Проволока: история, производство и применение.

Введение

Одиночная, как правило, цилиндрическая, гибкая нить, стержень или пруток из металла.

Провод обычно изготавливается путем вытягивания металла через отверстие в фильере или волочильной доске. Калибры проводов представлены различными стандартными размерами, выраженными в виде номера калибра или площади поперечного сечения. Провода используются для восприятия механических нагрузок, часто в виде стального каната. В электротехнике и телекоммуникациях термин "провод" может относиться к электрическому кабелю, который может содержать "монолитную жилу" из одного провода или отдельные проволоки в многожильных или плетеных конструкциях. Как правило, имея цилиндрическую форму, провод может также изготавливаться с квадратным, шестиугольным, сплющенным прямоугольным или иным поперечным сечением, как в декоративных целях, так и для технических задач, например, для высокоэффективных звуковых катушек в динамиках. Пружины с краевой намоткой, такие как игрушка Slinky, изготавливаются из специальной сплющенной проволоки.

История

В древности ювелирные изделия часто содержали большое количество проволоки в виде цепей и накладного декора, выполненного с высокой точностью и, вероятно, произведенного какими-то эффективными, хотя и не обязательно передовыми, способами. В некоторых случаях из металлических полос делали проволоку, протягивая их через отверстия в каменных бусинах. Это приводило к тому, что полосы складывались вокруг себя, образуя тонкие трубки. Эта техника вытягивания полос использовалась в Египте во время II династии (ок. 2890 – 2686 гг. до н.э.). Начиная со середины II тысячелетия до н.э., большинство золотых проволок в ювелирных изделиях характеризуются линиями швов, идущими по спирали вдоль проволоки. Такие скрученные полосы можно было превратить в цельные круглые проволоки, прокатывая их между плоскими поверхностями или используя метод вытягивания полосы. Метод изготовления проволоки путем скручивания полосы был вытеснен вытягиванием в древнем Старом Свете где-то между VIII и X веками н.э. Есть некоторые свидетельства использования вытягивания и восточнее этого периода. Квадратные и шестиугольные проволоки, возможно, делались методом обжимки. При этом металлическую заготовку ударяли между рифлеными металлическими блоками или между рифленым пуансоном и рифленым металлическим наковальником. Обжимка имеет древнюю историю, возможно, восходящую к началу II тысячелетия до н.э. в Египте и к бронзовому и железному векам в Европе для изготовления торков и фибул. Скрученные проволоки квадратного сечения – очень распространенный элемент филиграни в ранних этрусских ювелирных изделиях. Около середины II тысячелетия до н.э. появилась новая категория декоративных трубок, имитирующих линию гранул. Настоящая бусированная проволока, полученная путем механического деформирования проволоки круглого сечения, появилась в Восточном Средиземноморье и Италии в VII веке до н.э., возможно, распространена финикийцами. Бусированная проволока продолжала использоваться в ювелирных изделиях вплоть до наших дней, хотя она в значительной степени вышла из моды примерно в X веке н.э., когда две вытянутые круглые проволоки, скрученные вместе для образования так называемых «канатов», представляли собой более простой в изготовлении вариант. Предшественником бусированной проволоки могут быть насеченные полосы и проволоки, которые впервые появляются около 2000 г. до н.э. в Анатолии. В Англии проволоку вытягивали со средневекового периода. Из проволоки делали кардовые машины и булавки, импорт которых был запрещен Эдуардом IV в 1463 году. Первая проволочная мельница в Великобритании была основана в Тинтерне около 1568 года основателями компании «Mineral and Battery Works», которая имела на это монополию. Помимо их второй мельницы в соседнем Уайтбруке, других проволочных мельниц до второй половины XVII века не было. Несмотря на существование мельниц, вытягивание проволоки до тонких размеров продолжалось вручную. Согласно описанию начала XX века, «проволока обычно вытягивается в цилиндрической форме, но ее можно изготовить любой желаемой формы, изменяя очертания отверстий в волочильной пластине, через которую она проходит в процессе изготовления. Волочильная пластина или фильера изготавливается из твердого чугуна или твердой стали, а для тонкой работы может быть изготовлена из алмаза или рубина. Использование драгоценных камней позволяет использовать фильеры в течение длительного периода времени без потери их размера, тем самым производя проволоку неправильного диаметра. Алмазные фильеры необходимо перетачивать, когда они теряют свой первоначальный диаметр отверстия, а металлические фильеры приводят к исходному размеру, забивая отверстие, а затем развертывая его до правильного диаметра с помощью пуансона».

In antiquity, jewelry often contains large amounts of wire in the form of chains and applied decoration that is accurately made and which must have been produced by some efficient, if not technically advanced, means. In some cases, strips cut from metal sheet were made into wire by pulling them through perforations in stone beads. This causes the strips to fold round on themselves to form thin tubes. This strip drawing technique was in use in Egypt by the 2nd Dynasty (c. 2890 – c. 2686 BCE). From the middle of the 2nd millennium BCE most of the gold wires in jewelry are characterized by seam lines that follow a spiral path along the wire. Such twisted strips can be converted into solid round wires by rolling them between flat surfaces or the strip wire drawing method. The strip twist wire manufacturing method was superseded by drawing in the ancient Old World sometime between about the 8th and 10th centuries AD. There is some evidence for the use of drawing further East prior to this period. Square and hexagonal wires were possibly made using a swaging technique. In this method a metal rod was struck between grooved metal blocks, or between a grooved punch and a grooved metal anvil. Swaging is of great antiquity, possibly dating to the beginning of the 2nd millennium BCE in Egypt and in the Bronze and Iron Ages in Europe for torcs and fibulae. Twisted square section wires are a very common filigree decoration in early Etruscan jewelry. In about the middle of the 2nd millennium BCE, a new category of decorative tube was introduced which imitated a line of granules. True beaded wire, produced by mechanically distorting a round section wire, appeared in the Eastern Mediterranean and Italy in the seventh century BCE, perhaps disseminated by the Phoenicians. Beaded wire continued to be used in jewellery into modern times, although it largely fell out of favour in about the tenth century CE when two drawn round wires, twisted together to form what are termed 'ropes', provided a simpler to make alternative. A forerunner to beaded wire may be the notched strips and wires which first occur from around 2000 BCE in Anatolia. Wire was drawn in England from the medieval period. The wire was used to make wool cards and pins, manufactured goods whose import was prohibited by Edward IV in 1463. The first wire mill in Great Britain was established at Tintern in about 1568 by the founders of the Company of Mineral and Battery Works, who had a monopoly on this. Apart from their second wire mill at nearby Whitebrook, there were no other wire mills before the second half of the 17th century. Despite the existence of mills, the drawing of wire down to fine sizes continued to be done manually. According to a description in the early 20th century, "[w]ire is usually drawn of cylindrical form; but it may be made of any desired section by varying the outline of the holes in the draw plate through which it is passed in the process of manufacture. The draw plate or die is a piece of hard cast iron or hard steel, or for fine work it may be a diamond or a ruby. The object of utilising precious stones is to enable the dies to be used for a considerable period without losing their size, and so producing wire of incorrect diameter. Diamond dies must be rebored when they have lost their original diameter of hole, but metal dies are brought down to size again by hammering up the hole and then drifting it out to correct diameter with a punch."

Производство

Провод часто уменьшается до желаемого диаметра и свойств путем повторного протягивания через последовательно уменьшающиеся фильеры или, традиционно, отверстия в прокатных пластинах. После нескольких проходов проволоку могут отжигать для облегчения дальнейшей вытяжки или, если это готовый продукт, для максимального увеличения пластичности и проводимости. Электрические провода обычно покрывают изоляционными материалами, такими как пластик, полимеры, резиноподобные материалы или лак. Изоляция и оболочка проводов и кабелей в настоящее время выполняются путем пропускания их через экструдер. Ранее для изоляции использовались пропитанная ткань или бумага, а также различные продукты на основе масла. С середины 1960-х годов преобладают пластик и полимеры, обладающие свойствами, схожими с резиной. Два или более проводов могут быть обмотаны концентрически, разделенные изоляцией, для формирования коаксиального кабеля. Провод или кабель могут быть дополнительно защищены веществами, такими как парафин, консерванты, битум, свинец, алюминиевая оболочка или стальная лента. Машины для намотки или покрытия наматывают материал на провод, который быстро проходит через них. На каждой катушке имеется запас материала для покрытия, конец которого подводится к проводу, занимающему центральное положение относительно катушек; последние вращаются вместе со своими дисками с подходящей скоростью, в результате чего материал для покрытия подается на провод, накручиваясь по спирали с перекрытием. Если требуется много прядей, диски дублируются, так что можно использовать до шестидесяти катушек, а второй набор прядей укладывается поверх первого.

Плетённые

Плетёный провод состоит из множества тонких проволок, сплетённых вместе. Плетёные провода нелегко порвать при изгибе. Плетёные провода часто используются в качестве электромагнитного экрана в кабелях для подавления помех.

Применение

Проволока имеет множество применений. Она является сырьем для многих важных отраслей промышленности, таких как производство проволочной сетки, пружин, проволочной ткани и стальных канатов, где она играет роль, аналогичную текстильному волокну. Проволочная сетка различной прочности и размера ячейки используется для просеивания и сортировки, для отжима бумажной массы, для оконных москитных сеток и для многих других целей. Огромные количества алюминиевой, медной, никелевой и стальной проволоки используются для телефонных и коммуникационных кабелей, а также в качестве проводников для передачи электроэнергии и нагревательных элементов. Она также широко востребована для ограждений и используется при строительстве подвесных мостов, клеток и других конструкций. Проволока широко применяется в производстве струнных музыкальных инструментов и научных приборов. Углеродистая и пружинная проволока из нержавеющей стали находят значительное применение в пружинах для ответственных автомобильных и промышленных деталей. Производство шпилек, шпилек для волос, игл и рыболовных крючков, гвоздей, заклепок и машин для кардной ленты требует больших объемов проволоки в качестве сырья. Она используется для внутренних соединений в электрических и электронных устройствах и часто покрывается оловом для улучшения паяемости. Проволочная сварка – это технология применения микроскопических проволок для создания электрических соединений внутри полупроводниковых компонентов и интегральных схем. Магнитная проволока – это цельная проволока, обычно медная, которая, для обеспечения более плотной обмотки при изготовлении электромагнитных катушек, изолируется только лаком, а не более толстой пластиковой или другой изоляцией, обычно используемой для электрической проволоки. Она используется для обмотки двигателей, трансформаторов, индукторов, генераторов, катушек динамиков и т.д. (Дополнительная информация о медной магнитной проволоке приведена в разделе "Медные провода и кабели" #Магнитная проволока (Обмоточная проволока)). Коаксиальный кабель состоит из внутреннего проводника, окруженного трубчатым изоляционным слоем, обычно изготовленным из гибкого материала с высокой диэлектрической проницаемостью, который затем окружен еще одним проводящим слоем (обычно из тонкой плетеной проволоки для гибкости или тонкой металлической фольги), и, наконец, покрыт тонким внешним изоляционным слоем. Термин "коаксиальный" происходит от того, что внутренний проводник и внешний экран имеют общую геометрическую ось. Коаксиальные кабели часто используются в качестве линий передачи радиочастотных сигналов. В идеальном коаксиальном кабеле электромагнитное поле, несущее сигнал, существует только в пространстве между внутренним и внешним проводниками. Практические кабели в значительной степени соответствуют этому требованию. Коаксиальный кабель обеспечивает дополнительную защиту сигналов от внешних электромагнитных помех и эффективно направляет сигналы с минимальными потерями вдоль кабеля, что, в свою очередь, влияет на тепловыделение в проводнике. Акустический кабель используется для создания электрического соединения с низким сопротивлением между динамиками и аудиоусилителями. Некоторые современные акустические кабели высокого класса состоят из нескольких электрических проводников, каждый из которых изолирован пластиком, подобно проводу Лица. Проволока с высоким сопротивлением – это проволока с более высоким, чем обычно, удельным сопротивлением, часто используемая для нагревательных элементов или для изготовления проволочных резисторов. Наиболее распространенным типом является нихромовая проволока.

Wire has many uses. It forms the raw material of many important manufacturers, such as the wire netting industry, engineered springs, wire cloth making and wire rope spinning, in which it occupies a place analogous to a textile fiber. Wire cloth of all degrees of strength and fineness of mesh is used for sifting and screening machinery, for draining paper pulp, for window screens, and for many other purposes. Vast quantities of aluminium, copper, nickel and steel wire are employed for telephone and data cables, and as conductors in electric power transmission, and heating. It is in no less demand for fencing, and much is consumed in the construction of suspension bridges, and cages, etc. In the manufacture of stringed musical instruments and scientific instruments, wire is again largely used. Carbon and stainless spring steel wire have significant applications in engineered springs for critical automotive or industrial manufactured parts/components. Pin and hairpin making; the needle and fish hook industries; nail, peg, and rivet making; and carding machinery consume large amounts of wire as feedstock. used for making internal connections inside electrical or electronic devices. It is often tin plated to improve solderability. Wire bonding is the application of microscopic wires for making electrical connections inside semiconductor components and integrated circuits. Magnet wire is solid wire, usually copper, which, to allow closer winding when making electromagnetic coils, is insulated only with varnish, rather than the thicker plastic or other insulation commonly used on electrical wire. It is used for the winding of motors, transformers, inductors, generators, speaker coils, etc. (For further information about copper magnet wire, see: Copper wire and cable#Magnet wire (Winding wire).). Coaxial cable is a cable consisting of an inner conductor, surrounded by a tubular insulating layer typically made from a flexible material with a high dielectric constant, all of which is then surrounded by another conductive layer (typically of fine woven wire for flexibility, or of a thin metallic foil), and then finally covered again with a thin insulating layer on the outside. The term coaxial comes from the inner conductor and the outer shield sharing the same geometric axis. Coaxial cables are often used as a transmission line for radio frequency signals. In a hypothetical ideal coaxial cable, the electromagnetic field carrying the signal exists only in the space between the inner and outer conductors. Practical cables achieve this objective to a high degree. A coaxial cable provides extra protection of signals from external electromagnetic interference and effectively guides signals with low emission along the length of the cable which in turn affects thermal heat inside the conductivity of the wire. Speaker wire is used to make a low resistance electrical connection between loudspeakers and audio amplifiers. Some high end modern speaker wire consists of multiple electrical conductors individually insulated by plastic, similar to Litz wire. Resistance wire is wire with higher than normal resistivity, often used for heating elements or for making wire wound resistors. Nichrome wire is the most common type.