一种石墨烯镀膜航空导线的制备方法

摘要

本发明公开了一种石墨烯镀膜航空导线的制备方法，属于新材料技术领域。该制备方法包括以下步骤：S11，取镀镍铜丝，清洁；S12，第一次石墨烯镀膜；S13，第二次石墨烯镀膜；S14，绞合，包覆聚酰亚胺绝缘材料，热固化处理，得到石墨烯镀膜航空导线。通过本发明的方法制备的航空导线，导体直流电阻和抗拉强度性能优异；本发明的石墨烯镀膜航空导线的制备方法，以镀镍铜丝，进行二次石墨烯镀膜，与一次镀膜得到同样厚度的航空导线相比，导体直流电阻显著降低。

权利要求

1.一种石墨烯镀膜航空导线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S11，取镀镍铜丝，清洁；

S12，第一次石墨烯镀膜；

S13，第二次石墨烯镀膜；

S14，绞合，包覆聚酰亚胺绝缘材料，热固化处理，得到石墨烯镀膜航空导线；

S12和S13中，第一次镀膜的厚度和第二次镀膜的厚度的比例为（1‑2）：（2‑1）；

S12和S13中，通过以下公式确定第一次镀膜的厚度a和第二次镀膜的厚度b的比例关系：

；

其中，k为校正系数，取值为1.1‑1.3，a为0.1‑0.8nm，c为常数，取值为0.09‑0.11。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S13步骤之后，还包括表面刻蚀处理的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，S11中，所述清洁为经过羊毛毡轮清洁所述镀镍铜丝表面的无灰尘和油污。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，S12和S13中，镀膜室温度为700‑

850℃，镀膜时间为50‑100s，镀膜室中充入甲烷至气压18‑22Pa。

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，S12和S13中，第一次镀膜的厚度和第二次镀膜的厚度的比例为1：（1.1‑1.5）。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀处理为氧等离子体刻蚀处理，刻蚀功率为80‑120W，氧气流量为15‑25sccm。

7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，S14中，所述绞合为取7根、19根或

37根经镀膜处理的镀镍铜丝或氧等离子体表面刻蚀处理的镀镍铜丝，在束丝机上进行绞合，最外层绞向为左向；

所述热固化处理分段依次进行，处理的温度分别为280℃、400℃、430℃和360℃，处理的时间为每个温度分别处理40‑60s。

说明书

一种石墨烯镀膜航空导线的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种石墨烯镀膜航空导线的制备方法。

背景技术

[0002] 飞机上包括多种电子设备，连接各电子设备的导线出现问题，是威胁飞机飞行安全的重大隐患。对于航空导线的要求，除了一般的传输性能外，对于机械强度和重量具有特
殊的要求。

[0003] 石墨烯因其优异的导电和机械性能被广泛应用于各种复合导线中。CN105374410A公开了一种石墨烯镀膜航空导线及其制备方法。该导线以镀镍或镀银铜丝包覆厚度不大于
1nm的石墨烯层形成石墨烯软铜丝，石墨烯软铜丝绞合后形成线芯，线芯外包覆有绝缘。该
发明的导线的制备方法中，光洁镀镍或镀银铜丝经过高温反应炉，在其表面镀膜，厚度为
0.2‑1nm，得到导线的直流电阻降低5～15％。

发明内容

[0004] 针对镀镍或镀银铜丝的镀膜厚度小，直流电阻下降有限的问题，本发明提出了一种二次石墨烯镀膜的方法。

[0005] 本发明在于公开一种石墨烯镀膜航空导线的制备方法，包括以下步骤：

[0006] S11，取镀镍铜丝，清洁；

[0007] S12，第一次石墨烯镀膜；

[0008] S13，第二次石墨烯镀膜；

[0009] S14，绞合，包覆聚酰亚胺绝缘材料，热固化处理，得到石墨烯镀膜航空导线。

[0010] 本发明的研究人员发现，同样总厚度下，两次镀膜与一次镀膜相比，石墨烯镀膜航空导线的导电性能显著提高。

[0011] 在本发明的一些优选的实施方式中，S13步骤之后，还包括表面刻蚀处理的步骤。

[0012] 本发明的研究人员发现，先通过两次镀膜，厚度稍厚，通过表面刻蚀处理，得到与两次镀膜同样的厚度，这样的氧等离子体处理可以显著提到的导线性能。虽然抗拉强度稍
有下降，也在可以接受的范围之内。另外，还可以通过小幅度的提高石墨烯镀膜的厚度来解
决，而且导线增加的重量是可以接受的。

[0013] 在本发明的一些实施方式中，S11中，所述清洁为经过羊毛毡轮清洁所述镀镍铜丝表面的无灰尘和油污。

[0014] 在本发明的一些实施方式中，S11和S12中，镀膜室温度为700‑850℃，镀膜时间为50‑100s，镀膜室中充入甲烷至气压18‑22Pa。

[0015] 在本发明的一些实施方式中，S11和S12中，第一次镀膜的厚度和第二次镀膜的厚度的比例为(1‑2)：(2‑1)，优选为1：(1.1‑1.5)。

[0016] 本发明的研究人员发现，同一总厚度下，两次镀膜的厚度不同，也会显著影响得到的导线的直流电阻。

[0017] 在本发明的一些实施方式中，所述刻蚀处理为氧等离子体刻蚀处理，刻蚀功率为80‑120W，氧气流量为15‑25sccm。

[0018] 在本发明的一些实施方式中，S14中，所述绞合为取7根、19根或37根经镀膜处理的镀镍铜丝或氧等离子体表面刻蚀处理的镀镍铜丝，在束丝机上进行绞合，最外层绞向为左
向。

[0019] 在本发明的一些实施方式中，所述热固化处理分段依次进行，处理的温度分别为280℃、400℃、430℃和360℃，处理的时间为每个温度分别处理40‑60s。

[0020] 在本发明的一些实施方式中，S11和S12中，通过以下公式确定第一次镀膜的厚度a和第二次镀膜的厚度b的比例关系：

[0021]

[0022] 其中，k为校正系数，取值为1.1‑1.3，a为0.1‑0.8nm，c为常数，取值为0.09‑0.11。

[0023] 在本发明的一些实施方式中，所述热固化处理在烧结炉中进行，所述烧结炉通过金属电阻丝加热，通过以下PID控制算法升温至目标温度：

[0024]

[0025] 其中，Δu(c)对应两次测试温度时间间隔内温度的变化量；Kc为常数，10‑12；f(C)为第C次采样时偏差，f(C‑1)为第C‑1次采样时偏差，f(C‑2)为第C‑2次采样时偏差；TS为采
样周期，2‑2.5s；TD为微分时间，1‑1.5min；TI为积分时间，1.5‑2min。

[0026] 本发明的有益技术效果是：

[0027] (1)通过本发明的方法制备的航空导线，导体直流电阻和抗拉强度性能优异；

[0028] (2)本发明的石墨烯镀膜航空导线的制备方法，以镀镍铜丝，进行二次石墨烯镀膜，与一次镀膜得到同样厚度的航空导线相比，导体直流电阻显著降低，同时，抗拉强度相
当；

[0029] (3)本发明的石墨烯镀膜航空导线的制备方法，以氧等离子体刻蚀处理石墨烯镀膜的导丝表面，与不经处理的同样镀膜厚度的航空导线相比，导体直流电阻显著降低。

具体实施方式

[0030] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实
施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离
本发明的精神下进行各种修饰或改变。

[0031] 下述实施例和对比例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。所述绞合为取7根、19根或37根经镀膜处理的镀镍铜丝或氧等离子体表面刻蚀处理的镀镍铜丝，在
束丝机上进行绞合，最外层绞向为左向。所述热固化处理分段依次进行，处理的温度分别为
280℃、400℃、430℃和360℃，处理的时间为每个温度分别处理40‑60s。

[0032] 以下实施例和对比例中，除非特别指出，为组分、含量、操作步骤和参数相同的平行试验。

[0033] 实施例1

[0034] 一种石墨烯镀膜航空导线的制备方法

[0035] (1)取0.26mm镀镍铜丝，经过羊毛毡轮，清洁表面的无灰尘和油污；

[0036] (2)第一次镀膜，镀膜室温度为750℃，镀膜室中充入甲烷至气压20Pa，镀膜时间80s，得到厚度为0.4nm的石墨烯膜，冷却至室温；

[0037] (3)第二次镀膜，镀膜室温度为750℃，镀膜室中充入甲烷至气压20Pa，镀膜时间90s，得到厚度为0.9nm的石墨烯膜，冷却至室温；

[0038] (4)取经过上述镀膜处理的镀镍铜丝，绞合，包覆聚酰亚胺绝缘材料，热固化处理，得到石墨烯镀膜航空导线。

[0039] 得到石墨烯镀膜航空导线，按《GJB 1640‑1993航空航天用电线电缆导体品种及截面系列》检测导体直流电阻，按照《GB/T1040‑2006塑料拉伸性能的测定》的方法测试抗拉强
度。与对比例1相比，导体直流电阻降低12％，具备统计学意义，P＜0.05；抗拉强度略微下
降，不具备统计学意义，P＞0.05。

[0040] 实施例2

[0041] 一种石墨烯镀膜航空导线的制备方法

[0042] (1)取0.26mm镀镍铜丝，经过羊毛毡轮，清洁表面的无灰尘和油污；

[0043] (2)第一次镀膜，镀膜室温度为700℃，镀膜室中充入甲烷至气压20Pa，镀膜时间80s，得到厚度为0.3nm的石墨烯膜，冷却至室温；

[0044] (3)第二次镀膜，镀膜室温度为850℃，镀膜室中充入甲烷至气压20Pa，镀膜时间90s，得到厚度为0.9nm的石墨烯膜，冷却至室温；

[0045] (4)取经过上述镀膜处理的镀镍铜丝，绞合，包覆聚酰亚胺绝缘材料，热固化处理，得到石墨烯镀膜航空导线。

[0046] 得到石墨烯镀膜航空导线，按《GJB 1640‑1993航空航天用电线电缆导体品种及截面系列》检测导体直流电阻，按照《GB/T1040‑2006塑料拉伸性能的测定》的方法测试抗拉强
度。与对比例1相比，导体直流电阻降低10％，具备统计学意义，P＜0.05；抗拉强度略微下
降，不具备统计学意义，P＞0.05。与实施例1相比，导体直流电阻明显升高，具备统计学意
义，P＜0.05。

[0047] 实施例3

[0048] 一种石墨烯镀膜航空导线的制备方法

[0049] (1)取0.26mm镀镍铜丝，经过羊毛毡轮，清洁表面的无灰尘和油污；

[0050] (2)第一次镀膜，镀膜室温度为750℃，镀膜室中充入甲烷至气压20Pa，镀膜时间100s，得到厚度为0.6nm的石墨烯膜，冷却至室温；

[0051] (3)第二次镀膜，镀膜室温度为750℃，镀膜室中充入甲烷至气压20Pa，镀膜时间70s，得到厚度为0.9nm的石墨烯膜，冷却至室温；

[0052] (4)取经过上述镀膜处理的镀镍铜丝，绞合，包覆聚酰亚胺绝缘材料，热固化处理，得到石墨烯镀膜航空导线。

[0053] 得到石墨烯镀膜航空导线，按《GJB 1640‑1993航空航天用电线电缆导体品种及截面系列》检测导体直流电阻，按照《GB/T1040‑2006塑料拉伸性能的测定》的方法测试抗拉强
度。与对比例1相比，导体直流电阻降低9％，具备统计学意义，P＜0.05；抗拉强度略微下降，
不具备统计学意义，P＞0.05。与实施例1相比，导体直流电阻明显升高，具备统计学意义，P
＜0.05。

[0054] 实施例4

[0055] 一种石墨烯镀膜航空导线的制备方法

[0056] (1)取0.26mm镀镍铜丝，经过羊毛毡轮，清洁表面的无灰尘和油污；

[0057] (2)第一次镀膜，镀膜室温度为750℃，镀膜室中充入甲烷至气压20Pa，镀膜时间100s，得到厚度为0.6nm的石墨烯膜，冷却至室温；

[0058] (3)第二次镀膜，镀膜室温度为750℃，镀膜室中充入甲烷至气压20Pa，镀膜时间100s，得到厚度为1.2nm的石墨烯膜，冷却至室温；

[0059] (4)取经过上述镀膜处理的镀镍铜丝，进行氧等离子体表面刻蚀处理，刻蚀功率为100W，氧气流量为20sccm，刻蚀至镀镍铜丝的石墨烯膜厚度为0.9nm；

[0060] (5)取经过上述镀膜处理的镀镍铜丝，绞合，包覆聚酰亚胺绝缘材料，热固化处理，得到石墨烯镀膜航空导线。

[0061] 得到石墨烯镀膜航空导线，按《GJB 1640‑1993航空航天用电线电缆导体品种及截面系列》检测导体直流电阻，按照《GB/T1040‑2006塑料拉伸性能的测定》的方法测试抗拉强
度。与对比例1相比，导体直流电阻降低14％，具备统计学意义，P＜0.05。与实施例1相比，导
体直流电阻降低，具备统计学意义，P＜0.05；抗拉强度下降3％，具备统计学意义，P＜0.05。

[0062] 实施例5

[0063] 一种石墨烯镀膜航空导线的制备方法

[0064] (1)取0.26mm镀镍铜丝，经过羊毛毡轮，清洁表面的无灰尘和油污；

[0065] (2)第一次镀膜，镀膜室温度为750℃，镀膜室中充入甲烷至气压20Pa，镀膜时间100s，得到厚度为0.6nm的石墨烯膜，冷却至室温；

[0066] (3)第二次镀膜，镀膜室温度为750℃，镀膜室中充入甲烷至气压20Pa，镀膜时间100s，得到厚度为1.2nm的石墨烯膜，冷却至室温；

[0067] (4)取经过上述镀膜处理的镀镍铜丝，进行氧等离子体表面刻蚀处理，刻蚀功率为100W，氧气流量为20sccm，刻蚀至镀镍铜丝的石墨烯膜厚度为1.0nm；

[0068] (5)取经过上述镀膜处理的镀镍铜丝，绞合，包覆聚酰亚胺绝缘材料，热固化处理，得到石墨烯镀膜航空导线。

[0069] 得到石墨烯镀膜航空导线，按《GJB 1640‑1993航空航天用电线电缆导体品种及截面系列》检测导体直流电阻，按照《GB/T1040‑2006塑料拉伸性能的测定》的方法测试抗拉强
度。与实施例1相比，抗拉强度差异，不具备统计学意义。

[0070] 实施例6

[0071] 一种石墨烯镀膜航空导线的制备方法，与实施例1的区别在于，S11和S12中，通过以下公式确定第一次镀膜的厚度a和第二次镀膜的厚度b的比例关系：

[0072]

[0073] 其中，k为校正系数，取值为1.1‑1.3，a为0.1‑0.8nm，c为常数，取值为0.09‑0.11。

[0074] 本发明的研究人员发现，同样总厚度下，两次镀膜的厚度，会显著影响得到的导线的直流电阻。通过本实施例的方法确定的第一次镀膜的厚度和第二次镀膜的厚度，导线的
直流电阻显著低于随机确定的两层镀膜的厚度。

[0075] 实施例7

[0076] 一种石墨烯镀膜航空导线的制备方法，与实施例1的区别在于，所述热固化处理在烧结炉中进行，所述烧结炉通过金属电阻丝加热，通过以下PID控制算法升温至目标温度：

[0077]

[0078] 其中，Δu(c)对应两次测试温度时间间隔内温度的变化量；Kc为常数，10‑12；f(C)为第C次采样时偏差，f(C‑1)为第C‑1次采样时偏差，f(C‑2)为第C‑2次采样时偏差；TS为采
样周期，2‑2.5s；TD为微分时间，1‑1.5min；TI为积分时间，1.5‑2min。

[0079] 本发明的石墨烯镀膜航空导线的制备方法中，烧结炉的温度都在几百摄氏度以上，温度的控制会影响导线的固化效果。采用本实施例的方法控制的烧结炉，控温精度高，
温度浮动小，很好的保证了石墨烯镀膜航空导线的固化效果。

[0080] 对比例1

[0081] 一种石墨烯镀膜航空导线的制备方法

[0082] (1)取0.26mm镀镍铜丝，经过羊毛毡轮，清洁表面的无灰尘和油污；

[0083] (2)镀膜，镀膜室温度为750℃，镀膜室中充入甲烷至气压20Pa，镀膜时间180s，得到厚度为0.9nm的石墨烯膜，冷却至室温；

[0084] (3)取经过上述镀膜处理的镀镍铜丝，绞合，包覆聚酰亚胺绝缘材料，热固化处理，得到石墨烯镀膜航空导线。

[0085] 得到石墨烯镀膜航空导线，按《GJB 1640‑1993航空航天用电线电缆导体品种及截面系列》检测直流电阻，按照《GB/T1040‑2006塑料拉伸性能的测定》的方法测试抗拉强度。

[0086] 以上对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明
构思的前提下作出各种变化。