ИЗОЛЯЦИОННАЯ ЭКРАНИРУЮЩАЯ ОБОЛОЧКА
INSULATING SCREENING SHELL

Область техники
Изобретение относится к разработке комплексных изоляционных экранирующих оболочек (плетенок), обладающих рядом специфических свойств: низким удельным весом, способностью поглощать, отражать или рассеивать электромагнитное излучение, устойчивостью к действию повышенных температур, открытого пламени, технологичностью при изготовлении и монтаже, высокими механическими характеристиками, в первую очередь к истирающим нагрузкам, устойчивостью к действию биологических и климатических факторов. Конструкции оболочек базируются на регулируемом сочетании органических волокнистых материалов с электропроводящими металлическими материалами (тонкая и сверхтонкая проволока, плющенка). Оболочки (плетенки) предназначены для электромагнитного и электростатического экранирования проводов, кабелей и жгутов, применяемых при монтаже бортовых кабельных сетей летательных аппаратов в авиационной и космической технике.
Уровень техники
Известен ряд экранирующих изоляционных оболочек и плетенок (или способов их изготовления), состоящих преимущественно из металлических или мишурных нитей, разрабатываемых с целью улучшения экранирования проводов и кабелей от внешних электромагнитных воздействий, защищающих кабельные сети от механических повреждений, высоких и низких температур, обеспечивающих возможность функционирования изделий в замкнутых пространствах, условиях различных климатических и энергетических полей.
Предложен способ изготовления экранирующей оболочки электрического провода или кабеля (патент RU 2299484 С1, МПК Н01 В7/18, опубл. 20.05.2007 г. «Способ изготовления изоляционно-экранирующей оболочки»), включающий получение витых нитей посредством навивки по меньшей мере одной металлической экранирующей проволоки (из меди или из бронзы, или из биметалла, или из алюминиево-магниевого сплава, или из алюминия, плакированного медью, с антикоррозионным покрытием, круглой или в виде плющенки с диаметром или толщиной соответственно 0,05-0,08 мм) на армирующую основу из неметаллических волокон и плетение оболочки из витых нитей с последующим удалением (растворением) неметаллических волокон из армирующей основы сплетенных в оболочку витых нитей. К недостаткам данного способа можно отнести неравномерную поверхностную плотность экранирующей оболочки, возникающую в результате удаления армирующей составляющей, что не обеспечивает оболочке достаточную степень стабильности экранирующих, механических и теплофизических свойств. Невозможность создания равномерной плотности поверхности оболочки обусловлена также взаимопроникновением навивки соседних витых нитей и образованием зацепов, приводящих к обрывам нитей. Другим недостатком данного способа является низкая механическая прочность отдельных витых нитей, приводящая к низкой механической прочности всей экранирующей оболочки. Серьезным недостатком предлагаемого способа является необходимость возврата растворителей, рекуперации растворимого вспомогательного продукта или его экологически безопасной утилизации.
Известна экранирующая плетенка (полезная модель RU 70406 U1, МПК H01B 11/06, опубл. 20.01.2008 «Плетенка экранирующая»), образованная плетением легкой и стойкой к окислению металлической проволоки из алюминия с никелевым или серебряным покрытием, либо мишурной нити, полученной намоткой указанной металлической проволоки на тонкую синтетическую полимерную нить. Природа синтетической нити, а также ее физико-механические и термические характеристики не указываются, не ясно также, остается ли эта нить в конечном изделии.
Описана нить мишурная (полезная модель RU 52516 U1, МПК Н01В 11/06, опубл. 27.03.2006 г. «Нить мишурная»), состоящая из арамидного волокна, обмотанного круглой или расплющенной медной проволокой с покрытием из олова или серебра для изготовления экранирующих плетенок. Однако в процессе получения отечественных арамидных нитей одним из побочных продуктов является хлористый водород, приводящий к заметной коррозии всех контактирующих с арамидными нитями металлических элементов, а специальную стадию нейтрализации хлористого водорода трудно полностью осущестить на практике. Кроме того, арамидные волокна подвержены довольно быстрому старению со значительным изменением механических и теплофизических свойств, а также разрушению с выделением дыма и газа при воздействии открытого пламени и высоких температур от +250°С.
Разработана экранирующая плетенка (полезная модель RU 101859 U1, МПК Н01В11/06, опубл. 27.01.2011 г. «Плетенка экранирующая»), в которой металлической проволокой (преимущественно из меди, покрытой серебром, бронзы, покрытой серебром, или алюминия, послойно покрытого цинком, медью и серебром) диаметра 0,03-0,12 мм оплетается носитель - полая трубка или стержень цилиндрической формы определенного постоянного диаметра из полимерных материалов. Данная плетенка выполняется в один или более слоев из однородных или разнородных материалов. Использование второго и более слоя металлической проволоки приводит к сложности при изготовлении и высокому весу плетенки.
В патенте на полезную модель RU 151150 U1, МПК Н05K 9/00, опубл. 20.03.2015 г. «Плетенка экранирующая» представлена плетенка, в которой пряди первого направления проволоки выполнены из металлических композиционных проволок, а пряди встречного направления выполнены из иного материала (металлических материалов, а также пластиковых полимерных материалов, натуральных или синтетических нитей), причем пряди различных направлений могут быть разной толщины, а металлическое покрытие прядей любого направления толщиной от 0,003 мм делают из серебра, никеля, олова или оловянно-свинцового припоя. Однако применение данной плетенки не всегда дает необходимые экранирующие характеристики, так как токопроводящих прядей в таких плетенках ровно половина и электрической проводимости часто недостаточно для эффективного экранирования, или нет необходимой достаточной стойкости к механическим воздействиям, ударам, истиранию, перегибам, так как пряди из металлических проволок не защищены от возможных механических повреждений.
Известна изоляционно-экранирующая оболочка (полезная модель RU 47568 U1, МПК Н01В 7/17, опубл. 27.08.2005 г. «Изоляционно-экранирующая оболочка») с армирующей основой из базальтовых волокон, обвитой экранирующей металлической проволокой из меди или бронзы или с медной оболочкой с антикоррозионным покрытием, круглой или в виде плющенки с диаметром или толщиной соответственно 0,05-0,08 мм. Однако базальтовые нити отличаются высокой хрупкостью и ломкостью с последующим выделением пыли, оказывающей фиброгенное действие на человека, что особенно недопустимо в условиях замкнутого пространства и особенно невесомости.
Использование базальтового, а также кварцевого и кремнеземного волокна в качестве несущей основы мишурной нити, обвитой металлической проволокой из никеля или никелевых сплавов, описано в патенте на полезную модель RU 111710 U1, МПК Н01В 11/06, опубл. 20.12.2011 г. «Нить мишурная». Видимыми недостатками предложенной мишурной нити, наряду с указанными по отношению к полезной модели RU47568, являются высокие весовые характеристики базальтовых и керамических нитей, что может ограничить их использование в летательных аппаратах.
Материал, описанный в патенте на полезную модель RU 168930 U1, МПК Н01В 9/02, Н05K 9/00, опубл. 28.02.2017 г. «Защитная оплетка», представляет собой оплетку, полученную переплетением пластиковых или синтетических, или стеклянных нитей с металлическим покрытием и без него под углом скрещивания от 30° до 80°, при этом пряди разных направлений могут быть выполнены из разных материалов и разной толщины. Указанную оплетку одевают поверх металлических плетенок для защиты от механических воздействий, высоких и низких температур без заметного увеличения массы. Предлагаемое решение несет с собой недостатки как эргономического, так и эксплуатационного характера. Недостаточная эргономичность связана с трудностью механического «одевания» готовой внешней оболочки на экранирующую оболочку, в особенности для очень протяженных конструкций. Также из-за «одевания» практически неизбежна раздвижка металлических проволок внутренней экранирующей оболочки, приводящая к снижению эффективности электромагнитной защиты.
Ближайшим аналогом (прототипом) изобретения является экранирующая изоляционная оболочка (патент RU 2270489 С2, МПК Н01В 7/18, Н01В 7/02, Н01В 9/02, Н01В 3/48, опубл. 20.02.2006 г. «Изоляционная оболочка»), легкая и эластичная, с повышенными электроизоляционными, механическими и термическими характеристиками, устойчивая к открытому пламени, высоким температурам до +600°С, кислотам, нефтепродуктам, органическим растворителям, микробиологическим воздействиям. Изоляционная оболочка состоит из различных по составу нитей, скрученных между собой, одна из нитей выполнена из арамидного волокна и является армирующей основой, а вторая выполнена в виде металлической нити толщиной 0,018-0,020 мм и представляет собой экранирующий элемент. В качестве экранирующего элемента используется металлическая проволока с покрытием или без него. Армирующая основа выполнена в виде жгута по меньшей мере из двух арамидных нитей, скрученных между собой. Изоляционная оболочка содержит несколько пар скрученных между собой нитей из арамидного волокна и металлической нити, при этом пары сплетены в ленту или в полотно.
Раскрытие изобретения
Целью данного изобретения является создание комплексной легкой и эластичной, а также технологичной при изготовлении и монтаже изоляционной экранирующей оболочки, способной эффективно защитить функциональное изделие (провода или кабель) как от внешнего электромагнитного воздействия, так и от внешних неблагоприятных факторов (повышенных температур, открытого пламени, истирающих нагрузок, механических повреждений, биологических и климатических факторов).
Поставленная задача решается благодаря тому, что оболочка выполнена двухслойной из различных по составу нитей.
Первый слой оболочки (внутренний) выполнен из термоогнестойкой полиимидной нити, обвитой круглой или плющеной металлической нитью. Металлическая нить выполнена с диаметром или толщиной 0,015-0,020 мм в чистом виде или с покрытием и является экранирующим элементом. Полиимидная нить является армирующей основой и выполнена из комплексных нитей линейной плотности от 3 до 100 текс. Полиимидные нити, обвитые металлическими нитями, строщены между собой и сплетены в ленту или сплетены в полотно.
Второй слой оболочки (наружный) выполнен из термоогнестойкой полиимидной нити линейной плотности от 3 до 100 текс. Наружный слой может быть выполнен из одиночных полиимидных нитей или трощеных между собой по меньшей мере двух полиимидных нитей. Несколько пар трощеных между собой полиимидных нитей сплетены в ленту или сплетены в полотно.
Осуществление изобретения
Изготовление изоляционной экранирующей оболочки включает в себя следующие операции. На перемоточном оборудовании полиимидные нити, обвитые металлической нитью, наматываются с одновременным трощением на паковки для шнуроплетельных машин. Затем на шнуроплетельной машине происходит плетение экранирующей оболочки - первого внутреннего слоя, которая непосредственно подается на следующую шнуроплетельную машину, где внешняя поверхность оплетается вторым наружным слоем из одной полиимидной нити или из трощеных между собой полиимидных нитей.
Комплексная изоляционная оболочка устойчива к радиации и другим излучениям, жидкому топливу, нефтепродуктам, маслам, кислотам, органическим растворителям, микробиологическим воздействиям, имеет низкий коэффициент теплопроводности, выдерживает открытое пламя и тепловой удар с температурой +600°С, а за счет второго слоя - до +900°С.