КАБЕЛЬНОЕ ИЗДЕЛИЕ, ИЗМЕНЯЮЩЕЕ ЦВЕТ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Настоящая полезная модель относится к электрическому проводу, кабелю или шнуру, предназначенным для передачи электрической энергии, и меняющим цвет в зависимости от температуры. Такие кабельные изделия позволяют визуализировать повышение температуры провода, кабеля или шнура до критических температур, путем изменения цвета кабеля.
Оболочка кабельных изделий, таких как провод и кабель, обычно изготавливается из полимерного материала, например из поливинилхлорида, и такие изделия по разным причинам могут сами вырабатывать тепло, нагреваться за счет тепла, выделяемого внутренними элементами или нагреваться за счет внешнего воздействия .
В случаях воздействия избыточного тепла на компоненты кабельного изделия, превышающего их максимально допустимые рабочие температуры, кабельное изделие может быть повреждено. Отследить визуально, без использования дополнительных измерительных средств, воздействие избыточного тепла на кабельное изделие не представляется возможным. Во многих случаях обнаружение проблемы происходит слишком поздно, когда полимерные элементы конструкции кабельного изделия начинают плавиться, деформироваться, дымиться или воспламенятся. Кроме того, если в непосредственной близости от такого аномально выделяющего тепло объекта находятся легковоспламеняющиеся вещества или горючие материалы, это может привести к серьезной аварии, например, к возникновению пожара или взрыву.
Для предотвращения аварий, связанных с перегревом кабельного изделия, практикуется измерение температуры кабельного изделия в процессе его работы. Измерение температуры, как правило, осуществляется по установленному графику бесконтактным методом, например пирометром, и может не обеспечить надежный результат, так как перегрев кабеля может случиться между измерениями или в недоступном для измерения месте.
Известен провод с эмалированной изоляцией /Патент CN 206331826 U, H01B7/02, опубл. 14.07.2007/, который включает в себя медный провод круглого сечения, покрытый снаружи слоем полиимидного лака, который является изоляционным слоем, изоляционный слой покрыт снаружи слоем полипропилена, на пролипропиленовый слой снаружи нанесен термохромный слой с индикацией температуры, на термохромный слой с индикацией температуры снаружи нанесен полиамидный изоляционный лак. Данная полезная модель позволяет регистрировать повышение рабочей температуры эмалированного провода, тем самым предотвращая возгорание или несчастные случаи. Термохромный пигмент, используемый в термохромном слое является необратимым, то есть регистрирует повышение температуры однократно.
Недостатком указанного аналога является использование необратимого термочувствительного пигмента в указанном термочувствительном проводе, который позволяет регистрировать критическую температуру однократно. В случае повторного перегрева информация будет уже некорректной, т.к. на проводе с эмалированной изоляцией останется запись от предыдущих перегревов.
Известен термочувствительный токопроводящий кабель /CN200941319Y, G01K11/12,опубл. 29.08.2007/, на поверхность которого нанесен термохромный слой, изменяющий цвет при изменении температуры. В качестве термохромного слоя используется специальная краска, которая изменяет цвет при критическом изменении температуры, создавая тем самым предупреждающий эффект. При этом кабель, изменяющий цвет при критическом повышении температуры, может иметь несколько участков оболочки, на которые нанесен термохромный слой; каждый из вышеупомянутых участков реагирует на определенный уровень повышения температуры и изменяет цвет в соответствии со значением критической температуры.
Способы нанесения термохромного слоя на внешнюю поверхность указанного токопроводящего кабеля, изменяющего цвет при критическом повышении температуры, могут быть следующими: печать, распределение по поверхности, распыление и окунание.
Недостатком указанного аналога является ненадежность нанесения термохромного слоя на поверхность кабеля. Термохромный слой, нанесенный вышеуказанными способами, часто стирается, отслаивается или выцветает в процессе прокладки или работы кабеля.
Недостатком также является то, что нанесенная на поверхность кабеля краска (до 3-х слоев) ухудшит негорючие свойства оболочки в случае производства кабелей пониженной пожарной опасности, т.к. она не содержит антипиренов.
Известен термочувствительный, изменяющий цвет кабель /патент JP2006294625A, B65D85/804, опубл. 26.10.2006 /. Указанный кабель, как показано на фигуре 1, состоит из нескольких токопроводящих жил покрытых оболочкой. Оболочка изготовлена из полимерного материала с добавлением термохромного красителя, цвет которого меняется при изменении температуры.
Вышеуказанный термохромный краситель представляет собой смесь двух или более видов красителей, имеющих различные диапазоны чувствительности к температуре.
Термохромный краситель, изменяющий цвет в результате изменения температуры, является обратимым.
На фигуре 1 показано: 1 - сердечник, 2 - металлическая жила, 3- ленточный слой (для скрепления жил), 4 - оболочка.
Недостатком указанного аналога является то, что термохромный краситель (пигмент или суперконцентрат) добавляется во всю толщину защитной наружной оболочки кабеля, что ухудшает физико-механические характеристики материала оболочки. В частности, снижаются показатели холодостойкости в случае производства кабелей категории ХЛ.
В результате внесения в оболочку термохромного красителя могут снизиться показатели пожаробезопасности кабеля, в случае производства кабелей пониженной пожарной опасности, за счет снижения процентного содержания функциональных добавок в оболочке, например антипиренов, в материале оболочки.
Известен также изменяющий цвет кабель /Патент CN102589728A, G01K1/02,опубл. 19.03.2014/, являющийся аналогом ранее указанного кабеля. Представляет собой кабель с оболочкой, чувствительной к температуре и изменяющей цвет при перегреве, для индикации перегрева кабеля без использования термопары или пирометра. Если покрасить кабель термохромной краской снаружи, то при перегибе слой краски потрескается, краска осыпается и индикации температуры не будет. Проблему решают добавлением краски во всю толщину оболочки.
Такому кабелю присущи все те же недостатки, о которых упоминалось ранее.
Известен электрический провод или кабель /Патент JPH10241470A, H01B7/32,опубл. 11.08.1998/, меняющий цвет в зависимости от температуры, у которого вся наружная оболочка или ее часть окрашены термохромным пигментом для индикации температуры.
Во время экструзионного формования оболочки, пигмент для индикации температуры обычно примешивается ко всей наружной оболочке или к части оболочки в виде полосы в толще оболочки, с помощью специального экструдера.
Количество термохромного пигмента, обладающего различным изменением цвета, как описано выше, предпочтительно добавлять не более 2 частей по массе по отношению к 100 частям по массе базового полимера, например, поливинилхлоридной смолы (ПВХ). Причина в том, что при превышении количества 2 частей по массе, физические свойства базовой смолы, например, морозостойкость, ухудшаются.
Недостатком указанного аналога является снижение эксплуатационных характеристик, таких как визуализация заявленного эффекта изменения цвета.
Проведенные эксперименты показали, что 2% термохромного пигмента в материале дают бледный цвет, особенно в материалах для оболочек негорючих кабелей, где высокое содержание антипиренов заглушает цвет пигмента. Например, 2% черного термохромного пигмента в материале ПВХ марки ППО 20-30, применяемом для изготовления оболочек пониженной горючести, позволяют получить бледно-серый цвет вместо ожидаемого черного.
В случае окрашивания части оболочки, при прокладке кабеля окрашенная часть может быть скрыта от обзора, тем самым не выполнять свою функцию.
Таким образом, техническая проблема, решаемая настоящей полезной моделью, заключается в достижении высоких эксплуатационных характеристик оболочки кабельного изделия при внесении термохромного пигмента для индикации температуры.
Достигаемый при этом технический результат это сохранение заявленных физико-механических характеристик оболочки кабельного изделия, в том числе надежность крепления к оболочке термохромного слоя.
Для решения указанной технической проблемы и достижения заявленного технического результата предлагается кабельное изделие, изменяющее цвет в зависимости от температуры, включающее двухслойную оболочку, выполненную в виде оболочки и термохромного слоя, нанесенного на всю поверхность оболочки методом коэкструзии.
Оболочка и термохромный слой выполнены из полимерного материала, содержащего одинаковый базовый полимер.
В качестве базового полимера могут быть использованы ПВХ, ПЭ, ЭВА, ПУ, ТЭП, резина и другие.
Для целей настоящей заявки под термином «кабельное изделие» понимается кабель, провод, шнур, предназначенные для передачи электрической энергии, электрических сигналов
«Оболочка»– защитный покров, наносимый на кабельное изделие поверх остальных элементов конструкции, предназначенный для защиты кабельного изделия от повреждений и придания эксплуатационных характеристик таких как: пониженная горючесть, пожаробезопасность, холодостойкость и т.п. Преимущественно изготавливается на основе полимерных материалов.
«Изоляция» – это один или несколько слоев специального диэлектрического материала, который покрывает кабельные жилы. Преимущественно изготавливается на основе базовых полимеров.
«Критическая температура» – максимально допустимая температура работы кабельного изделия.
«Термохром», «термохромный пигмент» или «термочувствительный пигмент»– микрокапсулированное вещество, вносимое в оболочку кабельного изделия, которое изменяет свой цвет при достижении заданной температуры.
«Обратимый термохром» – термохром, который при достижении заданной температуры меняет свой цвет, при обратном процессе цвет восстанавливается до первоначального.
«Обратимые изменения» – это такие изменения, которые видны при достижении кабелем критической температуры.
«Термохромный слой» – слой для индикации изменений, содержащий термохром.
«Двухслойная оболочка» - оболочка кабельного изделия, покрытая по всей поверхности слоем, выполненным из полимерного материала с добавлением термохромного пигмента. Представляет собой комбинированную оболочку.
«Базовый полимер» или «базовая смола» – основа полимерного материала, из которого изготавливается изоляция или оболочка кабельного изделия; Для кабельных изделий преимущественно используются такие базовые полимеры, как: ПВХ, ПЭ, ЭВА, ПУ, ТЭП, резина и т.п.
«Экструзия» – способ наложения полимерных слоев, таких как оболочка или изоляция, на кабельное изделие с помощью экструдера;
«Коэкструзия» или «соэкструзия» – способ нанесения дополнительного слоя на оболочку кабельного изделия при помощи дополнительного экструдера, одновременно с нанесением оболочки.
Далее заявленное кабельное изделие поясняется фигурой, на которой представлен общий вид устройства, где:
1 – двухслойная оболочка
2 – оболочка
3 – термохромный слой
4 – изоляция
5 – жила.
Кабельное изделие, изменяющее цвет в зависимости от температуры, имеет двухслойную оболочку (1), представленную в виде оболочки (2) и термохромный слой (3). Оболочка (2) и термохромный слой (3) нанесены на токопроводящие жилы (5), которые могут быть покрыты изоляцией (4). Количество и тип жил (5) в кабельном изделии могут быть разным в зависимости от марки и маркоразмера кабельного изделия. Кабельное изделие может содержать такие конструкционные элементы (на фигуре 2 не указано) как: нити, скреплящие ленты, медные экраны, полимерное заполнение и прочие элементы, необходимые для придания кабельному изделию заданных эксплуатационных свойств. Как указано выше, поверх всех конструкционных элементов кабельное изделие покрыто двухслойной оболочкой (1), первый слой которой представлен оболочкой (2). Оболочка (2) выполнена из полимерного материала, основу которого составляет базовый полимер. В качестве базового полимера , могут быть использованы, например, ПВХ, ПЭ, ЭВА, ПУ, ТЭП, резина и т.п. При этом выбор полимерного материала, из которого изготовляется оболочка (2), определяется в зависимости от назначения кабельного изделия, например, для придания морозостойких или огнеупорных качеств и т.д.
Оболочка (2) и термохромный слой (3) выполнены из материала, содержащего одинаковый базовый полимер, при этом термохромный слой (3) выполнен с добавлением обратимого термохромного пигмента.
Термохромный слой (3) нанесен на поверхность оболочки (2) методом коэкструзии. Таким образом, термохромный слой (3) образует с оболочкой (2) единое целое, двухслойную оболочку (1), не нарушая при этом физико-механических характеристик оболочки (2).
Кабельное изделие с двухслойной оболочкой (1), которая является комбинированной оболочкой, способно менять свой цвет при изменениях температуры, например при нагреве выше критических температур.
Температура, при которой кабельное изделие меняет цвет, выбирается из диапазона от +15°С до +70°С в зависимости от типа и конструкции кабельного изделия.
Цвет термохромного пигмента, внесенного в термохромный слой (3) может быть любым из представленных производителями пигментов на рынке, в том числе с прямым термохромным эффектом, обратным и с переходом из одного цвета в другой.
Заявленное кабельное изделие работает следующим образом.
Во время перегрева кабельного изделия выше критической температуры термохромный слой (3) меняет свой цвет, например с черного цвета на бесцветный цвет, тем самым сигнализируя о превышении допустимой рабочей температуры. Таким образом, обслуживающий персонал видит отклонения в работе кабельного изделия и предпринимает меры по предупреждению аварийной ситуации. После снижения температуры кабельного изделия термохромный слой (3) возвращает свой изначальный цвет.
Т.е. такие изменения температуры являются обратимыми, кабельное изделие пригодно к дальнейшей эксплуатации
Выполнение оболочки и термохромного слоя из полимерного материала, содержащего одинаковый базовый полимер методом коэкструзии, позволяет изготовить двухслойную оболочку, которая является единым целым и не имеет возможности расслоиться в процессе эксплуатации.
Формирование двухслойной оболочки посредством нанесения термохромного слоя по всей поверхности оболочки методом коэкструзии, таким образом, что он представляет собой единое целое с оболочкой, позволяет избежать ухудшения физико-механических и химических свойств самой оболочки кабеля, так как термохромный пигмент не добавляется непосредственно в оболочку, соответственно он не оказывает негативного влияния на заданные характеристики оболочки кабеля. Изготовление оболочки и термохромного слоя одновременно методом коэкструзии гарантирует надежное их скрепление по всей поверхности и невозможность отслаивания термохромного слоя, т.к. оболочка и термохромный слой являются единым целым.
В свою очередь термохромный слой производится из полимерного материала с теми же характеристиками что и основная оболочка, с добавлением термохромного пигмента, что позволяет сохранить в двухслойной оболочке все заданные свойства оболочки, например: пониженную горючесть, холодостойкость, химический состав дыма при горении и т.п.