Коаксиальный кабель

Изобретение относится к электротехнике, в частности - к коаксиальным кабелям, которые могут использоваться для передачи сигнала в различных областях техники: системах связи, вещательных сетях, компьютерных сетях, антенно-фидерных системах, автоматизированных системах управления и других системах. Коаксиальный кабель включает, по меньшей мере, одну пару соосно расположенных проводников, внутреннего и внешнего, изолированных друг от друга, причем внешний проводник выполнен из бумаги с углеродными нанотрубками. Изобретение решает задачу создания коаксиального кабеля, имеющего низкий вес при прочном экранирующем слое, содержащем углеродные нанотрубки, который не требует сложной технологии его формирования. 6 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности - к коаксиальным кабелям, которые могут использоваться для передачи сигнала в различных областях техники: системах связи, вещательных сетях, компьютерных сетях, антенно-фидерных системах, автоматизированных системах управления и других системах.

Коаксиальный кабель - это кабель, содержащий по крайней мере одну пару расположенных соосно проводников [Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник / Д.С. Бачелис, Н.И. Белоруссов, А.Е.Саакян: Под редакцией Н.И. Белоруссова. - 2 изд., перераб. - М. Л.: Госэнергоиздат, 1963. С. 58-118].

Внутренний проводник пары расположенных соосно проводников предназначен для передачи сигнала и выполнен из электропроводящего материала - металла, или металлического сплава.

Внешний проводник, называемый также «экранирующий слой», или «экран», выполнен из металлической фольги, или металлической сетчатой оплетки, или комбинации ленты и оплетки. Основное назначение внешнего проводника (экранирующего слоя) заключается в защите внутреннего проводника от воздействия внешних электромагнитных полей.

Внутренний и внешний проводники разделены слоем сплошной или полувоздушной изоляции.

Недостатками описанного кабеля является его большой вес, во многом обусловленный весом экранирующего слоя, а также невысокая гибкость, которая, как правило, также определяется гибкостью экранирующего слоя.

Меньший вес и большую гибкость при высокой эффективности экранирования имеет коаксиальный кабель, у которого экранирующий слой выполнен из пленок, содержащих углеродные нанотрубки [Патент США №7459627, МПК Н01В 7/00].

Этот коаксиальный кабель является ближайшим аналогом предлагаемого и принят за прототип изобретения.

Недостатками прототипа являются сложная технология формирования экранирующего слоя, заключающаяся в получении отдельных пленок толщиной от 10 нм до нескольких микрон, содержащих углеродные нанотрубки, склеивании этих пленок между собой и нанесении их на поверхность изолирующего слоя.

Изобретение решает задачу создания коаксиального кабеля, имеющего низкий вес при прочном экранирующем слое, содержащем углеродные нанотрубки, который не требует сложной технологии его формирования.

Поставленная задача решается тем, что предлагается коаксиальный кабель, включающий по меньшей мере, одну пару соосно расположенных проводников: внутреннего и внешнего, изолированных друг от друга, причем внешний проводник (экранирующий слой) изготовлен из бумаги с углеродными нанотрубками.

Кабель может содержать как одну, так и несколько изолированных друг от друга пар расположенных соосно проводников.

Бумага из углеродного наноматериала содержит одностенные углеродные нанотрубки в количестве не менее 20 масс. %.

Также бумага с углеродными нанотрубками может содержать до 70% различных добавок, повышающих электропроводность и/или прочность бумаги. В качестве добавок, повышающих электропроводность (допантов), могут быть использованы сильные неорганические и органические кислоты по Бренстеду, например, толуолсульфокислота и другие сульфокислоты, трихлоруксусная кислота и другие галогензамещенные кислоты, хлорная кислота, ортофосфорная кислота, а также другие известные, но не названные здесь сильные кислоты. Также в качестве допантов могут быть использованы соли упомянутых и других сильных кислот, например, галогенводородных кислот, и щелочных и щелочноземельных металлов. Кроме этого, в качестве допантов могут быть использованы сильные кислоты по Льюису, например, галогениды элементов III, IV и V групп, а также π-кислоты, например, йод и т.п. В качестве допантов могут быть также использованы любые соединения, содержащие заместители (группы), относящиеся к перечисленным классам. Также в качестве допантов могут быть использованы любые комбинации перечисленных классов соединений.

Бумага с одностенными углеродными нанотрубками содержит различные связующие добавки в количестве не более 70 масс. %, увеличивающие прочность бумаги на разрыв. В качестве таких связующих могут быть использованы, например, полимеры различных классов, а также прочие соединения, проявляющие свойства связующих.

Упомянутые примеси и связующие добавки являются стабильными при температурах до 270°С включительно, а также бумага с данными примесями не меняет существенно своих основных физических характеристик, например, электропроводность и прочность на разрыв, при температурах до 270°С включительно.

Электропроводность бумаги с углеродными нанотрубками преимущественно составляет не менее 3000 См/см.

Прочность на разрыв бумаги с углеродными нанотрубками преимущественно составляет не менее 50 МПа.

Внутренний проводник изготавливают из материалов с низким электрическим сопротивлением: металла, например, меди, алюминия, или сплава, или из материала, содержащего углеродные нанотрубки. Внутренний проводник (жила) может быть как однопроволочным, так и многопроволочным.

Изолирующий слой, называемый также внутренней изоляцией кабеля, прежде всего, изолирует внутренний проводник от внешнего экранирующего слоя. Но, кроме того, он определяет импеданс и емкость кабеля. Обычно в кабелях общего назначения для изготовления изолирующего слоя используется полиэтилен, а для производства негорючих кабелей фторсодержащие полимеры.

Внешний проводник служит электромагнитным экраном, защищающим электрическую цепь от внешних электромагнитных излучений. В предлагаемом изобретении экранирующий слой выполнен из бумаги с углеродными нанотрубками.

Бумага с углеродными нанотрубками представляет собой нетканое однородное полотно, изготовленное из углеродного наноматериала, содержащего углеродные нанотрубки, которое может содержать также полимерные добавки. В литературе такой материал называют «Buckypaper» или «Bucky paper». Известны различные способы ее изготовления [Gou, J. Single-Walled Nanotube Bucky Paper and Nanocomposite / J. Gou // Polymer International. - 2006. - Vol. 55. - P. 1283-1288 и др.].

Электропроводность бумаги с углеродными нанотрубками составляет не менее 3000 См/см. Прочность на разрыв бумаги с углеродными нанотрубками составляет не менее 50 МПа.

Для достижения указанных параметров бумага с углеродными нанотрубками изготавливается из углеродного наноматериала, содержащего одностенные углеродные нанотрубки, причем содержание одностенных нанотрубок в бумаге составляет не менее 20 масс. %.

Коаксиальный кабель и/или отдельные пары соосных проводников могут быть покрыты внешней оболочкой, которая защищает их от механических воздействий и влаги, а также играет роль внешней электрической изоляции. Внешняя оболочка может быть изготовлена из полимерных материалов, например, из поливинилхлорида или полиэтилена.

Предлагаемый кабель обладает более низким весом и более высокой гибкостью по сравнению с кабелями, в которых экранирующий слой выполнен в форме металлический фольги, или металлической оплетки, или их комбинации, при этом технология формирования экранирующего слоя кабеля из бумаги с углеродными нанотрубками достаточно проста.

1. Коаксиальный кабель, включающий, по меньшей мере, одну пару соосно расположенных проводников: внутреннего и внешнего, изолированных друг от друга, причем внешний проводник содержит углеродные нанотрубки, отличающийся тем, что внешний проводник выполнен из бумаги с углеродными нанотрубками.

2. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что бумага с углеродными нанотрубками содержит одностенные углеродные нанотрубки в количестве не менее 20 мас.%.

3. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что бумага с углеродными нанотрубками содержит добавки, повышающие электропроводность, в качестве которых используют: сильные кислоты по Бренстеду, или сильные кислоты по Льюису, или соли сильных кислот и щелочных или щелочноземельных металлов, или π-кислоты, или соединения, содержащие заместители, относящиеся к названным классам, или любые комбинации перечисленных классов соединений в количестве не более 70 мас.%.

4. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что бумага с углеродными нанотрубками содержит добавки, повышающие прочность, в качестве которых используют: полимеры или соединения, проявляющие свойства связующих, в количестве не более 70 мас.%.

5. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что электропроводность бумаги с углеродными нанотрубками составляет не менее 3000 См/см.

6. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что прочность на разрыв бумаги с углеродными нанотрубками составляет не менее 50 МПа.

7. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что внутренний проводник выполнен из металла, или сплава, или композитного материала, содержащего углеродные нанотрубки.