CN114334213A - 一种低电感电缆及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低电感电缆及其制造方法，为了适应当前5G网络通信系统所面临的高电压、高传输频率和速率、低电感等要求，本发明通过依次将铜丝进行镀镍、沉积石墨烯膜层、镀锡、束丝绞合、挤出聚酰亚胺绝缘层、挤出聚四氟乙烯绕包内衬层、编织屏蔽层、编织高强度纤维加强层、挤出交联聚烯烃外防护套层等步骤，制备得到低电感电缆。采用本发明方法制备得到的低电感电缆产品能够更好地满足耐高压、低电感、低衰减、髙屏蔽性以及性能稳定等多方面的要求，尤其适用于5G通信基站动力传输，应用市场非常广阔。
Description
技术领域
本发明涉及一种电缆产品及其制造方法技术领域，尤其涉及一种低电感电缆及其制造方法技术领域。
背景技术
电线电缆是输送电能、传送信息和制造各种电机、电器、仪表、汽车、机床等设备所不可缺少的基础器材，是电气化、信息化社会中必要的基础产品。电线电缆已经广泛应用于工业生产、交通运输、军工装备和军事设备、太空、海洋的探测等中。随着通讯技术的发展，无线移动通信向更高频率方向发展，应用频率范围不断扩大，通讯容量更大；向高品质线路方向发展：数字传输，高码速传输；朝人口密度相对集中的市区和限定区域发展：如隧道、半埋高速公路、地下停车场、矿井等。
中国经济的持续增长、工业化不断升级、城镇化建设的进一步加快，推动了中国通信行业的繁荣，尤其是无线通信网络的高速发展，随着工业和信息化部5G牌照正式发放，宣告我国通信行业进入5G通信时代。5G网络扩大了网路覆盖面和传输容量，进一步提高传输频率和速率，但5G无线网络的运行需进一步建立更多基站。因此高传输频率和速率的低电感电缆越来越受到人们的重视，有着广阔的发展前景和空间。
低电感电缆一般在高电压，低电感的场合需要使用。电流流过导线，会在导线的周围产生磁场。当导线电流变化时，这个磁场也会变化，变化的磁场会产生电场，根据楞次定律，这个电场将阻碍电流的变化。而阻碍电流变化的这种能力，就可以理解为电感。在电信号传输和设备的控制等方面应用的电线电缆需要对外界电场、磁场的干扰进行屏蔽，以保证信号传输的实时性和准确性。由于高电压电缆的特殊性，当前许多通信基站对于连接线要求非常严格，必须在保证高传输频率和速率的动力传递有效性的情况下，并且要具有低电感以及良好的自身屏蔽性能，以确保基站设施安全有效运行。现有的电缆一般通常包括导体、绝缘层和包裹屏蔽层，这种结构的电缆在使用过程中其电压、电流传输极其不稳定，对外界电场、磁场的干扰进行屏蔽的效果一般，在设备应用中会产生很大的误差。
因此，针对现有技术中高电压、高传输频率和速率的电缆存在的不足之处，本发明提供一种低电感电缆的制造方法，其能够实现信号、电压及电流传输稳定、屏蔽绝缘效果好、性能稳定等效果，能够更好地满足耐高压、低电感、低衰减和髙屏蔽性等多方面的要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中电缆因材质、结构以及制造工艺等问题并不能满足在5G移动通信等领域对电缆具有的耐高压、低电感、低衰减、髙屏蔽性等高要求的特殊领域的应用需求，传统电缆在这些高电压、高传输频率和速率等特殊要求的领域环境下容易发生损坏，出现高压工作不稳定、信号传输失真、信号传输不畅、信号衰减过快、信号易受干扰等问题，本发明提出了一种低电感通信电缆产品及其制造方法，采用本发明制造方法制备的电缆产品具有耐高压、信号及电压电流传输稳定、屏蔽绝缘效果好、低衰减、低电感以及性能稳定等优点。
为实现上述目标，本发明采用的技术方案如下：
一种低电感电缆的制造方法，该方法包括如下步骤：
(1)将电解铜杆拉丝后进行退火，然后镀镍，成为镀镍铜丝；
(2)在镀镍铜丝表面通过化学气相沉积法沉积石墨烯膜层，得到沉积石墨烯膜层的镀镍铜丝；
(3)将沉积石墨烯膜层的镀镍铜丝进行镀锡，成为镀锡铜丝；
(4)将上述镀锡铜丝进行束丝绞合得到芯线簇；
(5)在所述芯线簇表面用挤出设备挤出一层聚酰亚胺作为绝缘层；
(6)在所述绝缘层外挤出一层聚四氟乙烯作为绕包内衬层；
(7)在内衬层外通过编织机编织屏蔽层；
(8)在屏蔽层外通过编织机编织高强度纤维加强层；
(9)在所述纤维加强层外挤出一层交联聚烯烃作为外防护套层，得到低电感电缆。
本发明通过在电解铜杆拉丝后进行退火，然后先进行镀镍操作，铜丝镀镍工艺指的是在铜丝表面上镀上一层薄薄的金属镍层，铜线镀镍后可以有效防止铜线的氧化，防止铜绿的出现，耐腐蚀性也更强，而且还能增加散热，改善导电能力，有利于提高电缆使用寿命。同时镍镀层可减少高频应用中的高频损耗。此外，先进行镀镍操作，由于镀镍层本身具有一定的多孔性，有比较强的附着性，从而能够更有利于后续石墨烯膜层的附着，使得石墨烯膜层能够更加稳定的附着在镀镍铜丝表面。
进一步，步骤(1)中镀镍原料选择为硫酸镍、氯化镍或者氨基磺酸镍。其中，氨基磺酸镍是一种优良的电镀主盐，其电镀速度快，溶解度大，成为近年国际上发展较快的一种电镀主盐。采用氨基磺酸镍为原料，电镀得到的镀镍层具有更加均匀的多孔性，而且镀镍层的附着能力更强，采用氨基磺酸镍为原料制备得到的镀镍层，一方面，镀镍层自身能够更好的附着在铜丝表面；另一方面，更加均匀的多孔结构能够使得后续石墨烯膜层在镀镍层表面的附着强度更高。
进一步的，本申请接着在镀镍铜丝的表面沉积石墨烯膜层，由于石墨烯是一种碳六元环组成的蜂窝状二维纳米材料，石墨烯是由碳原子SP2杂化轨道通过共价键连接而形成的原子层厚晶体，sp2杂化碳原子贡献的可自由移动的电子赋予了石墨烯优异的导电性、导热性和电磁屏蔽性能。石墨烯作为一种新型碳材料，具有独特的二维结构以及优异的物理化学性能，使得石墨烯膜层材料具有柔性好、质量轻、比表面积高、导热性能好、化学稳定性高以及电磁屏蔽效果好等诸多优势。石墨烯膜材料特殊的二维纳米结构有利于电磁波的多重内反射和散射，从而将电缆中产生的电磁波进行屏蔽，减少电缆中电感的产生。此外，石墨烯膜层本身的缺陷也会导致其中的电荷产生不对称分布从而形成偶极子，这些偶极子将向电磁场方向旋转，由于导电网络中的电子不断的进行迁移和跳跃，电子可以吸收电磁波同时在石墨烯膜表面和层间通道中进行迁移或跃迁，然后通过与晶格的碰撞转化能量将电磁能转化为热能，从而减少电缆中电感的产生。本发明在镀镍铜丝的表面沉积石墨烯膜层，利用其良好的电磁屏蔽性能，能够进一步提高电缆的电磁屏蔽效果，从而制备得到低电感电缆。此外，由于石墨烯膜层质量轻、比表面积高、导热性能好、化学稳定性高，还能够保证制备得到的低电感电缆具有的耐高压、低衰减、信号传输稳定不易受干扰等优势，而且延长了电缆的使用寿命。而且石墨烯膜层具有的柔性好、质量轻等优势，进一步减轻了电缆的重量，增加了低电感电缆的应用范围，使其能够广泛应用于更多复杂苛刻环境下。
进一步的，本发明采用的化学气相沉积法是使用含碳有机气体为原料进行气相沉积制得石墨烯薄膜的方法。这是生产石墨烯薄膜最有效的方法。这种方法制备的石墨烯具有相对更大的比面积和更高的质量，从而具有更好地电磁屏蔽效果。
进一步，步骤(2)中所述化学气相沉积法如下：将镀镍铜丝放置于化学沉积系统真空腔体中，通入氩气、氢气与甲烷的混合气体，并调节温度、压力和沉积时间，完成镀镍铜丝表面沉积石墨烯。
进一步，所述化学气相沉积法中温度为800～1200℃，优选为900～1100℃；压力为20～120Pa，优选为30～100Pa；沉积时间为5-30min，优选为10-20min。
通过调节化学气相沉积法具体的制备工艺，能够使得石墨烯膜层沉积更加均匀，而且能提高石墨烯与基体结合力，使其与镀镍铜丝的接触更加紧密，同时更加均匀的沉积石墨烯膜层有利于后续的镀锡层的形成以及镀锡效果。
进一步的，本发明将沉积石墨烯膜层的镀镍铜丝进行镀锡，成为镀锡铜丝。镀锡的铜线除了可以防止铜线发生氧化还原反应，提高其化学稳定性之外，镀锡层还能够在一定程度上增加散热效果，使得石墨烯膜层中产生热能及时有效散除，保证石墨烯层具有优异的电磁屏蔽效果。此外，镀锡层本身也具有良好的防电磁干扰能力，因此设置镀锡层可以进一步提高电缆的抗电磁干扰能力，制备得到具有更低电感的电缆。再者，镀锡铜线材质比较柔软，导电性能良好，其耐蚀性、抗氧化性能更强，可延长电缆的使用寿命。
进一步，步骤(3)中镀锡原料选择为硫酸亚锡。
进一步的，在所述芯线簇表面用挤出设备挤出一层绝缘层，所述绝缘层由聚酰亚胺制成。所述绝缘层能有效防止水蒸气进入芯线簇内部，保证了电容以及绝缘电阻的稳定性。聚酰亚胺不仅具有耐热、耐低温等化学稳定性，特别是在高温下，其稳定性尤为突出；其次，聚酰亚胺还具有良好的阻燃性能，能够提高电缆的阻燃性能。最后，聚酰亚胺是具有良好的绝缘性能和较强的耐电磁辐射干扰性能，因此设置聚酰亚胺绝缘层可以进一步提高电缆的抗电磁干扰能力，制备得到更低电感的电缆。
进一步的，在所述绝缘层外挤出一层绕包内衬层，所述绕包内衬层由聚四氟乙烯制成。聚四氟乙烯具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性好、具有良好的电绝缘性和良好的抗老化耐力。耐高温，使用工作温度达250℃。耐低温，低温下具有良好的机械韧性，即使温度下降到-196℃，也可保持5％的伸长率。耐腐蚀，对大多数化学药品和溶剂表现出惰性，能耐强酸强碱、水和各种有机溶剂。在所述绝缘层外挤出一层绕包内衬层，能够进一步提高电缆的耐高压性能、化学稳定性以及延长电缆的使用寿命。
进一步的，在内衬层外通过编织机编织屏蔽层，所述屏蔽层为镀锡铜丝、不锈钢丝或裸铜丝。采用镀锡铜线进行编织，编织密度达到90％以上，以保证电缆具有良好的电磁屏蔽效果。编织丝断头续股的地方要处理平整，既能防止扎破绝缘层、内衬层和护套，还能保证电缆的屏蔽效果好。此外，镀锡层本身也具有良好的防电磁干扰能力，因此镀锡铜线屏蔽层可以进一步提高电缆的抗电磁干扰能力，制备得到具有更低电感的电缆。再者，镀锡铜线材质比较柔软，导电性能良好，其耐蚀性、抗氧化性能更强，可延长电缆的使用寿命。
进一步，在屏蔽层外通过编织机编织高强度纤维加强层，步骤(8)中所述高强度纤维为玻璃纤维。
进一步的，为了保证绝缘效果，同时保证其可耐受高电压水平，在所述加强层外围挤出一层交联聚烯烃作为外防护套层，而且交联聚烯烃具有良好的耐磨性、抗化学腐蚀性以及不易燃烧的性质，保证了电缆耐高压、低电感性能的同时，还能进一步提高了电缆的柔软性，延长电缆的使用寿命。所述交联聚烯烃为交联聚乙烯、交联聚丙烯、交联乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和交联乙烯-醋酸己烯共聚物中的至少一种。
本发明的有益效果在于：
通过本发明的制造方法制备得到的电缆具有耐高压、信号及电压电流传输稳定、屏蔽绝缘效果好、低衰减、低电感以及性能稳定等优点。本发明电缆的最大特点是电感低，屏蔽效果好，尤其适用于5G通信基站动力传输，应用市场非常广阔。
综上所述，随着我国通信事业，尤其是5G通信网络高速发展，目前进入了5G网络无线通信系统，扩大网络覆盖面和传输容量，进一步提高传输频率和速率，需要进一步建立众多基站。因此，本发明制备得到的低电感的电缆有着广阔的应用前景
具体实施方式
为了更加清楚地理解本发明的目的、技术方案及有益效果，下面对本发明做进一步的说明，但并不将本发明的保护范围限定在以下实施例中，以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的原料如无特别说明，均为市售常规工业原料；所涉及的加工制作方法，如无特别说明，均为常规方法。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例1
一种低电感电缆的制造方法，该方法包括如下步骤：
(1)将电解铜杆先拉丝后，进行退火，然后镀镍，成为镀镍铜丝；所述镀镍原料选择为氨基磺酸镍；
(2)在镀镍铜丝表面通过化学气相沉积法沉积石墨烯膜层，得到沉积石墨烯膜层的镀镍铜丝；所述化学气相沉积法如下：将镀镍铜丝放置于化学沉积系统真空腔体中，通入氩气、氢气与甲烷的混合气体，并调节温度为1000℃、压力为60Pa和沉积时间15min，完成镀镍铜丝表面沉积石墨烯；
(3)将沉积石墨烯膜层的镀镍铜丝进行镀锡，成为镀锡铜丝；所述镀锡原料选择为硫酸亚锡；
(4)将上述镀锡铜丝进行束丝绞合得到芯线簇；
(5)在所述芯线簇表面用挤出设备挤出一层聚酰亚胺作为绝缘层；
(6)在所述绝缘层外挤出一层聚四氟乙烯作为绕包内衬层；
(7)在内衬层外通过编织机编织屏蔽层；所述屏蔽层为镀锡铜丝；
(8)在屏蔽层外通过编织机编织高强度纤维加强层，所述高强度纤维为玻璃纤维；
(9)在纤维加强层外挤出一层交联聚烯烃作为外防护套层，所述交联聚烯烃为交联聚乙烯，得到低电感电缆，测量其电感值。
实施例2
将实施例1中的镀镍原料选择为硫酸镍，其余与实施例1完全相同，得到低电感电缆，在相同条件下测试实施例2中低电感电缆的电感值。
实施例3
将实施例1中的镀镍原料选择为氯化镍，其余与实施例1完全相同，得到低电感电缆，在相同条件下测试实施例3中低电感电缆的电感值。
实施例4
将实施例1中的化学气相沉积法温度调节为800℃、压力调节为20Pa、沉积时间调节5min，其余与实施例1完全相同，得到低电感电缆，在相同条件下测试实施例4中低电感电缆的电感值。
实施例5
将实施例1中的化学气相沉积法温度调节为1200℃、压力调节为120Pa、沉积时间调节30min，其余与实施例1完全相同，得到低电感电缆，在相同条件下测试实施例5中低电感电缆的电感值。
实施例6
将实施例1中的屏蔽层选择为裸铜丝，其余与实施例1完全相同，得到低电感电缆，在相同条件下测试实施例6中低电感电缆的电感值。
对比例1
省略实施例1中步骤(1)中的镀镍步骤，其余与实施例1完全相同，得到低电感电缆，在相同条件下测试对比例1中低电感电缆的电感值。
对比例2
省略实施例1中步骤(2)中的化学气相沉积法沉积石墨烯膜层的步骤，其余与实施例1完全相同，得到低电感电缆，在相同条件下测试对比例2中低电感电缆的电感值。
对比例3
省略实施例1中步骤(3)中的镀锡步骤，其余与实施例1完全相同，得到低电感电缆，在相同条件下测试对比例3中低电感电缆的电感值。
对比例4
省略实施例1中步骤(5)中的挤出聚酰亚胺绝缘层步骤，其余与实施例1完全相同，得到低电感电缆，在相同条件下测试对比例4中低电感电缆的电感值。
对比例5
省略实施例1中步骤(6)中挤出聚四氟乙烯绕包内衬层步骤，其余与实施例1完全相同，得到低电感电缆，在相同条件下测试对比例5中低电感电缆的电感值。
对比例6
省略实施例1中步骤(7)中编织屏蔽层步骤，其余与实施例1完全相同，得到低电感电缆，在相同条件下测试对比例6中低电感电缆的电感值。
取上述实施例1-6和对比例1-6制备得到的相同长度的低电感电缆，在相同的工作电容1MHz情况下，分别测量其电感值大小，具体电感数值如表1所示。
表1实施例1-6和对比例1-6电缆的电感值情况
由此可见，采用本发明的方法制备得到的电缆产品具有相对更低的电感值。
以上实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
Claims (10)
1.一种低电感电缆的制造方法，该方法包括如下步骤：
(1)将电解铜杆先拉丝后，进行退火，然后镀镍，成为镀镍铜丝；
(2)在镀镍铜丝表面通过化学气相沉积法沉积石墨烯膜层，得到沉积石墨烯膜层的镀镍铜丝；
(3)将沉积石墨烯膜层的镀镍铜丝进行镀锡，成为镀锡铜丝；
(4)将上述镀锡铜丝进行束丝绞合得到芯线簇；
(5)在所述芯线簇表面用挤出设备挤出一层聚酰亚胺作为绝缘层；
(6)在所述绝缘层外挤出一层聚四氟乙烯作为绕包内衬层；
(7)在内衬层外通过编织机编织屏蔽层；
(8)在屏蔽层外通过编织机编织高强度纤维加强层；
(9)在纤维加强层外挤出一层交联聚烯烃作为外防护套层，得到低电感电缆。
2.如权利要求1所述的低电感电缆的制造方法，其特征在于，步骤(1)中镀镍原料为硫酸镍、氯化镍或者氨基磺酸镍。
3.如权利要求1所述的低电感电缆的制造方法，其特征在于，步骤(2)中所述化学气相沉积法如下：将镀镍铜丝放置于化学沉积系统真空腔体中，通入氩气、氢气与甲烷的混合气体，并调节温度、压力和沉积时间，完成镀镍铜丝表面沉积石墨烯。
4.如权利要求3所述的低电感电缆的制造方法，其特征在于，所述化学气相沉积法中温度为800～1200℃，优选为900～1100℃；压力为20～120Pa，优选为30～100Pa；沉积时间为5-30min，优选为10-20min。
5.如权利要求1所述的低电感电缆的制造方法，其特征在于，步骤(3)中镀锡原料选择为硫酸亚锡。
6.如权利要求1所述的低电感电缆的制造方法，其特征在于，步骤(7)中所述屏蔽层为镀锡铜丝、不锈钢丝或裸铜丝。
7.如权利要求1所述的低电感电缆的制造方法，其特征在于，步骤(8)中所述高强度纤维为玻璃纤维。
8.如权利要求1所述的低电感电缆的制造方法，其特征在于，步骤(9)中所述交联聚烯烃为交联聚乙烯、交联聚丙烯、交联乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和交联乙烯-醋酸己烯共聚物中的至少一种。
9.根据权利要求1-8任一项所述的制造方法制备得到的低电感电缆。
10.根据权利要求1-8任一项所述的制造方法制备得到的低电感电缆或者根据权利要求9所述的低电感电缆在5G通信系统中的应用。
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