RU2530779C2 - Термостойкий провод или кабель с высокими рабочими характеристиками - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к термостойкому проводу или кабелю с высокими рабочими характеристиками, предназначенному для использования в требующихся или экстремальных условиях, например при бурении скважин или разработке месторождений, в промышленных, военных аэрокосмических, морских областях, а также автомобильном, железнодорожном и общественном транспорте. Такие кабели могут подвергаться воздействию экстремальных температур, разъедающих веществ или атмосфер или огня. Провод или кабель содержит жилу и полимерную оболочку, состоящую из внутренного и внешнего слоев. Один слой представляет собой ленту, выполненную из полиэфирэфиркетона (PEEK), и имеет толщину 5-150 мкм. Второй слой является огнестойким и выполнен из силоксанового полимера или полимера на основе диоксида кремния в качестве полимерной матрицы. Лента из полиэфирэфиркетона может быть скомбинирована со слоем слюды, либо со слоем, представляющим собой полимерную ленту с частицами слюды. Изобретение позволяет повысть огнестойкость оболочки, ее гибкость и сопротивление механическим напряжениям, получить провод или кабель с уменьшенной массой и уменьшенным диаметром. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к термостойким, а предпочтительно к огнестойким проводам и кабелям с высокими рабочими характеристиками, предназначенным для использования в требующихся или экстремальных условиях, например при бурении скважин или разработке месторождений, в промышленных или военных аэрокосмических, морских применениях и автомобильном, железнодорожном транспорте и общественном транспорте. Такие кабели могут подвергаться воздействию экстремальных температур, а также разъедающих веществ или атмосфер или огня. Провода, обладающие высокими рабочими характеристиками, в общем, содержат функциональную жилу, например токопроводящую жилу или оптоволокно, и одно или более изоляционных и/или защитных покрытий. Эти покрытия должны быть гибкими и не слишком массивными (объемистыми) поскольку во многих случаях требуются провода небольшого диаметра.

Для использования в оболочках проводов и кабелей известны различные типы полимеров, например политетрафторэтилен (PTFE) и полиэфирэфиркетон (PEEK). Политетрафторэтилен имеет преимущество, являясь очень жестким (прочным), а также химически инертным, с высокой температурой размягчения, низким коэффициентом трения и хорошими электроизоляционными свойствами.

Полиэфирэфиркетон нашел увеличение использование в оболочках проводов и кабелей, поскольку он обладает хорошей огнестойкостью, являясь самозатухающим с небольшим количеством копоти (дыма). Он также обладает хорошим удлинением, хорошей гибкостью в тонких секциях, например пленках, и хорошим механическим сопротивлением динамическому прорезанию и абразивному истиранию. Однако он может быть чувствительным к воздействию дугового разряда, а также к агрессивному воздействию ацетона и сильных кислот.

В патенте EP-A-572177 описана электроизоляционная многослойная структура пористого политетрафторэтилена и полиэфирэфиркетона. Ее целью было обеспечение гибкого электроизоляционного материала для воздушной корпусной изоляции проводов, которая является легкой, обладающей высокой механической прочностью, термостойкостью и стойкостью к химическому воздействию и уменьшенной диэлектрической постоянной.

Однако остаются требования, предъявляемые к изоляциям проводов и кабелей, которыми являются стойкость к огню, а также к очень высоким температурам. Одним способом придания такой огнестойкости является нанесение покрытия, содержащего частицы слюды, как правило пластинки, диспергированные в полимерной матрице. Например, в патенте JP-A-2003100149 описано использование дисперсии тонкого порошка слюды и стеклообразной фритты в силиконовой смоле для покрытия огнестойких кабелей. Однако слюда может увеличить стоимость, и, соответственно, имеется необходимость в уменьшении содержания слюды оболочек кабелей. Например, в патенте JP-A-2006120456 описан поиск исключения использования слюды путем комбинирования стеклоленты для придания прочности на разрыв и размерной стабильности с силиконовой лентой для придания термостойкости, обеспечения электрических характеристик и адгезивности.

В патенте JP-A-2000011772 описано огнестойкое покрытие, полученное с кремнийорганическим каучуком с образованными поперечными межмолекулярными связями, смешанным с гидроокисью алюминия и порошком слюды.

Существует также потребность в проводах и кабелях уменьшенного диаметра, который может быть достигнут путем использования оболочек уменьшенной толщины.

В соответствии с настоящим изобретением термостойкий провод, обладающий высокими рабочими характеристиками, содержит жилу и оболочку, включающую в себя слой (покрытие), образованный лентой, нанесенной методом намотки, выполненную из полиэфирэфиркетона (PEEK) или смеси или сплава полиэфирэфиркетона с другим полимером, причем эта смесь или сплав содержит по меньшей мере 30 масс.% полиэфирэфиркетона, предпочтительно по меньшей мере 50%, а более предпочтительно по меньшей мере 80%. Этот слой имеет толщину 5-150 мкм и может включать в себя другие полимерные компоненты и может быть скомбинирован с другими полимерными слоями и, в частности, с огнеупорными или огнестойкими слоями.

В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения лента из полиэфирэфиркетона скомбинирована с огнестойким слоем или, например, слоем, содержащим слюду, диспергированную в полимерной матрице, например кремнийорганическом соединении, полимерной матрице на основе диоксида кремния или полимерном силоксане. Этот огнестойкий слой может быть в виде отдельного слоя, расположенного радиально внутри или вне слоя полиэфирэфиркетона. Альтернативно, он может быть скомбинирован с пленкой, образованной из ленты из полиэфирэфиркетона.

Огнестойкий слой может иметь слой основы, например, несущий слой из стекловолокна или слой другого полимера, например полиолефина.

В другом варианте осуществления слой из полиэфиэфиркетона может содержать два слоя полиэфирэфиркетона со слоем слюды между ними. Слой слюды может содержать лист или фольгу или слой частиц. Он может соответственно иметь толщину 30-200 мкм, а предпочтительно - не более 100 мкм.

Дополнительный внешний слой может быть предусмотрен для дополнительной прочности, гибкости и/или огнестойкости. Этот внешний слой может, например, содержать политетрафторэтилен (PTFE), поливинилиденфторид (PVDF), этилентетрафторэтилен (ETFE), полиэфирэфиркетон (PEEK), полиолефины, полиамиды, силоксанполиэфиримид (SILTONE), термопластичные полиэфиримиды, например Ultem, полиэфиры, силиконы (кремнийорганические соединения), полиуретаны, эпоксидные смолы или сополимеры или смеси или сплавы каких-либо этих веществ. Этот внешний слой может быть подвергнут спеканию.

Было обнаружено, что слой из полиэфирэфиркетона и слой, содержащий слюду, могут синергетически комбинироваться для обеспечения получения оболочки провода или кабеля повышенной огнестойкости, а также сопротивления механическим напряжениям, например изгибу, растяжению и истиранию. Это означает, для получения проводов уменьшенного внешнего диаметра могут быть использованы относительно тонкие слои из ленты. Ленты из полиэфирэфиркетона, используемые в соответствии с настоящим изобретением для образования слоя, предпочтительно имеют толщину от 10-100 мкм.

Покрытия, описанные выше, могут быть нанесены на многочисленные различные типы жил, а именно, токопроводящих проводов или кабелей, например из меди, которая может быть покрыта никелем или оловом, или покрыта серебром, алюминием, как правило алюминия, серебра или стали, плакированных медью. Для этих целей могут быть использованы неметаллические жилы, например углеводородное волокно или полимерные или керамические жилы. Кабель может быть одножильным или многожильным или содержать скрученную пару проводов, многониточной жилой или жгутом. Любая из этих жил может быть покрыта медью, никелем, оловом или серебром.

Теперь со ссылкой на сопроводительные чертежи будут описаны предпочтительные варианты осуществления, соответствующие настоящему изобретению, где

Фиг. 1 - иллюстрация получения изолированного провода, соответствующего настоящему изобретению, посредством обертывания лентой из полиэфирэфиркетона и другими полимерными лентами;

Фиг. 2 - поперечное сечение многослойно покрытого (изоляцией) провода в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3 - поперечное сечение покрытого (изоляцией) провода в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 4 - поперечное сечение третьего варианта осуществления настоящего изобретения; и

Фиг. 5 - поперечное сечение четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.

Как показано на фиг. 1, многопроволочный кабель 10, который может быть, например, из меди, покрытой или непокрытой никелем, серебром или оловом, алюминием, который может быть плакированным медью стальным или неметаллическим кабелем, например углеродным волокном, полимерным волокном или керамическим волокном, имеет трёхслойную оболочку (покрытие), нанесенную на него намоткой и экструзией. Первая лента 12, например из кремнийорганического соединения с пластинками слюды, распределенными в нем, намотана спирально для образования первого намотанного покрытия 14. После этого вторая лента 15, например из полиэфирэфиркетона, спирально намотана для образования второго покрытия 16. Окончательно нанесен, например, экструзией, внешний слой другого полимера.

На фиг.2 приведено поперечное сечение кабеля, трехслойная оболочка которого нанесена, например, как описано со ссылкой на фиг. 1. Самый внутренний слой 24, непосредственно окружающий кабель 20, является оболочкой, содержащей слюду, для придания огнестойкости. Это может, например, быть содержащая слюду силиконовая лента, которая может иметь основу со стекловолокном и/или с полиэтиленовым слоем. Этот слой может быть нанесен одним или множеством слоев одной или разной толщины.

Второй слой 26 содержит намотанную ленту из полиэфирэфиркетона, имеющую толщину 10-100 мкм. Полиэфирэфиркетон может быть использован один или смешанным или сплавленным с другими полимерами, которые предпочтительно содержат по меньшей мере 60%, а более предпочтительно по меньшей мере 80% полиэфирэфиркетона.

Внешний слой 28 является необязательным в соответствии с настоящим изобретением, но когда он используется, то его образуют экструзией или намоткой. Он обеспечивает слой инкапсуляции (герметизации) для образования дополнительного слоя защиты кабеля. Для этого слоя могут быть использованы любые из полимеров, полимерных смесей или сплавов, перечисленных выше.

Например, политетрафторэтилен может спекаться для обеспечения исключительной химической стойкости, как требуется аэрокосмическим рынком. Слой из полиэфирэфиркетона сам может быть подвергнут спеканию для обеспечения прочного внешнего слоя.

Синергетическая комбинация содержащего слюду полимера и полиэфирэфиркетона в этом варианте осуществления может обеспечить получение термостойкого, огнестойкого провода с потенциально малой массой и небольшим общим диаметром. Слюда может обеспечить изоляцию и огнестойкость до температуры 1000°C, а в комбинации с полиэфирэфиркетоном обеспечивает очень хорошие механические свойства, включая сопротивление сквозному прорезанию, даже при высоких температурах, характеристики невоспламенения и очень низкое дымовыделение. Слой полиэфирэфиркетона может быть подвергнут спеканию или оплавлен для обеспечения прочного внешнего слоя.

В варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.3, основной кабель или провод 30 может быть подобным кабелю или проводу, иллюстрируемому на фиг.2, но первый слой 32 оболочки является комбинированным обернутым слоем, образованным из одного или двух слоев слюды на слое или ленте из полиэфиэфиркетона. Слюдяной компонент может, например, содержать ленту слюда/кремнийорганическое соединение со слоем полиэтилена или без слоя полиэтилена. Этот вариант осуществления также может включать в себя дополнительный внешний слой 34, для которого диапазон содержания может быть подобным содержанию для варианта осуществления, иллюстрируемого на фиг.2. И в этом случае внешний слой может быть подвергнут спеканию.

В варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.4, жила 40 сначала защищена внутренним слоем 42, содержащим намотанную ленту из полиэфирэфиркетона или смеси или сплава полиэфирэфиркетона с другим полимером. Вокруг него образован внешний слой, который может быть нанесен намоткой или экструзией, и может содержать огнестойкий (огнеупорный) слой из частиц слюды и окиси алюминия, диспергированных в полимере, например силиконе, или защитный слой любого из полимеров, используемых для внешних слоев проводов или кабелей, иллюстрируемых на фиг.2 и 3. И в этом случае этот внешний слой может быть подвергнут спеканию для обеспечения прочного внешнего слоя.

Как иллюстрируется на фиг.5, слой 54, полученный методом намотки ленты из полиэфирэфиркетона или слой, полученный намоткой ленты из смеси или сплава полиэфирэфиркетона с одним или более других полимеров в качестве внешнего защитного слоя для широкого множества проволочных или кабельных конструкций. Кабельная конструкция может включать в себя проводник с другой полимерной изоляцией, законченную кабельную конструкцию с оплеткой или без оплетки, например, скрученную пару или четверку скрученных пар, например кабель кабельной системы категории 7. В варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.5, внешняя оболочка полиэфирэфиркетона образована вокруг трехжильного кабеля 50 с огнеупорным или огнестойким изоляционным слоем 52 из частиц слюды в матрице диоксида кремния или подобного материала. Внешняя оболочка полиэфирэфиркетона может быть оплавлена или подвергнута спеканию.

Claims (12)

1. Провод или кабель, содержащий жилу и полимерную оболочку, состоящую из внутреннего и внешнего слоев, при этом один слой является слоем из ленты, выполненной из полиэфирэфиркетона (PEEK), имеющим толщину 5-150 мкм, и скомбинированным с огнестойким слоем, выполненным из силоксанового полимера или полимера на основе диоксида кремния в качестве полимерной матрицы.

2. Провод или кабель по п.1, отличающийся тем, что лента из полиэфирэфиркетона имеет толщину 10-100 мкм.

3. Провод или кабель по п.1 или 2, отличающийся тем, что лента выполнена из полимерной смеси или сплава, содержащего по меньшей мере 30 масс.% полиэфирэфиркетона.

4. Провод или кабель по п.1 или 2, отличающийся тем, что лента из полиэфирэфиркетона содержит смесь или сплав, содержащий по меньшей мере 50 масс.% полиэфирэфиркетона.

5. Провод или кабель по п.4, отличающийся тем, что лента из полиэфирэфиркетона содержит смесь или сплав, содержащий по меньшей мере 80 масс.% полиэфирэфиркетона.

6. Провод или кабель по п.1, в котором лента из полиэфирэфиркетона содержит два слоя полиэфирэфиркетона со слоем слюды между ними.

7. Провод или кабель по п.1, отличающийся тем, что огнестойкий слой является слоем из ленты, выполненной из огнестойкого материала.

8. Провод или кабель по п.7, отличающийся тем, что лента из огнестойкого материала имеет несущий или опорный слой.

9. Провод или кабель по п.8, в котором лента из огнестойкого материала является лентой, имеющей основу из стекловолокна.

10. Провод или кабель по п.8, отличающийся тем, что огнестойкий слой образован как внутренний слой вокруг жилы, лентой из полиэфирэфиркетона, нанесенной вокруг нее.

11. Провод или кабель по п.1, содержащий комбинированный внутренний слой вокруг жилы, выполненный из ленты из полиэфирэфиркетона и полимерной ленты с частицами слюды, диспергированными в ней.

12. Провод или кабель по п.11, в котором комбинированный внутренний слой включает в себя полиолефиновую ленту.

Images