CH677845A5

CH677845A5 -

Info

Publication number: CH677845A5
Application number: CH3559/88A
Authority: CH
Inventors: Michael Schurr
Original assignee: Huber+Suhner Ag
Priority date: 1988-09-23
Filing date: 1988-09-23
Publication date: 1991-06-28
Also published as: FI894155A; NO893687D0; FI894155A0; ATE105967T1; EP0360755B1; NO893687L; EP0360755A1; DE58907682D1

Abstract

Electrical conductors having an internal insulating layer of heat resistant polymer or of inorganic material and an outer protective layer, indissolubly connected to the inner layer, of flame-retardant thermoplastic or duroplastic can be wound at low bending radii without the formation of folds in the protective layer. Moreover, they have an improved resistance to liquid media. The outer protective layer is preferably applied using a powder coating process.

Description

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Beschreibung description

Die Erfindung betrifft eine ein- und mehradrige isolierte, elektrische Leitung, insbesondere eine solche mit einer extrudierten, vernetzten, wärmebeständigen, flammwidrigen Isolation bzw. einem solchen Schutzmantel und einer vorzugsweise im elektrostatischen Pulverbeschichtungsverfahren aufgebrachten äusseren Schutzschicht zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen flüssige Medien und mechanische Beanspruchungen. The invention relates to a single and multi-core insulated electrical line, in particular one with an extruded, cross-linked, heat-resistant, flame-retardant insulation or such a protective jacket and an outer protective layer, preferably applied in the electrostatic powder coating process, to improve the resistance to liquid media and mechanical stresses .

Im CH-Patent 664 23Q ist eine isolierte elektrische Leitung beschrieben, deren innere Isolation aus halogenfreiem, vernetzten^ Polyolefin-Copoly-mer und deren äussere Schutzschicht aus einem Polyamid oder einem thermoplastischen halogenfreien Polyesterelastomer oder einem halogenfreien aromatischen Polyäther besteht. Diese äussere Schutzschicht wird im Extrusionsverfahren aufgebracht. Eine innige Verbindung der inneren Isolations- mit der äusseren Schutzschicht besteht nicht.-Dies führt zur Faltenbildung der Schutzschicht, wenn die fertige Leitung um kleine Biegeradien gebogen wird, besonders bei Leitungsdurchmessern grösser als 5 mm. CH Patent 664 23Q describes an insulated electrical cable whose inner insulation consists of halogen-free, crosslinked ^ polyolefin copolymer and whose outer protective layer consists of a polyamide or a thermoplastic halogen-free polyester elastomer or a halogen-free aromatic polyether. This outer protective layer is applied in the extrusion process. There is no intimate connection of the inner insulation layer with the outer protective layer. This leads to wrinkling of the protective layer if the finished cable is bent around small bending radii, especially for cable diameters larger than 5 mm.

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten doppelschichtig extrudierten Isolationen, nämlich die mangelnde Haftung zwischen der inneren und äusseren Isolationsschicht sowie Faltenbildung der äusseren Schicht bei Biegung um scharfe Kanten, zu beheben. Dies wird dadurch erreicht, dass die beiden Schichten miteinander verschmolzen werden, z.B. indem die äussere Schicht im elektrostatischen Pulverbeschichtungsverfahren aufgebracht und unmittelbar danach durch Hitzeeinwirkung, z.B. im Durchläufofen aufgeschmolzen wird. Dabei entsteht eine innige Verbindung der äusseren Schutzschicht mit der inneren Isolationsschicht, die nur durch Zerstörung einer der beiden Schichten gelöst werden kann. Die Schutzschichtdicke beträgt im aligemeinen 0,05 bis 0,2 mm. Das elektrostatische Pulverbeschichtungsverfahren wurde bisher zum Beschichten von blanken Metallteilen angewendet, unter anderem auch zum Beschichten von Metalldrähten als Korrosionsschutz. Das Aufschmelzen bzw. Aushärten der Pulverschicht erfolgt dabei durch die durch Vorheizen vor dem Beschichten im Werkstück gespeicherte Eigenwärme oder durch Nachheizen des mit Pulver beschichteten Werkstückes, Je nach Zusammensetzung des Pulvers liegen die Schmelz- bzw. Härtetemperaturen zwischen 100 und 300°C. The aim of the invention is to eliminate the disadvantages of the known double-layer extruded insulation, namely the lack of adhesion between the inner and outer insulation layer and the formation of folds in the outer layer when bent around sharp edges. This is achieved by fusing the two layers together, e.g. by applying the outer layer in the electrostatic powder coating process and immediately afterwards by exposure to heat, e.g. is melted in the continuous furnace. This creates an intimate connection between the outer protective layer and the inner insulation layer, which can only be removed by destroying one of the two layers. The protective layer thickness is generally 0.05 to 0.2 mm. The electrostatic powder coating process has so far been used for coating bare metal parts, among other things also for coating metal wires as corrosion protection. The powder layer is melted or hardened by the inherent heat stored in the workpiece by preheating before coating or by post-heating the workpiece coated with powder. Depending on the composition of the powder, the melting or hardening temperatures are between 100 and 300 ° C.

Gegenstand dieser Erfindung ist eine Leitung, wie in den Patentansprüchen 1 bis 8 definiert. Die ein- und mehradrigen elektrischen Leitungen bestehen aus kunststoffisolierten, metallischen Leitern. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zu deren Herstellung nach dem Pulverbeschichtungsverfahren, wie in Patentanspruch 9 definiert. This invention relates to a line as defined in claims 1 to 8. The single and multi-core electrical cables consist of plastic-insulated, metallic conductors. Another object of the invention is a method for their production by the powder coating method as defined in claim 9.

Ein Beschichten bereits isolierter, metallischer Leiter nach dem elektrostatischen Pulverbeschichtungsverfahren stellt hohe Anforderungen an das tsoliermaterial bezüglich Wärme- und Formbeständigkeit. Dieses muss kurzzeitig Temperaturen zwischen 100 und 300°C ohne Beeinträchtigung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften aushalten. Thermoplastische Isoliermaterialien sind für dieses Verfahren nicht geeignet. Coating already insulated metallic conductors using the electrostatic powder coating process places high demands on the insulating material with regard to heat and dimensional stability. This must withstand temperatures between 100 and 300 ° C for a short time without impairing the mechanical and electrical properties. Thermoplastic insulating materials are not suitable for this process.

Bei den bevorzugt für die innere Isolationsschicht verwendeten Isoliermaterialien handelt es sich um strahlenvernetzte Kunststoffe aus hitzebeständigem Polyolefin-Copolymer, z.B. «Radox» 125 und «Radox» 155. Für «Radox» 125 beträgt die Dauer-Temperaturbeständigkeit (20 000 h) 120°C und die kurzzeitige Temperaturbeständigkeit (5 bis 10 s) 260°C. Für «Radox» 155 liegen diese Werte bei 135°C bzw. 280°C. (»Radox» ist das eingetragene Warenzeichen der Fa. Huber & Suhner AG. für strahlenvernetzte flammwidrige Polyolefin-Copoly-mere), The preferred insulating materials for the inner insulation layer are radiation cross-linked plastics made of heat-resistant polyolefin copolymer, e.g. «Radox» 125 and «Radox» 155. For «Radox» 125, the permanent temperature resistance (20,000 h) is 120 ° C and the short-term temperature resistance (5 to 10 s) is 260 ° C. For «Radox» 155 these values are 135 ° C and 280 ° C. ("Radox" is the registered trademark of Huber & Suhner AG. For radiation-crosslinked flame-retardant polyolefin copolymers),

Isolationsschichten aus solchen Materialien wurden bisher im Extrusionsverfahren auf den metallischen Leiter aufgebracht. Es lassen siGh Jedoch auch Isolationsschichten aus hitzebeständigen, organischen oder anorganischen Materialien, z.B. mit Glimmer beschichtetem Glasgewebe, als Bänder im Wickelverfahren auf die metallischen Leiter aufbringen und anschliessend im elektrostatischen Pulverbeschichtungsverfahren mit einer Schutzschicht bedecken. Insulation layers made of such materials have hitherto been applied to the metallic conductor using the extrusion process. However, insulation layers made of heat-resistant, organic or inorganic materials, e.g. with mica coated glass fabric, apply as tapes to the metallic conductors using the winding process and then cover with a protective layer using the electrostatic powder coating process.

Als Kunststoffe für die Bildung einer Schutzschicht im Sinne der Erfindung haben sich folgende Materialien als besonders geeignet erwiesen: The following materials have proven to be particularly suitable as plastics for the formation of a protective layer in the sense of the invention:

- Polyamid 6.6, d.h. Polyhexamethylenadipamid -Polyamid 11, d.h. Polyundecanamid - polyamide 6.6, i.e. Polyhexamethylene adipamide -polyamide 11, i.e. Polyundecanamide

- Polyamid 12, d.h. Polylaurinlactam - polyamide 12, i.e. Polylaurin lactam

- Polyurethan - polyurethane

- Polyvinylidenfluorid - polyvinylidene fluoride

- Polyätheräthylketon - Polyethyl ketone

- Epoxydharze - epoxy resins

- Polyesterharze. - polyester resins.

Die innere isolationsschicht wird in der Regel in einer Schichtdicke von 0,2 bis 3 mm aufgebracht, während die äussere Schicht relativ dünn in einer Dicke von vorzugsweise 0,05 bis 0,15 mm aufgebrachtwird. The inner insulation layer is usually applied in a layer thickness of 0.2 to 3 mm, while the outer layer is applied relatively thin in a thickness of preferably 0.05 to 0.15 mm.

Für die vorliegende Erfindung haben sich folgende Kombinationen von innerer und äusserer Schicht als besonders geeignet erwiesen. The following combinations of inner and outer layers have proven to be particularly suitable for the present invention.

»Radox» 125 + PA11 einadrige Leitung «Radox» 125 + PA11 mehradrige Leitung «Radox» 155 + PVDF einadrige Leitung Glas/Glimmer + PEEK einadrige Leitung »Radox» 125 + PA11 single-core cable «Radox» 125 + PA11 multi-core cable «Radox» 155 + PVDF single-core cable glass / mica + PEEK single-core cable

Beispiel 1 example 1

Einadrige Leitung, Isolation aus «Radox» 125, beschichtet mit PA11. Eine Kupferlitze aus 50 Einzeldrähten von 0,25 mm Durchmesser mit einem Gesamtquerschnitt von 2,5 mm2 und einem Durchmesser von 2,1 mm wurde im Extrusionsverfahren auf bekannte Art mit einer inneren Isolationsschicht aus mit bis zu ca. 50% mit Aluminiumoxydtrihydrat gefülltem «Radox» 125-Copolymer (»Radox» 125 ist die Bezeichnung der Firma Huber & Suhner AG. für strahlenvernetzte, halogenfreie Polyolefin-Copoly-mere) versehen, so dass der Aussendurchmesser der isolierten Leitung 3,6 mm betrug . Die Isolationsschicht wurde dann durch Einwirkung energierei- Single-core cable, insulation made of "Radox" 125, coated with PA11. A copper strand made of 50 individual wires with a diameter of 0.25 mm and a total cross section of 2.5 mm2 and a diameter of 2.1 mm was made in the extrusion process in a known manner with an inner insulation layer made of «Radox filled with up to 50% aluminum oxide trihydrate »125 copolymer (» Radox »125 is the name of Huber & Suhner AG for radiation-crosslinked, halogen-free polyolefin copolymers), so that the outer diameter of the insulated cable was 3.6 mm. The insulation layer was then exposed to

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cher Elektronenstrahlen mit einer Dosis von 5 bis 20 Mrad vernetzt. Auf die so erhaltene elektrische Leitung wurde im elektrostatischen Beschichtungsverfahren eine Pulverschicht aus Polyamid 11 (z.B. «Rilsan B», Lieferant Atochem) aufgebracht und diese Schicht unmittelbar anschliessend durch Temperatureinwirkung von ca. 200°C während 5 bis 10 Sekunden auf die innere Isolationsschicht aufgeschmolzen. Der Aussendurchmesser, der auf diese Art doppelschichtig isolierten Leitung betrug 3,7 mm. Cross-linked electron beams with a dose of 5 to 20 Mrad. A powder layer of polyamide 11 (e.g. "Rilsan B", supplier Atochem) was applied to the electrical line obtained in this way by electrostatic coating and this layer was then immediately melted onto the inner insulation layer by the action of temperature of approx. 200 ° C for 5 to 10 seconds. The outside diameter of the line insulated in this way was 3.7 mm.

Die erhaltene doppelschichtig isolierte Leitung wurde während 72 Stunden in Mineralöl des Typs ASTM Nr. 2 bei einer Temperatur von 100°C und in Dieseföl bei einer Temperatur von 70°C während 168 Stunden gelagert. Anschliessend wurde die Leitung einer Wickelprüfung um einen Metalldorn, dessen Durchmesser dem dreifachen Leitungsdurchmesser entsprach, unterzogen, ohne, dass die Proben eine Veränderung aufwiesen. Im weiteren wurde die doppelschichtige Leitung auf ihre Widerstandsfähigkeit gegen die Einwirkung von Wasser mit einer Temperatur von 75°C gemäss der Publikation ICEA-S-68 geprüft (ICEA = Insulated Cable Engineers Association, USA), wobei alle verlangten elektrischen Eigenschaftswerte eingehalten wurden. The resultant double-layer insulated line was stored for 72 hours in mineral oil of type ASTM No. 2 at a temperature of 100 ° C. and in diesel oil at a temperature of 70 ° C. for 168 hours. The line was then subjected to a winding test around a metal mandrel, the diameter of which corresponded to three times the line diameter, without the samples showing any change. Furthermore, the double-layer cable was tested for its resistance to the effects of water at a temperature of 75 ° C according to the publication ICEA-S-68 (ICEA = Insulated Cable Engineers Association, USA), whereby all required electrical property values were observed.

Der Abriebtest nach der deutschen Norm VG 95218, Teil 2, mit einer 0,3 mm dicken Klinge, belastet mit 0,6 kg ergab bei 1000 Abriebhüben eine Abriebtiefe von 0,2 gegenüber 0,5 bei der nicht mit PA11 beschichteten Leitung. The abrasion test according to the German standard VG 95218, part 2, with a 0.3 mm thick blade, loaded with 0.6 kg resulted in an abrasion depth of 0.2 compared to 0.5 for 1000 lines with the line not coated with PA11.

Die Anforderungen der Flammwidrigkeitsprüfung nach der lEC-Publikation 332-1 wurde von der beschichteten Leitung sicher erfüllt. The coated cable reliably met the requirements of the flame retardancy test according to IEC publication 332-1.

Beispiel 2 Example 2

Mehradrige Leitung, Mantel aus «Radox» 125, beschichtet mit PA11. Multi-core cable, jacket made of «Radox» 125, coated with PA11.

Zwölf mit «Radox» 125 isolierte Kupferlitzen (1,0 mm2) wurden als drei Viererbündel verseilt und mit einem extrudierten Schutzmantel aus «Radox» 125, Mantelwandicke 1,5 mm, umgeben. Der Leitungsdurchmesser betrug 15,5 mm. Der Schutzmantel wurde dann durch Einwirkung energiereicher Strahlung mit einer Dosis von 5 bis 20 Mrad vernetzt. Auf die so ummantelte mehradrige Leitung wurde im elektrostatischen Beschichtungsverfahren eine Pulverschicht aus Polyamid 11 («Rilsan B», Lieferant Atochem) aufgebracht und diese Schicht unmittelbar anschliessend durch Temperatureinwirkung von 220°C während 5 bis 10 Sekunden auf die Mantelschicht aus «Radox» 125 aufgeschmolzen. Der Aussendurchmesser der auf diese Art beschichteten Leitung betrug 15,7 mm. Nach Lagerung in Mineralöl und Dieselöl, wie im Beispiel 1 beschrieben, zeigte die Leitung keine Veränderungen. Twelve copper strands (1.0 mm2) insulated with “Radox” 125 were stranded as three bundles of four and surrounded with an extruded protective sheath made of “Radox” 125, sheath wall thickness 1.5 mm. The cable diameter was 15.5 mm. The protective jacket was then crosslinked by exposure to high energy radiation at a dose of 5 to 20 Mrad. A powder layer made of polyamide 11 ("Rilsan B", supplier Atochem) was applied to the multi-core cable covered in this way by electrostatic coating and this layer was then immediately melted onto the jacket layer made of "Radox" 125 by the action of temperature of 220 ° C for 5 to 10 seconds . The outside diameter of the line coated in this way was 15.7 mm. After storage in mineral oil and diesel oil, as described in Example 1, the line showed no changes.

Die Wasserbeständigkeitsanforderung bei 75°C, geprüft nach ICEA-S-68 wurde erfüllt. The water resistance requirement at 75 ° C, tested according to ICEA-S-68 was met.

Die Flexibilität der beschichteten Leitung unterschied sich nur unwesentlich von der unbeschichteten Leitung, wenn nach der deutschen Norm VG 95 218, Teil 2, geprüft wurde. The flexibility of the coated cable differed only slightly from the uncoated cable when testing was carried out according to the German standard VG 95 218, part 2.

Der Abriebtest, wie in Beispiel 1 beschrieben, zeigte nach 500 Hüben eine Abriebtiefe von 0,2 mm gegenüber 0,5 mm bei der nicht mit PA11 beschichteten Leitung, The abrasion test, as described in Example 1, showed an abrasion depth of 0.2 mm after 500 strokes compared to 0.5 mm for the line not coated with PA11,

Beim Biegen der Leitung um einen Radius von fünfmal dem Leitungsdurchmesser blieb die Oberfläche der Schutzschicht glatt und ohne Faltenbildung. When the line was bent by a radius of five times the line diameter, the surface of the protective layer remained smooth and without wrinkling.

Beispiel 3 Example 3

Einadrige Leitung, Isolation aus «Radox» 155, beschichtet mit PVDF. Single-core cable, insulation from «Radox» 155, coated with PVDF.

Eine Kupferlitze aus fünfzig Einzeldrähten von 0,25 mm Durchmesser und einem Gesamiquer-schnitt von 2,5 mm2 und einem Durchmesser von 2,1 mm wurde im Extrusionsverfahren auf bekannte Art mit einer inneren Isolationsschicht aus mit halogen-haltigem Flammwidrigkeitssystem gefülltem «Radox» 155-Copolymer («Radox» 155 ist die Bezeichnung der Firma Huber & Suhner AG. für strahlenvernetzte Polyolefin-Copolymere der Wärmeklasse F) versehen, so dass der Aussendurchmesser der isolierten Leitung 3,6 mm betrug. Die Isolationsschicht wurde dann durch Einwirkung energiereicher Elektronenstrahlen mit einer Dosis von 5 bis 20 Mrad vernetzt. Auf die so erhaltene elektrische Leitung wurde im elektrostatischen Beschichtungsverfahren eine Pulverschicht aus Polyvinylidenflu-orid (z.B. «Kynar», Lieferant Pennwalt Corporation) aufgebracht und diese Schicht unmittelbar anschliessend durch Temperatureinwirkung von 280°C während 5 bis 10 Sekunden auf die innere Schicht aufgeschmolzen. Der Aussendurchmesser der Leitung betrug 3,7 mm. A copper strand made of fifty individual wires with a diameter of 0.25 mm and a total cross-section of 2.5 mm2 and a diameter of 2.1 mm was extruded in a known way with an inner insulation layer made of «Radox» 155 filled with a halogen-containing flame retardant system Copolymer ("Radox" 155 is the name of Huber & Suhner AG. For radiation-crosslinked polyolefin copolymers of thermal class F), so that the outer diameter of the insulated line was 3.6 mm. The insulation layer was then crosslinked by exposure to high-energy electron beams at a dose of 5 to 20 Mrad. A powder layer of polyvinylidene fluoride (e.g. "Kynar", supplier Pennwalt Corporation) was applied to the electrical line obtained in this way by electrostatic coating and this layer was then immediately melted onto the inner layer by the action of temperature of 280 ° C. for 5 to 10 seconds. The outside diameter of the line was 3.7 mm.

Die doppelschichtig isolierte Leitung wurde, wie in den Beispielen 1 und 2 beschrieben, im Mineral und Dieselöl gelagert ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften. As described in Examples 1 and 2, the double-layer insulated line was stored in mineral and diesel oil without impairing the properties.

Der Abriebtest, wie in Beispiel 1 beschrieben, zeigte nach eintausend Hüben eine Abriebtiefe von 0,2 mm gegenüber 0,5 mm bei der nicht mit PVDF-be-schichteten Leitung. The abrasion test, as described in Example 1, showed an abrasion depth of 0.2 mm compared to 0.5 mm after one thousand strokes for the line not coated with PVDF.

Beim Biegen der Leitung um einen Radius von fünfmal dem Leitungsdurchmesser blieb die Oberfläche der Schutzschicht glatt und ohne Falten. When the line was bent by a radius of five times the line diameter, the surface of the protective layer remained smooth and without folds.

Die Flammprüfung nach der lEC-Publikation 332-1 wurde von der beschichteten Leitung sicher erfüllt. The flame test according to IEC publication 332-1 was reliably fulfilled by the coated cable.

Beispiel 4 Example 4

Eine vernickelte Kupferlitze aus sieben Einzeldrähten von 0,673 mm und einem Gesamtquerschnitt von 2,5 mm2 wurde mit 0,1 mmdicken, mit Glimmer beschichteten Glasgewebebändern und mit 2 mm Überlappung bewickelt. Der Leitungsdurchmesser betrug 2,4 mm. Auf die so erhaltene Leitung wurde im elektrostatischen Beschichtungsverfahren eine Pulverschicht aus Polyätheräthylenketon PEEK (Lieferant ICI) aufgebracht und diese Schicht unmittelbar anschliessend durch Temperatureinwirkung von 340°C auf die Glasgewebebewicklung aufgeschmolzen. Der Aussendurchmesser der Leitung betrug 2,8 mm. A nickel-plated copper strand consisting of seven individual wires of 0.673 mm and a total cross-section of 2.5 mm2 was wound with 0.1 mm thick, mica-coated glass fabric tapes and with a 2 mm overlap. The cable diameter was 2.4 mm. A powder layer made of polyethylene ketone PEEK (supplier ICI) was applied to the line obtained in this way by electrostatic coating and this layer was then melted onto the glass fabric winding by the action of temperature of 340 ° C. The outside diameter of the line was 2.8 mm.

Die beschichtete Leitung erfüllte die Prüfanforderungen der folgenden Spezifikationen: - Medienbeständigkeit nach MIL-W-22759 The coated line met the test requirements of the following specifications: - Media resistance according to MIL-W-22759

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-Wasserbeständigkeit nach ICEA-S-68 -Flammwidrigkeitnach IEC332-1 bzw. UL1581 VW-1. -Water resistance according to ICEA-S-68 -Flame resistance according to IEC332-1 or UL1581 VW-1.

Claims

1. Single or multi-core insulated electrical cable, characterized in that it has an inner insulation layer made of heat-resistant polymer or inorganic material and an outer protective layer made of a flame-retardant thermoplastic or thermosetting plastic that is permanently attached to the inner layer.

2. Line according to claim 1, characterized in that the outer protective layer is applied in the powder coating process.

3. Line according to claim 1 or 2, characterized in that it is single-core and has an inner extruded insulation layer made of heat-resistant, radiation-crosslinked polyolefin copolymer.

4. Cable according to claim 1 or 2, characterized in that it is multi-core and has a jacket made of an inner, extruded layer of heat-resistant polyolefin copolymer and an outer, applied in electrostatic powder coating process protective layer made of a flame-retardant, thermoplastic or thermosetting plastic .

5. Line according to claim 1 or 2, characterized in that the inner insulation layer consists of one or more layers of wound tapes made of mica coated glass fabric and the protective layer is preferably halogen-free.

6. Line according to one of claims 1 to S, characterized in that the outer layer made of polyhexamethylene adipamide e.g. Polyamide 6.6, polyundecanamide e.g. Polyamide 11 or polylaurine lactam e.g. Polyamide 12 is made.

7. Line according to one of claims 1 to 5, characterized in that the outer layer consists of an aromatic polyether, a polyurethane, a polyvinylidene fluoride, an epoxy resin or a polyester resin.

8. Line according to one of claims 1 to 7, characterized in that the thickness of the outer insulation layer is 0.05 to 0.15 mm.

9. A method for producing a line according to one of claims 2 to 8, characterized in that one first provides a single or multi-wire metallic conductor with an insulation layer made of heat-resistant polymer or inorganic material, on this insulation layer in the powder coating process, an outer layer made of a applies flame-retardant thermoplastic or thermosetting plastic and, due to the action of heat, the outer layer fuses with the inner layer

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