CN110164603A - 一种柔性石墨烯电缆线及其制备方法和接线方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性石墨烯电缆线及其制备方法和接线方法，包括依次贴合设置的四层，其从外至内依次为绝缘保护层、纱线层、带粘连性柔性胶布带层、石墨烯复合丝带导电层。本发明的有益效果是：电力输送能力强大、电损几乎为零、质量轻、薄、柔软、体积小、耐腐蚀、可承载架空、用途特别广泛、其材料性价比高，能节约大量的电能和人力物力，经济实惠，可流水线生产，使用范围非常广泛，使用寿命长。

Description

一种柔性石墨烯电缆线及其制备方法和接线方法

技术领域

本发明涉及电力电能传输导电的柔性电缆电线领域，具体的说，是一种柔性石墨烯电缆线及其制备方法和接线方法。

背景技术

现有的特高压电缆和电线，大多用来导电的材料是铝线和铜线、导电和抗老化的效果一般，且电阻很高，质量重，体积大，表面面积大，电能在输送过程中电量损耗较大，架设难度高，在输变线路上的铁塔承载负荷大，容易产生电路短路断电，或遭到风、雨、冰、雪灾害的袭击。在实际工业用电线路上和民用家装架设难度和装修难度高，质量重、操作费时费力。

石墨烯是从石墨材料中剥离出来的，由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，石墨烯是已知的最薄，导热，导电性能最强大，轻、软、抗老化、无吸附性、耐高温、抗腐蚀、使用寿命长、最坚硬的纳米材料，石墨烯是能隙为零的半导体，电子的运动速度能达到光速的1/300，远超其他金属导体或半导体的运动速度，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜、铝或银更低，为当前国际上电阻率最小的材料。石墨烯可与铜箔、铝箔等材料复合，方便覆胶和覆膜，且石墨烯的电阻率比铜和银更低，电子的迁移速度极快，薄、软、轻、电阻几乎为零、导电速度快，导电性能惊人的强大；因此将石墨烯材料运用在电力电能传输的电线、电缆中，可以起到最大化的传输电力电能的导电作用，减少电能传输中因为电阻产生的电损，起到节约能源的作用，大幅减轻了电缆线的重量，减小电线电缆的体积和表面面积，从而减轻输变线路中铁塔的承载负荷，可以大量削减铁塔的制造重量，可减少因风雨雪结冰产生的加载重量，超架空承载可使铁塔有倒塌断裂的危害，减轻了民用和工业用电施工架设的难度，免除其它人为因素，预防战争或人为破坏，防止造成电缆线短路而停电断电，还可以减少被偷盗的行为，因为石墨烯电缆线的报废回收价值极低，可以量产，经济实惠、性价比较高、轻便、生产灵活特别是应用范围特别广泛，可在军工、民用、工业、航空航天、中长途电能输送等范围发挥特殊功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电力输送能力强大，电损少，质量轻，柔软，体积小，耐腐蚀，架空承载力大，性价比高，节约大量能源和人力物力，使用寿命长，应用范围广的柔性石墨烯电缆线及制备方法和接线方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种柔性石墨烯电缆线，包括依次贴合设置的四层，其从外至内依次为绝缘保护层、纱线层、带粘连性柔性胶布带层和石墨烯复合丝带导电层。

本发明的有益效果是：电力输送能力强大、电损几乎为零、质量轻、薄、柔软、体积小、耐腐蚀、可承载架空、用途特别广泛、其材料性价比高，能节约大量的电能和人力物力，经济实惠，可流水线生产，使用范围非常广泛，使用寿命长。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述绝缘保护层为塑料层或橡胶层。

采用上述进一步方案的有益效果是：质量轻、软、绝缘、耐腐蚀、结实、耐摩擦、有弹性，能有效保护内部材料，减轻磨损和挤压，起到一定的架空承载和屏蔽绝缘作用，以保证石墨烯复合丝带的正常导电功能。

进一步，所述纱线层采用纯棉纱线、丝线、编制丝网和彩线中的任一种。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过多个纱线间隔分布固定在带粘连性柔性胶布带层上，能有效提高抗拉能力，同时电缆受压时，具有一定的缓冲效果，能够更好的保护石墨烯复合丝带导电层。

进一步，所述带粘连性柔性胶布带层为单层带粘连性柔性胶布带。

采用上述进一步方案的有益效果是：带粘连性柔性胶布带层与石墨烯复合丝带紧密结合，可有效避免石墨烯复合丝带松、散、贴合不紧、接触不良、质软，且具有防滑等好处，有一定的抗拉力和绝缘效果，以保证石墨烯复合丝带的正常导电功能。

进一步，所述石墨烯复合丝带导电层是由以双层为基数的石墨烯复合丝带组成。

采用上述进一步方案的有益效果是：双层结构的石墨烯复合丝带的接触面之间可以插入单层的石墨烯复合丝带和导电薄片，便于电器元件与柔性石墨烯电缆线之间连接以及柔性石墨烯电缆线与柔性石墨烯电缆线之间贴合连接。

进一步，所述绝缘保护层内设有具有承载功能的承载丝线。

采用上述进一步方案的有益效果是：使绝缘保护层具有一定的架空承载能力，同时能够有效的保护内部的石墨烯复合丝带导电层。

一种柔性石墨烯电缆线的制备方法，其步骤如下：

1)将多层石墨粉鳞片，经过硫酸和硝酸处理，然后高温加热膨化分离，在镍的表面产生蠕虫状石墨烯粒子，再将所述蠕虫状石墨烯粒子放置在滚轧机里，用按1mm距离间隔排布的所述纯棉纱线、铝箔或者铜箔复合加固，压榨成宽为1m，厚为3cmm至20cmm的石墨烯复合软薄片,最后根据实际导电量和电压的需要，将所述石墨烯复合软薄片切分成所述石墨烯复合丝带；

2)所述带粘连性柔性胶布带层自带粘连的一面接触所述石墨烯复合丝带表面，以平铺的方式粘连在所述石墨烯复合丝带表面上，并同时制备两份；

3)将所述纱线层上的所述纯棉纱线按1mm距离间隔排布在所述带粘连性柔性胶布带层没有粘连性的表面上，用胶水固定；

4)将两份所述石墨烯复合丝带背离所述带粘连性柔性胶布带层的一面合并在一起，形成基数为双层的所述石墨烯复合丝；

5)将绝缘塑料颗粒或橡胶颗粒用注塑机加热熔化，均匀注塑伏贴在所述纱线层的外表面，形成所述绝缘保护层；

6)根据实际需要在所述绝缘保护层中间加入具有承载功能的所述承载丝线。

本发明的有益效果是：采用上述制备方法制成的柔性石墨烯电缆线质量轻、软、绝缘、耐腐蚀、结实、耐摩擦、有弹性，能有效提高抗拉能力，保护内部材料，减轻磨损和挤压，还起到一定的架空承载和屏蔽绝缘作用。

一种柔性石墨烯电缆线的接线方法，其步骤如下：

1)分别将两个待连接的柔性石墨烯电缆线距离端部3mm至5mm的地方，用刀片切除一半，形成“L”形结构；

2)将两个待连接的所述柔性石墨烯电缆线上所述“L”形结构处两个相互合并的所述石墨烯复合丝带的接触面用刀片分开；

3)截取一段所述石墨烯复合丝带，将其两端分别插入两个待连接的所述柔性石墨烯电缆线上所述“L”形结构处两个相互合并的所述石墨烯复合丝带的接触面之间；

4)将两个待连接的所述柔性石墨烯电缆线上的所述“L”形结构拼合并不留间隙的粘贴在一起，并在所述柔性石墨烯电缆线拼合处外侧用卡环卡紧；

5)在两个所述柔性石墨烯电缆线上的所述“L”形结构拼合处，用微钻头等距离钻若干个贯穿两个所述“L”形结构拼合处的第一通孔，将与所述微钻头粗细相同的塑料钉粘上速固胶水插入所述第一通孔中，用刀片切除所述塑料钉突出的部分；

6)在需要连接所述柔性石墨烯电缆线的电器元件上接入导电薄片；

7)将所述柔性石墨烯电缆线端部的两个相互合并的所述石墨烯复合丝带的接触面用刀片分开，并将所述导电薄片插入两个所述石墨烯复合丝带的接触面之间，用速固胶水粘紧，在插入所述导电薄片的所述柔性石墨烯电缆线的外侧用卡环卡紧；

8)在所述柔性石墨烯电缆线与所述导电薄片的结合部，用微钻头等距离钻若干个贯穿所述结合部的第二通孔，将与所述微钻头粗细相同的所述塑料钉粘上速固胶水插入所述第二通孔中，用刀片切除所述塑料钉突出的部分。

本发明的有益效果是：能够使电器元件或者柔性石墨烯电缆线与柔性石墨烯电缆线之间的连接更加牢固，同时连接端口相当于三层结构，连接件与石墨烯复合丝带的接触更加紧密，避免了由于连接不牢或者接触不紧造成断路或者脱离的情况。

附图说明

图1为本发明设有承载丝线的结构图；

图2为本发明未设有承载丝线的结构图；

图3为本发明两电缆线连接结构图；

图4为本发明电子元件与电缆线连接结构图；

图5为本发明塑料钉结构图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、绝缘保护层，2、纱线层，3、带粘连性柔性胶布带层，4、石墨烯复合丝带导电层，401、石墨烯复合丝带，5、承载丝线，6、第一通孔，7、塑料钉，8、导电薄片，9、第二通孔。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电路连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1-5所示，本实施例中，一种柔性石墨烯电缆线，包括依次贴合设置的四层，其从外至内依次为绝缘保护层1、纱线层2、带粘连性柔性胶布带层3和石墨烯复合丝带导电层4。

绝缘保护层1为塑料层或橡胶层，质量轻、软、绝缘、耐腐蚀、结实、耐摩擦、有弹性，能有效保护内部材料，减轻磨损和挤压，起到一定的架空承载和屏蔽绝缘作用，以保证石墨烯复合丝带401的正常导电功能。

纱线层2采用纯棉纱线、丝线、丝网带和彩线中的任一种，通过多个纱线间隔分布固定在带粘连性柔性胶布带层3上，能有效提高抗拉能力，同时电缆受压时，具有一定的缓冲效果，能够更好的保护石墨烯复合丝带导电层4。

带粘连性柔性胶布带层3为单层带粘连性柔性胶布带，带粘连性柔性胶布带与石墨烯复合丝带紧密结合，可有效避免石墨烯复合丝带401松、散、贴合不紧、接触不良、质软，且具有防滑等好处，有一定的抗拉力效果，以保证石墨烯复合丝带401的正常导电功能。

石墨烯复合丝带导电层4是由以双层为基数的石墨烯复合丝带401组成，双层结构的墨烯复合丝带401的接触面之间可以插入单层的石墨烯复合丝带401和导电薄片8，便于电器元件或者另一根石墨烯电缆线与石墨烯电缆线之间连接。

如果是架空电缆则在绝缘保护层1内设有具有承载功能的承载丝线5，承载丝线5可以采用钢丝绳或者其他材质的绳缆，使绝缘保护层1具有一定的架空承载能力，同时能够有效的保护内部的石墨烯复合丝带导电层4。如果不是架空电缆则可以不需要添加承载丝线5。

柔性石墨烯电缆线的制备方法，其步骤如下：

1)、将多层石墨粉鳞片，经过硫酸和硝酸处理，然后高温加热膨化分离，在镍的表面产生蠕虫状石墨烯粒子，再将蠕虫状石墨烯粒子放置在滚轧机里，用按1mm距离间隔排布的纯棉纱线、丝线、丝网带和彩线中的任一种和铝箔或者铜箔复合加固，压榨成宽为1m，厚为3cmm至20cmm的石墨烯复合软薄片,最后将石墨烯复合软薄片切分为厚3cmm至20cmm的石墨烯复合丝带401。

2)带粘连性柔性胶布带层3自带粘连的一面接触石墨烯复合丝带401表面，以平铺的方式粘连在石墨烯复合丝带401表面上，使石墨烯复合丝带401能够紧密粘在带粘连性柔性胶布带层3的表面，并同时制备两份。

3)将纯棉纱线、丝线、丝网带和彩线中的任一种按1mm距离间隔排布在带粘连性柔性胶布带层3没有粘连性的表面上，用胶水固定。

4)将两份制备完成的石墨烯复合丝带401背离带粘连性柔性胶布带层3的一面合并在一起，形成双层的石墨烯复合丝带导电层4。

5)将绝缘塑料颗粒或橡胶颗粒用注塑机加热熔化，均匀注塑伏贴在纱线层2的外表面，形成绝缘保护层1。

6)根据实际需要在绝缘保护层1中间加入具有承载功能的承载丝线5。

采用上述制备方法制成的柔性石墨烯电缆线质量轻、软、绝缘、耐腐蚀、结实、耐摩擦、有弹性，能有效提高抗拉能力，保护内部材料，减轻磨损和挤压，还起到一定的架空承载和屏蔽绝缘作用。

柔性石墨烯电缆线的接线方法，其步骤如下：

1)两个柔性石墨烯电缆线相互连接时，先分别将两个待连接的柔性石墨烯电缆线距离端部3mm至5mm的地方，用刀片切除一半，形成“L”形结构。

2)将两个待连接的柔性石墨烯电缆线上“L”形结构处两个相互合并的石墨烯复合丝带401的接触面用刀片分开。

3)截取一段石墨烯复合丝带401，将其两端分别插入两个待连接的柔性石墨烯电缆线上“L”形结构处两个相互合并的石墨烯复合丝带401的接触面之间，修复导电端层。

4)将两个待连接的柔性石墨烯电缆线上的“L”形结构拼合并不留间隙的用速固胶水粘贴在一起，形成与柔性石墨烯电缆线未切除时相同的样子，再在柔性石墨烯电缆线拼合处外加装卡环卡紧。

5)在两个柔性石墨烯电缆线上的“L”形结构拼合处，用微钻头等距离钻三个贯穿两个“L”形结构拼合处的第一通孔6，将三个与微钻头粗细相同的塑料钉7粘上速固胶水插入第一通孔6中，用刀片切除塑料钉7突出的部分，用于对两个柔性石墨烯电缆线的拼合处进行加固。

6)在需要连接柔性石墨烯电缆线的电器元件上接入导电薄片8，导电薄片8可以为扁形薄片或者耳片。

7)将柔性石墨烯电缆线端部的两个相互合并的石墨烯复合丝带401的接触面用刀片分开，并将导电薄片8插入两个石墨烯复合丝带401的接触面之间，用速固胶水粘紧，并在插入导电薄片8的柔性石墨烯电缆线的外侧用卡环卡紧；

8)在柔性石墨烯电缆线与导电薄片8的结合部，用微钻头等距离钻三个贯穿结合部的第二通孔9，将三个与微钻头粗细相同的塑料钉7粘上速固胶水插入第二通孔9中，用刀片切除塑料钉7突出的部分，用于对柔性石墨烯电缆线与导电薄片8的结合部进行加固。

采用上述接线方法，能够使电器元件或者柔性石墨烯电缆线与柔性石墨烯电缆线之间的连接更加牢固，同时连接端口相当于三层结构，连接件与石墨烯复合丝带的接触更加紧密，避免了由于连接不牢或者接触不紧造成断路或者脱离的情况。

有益效果：本发明的石墨烯电缆线与传统的特高压铝线电缆线相比较，当传输导电性能为80kv时，需要83根直径5mm的铝线和19根直径为3mm的承载钢丝，用交织机交织在一起，但一米长的重量就有4.3公斤，而本发明的石墨烯电缆线，同样导电性能为80kv时，只需要纯棉线加上带粘连性柔性胶布带和双层宽为20mm的石墨烯复合丝带401，以及一根直径为3mm的不锈钢钢丝绳和16mm厚的塑料层，一米长的总重量为0.2公斤，而且电阻几乎为零，体积和表面面积均很小，性价比方面，按目前架空承载铝电缆的价格来比较，同样是承压80kv的电缆，本发明石墨烯电缆线的制造成本，只有铝架空承载电缆线的三分之一，而且民用和工业短距离用电，采用石墨烯电线电缆经济实惠，操作安装简洁、轻便、耐用、美观、导电功率大、几乎没有电阻，电能通过性好、几乎没有电损、价格便宜，可以流水线生产达到量产，特别是应用范围特别广泛，可在军工、民用、工业、航空航天、中长途电能输送等范围发挥特殊功能，并可以节约大量的电力能源。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种柔性石墨烯电缆线，其特征在于：包括依次贴合设置的四层，其从外至内依次为绝缘保护层(1)、纱线层(2)、带粘连性柔性胶布带层(3)和石墨烯复合丝带导电层(4)。

2.根据权利要求1所述的柔性石墨烯电缆线，其特征在于：所述绝缘保护层(1)为塑料层或橡胶层。

3.根据权利要求1所述的柔性石墨烯电缆线，其特征在于：所述纱线层(2)采用纯棉纱线、丝线、编制丝网和彩线中的任一种。

4.根据权利要求1至3任一项所述的柔性石墨烯电缆线，其特征在于：所述带粘连性柔性胶布带层(3)为单层带粘连性柔性胶布带。

5.根据权利要求1至3任一项所述的柔性石墨烯电缆线，其特征在于：所述石墨烯复合丝带导电层(4)是由以双层为基数的石墨烯复合丝带(401)组成。

6.根据权利要求1至3任一项所述的柔性石墨烯电缆线，其特征在于：所述绝缘保护层(1)内设有具有承载功能的承载丝线(5)。

7.一种柔性石墨烯电缆线的制备方法，其特征在于：包括权利要求1至6任一项所述的一种柔性石墨烯电缆线，其制备方法步骤如下：

1)将多层石墨粉鳞片，经过硫酸和硝酸处理，然后高温加热膨化分离，在镍的表面产生蠕虫状石墨烯粒子，再将所述蠕虫状石墨烯粒子放置在滚轧机里，用按1mm距离间隔排布的所述纯棉纱线、铝箔或者铜箔复合加固，压榨成宽为1m，厚为3cmm至20cmm的石墨烯复合软薄片,

最后根据实际导电量和电压的需要，将所述石墨烯复合软薄片切分成所述石墨烯复合丝带(401)；

2)所述带粘连性柔性胶布带层(3)自带粘连的一面接触所述石墨烯复合丝带(401)表面，以平铺的方式粘连在所述石墨烯复合丝带(401)表面上，并同时制备两份；

3)将所述纱线层(2)上的所述纯棉纱线按1mm距离间隔排布在所述带粘连性柔性胶布带层(3)没有粘连性的表面上，用胶水固定；

4)将两份所述石墨烯复合丝带(401)背离所述带粘连性柔性胶布带层(3)的一面合并在一起，形成基数为双层的所述石墨烯复合丝带导电层(4)；

5)将绝缘塑料颗粒或橡胶颗粒用注塑机加热熔化，均匀注塑伏贴在所述纱线层(2)的外表面，形成所述绝缘保护层(1)；

6)根据实际需要在所述绝缘保护层(1)中间加入具有承载功能的所述承载丝线(5)。

8.一种柔性石墨烯电缆线的接线方法，其特征在于：包括权利要求1至6任一项所述的一种柔性石墨烯电缆线，其接线方法步骤如下：

1)分别将两个待连接的柔性石墨烯电缆线距离端部3mm至5mm的地方，用刀片切除一半，形成“L”形结构；

2)将两个待连接的所述柔性石墨烯电缆线上所述“L”形结构处两个相互合并的所述石墨烯复合丝带(401)的接触面用刀片分开；

3)截取一段所述石墨烯复合丝带(401)，将其两端分别插入两个待连接的所述柔性石墨烯电缆线上所述“L”形结构处两个相互合并的所述石墨烯复合丝带(401)的接触面之间；

4)将两个待连接的所述柔性石墨烯电缆线上的所述“L”形结构拼合并不留间隙的粘贴在一起，并在所述柔性石墨烯电缆线拼合处外侧用卡环卡紧；

5)在两个所述柔性石墨烯电缆线上的所述“L”形结构拼合处，

用微钻头等距离钻若干个贯穿两个所述“L”形结构拼合处的第一通孔(6)，将与所述微钻头粗细相同的塑料钉(7)粘上速固胶水插入所述第一通孔(6)中，用刀片切除所述塑料钉(7)突出的部分；

6)在需要连接所述柔性石墨烯电缆线的电器元件上接入导电薄片(8)；

7)将所述柔性石墨烯电缆线端部的两个相互合并的所述石墨烯复合丝带(401)的接触面用刀片分开，并将所述导电薄片(8)插入两个所述石墨烯复合丝带(401)的接触面之间，用速固胶水粘紧，在插入所述导电薄片(8)的所述柔性石墨烯电缆线的外侧用卡环卡紧；

8)在所述柔性石墨烯电缆线与所述导电薄片(8)的结合部，用微钻头等距离钻若干个贯穿所述结合部的第二通孔(9)，将与所述微钻头粗细相同的所述塑料钉(7)粘上速固胶水插入所述第二通孔(9)中，用刀片切除所述塑料钉(7)突出的部分。