR-CNT复合物的屏蔽层的损坏，首先螺旋式地缠绕厚度为0.05mm并且宽度为50mm的PET带，并且在PET带层上应用金属编织。对于金属编织，使用通过以36.17°的编织角和55mm的螺距扭绞16组铜线制成的铜编织层，这16组铜线中的每一组由N股具有0.3mm直径的涂覆有锡的铜组成。在此，在N为9、6、4或2的情况下制备实施例1至4。即，实施例1至4的每根电缆具有不同的铜编织层(具有9股、6股、4股或2股铜)的表面密度。
可以从IEC 60092-350:2014中给出的以下公式获得铜编织层的表面密度：
Figure BDA0002311486110000111
其中G是表面密度，F是填充因数，α是编织角，即电缆轴与铜线之间的角，d是铜线的直径，N是构成一组铜线(载体)的铜线的数目，并且P是每mm的纬纱的数目。
因此，实施例1至4的铜编织层的表面密度分别是104％(实施例1，SC104)、69％(实施例2，SC69)、46％(实施例3，SC46)和23％(实施例4，SC23)。
此外，制备以下实施例5：其具有与实施例3的铜编织层的表面密度相同的铜编织层的表面密度(SC46)，但用NBR-CNT复合物替代酰胺纤维的填料。在这个实施例中，在没有粘合剂填料的情况下组装三个芯，并且将NBR-CNT复合物的屏蔽层挤出在芯上以填充这些芯之间的间隙，以在芯的顶部上具有1mm的厚度。
另一方面，将根据现有技术的电缆(对比例，对照)围绕芯单元的填料挤出常规SHF2型垫层(XLPO-5，极东电线株式会社)，并且在挤出工序之后，在高温和高压下在CCV线中进行交联。
围绕垫层，通过金属编织提供常规屏蔽层。为了防止垫层的损坏，首先如以上实施例1-4那样螺旋式地缠绕厚度为0.05mm并且宽度为50mm的PET带，并且在PET带层上应用金属编织。对于金属编织，使用通过以36.17°的编织角和55mm的螺距扭绞16组铜线制成的铜编织层，这16组铜线中的每一组由9股具有0.3mm直径的涂覆有锡的铜组成。因此，对比例的电缆的铜编织层的表面密度是如实例1中的104％。
对于实施例1至5和对比例(对照)的电缆，通过三轴方法、通过Guidant公司的CoMeT 90系统、通过根据IEC 62153-4-3:2013和IEC62153-4-4:2015标准测量转移阻抗和屏蔽衰减、以在300kHz至1GHz范围内的频率测量屏蔽效能。电缆的重量是通过准备5m的每种电缆并且对五个各自切成1m的样品的重量求平均值来确定的。
在下表中示出了实施例1至5以及对比例的电缆的屏蔽效能和重量的测量结果：
[表1]
Figure BDA0002311486110000131
如从表1可以看出的，当常规电缆(对比例)的非导电SHF2垫层(具有相同的铜编织的屏蔽层的为104％的表面密度)被NBR-CNT复合物屏蔽层(实施例1)代替时，在所有频率范围内屏蔽效能都得到了提高。特别地，应注意在300MHz下与对比例相比，实施例1的屏蔽效能提高了约27％。这意指根据本发明的包括NBR-CNT复合物屏蔽层的实施例1(SC104)的电缆具有可用于严重电磁干扰(EMI)环境中的高屏蔽性能。此外，与对比例相比，根据本发明的实施例1(SC104)的电缆示出每单位米约6.7％的重量减少。这是因为根据本发明的电缆中使用的NBR-CNT复合物的比重是1.12，其低于常规电缆的SHF2垫层的1.20的比重。
此外，考虑到一般信号/控制电缆所需的屏蔽效能是40dB或更大，用表面密度减少了69％的铜编织层屏蔽层以及根据本发明的NBR-CNT复合物屏蔽层的实施例2(SC69)的电缆在所有测量的频率范围内示出大于40dB的屏蔽效能，并且因此可以充分地用作轻质电缆。
根据本发明的实施例3(SC46)和实施例4(SC23)的电缆通过使用NBR-CNT复合物屏蔽层以及铜编织的屏蔽层(其中表面密度大大减少了46％和23％)分别在重量上减少了22％和27％。尽管这些电缆在一些频率范围内示出小于40dB的屏蔽效能，但是其可用于其中屏蔽效能大于40dB的其他频率范围内，或者用于其中电磁干扰不如轻质电缆严重的环境中。
此外，即使当在实施例3和4的电缆中铜编织层屏蔽层的表面密度显著减少，但是实施例5通过使NBR-CNT复合物屏蔽层更厚并且在芯单元中省略填料示出在所有频率范围内大于40dB的屏蔽效能。此外，通过增加NBR-CNT复合物中的CNT颗粒的含量、或者通过进一步在铜编织的屏蔽层上增加NBR-CNT复合物屏蔽层，还将有可能将屏蔽效能提高至大于40dB。
尽管已经参照有限的实施例和附图描述了本发明，但是本发明不受限于这些实施例，并且本领域技术人员可以根据说明书实施各种变化或修改。本发明的精神仅应由下面描述的权利要求来理解，并且权利要求的所有等同或等效修改都旨在落入本发明的范围内。
附图说明
10：电缆                        100：芯单元
110：芯                         111：导体
112：导体外层                   113：绝缘层
120：填料                       130：垫层
200：第一屏蔽层                 300：第二屏蔽层
400：外护套

Claims (15)

1.一种用于电力传输或通信的电缆，其包括：
包括多个导体的芯单元，每个导体被绝缘层包围；
包围所述芯单元并且由聚合物-碳复合物形成的、厚度为0.1mm至5mm的第一屏蔽层，在所述聚合物-碳复合物中，碳基颗粒分散于聚合物材料的基质中，所述第一屏蔽层具有10Ω·m或更小的电阻，其中所述第一屏蔽层的聚合物-碳复合物是交联的；以及
包围所述第一屏蔽层的基于金属的第二屏蔽层。
2.根据权利要求1所述的电缆，其中所述第一屏蔽层的厚度等于或小于2mm。
3.根据权利要求1所述的电缆，其中所述第一屏蔽层的聚合物-碳复合物与交联剂和/或交联助剂交联。
4.根据权利要求1所述的电缆，其中，所述聚合物材料具有至少1,000g/mol的数均分子量。
5.根据权利要求1所述的电缆，其中，所述碳基颗粒选自以下颗粒：石墨、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、碳纤维、炭黑以及它们的任何混合物。
6.根据权利要求1所述的电缆，其中，所述聚合物-碳复合物是通过在高于所述聚合物材料的加工温度的温度下，将所述聚合物材料和所述碳基颗粒机械混合而形成的。
7.根据权利要求6所述的电缆，其中，确定在所述聚合物-碳复合物中的所述碳基颗粒与所述聚合物材料的含量比率、或所述第一屏蔽层的厚度，使得所述第一屏蔽层满足预定的电阻率，或者所述电缆满足预定的屏蔽效能。
8.根据权利要求6所述的电缆，其中，基于100重量份的所述聚合物材料，所述碳基颗粒的含量为5重量份或更多并且100重量份或更少。
9.根据权利要求1所述的电缆，其中，所述第一屏蔽层是通过将所述聚合物-碳复合物沿着所述电缆的纵向方向熔融挤出在所述芯单元上而形成的。
10.根据权利要求1所述的电缆，其中，所述芯单元包含填料，所述填料组装所述多个导体并且填充所述导体之间的空间以得到圆形截面，
其中所述第一屏蔽层是通过将所述聚合物-碳复合物熔融挤出在所述填料上而形成的。
11.根据权利要求1所述的电缆，其中，所述第一屏蔽层的所述聚合物-碳复合物用作围绕所述芯单元的填料、垫层或内护套层。
12.根据权利要求1所述的电缆，其中，所述第二屏蔽层是通过缠绕金属箔或金属-聚合物箔或编织多股金属股线形成的。
13.根据权利要求12所述的电缆，其中，所述第二屏蔽层是通过编织多个金属股线形成的，
其中确定金属编织层的表面密度，使得所述电缆满足预定的屏蔽效能。
14.根据权利要求1所述的电缆，其进一步包括至少一个第三屏蔽层，其在径向方向上在所述第二屏蔽层的内部或外部由所述聚合物-碳复合物形成的。
15.根据权利要求1所述的电缆，其中所述第一屏蔽层的聚合物-碳复合物的聚合物材料选自环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、聚醚酰亚胺、聚醚酮酮、聚邻苯二甲酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰亚胺、苯酚甲醛、双马来酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯苯乙烯共聚物组成的组。
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