CN112366034B - 一种抗电磁干扰柔性抗拉医用电缆 - Google Patents

一种抗电磁干扰柔性抗拉医用电缆 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种抗电磁干扰柔性抗拉医用电缆，自内而外依次包括中心填充凯夫拉纤维加强芯、围绕加强芯的若干绞合的缆芯、磁性屏蔽层、编织层和外护套层；缆芯包括导体和绝缘层。本发明提供的磁性屏蔽层通过将被表面被碎片化的羧基官能化的多壁碳纳米管包裹的磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒与具有高导电微结构的Nb2AlC‑海藻酸钠多层聚合物在PDMS楔形板上通过冷冻干燥法形成具有立体蜂窝状孔隙的磁性屏蔽材料，利用过渡金属碳化物Nb2AlC所带来的高导电微结构对磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒的导电性能上进一步地提升，使本申请提供的医用电缆具有双重屏蔽性能的同时，具有优异的机械性能和柔韧度。

Description

一种抗电磁干扰柔性抗拉医用电缆
技术领域
本发明属于电缆技术领域，具体涉及一种抗电磁干扰柔性抗拉医用电缆。
背景技术
近年来，随着电子、信息技术在医用电气设备中的广泛应用，以及新的通信技术(如个人通讯系统、蜂窝电话等)在社会生活各领域的迅速发展，医用电气设备使用时所处的电磁环境日益复杂。一方面，在其使用过程中可能受到周围电气设备等电磁能发射的干扰，造成对患者的伤害；另一方面如果其电磁兼容性指标达不到要求，因其自身也会发射电磁能，可能会影响无线电通讯业务和周围其他设备的正常运行
监护类医疗器械主要用于临床监护，实时监护患者的心率、血压、血氧、胎心率、呼吸等生理参数指标，可以实时反映患者的生命体征，辅助医护人员观察病患的身体状况，在使用过程中如果发生功能性失效或者故障，将造成监护的失败甚至误导医护人员的诊治。需求逐步向着无线化、网络化、远程监护的方向发展，对其安全性和有效性的要求不断提高。监护类医疗器械一般为小信号传输，在传导抗扰度测试中骚扰信号耦合进设备的电缆或者孔缝等，叠加在传输信号上，两者幅值近似甚至骚扰信号大于传输信号，经放大、处理后骚扰信号会明显地体现在设备上，骚扰设备的正常运行，使设备表现出较差的抗扰性。
目前，在微创手术设备或监护类医疗器械中均需要用到电缆，如中国专利CN201220170790.4提供的一种改进型医用电缆，这些电缆只能一次性使用，用完之后就丢弃，这样造成成本的提高及后期废弃物处理燃烧会造成对环境的破坏。另外，电缆在使用过程中，需要频繁移动，上述专利提供的内屏蔽层和外屏蔽层采用镀锡铜编织网层，其屏蔽信号传输能力有限，且及环保性能太差等缺陷；最终给医护操作人员及患者都带来了很大的不便。
发明内容
本发明针对上述缺陷，提供一种具有双重电磁屏蔽能力的磁性屏蔽层，且内护套层被两种不同编织层夹钳，进而内护套层与外护套层之间具有一层编织层起到机械性能加强作用的抗电磁干扰柔性抗拉医用电缆。
本发明提供如下技术方案：一种抗电磁干扰柔性抗拉医用电缆，自内而外依次包括中心填充凯夫拉纤维加强芯、围绕所述加强芯的若干绞合的缆芯、磁性屏蔽层、编织层和外护套；所述缆芯自内而外依次包括导体和绝缘层，所述绝缘层挤包在所述导体外侧，所述导体为镀银软铜线制成的，所述绝缘层为聚全氟乙丙烯材质制成的；
所述磁性屏蔽层的制备材料，按重量组分计，包括以下成分：
Figure BDA0002760116100000021
进一步地，所述磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒，按重量组分计，包括以下成分：
Figure BDA0002760116100000022
Figure BDA0002760116100000031
进一步地，所述金属氧化物为TiO2、Al2O3、ZrO2、V2O5或HfO2中的一种或几种。
进一步地，所述三价无机铁盐为FeCl3、Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3中的一种。
进一步地，所述磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
1)将所述重量组分的三价铁无机盐溶于乙二醇中，形成0.15M～0.2M浓度的三价铁无机盐乙二醇溶液，然后加入所述重量组分的醋酸钠与所述重量组分的聚乙二醇，以50rpm～100rpm于室温下搅拌30min～40min；
2)将所述步骤1)得到的混合物加入聚四氟乙烯高压釜中，于250℃～300℃下加热10h～12h，然后冷却至室温，对反应产物进行磁分离收集沉淀，将所述沉淀用蒸馏水与乙醇交替清洗3次～5次后，于120℃～150℃下烘干1h～1.5h，形成磁性Fe3O4颗粒；
3)将所述步骤2)得到的磁性Fe3O4颗粒溶于浓度为0.1M的盐酸溶液中，形成的悬浮液采用30Hz～35Hz频率的超声振荡处理10min，然后于100rpm～ 130rpm、0℃～4℃下搅拌45min～60min，外加磁铁使混合溶液倾析，然后加入 10ml乙醇和所述重量组分的聚苯胺，于0℃～4℃、氮气气氛下超声处理30min～ 45min，期间间歇搅拌；
4)向所述步骤3)得到的混合溶液中加入浓度为10M～15M的HCl溶液，于80rpm～100rpm转速下搅拌，搅拌过程中均匀加入所述重量组分的过硫酸铵，继续于氮气气氛下超声处理10min～20min，采用磁分离收集沉淀，将所述沉淀用蒸馏水与乙醇交替清洗3次～5次后，于120℃～150℃下烘干1h～2h，得到磁性Fe3O4/聚苯胺预聚体；
5)将所述步骤4)得到的磁性Fe3O4/聚苯胺预聚体溶于甲醇溶液中，采用 40Hz～50Hz的超声波振荡处理5min～10min后，加入所述重量组分的正硅酸乙酯和所述重量组分的金属氧化物纳米颗粒，继续以相同频率振荡处理3min～ 5min后，加入2ml液氨终止反应，于3000rpm/min～3500rpm/min下离心10min，得到所述磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒。
进一步地，所述磁性屏蔽层的制备材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将所述重量组分的磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒溶于过氧化氢溶液中，于30Hz～50Hz频率下超声振荡1h～1.5h，然后在100℃～110℃下回流20min～30min小时使其羟基化，然后于90℃～100℃下烘干，得到表面羟基化磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒，；
S2：将所述步骤S1得到的表面羟基化磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒浸没于二分之一所述重量组分的二甲基甲酰胺中，于200rpm～400rpm转速下搅拌，搅拌过程中逐滴加入所述重量组分的3-氨丙基三乙氧基硅烷，于35℃～ 40℃下预处理30min～45min，然后在100℃～110℃、氩气气氛中保持回流2h～2.5h，并持续以200rpm～400rpm转速搅拌；
S3：然后将所述S2步骤得到的混合物冷却至室温静置15min，并用去离子水和乙醇交替洗涤得到的沉淀颗粒，于3500rpm/min～4000rpm/min下离心5min，将收集的沉淀颗粒在100℃下干燥过夜，得到表面氨基化磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒；
S4：将所述重量组分的多壁碳纳米管浸没于体积比为9:1的硝酸与水混合溶液中，于30Hz～50Hz频率下超声振荡45min，然后将得到的混合物于80℃～90℃下回流30min～45min，所述回流期间持续以200rpm～400rpm转速搅拌；
S5：将所述S4步骤得到的预处理后的多壁碳纳米管冷却至室温，并采用蒸馏水清洗直至pH达到5.5～6，采用5μm～15μm滤膜过滤后于80℃～90℃下烘干，得到带有羧基官能团的多壁碳纳米管；
S6：将所述S5步骤得到的羧基官能团的多壁碳纳米管浸没于剩余的二分之一所述重量组分的二甲基甲酰胺的三分之一所述重量组分中，采用超声探头振荡，得到碎片化的带有羧基官能团的多壁碳纳米管；
S7：将所述S3步骤得到的表面氨基化磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒与所述S6步骤得到的碎片化的带有羧基官能团的多壁碳纳米管浸没于剩余的二分之一所述重量组分的二甲基甲酰胺的三分之二所述重量组分中，于30Hz～ 50Hz频率下超声振荡20min～30min后，加入所述重量组分的N,N-二环己基碳二亚胺和所述重量组分的4-二甲基氨基吡啶，继续以相同的频率超声10min～ 15min，得到碎片化多壁碳纳米管附着的磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒；
S8：将所述重量组分的氟化锂溶于9M浓度的HCl溶液中，搅拌2min后加入所述重量组分的二维过渡金属碳化物Nb2AlC，于40℃～45℃、200rpm～250rpm 转速搅拌下反应30min后，采用蒸馏水清洗沉淀颗粒3次，于3000rpm～3500rpm 转速下离心2min，得到的沉淀颗粒与所述重量组分的海藻酸钠混合，于1000rpm 转速下搅拌，得到Nb2AlC-海藻酸钠多层聚合物；
S9：将所述S7步骤得到的碎片化多壁碳纳米管附着的磁性Fe3O4/聚苯胺/ 金属氧化物纳米颗粒与所述S8步骤得到的Nb2AlC-海藻酸钠多层聚合物采用 Thinky混合脱泡机混合均匀，形成胶体悬浮液，倒入置于铜板上的聚二甲基硅氧烷楔块上，所述聚二甲基硅氧烷楔块与铜板组装在蜂窝状的聚四氟乙烯模具中，在-40℃～-30℃、0.15Pa～0.2Pa的压力下在冷冻干燥器中冷冻干燥45min～ 1h，形成最终的1000目/cm2～2000目/cm2孔密度、50μm～100μm外径的立体蜂窝状孔隙磁性屏蔽层的制备材料。
进一步地，所述S1步骤中使用的过氧化氢溶液质量分数为50％～65％。
进一步地，所述S4步骤使用的硝酸的质量分数为68％。
进一步地，所述编织层包括两层，由内之外第一层为铜丝编织层，第二层为芳纶丝编织层。
进一步地，所述铜丝编织层和芳纶丝编织层之间还设置有内护套层。
进一步地，制备所述导体的所述镀银软铜线采用导体直径0.08mm的单丝绞合而成。
进一步地，所述绝缘层的厚度为0.1mm～0.15mm。
进一步地，所述磁性屏蔽层与所述缆芯节距比不大于14，所述磁性屏蔽层绕包于所述缆芯外侧的绕包重叠率不低于25％。
进一步地，所述铜丝编织层的编织密度不低于80％，所述芳纶丝编织层的编织密度不低于80％。
进一步地，所述内护套层与所述外护套层均为铂金硅橡胶制备而成。
本发明的有益效果为：
1、通过自制备磁性Fe3O4纳米颗粒并制备形成具有导电聚合物聚苯胺和金属纳米颗粒的双壳层磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒，然后再通过使多壁碳纳米管表面羧基官能化后，与氨基化表面的磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒通过正负电荷静电吸引而结合，磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒表面被碎片化的羧基官能化的多壁碳纳米管包裹。
2、海藻酸钠是一种从海藻中提取的线性多糖共聚物。其是一种天然生物材料，含量丰富，不会对环境造成危害，并且具有机械稳定性。海藻酸钠具有的含氧官能团(–OH、–COO和＝O)使其更加容易与二维过渡金属碳化物Nb2AlC的端接基团-OH和＝O形成氢键，进而形成二维过渡金属碳化物Nb2AlC层之间排列掺杂有海藻酸钠层的三明治结构的Nb2AlC-海藻酸钠多层聚合物，并且二维过渡金属碳化物Nb2AlC为海藻酸钠提供了低的电子电阻，为离子传输创建了具有更加方便的定向通道的高导电微结构。
3、通过将被表面被碎片化的羧基官能化的多壁碳纳米管包裹的磁性Fe3O4/ 聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒与具有高导电微结构的Nb2AlC-海藻酸钠多层聚合物进一步在PDMS楔形板上通过冷冻干燥法形成具有1000目/cm2～2000目/cm2孔密度、50μm～100μm外径的立体蜂窝状孔隙的磁性屏蔽材料，能够利用过渡金属碳化物Nb2AlC所带来的高导电微结构对磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒的导电性能上进一步地提升，使本申请提供的医用电缆具有双重屏蔽性能的同时，具有优异的机械性能和柔韧度。
4、采用双向冷冻干燥方法制备轻质机械柔性二维过渡金属碳化物Nb2AlC 气凝胶，双向冷冻过程中，采用冰晶作为模板，在聚二甲基硅氧烷(PDMS)楔体的最低点开始成核，并形成均匀的层状三维多孔过渡金属碳化物Nb2AlC气凝胶结构，进而形成均匀性良好的三维层状多孔结构使磁性屏蔽层具有较高的导电性的同时具有较高的机械强度。将碳纳米管作为增强填料加入二维过渡金属碳化物Nb2AlC中，以改善多孔二维过渡金属碳化物Nb2AlC的气凝胶的力学性能。合成的最终的三维多孔过渡金属碳化物Nb2AlC气凝胶具有重量轻、导电率高、机械稳定性好、电磁干扰屏蔽能力强等特点。
5、本发明提供的的抗干扰柔性抗拉医用电缆采用铂金硅橡胶作为护套，其环保无毒，并且抗撕裂强度高，柔软性好。双层磁性材料屏蔽增强屏蔽效能，增强了抗干扰能力。缆芯中填充凯夫拉纤维加强芯提高缆芯的抗拉能力，具有铜丝编织层和芳纶丝编织层之间还设置有内护套层，护层设置为外护套层与内护套层之间夹有芳纶丝编织层的结构，加强了护套的抗拉和抗扭转能力。
6、内护套层和外护套层采用铂金硅橡胶制成，其材质在硫化过程不产生副产物，对环境无污染，易着色产品柔韧度好，具有良好的的弹性，优异的耐紫外线和耐臭氧性，可以辅助提高机械性能的同时进一步提高其抗拉断裂能力以及柔韧性能。
附图说明
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明提供的抗电磁干扰柔性抗拉医用电缆剖面结构示意图。
具体实施例方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
本发明所采用的原料均为市购。Thinky混合脱泡机型号为ARE-310，购自深圳市星诚达科技有限公司。
实施例1
一种抗电磁干扰柔性抗拉医用电缆，其特征在于，自内而外依次包括中心填充凯夫拉纤维加强芯1-1、围绕加强芯1-1的若干绞合的缆芯1、磁性屏蔽层2、编织层3和外护套4；缆芯1自内而外依次包括导体11和绝缘层12，绝缘层12 挤包在导体11外侧，导体11为镀银软铜线制成的，制备导体的所述镀银软铜线采用导体直径0.08mm的单丝绞合而成；磁性屏蔽层2与所述缆芯1节距比为14，磁性屏蔽层2绕包于所述缆芯1外侧的绕包重叠率为25％；
绝缘层12为聚全氟乙丙烯材质制成的，所述绝缘层12的厚度为0.1mm，编织层3包括两层，由内之外第一层为铜丝编织层31，第二层为芳纶丝编织层32，铜丝编织层31的编织密度不低于80％，芳纶丝编织层32的编织密度不低于80％，铜丝编织层31和芳纶丝编织层32之间还设置有内护套41，内护套层41与外护套层4均为铂金硅橡胶制备而成。
本实施例中的磁性屏蔽层的制备材料，按重量组分计，包括以下成分：
Figure BDA0002760116100000091
磁性Fe3O4/聚苯胺/TiO2纳米颗粒，按重量组分计，包括以下成分：
Figure BDA0002760116100000092
磁性Fe3O4/聚苯胺/TiO2纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
1)将5份的FeCl3溶于乙二醇中，形成0.15M浓度的FeCl3乙二醇溶液，然后加入40份的醋酸钠与0.5份的聚乙二醇，以50rpm于室温下搅拌30min；
2)将步骤1)得到的混合物加入聚四氟乙烯高压釜中，于250℃下加热10h～ 12h，然后冷却至室温，对反应产物进行磁分离收集沉淀，将沉淀用蒸馏水与乙醇交替清洗3次后，于120℃下烘干1h，形成磁性Fe3O4颗粒；
3)将步骤2)得到的磁性Fe3O4颗粒溶于浓度为0.1M的盐酸溶液中，形成的悬浮液采用30Hz频率的超声振荡处理10min，然后于100rpm、0℃下搅拌45mi，外加磁铁使混合溶液倾析，然后加入10ml乙醇和20份的聚苯胺，于0℃、氮气气氛下超声处理30min，期间间歇搅拌；
4)向步骤3)得到的混合溶液中加入浓度为10M的HCl溶液，于80rpm转速下搅拌，搅拌过程中均匀加入5份的过硫酸铵，继续于氮气气氛下超声处理 10min，采用磁分离收集沉淀，将沉淀用蒸馏水与乙醇交替清洗3次后，于120℃烘干1h，得到磁性Fe3O4/聚苯胺预聚体；
5)将步骤4)得到的磁性Fe3O4/聚苯胺预聚体溶于甲醇溶液中，采用40Hz 的超声波振荡处理5min后，加入8份的正硅酸乙酯和10份的TiO2纳米颗粒，继续以相同频率振荡处理3min后，加入2ml液氨终止反应，于3000rpm/min下离心10min，得到磁性Fe3O4/聚苯胺/TiO2纳米颗粒。
本实施例还提供上述磁性屏蔽层的制备材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将重量组分的磁性Fe3O4/聚苯胺/TiO2纳米颗粒溶于质量分数为50％的过氧化氢溶液中，于30Hz频率下超声振荡1h，然后在100℃回流20min小时使其羟基化，然后于90℃下烘干，得到表面羟基化磁性Fe3O4/聚苯胺/TiO2纳米颗粒；
S2：将步骤S1得到的表面羟基化磁性Fe3O4/聚苯胺/TiO2纳米颗粒浸没于 35份的二甲基甲酰胺中，于200rpm转速下搅拌，搅拌过程中逐滴加入25份的3-氨丙基三乙氧基硅烷，于35℃下预处理30min，然后在100℃、氩气气氛中保持回流2h，并持续以200rpm转速搅拌；
S3：然后将S2步骤得到的混合物冷却至室温静置15min，并用去离子水和乙醇交替洗涤得到的沉淀颗粒，于3500rpm/min下离心5min，将收集的沉淀颗粒在100℃下干燥过夜，得到表面氨基化磁性Fe3O4/聚苯胺/TiO2纳米颗粒；
S4：将50份的多壁碳纳米管浸没于体积比为9:1的硝酸与水混合溶液中，所使用的硝酸的质量分数为68％，于30Hz频率下超声振荡45min，然后将得到的混合物于80℃下回流30min，回流期间持续以200rpm转速搅拌；
S5：将S4步骤得到的预处理后的多壁碳纳米管冷却至室温，并采用蒸馏水清洗直至pH达到5.5，采用5μm滤膜过滤后于80℃下烘干，得到带有羧基官能团的多壁碳纳米管；
S6：将S5步骤得到的羧基官能团的多壁碳纳米管浸没于11.67份的二甲基甲酰胺中，采用超声探头振荡，得到碎片化的带有羧基官能团的多壁碳纳米管；
S7：将S3步骤得到的表面氨基化磁性Fe3O4/聚苯胺/TiO2纳米颗粒与S6步骤得到的碎片化的带有羧基官能团的多壁碳纳米管浸没于23.33份的二甲基甲酰胺中，于30Hz频率下超声振荡20min后，加入10份的N,N-二环己基碳二亚胺和20份的4-二甲基氨基吡啶，继续以相同的频率超声10min，得到碎片化多壁碳纳米管附着的磁性Fe3O4/聚苯胺/TiO2纳米颗粒；
S8：将2份的氟化锂溶于9M浓度的HCl溶液中，搅拌2min后加入15份的的二维过渡金属碳化物Nb2AlC，于40℃、200rpm转速搅拌下反应30min后，采用蒸馏水清洗沉淀颗粒3次，于3000rpm转速下离心2min，得到的沉淀颗粒与35份的海藻酸钠混合，于1000rpm转速下搅拌，得到Nb2AlC-海藻酸钠多层聚合物；
S9：将S7步骤得到的碎片化多壁碳纳米管附着的磁性Fe3O4/聚苯胺/TiO2纳米颗粒与S8步骤得到的Nb2AlC-海藻酸钠多层聚合物采用Thinky混合脱泡机混合均匀，形成胶体悬浮液，倒入置于铜板上的聚二甲基硅氧烷楔块上，聚二甲基硅氧烷楔块与铜板组装在蜂窝状的聚四氟乙烯模具中，在-40℃、0.15Pa的压力下在冷冻干燥器中冷冻干燥45min，形成最终的1000目/cm2孔密度、50μm外径的立体蜂窝状孔隙磁性屏蔽层的制备材料。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，绝缘层12的厚度为0.125mm，磁性屏蔽层2与缆芯1节距比为20，磁性屏蔽层2绕包于缆芯1外侧的绕包重叠率为40％，铜丝编织层31的编织密度为85％，芳纶丝编织层32的编织密度为85％。
本实施例提供的磁性屏蔽层的制备材料，按重量组分计，包括以下成分：
Figure BDA0002760116100000121
其中，磁性Fe3O4/聚苯胺/ZrO2物纳米颗粒，按重量组分计，包括以下成分：
Figure BDA0002760116100000122
Figure BDA0002760116100000131
5、根据权利要求2的一种高效抗电磁干扰抗拉医用电缆，其特征在于，磁性Fe3O4/聚苯胺/ZrO2纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
1)将7.5份的Fe(NO3)3溶于乙二醇中，形成0.15M＝浓度的Fe(NO3)3乙二醇溶液，然后加入42.5份的醋酸钠与1份的聚乙二醇，以75rpm于室温下搅拌 35min；
2)将步骤1)得到的混合物加入聚四氟乙烯高压釜中，于275℃下加热11h，然后冷却至室温，对反应产物进行磁分离收集沉淀，将沉淀用蒸馏水与乙醇交替清洗5次后，于135℃下烘干1.25h，形成磁性Fe3O4颗粒；
3)将步骤2)得到的磁性Fe3O4颗粒溶于浓度为0.1M的盐酸溶液中，形成的悬浮液采用32.5Hz频率的超声振荡处理10min，然后于115rpm、2℃下搅拌 55min，外加磁铁使混合溶液倾析，然后加入10ml乙醇和22.5份的聚苯胺，于 2℃、氮气气氛下超声处理40min，期间间歇搅拌；
4)向步骤3)得到的混合溶液中加入浓度为12.5M的HCl溶液，于90rpm 转速下搅拌，搅拌过程中均匀加入6.5份的过硫酸铵，继续于氮气气氛下超声处理15min，采用磁分离收集沉淀，将沉淀用蒸馏水与乙醇交替清洗3次后，于135℃下烘干1.5h，得到磁性Fe3O4/聚苯胺预聚体；
5)将步骤4)得到的磁性Fe3O4/聚苯胺预聚体溶于甲醇溶液中，采用450Hz 的超声波振荡处理8min后，加入10份的正硅酸乙酯和12.5份的ZrO2纳米颗粒，继续以相同频率振荡处理4min后，加入2ml液氨终止反应，于3250rpm/min下离心10min，得到磁性Fe3O4/聚苯胺/ZrO2纳米颗粒。
本实施例提供的磁性屏蔽层的制备材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将27.5份的磁性Fe3O4/聚苯胺/ZrO2纳米颗粒溶于质量分数为60％的过氧化氢溶液中，于40Hz频率下超声振荡1.25h，然后在105℃下回流25min小时使其羟基化，然后于95℃下烘干，得到表面羟基化磁性Fe3O4/聚苯胺/ZrO2纳米颗粒；
S2：将步骤S1得到的表面羟基化磁性Fe3O4/聚苯胺/ZrO2纳米颗粒浸没于 37.5份二甲基甲酰胺中，于300rpm转速下搅拌，搅拌过程中逐滴加入27.5份的 3-氨丙基三乙氧基硅烷，于38℃下预处理42min，然后在105℃、氩气气氛中保持回流2.25h，并持续以300rpm转速搅拌；
S3：然后将S2步骤得到的混合物冷却至室温静置15min，并用去离子水和乙醇交替洗涤得到的沉淀颗粒，于3750rpm/min下离心5min，将收集的沉淀颗粒在100℃下干燥过夜，得到表面氨基化磁性Fe3O4/聚苯胺/ZrO2纳米颗粒；
S4：将55份的多壁碳纳米管浸没于体积比为9:1的硝酸与水混合溶液中，所使用的硝酸的质量分数为68％，于40Hz频率下超声振荡45min，然后将得到的混合物于85℃下回流40min，回流期间持续以300rpm转速搅拌；
S5：将S4步骤得到的预处理后的多壁碳纳米管冷却至室温，并采用蒸馏水清洗直至pH达到5.8，采用10μm滤膜过滤后于85℃下烘干，得到带有羧基官能团的多壁碳纳米管；
S6：将S5步骤得到的羧基官能团的多壁碳纳米管浸没于12.5份的二甲基甲酰胺中，采用超声探头振荡，得到碎片化的带有羧基官能团的多壁碳纳米管；
S7：将S3步骤得到的表面氨基化磁性Fe3O4/聚苯胺/ZrO2纳米颗粒与S6步骤得到的碎片化的带有羧基官能团的多壁碳纳米管浸没于25份的二甲基甲酰胺中，于40Hz频率下超声振荡25min后，加入15份的N,N-二环己基碳二亚胺和 30份的4-二甲基氨基吡啶，继续以相同的频率超声12min，得到碎片化多壁碳纳米管附着的磁性Fe3O4/聚苯胺/ZrO2纳米颗粒；
S8：将3.5份的氟化锂溶于9M浓度的HCl溶液中，搅拌2min后加入17.5 份的二维过渡金属碳化物Nb2AlC，于42℃、225rpm转速搅拌下反应30min后，采用蒸馏水清洗沉淀颗粒3次，于3250rpm转速下离心2min，得到的沉淀颗粒与40份的海藻酸钠混合，于1000rpm转速下搅拌，得到Nb2AlC-海藻酸钠多层聚合物；
S9：将S7步骤得到的碎片化多壁碳纳米管附着的磁性Fe3O4/聚苯胺/ZrO2纳米颗粒与S8步骤得到的Nb2AlC-海藻酸钠多层聚合物采用Thinky混合脱泡机混合均匀，形成胶体悬浮液，倒入置于铜板上的聚二甲基硅氧烷楔块上，聚二甲基硅氧烷楔块与铜板组装在蜂窝状的聚四氟乙烯模具中，在-35℃、0.18Pa的压力下在冷冻干燥器中冷冻干燥50min，形成最终的1500目/cm2孔密度、75μm外径的立体蜂窝状孔隙磁性屏蔽层的制备材料。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，绝缘层12的厚度为0.15mm，磁性屏蔽层 2与所述缆芯1节距比为30，磁性屏蔽层2绕包于所述缆芯1外侧的绕包重叠率为45％，铜丝编织层31的编织密度为90％，芳纶丝编织层32的编织密度为 87.5％。
本实施例提供的磁性屏蔽层的制备材料，按重量组分计，包括以下成分：
Figure BDA0002760116100000151
其中，磁性Fe3O4/聚苯胺/V2O5纳米颗粒，按重量组分计，包括以下成分：
Figure BDA0002760116100000161
磁性Fe3O4/聚苯胺/V2O5纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
1)将10份的Fe2(SO4)3溶于乙二醇中，形成0.2M浓度的Fe2(SO4)3乙二醇溶液，然后加入45份的醋酸钠与1.5份的聚乙二醇，以100rpm于室温下搅拌 40min；
2)将步骤1)得到的混合物加入聚四氟乙烯高压釜中，于300℃下加热12h，然后冷却至室温，对反应产物进行磁分离收集沉淀，将所述沉淀用蒸馏水与乙醇交替清洗5次后，于150℃下烘干1.5h，形成磁性Fe3O4颗粒；
3)将步骤2)得到的磁性Fe3O4颗粒溶于浓度为0.1M的盐酸溶液中，形成的悬浮液采用35Hz频率的超声振荡处理10min，然后于130rpm、4℃下搅拌 60min，外加磁铁使混合溶液倾析，然后加入10ml乙醇和25份的聚苯胺，于4℃、氮气气氛下超声处理45min，期间间歇搅拌；
4)向步骤3)得到的混合溶液中加入浓度为15M的HCl溶液，于100rpm 转速下搅拌，搅拌过程中均匀加入8份的过硫酸铵，继续于氮气气氛下超声处理 20min，采用磁分离收集沉淀，将所述沉淀用蒸馏水与乙醇交替清洗5次后，于 150℃下烘干2h，得到磁性Fe3O4/聚苯胺预聚体；
5)将步骤4)得到的磁性Fe3O4/聚苯胺预聚体溶于甲醇溶液中，采用50Hz 的超声波振荡处理10min后，加入12份的正硅酸乙酯和所述重量组分的V2O5纳米颗粒，继续以相同频率振荡处理5min后，加入2ml液氨终止反应，于3500rpm/min下离心10min，得到所述磁性Fe3O4/聚苯胺/V2O5纳米颗粒。
本实施例提供的磁性屏蔽层的制备材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将30份的磁性Fe3O4/聚苯胺/V2O5纳米颗粒溶于过氧化氢溶液中，于 50Hz频率下超声振荡1.5h，然后在110℃下回流30min小时使其羟基化，然后于 100℃下烘干，得到表面羟基化磁性Fe3O4/聚苯胺/V2O5纳米颗粒；
S2：将步骤S1得到的表面羟基化磁性Fe3O4/聚苯胺/V2O5纳米颗粒浸没于40份的二甲基甲酰胺中，于400rpm转速下搅拌，搅拌过程中逐滴加入30份的 3-氨丙基三乙氧基硅烷，于40℃下预处理45min，然后在110℃、氩气气氛中保持回流2.5h，并持续以400rpm转速搅拌；
S3：然后将S2步骤得到的混合物冷却至室温静置15min，并用去离子水和乙醇交替洗涤得到的沉淀颗粒，于4000rpm/min下离心5min，将收集的沉淀颗粒在100℃下干燥过夜，得到表面氨基化磁性Fe3O4/聚苯胺/V2O5纳米颗粒；
S4：将60份的多壁碳纳米管浸没于体积比为9:1的硝酸与水混合溶液中，所使用的硝酸的浓度为68％，于50Hz频率下超声振荡45min，然后将得到的混合物于90℃下回流45min，所述回流期间持续以400rpm转速搅拌；
S5：将S4步骤得到的预处理后的多壁碳纳米管冷却至室温，并采用蒸馏水清洗直至pH达到6，采用15μm滤膜过滤后于90℃下烘干，得到带有羧基官能团的多壁碳纳米管；
S6：将S5步骤得到的羧基官能团的多壁碳纳米管浸没于13.33份的二甲基甲酰胺中，采用超声探头振荡，得到碎片化的带有羧基官能团的多壁碳纳米管；
S7：将所述S3步骤得到的表面氨基化磁性Fe3O4/聚苯胺/V2O5纳米颗粒与所述S6步骤得到的碎片化的带有羧基官能团的多壁碳纳米管浸没于26.67份的二甲基甲酰胺中，于350Hz频率下超声振荡30min后，加入所述重量组分的N,N- 二环己基碳二亚胺和所述重量组分的4-二甲基氨基吡啶，继续以相同的频率超声 15min，得到碎片化多壁碳纳米管附着的磁性Fe3O4/聚苯胺V2O5纳米颗粒；
S8：将5份的氟化锂溶于9M浓度的HCl溶液中，搅拌2min后加入20份的二维过渡金属碳化物Nb2AlC，于45℃、250rpm转速搅拌下反应30min后，采用蒸馏水清洗沉淀颗粒3次，于3500rpm转速下离心2min，得到的沉淀颗粒与 45份的海藻酸钠混合，于1000rpm转速下搅拌，得到Nb2AlC-海藻酸钠多层聚合物；
S9：将所述S7步骤得到的碎片化多壁碳纳米管附着的磁性Fe3O4/聚苯胺/ V2O5纳米颗粒与所述S8步骤得到的Nb2AlC-海藻酸钠多层聚合物采用Thinky 混合脱泡机混合均匀，形成胶体悬浮液，倒入置于铜板上的聚二甲基硅氧烷楔块上，所述聚二甲基硅氧烷楔块与铜板组装在蜂窝状的聚四氟乙烯模具中，在 -30℃、0.2Pa的压力下在冷冻干燥器中冷冻干燥1h，形成最终的2000目/cm2孔密度、100μm外径的立体蜂窝状孔隙磁性屏蔽层的制备材料。
对比实施例1
采用GB/T 2951-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第11部分厚度和外形尺寸测量机械性能试验》检测本实施例1-3以及中国专利 CN201220170790.4具体实施方式提供的电缆的机械性能，结果见表1。
表1
测量指标 实施例1 实施例2 实施例3 对比实施例1
抗张强度 9.03MPa 10.31MPa 11.54MPa 5.25MPa
断裂伸长率 402％ 487％ 550％ 302％
硬度 32邵氏A 29邵氏A 26邵氏A 53邵氏A
对比实施例2
测试实施例1-3以及中国专利CN201220170790.4具体实施方式提供的电缆分别作为本对比实施例的样品，采用阻抗/相位分乙烯在0.1-40Hz范围内测试其电导率，并去频率为0.1Hz时的结果为直流电导率，采用矢量网络分析仪在 8Hz-12.5Hz频率范围内进行电磁屏蔽效能(EMISETotal)的测试，结果见表2。
表2
Figure BDA0002760116100000191
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种抗电磁干扰柔性抗拉医用电缆，其特征在于，自内而外依次包括中心填充凯夫拉纤维加强芯(1-1)、围绕所述加强芯(1-1)的若干绞合的缆芯(1)、磁性屏蔽层(2)、编织层(3)和外护套层(4)；所述缆芯(1)自内而外依次包括导体(11)和绝缘层(12)，所述绝缘层(12)挤包在所述导体(11)外侧，所述导体(11)为镀银软铜线制成的，所述绝缘层(12)为聚全氟乙丙烯材质制成的；
所述磁性屏蔽层的制备材料，按重量组分计，包括以下成分：
Figure FDA0003511837520000011
所述磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒，按重量组分计，包括以下成分：
Figure FDA0003511837520000012
Figure FDA0003511837520000021
2.根据权利要求1所述的一种抗电磁干扰柔性抗拉医用电缆，其特征在于，所述金属氧化物为TiO2、Al2O3、ZrO2、V2O5或HfO2中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种抗电磁干扰柔性抗拉医用电缆，其特征在于，所述三价无机铁盐为FeCl3、Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种抗电磁干扰柔性抗拉医用电缆，其特征在于，所述磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
1)将所述重量组分的三价铁无机盐溶于乙二醇中，形成0.15M～0.2M浓度的三价铁无机盐乙二醇溶液，然后加入所述重量组分的醋酸钠与所述重量组分的聚乙二醇，以50rpm～100rpm于室温下搅拌30min～40min；
2)将所述步骤1)得到的混合物加入聚四氟乙烯高压釜中，于250℃～300℃下加热10h～12h，然后冷却至室温，对反应产物进行磁分离收集沉淀，将所述沉淀用蒸馏水与乙醇交替清洗3次～5次后，于120℃～150℃下烘干1h～1.5h，形成磁性Fe3O4颗粒；
3)将所述步骤2)得到的磁性Fe3O4颗粒溶于浓度为0.1M的盐酸溶液中，形成的悬浮液采用30Hz～35Hz频率的超声振荡处理10min，然后于100rpm～130rpm、0℃～4℃下搅拌45min～60min，外加磁铁使混合溶液倾析，然后加入10ml乙醇和所述重量组分的聚苯胺，于0℃～4℃、氮气气氛下超声处理30min～45min，期间间歇搅拌；
4)向所述步骤3)得到的混合溶液中加入浓度为10M～15M的HCl溶液，于80rpm～100rpm转速下搅拌，搅拌过程中均匀加入所述重量组分的过硫酸铵，继续于氮气气氛下超声处理10min～20min，采用磁分离收集沉淀，将所述沉淀用蒸馏水与乙醇交替清洗3次～5次后，于120℃～150℃下烘干1h～2h，得到磁性Fe3O4/聚苯胺预聚体；
5)将所述步骤4)得到的磁性Fe3O4/聚苯胺预聚体溶于甲醇溶液中，采用40Hz～50Hz的超声波振荡处理5min～10min后，加入所述重量组分的正硅酸乙酯和所述重量组分的金属氧化物纳米颗粒，继续以相同频率振荡处理3min～5min后，加入2ml液氨终止反应，于3000rpm/min～3500rpm/min下离心10min，得到所述磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种抗电磁干扰柔性抗拉医用电缆，其特征在于，所述磁性屏蔽层的制备材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将所述重量组分的磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒溶于过氧化氢溶液中，于30Hz～50Hz频率下超声振荡1h～1.5h，然后在100℃～110℃下回流20min～30min小时使其羟基化，然后于90℃～100℃下烘干，得到表面羟基化磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒；
S2：将所述步骤S1得到的表面羟基化磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒浸没于二分之一所述重量组分的二甲基甲酰胺中，于200rpm～400rpm转速下搅拌，搅拌过程中逐滴加入所述重量组分的3-氨丙基三乙氧基硅烷，于35℃～40℃下预处理30min～45min，然后在100℃～110℃、氩气气氛中保持回流2h～2.5h，并持续以200rpm～400rpm转速搅拌；
S3：然后将所述S2步骤得到的混合物冷却至室温静置15min，并用去离子水和乙醇交替洗涤得到的沉淀颗粒，于3500rpm/min～4000rpm/min下离心5min，将收集的沉淀颗粒在100℃下干燥过夜，得到表面氨基化磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒；
S4：将所述重量组分的多壁碳纳米管浸没于体积比为9:1的硝酸与水混合溶液中，于30Hz～50Hz频率下超声振荡45min，然后将得到的混合物于80℃～90℃下回流30min～45min，所述回流期间持续以200rpm～400rpm转速搅拌；
S5：将所述S4步骤得到的预处理后的多壁碳纳米管冷却至室温，并采用蒸馏水清洗直至pH达到5.5～6，采用5μm～15μm滤膜过滤后于80℃～90℃下烘干，得到带有羧基官能团的多壁碳纳米管；
S6：将所述S5步骤得到的羧基官能团的多壁碳纳米管浸没于剩余的二分之一所述重量组分的二甲基甲酰胺的三分之一所述重量组分中，采用超声探头振荡，得到碎片化的带有羧基官能团的多壁碳纳米管；
S7：将所述S3步骤得到的表面氨基化磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒与所述S6步骤得到的碎片化的带有羧基官能团的多壁碳纳米管浸没于剩余的二分之一所述重量组分的二甲基甲酰胺的三分之二所述重量组分中，于30Hz～50Hz频率下超声振荡20min～30min后，加入所述重量组分的N,N-二环己基碳二亚胺和所述重量组分的4-二甲基氨基吡啶，继续以相同的频率超声10min～15min，得到碎片化多壁碳纳米管附着的磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒；
S8：将所述重量组分的氟化锂溶于9M浓度的HCl溶液中，搅拌2min后加入所述重量组分的二维过渡金属碳化物Nb2AlC，于40℃～45℃、200rpm～250rpm转速搅拌下反应30min后，采用蒸馏水清洗沉淀颗粒3次，于3000rpm～3500rpm转速下离心2min，得到的沉淀颗粒与所述重量组分的海藻酸钠混合，于1000rpm转速下搅拌，得到Nb2AlC-海藻酸钠多层聚合物；
S9：将所述S7步骤得到的碎片化多壁碳纳米管附着的磁性Fe3O4/聚苯胺/金属氧化物纳米颗粒与所述S8步骤得到的Nb2AlC-海藻酸钠多层聚合物采用Thinky混合脱泡机混合均匀，形成胶体悬浮液，倒入置于铜板上的聚二甲基硅氧烷楔块上，所述聚二甲基硅氧烷楔块与铜板组装在蜂窝状的聚四氟乙烯模具中，在-40℃～-30℃、0.15Pa～0.2Pa的压力下在冷冻干燥器中冷冻干燥45min～1h，形成最终的1000目/cm2～2000目/cm2孔密度、50μm～100μm外径的立体蜂窝状孔隙磁性屏蔽层的制备材料。
6.根据权利要求5所述的一种抗电磁干扰柔性抗拉医用电缆，其特征在于，所述S1步骤中使用的过氧化氢溶液质量分数为50％～65％。
7.根据权利要求5所述的一种抗电磁干扰柔性抗拉医用电缆，其特征在于，所述S4步骤使用的硝酸的质量分数为68％。
8.根据权利要求1所述的一种抗电磁干扰柔性抗拉医用电缆，其特征在于，所述编织层(3)包括两层，由内之外第一层为铜丝编织层(31)，第二层为芳纶丝编织层(32)。
9.根据权利要求8所述的一种 抗电磁 干扰柔性抗拉医用电缆，其特征在于，所述铜丝编织层(31)和芳纶丝编织层(32)之间还设置有内护套层(41)。
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