包括聚合物-碳复合物的屏蔽层的高屏蔽轻质电缆制造技术

本发明专利技术涉及一种用于电力传输或通信的电缆，该电缆包括：包括至少一个导体和包围各自导体的绝缘层的芯单元；包围该芯单元并且由聚合物‑碳复合物形成的第一屏蔽层，在该聚合物‑碳复合物中，碳基颗粒分散于聚合物材料的基质中，该第一屏蔽层具有10Ω·m或更小的电阻；以及包围该第一屏蔽层的基于金属的第二屏蔽层。

High shielding light cable including polymer carbon composite shielding layer

【技术实现步骤摘要】
包括聚合物-碳复合物的屏蔽层的高屏蔽轻质电缆
本专利技术涉及一种高屏蔽轻质电缆。更具体而言，本专利技术涉及一种通过使用聚合物-碳复合物制成的屏蔽层从而具有减轻的重量和改进的屏蔽效能的电缆，该聚合物-碳复合物含有具有高电导率的碳颗粒。
技术介绍
电缆、特别是用于传输电力或电信号用于通信的同轴电缆包括用于传输抵抗环境影响的性能和保护的各种部件。通常，此种电缆包括由实心线或绞合线制成的导体、用于电绝缘的由介电材料制成的绝缘层、以及用于电磁屏蔽的由导电材料制成的屏蔽层。同时，电缆的尺寸和长度随着使用该电缆的设施的规模增加而增加。特别地，具有庞大体积和先进技术的交通工具(如卡车、轮船、火车、航空器和航天器)具有至少数十千米至数千千米的电缆。因此，电缆的重量减少可以极大地有助于车辆重量的减少和能量节约。常规使用的屏蔽层已经通过卷绕箔或织造带或编织线来形成，其中的全部或大部分是由具有高电导率的金属材料制成，并且因此，为了使电缆的重量减轻，对具有新构型和材料的屏蔽层存在需求，以取代常规的重金属材料的屏蔽层。为此，提出一种由金属-聚合物箔与聚合物膜制成的屏蔽层，金属箔或金属膜(如铜或铝)在该聚合物膜上。尽管此种屏蔽层有利于减少电缆的重量，但它仅可用于其中EMI由于低屏蔽效能而不高的有限的环境中。此外，提出一种使用具有良好屏蔽效能的铜箔、或铜箔与金属箔(或金属-聚合物箔)一起的屏蔽层。然而，由于包括此种屏蔽层的电缆的屏蔽效能随着铜编织层的覆盖密度增加而增加，存在如下问题：为了获得高屏蔽效能，必须增加铜编织层的股线的直径和数目，并且因此也增加了电缆的重量。另一方面，已经尝试将不是金属但具有优异的电导率和轻得多的重量的碳纳米结构如碳纤维或碳纳米管应用到电缆中。然而，纳米或微米尺寸的碳结构必须以聚集体的形式被应用到电缆中，但是碳聚集体的电导率和屏蔽效能远次于铜编织。进一步地，为了获得铜编织水平的屏蔽效能，需要如将金属离子掺杂或电镀在碳纤维上之类的另外的工艺，并且这些另外的工艺是非常消耗时间和成本的，因此商业应用受到极大地限制。而且，存在以下缺点：为了将碳聚集体应用到电缆中作为屏蔽层，除了现有的机器和工艺之外还需要新的机器和工艺。
技术实现思路
专利技术目的因此，为了解决以上问题，本专利技术的目的是提供一种使用碳材料的高屏蔽轻质电缆，这些碳材料具有优异的电导率且质量低，这使得能够减少屏蔽层的重量并且实现高屏蔽效能，并且该高屏蔽轻质电缆可以通过现有机器制造而无需额外的昂贵工艺。技术方案为了实现以上目的，本专利技术提供一种用于电力传输或通信的电缆，该电缆包括：包括至少一个导体和包围各导体的绝缘层的芯单元；包围该芯单元并且由聚合物-碳复合物形成的第一屏蔽层，在该聚合物-碳复合物中，碳基颗粒分散于聚合物材料的基质中，该第一屏蔽层具有10Ω·m或更小的电阻；以及包围该第一屏蔽层的基于金属的第二屏蔽层。该聚合物材料可以具有至少1,000g/mol、优选至少10,000g/mol、并且更优选至少1,000,000g/mol的数均分子量。此种聚合物材料可以例如是环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、聚醚酰亚胺、聚醚酮酮、聚邻苯二甲酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰亚胺、苯酚甲醛、双马来酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯苯乙烯共聚物、或其他热固性材料。此外，这些碳基颗粒可以包括具有优异电导率的颗粒。这些碳基颗粒可以为选自以下物质的颗粒：石墨、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管(CNT)、碳纤维、炭黑以及它们的任何混合物。更优选地，这些碳基颗粒可以呈粉末的形式。换言之，这些碳基颗粒可以由一种类型的碳材料、或两种或更多种具有不同结构和形状的碳材料的混合物构成，或者为了改进电导率或与该聚合物材料的混合程度可以包括经过另外的处理的碳材料。该聚合物-碳复合物可以通过在高于该聚合物材料的加工温度的温度下将该聚合物材料和这些碳基颗粒机械混合来形成，使得可以获得分散于聚合物材料的基质中的碳基颗粒。本文中，该聚合物材料的加工温度意指通过混合、挤出等以物理方式改变聚合物的形状而不使该聚合物降解的温度。例如，所述温度可以是至少40℃、更优选到至少60℃、并且甚至更优选到至少70℃。该第一屏蔽层的电阻可以通过本领域众所周知的低电阻率测试仪来测量，并且由该聚合物-碳复合物形成的该第一屏蔽层的电阻是10Ω·m或更小、优选1Ω·m或更小。同样，根据本专利技术的聚合物-碳复合物具有可以提供高屏蔽效能的优异的电导率。在本专利技术中，电阻可以在环境温度(20℃)下测量。在本专利技术中，由该聚合物-碳复合物形成的该第一屏蔽层可以通过常规熔融挤出工艺均匀地施加到该芯单元上来形成。即，该第一屏蔽层可以通过沿着该电缆的纵向方向将该聚合物-碳复合物挤出在该芯单元上来形成。因此，该第一屏蔽层优选地是挤出层。这是本专利技术提供的主要优点之一。根据本专利技术，在用于形成电缆的绝缘膜或盖的常规挤出工艺中使用的机器可以用于使聚合物-碳复合物的屏蔽层按原样形成的工艺中，并且因此可以设计包括在电缆制造线上形成聚合物-碳复合物的屏蔽层的连续工艺。在具有有多个导体的芯单元的多芯电缆的情况下，该芯单元可以进一步包括组装该多个导体并且填充这些导体之间的空间以得到圆形截面的填料，并且该第一屏蔽层可以通过将该聚合物-碳复合物熔融挤出在该填料上来形成。此外，围绕该多芯电缆的填料，可以进一步布置用于固定芯-填料结构和形状的垫层、或用于保护该电缆免受外部冲击或腐蚀的内护套层，并且该第一屏蔽层可以通过将该聚合物-碳复合物挤出在该垫层或该内护套层上来形成。然而，可以将由该聚合物-碳复合物形成的该第一屏蔽层挤出以用作填充这些芯之间的空间并且维持该芯单元的形状的填料。在这种情况下，可以省略另外的填料，并且该第一屏蔽层除了用作屏障之外还用作填料。可替代地，由该聚合物-碳复合物形成的该第一屏蔽层可以围绕该填料挤出以用作用于固定芯-填料结构的垫层，并且因此该垫层可以省略，或者该第一屏蔽层可以代替内护套层起到保护该电缆免受外部冲击或腐蚀的作用，因此，如果在特定环境下电缆不需要特殊条件，则也可以省略该内护套层。也就是说，根据本专利技术的由该聚合物-碳复合物形成的该第一屏蔽层除了用作具有高效能的屏障之外还可以用作填料、垫层或内护套层，并且从而可以通过省略另外的填料、垫层或内护套层等来使该电缆减轻。在这些聚合物-碳复合物中，可以确定这些碳基颗粒与该聚合物材料的含量比率，使得该第一屏蔽层满足预定的电阻率，或者该电缆满足预定的屏蔽效能。例如，为了实现该第一屏蔽层的优异电导率和用于挤出工艺的熔体可加工性，基于100重量份的该聚合物材料，碳基颗粒的含量可以是5重量份或更多、优选10重量份或更多。基于100重量份的该聚合物材料，碳基颗粒的含量可以是100重量份或更少、优选50重量份或更少。此外，还可以确定该第一屏蔽层的厚度以便满足预定的电阻或预定的屏蔽效能。例如，为了实现该电缆的优异屏蔽效能和轻重量，可以将该第一屏蔽层形成至0.1mm至5mm、优选0.5mm至2m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电力传输或通信的电缆，其包括：/n包括至少一个导体和包围各自导体的绝缘层的芯单元；/n包围所述芯单元并且由聚合物-碳复合物形成的第一屏蔽层，在所述聚合物-碳复合物中，碳基颗粒分散于聚合物材料的基质中，所述第一屏蔽层具有10Ω·m或更小的电阻；以及/n包围所述第一屏蔽层的基于金属的第二屏蔽层。/n

【技术特征摘要】
20181210 KR 10-2018-01583051.一种用于电力传输或通信的电缆，其包括：
包括至少一个导体和包围各自导体的绝缘层的芯单元；
包围所述芯单元并且由聚合物-碳复合物形成的第一屏蔽层，在所述聚合物-碳复合物中，碳基颗粒分散于聚合物材料的基质中，所述第一屏蔽层具有10Ω·m或更小的电阻；以及
包围所述第一屏蔽层的基于金属的第二屏蔽层。


2.根据权利要求1所述的电缆，其中，所述聚合物材料具有至少1,000g/mol的数均分子量。


3.根据权利要求1所述的电缆，其中，所述碳基颗粒至少包括选自以下物质的颗粒：石墨、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、碳纤维、炭黑以及它们的任何混合物。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的电缆，其中，所述聚合物-碳复合物是通过在高于所述聚合物材料的加工温度的温度下，将所述聚合物材料和所述碳基颗粒机械混合而形成的。


5.根据权利要求4所述的电缆，其中，确定在所述聚合物-碳复合物中的所述碳基颗粒与所述聚合物材料的含量比率、或所述第一屏蔽层的厚度，使得所述第一屏蔽层满足预定的电阻率，或者所述电缆满足预定的屏蔽效能。


6.根据权利要求4所述的电缆，其中，基于100重量份的所述聚合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：安大业，白美亘，
申请(专利权)人：耐克森公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR