專利名稱：線纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線纜，尤其涉及一種基于碳納米管的線纜。
背景技術(shù)：
線纜是電子產(chǎn)業(yè)里較為常用的信號傳輸線材，微米級尺寸的線纜更廣泛應(yīng)用 在IT產(chǎn)品、醫(yī)學(xué)儀器、空間設(shè)備中。傳統(tǒng)的線纜內(nèi)部設(shè)置有兩個導(dǎo)體，內(nèi)導(dǎo)體用以傳輸 電信號，外導(dǎo)體用以屏蔽傳輸?shù)碾娦盘柌⑶覍⑵浞忾]在內(nèi)部，從而使線纜具有高頻損耗 低、屏蔽及抗干擾能力強(qiáng)、使用頻帶寬等特性，請參見文獻(xiàn)“Electromagnetic Shielding of High-Voltage Cables，，(Μ. De Wulf, P. Wouters et al. , Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 316，e908_e901(2007))。一般情況下，線纜從內(nèi)至外的結(jié)構(gòu)依次為形成內(nèi)導(dǎo)體的纜芯、包覆在纜芯外表面 的絕緣結(jié)構(gòu)、形成外導(dǎo)體的屏蔽結(jié)構(gòu)和保護(hù)結(jié)構(gòu)。其中，纜芯用來傳輸電信號，現(xiàn)有技術(shù)中 纜芯材料以銅、鋁或銅鋅合金等金屬材料為主。以金屬材料作為纜芯的線纜，質(zhì)量及直徑較 大，其機(jī)械強(qiáng)度尤其是延展性較小，無法滿足某些特定條件，如航天領(lǐng)域、空間設(shè)備及超細(xì) 微線纜的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種具有較好的機(jī)械強(qiáng)度及延展性的線纜。一種線纜，包括至少一個纜芯、包覆在纜芯外的至少一絕緣結(jié)構(gòu)、包覆在絕緣結(jié)構(gòu) 外的至少一屏蔽結(jié)構(gòu)和包覆在屏蔽結(jié)構(gòu)外的一保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述纜芯包括一金屬線狀 結(jié)構(gòu)及一碳納米管層，所述碳納米管層包覆于該金屬線狀結(jié)構(gòu)的表面，所述碳納米管層為 一連續(xù)的層狀結(jié)構(gòu)，所述碳納米管層包括多個碳納米管，所述多個碳納米管通過范德華力 相連。一種線纜，包括至少一個纜芯、包覆在纜芯外的至少一絕緣結(jié)構(gòu)、包覆在絕緣結(jié)構(gòu) 外的至少一屏蔽結(jié)構(gòu)和包覆在屏蔽結(jié)構(gòu)外的一保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述纜芯包括一金屬線狀 結(jié)構(gòu)及至少一碳納米管膜或至少一碳納米管線，所述至少一碳納米管膜或至少一碳納米管 線纏繞于該金屬線狀結(jié)構(gòu)的表面，所述至少一碳納米管膜或至少一碳納米管線中大多數(shù)碳 納米管通過范德華力首尾相連且擇優(yōu)取向延伸。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的線纜由于纜芯采用纏繞有碳納米管層的金屬線 狀結(jié)構(gòu)，而碳納米管層中的碳納米管具有較好的機(jī)械強(qiáng)度及延展性，因此，使得所述線纜在 較小的直徑及質(zhì)量下，仍然具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和延展性，可以實現(xiàn)航天領(lǐng)域、空間設(shè)備及 超細(xì)微線纜的應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明第一實施例提供的線纜的截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明第一實施例提供的線纜中纜芯的掃描電鏡照片。
圖3是本發(fā)明第一 實施例提供的線纜中纜芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明第一 實施例提供的線纜中碳納米管拉膜的掃描電鏡照片
圖5是本發(fā)明第二.實施例提供的線纜的截 3結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明第三實施例提供的線纜的截 3結(jié)構(gòu)示意圖。
主要元件符號說明
線纜10，20，30
纜芯110,210,310
金屬線狀結(jié)構(gòu)111
碳納米管層112
絕緣結(jié)構(gòu)120，220，320
屏蔽結(jié)構(gòu)130，230，330
保護(hù)結(jié)構(gòu)140，240，340
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明實施例線纜的結(jié)構(gòu)及其制備方法。請參閱圖1，本發(fā)明第一實施例提供一種線纜10，該線纜10包括一纜芯110、包覆 在纜芯110外的絕緣結(jié)構(gòu)120、包覆在絕緣結(jié)構(gòu)120外的屏蔽結(jié)構(gòu)130和包覆在屏蔽結(jié)構(gòu) 130外的保護(hù)結(jié)構(gòu)140。其中，上述纜芯110、絕緣結(jié)構(gòu)120、屏蔽結(jié)構(gòu)130和保護(hù)結(jié)構(gòu)140 為同軸設(shè)置。請參閱圖2及圖3，該纜芯110包括一金屬線狀結(jié)構(gòu)111以及一包覆該金屬線狀 結(jié)構(gòu)111表面的碳納米管層112。該金屬線狀結(jié)構(gòu)111為長徑比較大的結(jié)構(gòu)，其具有一定 的強(qiáng)度，可以起到支撐所述碳納米管層112的作用。所述金屬線狀結(jié)構(gòu)111的材料可為金、 銀、銅、錫或其任意組合的合金中的一種，其直徑不限，可根據(jù)實際需要制備。一般地，所述 金屬線狀結(jié)構(gòu)111的直徑可為4. 5納米至1毫米，優(yōu)選的，所述金屬線狀結(jié)構(gòu)111的直徑為 10微米 100微米。本實施例中所述金屬線狀結(jié)構(gòu)111的材料為金，其直徑為18微米。所述碳納米管層112為一連續(xù)的層狀結(jié)構(gòu)，所述碳納米管層112由多個碳納米管 組成，所述碳納米管層112中的大多數(shù)碳納米管沿所述金屬線狀結(jié)構(gòu)111的軸向環(huán)繞設(shè)置 于該金屬線狀結(jié)構(gòu)111的表面。具體地，所述碳納米管層112是由至少一碳納米管結(jié)構(gòu)沿 所述金屬線狀結(jié)構(gòu)111的軸向緊密纏繞而形成的，所述“緊密纏繞”是指碳納米管層112與 所述金屬線狀結(jié)構(gòu)111的表面完全接觸，碳納米管層112中的碳納米管包覆在所述金屬線 狀結(jié)構(gòu)111的表面；另一方面，由于通常情況下制備的碳納米管結(jié)構(gòu)具有一定的寬度，并且 金屬線狀結(jié)構(gòu)111的延伸長度遠(yuǎn)大于所述碳納米管結(jié)構(gòu)的寬度，因此所述“緊密纏繞”也意 味著當(dāng)具有一定寬度的碳納米管結(jié)構(gòu)沿所述金屬線狀結(jié)構(gòu)111的軸向纏繞時，所述碳納米 管結(jié)構(gòu)的邊緣部分彼此重疊或緊密并排。優(yōu)選地，該碳納米管結(jié)構(gòu)為一自支撐結(jié)構(gòu)，且纏繞 包覆于該金屬線狀結(jié)構(gòu)111的整個表面。更優(yōu)選地，該碳納米管結(jié)構(gòu)沿該金屬線狀結(jié)構(gòu)111 的軸向螺旋纏繞并包覆于該金屬線狀結(jié)構(gòu)111的表面，即所述碳納米管結(jié)構(gòu)中的大多數(shù)碳 納米管基本繞該纜芯110的軸向螺旋狀延伸。所述碳納米管層112的厚度與碳納米管結(jié) 構(gòu)包覆的方式與層數(shù)相關(guān)，可為1. 5納米至1毫米，優(yōu)選的，所述碳納米管層112的厚度可 為1. 5微米 20微米，且所述碳納米管層112的厚度與金屬線狀結(jié)構(gòu)111的直徑的比例為1 60 2 1。本實施例中所述碳納米管層112的厚度為12微米。具體地，所述碳納米管結(jié)構(gòu)由若干碳納米管組成。所述碳納米管結(jié)構(gòu)中碳納米管 未經(jīng)過任何化學(xué)修飾或功能化處理，即所述碳納米管結(jié)構(gòu)為一純碳納米管結(jié)構(gòu)。而且，所述 碳納米管結(jié)構(gòu)中碳納米管均勻分布。具體地，所述碳納米管結(jié)構(gòu)中若干碳納米管可無序排 列或有序排列。所謂無序排列是指碳納米管的排列方向無規(guī)則。所謂有序排列是指碳納米 管的排列方向有規(guī)則。具體地，當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)包括無序排列的碳納米管時，碳納米管相互 纏繞或者各向同性排列；當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)包括有序排列的碳納米管時，碳納米管沿一個方 向或者多個方向擇優(yōu)取向延伸。所謂“擇優(yōu)取向”是指所述碳納米管結(jié)構(gòu)中的大多數(shù)碳納 米管在一個方向上具有較大的取向幾率；即，該碳納米管結(jié)構(gòu)中的大多數(shù)碳納米管的軸向 基本沿同一方向延伸。具體地，所述碳納米管結(jié)構(gòu)為至少一個碳納米管膜、至少一個碳納米 管線或其組合。所述碳納米管膜或碳納米管線為碳納米管組成的純結(jié)構(gòu)，其中碳納米管未 經(jīng)過任何化學(xué)修飾或功能化處理。優(yōu)選地，所述碳納米管膜或碳納米管線為自支撐結(jié)構(gòu)。所述碳納米管膜可以為碳納米管拉膜、碳納米管碾壓膜和碳納米管絮化膜，本實 施例優(yōu)選為碳納米管拉膜。請參閱圖4，所述碳納米管拉膜是由若干碳納米管組成的自支撐結(jié)構(gòu)。所述若干 碳納米管沿同一方向擇優(yōu)取向延伸。該碳納米管拉膜中大多數(shù)碳納米管的整體延伸方向基 本朝同一方向。而且，所述大多數(shù)碳納米管的整體延伸方向基本平行于碳納米管拉膜的表 面。進(jìn)一步地，所述碳納米管拉膜中多數(shù)碳納米管是通過范德華力首尾相連。具體地，所述 碳納米管拉膜中基本朝同一方向延伸的大多數(shù)碳納米管中每一碳納米管與在延伸方向上 相鄰的碳納米管通過范德華力首尾相連。當(dāng)然，所述碳納米管拉膜中存在少數(shù)隨機(jī)排列的 碳納米管，這些碳納米管不會對碳納米管拉膜中大多數(shù)碳納米管的整體取向排列構(gòu)成明顯 影響。所述碳納米管拉膜不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體 上懸空而保持自身膜狀狀態(tài)，即將該碳納米管膜置于(或固定于)間隔設(shè)置的兩個支撐體 上時，位于兩個支撐體之間的碳納米管膜能夠懸空保持自身膜狀狀態(tài)。具體地，所述碳納米管拉膜中基本朝同一方向延伸的多數(shù)碳納米管，并非絕對的 直線狀，可以適當(dāng)?shù)膹澢?；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以適當(dāng)?shù)钠x延伸方向。 因此，不能排除碳納米管拉膜的基本朝同一方向延伸的多數(shù)碳納米管中并列的碳納米管之 間可能存在部分接觸。具體地，所述碳納米管拉膜包括多個連續(xù)且定向排列的碳納米管片段。該若干碳 納米管片段通過范德華力首尾相連。每一碳納米管片段包括多個相互平行的碳納米管，該 多個相互平行的碳納米管通過范德華力緊密結(jié)合。該碳納米管片段具有任意的長度、厚度、 均勻性及形狀。該碳納米管拉膜中的碳納米管沿同一方向擇優(yōu)取向延伸。所述碳納米管拉膜可通過從碳納米管陣列直接拉取獲得。從碳納米管陣列中拉 取獲得所述碳納米管拉膜的具體方法包括(a)從所述碳納米管陣列中選定一碳納米管片 段，本實施例優(yōu)選為采用具有一定寬度的膠帶或粘性基條接觸該碳納米管陣列以選定具有 一定寬度的一碳納米管片段；(b)通過移動該拉伸工具，以一定速度拉取該選定的碳納米 管片段，從而首尾相連的拉出若干碳納米管片段，進(jìn)而形成一連續(xù)的碳納米管拉膜。該若干 碳納米管相互并排使該碳納米管片段具有一定寬度。當(dāng)該被選定的碳納米管片段在拉力作 用下沿拉取方向逐漸脫離碳納米管陣列的生長基底的同時，由于范德華力作用，與該選定的碳納米管片段相鄰的其它碳納米管片段首尾相連地相繼地被拉出，從而形成一連續(xù)、均 勻且具有一定寬度和擇優(yōu)取向的碳納米管拉膜。可以理解，通過將若干碳納米管拉膜平行層疊鋪設(shè)，可以制備不同面積與厚度的 碳納米管膜。所述碳納米管拉膜的厚度可為0.5納米 100微米。當(dāng)碳納米管膜包括多 個層疊設(shè)置的碳納米管拉膜時，相鄰的碳納米管拉膜中的碳納米管的延伸方向形成一夾角 α，0° < α <90°。所述碳納米管拉膜的結(jié)構(gòu)及其制備方法請參見2010年5月沈日公 告的，公告號為CN101239712B的中國發(fā)明專利說明書。所述碳納米管碾壓膜包括均勻分布的若干碳納米管，該若干碳納米管無序、沿同 一方向或不同方向擇優(yōu)取向延伸，該若干碳納米管的軸向沿同一方向或不同方向延伸。所 述碳納米管碾壓膜中的碳納米管相互部分交疊，并通過范德華力相互吸引，緊密結(jié)合。所述 碳納米管碾壓膜可通過碾壓一碳納米管陣列獲得。該碳納米管陣列形成在一基體表面，所 制備的碳納米管碾壓膜中的碳納米管與該碳納米管陣列的基體的表面成一夾角β，其中， β大于等于0度且小于等于15度(0° < β < 15° )。優(yōu)選地，所述碳納米管碾壓膜中的 碳納米管的軸向基本平行于該碳納米管碾壓膜的表面。依據(jù)碾壓的方式不同，該碳納米管 碾壓膜中的碳納米管具有不同的排列形式。該碳納米管碾壓膜的面積和厚度不限，可根據(jù) 實際需要選擇。該碳納米管碾壓膜的面積與碳納米管陣列的尺寸基本相同。該碳納米管碾 壓膜厚度與碳納米管陣列的高度以及碾壓的壓力有關(guān)，可為1微米 100微米。所述碳納 米管碾壓膜及其制備方法請參見2008年12月3日公開的，公開號為CN101314464A的中國 發(fā)明專利申請公開說明書。所述碳納米管絮化膜包括相互纏繞的碳納米管，該碳納米管長度可大于10厘米。 所述碳納米管之間通過范德華力相互吸引、纏繞等搭接方式，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。所述碳納米 管絮化膜各向同性。所述碳納米管絮化膜中的碳納米管為均勻分布，無規(guī)則排列，形成大量 的微孔結(jié)構(gòu)?？梢岳斫猓鎏技{米管絮化膜的長度、寬度和厚度不限，可根據(jù)實際需要選 擇，厚度可為ι微米 100微米。所述碳納米管絮化膜及其制備方法請參見2010年5月15 日公告的，公告號為CN101284662B的中國發(fā)明專利說明書。當(dāng)所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括碳納米管線時，所述碳納米管線可為一非扭轉(zhuǎn)的碳納米 管線或扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。所述非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線可包括多個沿該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線軸向方向延伸的 碳納米管。非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線可通過將碳納米管拉膜通過有機(jī)溶劑處理得到。具體地，該 碳納米管拉膜包括多個碳納米管片段，該多個碳納米管片段通過范德華力首尾相連，每一 碳納米管片段包括多個相互平行并通過范德華力緊密結(jié)合的碳納米管。該碳納米管片段具 有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線長度不限，直徑為0. 5納米-1 毫米。具體地，可將有機(jī)溶劑浸潤所述碳納米管拉膜的整個表面，在揮發(fā)性有機(jī)溶劑揮發(fā)時 產(chǎn)生的表面張力的作用下，碳納米管拉膜中的相互平行的多個碳納米管通過范德華力緊密 結(jié)合，從而使碳納米管拉膜收縮為一非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。該有機(jī)溶劑為揮發(fā)性有機(jī)溶劑， 如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中采用乙醇。通過有機(jī)溶劑處理的非扭轉(zhuǎn)碳 納米管線與未經(jīng)有機(jī)溶劑處理的碳納米管膜相比，比表面積減小，粘性降低。所述扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個繞該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線軸向螺旋延伸的碳納米 管。該碳納米管線可采用一機(jī)械力將所述碳納米管拉膜兩端沿相反方向扭轉(zhuǎn)獲得。進(jìn)一
7步地，可采用一揮發(fā)性有機(jī)溶劑處理該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。在揮發(fā)性有機(jī)溶劑揮發(fā)時產(chǎn)生 的表面張力的作用下，處理后的扭轉(zhuǎn)的碳納米管線中相鄰的碳納米管通過范德華力緊密結(jié) 合，使扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的比表面積減小，密度及強(qiáng)度增大。所述碳納米管線及其制備方法請參見范守善等人于2002年9月16日申請的， 2008年8月20日公告的，公告號為CN100411979C的中國發(fā)明專利說明書；以及于2005年 12月16日申請的，2009年6月17日公告的，公告號為CN100500556C的中國發(fā)明專利說明書。需要說明的是，當(dāng)所述碳納米管層112由碳納米管拉膜或非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線組 成時，所述纜芯110由所述金屬線狀結(jié)構(gòu)111及緊密纏繞在該金屬線狀結(jié)構(gòu)111表面的碳 納米管拉膜或非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線組成，所述碳納米管層112由若干碳納米管組成，所述 碳納米管層112中的大多數(shù)碳納米管基本沿所述金屬線狀結(jié)構(gòu)111的軸向螺旋延伸。該若 干碳納米管中的大多數(shù)碳納米管沿該金屬線狀結(jié)構(gòu)111的軸向纏繞于該金屬線狀結(jié)構(gòu)111 的表面，且該大多數(shù)碳納米管與其延伸方向上的相鄰碳納米管通過范德華力首尾相連。具 體地，所述碳納米管層112中大多數(shù)碳納米管均首尾相連地沿著金屬線狀結(jié)構(gòu)111的軸向 螺旋延伸，該大多數(shù)碳納米管中每一碳納米管的延伸方向與所述金屬線狀結(jié)構(gòu)111的軸向 形成一定的交叉角α，0° < α <90°。該碳納米管復(fù)合線狀結(jié)構(gòu)中大多數(shù)的碳納米管與 所述金屬線狀結(jié)構(gòu)111的軸向具有基本相同的交叉角。當(dāng)所述碳納米管層112由碳納米管絮化膜組成時，所述纜芯110由所述金屬線狀 結(jié)構(gòu)111及緊密纏繞在該金屬線狀結(jié)構(gòu)111表面的碳納米管絮化膜組成，所述碳納米管絮 化膜由若干碳納米管組成，該若干碳納米管相互搭接形成網(wǎng)絡(luò)狀，且沿所述金屬線狀結(jié)構(gòu) 111的軸向緊密地、均勻地環(huán)繞設(shè)置在該金屬線狀結(jié)構(gòu)111的表面。當(dāng)所述碳納米管層112由所述碳納米管碾壓膜組成時，所述纜芯110由所述金屬 線狀結(jié)構(gòu)111及緊密纏繞在該金屬線狀結(jié)構(gòu)111表面的碳納米管碾壓膜組成。若所述碳納 米管碾壓膜中的碳納米管無序排列，則所述碳納米管沿所述金屬線狀結(jié)構(gòu)111的軸向無序 地、均勻地、緊密地環(huán)繞設(shè)置在該金屬線狀結(jié)構(gòu)111表面。若所述碳納米管碾壓膜中的碳納 米管沿同一方向或多個方向擇優(yōu)延伸時，沿同一個方向擇優(yōu)取向延伸的碳納米管與所述金 屬線狀結(jié)構(gòu)111的軸向形成相同的交叉角，且該夾角大于0°且小于等于90° ；另外，該沿 多個方向擇優(yōu)取向延伸的碳納米管環(huán)繞該金屬線狀結(jié)構(gòu)111緊密排列，且同一個延伸方向 上的碳納米管與所述金屬線狀結(jié)構(gòu)111的軸向基本具有相同的夾角。當(dāng)所述碳納米管層112由扭轉(zhuǎn)的碳納米管線組成時，所述纜芯110由所述金屬線 狀結(jié)構(gòu)111及緊密無間隙纏繞在該金屬線狀結(jié)構(gòu)111表面的扭轉(zhuǎn)的碳納米管線組成。該扭 轉(zhuǎn)的碳納米管線中的碳納米管緊密無間隙地沿該金屬線狀結(jié)構(gòu)111的軸向環(huán)繞該金屬線 狀結(jié)構(gòu)111均勻分布。本實施例中所述纜芯110的制備方法主要包括以下步驟a.提供金屬線狀結(jié)構(gòu)111及碳納米管結(jié)構(gòu)；以及b.將所述碳納米管結(jié)構(gòu)纏繞于所述金屬線狀結(jié)構(gòu)111的表面。其中，步驟a中的金屬線狀結(jié)構(gòu)111 一般為金屬線或金屬絲。該金屬線狀結(jié)構(gòu)111 具有一定的強(qiáng)度，可以起到支撐所述碳納米管結(jié)構(gòu)的作用。所述碳納米管結(jié)構(gòu)為至少一碳 納米管膜、至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)或其組合。所述碳納米管膜可以為碳納米管拉膜、碳納米管絮化膜、碳納米管碾壓膜等。所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)可以為非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線或扭 轉(zhuǎn)的碳納米管線。本實施例中碳納米管結(jié)構(gòu)優(yōu)選為碳納米管拉膜。所述碳納米管拉膜或非 扭轉(zhuǎn)的碳納米管線可以從一碳納米管陣列中直接拉取獲得。步驟b可以通過下述方法實現(xiàn)第一種方法，將所述碳納米管結(jié)構(gòu)一端粘附于所述金屬線狀結(jié)構(gòu)111，旋轉(zhuǎn)所述金 屬線狀結(jié)構(gòu)111，同時控制該金屬線狀結(jié)構(gòu)111做直線運(yùn)動或控制所述碳納米管結(jié)構(gòu)做直 線運(yùn)動，使得所述碳納米管結(jié)構(gòu)纏繞于該金屬線狀結(jié)構(gòu)111，進(jìn)而實現(xiàn)連續(xù)制備纜芯110。 其中，所述碳納米管結(jié)構(gòu)可以不旋轉(zhuǎn)，也可以與該金屬線狀結(jié)構(gòu)111反向旋轉(zhuǎn)。第二種方法，將所述碳納米管結(jié)構(gòu)一端粘附于所述金屬線狀結(jié)構(gòu)111，圍繞該金屬 線狀結(jié)構(gòu)111旋轉(zhuǎn)所述碳納米管結(jié)構(gòu)，同時控制該金屬線狀結(jié)構(gòu)111沿其軸向做直線運(yùn)動， 從而使得該碳納米管結(jié)構(gòu)連續(xù)不斷地纏繞于該金屬線狀結(jié)構(gòu)111的表面，進(jìn)而實現(xiàn)連續(xù)制 備所述纜芯110。所述絕緣結(jié)構(gòu)120用于電氣絕緣，可以選用聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙 烯、泡沫聚乙烯組合物或納米粘土-高分子復(fù)合材料。納米粘土-高分子復(fù)合材料中納米 粘土是納米級層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物，是由多種水合硅酸鹽和一定量的氧化鋁、堿金屬氧 化物及堿土金屬氧化物組成，具耐火阻燃等優(yōu)良特性，如納米高嶺土或納米蒙脫土。高分子 材料可以選用硅樹脂、聚酰胺、聚烯烴如聚乙烯或聚丙烯等，但并不以此為限。本實施例優(yōu) 選泡沫聚乙烯組合物。所述屏蔽結(jié)構(gòu)130由一導(dǎo)電材料形成，用以屏蔽電磁干擾或無用外部信號干擾。 具體地，所述屏蔽結(jié)構(gòu)130可由多股金屬線編織或用金屬膜卷覆在絕緣結(jié)構(gòu)120外形成，也 可由多個碳納米管線、單層有序碳納米管膜、多層有序碳納米管膜或無序碳納米管膜纏繞 或卷覆在絕緣結(jié)構(gòu)120外形成，或可由含有碳納米管的復(fù)合材料直接包覆在絕緣結(jié)構(gòu)120 表面。當(dāng)所述屏蔽結(jié)構(gòu)130由金屬膜或金屬線構(gòu)成時，該金屬膜或金屬線的材料可以選 擇為銅、金或銀等導(dǎo)電性好的金屬或其任意組合的合金。當(dāng)所述屏蔽結(jié)構(gòu)130由碳納米管線、單層有序碳納米管膜或多層有序碳納米管膜 構(gòu)成時，該碳納米管線、單層有序碳納米管膜或多層有序碳納米管膜包括多個碳納米管片 段，每個碳納米管片段具有大致相等的長度且每個碳納米管片段由多個相互平行的碳納米 管構(gòu)成，碳納米管片段兩端通過范德華力相互連接。所述碳納米管線可通過對碳納米管膜 進(jìn)行處理獲得。所述碳納米管線可包括多個繞碳納米管線軸向螺旋延伸的碳納米管或包括 多個沿碳納米管線長度方向延伸并首尾相連的碳納米管。當(dāng)所述屏蔽結(jié)構(gòu)130由復(fù)合材料構(gòu)成時，該復(fù)合材料可以為金屬與碳納米管 的復(fù)合或聚合物與碳納米管的復(fù)合。該聚合物材料可以選擇為聚對苯二甲酸乙二醇酯 (Polyethylene Terephthalate, PET)、聚碳酸酉旨(Polycarbonate，PC)、丙j；希月青一丁二j；希丙 烯-苯乙烯共聚物(Acrylonitrile-Butadiene Styrene Terpolymer，ABS)、聚碳酸酯 / 丙 烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(PC/ABQ等高分子材料。將碳納米管均勻分散于上述聚合 物材料的溶液中，并將該混合溶液均勻涂覆于絕緣結(jié)構(gòu)120表面，待冷卻后形成一含碳納 米管的聚合物層。可以理解，該屏蔽結(jié)構(gòu)130還可由碳納米管復(fù)合膜或碳納米管復(fù)合線狀 結(jié)構(gòu)包裹或纏繞在絕緣結(jié)構(gòu)120外形成。具體地，所述碳納米管復(fù)合膜或碳納米管復(fù)合線狀結(jié)構(gòu)中的碳納米管有序排列，并且，該碳納米管表面包覆至少一層導(dǎo)電材料。進(jìn)一步地， 該屏蔽結(jié)構(gòu)130還可由上述多種材料在絕緣結(jié)構(gòu)120外組合構(gòu)成。本實施例所述屏蔽結(jié)構(gòu) 130的材料優(yōu)選為碳納米管線。所述保護(hù)結(jié)構(gòu)140由絕緣材料制成，可以選用納米粘土-高分子材料的復(fù)合材料， 其中納米粘土可以為納米高嶺土或納米蒙脫土，高分子材料可以為硅樹脂、聚酰胺、聚烯烴 如聚乙烯或聚丙烯等，但并不以此為限。本實施例優(yōu)選納米蒙脫土 -聚乙烯復(fù)合材料，其具 有良好的機(jī)械性能、耐火阻燃性能、低煙無鹵性能，不僅可以為線纜10提供保護(hù)，有效抵御 機(jī)械、物理或化學(xué)等外來損傷，同時還能滿足環(huán)境保護(hù)的要求。本實施例所述保護(hù)結(jié)構(gòu)140 的材料優(yōu)選為納米蒙脫土-聚乙烯復(fù)合材料。本發(fā)明實施例中線纜10的制備方法主要包括以下步驟步驟一提供一纜芯110，并在所述纜芯110表面包覆所述絕緣結(jié)構(gòu)120。首先，提供一絕緣材料，本發(fā)明實施例中，所述絕緣材料為熔融的泡沫聚乙烯組合 物；其次，通過一擠壓裝置將所述絕緣材料包覆在所述纜芯110的外表面，冷卻后形成所述 絕緣結(jié)構(gòu)120。當(dāng)所述絕緣結(jié)構(gòu)120為兩層或兩層以上時，可重復(fù)上述步驟。步驟二 在絕緣結(jié)構(gòu)120的外表面包覆所述屏蔽結(jié)構(gòu)130。首先，提供一屏蔽材料，該屏蔽材料可為一帶狀結(jié)構(gòu)。其次，將該屏蔽材料圍繞所 述絕緣材料卷覆，進(jìn)而形成所述屏蔽結(jié)構(gòu)130。該屏蔽材料可選用一金屬膜、碳納米管膜或 碳納米管復(fù)合膜等膜狀結(jié)構(gòu)或碳納米管線、碳納米管復(fù)合線狀結(jié)構(gòu)或金屬線等線狀結(jié)構(gòu)。 另外，所述屏蔽材料也可由上述多種材料形成的編織層共同組成，并通過粘結(jié)劑粘結(jié)或直 接纏繞在所述絕緣材料外表面。本發(fā)明實施例中，所述屏蔽材料由多個碳納米管線組成，該碳納米管線直接或編 織成網(wǎng)狀纏繞在所述絕緣材料外。每個碳納米管線包括一扭轉(zhuǎn)的碳納米管線或非扭轉(zhuǎn)的碳 納米管線。所述非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線可為將從碳納米管陣列中直接拉取獲得的碳納米管膜 通過有機(jī)溶劑處理得到，該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個沿碳納米管線長度方向延伸并首 尾相連的碳納米管。所述扭轉(zhuǎn)的碳納米管線可為采用一機(jī)械力將所述碳納米管膜兩端沿相 反方向扭轉(zhuǎn)獲得。該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個繞碳納米管線軸向螺旋延伸的碳納米管。優(yōu)選地，所述帶狀結(jié)構(gòu)的屏蔽材料沿縱向邊緣進(jìn)行重疊，形成所述屏蔽結(jié)構(gòu)130， 以便完全屏蔽纜芯110。所述碳納米管線、碳納米管復(fù)合線狀結(jié)構(gòu)或金屬線等線狀結(jié)構(gòu)的屏 蔽材料可直接或編織成網(wǎng)狀纏繞在絕緣材料的外表面?？梢岳斫猓?dāng)所述屏蔽結(jié)構(gòu)130為 兩層或兩層以上結(jié)構(gòu)時，可重復(fù)上述步驟。該采用碳納米管線形成的屏蔽結(jié)構(gòu)130質(zhì)量較 輕。步驟三在屏蔽結(jié)構(gòu)130的外表面包覆所述保護(hù)結(jié)構(gòu)140。首先，提供一保護(hù)材料，本實施例優(yōu)選熔融的納米蒙脫土 -聚乙烯復(fù)合材料；其 次，將所述保護(hù)材料可通過一擠壓裝置包覆到所述屏蔽結(jié)構(gòu)外表面，冷卻后形成所述保護(hù) 結(jié)構(gòu)140。請參閱圖5，本發(fā)明第二實施例提供一種線纜20，其與第一實施例提供的線纜10 的結(jié)構(gòu)基本相同，所述線纜20包括一屏蔽結(jié)構(gòu)230，一保護(hù)結(jié)構(gòu)M0，其不同在于，所述線纜 20包括多個纜芯210 (圖5中共顯示七個纜芯)及多個絕緣結(jié)構(gòu)220。所述線纜20中每一 纜芯210外均覆蓋一絕緣結(jié)構(gòu)220，且所述覆蓋有絕緣結(jié)構(gòu)220的多個纜芯210彼此平行緊密排列形成一束狀結(jié)構(gòu)，所述屏蔽結(jié)構(gòu)230包覆于所述束狀結(jié)構(gòu)的外表面，所述保護(hù)結(jié)構(gòu) 240包覆于所述屏蔽結(jié)構(gòu)230的外表面。屏蔽結(jié)構(gòu)230和絕緣結(jié)構(gòu)220的間隙內(nèi)可進(jìn)一步 填充有絕緣材料。本實施例中所述線纜20包括多個平行緊密排列的纜芯210，可進(jìn)一步提 高所述線纜20的機(jī)械強(qiáng)度以及韌性。其中，所述每一纜芯210及絕緣結(jié)構(gòu)220、屏蔽結(jié)構(gòu) 230和保護(hù)結(jié)構(gòu)MO的結(jié)構(gòu)、材料及制備方法與第一實施例中的纜芯110、絕緣結(jié)構(gòu)120、屏 蔽結(jié)構(gòu)130和保護(hù)結(jié)構(gòu)140的結(jié)構(gòu)、材料及制備方法基本相同。請參閱圖6，本發(fā)明第三實施例提供一種線纜30，其與第二實施例提供的線纜20 的結(jié)構(gòu)基本相同，所述線纜30包括多個纜芯310(圖6中共顯示五個纜芯)、多個絕緣結(jié)構(gòu) 320、一保護(hù)結(jié)構(gòu)340，其不同在于，所述線纜30包括多個屏蔽層330。所述線纜30中每一 纜芯310的外表面由內(nèi)向外依次覆蓋一絕緣結(jié)構(gòu)320和一屏蔽結(jié)構(gòu)330，所述多個覆蓋有 絕緣結(jié)構(gòu)320及屏蔽結(jié)構(gòu)330的纜芯310彼此平行緊密排列形成一束狀結(jié)構(gòu)，所述保護(hù)結(jié) 構(gòu)340包覆于所述束狀結(jié)構(gòu)的外表面。本實施例中所述每一屏蔽結(jié)構(gòu)330對各個纜芯310 進(jìn)行單獨(dú)的屏蔽，這樣不僅可以防止外來因素對纜芯310內(nèi)部傳輸?shù)碾娦盘栐斐筛蓴_而且 可以防止各纜芯310內(nèi)傳輸?shù)牟煌娦盘栭g相互發(fā)生干擾。其中，每個纜芯310、絕緣結(jié)構(gòu) 320、屏蔽結(jié)構(gòu)330和保護(hù)結(jié)構(gòu)340的結(jié)構(gòu)、材料及制備方法與第一實施例中的纜芯110、絕 緣結(jié)構(gòu)120、屏蔽結(jié)構(gòu)130和保護(hù)結(jié)構(gòu)140的結(jié)構(gòu)、材料及制備方法基本相同。本發(fā)明提供的線纜的纜芯為包覆有碳納米管層的金屬線狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)所述金屬線狀 結(jié)構(gòu)為直徑18微米的金絲、碳納米管層的厚度為12微米時，所述纜芯的延展率可以從純 金絲時的5%提高到10%。這是由于碳納米管層緊密包覆于所述金屬線狀結(jié)構(gòu)表面，所述 碳納米管層將施加于纜芯的力較均勻的分散于整個纜芯，并且碳納米管本身具有較好的韌 性，從而能夠提高所述纜芯的抗拉伸能力，也意味著具有所述纜芯的線纜的抗拉伸能力得 到進(jìn)一步的提高。同時，由于碳納米管具有良好的導(dǎo)電性，因此可進(jìn)一步提高所述線纜的導(dǎo) 電能力。本發(fā)明提供的線纜具有以下優(yōu)點首先，由于碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)性能，且具 有中空的管狀結(jié)構(gòu)，因此，該含有碳納米管的線纜具有比采用純金屬纜芯的線纜更高的機(jī) 械強(qiáng)度、更輕的質(zhì)量，尤其是具有更好的延展性，適合特殊領(lǐng)域，如航天領(lǐng)域及空間設(shè)備的 應(yīng)用。其次，采用碳納米管包覆的金屬線狀結(jié)構(gòu)作為纜芯比采用純金屬線作為纜芯具有更 好的導(dǎo)電性。再次，由于碳納米管層可以通過直接從碳納米管陣列中拉取制造，該方法簡 單、成本較低。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)作其它變化，當(dāng)然這些依據(jù)本發(fā)明精 神所作的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種線纜，包括至少一個纜芯、包覆在纜芯外的至少一絕緣結(jié)構(gòu)、包覆在絕緣結(jié)構(gòu)外 的至少一屏蔽結(jié)構(gòu)和包覆在屏蔽結(jié)構(gòu)外的一保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述纜芯包括一金屬 線狀結(jié)構(gòu)及一碳納米管層，所述碳納米管層包覆于該金屬線狀結(jié)構(gòu)的表面，所述碳納米管 層為一連續(xù)的層狀結(jié)構(gòu)，所述碳納米管層由多個碳納米管組成，所述多個碳納米管通過范 德華力相連。
2.如權(quán)利要求1所述的線纜，其特征在于，所述碳納米管層中的大多數(shù)碳納米管沿所 述金屬線狀結(jié)構(gòu)的軸向環(huán)繞設(shè)置于該金屬線狀結(jié)構(gòu)的表面。
3.如權(quán)利要求2所述的線纜，其特征在于，所述碳納米管層中的大多數(shù)碳納米管基本 沿所述金屬線狀結(jié)構(gòu)的軸向螺旋延伸。
4.如權(quán)利要求3所述的線纜，其特征在于，所述大多數(shù)碳納米管中每一碳納米管與其 延伸方向上的相鄰碳納米管通過范德華力首尾相連。
5.如權(quán)利要求3所述的線纜，其特征在于，所述大多數(shù)碳納米管中每一碳納米管的延 伸方向與所述金屬線狀結(jié)構(gòu)的軸向形成交叉角α，0° < α <90°。
6.如權(quán)利要求1所述的線纜，其特征在于，所述碳納米管層中的大多數(shù)碳納米管相互 搭接成網(wǎng)絡(luò)狀，且環(huán)繞設(shè)置于該金屬線狀結(jié)構(gòu)的表面。
7.如權(quán)利要求1所述的線纜，其特征在于，所述碳納米管層包覆于該金屬線狀結(jié)構(gòu)的 整個表面。
8.如權(quán)利要求1所述的線纜，其特征在于，所述碳納米管層的厚度為1.5微米至10微 米。
9.如權(quán)利要求1所述的線纜，其特征在于，所述碳納米管層的厚度與纜芯直徑的比例 為 1 60 至 2 1。
10.如權(quán)利要求1所述的線纜，其特征在于，所述碳納米管層的厚度為12微米，所述金 屬線狀結(jié)構(gòu)的直徑為18微米，所述纜芯的延展率為10%。
11.如權(quán)利要求1所述的線纜，其特征在于，所述的線纜為同軸線纜，該同軸線纜包括 由內(nèi)至外同軸依次設(shè)置的一個纜芯、包覆纜芯外表面的一個絕緣結(jié)構(gòu)、包覆絕緣結(jié)構(gòu)外表 面的一個屏蔽結(jié)構(gòu)和包覆屏蔽結(jié)構(gòu)外表面的一個保護(hù)結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求1所述的線纜，其特征在于，所述的線纜包括多個纜芯、多個分別包覆 在每一個纜芯外的絕緣結(jié)構(gòu)、包覆絕緣結(jié)構(gòu)外的一個屏蔽結(jié)構(gòu)和包覆在屏蔽結(jié)構(gòu)外的一個 保護(hù)結(jié)構(gòu)，所述多個纜芯彼此平行排列。
13.如權(quán)利要求1所述的線纜，其特征在于，所述的線纜包括多個纜芯、多個分別包覆 在每一個纜芯外的絕緣結(jié)構(gòu)、多個分別包覆在每一個絕緣結(jié)構(gòu)外的屏蔽結(jié)構(gòu)和包覆在屏蔽 結(jié)構(gòu)外的一個保護(hù)結(jié)構(gòu)，所述多個纜芯彼此平行排列。
14.一種線纜，包括至少一個纜芯、包覆在纜芯外的至少一絕緣結(jié)構(gòu)、包覆在絕緣結(jié)構(gòu) 外的至少一屏蔽結(jié)構(gòu)和包覆在屏蔽結(jié)構(gòu)外的一保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述纜芯包括一金 屬線狀結(jié)構(gòu)及至少一碳納米管膜或至少一碳納米管線，所述至少一碳納米管膜或至少一碳 納米管線纏繞于該金屬線狀結(jié)構(gòu)的表面，所述至少一碳納米管膜或至少一碳納米管線為由 多個碳納米管組成的純結(jié)構(gòu)，所述至少一碳納米管膜或至少一碳納米管線中大多數(shù)碳納米 管通過范德華力首尾相連且擇優(yōu)取向延伸。
15.如權(quán)利要求14所述的線纜，其特征在于，所述至少一碳納米管膜或至少一碳納米管線為自支撐結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求14所述的線纜，其特征在于，所述至少一碳納米管膜或至少一碳納米 管線螺旋纏繞于所述金屬線狀結(jié)構(gòu)表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種線纜，包括一纜芯、依次包覆在該纜芯外的一絕緣結(jié)構(gòu)、一屏蔽結(jié)構(gòu)和一保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述纜芯包括一金屬線狀結(jié)構(gòu)及一碳納米管層，所述碳納米管層包覆于該金屬線狀結(jié)構(gòu)的表面，所述碳納米管層為一連續(xù)的層狀結(jié)構(gòu)，所述碳納米管層包括多個碳納米管，所述多個碳納米管通過范德華力相連。
文檔編號H01B7/18GK102063959SQ20101054960
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者范守善, 魏洋 申請人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司