CN111690296A - 一种复合碳材料油墨及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信屏蔽材料领域，具体涉及一种复合碳材料油墨及其制备方法和应用，包括：石墨烯0.1～5份，膨胀石墨0.1～10份，炭黑0.5～3份，碳纳米管0.1～0.3份，助剂0.1～0.5份，分散剂0.5～5份，水90～110份。本发明直接在导电线上涂覆石墨烯导电层，有利于优化工艺，降低成本。本发明中添加的石墨烯为二维片状材料，炭黑为球状碳材料，碳纳米管为一维管状材料。在形成导电网络时，石墨烯为二维材料平铺铺展，部分区域因褶皱，翘曲等因素，可以由炭黑颗粒弥补导电网络的不足，而碳纳米管在线性碳材料中又可以加强导电网络的骨架，更有利于提高同轴电缆的屏蔽效果。该同轴电缆的绝缘性和阻燃性能也得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及通信屏蔽材料领域，具体涉及一种复合碳材料油墨及其制备方法和应用。
技术背景
同轴电缆是一种电线及讯号传输线，一般由四层组成物构成：最里面是一条导电线，线的外面有一层塑料薄膜围拢(作绝缘体，电介质的用途)，绝缘体外面覆盖一层薄网状导电体(一般为铜或合金)，然后导电体外面是最外层的绝缘物质作为外皮。根据尺寸可以将同轴电缆分为不同标准规格，从1/8英寸到9英寸直径不等。同轴电缆应用在无线通信、监控(CCTV)和有线电视(CATV)等通信系统，作为信息和影像传输以及电子产品电源线。包裹着芯线的是绝缘层，把芯线和金属网络分离开来。编织线网可产生接地作用，防止芯线受到电子噪声和串音的干扰。
因为同轴电缆断面为同心圆，它的构造在电磁讯号传输上本身就有屏蔽作用，也不易受外界噪声干扰，但是电磁阻抗会因同轴电缆的介质材料不同而不同，由于随着电缆长度增加，各频段的衰减量也相对变大。现有屏蔽层一般是指某些电缆外层的编织或绞合的金属网。遮蔽层会吸收杂散的电子信号来保护传输的数据。它们不和电缆接触，也不让数据失真。
但是导电线上覆盖一层网状导电体来作为电磁屏蔽层，随着讯号频率越高，产生的衰减越大。信号衰减值过高，会引起数据失真。而且目前的电缆的然效果也有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中通信电缆随着讯号频率增高，产生的衰减也大，数据失真，而且生产成本高、阻燃效果不好等技术问题，提供了一种复合碳材料油墨。
本发明的另一个目的在于，提供上述复合碳材料油墨的制备方法。
本发明的另一个目的在于，提供上述复合碳材料油墨在提高同轴电缆电磁屏蔽效果上的应用。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种复合碳材料油墨，按重量份计，包括：石墨烯0.1～5份，膨胀石墨0.1～10份，炭黑0.5～3份，碳纳米管0.1～0.3份，助剂0.1～0.5份，分散剂0.5～5份，水90～110份。
优选地，所述助剂包括：有机硅类消泡剂或硅烷类偶联剂。
优选地，所述分散剂包括：丙烯酸嵌段物、十二烷基硫酸钠或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。
所述复合碳材料油墨的制备方法，包括以下步骤：
S01.按照比例将分散剂溶于水中，以800～1500r/min的转速搅拌20～40min，获得溶液A；
S02.按照比例将石墨烯、膨胀石墨、炭黑和碳纳米管加入到溶液A中，并以2800～4000r/min的转速搅拌剪切1.5～3h，获得溶液B，搅拌过程中加入助剂；
S03.将溶液B经过均质机均质1～2h，均质压力为800～1200Mpa，然后再以50～100Hz的频率超声0.5～2h，即得。
所述复合碳材料油墨在提高同轴电缆电磁屏蔽效果上的应用，包括以下步骤：
S11.将导电线表面包覆聚乙烯膜；
S12.将经步骤S11处理的导电线浸泡在所述复合碳材料油墨中，在25～35℃温度下浸泡5～60s；
S13.将步骤S13浸泡之后的导电线在110～140℃的温度下烘干10～60s；
S14.在步骤S13处理之后的导电线外层包覆一层保护层。
优选地，所述步骤S12中符合碳材料油墨的浓度为15～35g/L。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明提供的一种复合碳材料油墨，比起现有技术的薄网状导电体，直接在导电线上涂覆石墨烯导电层，有利于优化工艺，降低成本。本发明中添加的石墨烯为二维片状材料，炭黑为球状碳材料，碳纳米管为一维管状材料。在形成导电网络时，石墨烯为二维材料平铺铺展，部分区域因褶皱，翘曲等因素，可以由炭黑颗粒弥补导电网络的不足，而碳纳米管在线性碳材料中又可以加强导电网络的骨架，更有利于提高同轴电缆的屏蔽效果。经过实验，该同轴电缆的绝缘性和阻燃性能也得到提高。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例和对比例将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
除特殊说明，本实施例中所用的设备均为常规实验设备，所用的材料、试剂无特殊说明均为市售得到，无特殊说明的实验方法也为常规实验方法。
实施例1
一种复合碳材料油墨，按重量份计，包括：石墨烯5份，膨胀石墨0.1份，炭黑3份，碳纳米管0.1份，助剂0.5份，分散剂0.5份，水110份。
优选地，所述助剂包括：有机硅类消泡剂或硅烷类偶联剂。
优选地，所述分散剂包括：丙烯酸嵌段物、十二烷基硫酸钠或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。
所述复合碳材料油墨的制备方法，包括以下步骤：
S01.按照比例将分散剂溶于水中，以800r/min的转速搅拌40min，获得溶液A；
S02.按照比例将石墨烯、膨胀石墨、炭黑和碳纳米管加入到溶液A中，并以2800r/min的转速搅拌剪切1.5h，获得溶液B，搅拌过程中加入助剂；
S03.将溶液B经过均质机均质1h，均质压力为800Mpa，然后再以100Hz的频率超声2h，即得。
所述复合碳材料油墨在提高同轴电缆电磁屏蔽效果上的应用，包括以下步骤：
S11.将导电线表面包覆聚乙烯膜；
S12.将经步骤S11处理的导电线浸泡在所述复合碳材料油墨中，在25℃温度下浸泡5s；
S13.将步骤S13浸泡之后的导电线在140℃的温度下烘干10s；
S14.在步骤S13处理之后的导电线外层包覆一层保护层。
优选地，所述步骤S12中符合碳材料油墨的浓度为3Sg/L。
实施例2
一种复合碳材料油墨，按重量份计，包括：石墨烯0.1份，膨胀石墨10份，炭黑0.5份，碳纳米管0.3份，助剂0.1份，分散剂5份，水90份。
优选地，所述助剂包括：有机硅类消泡剂或硅烷类偶联剂。
优选地，所述分散剂包括：丙烯酸嵌段物、十二烷基硫酸钠或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。
所述复合碳材料油墨的制备方法，包括以下步骤：
S01.按照比例将分散剂溶于水中，以1500r/min的转速搅拌20min，获得溶液A；
S02.按照比例将石墨烯、膨胀石墨、炭黑和碳纳米管加入到溶液A中，并以4000r/min的转速搅拌剪切3h，获得溶液B，搅拌过程中加入助剂；
S03.将溶液B经过均质机均质2h，均质压力为1200Mpa，然后再以50Hz的频率超声0.5h，即得。
所述复合碳材料油墨在提高同轴电缆电磁屏蔽效果上的应用，包括以下步骤：
S11.将导电线表面包覆聚乙烯膜；
S12.将经步骤S11处理的导电线浸泡在所述复合碳材料油墨中，在35℃温度下浸泡60s；
S13.将步骤S13浸泡之后的导电线在110℃的温度下烘干60s；
S14.在步骤S13处理之后的导电线外层包覆一层保护层。
优选地，所述步骤S12中符合碳材料油墨的浓度为15g/L。
实验例3
一种复合碳材料油墨，按重量份计，包括：石墨烯3份，膨胀石墨5份，炭黑1份，碳纳米管0.2份，助剂0.3份，分散剂3份，水100份。
优选地，所述助剂包括：有机硅类消泡剂或硅烷类偶联剂。
优选地，所述分散剂包括：丙烯酸嵌段物、十二烷基硫酸钠或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。
所述复合碳材料油墨的制备方法，包括以下步骤：
S01.按照比例将分散剂溶于水中，以1000r/min的转速搅拌30min，获得溶液A；
S02.按照比例将石墨烯、膨胀石墨、炭黑和碳纳米管加入到溶液A中，并以3000r/min的转速搅拌剪切2h，获得溶液B，搅拌过程中加入助剂；
S03.将溶液B经过均质机均质1h，均质压力为900Mpa，然后再以60Hz的频率超声1h，即得。
所述复合碳材料油墨在提高同轴电缆电磁屏蔽效果上的应用，包括以下步骤：
S11.将导电线表面包覆聚乙烯膜；
S12.将经步骤S11处理的导电线浸泡在所述复合碳材料油墨中，在30℃温度下浸泡30s；
S13.将步骤S13浸泡之后的导电线在120℃的温度下烘干30s；
S14.在步骤S13处理之后的导电线外层包覆一层保护层。
优选地，所述步骤S12中符合碳材料油墨的浓度为25g/L。
实验例
将实施例3获得的复合碳材料油墨，按照实施例3的方法涂覆在电缆上，和未涂覆复合碳材料油墨的电缆，比较二者电磁衰减值，衰减改善率达到了72.4％。
依照GB/T 18380.3的实验方法，试样非金属材料体积为3.5L/m，供火时间为40s，定制供火以后，涂覆有复合碳材料的同轴电缆100s后火焰自动熄灭。而普通阻燃线材停止供火后，230s后火焰自动熄灭。
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 (6)
1.一种复合碳材料油墨，其特征在于，按重量份计，包括：石墨烯0.1～5份，膨胀石墨0.1～10份，炭黑0.5～3份，碳纳米管0.1～0.3份，助剂0.1～0.5份，分散剂0.5～5份，水90～110份。
2.根据权利要求1所述复合碳材料油墨，其特征在于，所述助剂包括：有机硅类消泡剂或硅烷类偶联剂。
3.根据权利要求1所述复合碳材料油墨，其特征在于，所述分散剂包括：羧甲基纤维钠、丙烯酸嵌段物、十二烷基硫酸钠或聚乙烯吡咯烷酮等中的一种或多种。
4.权利1至3任一项所述复合碳材料油墨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01.按照比例将分散剂溶于水中，以800～1500r/min的转速搅拌20～40min，获得溶液A；
S02.按照比例将石墨烯、膨胀石墨、炭黑和碳纳米管加入到溶液A中，并以2800～4000r/min的转速搅拌剪切1.5～3h，获得溶液B，搅拌过程中加入助剂；
S03.将溶液B经过均质机均质1～2h，均质压力为800～1200Mpa，然后再以50～100Hz的频率超声0.5～2h，即得。
5.权利要求1至3任一项所述复合碳材料油墨在提高同轴电缆电磁屏蔽效果上的应用，其特征在于，包括以下步骤：
S11.将导电线表面包覆聚乙烯膜；
S12.将经步骤S11处理的导电线浸泡在所述复合碳材料油墨中，在25～35℃温度下浸泡5～60s；
S13.将步骤S13浸泡之后的导电线在110～140℃的温度下烘干10～60s；
S14.在步骤S13处理之后的导电线外层包覆一层保护层。
6.根据权利要求5所述复合碳材料油墨在提供同轴电缆电磁屏蔽效果上的应用，其特征在于，所述步骤S12中符合碳材料油墨的浓度为15～35g/L。
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