IT201700020695A1 - Nuovi cavi elettrici o di trasmissione dati dotati di elevata conducibilità elettrica e/o di elevata velocità di trasmissione dati. - Google Patents
Nuovi cavi elettrici o di trasmissione dati dotati di elevata conducibilità elettrica e/o di elevata velocità di trasmissione dati.Info
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Description
CAMPO DELL’INVENZIONE
La presente invenzione riguarda nuovi cavi, ed un metodo per la loro preparazione.
In accordo con la presente invenzione per “cavo” si intende l’insieme dei conduttori, degli isolanti, delle guaine e delle armature di protezione o di schermatura, specificatamente costruito per convogliare la corrente sia ai fini del trasporto dell’energia che della trasmissione dei segnali.
I cavi in accordo con la presente invenzione, se paragonati a cavi simili noti nell’arte, sono caratterizzati dal fatto che:
-hanno un ridotto effetto skin (per effetto skin si veda: www.unipv.it/energy/costruzioni_elettromeccaniche_file/.../Lez3_conduttori.ppt);
-possono essere utilizzate a frequenze più elevate (e quindi offrono maggiore ampiezza di banda)
- hanno una maggiore capacità/velocità di conduzione di elettricità;
- hanno una maggiore capacità/velocità di conduzione dei segnali;
- hanno costi di produzione significativamente inferiori;
- possono essere costituiti da cavi in materiali più economici del rame, ad esempio in alluminio o materali non metallici, in questo caso quindi,
-non sono appetibili per i “ladri di rame”.
I ladri di cavi elettrici (rame) causano danni (diretti ed indiretti) di milioni di euro/anno, in Italia.
TECNICA NOTA
In WO2014/141071 viene descritto un metodo per la preparazione di schiume metalliche rivestite (mediante un processo di elettrodeposizione) con una matrice metallica e grafene.
In CN202384469U viene descritto un cavo per radiofrequenza caratterizzato dal fatto che il conduttore interno è composto da un nucleo di alluminio ed esternamente viene depositato uno strato di rame sulla zona periferica del nucleo di alluminio. Detto brevetto differisce dall’invenzione proposta, in quanto sullo strato esterno viene depositato (non con il metodo di elettrodeposizione) unicamente del rame.
In WO2015/041439 viene descritto un cavo coassiale che ha come nucleo un filo metallico, in cui detto filo metallico viene ricoperto:
- con un primo strato di “placcatura composita” avente una miscela di un metallo omogenea o eterogenea ed un primo grafene; e successivamente
- con un secondo strato di grafene deposto sulla superficie dello strato di “placcatura composita”.
Nell’arte non sono descritti o suggeriti i cavi e/o conduttori oggetto della presente invenzione.
Nel settore è altamente sentito il bisogno di avere a disposizione cavi economici che non siano appetibili per i ladri di rame, e che presentino caratteristiche funzionali migliori rispetti ai cavi noti nell’arte.
DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE
È stato ora sorprendentemente trovato che nuovi cavi economici, migliori per il trasporto di energia e/o segnali rispetto a quelli noti nell’arte, sono ottenibili tramite l’uso del nuovo procedimento in accordo con la presente invenzione.
Quindi, la presente invenzione riguarda nuovi cavi, utili per convogliare la corrente sia ai fini del trasporto dell’energia che della trasmissione dei segnali caratterizzati dal fatto che hanno un ridotto effetto skin; hanno una maggiore velocità di conduzione di elettricità; hanno una maggiore velocità di conduzione dei segnali; hanno una maggiore banda di frequenza ed hanno bassi costi di produzione, e quando vengono utilizzati polimeri o particolari schiume metalliche “povere/poco costose nel materiale costitutivo” o metalli con valore inferiore al rame, ad esempio alluminio, sono poco o niente appetibili per i ladri di rame.
La presente invenzione riguarda inoltre un nuovo metodo per la preparazione dei cavi sopra descritti.
In accordo con la presente invenzione per cavi utili per convogliare la corrente sia ai fini del trasporto dell’energia che della trasmissione dei segnali si intende sia cavi prettamente “elettrici” utili per le linee di fornitura elettrica delle città, che cavi utili per gli impianti elettrici delle industrie e/o delle civili abitazioni, che cavi per trasmissione di dati ad esempio di un computer, che cavi misti, ad esempio utili per il trasporto di segnali e dati, come ad esempio quelli utilizzati per le moderne telecamere in cui lo stesso cavo LAN è utile sia per l’alimentazione elettrica della telecamera che per il trasporto dati (immagini/voci…) dalla telecamera al ricevitore.
I nuovi cavi utili per convogliare la corrente sia ai fini del trasporto dell’energia che della trasmissione dei segnali in accordo con la presente invenzione sono costituiti da “un'anima” in materiale metallico come ad esempio non limitativo rame, alluminio, argento, oro, nichel, o loro leghe o schiume metalliche; oppure in materiale non metallico, come ad esempio non limitativo un materiale polimerico scelto nel gruppo comprendente policarbonato (PC), polietilene (PE), polietilentereftalato (PET), polimetilmetacrilato (PMMA), polipropilene (PP), polistirene (PS), cloruro di polivinile (PVC), poliammide (PA), ABS, PLA o Politetrafluoroetilene (PTFE), o un materiale ceramico.
In accordo con la presente invenzione il termine “un’anima” include il termine di filo, filo conduttore, filo metallico, filo non metallico, filo in “schiuma metallica” (un esempio non limitativo di schiume metalliche è riportato in WO2014141071); intrecciato(i) (come ai fili di rame di casa) o non intrecciato; singolo o multiplo; in posizione centrale o laterale; ricoperto o non ricoperto con materiali isolanti noti nell’arte; di qualsiasi forma o dimensione, per scopi/usi civili o industriali.
È pertanto un oggetto della presente invenzione un cavo utile per convogliare la corrente sia ai fini del trasporto dell’energia che della trasmissione dei segnali comprendente “un’anima” in materiale metallico scelto nel gruppo comprendente rame, alluminio, argento o oro, o leghe metalliche o schiume metalliche; oppure un’anima in materiale non metallico scelto nel gruppo comprendente policarbonato (PC), polietilene (PE), polietilentereftalato (PET), polimetilmetacrilato (PMMA), polipropilene (PP), polistirene (PS), cloruro di polivinile (PVC), poliammide (PA), ABS, PLA, Politetrafluoroetilene (PTFE), o ceramico; o loro combinazioni;
in cui:
step 1) detta anima metallica o non metallica è ricoperta con un “primo strato metallico”; in cui il metallo è scelto nel gruppo comprendente rame, alluminio, argento, nichel, oro; o loro leghe metalliche; in cui il “primo strato metallico” è depositato su detta anima metallica utilizzando una tecnica di deposizione fisica (PVD/physical vapor deposition); oppure con una tecnica di deposizione chimica (CVD/chemical vapor deposition) come descritte in Adv. Mater. 2000, 12, No. 9;
Step 2) sul primo strato metallico dello “Step 1)” viene deposto/stratificato un “secondo strato di metallo (o sue leghe) e grafene”, utilizzando la tecnica di elettrodeposizione descritta in WO2014141071; in cui il metallo associato al grafene può essere uguale o diverso da quello utilizzato nello Step 1) (ad esempio, ma non esclusivamente, rame, argento nickel e alluminio)
Step 3) sul secondo strato “metallo e grafene” dello “Step 2)” viene deposto/stratificato un “terzo strato metallico” (o sue leghe) nelle medesime condizioni sperimentali dello Step 1), in cui il metallo utilizzato può essere uguale o diverso da quello utilizzato nello Step 1) e/o nello Step 2).
In accordo con la presente invenzione:
-nel caso in cui venisse utilizzato un cavo con un’anima metallica, il primo step potrebbe essere opzionale.
-nel caso in cui venisse utilizzato un cavo con un’anima NON metallica, il terzo step potrebbe essere opzionale
È un ulteriore oggetto della presente invenzione un procedimento di preparazione di un cavo utile per convogliare la corrente sia ai fini del trasporto dell’energia che della trasmissione dei segnali,
in cui
un’anima in materiale metallico scelto nel gruppo comprendente rame, alluminio, argento o oro, o leghe metalliche o schiume metalliche;
oppure:
un’anima in materiale non metallico scelto nel gruppo comprendente policarbonato, polietilene, polietilentereftalato, polimetilmetacrilato, polipropilene, polistirene, cloruro di polivinile, poliammide, ABS, PLA o Politetrafluoroetilene o loro combinazioni;
in cui detta anima viene sottoposta ai seguenti step:
ANIMA NON METALLICA STEP 1)
-i fili non metallici vengono sottoposti ad una procedura di deposizione fisica a vapore (PVD/Physical Vapor Deposition) o di deposizione a chimica a vapore (CVD/chemical vapor deposition) di un primo strato metallico o sue leghe, ad esempio non limitativo alluminio, argento o rame. Tramite la procedura PVD/CVD uno strato metallico va a depositarsi sulla superficie del filo non metallico che scorre dalla bobina di svolgimento alla bobina di avvolgimento. E’ possibile regolare la quantità di metallo da depositare sul film regolando la velocità del filo, la metodica utilizzata è ben nota nell’arte e descritta in http://www.mag-data.com/dettagli-tecnici/introduzione-ai-film-polimerici/;
Journal of Materials Chemistry C Volume 4 Number 37, 7 October 2016, Pages 8585–8830; e/o Adv. Mater. 2000, 12, No. 9.
STEP 2)
Il filo non metallico (metallizzato) dello step 1) viene sottoposto ad un processo di elettrodeposizione di un secondo strato di “metallo (o sue leghe) e grafene” come descritto in WO2014141071.
STEP 3)
Il filo non metallico (metallizzato ed attivato con grafene) dello STEP 2) viene sottoposto ad un processo di elettrodeposizione di un terzo strato di “metallo o sue leghe” come descritto in WO2014141071; oppure
ad un processo di deposizione chimica o fisica a vapore tramite la procedura PVD o CVD come descritto in http://www.mag-data.com/dettagli-tecnici/introduzione ai-film-polimerici/; Journal of Materials Chemistry C Volume 4 Number 37, 7 October 2016, Pages 8585–8830; e/o Adv. Mater. 2000, 12, No. 9.
ANIMA METALLICA STEP 1)
-i fili metallici vengono sottoposti ad una procedura di deposizione fisica a vapore (PVD/Physical Vapor Deposition) o di deposizione a chimica a vapore (CVD/chemical vapor deposition) di un primo strato metallico o sue leghe, ad esempio alluminio. Tramite la procedura PVD/CVD uno strato metallico va a depositarsi sulla superficie del filo metallico che scorre dalla bobina di svolgimento alla bobina di avvolgimento. E’ possibile regolare la quantità di metallo da depositare sul film regolando la velocità del filo, la metodica utilizzata è ben nota nell’arte e descritta in http://www.mag-data.com/dettaglitecnici/introduzione-ai-film-polimerici/; Journal of Materials Chemistry C Volume 4 Number 37, 7 October 2016, Pages 8585–8830; e/o Adv. Mater. 2000, 12, No. 9. STEP 2)
Il filo metallico (ri-metallizzato ad esempio con un metallo più costoso e miglior conduttore) dello STEP 1) viene sottoposto ad un processo di elettrodeposizione di un secondo strato di “metallo (o sue leghe) e grafene” come descritto in WO2014141071.
STEP 3)
Il filo metallizzato ed attivato con grafene dello STEP 2) viene sottoposto ad un ulteriore processo di elettrodeposizione di un terzo strato di “metallo o sue leghe” come descritto in WO2014141071; oppure
ad un processo di deposizione chimica o fisica a vapore tramite la procedura PVD o CVD come descritto in http://www.mag-data.com/dettagli-tecnici/introduzioneai-film-polimerici/; Journal of Materials Chemistry C Volume 4 Number 37, 7 October 2016, Pages 8585–8830; e/o Adv. Mater. 2000, 12, No. 9.
Utilizzando questi metodi/steps, si ottiene un cavo utile per convogliare la corrente sia ai fini del trasporto dell’energia che della trasmissione dei segnali, caratterizzato dal fatto che:
-detto filo/cavo presenta un ridotto effetto skin (rispetto a cavi noti simili presenti nell’arte);
- ha una maggiore capacità/velocità di conduzione di elettricità;
- ha una maggiore capacità/velocità di conduzione dei segnali;
- hanno una maggiore banda di frequenza;
- ha costi di produzione significativamente inferiori;
- può essere costituito da materiali molto più economici rispetto al rame, quindi non è appetibile per i “ladri di rame”.
Detto cavo può essere idoneamente ricoperto con uno o più strati di materiale isolante utilizzando i metodi noti nell’arte.
È un ulteriore oggetto della presente invenzione un procedimento di preparazione di un cavo utile per convogliare la corrente sia ai fini del trasporto dell’energia elettrica e/o della trasmissione di segnali e/o trasmissione di dati, in cui almeno un’anima (filo) in materiale metallico o non metallico viene sottoposta ai seguenti trattamenti:
STEP 1)
sul filo viene deposto un primo strato metallico utilizzando la procedura di deposizione fisica a vapore (PVD) o di deposizione a chimica a vapore (CVD);
STEP 2)
sul filo dello step 1) viene deposto un secondo strato metallico e grafene, utilizzando una procedura di elettrodeposizione;
STEP 3)
sul filo dello step 2) viene deposto un terzo strato metallico utilizzando la procedura di deposizione fisica a vapore (PVD), di deposizione chimica a vapore (CVD) o di elettro deposizione;
in cui:
- il materiale metallico del filo viene scelto nel gruppo comprendente: rame, alluminio, argento, nichel o oro, o leghe metalliche o schiume metalliche;
- il materiale non metallico del filo viene scelto nel gruppo comprendente: policarbonato, polietilene, polietilentereftalato, polimetilmetacrilato, polipropilene, polistirene, cloruro di polivinile, poliammide, ABS, PLA o Politetrafluoroetilene o loro combinazioni;
- il materiale metallico del primo secondo e terzo step viene scelto nel gruppo comprendente: rame, alluminio, argento, nichel o oro, o leghe metalliche;
- il metallo del primo strato o step può essere uguale o diverso dal metallo del secondo strato, i quali a loro volta possono essere uguali o diversi dal metallo del terzo strato;
in cui: quando viene utilizzato un filo metallico in rame o un filo in un metallo conduttore migliore del rame, lo step 1) è opzionale;
in cui: quando viene utilizzato un filo non metallico metallizzato nello strato 1) con rame, o un metallo conduttore migliore del rame, lo step 3) è opzionale.
È un ulteriore oggetto della presente invenzione un cavo utile per convogliare la corrente sia ai fini del trasporto dell’energia elettrica e/o della trasmissione di segnali e/o trasmissione di dati, caratterizzato dal fatto che comprendente almeno un’anima in materiale metallico e/o in materiale non metallico;
in cui detta anima:
- è ricoperta con un primo strato metallico depositato utilizzando la tecnica PVD o CVD;
- è ulteriormente ricoperta con un secondo strato di metallo e grafene utilizzando una tecnica di elettrodeposizione;
- è ulteriormente ricoperta con un terzo strato metallico depositato utilizzando la tecnica di deposizione fisica a vapore (PVD), di deposizione chimica a vapore (CVD) o di elettro deposizione;
in cui:
- l’anima in materiale metallico è scelta nel gruppo comprendente: rame, alluminio, argento, nichel o oro, o leghe metalliche o schiume metalliche;
- l’anima in materiale non metallico è scelta nel gruppo comprendente: policarbonato, polietilene, polietilentereftalato, polimetilmetacrilato, polipropilene, polistirene, cloruro di polivinile, poliammide, ABS, PLA o Politetrafluoroetilene o loro combinazioni;
- il materiale metallico del primo secondo e terzo strato viene scelta nel gruppo comprendente: rame, alluminio, argento, nichel o oro, o leghe metalliche;
- il metallo del primo strato può essere uguale o diverso dal metallo del secondo strato, i quali a loro volta possono essere uguali o diversi dal metallo del terzo strato;
in cui: quando viene utilizzato un filo metallico in rame, o un filo in un metallo conduttore migliore del rame, lo strato 1) è opzionale;
in cui: quando viene utilizzato un filo non metallico metallizzato nello strato 1) con rame, o un metallo conduttore migliore del rame, lo strato 3) è opzionale;
È un ulteriore oggetto della presente invenzione un cavo caratterizzato dal fatto che:
- presenta un ridotto effetto skin;
- presenta una maggiore capacità e/o velocità di conduzione di elettricità; - presenta una maggiore capacità e/o velocità di conduzione dei segnali; - presenta una maggiore banda di frequenza;
rispetto ai cavi o fili in rame noti nell’arte.
È un ulteriore oggetto della presente invenzione un cavo ricoperto con uno o più strati di materiale polimerico e/o isolante.
DETTAGLIATA DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE
ESEMPIO 1
Procedimento di preparazione di un cavo utile per convogliare la corrente sia ai fini del trasporto dell’energia che della trasmissione dei segnali in cui come materiale di partenza viene utilizzato un filo in PVC.
STEP 1)
-il filo in PVC viene sottoposto ad una procedura di deposizione da vapore (CVD o PVD) di un primo strato metallico in alluminio, rame o argento. Tramite la procedura CVD/PVD uno strato di alluminio, rame, o argento, va a depositarsi sulla superficie del filo non metallico che scorre dalla bobina di svolgimento alla bobina di avvolgimento. E’ possibile regolare la quantità di rame da depositare sul filo regolando la velocità del filo stesso, come descritto in http://www.magdata.com/dettagli-tecnici/introduzione-ai-film-polimerici/; Journal of Materials Chemistry C Volume 4 Number 37, 7 October 2016, Pages 8585–8830; e/o Adv. Mater. 2000, 12, No. 9.
Con ottenimento di un filo in PVC “metallizzato”.
STEP 2)
Il filo metallizzato ottenuto al termine del primo step viene sottoposto ad un ulteriore processo di elettrodeposizione di un secondo strato di “rame (ma non esclusivamente) e grafene” come descritto in WO2014141071. In alternativa al rame è utilizzabile indifferentemente argento o altro metallo.
STEP 3)
Il filo ottenuto al termine del secondo step viene sottoposto ad un processo di deposizione da vapore (CVD o PVD) come descritto al primo step.
Il filo così ottenuto mostrò un miglioramento del 50-100% rispetto ai fili elettrici tradizionali (in argento, rame o alluminio) non trattati con il procedimento secondo l’invenzione.
ESEMPIO 2
Procedimento di preparazione di un cavo utile per convogliare la corrente sia ai fini del trasporto dell’energia che della trasmissione dei segnali in cui come materiale di partenza viene utilizzato un filo in schiuma metallica.
STEP 1)
-il filo in schiuma metallica viene sottoposto ad una procedura di deposizione da vapore (CVD o PVD) di un primo strato metallico in rame o argento. Tramite la procedura CVD/PVD uno strato di rame, o argento, va a depositarsi sulla superficie del filo che scorre. E’ possibile regolare la quantità di rame da depositare sul filo regolando la velocità del filo stesso, come descritto in http://www.mag-data.com/dettagli-tecnici/introduzione-ai-film-polimerici/; Journal of Materials Chemistry C Volume 4 Number 37, 7 October 2016, Pages 8585–8830; e/o Adv. Mater. 2000, 12, No. 9.
Con ottenimento di un filo in schiuma metallica ricoperto con uno strato metallico.
STEP 2)
Il filo metallizzato ottenuto al termine del primo step viene sottoposto ad un ulteriore processo di elettrodeposizione di un secondo strato di “rame (ma non esclusivamente) e grafene” come descritto in WO2014141071. In alternativa al rame è utilizzabile indifferentemente argento o altro metallo.
STEP 3)
Il filo ottenuto al termine del secondo step viene sottoposto ad un processo di deposizione da vapore (CVD o PVD) come descritto al primo step.
Il filo così ottenuto mostrò un miglioramento del 50-100% rispetto ai fili elettrici tradizionali (in argento, rame o alluminio) non attivati con il procedimento secondo l’invenzione.
In accordo con la presente invenzione il cavo:
può avere una sezione di qualunque forma geometrica;
può essere costituito da trefoli di fili;
può essere costituito da fili conduttori coassiali;
può essere cavo (vuoto internamente) o non cavo;
può avere una sezione compresa tra 0.1 mm a 40 mm<2>.
In accordo con la presente invenzione lo spessore dello stato di metallo depositato a vapore, o dello strato di metallo e grafene può avere un spessore compreso tra 0.01 mm a 2 mm.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento di preparazione di un cavo utile per convogliare la corrente sia ai fini del trasporto dell’energia elettrica e/o della trasmissione di segnali e/o trasmissione di dati, in cui almeno un’anima (filo) in materiale metallico o non metallico viene sottoposta ai seguenti trattamenti: STEP 1) sul filo viene deposto un primo strato metallico utilizzando la procedura di deposizione fisica a vapore (PVD) o di deposizione a chimica a vapore (CVD); STEP 2) sul filo dello step 1) viene deposto un secondo strato metallico e grafene, utilizzando una procedura di elettrodeposizione; STEP 3) sul filo dello step 2) viene deposto un terzo strato metallico utilizzando la procedura di deposizione fisica a vapore (PVD), di deposizione chimica a vapore (CVD) o di elettro deposizione.
- 2. Procedimento della rivendicazione 1 in cui: - il materiale metallico del filo viene scelto nel gruppo comprendente: rame, alluminio, argento, nichel o oro, o leghe metalliche o schiume metalliche; - il materiale non metallico del filo viene scelto nel gruppo comprendente: policarbonato, polietilene, polietilentereftalato, polimetilmetacrilato, polipropilene, polistirene, cloruro di polivinile, poliammide, ABS, PLA o Politetrafluoroetilene o loro combinazioni; - il materiale metallico del primo secondo e terzo step viene scelto nel gruppo comprendente: rame, alluminio, argento, nichel o oro, o leghe metalliche; - il metallo del primo strato o step può essere uguale o diverso dal metallo del secondo strato, i quali a loro volta possono essere uguali o diversi dal metallo del terzo strato.
- 3. Procedimento della rivendicazione 2, in cui: quando viene utilizzato un filo metallico in rame o un filo in un metallo conduttore migliore del rame, lo step 1) è opzionale.
- 4. Procedimento della rivendicazione 1, in cui: quando viene utilizzato un filo non metallico metallizzato nello strato 1) con rame, o un metallo conduttore migliore del rame, lo step 3) è opzionale.
- 5. Cavo utile per convogliare la corrente sia ai fini del trasporto dell’energia elettrica e/o della trasmissione di segnali e/o trasmissione di dati, caratterizzato dal fatto che comprendente almeno un’anima in materiale metallico e/o in materiale non metallico; in cui detta anima: - è ricoperta con un primo strato metallico depositato utilizzando la tecnica PVD o CVD; - è ulteriormente ricoperta con un secondo strato di metallo e grafene utilizzando una tecnica di elettrodeposizione; - è ulteriormente ricoperta con un terzo strato metallico depositato utilizzando la tecnica di deposizione fisica a vapore (PVD), di deposizione chimica a vapore (CVD) o di elettro deposizione.
- 6. Cavo della rivendicazione 5, in cui: - l’anima in materiale metallico è scelta nel gruppo comprendente: rame, alluminio, argento, nichel o oro, o leghe metalliche o schiume metalliche; - l’anima in materiale non metallico è scelta nel gruppo comprendente: policarbonato, polietilene, polietilentereftalato, polimetilmetacrilato, polipropilene, polistirene, cloruro di polivinile, poliammide, ABS, PLA o Politetrafluoroetilene o loro combinazioni; - il materiale metallico del primo secondo e terzo strato viene scelta nel gruppo comprendente: rame, alluminio, argento, nichel o oro, o leghe metalliche; - il metallo del primo strato può essere uguale o diverso dal metallo del secondo strato, i quali a loro volta possono essere uguali o diversi dal metallo del terzo strato.
- 7. Cavo della rivendicazione 5, in cui: quando viene utilizzato un filo metallico in rame, o un filo in un metallo conduttore migliore del rame, lo strato 1) è opzionale.
- 8. Cavo della rivendicazione 5, in cui: quando viene utilizzato un filo non metallico metallizzato nello strato 1) con rame, o un metallo conduttore migliore del rame, lo strato 3) è opzionale.
- 9. Cavo della rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che: - presenta un ridotto effetto skin; - presenta una maggiore capacità e/o velocità di conduzione di elettricità; - presenta una maggiore capacità e/o velocità di conduzione dei segnali; - presenta una maggiore banda di frequenza; rispetto ai cavi o fili in rame noti nell’arte.
- 10. Cavo della rivendicazione 5, ricoperto con uno o più strati di materiale polimerico e/o isolante.
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