электрический провод или кабель

Формула изобретения

1. Электрический провод или кабель с металлическим проводником, который заключен в полученную спеканием изоляцию, образованную намотанной в один или несколько слоев со взаимным перекрытием краевых участков неспеченной обмоточной лентой, выполненной на основе политетрафторэтилена и имеющей в поперечном сечении плосковыпуклую форму, контур которой ограничен изогнутой верхней и прямой нижней линиями, отличающийся наличием намотанной в один или несколько слоев и расположенной между проводником и изоляцией полиимидной обмоточной ленты, обращенный в сторону изоляции самый верхний слой которой соединен с силовым замыканием с обращенным в сторону проводника слоем обмоточной ленты, выполненной на основе политетрафторэтилена.

2. Электрический провод или кабель по п.1, отличающийся тем, что указанное соединение с силовым замыканием обеспечено за счет сварки или склеивания каждых из взаимно смежных слоев лент.

3. Электрический провод или кабель по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанное соединение с силовым замыканием каждых из взаимно смежных слоев лент обеспечено за счет использования фторполимера.

4. Электрический провод или кабель по п.3, отличающийся тем, что указанный фторполимер допускает его переработку из расплава.

5. Электрический провод или кабель по п.3, отличающийся тем, что указанный фторполимер не допускает его переработку из расплава.

6. Электрический провод или кабель по п.1, отличающийся тем, что обмоточная лента, которой образована изоляция, выполнена из политетрафторэтилена, модифицированного фтормономерами с содержанием не более 2 мас.%.

7. Электрический провод или кабель по п.1, отличающийся тем, что максимальная толщина плосковыпуклой обмоточной ленты составляет от 10 до 100 мкм.

8. Электрический провод или кабель по п.1, отличающийся тем, что ширина плосковыпуклой обмоточной ленты составляет от 3 до 50 мм, предпочтительно от 5 до 25 мм.

9. Электрический провод или кабель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что полиимидная обмоточная лента покрыта с одной или обеих сторон фторполимером.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к электрическому проводу или кабелю с металлическим проводником, который заключен в полученную спеканием изоляцию, образованную намотанной в один или несколько слоев со взаимным перекрытием краевых участков не спеченной обмоточной лентой, выполненной на основе политетрафторэтилена. Эта обмоточная лента имеет в поперечном сечении плосковыпуклую форму, контур которой ограничен изогнутой верхней и прямой нижней линиями.

Электрический провод или кабель подобного типа уже известен из DE-PS 3214447. Благодаря применению для изготовления изоляции с указанной формой поперечного сечения не спеченной обмоточной ленты с последующим за процессом намотки спеканием политетрафторэтилена образуется компактная, не имеющая зазоров и щелей изоляционная оболочка с исключительно гладкой наружной поверхностью, получить которую ранее можно было только путем экструзии. Аналогично полученным экструзией изоляционным оболочкам у этого известного провода с изоляцией, образованной обмоточной лентой, не имеется на поверхности точек, потенциально являющихся точками восприятия механических усилий, которые могли бы привести к разрыву или отслаиванию изоляции.

Однако в определенных областях применения, например в самолетостроении или в космической технике, в последнее время к электрическим проводам и кабелям предъявляются такие требования к механической и одновременно электрической прочности, которым известная изоляция не удовлетворяет.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача повысить прочностные свойства известного кабеля или провода таким образом, чтобы он при сохранении компактности изоляции и сплошной гладкой наружной поверхности отвечал также более высоким требованиям, предъявляемым к механической и электрической прочности.

Указанная задача решается согласно изобретению благодаря тому, что между электрическим проводником и изоляцией расположена намотанная в один или несколько слоев полиимидная обмоточная лента, при этом обращенный в сторону изоляции самый верхний слой этой обмоточной ленты соединен с силовым замыканием с обращенным в сторону проводника слоем обмоточной ленты, выполненной на основе политетрафторэтилена. Кабели или провода подобной структуры удовлетворяют даже самым высоким требованиям в отношении механической прочности, стойкости к действию агрессивных сред и электрической прочности.

Кроме того, преимущество, связанное согласно изобретению с применением для изоляции провода или кабеля намотанной в один или несколько слоев полиимидной обмоточной ленты или соответствующей пленки в сочетании с намотанной поверх нее в один или несколько слоев политетрафторэтиленовой обмоточной ленты с указанной выше плосковыпуклой формой поперечного сечения, заключается в обеспечении дугостойкой изоляции, обладающей высокой короностойкостью. Подобные свойства обусловлены наличием у наружных слоев политетрафторэтиленовой ленты сплошной гладкой поверхности и их сопротивляемостью или невосприимчивостью к воздействию внешних механических сил. Так, в частности, высокая износостойкость политетрафторэтилена предотвращает повреждение гладкой сплошной поверхности изоляции, например, при протягивании подобных проводов или кабелей через трубы для прокладки кабелей или при объединении кабелей в пучки большой длины и их прокладке, что является обычным, например, для самолетостроения, а также при прокладке проводов и кабелей с их огибанием остроугольных кромок или углов на деталях из листового металла и т.п.

Помимо этого простое клеймение проводов или кабелей, например их различительная рельефная маркировка, также не приводит к повреждению поверхности предлагаемой в изобретении изоляции. В противном случае наличие подобных повреждений при попадании в них в процессе эксплуатации провода или кабеля частиц грязи или пыли, воды или масел, т.е. при образовании смазочной пленки на поверхности изоляции, легко приводит к появлению тлеющих разрядов, а тем самым в конечном итоге и к коротким замыканиям в месте прокладки провода или кабеля.

Таким образом, использование политетрафторэтиленового компонента является основополагающим фактором, способствующим повышению дугостойкости и короностойкости подобных кабелей и проводов в предлагаемом согласно изобретению исполнении. Сказанное тем более справедливо с учетом того факта, что именно полиимидная обмоточная лента, используемая согласно изобретению для повышения электрической и механической прочности провода или кабеля, не отвечает требованиям в отношении дугостойкости и короностойкости.

По этой причине при осуществлении изобретения можно увеличить при условии сохранения тех же наружных размеров провода или кабеля количество слоев полиимидной обмоточной ленты, например, для повышения электрической прочности, а количество слоев политетрафторэтиленовой обмоточной ленты, напротив, уменьшить настолько, чтобы эта лента выполняла лишь функцию защитного покрытия, предотвращающего образование повреждений от электрической дуги или тлеющего разряда.

И наоборот, при низких требованиях к электрической прочности можно уменьшить общую толщину всей изоляции, что позволяет сделать провод или кабель более компактным и легким, в чем состоит особое преимущество предлагаемого в изобретении провода или кабеля при его применении, как уже говорилось выше, в самолетостроении или космической технике.

Соединение с силовым замыканием с целью получения исключительно компактной изоляции предпочтительно выполнять за счет сварки или склеивания каждых из взаимно смежных слоев лент. Поскольку еще одним требованием, предъявляемым к предлагаемому в изобретении проводу или кабелю, является его высокая термостойкость, было установлено, что для достижения этой цели предпочтительно использовать фторполимеры, прежде всего с учетом свойств граничащего с полимидом в слоистой структуре политетрафторэтилена.

Пригодными для этой цели фторполимерами являются допускающие их переработку из расплава материалы, такие, например, как сополимер тетрафторэтилена и гексафторпропилена (ФЭП), перфторалкоксилированный полимер (ПФА) или же сополимер тетрафторэтилена и перфторалкилвинилового эфира (ТФА/ПФА), при этом более предпочтительным является первый из указанных материалов. Наряду с вышеописанными может оказаться предпочтительным использование и других известных фторполимеров, допускающих их переработку из расплава, таких как поливинилиденфторид (ПВДФ) или сополимер этилена и тетрафторэтилена (ЭТФЭ).

Указанные материалы можно наносить на самый верхний слой полиимидной обмоточной ленты экструзией, однако в другом варианте эти фторполимерные компоненты можно также наносить уже на саму обмоточную ленту, т.е. использовать полиимидную ленту, дублированную фторполимером в качестве клеевого слоя.

В другом варианте предпочтительно использовать в качестве связующего между полиимидной обмоткой и обмоткой из политетрафтррэтиленовой ленты не допускающие их переработку из расплава фторполимеры. С этой целью можно применять, например, политетрафторэтилен как таковой или порошковый политетрафторэтилен, модифицированный фтормономерами с содержанием не более 2 мас.%. Такой порошковый полимер, нанесенный на полиимидную обмотку или на саму дублированную полиимидную ленту, расплавляется при температуре спекания политетрафторэтиленовой обмоточной ленты и обеспечивает в результате соединение с силовым замыканием слоев обмоточных лент, выполненных из различных полимерных материалов.

Максимальная толщина плосковыпуклой обмоточной ленты, т.е. ее толщина на утолщенном центральном участке чичевицевидного поперечного сечения, предпочтительно составляет от 15 до 100 мкм при толщине краевых участков ленты 5 мкм и менее, т.е. при толщине, уменьшающейся до 0. Указанные значения свидетельствуют о том, что покрывающий полиимидную обмотку слой обмоточной ленты из политетрафторэтилена при необходимости может использоваться лишь в качестве защитного покрытия, которое обладает определяемыми свойствами материала и формой поперечного сечения ленты преимуществами, заключающимися в высокой износостойкости и наличии компактной, сплошной и гладкой снаружи поверхности. Предпочтительная ширина плосковыпуклой обмоточной ленты составляет в зависимости от диаметра проводника от 3 до 50 мм, предпочтительно от 5 до 25 мм.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемый чертеж.

Металлический проводник 1 предлагаемого в изобретении провода или кабеля может быть выполнен в виде однопроволочной жилы, однако в показанном на чертеже варианте для повышения его гибкости он выполнен в виде так называемой многопроволочной жилы, например, из неизолированных, луженых, покрытых серебром или никелированных медных либо выполненных из медного сплава проволок. Непосредственно на многопроволочную жилу в один или несколько слоев намотана полиимидная лента 2. Для соединения с силовым замыканием этого обмоточного слоя с обмоточным слоем, образованным политетрафторэтиленовой лентой 3, служит промежуточный слой 4 из фторполимера, например из сополимера тетрафторэтилена и гексафторпропилена (ФЭП) либо из политетрафторэтилена (ПТФЭ), который сначала наносят в виде порошка, а затем спекают. Понятие "политетрафторэтилен" в данном случае, как и в приведенном выше описании, охватывает тетрафторэтиленовые полимеры с модифицирующими добавками, которые, однако, вводят в таком количестве, которое не позволяет перерабатывать полимер, как и сам ПТФЭ, из расплава.

Было установлено, что прежде всего в целях упрощения процесса изготовления и необходимой минимизации наружных размеров провода предпочтительно использовать уже дублированные промежуточным слоем 4 ленты или пленки на полиимидной основе. Подобные дублированные полиимидные ленты выпускаются, например, фирмой Du Pont под торговым наименованием OASIS.

Полиимидная лента 2 служит для повышения электрической, а также механической прочности провода, тогда как намотанная в один или несколько слоев обмотка, образованная имеющей в поперечном сечении особую форму и изготовленной из ПТФЭ ленты 3, придает необходимую подобным проводам высокую износостойкость, термостойкость и дугостойкость. Существенным для выбранных типов такой обмотки является взаимное перекрытие соответствующих краев ленты, что является основной предпосылкой получения образованной из политетрафторэтиленовой ленты 3 оболочки со сплошной, гладкой снаружи поверхностью. Обусловлено это тем, что использование не спеченной ленты 3 из ПТФЭ, которая в поперечном сечении имеет форму с утолщенным центральным участком и краевыми участками, толщина которых уменьшается к краям ленты вплоть до нуля, после намотки и последующей термообработки (спекания) такой ленты обеспечивает в результате сваривания ее краев получение компактной, практически однородной оболочки с гладкой поверхностью. У подобной оболочки лента, которой образована эта оболочка, не имеет в намотанном на провод состоянии выступающих кромок, которые потенциально являются поверхностями, подверженными воздействию внешних механических усилий, при этом на поверхность такой оболочки можно без каких-либо проблем наносить маркировку, в том числе рельефную или тисненую, не опасаясь нежелательного воздействия преобладающих в процессе последующей эксплуатации электрического провода факторов, таких как наличие агрессивных сред, влажность, загрязнения и т.п., а также воздействия тлеющих разрядов и возникновения электрической дуги.

В случае применения при осуществлении изобретения дублированной полиимидной ленты последняя для обеспечения определенного сцепления с проводником может иметь и двухстороннее покрытие. Такая определенная степень сцепления полиимидной ленты с электрическим проводником позволяет облегчить удаление с него на необходимых участках оболочки при монтаже проводов или кабелей.