CN111471301B - 一种地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆及其制备方法 - Google Patents

一种地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆及其制备方法，所述消磁屏蔽电缆包括电缆芯、绝缘套、屏蔽套和外护套，所述绝缘套包覆在电缆芯外部，所述屏蔽套包覆在绝缘套外部，所述外护套包覆在绝缘套外部；所述屏蔽套各组分原料包括：以重量计，硅橡胶100‑110份、天然橡胶70‑80份、硅烷偶联剂3‑6份、镀镍玻璃微珠10‑15份、三烯丙基异氰脲酸酯13‑16份、改性碳纳米管8‑12份、改性石墨烯8‑10份、硫化剂2‑5份、硬脂酸8‑15份。本发明工艺设计合理，组分配比适应，制备得到的屏蔽电缆具有优异的电磁屏蔽性能，且在制备过程中各组分分布均匀，避免了团聚现象的产生，该屏蔽电缆的机械性能、力学性能优异，能够适用于多个领域，具有较高的实用性。

Description

一种地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，具体是一种地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆及其制备方法。
背景技术
电缆通常是由几根或几组导线(每组至少两根)绞合而成的类似绳索的电缆，每组导线之间相互绝缘，并常围绕着一根中心扭成，整个外面包有高度绝缘的覆盖层，电缆具有内通电、外绝缘的特征。
屏蔽电缆是设计是为了保证在有电磁干扰环境下系统的传输性能，即抵御外来电磁干扰的能力以及系统本身向外辐射电磁干扰的能力，现如今，屏蔽电缆已应用于多个领域，包括但不限于航天、地铁轨道系统等，但现有的电缆屏蔽性能较差，实用性差。
针对该问题，我们设计了一种地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆及其制备方法，这是我们亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆，所述消磁屏蔽电缆包括电缆芯、绝缘套、屏蔽套和外护套，所述绝缘套包覆在电缆芯外部，所述屏蔽套包覆在绝缘套外部，所述外护套包覆在绝缘套外部；
所述屏蔽套各组分原料包括：以重量计，硅橡胶100-110份、天然橡胶70-80份、硅烷偶联剂3-6份、镀镍玻璃微珠10-15份、三烯丙基异氰脲酸酯13-16份、改性碳纳米管8-12份、改性石墨烯8-10份、硫化剂2-5份、硬脂酸8-15份；
所述外护套各组分原料包括：以重量计，丁苯橡胶90-100份、三元乙丙橡胶30-50份、添加剂1-3份、硬脂酸10-20份、硫化剂2-5份、促进剂1-5份、防老剂2-4份。
较优化的方案，所述添加剂各组分原料包括：以重量计，改性碳纤维3-5份、三氧化二铁粉12-15份、硅粉24-26份、铝粉8-10份、无水乙醇20-30份；
所述改性碳纤维由碳纤维、硝酸、异丙醇铝、浓硫酸制备得到。
本发明中外护套以丁苯橡胶、三元乙丙橡胶为基体，再加入添加剂、硬脂酸、硫化剂等组分，其中添加剂包括改性碳纤维、三氧化二铁粉、硅粉和铝粉等组分，在制备时本申请利用三氧化二铁粉、硅粉和铝粉进行机械合金化，三氧化二铁粉、硅粉和铝粉混合粉末在高速球磨过程中，粉体反复的经历变形、断裂、焊合等过程，随着球磨过程中机械能逐渐转换为复合粉体的内能，经过原子界面的不断扩散的作用，使得原料粉体逐步实现合金化，在球磨过程中，各个组分粉末之间可发生以下反应：3Fe2O3+6Al+2Si=2Fe3Si+3Al2O3，从而生成Fe3Si和α-Al2O3，在金属间化合物Fe3Si中引入氧化铝增强相；再通过溶胶凝胶的方法在碳纤维表面沉积氧化铝，制备得到改性碳纤维，将复合粉体与改性碳纤维，经过热压烧结形成添加剂，该添加剂存在Fe3Si、氧化铝增强相，具有较高的硬度和熔点，添加至外护套基体中能够有效提高其机械性能和耐高温性能。
较优化的方案，所述改性石墨烯各组分原料包括：以重量计，石墨烯2-5份、无水乙醇10-15份、乙酸镍20-25份、氨水1-3份、钛酸四丁酯8-12份。
本发明中屏蔽套以硅橡胶、天然橡胶为主体，再添加镀镍玻璃微珠、改性碳纳米管、改性石墨烯等组分，制备得到具有优异电磁屏蔽性能的屏蔽套；其中石墨烯为单原子厚的碳原子层，也是目前已知最薄的二维材料，作为石墨、富勒烯、碳纳米管的基本结构单元，石墨烯密度小，导电性能好，比表面积大，属于电损耗型屏蔽材料；而镍粉也是常用的电磁屏蔽材料，但镍粉在进行屏蔽套制备时易团聚，因此我们在石墨烯的基础上进行改性，利用溶剂热法，在乙醇溶剂中将石墨烯和乙酸镍在超声波作用下充分混合，并将混合液体进行搅拌，再进行退火，制备得到物料B，此时石墨烯表面均匀分布有单质镍；随即本申请又利用钛酸四丁酯水解生成二氧化钛，并利用二氧化钛对其进行功能化改性，制备得到改性石墨烯，该改性石墨烯的稳定性和分散性较优异，与基质的相容性得到提高，制备得到的屏蔽套具有优异的电磁屏蔽性能，抗光老化性能也得到提升，而且避免发生镍粉团聚现象，使得镍粉能够均匀分散在屏蔽套基体中。
较优化的方案，所述改性碳纳米管由预处理碳纳米管、预处理碳纤维、N,N-二甲基甲酰胺制备得到；
所述预处理碳纳米管由碳纳米管、预处理液制备得到；所述预处理碳纤维由碳纤维、丙酮、硝酸处理得到。
较优化的方案，所述预处理液包括硝酸、盐酸和聚四氟乙烯，所述硝酸、盐酸和聚四氟乙烯的体积比为1：1：（8-9）。
碳纳米管、碳纤维均是常规的电磁吸波材料，可用于电磁屏蔽材料中，但单一的碳纳米管、碳纤维的电磁屏蔽性能较差，且碳纳米管易团聚，因此我们先对碳纳米管进行改性，利用强酸对其进行酸化得到预处理碳纳米管，再利用丙酮、硝酸对碳纤维进行去胶、氧化处理，得到预处理碳纤维，最后通过化学接枝法将羧基化碳纳米管化学接枝于预处理碳纤维表面，得到改性碳纳米管，该改性碳纳米管对电磁波的损耗性能增强，添加至屏蔽套中，可有效提高屏蔽套的电磁屏蔽性能，同时也避免了碳纳米管在屏蔽套基体中的团聚现象发生。
在对碳纳米管进行酸化制备预处理碳纳米管时，在传统加工过程中一般会将碳纳米管浸泡在酸性液体中，但由于液体强烈的毛细作用力，酸性液体往往无法渗透到整个碳纳米管中，从而导致碳纳米管内表面无法得到充分酸化，因此本申请在该步骤中利用酸蒸汽对碳纳米管进行酸化，能够保证碳纳米管充分被酸化。
较优化的方案，所述镀镍玻璃微珠由预处理玻璃微珠、硫酸镍、柠檬酸钠、次亚磷酸钠、硫酸铵制备得到；
所述预处理玻璃微珠由空心玻璃微珠、氢氧化钠、碳酸钠、六氨合钴制备得到。
本发明中还添加了镀镍玻璃微珠，由空心玻璃微珠、硫酸镍、柠檬酸钠、次亚磷酸钠、硫酸铵等组分制备得到，空心玻璃微珠是一类轻质非金属多功能材料，主要成分是氧化钙、氧化铝；空心玻璃微珠具有低密度、低导热、低吸油率、耐高低温、电绝缘强度高、热稳定性好、耐腐蚀、粒度小及化学组成可控等优点，本发明以空心玻璃微珠为核心，以钴盐为活化材料，以次亚磷酸盐为还原剂，在空心玻璃微珠表面还原出单质钴作为化学镀镍的催化活性中心，再利用化学镀镍法在其表面镀镍，制备得到镀镍玻璃微珠，该镀镍玻璃微珠具有优异的电磁屏蔽性能。
较优化的方案，一种地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆的制备方法，包括以下步骤：
1)制备电缆芯；
2)制备绝缘套，将绝缘套包覆在电缆芯外部；
3)制备屏蔽套，将屏蔽套包覆在绝缘套外部；
4)制备外护套，将外护套包覆在屏蔽套外部；
5)质检，包装入库，结束操作。
较优化的方案，步骤2）中，屏蔽套制备步骤包括：
1)改性碳纳米管的制备：
a)取预处理液，置于带有蒸汽筛板的容器中，将碳纳米管置于蒸汽筛板上，再将容器封装在反应釜中，升温至180-190℃，恒温反应6-7h，冷却至室温，取料洗涤，过滤，60℃烘干，得到预处理碳纳米管；
b)取碳纤维，丙酮溶解，超声分散30-35min，再升温至60-65℃，回流反应4-4.5h，抽滤，洗涤至中性，烘干，得到物料A；取物料A，置于硝酸溶液中，超声分散1-1.2h，在70-75℃水浴中，恒温反应8-8.5h，抽滤，洗涤至中性，90℃烘干，得到预处理碳纤维；
c)取预处理碳纳米管，置于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，超声分散1-1.5h，再加入预处理碳纤维，继续超声分散1-1.2h，在70-75℃水浴中反应8-10h，抽滤，洗涤至中性，90-100℃下烘干，得到改性碳纳米管；
2)改性石墨烯的制备：
a)取石墨烯，无水乙醇溶解，超声分散30-40min，再加入乙酸镍，继续超声20-30min，缓慢加入去离子水、氨水，超声2-5min，在80-90℃水浴条件下，搅拌反应10-12h，反应后洗涤，收集沉淀，冷冻干燥，再将干燥后的物料置于氢气、氩气混合气体环境下，加热升温至350-360℃，升温速率为2-3℃/min，保温时间为3-3.5h，冷却，得到物料B；
b)取物料B，无水乙醇、去离子水混合溶解，超声分散5-10min，再加入钛酸四丁酯，室温密封环境下搅拌12-14h，反应后洗涤，抽滤，干燥，得到改性石墨烯；
3)镀镍玻璃微珠的制备：
a)取空心玻璃微珠，置于氢氧化钠、碳酸钠混合溶液中，80-85℃水浴条件下搅拌2-2.5h，洗涤干燥，再置于六氨合钴溶液中，室温下搅拌2-3h，过滤，得到预处理玻璃微珠；
b)取配制好的硫酸镍溶液、柠檬酸钠溶液、次亚磷酸钠溶液、硫酸铵溶液和蒸馏水，搅拌10-15min，再置于水浴中，加热升温至85℃，调节pH为9，再加入预处理玻璃微珠，保温反应1-1.2h，过滤，洗涤干燥，得到镀镍玻璃微珠；
4)将硅橡胶和天然橡胶投入密炼机中，密炼2-4min，再加入改性碳纳米管、改性石墨烯和镀镍玻璃微珠，继续密炼3-5min，再加入硅烷偶联剂、三烯丙基异氰脲酸酯、硬脂酸和硫化剂，混炼1-2h，混炼温度为85-90℃，得到物料C；
5)取物料C，置于平板硫化机中进行一次硫化，一次硫化温度为170-180℃，压力为15MPa，一次硫化时间为15-25min，再置于干燥箱中进行二次硫化，硫化温度为150-155℃，硫化时间为3-4h，得到屏蔽套。
较优化的方案，步骤3）中，外护套制备步骤包括：
1)取碳纤维，剪切至2-3mm，置于硝酸溶液中，超声分散1-1.2h，在70-75℃水浴中，恒温反应8-8.5h，抽滤，洗涤至中性，90℃烘干，得到物料D；取蒸馏水，水浴加热至90-95℃，再缓慢加热异丙醇铝，搅拌3-4h，再加入浓硫酸，陈化保温10-12h，再加入物料D，搅拌10-15min，过滤，烘干，再将烘干后的物料置于450-460℃下，煅烧4-4.5h，得到改性碳纤维；
2)取三氧化二铁粉、硅粉、铝粉和无水乙醇，置于球磨机中球磨，转速为400-450r/min，每球磨60min后间歇停止20min，球磨总时间为20-22h，得到物料E；
3)取改性碳纤维、物料E，混合搅拌20-30min，再置于感应加热炉中，加热升温至1050-1100℃，压力为20MPa，保温30-40min，冷却，得到添加剂；
4)取丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、添加剂、硬脂酸、硫化剂、促进剂和防老剂，混合熔炼，挤压成型，得到外护套。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明公开了一种地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆及其制备方法，工艺设计合理，组分配比适应，制备得到的屏蔽电缆具有优异的电磁屏蔽性能，且在制备过程中各组分分布均匀，避免了团聚现象的产生，该屏蔽电缆的外护套的力学性能优异，使得制备得到的电缆具有优异的力学性能，能够适用于多个领域，具有较高的实用性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆，包括电缆芯、绝缘套、屏蔽套和外护套，绝缘套包覆在电缆芯外部，屏蔽套包覆在绝缘套外部，外护套包覆在绝缘套外部；
屏蔽套各组分原料包括：以重量计，硅橡胶100份、天然橡胶70份、硅烷偶联剂3份、镀镍玻璃微珠10份、三烯丙基异氰脲酸酯13份、改性碳纳米管8份、改性石墨烯8份、硫化剂2份、硬脂酸8份；
外护套各组分原料包括：以重量计，丁苯橡胶90份、三元乙丙橡胶30份、添加剂1份、硬脂酸10份、硫化剂2份、促进剂1份、防老剂2份。
其中添加剂各组分原料包括：以重量计，改性碳纤维3份、三氧化二铁粉12份、硅粉24份、铝粉8份、无水乙醇20份；改性石墨烯各组分原料包括：以重量计，石墨烯2份、无水乙醇10份、乙酸镍20份、氨水1份、钛酸四丁酯8份。
一种地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备电缆芯；
S2：制备绝缘套，将绝缘套包覆在电缆芯外部；
S3：制备屏蔽套，将屏蔽套包覆在绝缘套外部；
S4：制备外护套，将外护套包覆在屏蔽套外部；
S5：质检，包装入库，结束操作。
其中S2步骤中，屏蔽套制备步骤包括：
S21：改性碳纳米管的制备：
取预处理液，置于带有蒸汽筛板的容器中，将碳纳米管置于蒸汽筛板上，再将容器封装在反应釜中，升温至180℃，恒温反应6h，冷却至室温，取料洗涤，过滤，60℃烘干，得到预处理碳纳米管；其中预处理液包括硝酸、盐酸和聚四氟乙烯，所述硝酸、盐酸和聚四氟乙烯的体积比为1：1：8；
取碳纤维，丙酮溶解，超声分散30min，再升温至60℃，回流反应4h，抽滤，洗涤至中性，烘干，得到物料A；取物料A，置于硝酸溶液中，超声分散1h，在70℃水浴中，恒温反应8h，抽滤，洗涤至中性，90℃烘干，得到预处理碳纤维；
取预处理碳纳米管，置于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，超声分散1h，再加入预处理碳纤维，继续超声分散1h，在70℃水浴中反应8h，抽滤，洗涤至中性，90℃下烘干，得到改性碳纳米管；
S22：改性石墨烯的制备：
取石墨烯，无水乙醇溶解，超声分散30min，再加入乙酸镍，继续超声20min，缓慢加入去离子水、氨水，超声2min，在80℃水浴条件下，搅拌反应10h，反应后洗涤，收集沉淀，冷冻干燥，再将干燥后的物料置于氢气、氩气混合气体环境下，加热升温至350℃，升温速率为2℃/min，保温时间为3h，冷却，得到物料B；
取物料B，无水乙醇、去离子水混合溶解，超声分散5min，再加入钛酸四丁酯，室温密封环境下搅拌12h，反应后洗涤，抽滤，干燥，得到改性石墨烯；
S23：镀镍玻璃微珠的制备：
取空心玻璃微珠，置于氢氧化钠、碳酸钠混合溶液中，80℃水浴条件下搅拌2h，洗涤干燥，再置于六氨合钴溶液中，室温下搅拌2h，过滤，得到预处理玻璃微珠；
取配制好的硫酸镍溶液、柠檬酸钠溶液、次亚磷酸钠溶液、硫酸铵溶液和蒸馏水，搅拌10min，再置于水浴中，加热升温至85℃，调节pH为9，再加入预处理玻璃微珠，保温反应1h，过滤，洗涤干燥，得到镀镍玻璃微珠；
S24：将硅橡胶和天然橡胶投入密炼机中，密炼2min，再加入改性碳纳米管、改性石墨烯和镀镍玻璃微珠，继续密炼3min，再加入硅烷偶联剂、三烯丙基异氰脲酸酯、硬脂酸和硫化剂，混炼1h，混炼温度为85℃，得到物料C；
S25：取物料C，置于平板硫化机中进行一次硫化，一次硫化温度为170℃，压力为15MPa，一次硫化时间为15min，再置于干燥箱中进行二次硫化，硫化温度为150℃，硫化时间为3h，得到屏蔽套。
S3步骤中，外护套制备步骤包括：
S31：取碳纤维，剪切至2mm，置于硝酸溶液中，超声分散1h，在70℃水浴中，恒温反应8h，抽滤，洗涤至中性，90℃烘干，得到物料D；取蒸馏水，水浴加热至90℃，再缓慢加热异丙醇铝，搅拌3h，再加入浓硫酸，陈化保温10h，再加入物料D，搅拌10min，过滤，烘干，再将烘干后的物料置于450℃下，煅烧4h，得到改性碳纤维；
S32：取三氧化二铁粉、硅粉、铝粉和无水乙醇，置于球磨机中球磨，转速为400r/min，每球磨60min后间歇停止20min，球磨总时间为20h，得到物料E；
S33：取改性碳纤维、物料E，混合搅拌20min，再置于感应加热炉中，加热升温至1050℃，压力为20MPa，保温30min，冷却，得到添加剂；
S34：取丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、添加剂、硬脂酸、硫化剂、促进剂和防老剂，混合熔炼，挤压成型，得到外护套。
实施例2：
一种地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆，包括电缆芯、绝缘套、屏蔽套和外护套，绝缘套包覆在电缆芯外部，屏蔽套包覆在绝缘套外部，外护套包覆在绝缘套外部；
屏蔽套各组分原料包括：以重量计，硅橡胶105份、天然橡胶75份、硅烷偶联剂5份、镀镍玻璃微珠12份、三烯丙基异氰脲酸酯15份、改性碳纳米管10份、改性石墨烯9份、硫化剂4份、硬脂酸10份；
外护套各组分原料包括：以重量计，丁苯橡胶95份、三元乙丙橡胶40份、添加剂2份、硬脂酸15份、硫化剂3份、促进剂4份、防老剂3份。
其中添加剂各组分原料包括：以重量计，改性碳纤维4份、三氧化二铁粉14份、硅粉25份、铝粉9份、无水乙醇25份；改性石墨烯各组分原料包括：以重量计，石墨烯4份、无水乙醇14份、乙酸镍22份、氨水2份、钛酸四丁酯10份。
一种地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备电缆芯；
S2：制备绝缘套，将绝缘套包覆在电缆芯外部；
S3：制备屏蔽套，将屏蔽套包覆在绝缘套外部；
S4：制备外护套，将外护套包覆在屏蔽套外部；
S5：质检，包装入库，结束操作。
其中S2步骤中，屏蔽套制备步骤包括：
S21：改性碳纳米管的制备：
取预处理液，置于带有蒸汽筛板的容器中，将碳纳米管置于蒸汽筛板上，再将容器封装在反应釜中，升温至185℃，恒温反应6.5h，冷却至室温，取料洗涤，过滤，60℃烘干，得到预处理碳纳米管；其中预处理液包括硝酸、盐酸和聚四氟乙烯，所述硝酸、盐酸和聚四氟乙烯的体积比为1：1：8.5；
取碳纤维，丙酮溶解，超声分散32min，再升温至62℃，回流反应4.2h，抽滤，洗涤至中性，烘干，得到物料A；取物料A，置于硝酸溶液中，超声分散1.1h，在73℃水浴中，恒温反应8.2h，抽滤，洗涤至中性，90℃烘干，得到预处理碳纤维；
取预处理碳纳米管，置于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，超声分散1.2h，再加入预处理碳纤维，继续超声分散1.1h，在72℃水浴中反应9h，抽滤，洗涤至中性，95℃下烘干，得到改性碳纳米管；
S22：改性石墨烯的制备：
取石墨烯，无水乙醇溶解，超声分散35min，再加入乙酸镍，继续超声25min，缓慢加入去离子水、氨水，超声4min，在85℃水浴条件下，搅拌反应11h，反应后洗涤，收集沉淀，冷冻干燥，再将干燥后的物料置于氢气、氩气混合气体环境下，加热升温至355℃，升温速率为2℃/min，保温时间为3.2h，冷却，得到物料B；
取物料B，无水乙醇、去离子水混合溶解，超声分散8min，再加入钛酸四丁酯，室温密封环境下搅拌13h，反应后洗涤，抽滤，干燥，得到改性石墨烯；
S23：镀镍玻璃微珠的制备：
取空心玻璃微珠，置于氢氧化钠、碳酸钠混合溶液中，83℃水浴条件下搅拌2.2h，洗涤干燥，再置于六氨合钴溶液中，室温下搅拌2.5h，过滤，得到预处理玻璃微珠；
取配制好的硫酸镍溶液、柠檬酸钠溶液、次亚磷酸钠溶液、硫酸铵溶液和蒸馏水，搅拌12min，再置于水浴中，加热升温至85℃，调节pH为9，再加入预处理玻璃微珠，保温反应1.1h，过滤，洗涤干燥，得到镀镍玻璃微珠；
S24：将硅橡胶和天然橡胶投入密炼机中，密炼3min，再加入改性碳纳米管、改性石墨烯和镀镍玻璃微珠，继续密炼4min，再加入硅烷偶联剂、三烯丙基异氰脲酸酯、硬脂酸和硫化剂，混炼1.5h，混炼温度为88℃，得到物料C；
S25：取物料C，置于平板硫化机中进行一次硫化，一次硫化温度为175℃，压力为15MPa，一次硫化时间为20min，再置于干燥箱中进行二次硫化，硫化温度为152℃，硫化时间为3.5h，得到屏蔽套。
S3步骤中，外护套制备步骤包括：
S31：取碳纤维，剪切至2mm，置于硝酸溶液中，超声分散1.1h，在72℃水浴中，恒温反应8.2h，抽滤，洗涤至中性，90℃烘干，得到物料D；取蒸馏水，水浴加热至92℃，再缓慢加热异丙醇铝，搅拌3.5h，再加入浓硫酸，陈化保温11h，再加入物料D，搅拌12min，过滤，烘干，再将烘干后的物料置于455℃下，煅烧4.2h，得到改性碳纤维；
S32：取三氧化二铁粉、硅粉、铝粉和无水乙醇，置于球磨机中球磨，转速为420r/min，每球磨60min后间歇停止20min，球磨总时间为21h，得到物料E；
S33：取改性碳纤维、物料E，混合搅拌25min，再置于感应加热炉中，加热升温至1080℃，压力为20MPa，保温35min，冷却，得到添加剂；
S34：取丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、添加剂、硬脂酸、硫化剂、促进剂和防老剂，混合熔炼，挤压成型，得到外护套。
实施例3：
一种地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆，包括电缆芯、绝缘套、屏蔽套和外护套，绝缘套包覆在电缆芯外部，屏蔽套包覆在绝缘套外部，外护套包覆在绝缘套外部；
屏蔽套各组分原料包括：以重量计，硅橡胶110份、天然橡胶80份、硅烷偶联剂6份、镀镍玻璃微珠15份、三烯丙基异氰脲酸酯16份、改性碳纳米管12份、改性石墨烯10份、硫化剂5份、硬脂酸15份；
外护套各组分原料包括：以重量计，丁苯橡胶100份、三元乙丙橡胶50份、添加剂3份、硬脂酸20份、硫化剂5份、促进剂5份、防老剂4份。
其中添加剂各组分原料包括：以重量计，改性碳纤维5份、三氧化二铁粉15份、硅粉26份、铝粉10份、无水乙醇30份；改性石墨烯各组分原料包括：以重量计，石墨烯5份、无水乙醇15份、乙酸镍25份、氨水3份、钛酸四丁酯12份。
一种地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备电缆芯；
S2：制备绝缘套，将绝缘套包覆在电缆芯外部；
S3：制备屏蔽套，将屏蔽套包覆在绝缘套外部；
S4：制备外护套，将外护套包覆在屏蔽套外部；
S5：质检，包装入库，结束操作。
其中S2步骤中，屏蔽套制备步骤包括：
S21：改性碳纳米管的制备：
取预处理液，置于带有蒸汽筛板的容器中，将碳纳米管置于蒸汽筛板上，再将容器封装在反应釜中，升温至190℃，恒温反应7h，冷却至室温，取料洗涤，过滤，60℃烘干，得到预处理碳纳米管；其中预处理液包括硝酸、盐酸和聚四氟乙烯，所述硝酸、盐酸和聚四氟乙烯的体积比为1：1：9；
取碳纤维，丙酮溶解，超声分散35min，再升温至65℃，回流反应4.5h，抽滤，洗涤至中性，烘干，得到物料A；取物料A，置于硝酸溶液中，超声分散1.2h，在75℃水浴中，恒温反应8.5h，抽滤，洗涤至中性，90℃烘干，得到预处理碳纤维；
取预处理碳纳米管，置于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，超声分散1.5h，再加入预处理碳纤维，继续超声分散1.2h，在75℃水浴中反应10h，抽滤，洗涤至中性，100℃下烘干，得到改性碳纳米管；
S22：改性石墨烯的制备：
取石墨烯，无水乙醇溶解，超声分散40min，再加入乙酸镍，继续超声30min，缓慢加入去离子水、氨水，超声5min，在90℃水浴条件下，搅拌反应12h，反应后洗涤，收集沉淀，冷冻干燥，再将干燥后的物料置于氢气、氩气混合气体环境下，加热升温至360℃，升温速率为3℃/min，保温时间为3.5h，冷却，得到物料B；
取物料B，无水乙醇、去离子水混合溶解，超声分散10min，再加入钛酸四丁酯，室温密封环境下搅拌14h，反应后洗涤，抽滤，干燥，得到改性石墨烯；
S23：镀镍玻璃微珠的制备：
取空心玻璃微珠，置于氢氧化钠、碳酸钠混合溶液中，85℃水浴条件下搅拌2.5h，洗涤干燥，再置于六氨合钴溶液中，室温下搅拌3h，过滤，得到预处理玻璃微珠；
取配制好的硫酸镍溶液、柠檬酸钠溶液、次亚磷酸钠溶液、硫酸铵溶液和蒸馏水，搅拌15min，再置于水浴中，加热升温至85℃，调节pH为9，再加入预处理玻璃微珠，保温反应1.2h，过滤，洗涤干燥，得到镀镍玻璃微珠；
S24：将硅橡胶和天然橡胶投入密炼机中，密炼4min，再加入改性碳纳米管、改性石墨烯和镀镍玻璃微珠，继续密炼5min，再加入硅烷偶联剂、三烯丙基异氰脲酸酯、硬脂酸和硫化剂，混炼2h，混炼温度为90℃，得到物料C；
S25：取物料C，置于平板硫化机中进行一次硫化，一次硫化温度为180℃，压力为15MPa，一次硫化时间为25min，再置于干燥箱中进行二次硫化，硫化温度为155℃，硫化时间为4h，得到屏蔽套。
S3步骤中，外护套制备步骤包括：
S31：取碳纤维，剪切至3mm，置于硝酸溶液中，超声分散1.2h，在75℃水浴中，恒温反应8.5h，抽滤，洗涤至中性，90℃烘干，得到物料D；取蒸馏水，水浴加热至95℃，再缓慢加热异丙醇铝，搅拌4h，再加入浓硫酸，陈化保温12h，再加入物料D，搅拌15min，过滤，烘干，再将烘干后的物料置于460℃下，煅烧4.5h，得到改性碳纤维；
S32：取三氧化二铁粉、硅粉、铝粉和无水乙醇，置于球磨机中球磨，转速为450r/min，每球磨60min后间歇停止20min，球磨总时间为22h，得到物料E；
S33：取改性碳纤维、物料E，混合搅拌30min，再置于感应加热炉中，加热升温至1100℃，压力为20MPa，保温40min，冷却，得到添加剂；
S34：取丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、添加剂、硬脂酸、硫化剂、促进剂和防老剂，混合熔炼，挤压成型，得到外护套。
实验1：
①分别取实施例1-3中制备的外护套，检测机械性能，结果如下表所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
②检测后对外护套进行老化，老化温度为135℃，老化时间为240h，再次进行机械性能检测，结果如下表所示：
Figure 502159DEST_PATH_IMAGE002
③取实施例1-3中制备的外护套，进行耐气候老化测试，测试时间为1000h，测试后发现实施例1-3制备的外护套均无龟裂出现。
实验2：
取实施例1-3制备的成品电缆，在下表所示的辐射种类和注量率下可以正常工作：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
结论：本发明工艺设计合理，组分配比适应，制备得到的屏蔽电缆具有优异的电磁屏蔽性能，且在制备过程中各组分分布均匀，避免了团聚现象的产生，该屏蔽电缆的外护套的力学性能优异，使得制备得到的电缆具有优异的力学性能，能够适用于多个领域，具有较高的实用性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (2)

1.一种地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆，其特征在于：所述消磁屏蔽电缆包括电缆芯、绝缘套、屏蔽套和外护套，所述绝缘套包覆在电缆芯外部，所述屏蔽套包覆在绝缘套外部，所述外护套包覆在绝缘套外部；
所述屏蔽套各组分原料包括：以重量计，硅橡胶100-110份、天然橡胶70-80份、硅烷偶联剂3-6份、镀镍玻璃微珠10-15份、三烯丙基异氰脲酸酯13-16份、改性碳纳米管8-12份、改性石墨烯8-10份、硫化剂2-5份、硬脂酸8-15份；
所述外护套各组分原料包括：以重量计，丁苯橡胶90-100份、三元乙丙橡胶30-50份、添加剂1-3份、硬脂酸10-20份、硫化剂2-5份、促进剂1-5份、防老剂2-4份；
所述添加剂各组分原料包括：以重量计，改性碳纤维3-5份、三氧化二铁粉12-15份、硅粉24-26份、铝粉8-10份、无水乙醇20-30份；
所述改性碳纤维由碳纤维、硝酸、异丙醇铝、浓硫酸制备得到；
所述改性石墨烯各组分原料包括：以重量计，石墨烯2-5份、无水乙醇10-15份、乙酸镍20-25份、氨水1-3份、钛酸四丁酯8-12份；
所述地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆的制备方法，包括以下步骤：
1)制备电缆芯；
2)制备绝缘套，将绝缘套包覆在电缆芯外部；
3)制备屏蔽套，将屏蔽套包覆在绝缘套外部；
4)制备外护套，将外护套包覆在屏蔽套外部；
5)质检，包装入库，结束操作；
屏蔽套制备步骤包括：
1)改性碳纳米管的制备：
a)取预处理液，置于带有蒸汽筛板的容器中，将碳纳米管置于蒸汽筛板上，再将容器封装在反应釜中，升温至180-190℃，恒温反应6-7h，冷却至室温，取料洗涤，过滤，60℃烘干，得到预处理碳纳米管；
b)取碳纤维，丙酮溶解，超声分散30-35min，再升温至60-65℃，回流反应4-4.5h，抽滤，洗涤至中性，烘干，得到物料A；取物料A，置于硝酸溶液中，超声分散1-1.2h，在70-75℃水浴中，恒温反应8-8.5h，抽滤，洗涤至中性，90℃烘干，得到预处理碳纤维；
c)取预处理碳纳米管，置于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，超声分散1-1.5h，再加入预处理碳纤维，继续超声分散1-1.2h，在70-75℃水浴中反应8-10h，抽滤，洗涤至中性，90-100℃下烘干，得到改性碳纳米管；
2)改性石墨烯的制备：
a)取石墨烯，无水乙醇溶解，超声分散30-40min，再加入乙酸镍，继续超声20-30min，缓慢加入去离子水、氨水，超声2-5min，在80-90℃水浴条件下，搅拌反应10-12h，反应后洗涤，收集沉淀，冷冻干燥，再将干燥后的物料置于氢气、氩气混合气体环境下，加热升温至350-360℃，升温速率为2-3℃/min，保温时间为3-3.5h，冷却，得到物料B；
b)取物料B，无水乙醇、去离子水混合溶解，超声分散5-10min，再加入钛酸四丁酯，室温密封环境下搅拌12-14h，反应后洗涤，抽滤，干燥，得到改性石墨烯；
3)镀镍玻璃微珠的制备：
a)取空心玻璃微珠，置于氢氧化钠、碳酸钠混合溶液中，80-85℃水浴条件下搅拌2-2.5h，洗涤干燥，再置于六氨合钴溶液中，室温下搅拌2-3h，过滤，得到预处理玻璃微珠；
b)取配制好的硫酸镍溶液、柠檬酸钠溶液、次亚磷酸钠溶液、硫酸铵溶液和蒸馏水，搅拌10-15min，再置于水浴中，加热升温至85℃，调节pH为9，再加入预处理玻璃微珠，保温反应1-1.2h，过滤，洗涤干燥，得到镀镍玻璃微珠；
4)将硅橡胶和天然橡胶投入密炼机中，密炼2-4min，再加入改性碳纳米管、改性石墨烯和镀镍玻璃微珠，继续密炼3-5min，再加入硅烷偶联剂、三烯丙基异氰脲酸酯、硬脂酸和硫化剂，混炼1-2h，混炼温度为85-90℃，得到物料C；
5)取物料C，置于平板硫化机中进行一次硫化，一次硫化温度为170-180℃，压力为15MPa，一次硫化时间为15-25min，再置于干燥箱中进行二次硫化，硫化温度为150-155℃，硫化时间为3-4h，得到屏蔽套；
所述预处理液包括硝酸、盐酸和聚四氟乙烯，所述硝酸、盐酸和聚四氟乙烯的体积比为1：1：（8-9）。
2.根据权利要求1所述的一种地铁轨道系统用消磁屏蔽电缆，其特征在于：外护套制备步骤包括：
1)取碳纤维，剪切至2-3mm，置于硝酸溶液中，超声分散1-1.2h，在70-75℃水浴中，恒温反应8-8.5h，抽滤，洗涤至中性，90℃烘干，得到物料D；取蒸馏水，水浴加热至90-95℃，再缓慢加热异丙醇铝，搅拌3-4h，再加入浓硫酸，陈化保温10-12h，再加入物料D，搅拌10-15min，过滤，烘干，再将烘干后的物料置于450-460℃下，煅烧4-4.5h，得到改性碳纤维；
2)取三氧化二铁粉、硅粉、铝粉和无水乙醇，置于球磨机中球磨，转速为400-450r/min，每球磨60min后间歇停止20min，球磨总时间为20-22h，得到物料E；
3)取改性碳纤维、物料E，混合搅拌20-30min，再置于感应加热炉中，加热升温至1050-1100℃，压力为20MPa，保温30-40min，冷却，得到添加剂；
4)取丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、添加剂、硬脂酸、硫化剂、促进剂和防老剂，混合熔炼，挤压成型，得到外护套。
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