專利名稱：一種抗干擾非金屬線纜及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非金屬特種線纜，一種用于通訊、其他信號傳輸領(lǐng)域的抗干擾、起屏蔽作用的新型非金屬線纜。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)、信息處理設(shè)備、電子通信設(shè)備及各種電器設(shè)備作為信息技術(shù)的載體已在各個行業(yè)廣泛應(yīng)用，特別是電子元件小型化、高度集成化以及電子儀器儀表輕量化、高速化和數(shù)字化；電磁信號，由于其易受外界電磁干擾而出現(xiàn)動作失誤，從而帶來嚴(yán)重后果，因此必須采取各種有效防護措施，才能保障其不受干擾和癱瘓。
更引起人們關(guān)注的是電磁信息泄密關(guān)系到國家政治、經(jīng)濟、軍事等的安全問題根據(jù)報導(dǎo)，普通計算機輻射帶信息的電磁波，可在1000米以外被接收和發(fā)現(xiàn)，造成政治、經(jīng)濟、國防、科技等方面的重要情報泄密?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭中電子設(shè)備高度密集，伴隨出現(xiàn)四維戰(zhàn)場---電磁戰(zhàn)/電子對抗，其中防信息泄密是作戰(zhàn)取勝的重要保證。從電磁信號泄露失密方面而言，無論軍事機密或是商業(yè)機密，通過電磁波的泄露，都會給相關(guān)單位造成極大的損失，為此必須采取相應(yīng)的屏蔽措施，防止電磁信號泄露和被偵測，以防失密；從預(yù)防電磁波污染來講，現(xiàn)在對各種電磁污染危害的防護已引起環(huán)保部門和有關(guān)方面的高度重視，屏蔽電磁污染使其限定在一定區(qū)域，已成為環(huán)保領(lǐng)域最為活躍的研究課題之一。同時，世界先進發(fā)達國家對電子、信息產(chǎn)品的電磁兼容性能要求較高，我國的電子，信息產(chǎn)品要參與國際化的競爭，必須進行電磁兼容設(shè)計，進行電磁屏蔽處理。
電磁屏蔽材料主要有兩種作用，一是保護電子線路免受外部電磁波的干擾，二是防止內(nèi)部產(chǎn)生的干擾波向外部發(fā)射，即起隔離內(nèi)外電磁波的作用。由鋁、鋼、銅組合的屏蔽體，對電磁波有很大的反射損耗，所以只適用電屏蔽。鐵和高導(dǎo)磁率的合金體則對磁場波有很大的吸收損耗，所以適用在磁屏蔽環(huán)境。如果條件允許可用不銹鋼制造具有很高可靠性的電磁屏蔽機殼。
導(dǎo)電橡膠是在硅橡膠中摻入玻璃纖維鍍銀、鋁鍍銀、銀等導(dǎo)電顆粒，使這種復(fù)合材料既保持了一定的彈性，又具有金屬的導(dǎo)電性。雙層導(dǎo)電橡膠則僅在橡膠的外層摻入導(dǎo)電顆粒，因而能夠最大限度地保持橡膠的彈性，并且降低了成本，是一種新型的屏蔽材料，大有代替普通導(dǎo)電橡膠的趨勢。導(dǎo)電橡膠具有良好的電磁密封能力，在一定壓力下能夠提供良好的導(dǎo)電性，同時，還保持了橡膠對水氣密封的功能，主要用于要求密封或者頻率范圍特別寬(高達40GHz以上)、并具有優(yōu)良屏蔽性能的場合，如艦載設(shè)備和軍用電子機箱等。
與金屬填充物相比，碳纖維具有質(zhì)量輕的優(yōu)點。碳纖維是纖維狀的碳材料，及其化學(xué)組成中碳元素占總質(zhì)量的90％以上。元素碳根據(jù)其原子結(jié)合方式的不同，可形成金剛石、石墨、卡賓等結(jié)晶態(tài)。隨先驅(qū)物和熱處理條件的變化，密度在1.6-2.g/cm3變化，其力學(xué)性能也在一定范圍變化。含量在99％以上的纖維又稱石墨纖維，但在大多數(shù)場合下用“碳纖維”來泛指含石墨纖維的所有碳纖維。碳纖維最突出的特點是強度大和模量高、密度小，和碳纖維材料一樣具有很好的耐高溫、耐腐蝕性。碳纖維的強度超過金屬鈦和最強的鋼，強度僅遜色于PBO(芳雜環(huán)高聚物纖維)等少數(shù)纖維，模量超過所有金屬、有機高分子和無機陶瓷纖維。碳纖維有較好的熱、點傳導(dǎo)性，阻燃性能良好，熱膨脹系數(shù)極低，并且還具有低輻射線吸收性、非磁性和不磁化、極好的振動阻尼性、抗蠕變和抗疲勞性能以及生物相容性。碳纖維的缺點是脆性、耐磨性及壓縮性能較差。
復(fù)合碳纖維是在制造過程中將碳纖維原料與其他成分混合而得的一種新型碳纖維。這是碳纖維改性的新途徑。國外曾經(jīng)報道鐵系金屬粉末混入碳纖維制得復(fù)合纖維。首先在聚丙烯腈或者木質(zhì)系碳纖維等有機纖維原料中按照一定的體積比混入直徑為0.3-10um的金屬粉末，然后將紡織的有機纖維置于真空或者惰性氣體的氣氛中、加熱350-800℃碳化。用這種方法制得的復(fù)合纖維具有較高的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠取代現(xiàn)有的一些價格昂貴、施工不便、維護困難的屏蔽電纜和保密用、辮接用屏蔽材料，通過多種復(fù)合方法而成的一種特殊線纜。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種抗干擾非金屬線纜，其特征在于它采用碳纖維作為導(dǎo)體，本電纜包括碳纖維復(fù)合體，碳纖維復(fù)合體外包覆一層PTC材料，PTC材料外包覆一層絕緣護套；所述的碳纖維復(fù)合體為碳纖維經(jīng)熱處理包覆一層金屬或非金屬；所述的碳纖維復(fù)合體為碳纖維表面鍍覆SiC，或沉積石墨、碳黑粒子；所述的一種抗干擾非金屬線纜的制造方法，其特征在于它先采用直徑為7u左右碳纖維作為基礎(chǔ)，根據(jù)客戶的不同需要進行編織，如需要200歐姆的米電阻，則將3根碳纖維進行并聯(lián)編織；如需要100歐姆的米電阻，則將6根碳纖維進行并聯(lián)編織；依此類推可以利用不同粒徑的碳纖維制出各種阻值的碳纖維線纜；然后將編織出來的不同米電阻的碳纖維線纜進行表面包縛將碳纖維線纜通過一定截面積的擠出機模頭，在其表面包縛一層具有特殊導(dǎo)電屏蔽功能的PTC材料，材料厚度可以根據(jù)屏蔽要求的不同進行調(diào)整，一般PTC材料厚度在0.2mm-2mm之間，如一種碳黑添加量為20％的PTC材料包縛而成的抗干擾非金屬線纜對600MHz的屏蔽效果為47dB；再將包縛而成的碳纖維線纜進行表面輻照處理，以增加材料的抗老化穩(wěn)定性能，照光劑量為0.1至15百萬拉德之間，不同的照光劑量可以得到不同的材料穩(wěn)定性，如光照劑量為12百萬拉德得到的碳纖維抗干擾非金屬電纜在65℃相對濕度90％的條件下，經(jīng)過3000次循環(huán)試驗，電性能基本上不變；碳纖維線纜經(jīng)輻照處理后，進行熱處理消除內(nèi)應(yīng)力，一般熱處理溫度為120℃，3個小時；最后對線纜進行外護套的包縛處理，一般是包縛無煙低鹵的阻燃聚乙烯，也可以根據(jù)應(yīng)用場合的不同包縛更高耐溫等級、阻燃、優(yōu)異抗老化性能的氟塑料；外護套包縛而成的碳纖維，即為抗干擾非金屬線纜。
本抗干擾非金屬線纜，是采用高導(dǎo)電功能的碳纖維作為導(dǎo)體，通過特殊的表面處理，進一步提高碳纖維的導(dǎo)電性和電磁性能，具有較高的電磁屏蔽性。本發(fā)明制成的抗干擾非金屬線纜，在20-2000MHz的電信號范圍內(nèi)，材料的屏蔽效果SE可達到45dB以上。


圖1為本抗干擾非金屬線纜的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本抗干擾非金屬線纜由碳纖維復(fù)合體1外包覆一層PTC材料層2，PTC材料外包覆一層絕緣護套3組成。
本專利采用碳纖維作為一種導(dǎo)體，在非金屬抗干擾線纜中起到導(dǎo)電的作用。根據(jù)應(yīng)運場合對導(dǎo)電性能的不同要求，可以采用不同規(guī)格的碳纖維材料，如不同的比表面積、纖維股數(shù)、長徑比來決定材料的導(dǎo)電性能。例如本專利中使用的碳纖維材料長徑比為714時，對20-2000MHz的電磁波屏蔽效果為30dB。
同時碳纖維也作為一種載體，通過采取一些特殊的處理工藝如熱處理、包覆金屬、非金屬等來提高碳纖維的電磁性能，使得碳纖維的電導(dǎo)率隨熱處理溫度的升高而增大。其電阻率變化在1000℃以下，電阻率隨溫度的升高而急劇下降，在1000℃以上，變化較為緩慢，高溫處理后得到的石墨纖維的導(dǎo)電率已經(jīng)逐步接近導(dǎo)體，是電磁波的反射材料，具有較高的電磁屏蔽性。
還可以借助特殊的工藝處理方法得到進一步的提高碳纖維的導(dǎo)電性能和電磁屏蔽性能，這些方法包括在碳纖維表面包覆金屬，鍍覆SiC，沉積石墨碳粒，將纖維原料與其他成分混合制得復(fù)合碳纖維等。本專利中通過化學(xué)沉積的方法，表面沉積一層SiC，電導(dǎo)率為400s/cm，在頻率為500MHz的情況下，測試其屏蔽效果為46dB。
經(jīng)過特殊處理后的碳纖維，再通過熔融共擠的方法，使高導(dǎo)電性的碳纖維表面包覆一層具有特殊功效的PTC材料，可以通過PTC材料厚度的不同來調(diào)節(jié)屏蔽效果，可以接近于銅箔屏蔽的效果。
本發(fā)明經(jīng)過PTC包覆而成的碳纖維，在其外層包覆不同材質(zhì)的絕緣護套材料，這樣就制成了具有優(yōu)良屏蔽效果的抗干擾非金屬線纜。
可以根據(jù)使用場合的不同，來選擇護套材料，比如高溫工作條件下采用耐溫的PTFE、FEP、FFP等，一般工作條件下可以使用PP、PE等。
采用此種方法制成的抗干擾非金屬電纜，在20-2000MHz的電信號范圍內(nèi)，材料的屏蔽效果SE可達到45dB以上。
本專利制造方法為1.利用直徑為7u左右碳纖維作為基礎(chǔ)(此規(guī)格碳纖維材料每米長度大概為600歐姆作用)，根據(jù)客戶的不同需要進行編織，如需要200歐姆的米電阻，則將3根碳纖維進行并聯(lián)編織；如需要100歐姆的米電阻，則將6根碳纖維進行并聯(lián)編織；依此類推可以利用不同粒徑的碳纖維制出各種阻值的碳纖維線纜2.將編織出來的不同米電阻的碳纖維線纜進行表面包縛。將碳纖維線纜通過一定截面積的擠出機模頭，在其表面包縛一層具有特殊導(dǎo)電屏蔽功能的PTC材料，材料厚度可以根據(jù)屏蔽要求的不同進行調(diào)整，一般PTC材料厚度在0.2mm-2mm之間，如一種碳黑添加量為20％的PTC材料包縛而成的抗干擾非金屬電纜對600MHz的屏蔽效果為47dB3.將包縛而成的碳纖維線纜進行表面輻照處理，以增加材料的抗老化穩(wěn)定性能，照光劑量為0.1至15百萬拉德之間，不同的照光劑量可以得到不同的材料穩(wěn)定性，如光照劑量為12百萬拉德得到的碳纖維抗干擾非金屬電纜在65℃相對濕度90％的條件下，經(jīng)過3000次循環(huán)試驗，電性能基本上不變。
4.輻照處理后，進行熱處理消除應(yīng)力，一般熱處理溫度為120℃，3個小時。
5.最后對線纜進行外護套的包縛處理，一般是包縛無煙低鹵的阻燃聚乙烯，也可以根據(jù)應(yīng)用場合的不同包縛更高耐溫阻燃、抗老化的氟塑料。
6.外護套包縛而成的碳纖維，即為抗干擾非金屬線纜。
權(quán)利要求
1.一種抗干擾非金屬線纜，其特征在于它采用碳纖維作為導(dǎo)體，本線纜包括碳纖維復(fù)合體，碳纖維復(fù)合體外包覆一層PTC材料，PTC材料外包覆一層絕緣護套。
2.如權(quán)利要求1所述的一種抗干擾非金屬線纜，其特征在于所述的碳纖維復(fù)合體為碳纖維經(jīng)熱處理包覆一層金屬或非金屬。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種抗干擾非金屬線纜，其特征在于所述的碳纖維復(fù)合體為碳纖維表面鍍覆SiC，或沉積石墨、碳黑粒子。
4.如權(quán)利要求1所述的一種抗干擾非金屬線纜的制造方法，其特征在于它先采用直徑為7u左右碳纖維作為基礎(chǔ)，根據(jù)客戶的不同需要進行編織，如需要200歐姆的米電阻，則將3根碳纖維進行并聯(lián)編織；如需要100歐姆的米電阻，則將6根碳纖維進行并聯(lián)編織；依此類推可以利用不同粒徑的碳纖維制出各種阻值的碳纖維線纜；然后將編織出來的不同米電阻的碳纖維線纜進行表面包縛將碳纖維線纜通過一定截面積的擠出機模頭，在其表面包縛一層具有特殊導(dǎo)電屏蔽功能的PTC材料，材料厚度可以根據(jù)屏蔽要求的不同進行調(diào)整，一般PTC材料厚度在0.2mm-2mm之間，如一種碳黑添加量為20％的PTC材料包縛而成的抗干擾非金屬線纜對600MHz的屏蔽效果為47dB；再將包縛而成的碳纖維線纜進行表面輻照處理，以增加材料的抗老化穩(wěn)定性能，照光劑量為0.1至15百萬拉德之間，不同的照光劑量可以得到不同的材料穩(wěn)定性，如光照劑量為12百萬拉德得到的碳纖維抗干擾非金屬電纜在65℃相對濕度90％的條件下，經(jīng)過3000次循環(huán)試驗，電磁性能基本上不變；碳纖維線纜經(jīng)輻照處理后，進行熱處理消除內(nèi)應(yīng)力，一般熱處理溫度為120℃，3個小時；最后對線纜進行外護套的包縛處理，一般是包縛無煙低鹵的阻燃聚乙烯，也可以根據(jù)應(yīng)用場合的不同包縛更高耐溫等級、阻燃、優(yōu)異抗老化的氟塑料；外護套包縛而成的碳纖維，即為抗干擾非金屬線纜。
全文摘要
一種抗干擾非金屬線纜，涉及一種用于通訊、其他信號傳輸領(lǐng)域的抗干擾、起屏蔽作用的新型非金屬線纜。其主要技術(shù)特征是它采用碳纖維作為導(dǎo)體，本電纜包括碳纖維復(fù)合體，碳纖維復(fù)合體外包覆一層PTC材料，PTC材料外包覆一層絕緣護套。采用此種方法制成的抗干擾非金屬電纜，在20－2000MHz的電信號范圍內(nèi)，材料的屏蔽效果SE可達到45dB以上。
文檔編號H01B7/17GK1805066SQ20061004925
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月24日
發(fā)明者袁建波, 丁海燕 申請人:袁大銘