CN111696711B - 一种耐弯曲的抗干扰电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐弯曲的抗干扰电缆，包括电源线、内被层、中被层和外被层，内被层包覆于电源线外，内被层内嵌设有铜网，内被层的外周壁上涂覆有钛酸钡屏蔽层；中被层包覆于钛酸钡屏蔽层外，中被层的外周壁涂覆有炭屏蔽层；外被层包覆于炭屏蔽层外。本发明的PLA微球作为骨料，增强了钛酸钡屏蔽层的结构强度，钛酸钡屏蔽层内形成致密的屏蔽网，具有很好的形变能力，在电缆被弯曲时屏蔽网能够发生形变而不被损坏，钛酸钡屏蔽层和炭屏蔽层均具有剪切强度高，热膨胀系数小等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电缆领域，特别是涉及一种耐弯曲的抗干扰电缆。
背景技术
在航空等高端装备上，由于使用环境比较特殊，对电缆的电气性能和机械性能均有很高的要求，主要表现在良好的抗干扰能力和耐弯曲性能上，但现有电缆往往不能满足需要。
发明内容
基于上述现有技术的上述不足，有必要提供一种耐弯曲的抗干扰电缆，满足一些特殊环境的电缆需求。
一种耐弯曲的抗干扰电缆，包括：
电源线；
内被层，所述内被层包覆于所述电源线外，所述内被层内嵌设有铜网，所述内被层的外周壁上涂覆有钛酸钡屏蔽层；
中被层，所述中被层包覆于所述钛酸钡屏蔽层外，所述中被层的外周壁涂覆有炭屏蔽层；和
外被层，所述外被层包覆于所述炭屏蔽层外。
在其中一个实施例中，所述外被层的内周壁横截面为锯齿形。
在其中一个实施例中，所述外被层的内周壁上贴附有纤维网。
在其中一个实施例中，所述纤维网的材质为尼龙。
在其中一个实施例中，所述外被层与所述炭屏蔽层之间填充有玻璃纤维棉。
在其中一个实施例中，所述炭屏蔽层包括下述重量份数的组分：石墨纤维4-6份，炭粉1-2份，环氧树脂2-3份，二甲基硅油0.2-0.34份，聚苯硫醚0.1-0.2份，增韧剂0.06-0.09份，对二甲苯0.05-0.08份。
在其中一个实施例中，所述钛酸钡屏蔽层包括下述重量份数的组分：PLA多孔微球4-6份，钛酸钡粉末5-7份，环氧树脂2-4份，二甲基硅油0.2-0.34份，聚苯硫醚0.1-0.2份，增韧剂0.06-0.09份，对二甲苯0.05-0.08份。
在其中一个实施例中，所述增韧剂为酚醛树脂。
在其中一个实施例中，所述钛酸钡屏蔽层的原料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将PLA与二氯甲烷按重量比1:10混合，在35摄氏度下搅拌，直至PLA完全溶解，获得溶液A；
S2：将明胶按重量比1:10加入1.2％PA水溶液中，在40摄氏度下搅拌至完全溶解，获得溶液B；
S3：将溶液A与溶液B按体积比5:3混合，然后超声乳化制得乳液；
S4：将步骤S3中制得的乳液导入微流控装置，将乳液剪切为直径500-800微米的液滴；
S5：收集步骤S4中制得的液滴，投入5摄氏度的去离子水中持续搅拌4小时；
S6：收集步骤S5中搅拌后获得的液滴，然后投入45摄氏度的去离子水中洗涤，捞出并在25摄氏度的环境温度下晾干，制得PLA多孔微球；
S7：将PLA多孔微球与钛酸钡粉末按重量比2:1混合，机械搅拌10分钟，然后超声搅拌5分钟，使PLA多孔微球负载上钛酸钡粉末；
S8：收集步骤S7中制得的负载有钛酸钡粉末的PLA多孔微球，将负载有钛酸钡粉末的PLA多孔微球与钛酸钡粉末，环氧树脂，二甲基硅油，聚苯硫醚，增韧剂，对二甲苯按重量比6:3：3:0.3:0.1:0.7:0.6混合，充分搅拌后制得钛酸钡屏蔽层的原料。
在其中一个实施例中，步骤S4中微流控装置剪切乳液时，温流控装置内体系温度为45摄氏度。
现有的抗干扰电缆大多采用镀炭和缠绕钛酸钡薄膜的方式实现电磁屏蔽，镀炭层和钛酸钡薄膜受到较大外力的挤压或者电缆被大幅度弯曲时容易撕裂、破碎而失去屏蔽效果，应用场景及其有限；此外，这种结构的电缆对生产设备和生产工艺的要求也比较高，生产加工过程中需要小心地避免电缆受到较大的径向作用力而损坏屏蔽层，良品率低，生产成本高。通过采用上述方案，对于钛酸钡屏蔽层，PLA微球作为骨料，增强了钛酸钡屏蔽层的结构强度，能够承受较大外力冲击和挤压；微球内具有较大的空洞，微球内填充钛酸钡粉末，微球外的钛酸钡粉末连接起不同的PLA微球，在钛酸钡屏蔽层内形成致密的屏蔽网，这样不会因为微球的存在而削弱屏蔽效果，由于是网状结构，具有很好的形变能力，在电缆被弯曲时屏蔽网能够发生形变而不被损坏，剪切强度高，热膨胀系数也比较小。
对于炭屏蔽层，炭粉填充在石墨纤维之间，石墨纤维之间充分连接起来形成碳屏蔽网，炭屏蔽层同样具有屏蔽效果好、耐冲击、剪切强度高等优点。
附图说明
图1为一实施方式耐弯曲的抗干扰电缆的结构示意图；
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“竖直”、“水平”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1：
参见图1，一实施方式的耐弯曲的抗干扰电缆，具有很好的电气性能和机械性能，可用于航空领域等一些特殊的场合，能够避免电缆在受到较大外力的挤压或者电缆被大幅度弯曲时撕裂，还具有较好的电磁信号屏蔽效果。
如图1所示，耐弯曲的抗干扰电缆包括电源线100、内被层200、中被层300和外被层400，内被层200包覆于电源线100外，内被层200内嵌设有铜网210，内被层200的外周壁上涂覆有钛酸钡屏蔽层220。中被层300包覆于钛酸钡屏蔽层220外，中被层300的外周壁涂覆有炭屏蔽层310，外被层400包覆于炭屏蔽层310外。
在本实施例中，外被层400的内周壁横截面为锯齿形，这样外被层400弯曲性能更好，外被层400的内周壁上贴附有尼龙材质的纤维网，这样可以增加外被层400的结构强度，避免外被层400的内壁发生破裂。此外，外被层400与炭屏蔽层310之间填充有玻璃纤维棉500，玻璃纤维棉500一方面具有一定的电磁屏蔽效果，同时也能在电缆受到外力挤压时进行缓冲，保护内部的结构。
在一个实施例中，填充在外被层400与炭屏蔽层310之间的玻璃纤维棉500具有编织结构。编织密度大于75％，编织方式可以为斜纹、缎纹、平纹和杂纹等。进行编织时可以通过将玻璃纤维棉500预先处理为0.2cm-1cm的线状物。经过编织后的玻璃纤维棉500具有致密的结构，同时将单个线状物的玻璃纤维棉500之间连接为一个整体的网状结构，提高了玻璃纤维棉500整体的弹性势能。在受到外被层400或者炭屏蔽层310挤压时，可以更高的缓冲压力，保护内部的结构，同时致密的网状结构还能够提高电磁屏蔽效果。
进一步地，还可以在编织后的玻璃纤维棉500的表面绕裹一层铜丝，从而进一步的提高电磁屏蔽效果。铜丝单根的直径为0.2mm至0.4mm。更进一步地，铜丝的材质为镀锡铜，镀锡铜柔性更好，不会在弯曲时形成阻碍，同时信号屏蔽的能力更强。
在一个实施例中，炭屏蔽层310上还涂覆有金属膜层(图未示)。炭材料在高温条件下会发生氧化反应，不仅会造成工作寿命的减少，还会改变其物理属性，对电磁信号屏蔽的稳定性及可靠性造成影响。金属膜层可以提高炭对温度的稳定性，从而提高工作寿命，保证电磁屏蔽的效果。进一步地，金属膜层可以选用镍、铬、钴中的一种。需要说明的是，金属镀膜可以设置在靠近外被层400的一侧，也可以设置在远离外被层400的一侧，还可以设置在靠近外被层400的一侧和远离外被层400的一侧，也即是炭屏蔽层310的两侧均设置。
在一个实施例中，外被层400的一端形成有接地引出部(图未示)，外被层400的一端朝远离炭屏蔽层310的一侧偏离延伸，使得外被层400的端部未紧密包裹炭屏蔽层310。延伸偏离的部分外被层400逐渐延长且汇聚收缩成接地引出部。从俯视的角度观察具有接地引出部的外被层400端部，接地引出部的形状可近似看作为三角形，由俯视角度呈矩形的外被层400逐渐向内收缩汇聚到一点形成或具有一定圆弧状的一端。需要说明的是，接地引出部与炭屏蔽层310设有一定的间距，并延长至与地面接触。接地引出部与炭屏蔽层310之间可以设有玻璃纤维棉500，玻璃纤维棉500包覆在炭屏蔽层310上。在其他实施例中，接地引出部与炭屏蔽层310之间的玻璃纤维棉500也可以省略。
如此设置，外来的干扰电磁信号可随着接地引出部导入到地面，避免干扰信号进入内部的线层中造成干扰，同时可以降低传输信号的损耗。需要说明的是，当存在接地引出部无法接地的情况时，可以将接地引出部与设备的金属外壳接触，将干扰信号导入到金属外壳中，提高电缆的抗干扰能力。
在其他一些实施例中，炭屏蔽层310包括下述重量份数的组分：
石墨纤维4-6份，炭粉1-2份，环氧树脂2-3份，二甲基硅油0.2-0.34份，聚苯硫醚0.1-0.2份，酚醛树脂0.06-0.09份，对二甲苯0.05-0.08份。
为了增强炭屏蔽层310的结构强度，提升其耐冲击性能，还可以在上述组分中加入Fe2O3-HNTs杂化材料1-3份，其制备过程如下：
S1：配制成16-50g/L的FeCl3溶液然后超声搅拌30min，将三氯化铁(FeCl3)同埃络石(HNTs)的质量比为2-3:1的埃洛石纳米管分散于去离子水中，超声搅拌20min，使其充分混合分散均匀；
S2：45℃水浴强烈搅拌下，将埃洛石纳米管悬浮液缓慢滴加到三氯化铁溶液中，搅拌10min后滴加10mL0.5％的聚乙烯醇溶液，强烈搅拌10min后加入5g尿素，继续反应30min后，升温至80度后用10％氨水调节pH至7-9后继续反应4h，将反应产物离心分离，用蒸馏水反复清洗，真空烘干，研磨，在350℃下煅烧3h，得到Fe2O3-HNTs杂化材料；
S3:将Fe2O3-HNTs杂化材料与炭粉按重量比1:1混合，机械搅拌15-20分钟，然后超声搅拌30-40分钟，使炭粉充分填充进入Fe2O3-HNTs杂化材料内的空腔中，使碳粉与Fe2O3-HNTs杂化材料充分连接组合，形成致密填充的整体，提高了整体的结构强度；
S4：将负载有炭粉的Fe2O3-HNTs杂化材料与剩下的其他组分按上述重量比例混合，充分搅拌后制得含Fe2O3-HNTs杂化材料的炭屏蔽层310原料。
将炭屏蔽层310原料涂抹到中被层300的外周壁，烘干即可。由于Fe2O3-HNTs杂化材料内含有大量的空腔，填充炭粉后与石墨纤维充分连接共同构成屏蔽网，即使在高强度、大角度弯曲下仍然具有良好的电磁屏蔽效果。另一方面，Fe2O3-HNTs杂化材料空腔内壁贴附有一层三氧化二铁，Fe2O3-HNTs杂化材料的结构强度高，作为炭屏蔽层310的骨架，其耐磨、耐挤压和耐冲击性能得到极大地增强。
钛酸钡屏蔽层220包括下述重量份数的组分：
PLA多孔微球(聚乳酸微球)4-6份，钛酸钡粉末5-7份，环氧树脂2-4份，二甲基硅油0.2-0.34份，聚苯硫醚0.1-0.2份，酚醛树脂0.06-0.09份，对二甲苯0.05-0.08份。
本实施例还提供了钛酸钡屏蔽层220的原料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将PLA与二氯甲烷按重量比1:10混合，在35摄氏度下搅拌，直至PLA完全溶解，获得溶液A；
S2：将明胶按重量比1:10加入1.2％PA水溶液中，在40摄氏度下搅拌至完全溶解，获得溶液B；
S3：将溶液A与溶液B按体积比5:3混合，然后超声乳化制得乳液；
S4：将步骤S3中制得的乳液导入微流控装置，控制温流控装置内体系温度为45摄氏度，将乳液剪切为直径500-800微米的液滴；
S5：收集步骤S4中制得的液滴，投入5摄氏度的去离子水中持续搅拌4小时；
S6：收集步骤S5中搅拌后获得的液滴，然后投入45摄氏度的去离子水中洗涤，捞出并在25摄氏度的环境温度下晾干，制得PLA多孔微球；
S7：将PLA多孔微球与钛酸钡粉末按重量比2:1混合，机械搅拌10分钟，然后超声搅拌5分钟，使PLA多孔微球负载上钛酸钡粉末；
S8：收集步骤S7中制得的负载有钛酸钡粉末的PLA多孔微球，将负载有钛酸钡粉末的PLA多孔微球与钛酸钡粉末，环氧树脂，二甲基硅油，聚苯硫醚，增韧剂，对二甲苯按重量比6:3：3:0.3:0.1:0.7:0.6混合，充分搅拌后制得钛酸钡屏蔽层220的原料。
钛酸钡屏蔽层220的原料制备好以后，均匀涂抹在内被层200上，烘干即得钛酸钡屏蔽层220，生产工艺简单，良品率更高。将炭屏蔽层310的各个原料成分直接混合均匀，均匀涂抹在中被层300上，烘干即得炭屏蔽层300。
实施例2：
根据上述方法，按以下重量分数的钛酸钡屏蔽层220和炭屏蔽层310制得样品Ⅰ：
炭屏蔽层310的组分：石墨纤维6份，炭粉1份，环氧树脂3份，二甲基硅油0.2份，聚苯硫醚0.15份，酚醛树脂0.07份，对二甲苯0.05份。
钛酸钡屏蔽层220的组分：PLA多孔微球6份，钛酸钡粉末6份，环氧树脂2份，二甲基硅油0.3份，聚苯硫醚0.2份，酚醛树脂0.08份，对二甲苯0.05份。
根据上述方法，按以下重量分数的钛酸钡屏蔽层220和炭屏蔽层310制得样品Ⅱ：
炭屏蔽层310的组分：石墨纤维4份，炭粉2份，环氧树脂2.5份，二甲基硅油0.3份，聚苯硫醚0.2份，酚醛树脂0.09份，对二甲苯0.07份。
钛酸钡屏蔽层220的组分：PLA多孔微球4份，钛酸钡粉末5份，环氧树脂4份，二甲基硅油0.2份，聚苯硫醚0.1份，酚醛树脂0.09份，对二甲苯0.08份。
根据上述方法，按以下重量分数的钛酸钡屏蔽层220和炭屏蔽层310制得样品Ⅲ：
炭屏蔽层310的组分：石墨纤维5份，炭粉1.5份，环氧树脂2份，二甲基硅油0.34份，聚苯硫醚0.1份，酚醛树脂0.06份，对二甲苯0.08份。
钛酸钡屏蔽层220的组分：PLA多孔微球5份，钛酸钡粉末7份，环氧树脂3份，二甲基硅油0.34份，聚苯硫醚0.15份，酚醛树脂0.06份，对二甲苯0.06份。
选购市场上现有的抗干扰电缆(带有铜网、钛酸钡薄膜、镀炭层和玻璃纤维棉)作为对照组，与样品ⅠⅡⅢ一起进行弯曲测试。经过12小时的高强度弯曲后，测量各个样品的电磁屏蔽效果，结果如下：
从上面的测试结果可以看出，经过高强度的弯曲测试以后，按照本发明所生产的电缆的电磁波屏蔽效能几乎没有下降，而采用现有技术的对照组的电磁波屏蔽效能产生的大幅度下降。
通过采用上述方案，对于钛酸钡屏蔽层，PLA微球作为骨料，增强了钛酸钡屏蔽层的结构强度，能够承受较大外力冲击和挤压；微球内具有较大的空洞，微球内填充钛酸钡粉末，微球外的钛酸钡粉末连接起不同的PLA微球，在钛酸钡屏蔽层内形成致密的屏蔽网，这样不会因为微球的存在而削弱屏蔽效果，由于是网状结构，具有很好的形变能力，在电缆被弯曲时屏蔽网能够发生形变而不被损坏，剪切强度高，热膨胀系数也比较小。
对于炭屏蔽层，炭粉填充在石墨纤维之间，石墨纤维之间充分连接起来形成碳屏蔽网，炭屏蔽层同样具有屏蔽效果好、耐冲击、剪切强度高等优点。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种耐弯曲的抗干扰电缆，其特征在于，包括：
电源线；
内被层，所述内被层包覆于所述电源线外，所述内被层内嵌设有铜网，所述内被层的外周壁上涂覆有钛酸钡屏蔽层；所述钛酸钡屏蔽层包括下述重量份数的组分：PLA多孔微球4-6份，钛酸钡粉末5-7份，环氧树脂2-4份，二甲基硅油0.2-0.34份，聚苯硫醚0.1-0.2份，增韧剂0.06-0.09份，对二甲苯0.05-0.08份；
中被层，所述中被层包覆于所述钛酸钡屏蔽层外，所述中被层的外周壁涂覆有炭屏蔽层；和
外被层，所述外被层包覆于所述炭屏蔽层外。
2.根据权利要求1所述的耐弯曲的抗干扰电缆，其特征是：所述外被层的内周壁横截面为锯齿形。
3.根据权利要求2所述的耐弯曲的抗干扰电缆，其特征是：所述外被层的内周壁上贴附有纤维网。
4.根据权利要求3所述的耐弯曲的抗干扰电缆，其特征是：所述纤维网的材质为尼龙。
5.根据权利要求2所述的耐弯曲的抗干扰电缆，其特征是：所述外被层与所述炭屏蔽层之间填充有玻璃纤维棉。
6.根据权利要求1所述的耐弯曲的抗干扰电缆，其特征是：所述炭屏蔽层包括下述重量份数的组分：
石墨纤维4-6份，炭粉1-2份，环氧树脂2-3份，二甲基硅油0.2-0.34份，聚苯硫醚0.1-0.2份，增韧剂0.06-0.09份，对二甲苯0.05-0.08份。
7.根据权利要求1所述的耐弯曲的抗干扰电缆，其特征是：所述增韧剂为酚醛树脂。
8.根据权利要求7所述的耐弯曲的抗干扰电缆，其特征是：所述钛酸钡屏蔽层的原料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将PLA与二氯甲烷按重量比1:10混合，在35摄氏度下搅拌，直至PLA完全溶解，获得溶液A；
S2：将明胶按重量比1:10加入1.2％PA水溶液中，在40摄氏度下搅拌至完全溶解，获得溶液B；
S3：将溶液A与溶液B按体积比5:3混合，然后超声乳化制得乳液；
S4：将步骤S3中制得的乳液导入微流控装置，将乳液剪切为直径500-800微米的液滴；
S5：收集步骤S4中制得的液滴，投入5摄氏度的去离子水中持续搅拌4小时；
S6：收集步骤S5中搅拌后获得的液滴，然后投入45摄氏度的去离子水中洗涤，捞出并在25摄氏度的环境温度下晾干，制得PLA多孔微球；
S7：将PLA多孔微球与钛酸钡粉末按重量比2:1混合，机械搅拌10分钟，然后超声搅拌5分钟，使PLA多孔微球负载上钛酸钡粉末；
S8：收集步骤S7中制得的负载有钛酸钡粉末的PLA多孔微球，将负载有钛酸钡粉末的PLA多孔微球与钛酸钡粉末，环氧树脂，二甲基硅油，聚苯硫醚，增韧剂，对二甲苯按重量比6:3：3:0.3:0.1:0.7:0.6混合，充分搅拌后制得钛酸钡屏蔽层的原料。
9.根据权利要求8所述的耐弯曲的抗干扰电缆，其特征是：步骤S4中微流控装置剪切乳液时，温流控装置内体系温度为45摄氏度。
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