本發(fā)明屬于電纜材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電線，具體涉及一種石墨烯電線。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)的進(jìn)步及人們生活水平的提高，電氣與我們的生活關(guān)系越來越密切，電線電纜是使用電氣產(chǎn)品時(shí)必須配套的產(chǎn)品之一，起著傳輸電力、傳遞信息和實(shí)現(xiàn)電磁能量轉(zhuǎn)換的作用，其主要由四個(gè)基本結(jié)構(gòu)組成，它們分別是導(dǎo)體、屏蔽層、絕緣層和護(hù)層。

目前，最常見的用來作為電線導(dǎo)體的是銅，但其成本高、電阻損耗相對較大且抗腐蝕性差。電線屏蔽層的材料主要采用在聚合物中均勻分散加入導(dǎo)電炭黑的方式制成，但由于炭黑導(dǎo)電性不理想且難分散，使得其體積電阻率較大，大量炭黑的添加會(huì)降低聚合物基體的力學(xué)性能，而且在高壓電場條件下容易產(chǎn)生尖端放電，導(dǎo)致材料擊穿，因而對電纜屏蔽均化電場效果不佳?，F(xiàn)有電線的外圈護(hù)套多是由橡膠制成的，但由于橡膠本身容易被腐蝕和老化，使得電纜外圈護(hù)套耐久度和抗腐蝕性都不佳。直接影響電線產(chǎn)品性能和使用壽命。

中國發(fā)明專利，授權(quán)公告號CN 205582608 U公開了一種納米石墨烯低壓電線，其采用在導(dǎo)體表面包覆納米石墨烯層來改善電導(dǎo)性性能，但由于導(dǎo)體銅導(dǎo)電性沒有石墨烯強(qiáng)，導(dǎo)電性還有提升空間，且納米石墨烯容易團(tuán)聚，不利于電導(dǎo)率的提高；中國發(fā)明專利，授權(quán)公告號CN103739929B公開了電纜用含石墨烯的聚烯烴高半導(dǎo)電屏蔽料及其制備方法，其將石墨烯均勻分散到乙烯-醋酸乙烯共聚物中來提高屏蔽效果，但無機(jī)材料與高分子共聚物之間粘結(jié)力低，石墨烯均勻分散難度大，使用過程中易出現(xiàn)滲透現(xiàn)象。

因此，需要尋求更為有效的方法，制備價(jià)格低廉、性能優(yōu)異，且使用壽命長的電線。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種石墨烯電線，該電線制備方法簡單、價(jià)格低廉、具有較高的導(dǎo)電率，電阻損耗相對較小、抗腐蝕性強(qiáng)、耐久度大、屏蔽均化電場效果好，且使用壽命長。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種石墨烯電線，包括導(dǎo)體、石墨烯基共混物屏蔽層、絕緣層和外護(hù)套層，其特征在于，所述導(dǎo)體為化學(xué)摻雜石墨烯纖維絞繞或是捆扎成化學(xué)摻雜石墨烯纖維束；所述導(dǎo)體外同心包覆擠包有石墨烯基共混物屏蔽層，在石墨烯基共混物屏蔽層外同心包覆擠包有絕緣層，構(gòu)成一根絕緣線芯；每根電線包括至少2根絕緣線芯相切排列。在所有的絕緣線芯的外側(cè)擠包包帶層，包帶層外通過擠包方式包覆有外護(hù)套層，所述外護(hù)套層外還設(shè)有石墨烯導(dǎo)電涂層，用于接地連接。其中，所述石墨烯導(dǎo)電涂層可以為導(dǎo)電石墨烯粉末層、導(dǎo)電石墨烯復(fù)合膠層或?qū)щ娛?fù)合涂料層中的一種。

所述石墨烯基共混物屏蔽層為石墨烯基共聚物與乙烯-醋酸乙烯共聚物的共混物，其中，石墨烯以化學(xué)鍵的形式鏈接在共聚物主鏈上。其制備方法包括如下步驟：1)乙烯基苯胺-乙烯基二茂鐵共聚物的制備：將乙烯基苯胺、乙烯基二茂鐵和引發(fā)劑溶于極性溶劑中，在惰性氛圍保護(hù)下進(jìn)行聚合反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束之后，經(jīng)過溶解、沉淀、洗滌和干燥，得到乙烯基苯胺-醋酸乙烯基二茂鐵共聚物；2)石墨烯基共聚物的制備：將經(jīng)步驟1)制備得到的乙烯基苯胺-醋酸乙烯基二茂鐵共聚物溶于N-甲基吡咯烷酮中，并在其中加入氧化石墨烯，超聲20-30min，80-100℃下攪拌反應(yīng)48h，后用水沉降，過濾，水洗至中性，在60℃下烘干制得石墨烯基共聚物；3)石墨烯基共混物的制備：將經(jīng)步驟2)制備得到的石墨烯基共聚物與乙烯-醋酸乙烯共聚物按照質(zhì)量比為(30-40):100的比例混合均勻，然后加入到擠出機(jī)中擠出成型，得到石墨烯基共混物；

其中，步驟1)所述乙烯基苯胺、乙烯基二茂鐵、引發(fā)劑和極性溶劑的質(zhì)量比為70:30:0.5:(300-500)；

所述惰性氛圍為氮?dú)夥諊?、氬氣氛圍、氦氣氛圍、氖氣氛圍中的一種或幾種；所述極性溶劑選自：N,N-二甲基甲酰胺、二甲亞砜、N-甲基吡咯烷酮中的一種或幾種；所述引發(fā)劑選自偶氮二異丁腈和偶氮二異庚腈中的一種；所述聚合反應(yīng)為溶液聚合，聚合反應(yīng)溫度為80～100℃，聚合時(shí)間為4～6h。

步驟2)所述乙烯基苯胺-醋酸乙烯基二茂鐵共聚物、氧化石墨烯和N-甲基吡咯烷酮的質(zhì)量比為2:1:(5-8)；

所述化學(xué)摻雜石墨烯纖維的制備方法，包括如下步驟：將石墨烯纖維浸泡在溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6-10％的氯化銅水溶液中10-20小時(shí)，后在60℃下烘干備用。

所述絕緣層為HDPE、PTFE/FEP或PFA任何一種材料制成。

所述包帶層由無紡布材料制成；所述外護(hù)套層由聚氯乙烯制成。

所述導(dǎo)體的橫截面為圓形或扇形。

由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明提供的石墨烯電線制備成本較低，對設(shè)備要求不高；

(2)本發(fā)明提供的石墨烯電線，循環(huán)壽命長、能量密度高；

(3)本發(fā)明提供的石墨烯電線，由于采用了化學(xué)摻雜石墨烯纖維作為導(dǎo)體，大大降低了導(dǎo)體的電阻率，提高了輸電效率，增強(qiáng)了其力學(xué)性能和抗腐蝕性，使電纜壽命大大加強(qiáng)。

(4)本發(fā)明提供的石墨烯電線，通過直接浸泡氯化銅溶液的方法化學(xué)摻雜石墨烯纖維，以提高其導(dǎo)電率，較現(xiàn)有技術(shù)簡便，對設(shè)備要求低。

(5)本發(fā)明提供的石墨烯電線，屏蔽層采用石墨烯基共混物材料制備，屏蔽均化電場效果更好，石墨烯以化學(xué)鍵的方式與聚合物連接，有利于石墨烯的分散，從而提高屏蔽效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種石墨烯電線實(shí)施例1的線芯截面示意圖。

圖2為本發(fā)明一種石墨烯電線實(shí)施例1的電纜截面示意圖。

圖3為本發(fā)明一種石墨烯電線實(shí)施例1的線芯與線芯連接放大示意圖。

附圖標(biāo)號說明：1-導(dǎo)體，2-石墨烯基共混物屏蔽層，3-絕緣層，4-包帶層，5-外護(hù)套層，6-線芯，7-石墨烯導(dǎo)電涂層。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明產(chǎn)品作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例1

如圖1至圖3所示，一種石墨烯電線，包括導(dǎo)體1、石墨烯基共混物屏蔽層2、絕緣層3和外護(hù)套層5，所述導(dǎo)體1為化學(xué)摻雜石墨烯纖維絞繞或是捆扎成化學(xué)摻雜石墨烯纖維束；所述導(dǎo)體1外同心包覆擠包有石墨烯基共混物屏蔽層2，在石墨烯基共混物屏蔽層2外同心包覆擠包有絕緣層3，構(gòu)成一根絕緣線芯6；每根電線包括至少2根絕緣線芯相切排列。在所有的絕緣線芯6的外側(cè)擠包包帶層4，包帶層4外通過擠包方式包覆有外護(hù)套層5，所述外護(hù)套層5外還設(shè)有石墨烯導(dǎo)電涂層7，用于接地連接。其中，所述石墨烯導(dǎo)電涂層7可以為導(dǎo)電石墨烯粉末層、導(dǎo)電石墨烯復(fù)合膠層或?qū)щ娛?fù)合涂料層中的一種。

所述石墨烯基共混物屏蔽層2為石墨烯基共聚物與乙烯-醋酸乙烯共聚物的共混物，其中，石墨烯以化學(xué)鍵的形式連接在共聚物主鏈上。其制備方法包括如下步驟：1)乙烯基苯胺-乙烯基二茂鐵共聚物的制備：將乙烯基苯胺1400g、乙烯基二茂鐵600g和偶氮二異丁腈10g溶于N,N-二甲基甲酰胺6000g中，在氮?dú)夥諊Ｗo(hù)下80℃進(jìn)行聚合反應(yīng)，聚合時(shí)間為4h，反應(yīng)結(jié)束之后，經(jīng)過溶解、沉淀、洗滌和干燥得到乙烯基苯胺-乙烯基二茂鐵共聚物；2)石墨烯基共聚物的制備：將經(jīng)步驟1)制備得到的乙烯基苯胺-乙烯基二茂鐵共聚物1000g溶于N-甲基吡咯烷酮2500g中，并在其中加入氧化石墨烯500g，超聲20min，80℃下攪拌反應(yīng)48h，后用水沉降，過濾，水洗至中性，在60℃下烘干制得石墨烯基共聚物；3)石墨烯基共混物的制備：將經(jīng)步驟2)制備得到的石墨烯基共聚物與乙烯-醋酸乙烯共聚物按照質(zhì)量比為30:100的比例混合均勻，然后加入到擠出機(jī)中擠出成型，得到石墨烯基共混物；

所述化學(xué)摻雜石墨烯纖維的制備方法。包括如下步驟：將石墨烯纖維浸泡在溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6％的氯化銅水溶液中20小時(shí)，后在60℃下烘干備用；

所述絕緣層3為HDPE材料制成；

所述包帶層4由無紡布材料制成；所述外護(hù)套層5由聚氯乙烯制成；

所述導(dǎo)體1的橫截面為圓形。

實(shí)施例2

一種石墨烯電線，包括導(dǎo)體1、石墨烯基共混物屏蔽層2、絕緣層3和外護(hù)套層5，所述導(dǎo)體1為化學(xué)摻雜石墨烯纖維絞繞或是捆扎成化學(xué)摻雜石墨烯纖維束；所述導(dǎo)體1外同心包覆擠包有石墨烯基共混物屏蔽層2，在石墨烯基共混物屏蔽層2外同心包覆擠包有絕緣層3，構(gòu)成一根絕緣線芯6；每根電線包括至少2根絕緣線芯相切排列。在所有的絕緣線芯6的外側(cè)擠包包帶層4，包帶層4外通過擠包方式包覆有外護(hù)套層5，所述外護(hù)套層5外還設(shè)有石墨烯導(dǎo)電涂層7，用于接地連接。其中，所述石墨烯導(dǎo)電涂層7可以為導(dǎo)電石墨烯粉末層、導(dǎo)電石墨烯復(fù)合膠層或?qū)щ娛?fù)合涂料層中的一種。

所述石墨烯基共混物屏蔽層2為石墨烯基共聚物與乙烯-醋酸乙烯共聚物的共混物，其中，石墨烯以化學(xué)鍵的形式連接在共聚物主鏈上。其制備方法包括如下步驟：1)乙烯基苯胺-乙烯基二茂鐵共聚物的制備：將乙烯基苯胺1400g、乙烯基二茂鐵600g和偶氮二異庚腈10g溶于二甲亞砜6000g中，在氬氣氛圍保護(hù)下90℃進(jìn)行聚合反應(yīng)，聚合反應(yīng)時(shí)間5小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束之后，經(jīng)過溶解、沉淀、洗滌和干燥得到乙烯基苯胺-乙烯基二茂鐵共聚物；2)石墨烯基共聚物的制備：將經(jīng)步驟1)制備得到的乙烯基苯胺-乙烯基二茂鐵共聚物1000g溶于N-甲基吡咯烷酮3000g中，并在其中加入氧化石墨烯500g，超聲25min，88℃下攪拌反應(yīng)48h，后用水沉降，過濾，水洗至中性，在60℃下烘干制得石墨烯基共聚物；3)石墨烯基共混物的制備：將經(jīng)步驟2)制備得到的石墨烯基共聚物與乙烯-醋酸乙烯共聚物按照質(zhì)量比為35:100的比例混合均勻，然后加入到擠出機(jī)中擠出成型，得到共混物；

所述化學(xué)摻雜石墨烯纖維的制備方法。包括如下步驟：將石墨烯纖維浸泡在溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7％的氯化銅水溶液中12小時(shí)，后在60℃下烘干備用；

所述絕緣層3為PTFE材料制成；

所述包帶層4由無紡布材料制成；所述外護(hù)套層5由聚氯乙烯制成；

所述導(dǎo)體1的橫截面為扇形。

實(shí)施例3

一種石墨烯電線，包括導(dǎo)體1、石墨烯基共混物屏蔽層2、絕緣層3和外護(hù)套層5，其特征在于，所述導(dǎo)體1為化學(xué)摻雜石墨烯纖維絞繞或是捆扎成化學(xué)摻雜石墨烯纖維束；所述導(dǎo)體1外同心包覆擠包有石墨烯基共混物屏蔽層2，在石墨烯基共混物屏蔽層2外同心包覆擠包有絕緣層3，構(gòu)成一根絕緣線芯6；每根電線包括至少2根絕緣線芯相切排列。在所有的絕緣線芯6的外側(cè)擠包包帶層4，包帶層4外通過擠包方式包覆有外護(hù)套層5，所述外護(hù)套層5外還設(shè)有石墨烯導(dǎo)電涂層7，用于接地連接。其中，所述石墨烯導(dǎo)電涂層7可以為導(dǎo)電石墨烯粉末層、導(dǎo)電石墨烯復(fù)合膠層或?qū)щ娛?fù)合涂料層中的一種。

所述石墨烯基共混物屏蔽層2為石墨烯基共聚物與乙烯-醋酸乙烯共聚物的共混物，其中，石墨烯以化學(xué)鍵的形式連接在共聚物主鏈上。其制備方法包括如下步驟：1)乙烯基苯胺-乙烯基二茂鐵共聚物的制備：將乙烯基苯胺1400g、乙烯基二茂鐵600g和偶氮二異丁腈10g溶于N-甲基吡咯烷酮7000g中，在氖氣氛圍保護(hù)下100℃進(jìn)行聚合反應(yīng)，聚合反應(yīng)時(shí)間5.5小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束之后，經(jīng)過溶解、沉淀、洗滌和干燥得到乙烯基苯胺-乙烯基二茂鐵共聚物；2)石墨烯基共聚物的制備：將經(jīng)步驟1)制備得到的乙烯基苯胺-乙烯基二茂鐵共聚物1000g溶于N-甲基吡咯烷酮3500g中，并在其中加入氧化石墨烯500g，超聲28min，90℃下攪拌反應(yīng)48h，后用水沉降，過濾，水洗至中性，在60℃下烘干制得石墨烯基共聚物；3)石墨烯基共混物的制備：將經(jīng)步驟2)制備得到的石墨烯基共聚物與乙烯-醋酸乙烯共聚物按照質(zhì)量比為36:100的比例混合均勻，然后加入到擠出機(jī)中擠出成型，得到共混物。

所述化學(xué)摻雜石墨烯纖維的制備方法，包括如下步驟：將石墨烯纖維浸泡在溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％的氯化銅水溶液中13小時(shí)，后在60℃下烘干備用；

所述絕緣層3為HDPE材料制成；

所述包帶層4由無紡布材料制成；所述外護(hù)套層5由聚氯乙烯制成；

所述導(dǎo)體1的橫截面為圓形。

實(shí)施例4

一種石墨烯電線，包括導(dǎo)體1、石墨烯基共混物屏蔽層2、絕緣層3和外護(hù)套層5，其特征在于，所述導(dǎo)體1為化學(xué)摻雜石墨烯纖維絞繞或是捆扎成化學(xué)摻雜石墨烯纖維束；所述導(dǎo)體1外同心包覆擠包有石墨烯基共混物屏蔽層2，在石墨烯基共混物屏蔽層2外同心包覆擠包有絕緣層3，構(gòu)成一根絕緣線芯6；每根電線包括至少2根絕緣線芯相切排列。在所有的絕緣線芯6的外側(cè)擠包包帶層4，包帶層4外通過擠包方式包覆有外護(hù)套層5，所述外護(hù)套層5外還設(shè)有石墨烯導(dǎo)電涂層7，用于接地連接。其中，所述石墨烯導(dǎo)電涂層7可以為導(dǎo)電石墨烯粉末層、導(dǎo)電石墨烯復(fù)合膠層或?qū)щ娛?fù)合涂料層中的一種。

所述石墨烯基共混物屏蔽層2為石墨烯基共聚物與乙烯-醋酸乙烯共聚物的共混物，其中，石墨烯以化學(xué)鍵的形式連接在共聚物主鏈上。其制備方法包括如下步驟：1)乙烯基苯胺-乙烯基二茂鐵共聚物的制備：將乙烯基苯胺1400g、乙烯基二茂鐵600g和偶氮二異庚腈10g溶于N-甲基吡咯烷酮9000g中，在氦氣氛圍保護(hù)下97℃進(jìn)行聚合反應(yīng)，聚合反應(yīng)時(shí)間6小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束之后，經(jīng)過溶解、沉淀、洗滌和干燥得到乙烯基苯胺-乙烯基二茂鐵共聚物；2)石墨烯基共聚物的制備：將經(jīng)步驟1)制備得到的乙烯基苯胺-乙烯基二茂鐵共聚物1000g溶于N-甲基吡咯烷酮4000g中，并在其中加入氧化石墨烯500g，超聲28min，90℃下攪拌反應(yīng)48h，后用水沉降，過濾，水洗至中性，在60℃下烘干制得石墨烯基共聚物；3)石墨烯基共混物的制備：將經(jīng)步驟2)制備得到的石墨烯基共聚物與乙烯-醋酸乙烯共聚物按照質(zhì)量比為40:100的比例混合均勻，然后加入到擠出機(jī)中擠出成型，得到共混物。

所述化學(xué)摻雜石墨烯纖維的制備方法。包括如下步驟：將石墨烯纖維浸泡在溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的氯化銅水溶液中19小時(shí)，后在60℃下烘干備用。所述絕緣層3為PFA材料制成；

所述包帶層4由無紡布材料制成；所述外護(hù)套層5由聚氯乙烯制成；

所述導(dǎo)體1的橫截面為扇形。

本發(fā)明實(shí)施例采用氯化銅摻雜的石墨烯纖維作為電線的導(dǎo)體，由于石墨烯的電子運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度，是目前發(fā)現(xiàn)的地球上電子運(yùn)動(dòng)速度最快的導(dǎo)電材料。同時(shí)，石墨烯在二維平面上的電阻率為10^-6Ω·cm，小于最佳的金屬導(dǎo)體銀(銀的電阻率為1.58x10^-6Ω·cm)，而其導(dǎo)電密度是銅的一百倍，使得電導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)有技術(shù)中的銅；另一方面，本發(fā)明只有使用石墨烯，避免了現(xiàn)有技術(shù)中用石墨烯包覆銅導(dǎo)體產(chǎn)生的粘結(jié)力不足，容易產(chǎn)生相分離，且石墨烯容易團(tuán)聚，很難均勻分散的缺陷。現(xiàn)有技術(shù)，申請公開號：CN10544017A中有公開用氯化銅等摻雜石墨烯能大大提高其導(dǎo)電性，但其使用的是氯化銅的蒸汽化學(xué)摻雜，增加了公用工程能力損耗，且需要石英管等儀器設(shè)備，增加了電纜線成本，本發(fā)明只需簡單的浸泡的方法，就能達(dá)到同樣高的導(dǎo)電率。

本發(fā)明實(shí)施例采用石墨烯基共混物作為電纜屏蔽層材料，一方面，聚苯胺、聚乙烯基二茂鐵自身電阻小，能使得屏蔽層材料具備一定的導(dǎo)電性，通過共聚形成共聚物，再通過聚合物上的氨基與氧化石墨烯表面的羧基間的化學(xué)反應(yīng)，將具有較好導(dǎo)電性和抗腐蝕性的氧化石墨烯以化學(xué)鍵鏈接在聚合物主鏈上，有利于小分子氧化石墨烯的分散，通過共聚物共混能增加結(jié)合力，有機(jī)物-有機(jī)物之間結(jié)合力大于無機(jī)-有機(jī)界面間作用力，從而提高電線屏蔽效果及耐久度。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制；凡本行業(yè)的普通技術(shù)人員均可按說明書附圖所示和以上所述而順暢地實(shí)施本發(fā)明；但是，凡熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，可利用以上所揭示的技術(shù)內(nèi)容而作出的些許更動(dòng)、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實(shí)施例；同時(shí)，凡依據(jù)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)技術(shù)對以上實(shí)施例所作的任何等同變化的更動(dòng)、修飾與演變等，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。