RU59313U1

RU59313U1 - COOL-RESISTANT INSULATED WIRE (OPTIONS)

Info

Publication number: RU59313U1
Application number: RU2006124591/22U
Authority: RU
Inventors: Михаил Петрович Евстешин; Владимир Вениаминович Сорокин
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Промышленно-Финансовая Компания "Тэмп"
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2006-12-10

Abstract

РЕФЕРАТESSAY

Предложенное техническое решение относится к электротехнике, конкретнее - к кабельной технике, а в частности - к конструкциям одножильного или многожильного изолированного провода и электрического кабеля. Предложен хладотермостойкий изолированный провод, содержащий по меньшей мере один металлический проводник со сплошным защитным покрытием и одно- или многослойную полимерную изоляцию, при этом защитное покрытие по меньшей мере одного проводника выполнено из: (а) металлического материала, выбранного из группы, состоящей из алюминия, свинца, висмута, сплавов на основе алюминия, сплавов на основе свинца и сплавов на основе висмута; или (б) композиционного материала, включающего в себя металлическую матрицу и по меньшей мере один ультрадисперсный неметаллический наполнитель, частицы которого распределены в металлической матрице, причем упомянутое защитное покрытие предотвращает повреждение полимерной изоляции вследствие действия ионов меди и/или других переходных металлов из упомянутого проводника и обеспечивает физическое и/или химическое адгезионное сцепление между проводником и полимерной изоляцией.The proposed technical solution relates to electrical engineering, and more specifically to cable technology, and in particular to the designs of single-core or multi-core insulated wire and electric cable. SUBSTANCE: proposed is a heat-resistant insulated wire containing at least one metal conductor with a continuous protective coating and single or multi-layer polymer insulation, while the protective coating of at least one conductor is made of: (a) a metal material selected from the group consisting of aluminum, lead, bismuth, aluminum-based alloys, lead-based alloys and bismuth-based alloys; or (b) a composite material comprising a metal matrix and at least one ultrafine non-metallic filler, the particles of which are dispersed in the metal matrix, said protective coating preventing damage to the polymer insulation due to the action of copper ions and / or other transition metals from said conductor and provides physical and / or chemical adhesion adhesion between the conductor and the polymer insulation.

Description

Область техникиTechnical field

Предложенное техническое решение относится к электротехнике, конкретнее - к кабельной технике, а в частности - к конструкциям одножильного или многожильного изолированного провода и электрического кабеля. Предложенный изолированный провод может быть предназначен для эксплуатации в воде (например, питьевой воде) или в пластовой жидкости, содержащей нефть, попутные воду и/или газ, в качестве обмоточного провода для обмотки статоров электродвигателей, в силовых кабелях для электропитания в тепловой и атомной энергетике, нефтегазовой промышленности, других отраслях народного хозяйства.The proposed technical solution relates to electrical engineering, and more specifically to cable technology, and in particular to the designs of single-core or multi-core insulated wire and electric cable. The proposed insulated wire can be designed for operation in water (for example, drinking water) or in formation fluid containing oil, associated water and / or gas, as a winding wire for winding electric motor stators, in power cables for power supply in thermal and nuclear power , oil and gas industry, other sectors of the economy.

Уровень техникиState of the art

Изолированный провод обычно состоит из проводника или токопроводящей жилы, которые являются, как правило, металлическими (например, медными или алюминиевыми), и изоляции, которая является, как правило, полимерной. В последнее время, в связи с расширением диапазона областей использования проводов, расширяется и интервал температур эксплуатации изолированный проводов. Для нужд тепловой и атомной энергетики, жилищно-коммунального хозяйства понадобились термостойкие силовые кабели, возникла потребность в перекачке погружными насосами термальной и горячей питьевой, загрязненной и оборотной воды. Одновременно с высокими температурами, кабели и провода подвергаются воздействию крайне низких температур, поскольку An insulated wire usually consists of a conductor or conductive core, which is usually metallic (for example, copper or aluminum), and insulation, which is usually polymeric. Recently, due to the expansion of the range of areas of use of wires, the range of operating temperatures of insulated wires is expanding. For the needs of thermal and nuclear energy, housing and communal services, heat-resistant power cables were needed, and there was a need for submersible pumps to pump thermal and hot drinking, contaminated and recycled water. Along with high temperatures, cables and wires are exposed to extremely low temperatures because

интенсивная эксплуатация кабельной техники распространяется на суровые условия Крайнего Севера и вечной мерзлоты.Intensive operation of cable technology extends to the harsh conditions of the Far North and permafrost.

Однако, с расширением диапазона температуры эксплуатации провода, например, с медным проводником и полимерной изоляцией увеличивается опасность повреждения этой полимерной изоляции выделяющимися из проводника ионами меди, а также нарушения адгезионного сцепления между проводником и изоляцией. С целью решения данной проблемы было предложено несколько решений.However, with the expansion of the operating temperature range of the wire, for example, with a copper conductor and polymer insulation, the risk of damage to this polymer insulation by copper ions released from the conductor increases, as well as the adhesion between the conductor and the insulation. In order to solve this problem, several solutions have been proposed.

Например, известен обмоточный провод для погружных электродвигателей, содержащий медную токопроводящую жилу, покрытую полимерной изоляцией из блоксополимера пропилена с этиленом, включающего 0,1-0,6% дезактиватора меди (см. свидетельство на полезную модель RU 14472 U1, опубликованное 27.07.2000 г., Д1). Дезактиватор обычно служит в качестве поглатителя свободных радикалов в полимере, образует неактивные комплексные соединения с ионами меди или других переходных металлов. For example, a winding wire for submersible electric motors is known, containing a copper conductive core coated with polymeric insulation from a block copolymer of propylene with ethylene, comprising 0.1-0.6% of copper deactivator (see utility model certificate RU 14472 U1 published on July 27, 2000 ., D1). The deactivator usually serves as a scavenger of free radicals in the polymer, forms inactive complex compounds with ions of copper or other transition metals.

При этом следует отметить, что из уровня техники известен целый ряд дезактиваторов переходных металлов, называемых также стабилизаторами или антиоксидантами и представляющих собой специальные органические соединения, такие как замещенные фенолы, вторичные ароматические амины, производные бензофурана (т.н. первичные антиоксиданты), а также соединения трехвалентного фосфора, т.е. фосфиты и фосфониты, металлические соли дитиокарбаматов и дитиосульфатов и тиоэфиры (т.н. вторичные антиоксиданты).It should be noted that a number of transition metal deactivators are also known from the prior art, also called stabilizers or antioxidants and are special organic compounds such as substituted phenols, secondary aromatic amines, benzofuran derivatives (the so-called primary antioxidants), and trivalent phosphorus compounds, i.e. phosphites and phosphonites, metal salts of dithiocarbamates and dithiosulfates and thioesters (the so-called secondary antioxidants).

Недостаток этого известного решения заключается в том, что молекулы дезактиватора только задерживают на определенное время термоокислительную реакцию в полимерной изоляции. Снижение концентрации молекул дезактиватора ниже критического уровня, происходящее, например, из-за образования этими молекулами неактивных химических соединений с ионами меди, вымывания водой или термического разложения, в присутствии ионов меди приводит к ускоренной деструкции полимерных молекул и потере изоляцией своих свойств механической и электрической прочности.The disadvantage of this known solution is that the deactivator molecules only delay the thermo-oxidative reaction in the polymer insulation for a certain time. A decrease in the concentration of deactivator molecules below a critical level, for example, due to the formation of inactive chemical compounds with copper ions by these molecules, washing out with water, or thermal decomposition in the presence of copper ions leads to accelerated destruction of polymer molecules and the loss of mechanical and electrical strength by their insulation .

Наиболее близким по технической сущности к предложенному решению аналогом является электрический кабель для питания установок погружных электродвигателей с дополнительным антикоррозионным покрытием токопроводящих жил (см. патент на полезную модель RU 48430 U1, опубликованный 21.03.2005 г., Д2). Этот известный кабель имеет токопроводящую жилу, изоляцию из двух слоев полимерного материала и броню из ленты стальной, причем токопроводящая жила имеет покрытие из олова или его сплавов, предотвращающее коррозионное старение материала жилы (см. пункт 1 формулы Д2). Кроме того, в описании документа Д2 отмечается, что такое дополнительное покрытие жилы обеспечивает также лучшую адгезию полимерной изоляции к поверхности первой; защищает структуру изоляционного материала от разрушающего воздействия ионов меди, особенно при повышенных температурах. Для изоляции кабелей с допустимой температурой нагрева жилы +120°С предусмотрено применение блоксополимера пропилена с этиленом. Изоляция принята двухслойной.The analogue closest in technical essence to the proposed solution is an electric cable for powering submersible electric motor installations with an additional anti-corrosion coating of conductive conductors (see patent for utility model RU 48430 U1, published March 21, 2005, D2). This well-known cable has a conductive core, insulation of two layers of polymer material and steel tape armor, and the conductive core has a coating of tin or its alloys that prevents corrosion of the core material (see paragraph 1 of Formula D2). In addition, in the description of document D2 it is noted that such an additional coating of the core also provides better adhesion of the polymer insulation to the surface of the first; protects the structure of the insulating material from the damaging effects of copper ions, especially at elevated temperatures. For insulation of cables with a permissible core heating temperature of + 120 ° C, the use of a block copolymer of propylene with ethylene is provided. Insulation adopted double layer.

Недостаток этого известного решения заключается в том, что в случае эксплуатации электрического кабеля согласно Д2 при низких температурах антикоррозионное покрытие из олова и его сплавов, легированных, например, цинком или алюминием, разрушается вследствие явления так называемой «оловянной чумы», т.е. полиморфного превращения стабильного при обычных условиях белого олова (бета-олова) в серое олово (альфа-олово), стабильное при температуре ниже 13,2°С (в случае чистого олова). И чем ниже температура, тем больше скорость этого полиморфного превращения, при котором из белого пластичного металла антикоррозионное покрытие превращается в серый рыхлый порошок. Эрозия поверхностного слоя луженой жилы ведет к нарушению адгезионного сцепления жилы с нижним слоем полимерной изоляции и удобному эндогенному капиллярному разрушению изоляции токопроводящей жилы в ходе эксплуатации в жидких средах. Кроме того, разрушение защитного антикоррозионного слоя жилы создает условия для доступа ионов меди к полимерной изоляции токопроводящей жилы и ее последующей деструкции.The disadvantage of this known solution is that in the case of operation of the electric cable according to D2 at low temperatures, the anticorrosion coating of tin and its alloys alloyed with, for example, zinc or aluminum, is destroyed due to the phenomenon of the so-called “tin plague”, i.e. polymorphic conversion of white tin (beta-tin) stable under ordinary conditions to gray tin (alpha tin), stable at temperatures below 13.2 ° C (in the case of pure tin). And the lower the temperature, the greater the speed of this polymorphic transformation, in which the anticorrosion coating turns from a white plastic metal into a loose gray powder. Erosion of the surface layer of a tinned core leads to a breakdown in the adhesion of the core to the lower layer of polymer insulation and convenient endogenous capillary destruction of the insulation of the conductive core during operation in liquid media. In addition, the destruction of the protective anticorrosive layer of the core creates the conditions for the access of copper ions to the polymer insulation of the conductive core and its subsequent destruction.

Из уровня техники известен также изолированный провод (силовой кабель), раскрытый в японском патенте № JP 3-015113, опубликованном 23.01.1991 г. и соответствующем европейскому патенту № EP 0416131 В1 (Д3). Этот известный изолированный провод содержит материал-основу (1), имеющую внешнюю поверхность и представляющую собой электрический проводник; содержащий оксид хрома слой (2), сформированный на внешней поверхности упомянутого материала-основы; и оксидный изолирующий слой (3), сформированный путем нанесения на упомянутый содержащий оксид хрома слой (2) раствора предшественника оксида металла (см. пункт 1 формулы Д3). Согласно пунктам 3-5 формулы Д3, оксидный изолирующий слой (3) содержит любой оксид металла из оксида кремния, оксида алюминия и оксида циркония, а материал-основа содержит медь или медный сплав и имеет поверхностный слой из любого материала из никеля, хрома и нержавеющей стали. Кроме того, в пункте 6 формулы Д3 отмечается, что оксидный изолирующий слой (3) может содержать диспергированные в нем керамические частицы. В приведенном в кол.10 строки 42-45 описания Д3 примере 4 указано, что оксидным изолирующим слоем может быть алюминий-оксидный слой 34, который представляет собой смешанный слой оксида алюминия, содержащий частицы алюминия, которые были примешаны в наносимый в виде покрытия раствор в самом начале. Таким образом, этот алюминий-оксидный слой согласно Д3 может представлять собой композит с керамической основой из оксида алюминия и диспергированными в ней керамическими (металлическими) частицами. Такой провод имеет высокие термостойкость, электрическую прочность (вплоть до 800-900 В при нормальной температуре и 600-700 В при 800°С) и относительно неплохую гибкость (отсутствие трещин при намотке на цилиндр диаметром 10-15 см). The prior art also knows an insulated wire (power cable), disclosed in Japanese patent No. JP 3-015113, published 01/23/1991, and the corresponding European patent No. EP 0416131 B1 (D3). This known insulated wire contains a base material (1) having an external surface and representing an electrical conductor; a chromium oxide-containing layer (2) formed on the outer surface of said base material; and an oxide insulating layer (3) formed by depositing on said chromium oxide layer (2) a metal oxide precursor solution (see paragraph 1 of Formula D3). According to paragraphs 3-5 of formula D3, the oxide insulating layer (3) contains any metal oxide of silicon oxide, aluminum oxide and zirconium oxide, and the base material contains copper or copper alloy and has a surface layer of any material of nickel, chromium and stainless become. In addition, in paragraph 6 of formula D3, it is noted that the oxide insulating layer (3) may contain ceramic particles dispersed therein. In line 10 of line 42-45 of description D3 in Example 4, it is indicated in Example 10 that the oxide insulating layer may be an aluminum oxide layer 34, which is a mixed aluminum oxide layer containing aluminum particles that have been mixed into a coating solution very beginning. Thus, this aluminum oxide layer according to D3 can be a composite with a ceramic alumina base and ceramic (metal) particles dispersed in it. Such a wire has high heat resistance, electric strength (up to 800-900 V at normal temperature and 600-700 V at 800 ° C) and relatively good flexibility (no cracks when winding onto a cylinder with a diameter of 10-15 cm).

Однако, данный слой является изолирующим, т.е. выполняет функцию изоляции, а не защиты. Более того, очевидно, что такой оксидный слой имеет все же недостаточные гибкость и устойчивость к истиранию и может растрескиваться, разрушаться и/или отслаиваться при интенсивной эксплуатации изолированного им провода с воздействием изгибающих и/или растягивающих усилий. И, наконец, в данном изолированном проводе не используется полимерная изоляция и, следовательно, не возникает проблем с ее деструкцией под действием переходных металлов.However, this layer is insulating, i.e. performs the function of isolation, not protection. Moreover, it is obvious that such an oxide layer still has insufficient flexibility and abrasion resistance and can crack, break and / or peel off during intensive use of the insulated wire with bending and / or tensile forces. And finally, this insulated wire does not use polymer insulation and, therefore, there are no problems with its destruction under the influence of transition metals.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Целью предложенного технического решения является создание такой конструкции изолированного провода, которая будет устойчивой к разрушению в условиях эксплуатации при низких и высоких температурах от -60°С до +250°С, при агрессивном воздействии окружающей среды, при высоком давлении, при интенсивном использовании с изгибающими и/или растягивающими усилиями. Так, например, конструкция изолированного провода согласно предложенному решению должна быть способной сохранять свою работоспособность в текучих средах со следующими показателями:The aim of the proposed technical solution is to create an insulated wire design that will be resistant to destruction under operating conditions at low and high temperatures from -60 ° C to + 250 ° C, under aggressive environmental influences, at high pressures, with intensive use with bending and / or tensile forces. So, for example, the design of an insulated wire according to the proposed solution should be able to maintain its operability in fluids with the following indicators:

- содержание воды: до 100%;- water content: up to 100%;

- гидростатическое давление: до 25 МПа:- hydrostatic pressure: up to 25 MPa:

- общая минерализация воды: до 250 г/л;- total salinity of water: up to 250 g / l;

- водородный показатель воды (рН): 4,5-8,5;- hydrogen indicator of water (pH): 4.5-8.5;

- концентрация агрессивных компонентов: - concentration of aggressive components:

H₂S - до 0,5 г/л,H ₂ S - up to 0.5 g / l,

CO₂ - до 0,15 г/л,CO ₂ - up to 0.15 g / l,

Cl^- - до 20 г/л,Cl ^- - up to 20 g / l,

HCO₃ - до 1 г/л,HCO ₃ - up to 1 g / l,

Ca²⁺ - до 2,2 г/л;Ca ²⁺ - up to 2.2 g / l;

- содержание газа в жидкости: до 500 м³/м³.- gas content in the liquid: up to 500 m ³ / m ³ .

Поставленная цель достигается тем, что в изолированном проводе, включающем в себя по меньшей мере один металлический проводник со сплошным защитным покрытием (вместе называемые здесь токопроводящей жилой) и одно- или многослойную полимерную изоляцию, упомянутое защитное покрытие содержит: некоторые непереходные металлы главных подгрупп III, IV и V групп Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева; сплавы на основе этих металлов; или композиты с матрицей из этих металлов или сплавов с наполнителем из полимерных материалов, оксидов, сульфидов, нитридов и других неметаллических материалов. Такое защитное покрытие обеспечивает пассивацию металлического проводника, надежно предотвращает термоокислительную деструкцию полимеров изоляции под действием ионов меди и других переходных металлов, обеспечивает физическую и/или химическую адгезию между металлическим проводником и нижним слоем изоляции, не разрушается при эксплуатации в условиях низких и относительно высоких температур. Многослойность изоляции служит защитой от радиального проникновения влаги к токопроводящей жиле, а химическая и/или физическая адгезия между токопроводящей жилой (т.е. защитным покрытием проводника) и полимерной изоляцией предотвращает продольное проникновение влаги при повреждении данного изолированного провода или кабеля, в состав которого входит данный изолированный провод.This goal is achieved in that in an insulated wire comprising at least one metal conductor with a continuous protective coating (collectively referred to as a conductive core) and a single or multi-layer polymer insulation, said protective coating contains: some non-transition metals of the main subgroups III, IV and V groups of the Periodic system of chemical elements Mendeleev; alloys based on these metals; or composites with a matrix of these metals or alloys filled with polymeric materials, oxides, sulfides, nitrides and other non-metallic materials. Such a protective coating ensures the passivation of the metal conductor, reliably prevents the thermo-oxidative degradation of the insulation polymers under the influence of copper ions and other transition metals, provides physical and / or chemical adhesion between the metal conductor and the lower insulation layer, does not deteriorate during operation at low and relatively high temperatures. The multilayer insulation serves as protection against the radial penetration of moisture to the conductive core, and chemical and / or physical adhesion between the conductive core (i.e., the protective coating of the conductor) and the polymer insulation prevents longitudinal penetration of moisture in case of damage to this insulated wire or cable, which includes given insulated wire.

Согласно первому варианту воплощения, предложен хладотермостойкий изолированный провод, содержащий по меньшей мере один металлический проводник со сплошным защитным покрытием и одно- или многослойную полимерную изоляцию, отличающийся тем, что защитное покрытие по меньшей мере одного проводника выполнено из металлического материала, предотвращающего повреждение полимерной изоляции вследствие действия ионов меди и/или других переходных металлов из упомянутого проводника и выбранного из группы, состоящей из сплавов на основе алюминия, сплавов на основе свинца и сплавов на основе висмута.According to a first embodiment, a cold-resistant insulated wire is provided, comprising at least one metal conductor with a continuous protective coating and a single or multi-layer polymer insulation, characterized in that the protective coating of at least one conductor is made of a metal material that prevents damage to the polymer insulation due to the action of copper ions and / or other transition metals from said conductor and selected from the group consisting of aluminum-based alloys , Lead-based alloys and alloys based on bismuth.

Предпочтительно, металлический материал покрытия представляет собой сплав на основе алюминия, легированный свинцом, висмутом, оловом и/или сурьмой.Preferably, the metallic coating material is an aluminum based alloy alloyed with lead, bismuth, tin and / or antimony.

Предпочтительно, металлический материал покрытия представляет собой сплав на основе свинца, легированный алюминием, висмутом, оловом и/или сурьмой.Preferably, the metallic coating material is a lead-based alloy alloyed with aluminum, bismuth, tin and / or antimony.

Предпочтительно, металлический материал покрытия представляет собой сплав на основе висмута, легированный алюминием, свинцом, оловом и/или сурьмой.Preferably, the metallic coating material is a bismuth-based alloy alloyed with aluminum, lead, tin and / or antimony.

Предпочтительно, защитное покрытие проводника имеет толщину не менее 1 мкм, более предпочтительно - от 1 мкм до 150 мкм, еще более предпочтительно - от 2 мкм до 20 мкм.Preferably, the protective coating of the conductor has a thickness of at least 1 μm, more preferably from 1 μm to 150 μm, even more preferably from 2 μm to 20 μm.

Предпочтительно, провод выполнен с возможностью эксплуатации в диапазоне от примерно -60°С до примерно +250°С, предпочтительно - от -50°С до +220°С.Preferably, the wire is operable in the range of from about -60 ° C to about + 250 ° C, preferably from -50 ° C to + 220 ° C.

Согласно второму варианту воплощения, предложен хладотермостойкий изолированный провод, содержащий по меньшей мере один металлический проводник со сплошным защитным покрытием и одно- или многослойную полимерную изоляцию, отличающийся тем, что защитное покрытие по меньшей мере одного проводника выполнено из композиционного материала, включающего в себя металлическую матрицу и по меньшей мере один ультрадисперсный неметаллический наполнитель, частицы которого распределены в металлической матрице, причем упомянутое защитное покрытие предотвращает повреждение полимерной изоляции вследствие действия ионов меди и/или других переходных металлов из упомянутого проводника.According to a second embodiment, a cold-resistant insulated wire is provided, comprising at least one metal conductor with a continuous protective coating and a single or multi-layer polymer insulation, characterized in that the protective coating of at least one conductor is made of a composite material including a metal matrix and at least one ultrafine non-metallic filler, particles of which are dispersed in a metal matrix, said protective coating prevents damage to the polymeric insulation due to the action of copper ions and / or other transition metal from said conductor.

Предпочтительно, металлическую матрицу композиционного материала покрытия проводника составляет свинец или сплавы на его основе, легированные оловом, висмутом, алюминием и/или сурьмой.Preferably, the metal matrix of the conductor coating composite material is lead or its alloys doped with tin, bismuth, aluminum and / or antimony.

Предпочтительно, металлическую матрицу композиционного материала покрытия проводника составляют сплавы на основе олова, легированные свинцом, висмутом, алюминием и/или сурьмой.Preferably, the metal matrix of the conductor coating composite material is comprised of tin-based alloys doped with lead, bismuth, aluminum and / or antimony.

Предпочтительно, металлическую матрицу композиционного материала покрытия проводника составляет алюминий или сплавы на его основе, легированные свинцом, оловом, висмутом и/или сурьмой.Preferably, the metal matrix of the conductor coating composite material is aluminum or alloys based thereon alloyed with lead, tin, bismuth and / or antimony.

Предпочтительно, металлическую матрицу композиционного материала покрытия проводника составляет висмут или сплавы на его основе, легированные свинцом, оловом, алюминием и/или сурьмой.Preferably, the metal matrix of the conductor coating composite material is bismuth or alloys based thereon alloyed with lead, tin, aluminum and / or antimony.

Предпочтительно, упомянутый по меньшей мере один неметаллический наполнитель выбран из группы, состоящей из сульфидов, оксидов, нитридов и полимерных материалов.Preferably, said at least one non-metallic filler is selected from the group consisting of sulfides, oxides, nitrides and polymeric materials.

Предпочтительно, в качестве неметаллического наполнителя использован материал, обеспечивающий физическую и/или химическую адгезию между защитным покрытием проводника и полимерной изоляцией. Более предпочтительно, в качестве неметаллического наполнителя использован полимерный материал, химически совместимый с, по меньшей мере, внутренним слоем полимерной изоляции и обеспечивающий физическую и/или химическую адгезию между защитным покрытием проводника и полимерной изоляцией.Preferably, a material providing physical and / or chemical adhesion between the protective coating of the conductor and the polymer insulation is used as a non-metallic filler. More preferably, a polymeric material is used as a non-metallic filler, chemically compatible with at least the inner layer of polymer insulation and providing physical and / or chemical adhesion between the protective coating of the conductor and the polymer insulation.

Предпочтительно, защитное покрытие проводника имеет толщину не менее 1 мкм, более предпочтительно - в диапазоне от 1 мкм до 150 мкм, более предпочтительно - от 2 мкм до 20 мкм, а еще более предпочтительно - от 2 мкм до 10 мкм.Preferably, the protective coating of the conductor has a thickness of at least 1 μm, more preferably in the range from 1 μm to 150 μm, more preferably from 2 μm to 20 μm, and even more preferably from 2 μm to 10 μm.

Предпочтительно, содержание неметаллического наполнителя в композиционном материале защитного покрытия проводника составляет не более 70 об.% от общего объема композиционного материала. Более предпочтительно, упомянутое содержание неметаллического наполнителя составляет от 4 до 60 об.% от общего объема композиционного материала (следует отметить, что в случае содержания менее 50 об.% металлическая матрица является основой композиционного материала по объему). Еще более предпочтительно, упомянутое содержание неметаллического наполнителя находится в диапазоне от 20 до 35 об.% от общего объема композиционного материала.Preferably, the content of non-metallic filler in the conductor protective coating composite material is not more than 70 vol.% Of the total volume of the composite material. More preferably, said non-metallic filler content ranges from 4 to 60 vol.% Of the total volume of the composite material (it should be noted that in the case of less than 50 vol.%, The metal matrix is the basis of the composite material by volume). Even more preferably, said non-metallic filler content is in the range of 20 to 35 vol.% Of the total volume of the composite material.

Ультрадисперсный неметаллический наполнитель имеет средний размер частиц, который не превышает толщину защитного покрытия более чем на 20%, а предпочтительно составляет не более половины толщины защитного покрытия. Более предпочтительно, средний размер частиц неметаллического наполнителя находится в диапазоне от 0,01 мкм (10 нм) до 7 мкм, еще более предпочтительно - от 0,03 мкм до 1 мкм, а наиболее предпочтительно - от 0,1 мкм до 0,7 мкм.The ultrafine non-metallic filler has an average particle size that does not exceed the thickness of the protective coating by more than 20%, and preferably is not more than half the thickness of the protective coating. More preferably, the average particle size of the non-metallic filler is in the range from 0.01 μm (10 nm) to 7 μm, even more preferably from 0.03 μm to 1 μm, and most preferably from 0.1 μm to 0.7 microns.

Предпочтительно, провод выполнен с возможностью эксплуатации в диапазоне от примерно -60°С до примерно +250°С.Preferably, the wire is configured to operate in a range of from about −60 ° C. to about + 250 ° C.

Краткое описание чертежаBrief Description of the Drawing

На Фиг.1 показан вид в поперечном сечении изолированного провода согласно одному из вариантов воплощения.Figure 1 shows a cross-sectional view of an insulated wire according to one embodiment.

Подробное описаниеDetailed description

Обращаясь к Фиг.1, там представлен вид в поперечном сечении изолированного провода, предложенного согласно одному из вариантов воплощения. Предложенный провод включает в себя по меньшей мере один металлический проводник 1 (на фигуре для наглядности показан только наиболее простой вариант с одним проводником и с одним слоем изоляции), полимерную изоляцию 2 и расположенное между ними защитное покрытие 3. Проводник 1 вместе с защитным покрытием 3 образуют токопроводящую жилу.Turning to FIG. 1, there is presented a cross-sectional view of an insulated wire proposed according to one embodiment. The proposed wire includes at least one metal conductor 1 (for illustration purposes only the simplest version with one conductor and with one layer of insulation is shown), polymer insulation 2 and a protective coating located between them 3. Conductor 1 together with a protective coating 3 form a conductive core.

Упомянутый по меньшей мере один металлический проводник 1 может присутствовать в проводе в любом количестве, например, в количестве 1, 2, 3, 7, 19 или 37. Упомянутый по меньшей мере один металлический проводник 1 выполнен из переходного металла или содержит по меньшей мере один переходный металл, причем в теле самого проводника и/или в виде покрытия на нем. Так, например, проводник может быть выполнен из меди (Cu), серебра (Ag) и других переходных металлов с высокой тепло- и электропроводностью, а также сплавов на основе переходных металлов, таких как стали (в том числе нержавеющие). Кроме того, проводник может быть выполнен из непереходного металла, такого как алюминий (Al), и снабжен покрытием, содержащим по меньшей мере один переходный металл, такой как цинк (Zn), никель (Ni), кобальт (Co), хром (Cr), медь (Cu) и др., и выполняющим некоторую дополнительную функцию, такую как, например, защита проводника от окисления и коррозии, повышение удельной электропроводности (известно, например, что при больших частотах ток протекает преимущественно по поверхности проводника) и т.д. В наиболее предпочтительном варианте воплощения проводник выполнен из меди или медного сплава.Mentioned at least one metal conductor 1 may be present in the wire in any quantity, for example, in the amount of 1, 2, 3, 7, 19 or 37. Mentioned at least one metal conductor 1 is made of transition metal or contains at least one transition metal, moreover, in the body of the conductor itself and / or in the form of a coating on it. So, for example, the conductor can be made of copper (Cu), silver (Ag) and other transition metals with high thermal and electrical conductivity, as well as alloys based on transition metals, such as steel (including stainless). In addition, the conductor may be made of a non-transition metal, such as aluminum (Al), and provided with a coating containing at least one transition metal, such as zinc (Zn), nickel (Ni), cobalt (Co), chromium (Cr ), copper (Cu), etc., and performing some additional function, such as, for example, protecting the conductor from oxidation and corrosion, increasing the electrical conductivity (it is known, for example, that at high frequencies the current flows mainly over the surface of the conductor), etc. d. In a most preferred embodiment, the conductor is made of copper or a copper alloy.

Полимерная изоляция 2 может быть однослойной или многослойной, например, двух- или трехслойной. Полимерная изоляция 2 согласно предложенному решению обладает высокими хладо- и/или термостойкостью, высокой электрической прочностью. Материал слоев полимерной изоляции может быть выбран из: полиэтилена (ПЭ), такого как ПЭ низкой плотности (ПЭНП), ПЭ средней плотности (ПЭСП), ПЭ высокой плотности (ПЭВП), линейного ПЭ низкой плотности (ЛПЭНП), полиэтилена ультранизкой плотности (ПЭУНП); полипропилена (ПП); сополимеров этилена/сложного эфира винилового спирта, таких как этилен/винилацетат (ЭВА); сополимеров этилена/акрилата, таких как этилен/метилакрилат (ЭМА), этилен/этилакрилат (ЭЭА) и этилен/бутилакрилат (ЭБА); термопластичных сополимеров этилена/α-олефина; полистирола; фторопластов; сополимеров акрилонитрила/бутадиена/стирола (АБС); галогенированных полимеров, таких как поливинилхлорид (ПВХ); полиуретана (ПУ); полиамидов; ароматических сложных полиэфиров, таких как полиэтилентерефталат (ПЭТФ) или полибутилентерефталат (ПБТ); или их сополимеров или их смесей. Наиболее предпочтительным материалом полимерной изоляции 2 является блоксополимер пропилена с этиленом или ПБТ.The polymer insulation 2 may be single-layer or multi-layer, for example, two- or three-layer. Polymer insulation 2 according to the proposed solution has high cold and / or heat resistance, high electrical strength. The material of the polymer insulation layers can be selected from: polyethylene (PE), such as low density PE (LDPE), medium density PE (MESP), high density PE (HDPE), linear low density PE (LLDPE), ultra low density polyethylene (LDPE) ); polypropylene (PP); vinyl alcohol ethylene / ester copolymers such as ethylene / vinyl acetate (EVA); ethylene / acrylate copolymers such as ethylene / methyl acrylate (EMA), ethylene / ethyl acrylate (EEA) and ethylene / butyl acrylate (EBA); thermoplastic ethylene / α-olefin copolymers; polystyrene; fluoroplastics; acrylonitrile / butadiene / styrene copolymers (ABS); halogenated polymers such as polyvinyl chloride (PVC); polyurethane (PU); polyamides; aromatic polyesters such as polyethylene terephthalate (PET) or polybutylene terephthalate (PBT); or their copolymers or mixtures thereof. The most preferred polymer insulation material 2 is a propylene block copolymer with ethylene or PBT.

Защитное покрытие 3 согласно предложенному решению, нанесенное на металлический проводник 1 и находящееся в непосредственном контакте с ним, выполняет функцию предотвращения по меньшей мере повреждения (а в конечном итоге - полного разрушения) полимерной изоляции 2 вследствие действия ионов меди и/или других переходных металлов из упомянутого металлического проводника.The protective coating 3 according to the proposed solution, applied to the metal conductor 1 and in direct contact with it, performs the function of preventing at least damage (and ultimately complete destruction) of the polymer insulation 2 due to the action of copper ions and / or other transition metals from mentioned metal conductor.

Известно, что адгезионный контакт металлического проводника с полимерной изоляцией сопровождается переносом в объем полимера ионов металла, которые удерживаются в полимерной матрице за счет воды и функциональных групп полимера (Лямина Г.В., Изаак Т.И., Бабкина О.В., Мокроусов Г.М. Изучение межфазных превращений в системе металл-полимерный электролит. 3 Всероссийская Каргинская конференция, посвященная 250-летию Московского государственного университета, «Полимеры-2004», Москва, 27 янв.-1февр., 2004: Тезисы устных и стендовых докладов. Т.1.М.: Из-во МГУ. 2004, с.309). Переходные металлы, в том числе и медь, как металлы переменной валентности, предрасположены к окислению, хотя бы окисление и ограничивалось тонким слоем на поверхности металла (Ахмадуллина А.Г., [Кирпичников П.А.] (Всероссийский НИИ Углеводородного сырья, г. Казань) Проблемы термоокислительной деструкции катализаторов на полимерной основе. Тезисы докладов 1 Кирпичниковских чтений «Деструкция и стабилизация полимеров. Молодые ученые-третьему тысячелетию», Казань, 22-24 февр., 2000. Казань: Нов. Знание. 2000, с.98-99). Для этого окисления требуется в тысячи раз меньшее количество кислорода, чем считалось раннее, поэтому окисление в тонком слое оказывает существенное влияние на каталитические свойства токопроводящей жилы (. Transition Metal Oxides: Extra Thermodynamic Stability as Thin Films, 10.1103/Physical Review Letters, 96, 066106,14 February 2006). Ионы меди и других переходных металлов ускоряют термоокисление изоляции провода за счет отрыва функциональных групп, уменьшения молекулярной массы полимера. Эти ионы катализируют реакцию образования в полимере свободных радикалов, которые, в свою очередь, отщепляют водород от цепи полимерных молекул и укорачивают их. Диэлектрические и механические свойства изоляции в значительной степени зависят от степени сшивки молекул полимера. Количественное накопление деструкций (дефектов) сшивки ведет к снижению прочностных свойств и к электрическому пробою изоляции токопроводящей жилы. Установлено, что присутствие меди в полимере снижает также температуру его разложения (Antonov A., Yablokova M., Costa L., Balabanovich A., Levchik G., Levchik S. The effect of nanjmetals on the flammability and termooxidative degradation of polymer materials: [5 International Conference on Frontiers of Polymers and Advanced Materials, Poznan, June 21-25, 1999. Pt I.] Mol. Cryst. And Liq. Cryst. Sci. and Technol. A. 2000. 353), т.е. ионы меди ускоряют разложение полимеров при повышенных температурах.It is known that the adhesive contact of a metal conductor with polymer insulation is accompanied by the transfer into the polymer volume of metal ions that are held in the polymer matrix due to water and the polymer functional groups (Lyamina G.V., Isaak T.I., Babkina O.V., Mokrousov GM Study of interphase transformations in the metal-polymer electrolyte system 3 All-Russian Kargin conference dedicated to the 250th anniversary of Moscow State University, "Polymers-2004", Moscow, January 27-Feb 1, 2004: Abstracts of oral and poster presentations. T.1.M .: From M W. 2004 s.309). Transition metals, including copper, as metals of variable valency, are prone to oxidation, even if oxidation was limited to a thin layer on the metal surface (Akhmadullina A.G., [Kirpichnikov P.A.] (All-Russian Research Institute of Hydrocarbon Raw Materials, Kazan) Problems of Thermo-Oxidative Destruction of Polymer-Based Catalysts Abstracts 1 of the Brick Readings "Destruction and Stabilization of Polymers. Young Scientists for the Third Millennium", Kazan, Feb. 22-24, 2000. Kazan: New Knowledge. 2000, p. 98- 99). This oxidation requires a thousand times less oxygen than previously thought, so thin-layer oxidation has a significant effect on the catalytic properties of a conductive core (. Transition Metal Oxides: Extra Thermodynamic Stability as Thin Films, 10.1103 / Physical Review Letters, 96, 066106 , February 14, 2006). Ions of copper and other transition metals accelerate the thermal oxidation of the insulation of the wire due to the separation of functional groups, reducing the molecular weight of the polymer. These ions catalyze the formation of free radicals in the polymer, which, in turn, cleave hydrogen from the chain of polymer molecules and shorten them. The dielectric and mechanical properties of insulation largely depend on the degree of crosslinking of the polymer molecules. The quantitative accumulation of degradation (defects) of crosslinking leads to a decrease in strength properties and to an electrical breakdown of the insulation of the conductive core. It was found that the presence of copper in the polymer also reduces its decomposition temperature (Antonov A., Yablokova M., Costa L., Balabanovich A., Levchik G., Levchik S. The effect of nanjmetals on the flammability and termooxidative degradation of polymer materials: [5 International Conference on Frontiers of Polymers and Advanced Materials, Poznan, June 21-25, 1999. Pt I.] Mol. Cryst. And Liq. Cryst. Sci. And Technol. A. 2000. 353), i.e. copper ions accelerate the decomposition of polymers at elevated temperatures.

Таким образом, защитное покрытие 3 согласно предложенному решению, находящееся между металлическим проводником 1 и полимерной изоляцией 3, призвано устранить вышеупомянутые вредные для изоляции эффекты и исключить попадание разрушительных ионов меди и/или других переходных металлов в полимерную изоляцию. Защитное покрытие 3 может быть выполнено либо полностью из металлического материала, либо из композиционного материала (называемого далее для краткости композитом), состоящего из металлической матрицы 4 и неметаллического наполнителя 5. В предпочтительном варианте металлическая матрица является основой композита по объему.Thus, the protective coating 3 according to the proposed solution, located between the metal conductor 1 and the polymer insulation 3, is designed to eliminate the aforementioned harmful effects to the insulation and to prevent the penetration of destructive ions of copper and / or other transition metals into the polymer insulation. The protective coating 3 can be made either entirely of a metal material or of a composite material (hereinafter referred to as a composite for short) consisting of a metal matrix 4 and a non-metallic filler 5. In a preferred embodiment, the metal matrix is the bulk of the composite.

В соответствии с данным техническим решением было установлено, что попадание разрушительных ионов меди и других переходных металлов в полимерную изоляцию исключается в случае, когда металлический проводник, содержащий по меньшей мере один переходный металл, покрыт защитным слоем из по меньшей мере одного непереходного металла IIIА, IVА и VА групп Периодической таблицы или защитным слоем из сплава на основе по меньшей мере одного непереходного металла IIIА, IVА и VА групп Периодической таблицы, в частности: In accordance with this technical solution, it was found that the penetration of destructive ions of copper and other transition metals into the polymer insulation is excluded when the metal conductor containing at least one transition metal is covered with a protective layer of at least one non-transition metal IIIA, IVA and VA groups of the Periodic Table or a protective layer of an alloy based on at least one transition metal IIIA, IVA and VA groups of the Periodic Table, in particular:

i. сплошным защитным слоем из сплавов на основе алюминия (Al); i. a continuous protective layer of alloys based on aluminum (Al);

ii. сплошным защитным слоем из сплавов на основе свинца (Pb);ii. a continuous protective layer of lead-based alloys (Pb);

iii. сплошным защитным слоем из сплавов на основе висмута (Bi).iii. a continuous protective layer of bismuth-based alloys (Bi).

Кроме того, было установлено, что попадание разрушительных ионов меди и других переходных металлов в полимерную изоляцию исключается в случае, когда металлический проводник, содержащий по меньшей мере один переходный металл, покрыт сплошным защитным слоем из композита, содержащего металлическую матрицу, состоящую из по меньшей мере одного непереходного металла IIIА, IVА и VА групп Периодической таблицы или сплава на основе по меньшей мере одного непереходного металла IIIА, IVА и VА групп Периодической таблицы, и ультрадисперсный неметаллический наполнитель, частицы которого распределены в этой металлической матрице. In addition, it was found that the penetration of destructive ions of copper and other transition metals into the polymer insulation is excluded in the case when the metal conductor containing at least one transition metal is coated with a continuous protective layer of a composite containing a metal matrix consisting of at least one intransitive metal of groups IIIA, IVA and VA of the periodic table or an alloy based on at least one intransitive metal of groups IIIA, IVA and VA of the periodic table, and ultrafine non-metallic filler, particles of which are distributed in this metal matrix.

Известные в данное время непереходные металлы IIIА, IVА и VА групп Периодической таблицы включают в себя алюминий, галлий, индий и таллий (IIIA группа); кремний, германий, олово и свинец (IVA группа); а также сурьму и висмут (VA группа), при этом любой из этих металлов может быть использован в предложенном решении, при условии выполнения им упомянутой выше защитной функции, а также при условии его соответствия желательным условиям эксплуатации. Однако по своим физико-химическим свойствам и с экономической точки зрения предпочтительными для использования в предложенном решении непереходными металлами являются алюминий, олово, свинец и висмут. Данное защитное покрытие обеспечивает работоспособность изолированной токопроводящей жилы в диапазоне температур эксплуатации от -60 до +250°С за счет своей хладотермостойкости, надежной защиты изоляции от ионов меди и других переходных металлов, не разрушения адгезионного сцепления жилы с изоляцией.Currently known intransitive metals of groups IIIA, IVA and VA of the Periodic Table include aluminum, gallium, indium and thallium (group IIIA); silicon, germanium, tin and lead (IVA group); as well as antimony and bismuth (VA group), while any of these metals can be used in the proposed solution, provided that it fulfills the protective function mentioned above, and also if it meets the desired operating conditions. However, in their physicochemical properties and from an economic point of view, aluminum, tin, lead and bismuth are preferred non-transition metals for use in the proposed solution. This protective coating ensures the operability of an insulated conductive core in the operating temperature range from -60 to + 250 ° C due to its cold-resistance, reliable protection of insulation from copper ions and other transition metals, and not destruction of the adhesive adhesion of the core with insulation.

Ультрадисперсный неметаллический наполнитель, частицы которого распределены в вышеописанной металлической матрице, предпочтительно выбран из группы, состоящей из сульфидов, оксидов, нитридов и полимерных материалов, хотя может быть использован и любой другой подходящий неметаллический наполнитель. The ultrafine non-metallic filler, the particles of which are distributed in the above-described metal matrix, is preferably selected from the group consisting of sulfides, oxides, nitrides and polymeric materials, although any other suitable non-metallic filler may be used.

В качестве примеров неметаллических наполнителей композитного защитного покрытия проводника можно привести следующие:The following can be cited as examples of non-metallic fillers of a composite protective coating of a conductor:

i) из оксидов - SiO₂, Al₂O₃и другие;i) from oxides — SiO ₂ , Al ₂ O ₃ and others;

ii) из сульфидов - MoS₂, TiS₂ и другие;ii) from sulfides - MoS ₂ , TiS ₂ and others;

iii) из нитридов - TiN, BN и другие;iii) from nitrides - TiN, BN and others;

iv) из полимерных материалов - полибутилентерефталат, полиэтилентерефталат, сополимер полипропилена, фторопласт, поливинилхлорид и другие. iv) from polymeric materials - polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polypropylene copolymer, fluoroplast, polyvinyl chloride and others.

При этом следует отметить, что использованный здесь термин «неметаллический наполнитель» не означает, что такой наполнитель совсем не обладает проводимостью. Например, ряд нитридов (например, нитрид титана TiN) и карбидов (карбид титана TiC, карбид вольфрама WC и др.) обладают электрической проводимостью, сравнимой с проводимостью металлов.It should be noted that the term “non-metallic filler” used here does not mean that such a filler does not have conductivity at all. For example, a number of nitrides (for example, titanium nitride TiN) and carbides (titanium carbide TiC, tungsten carbide WC, etc.) have electrical conductivity comparable to that of metals.

Неметаллический наполнитель 5 выбирают исходя из условия его хорошей адгезии к полимерной изоляции, при этом неметаллический наполнитель может состоять как из одного, так и нескольких различных материалов. Ультрадисперсные частицы неметаллического наполнителя прочно связаны с металлической матрицей композита на нано- и мезоуровнях адгезионными силами сцепления. Частицы наполнителя могут иметь одинаковый или разный размер. В частности, наполнитель может характеризоваться относительно узким или широким распределением его частиц по размеру. Ультрадисперсные частицы неметаллического наполнителя 5 могут быть распределены в металлической матрице 4 гомогенным или негомогенным образом. Например, они могут быть распределены градиентным образом с ростом их содержания по мере приближении к проводнику 1 или к изоляции 2 (последний случай более предпочтителен). В более предпочтительном варианте некоторые частицы наполнителя выступают из поверхности композитного защитного покрытия (см. Фиг.1), таким образом способствуя хорошему сцеплению полимерной изоляции с защитным покрытием и, тем самым, с проводником, поскольку эти покрытие и проводник являются в целом металлическими, то есть однородными по своей природе. Частицы наполнителя могут иметь произвольную геометрическую форму. Например, они могут быть сферическими, волокнообразными, могут иметь неправильную форму и т.п. Предпочтительным также является тот вариант, при котором поверхность частиц наполнителя имеет некоторую шероховатость, что дополнительно улучшает физическое сцепление между этими частицами и матрицей, а также между этими частицами и полимерной изоляцией в случае их частичного выступания из поверхности защитного покрытия.Non-metallic filler 5 is selected based on the condition of its good adhesion to polymer insulation, while the non-metallic filler may consist of one or several different materials. Ultrafine particles of a nonmetallic filler are firmly bonded to the metal matrix of the composite at the nano and mesoscale by adhesive adhesion forces. The filler particles may have the same or different size. In particular, the filler may be characterized by a relatively narrow or wide size distribution of its particles. The ultrafine particles of the non-metallic filler 5 can be distributed in the metal matrix 4 in a homogeneous or non-homogeneous manner. For example, they can be distributed in a gradient manner with an increase in their content as they approach conductor 1 or insulation 2 (the latter case is more preferable). In a more preferred embodiment, some filler particles protrude from the surface of the composite protective coating (see FIG. 1), thereby contributing to good adhesion of the polymer insulation to the protective coating and, therefore, to the conductor, since these coatings and the conductor are generally metallic, then are homogeneous in nature. The filler particles may have an arbitrary geometric shape. For example, they can be spherical, fibrous, can have an irregular shape, etc. Preferred is also the option in which the surface of the filler particles has a certain roughness, which further improves the physical adhesion between these particles and the matrix, as well as between these particles and the polymer insulation if they partially protrude from the surface of the protective coating.

В предпочтительном случае, когда частицы неметаллического наполнителя композитного покрытия частично выступают из поверхности защитного покрытия и состоят из полимерного материала, обеспечивается наилучшее сцепление полимерной изоляции с таким покрытием, поскольку имеет место контакт однородных по своей химической природе (т.е. полимерных) материалов покрытия и изоляции. В данном случае полимерный материал, образующий частицы наполнителя, предпочтительно подбирают исходя из условия химической совместимости с материалом внутреннего слоя полимерной изоляции. В таком случае силы адгезионного сцепления проводника с таким композитным защитным покрытием и полимерной изоляции могут усиливаться за счет сил химического сцепления материала изоляции с однородным ему материалом ультрадисперcных частиц композитного покрытия проводника. Так, например, если внутренний слой изоляции проводника выполнен из полибутилентерефталата, то материалом наполнителя композитного покрытия проводника целесообразно избрать также полимер из группы ароматических сложных полиэфиров.In the preferred case, when the particles of the non-metallic filler of the composite coating partially protrude from the surface of the protective coating and consist of a polymeric material, the best adhesion of the polymer insulation to such a coating is ensured, since the coating materials are uniform in their chemical nature (i.e., polymeric) coatings and isolation. In this case, the polymeric material forming the filler particles is preferably selected based on the conditions of chemical compatibility with the material of the inner layer of polymer insulation. In this case, the adhesion forces of the conductor with such a composite protective coating and polymer insulation can be enhanced due to the forces of chemical adhesion of the insulation material with the homogeneous material of the ultrafine particles of the composite coating of the conductor. So, for example, if the inner insulation layer of the conductor is made of polybutylene terephthalate, then it is advisable to choose a polymer from the group of aromatic polyesters as the filler material of the composite coating of the conductor.

При этом применение в качестве неметаллического наполнителя полимерных материалов, химически совместимых с внутренним слоем полимерной изоляции, способно обеспечивать, в дополнение к физической адгезии или отдельно от нее, химическую адгезию между токопроводящей жилой и полимерной изоляцией. Повышение адгезии между слоями совместимых полимерных материалов происходит за счет обменных химических реакций (переэтерификации), приводящих к образованию химических связей между макромолекулами наполнителя композитного покрытия и макромолекулами изоляции провода. Известно, например, что при температурах экструзии и литья (таких как 220-250°С) между полимерными макромолекулами имеет место переэтерификация (Газаев М.А. Синтез, свойства и разработка термостойких материалов на основе полиарилатсульфонов. Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук. М., 2001). Эти явления химического взаимодействия наблюдались для сложных гетероциклических полиэфиров, таких как полибутилентерефталат, полиэтилентерефталат, поликарбонат, полиарилат, полисульфонарилатные блоксополимеры, полимер-полимерные композиты на основе полипропилена и полибутилентерефталата и др.Moreover, the use of polymeric materials as a non-metallic filler chemically compatible with the inner layer of polymer insulation is capable of providing, in addition to or separately from physical adhesion, chemical adhesion between the conductive core and the polymer insulation. The increase in adhesion between layers of compatible polymer materials occurs due to exchange chemical reactions (transesterification), leading to the formation of chemical bonds between the macromolecules of the filler composite coating and the macromolecules of the insulation of the wire. It is known, for example, that at extrusion and casting temperatures (such as 220-250 ° C), transesterification takes place between polymer macromolecules (Gazaev MA Synthesis, properties and development of heat-resistant materials based on polyarylate sulfones. Thesis for the degree of Doctor of Chemical Sciences . M., 2001). These phenomena of chemical interaction were observed for heterocyclic polyesters, such as polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyarylate, polysulfonylate block copolymers, polymer-polymer composites based on polypropylene and polybutylene terephthalate, etc.

Установлено, что проникновение воды вдоль жилы изолированного провода вредит его целостности и электрическим свойствам. Более того, если вода достигает оборудования, электрически соединенного с одним концом провода, вода приводит к повреждению, которое является необратимым и существенным в смысле экономических затрат. Предложенное техническое решение обеспечивает надежную преграду проникновению воды вдоль жилы за счет физических и/или химических сил сцепления, которые возникают между покрытым защитным слоем проводником и его изоляцией.It is established that the penetration of water along the core of an insulated wire harms its integrity and electrical properties. Moreover, if water reaches equipment electrically connected to one end of the wire, the water will cause damage that is irreversible and significant in terms of economic costs. The proposed technical solution provides a reliable barrier to the penetration of water along the core due to physical and / or chemical adhesion forces that arise between the conductor covered with a protective layer and its insulation.

Композитные защитные покрытия согласно предложенному решению могут быть получены, например, методом нанесения гальванического покрытия в электролитической ванне, содержащей диспергированные (суспендированные) в ней частицы неметаллического наполнителя. Суспендированное состояние частиц может поддерживаться, например, с помощью ультразвукового перемешивания. Composite protective coatings according to the proposed solution can be obtained, for example, by applying a plating coating in an electrolytic bath containing particles of a non-metallic filler dispersed (suspended) in it. The suspended state of the particles can be maintained, for example, by ultrasonic mixing.

ПРИМЕРEXAMPLE

Было проведено испытание с целью оценки термоокислительного повреждения полимерной изоляции изолированного провода в случае использования предложенного технического решения и без него.A test was conducted to assess the thermal oxidative damage to the polymer insulation of an insulated wire in the case of using the proposed technical solution and without it.

Описание использованных в данном испытании образцов: образцы представляли собой медную проволоку диаметром 1,0 мм с защитным покрытием толщиной 30 мкм из металлического сплава и изоляцию из сополимера пропилена с этиленом марки 02015 толщиной 1,0±0,1 мм, которая была нанесена методом экструзии на эту проволоку.Description of the samples used in this test: the samples were a copper wire with a diameter of 1.0 mm with a protective coating 30 μm thick from a metal alloy and insulation from a copolymer of propylene with ethylene grade 02015 with a thickness of 1.0 ± 0.1 mm, which was applied by extrusion to this wire.

Состав металлического сплава защитного покрытия медной проволокиThe composition of the metal alloy protective coating of copper wire № образцаSample No. Основа сплаваAlloy base Добавка в сплавAlloy additive № 1
(согласно предложенному решению)Number 1
(according to the proposed solution) Свинец (90 мас.%)Lead (90 wt.%) Олово (10 мас.%)Tin (10 wt.%) № 2
(согласно уровню техники)Number 2
(according to the prior art) Медь (90 мас.%)Copper (90 wt.%) Олово (10 мас.%)Tin (10 wt.%) № 3
(согласно предложенному решению)Number 3
(according to the proposed solution) Висмут (80 мас.%)Bismuth (80 wt.%) Олово (20 мас.%)Tin (20 wt.%) № 4
(согласно уровню техники)Number 4
(according to the prior art) Никель (86 мас.%)Nickel (86 wt.%) Олово (14 мас.%)Tin (14 wt.%)

Условия проведения испытаний: образцы проводов помещали на 336 часов (2 недели) в термостат, в котором поддерживалась температура +130°С.Test conditions: wire samples were placed for 336 hours (2 weeks) in a thermostat, in which a temperature of + 130 ° C was maintained.

Оценка образцов: Электрическая прочность изоляции образцов проводов после завершения испытаний была оценена при переменном (частоты 50 Гц) напряжении по ГОСТ 6433.3-71. На каждом образце провода были выполнены 5 пробоев.Evaluation of samples: The dielectric strength of the insulation of wire samples after testing was evaluated at alternating (frequency 50 Hz) voltage according to GOST 6433.3-71. Five breakdowns were performed on each wire sample.

Результаты испытаний: Было установлено, что среднее арифметическое значение электрической прочности изоляции образца № 1 больше, чем у образца № 2, в 1,35 раза (36,1 и 26,7 кВ/мм соответственно). Было также показано, что среднее арифметическое значение электрической прочности изоляции образца № 3 больше, чем у образца № 4 в 1,24 раза (36 и 29,1 кВ/мм соответственно). Test results: It was found that the arithmetic average value of the dielectric strength of the insulation of sample No. 1 is 1.35 times greater than that of sample No. 2 (36.1 and 26.7 kV / mm, respectively). It was also shown that the arithmetic average value of the dielectric strength of the insulation of sample No. 3 is 1.24 times greater than that of sample No. 4 (36 and 29.1 kV / mm, respectively).

Вывод: использование предложенного технического решения при прочих равных условиях обеспечивает повышение электрической прочности изоляции в случае эксплуатации провода при повышенных температурах.Conclusion: the use of the proposed technical solution, ceteris paribus, provides increased dielectric strength in the case of wire operation at elevated temperatures.

Claims

1. Cold-resistant insulated wire containing at least one metal conductor with a continuous protective coating and a single or multilayer polymer insulation, characterized in that the protective coating of at least one conductor is made of a metal material that prevents damage to the polymer insulation due to the action of copper ions and / or other transition metals from said conductor and selected from the group consisting of aluminum-based alloys, lead-based alloys, and alloys based on Ismuth.

2. The wire according to claim 1, characterized in that the metallic coating material is an aluminum-based alloy alloyed with lead, bismuth, tin and / or antimony.

3. The wire according to claim 1, characterized in that the metallic coating material is a lead-based alloy alloyed with aluminum, bismuth, tin and / or antimony.

4. The wire according to claim 1, characterized in that the metallic coating material is a bismuth-based alloy alloyed with aluminum, lead, tin and / or antimony.

5. The wire according to claim 1, characterized in that the protective coating of the conductor has a thickness of at least 1 μm.

6. The wire according to claim 5, characterized in that the protective coating of the conductor has a thickness in the range from 1 to 150 microns.

7. The wire according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it is made with the possibility of operation in the range from about -60 ° C to about + 250 ° C.

8. Cold-resistant insulated wire containing at least one metal conductor with a continuous protective coating and a single or multi-layer polymer insulation, characterized in that the protective coating of at least one conductor is made of a composite material comprising a metal matrix and at least one ultrafine non-metallic filler, the particles of which are dispersed in the metal matrix, wherein said protective coating prevents damage to the polymer insulation and due to the action of copper ions and / or other transition metals from said conductor.

9. The wire according to claim 8, characterized in that the metal matrix of the composite coating material of the conductor is lead or alloys based on it, alloyed with tin, bismuth, aluminum and / or antimony.

10. The wire according to claim 8, characterized in that the metal matrix of the composite material for the coating of the conductor is composed of tin-based alloys alloyed with lead, bismuth, aluminum and / or antimony.

11. The wire according to claim 8, characterized in that the metal matrix of the composite coating material of the conductor is aluminum or alloys based on it, alloyed with lead, tin, bismuth and / or antimony.

12. The wire according to claim 8, characterized in that the metal matrix of the composite coating material of the conductor is bismuth or alloys based on it, alloyed with lead, tin, aluminum and / or antimony.

13. The wire of claim 8, characterized in that the said at least one non-metallic filler is selected from the group consisting of sulfides, oxides, nitrides and polymeric materials.

14. The wire according to claim 8, characterized in that the material providing physical and / or chemical adhesion between the protective coating of the conductor and the polymer insulation is used as a non-metallic filler.

15. The wire according to 14, characterized in that the non-metallic filler used a polymer material chemically compatible with at least the inner layer of polymer insulation and providing physical and / or chemical adhesion between the protective coating of the conductor and the polymer insulation.

16. The wire according to claim 8, characterized in that the protective coating of the conductor has a thickness of at least 1 μm.

17. The wire according to clause 16, wherein the protective coating of the conductor has a thickness in the range from 1 to 150 microns.

18. The wire of claim 8, characterized in that the content of non-metallic filler in the composite material of the protective coating of the conductor is not more than 70 vol.% Of the volume of the composite material.

19. The wire according to p. 18, characterized in that the said content of non-metallic filler is in the range from 4 to 60 vol.% Of the volume of the composite material.

20. The wire of claim 8, characterized in that the ultrafine non-metallic filler has an average particle size in the range from 0.01 to 7 microns.

21. The wire according to any one of paragraphs.8-20, characterized in that it is made with the possibility of operation in the range from about -60 ° C to about + 250 ° C.

22. Cold-resistant insulated wire containing at least one metal conductor with a continuous protective coating and a single or multilayer polymer insulation, characterized in that the protective coating of at least one conductor is made of a metal material that prevents damage to the polymer insulation due to the action of copper ions and / or other transition metals from said conductor and selected from the group consisting of aluminum, lead and bismuth.