絕緣複合電纜及其製造和使用方法

2023-05-28 11:24:01

專利名稱：絕緣複合電纜及其製造和使用方法
技術領域：
本發明總體上涉及絕緣複合電纜和它們的製造和使用方法。本發明還涉及包括螺旋絞合的複合線材的絕緣絞合電纜，以及它們的製造方法和用作地下或水下輸電纜線的用途。
背景技術：
近來，已經由複合且從而不易塑性變形產生新形狀的材料引入了有用的纜線物品。這些材料的普通實例包括纖維強化複合材料，所述纖維強化複合材料由於其相對於金屬具有改進的機械性能但在其應力應變響應方面主要為彈性而引人注意。包含纖維強化聚合物線材的複合纜線在本領域是已知的，包含陶瓷纖維強化金屬線材的複合纜線也是已知的，參見例如美國專利No. 6，559，385和No. 7，093，416 ；以及公開的PCT申請W097/00976。複合纜線(例如含有聚合物基質複合材料或金屬基質複合線材的纜線)的一個用途是作為用於地上輸電的裸(即非絕緣的)纜線中的增強構件。儘管包括鋁基質複合線材的裸輸電纜線是已知的，但對於一些應用，存在著對於獲得改進的纜線性質的持續需求。例如，通常認為裸輸電纜線不適於在地下或水下輸電應用中使用。另外，在一些應用中，可能有利的是使用絞合複合纜線用於輸電。纜線絞合是這樣一種過程，其中各條可延展線材被合併(通常以螺旋方式合併)來產生成品纜線。參見(例如)美國專利No. 5, 171, 942和No. 5，554，826。螺旋絞合的輸電纜線通常由諸如鋼、鋁、或銅之類的可延展金屬製得。在一些情況下，例如裸露的架空輸電纜線，螺旋絞合線芯被線材導體層包圍。螺旋絞合線芯可包括由諸如鋼的第一材料製成的可延展金屬線材，並且外部動力傳導層可包括由諸如鋁的另外的材料製成的可延展金屬線材。在一些情況下，螺旋絞合線芯可以是預絞合的纜線，所述預絞合的纜線用作製造更大直徑的輸電纜線的輸入材料。螺旋絞合纜線通常可以包括少至七根單獨的線材，到更通用的包括50根或更多線材的構造。本技術領域在不斷研發用於地下或水下(即潛水)輸電的改進型複合纜線。本技術領域也在研發改進型絞合複合輸電纜線以及製造和使用絞合複合纜線的改進方法。

發明內容
在一些應用中，需要進一步改進複合纜線的構造及其製造方法。在某些應用中，需要改善複合輸電纜線對於電路短接、潮溼環境和/或化學侵蝕的耐受性。在一些應用中，需要提供包裹複合輸電纜線的絕緣外皮，使得所述纜線適於在地下或水下輸電應用中使用。
在其他應用中，需要改善絞合複合纜線的物理性質，例如其拉伸強度和纜線的斷裂伸長率。在一些特定應用中，還需要提供便利的裝置，用以在將螺旋絞合複合線材摻入隨後的製品(如輸電纜線)中之前保持螺旋絞合複合線材的螺旋配置。在預先芯具有能夠塑性變形的可延展金屬線材或者具有在螺旋地布置之後能夠固化或硬化的線材時，這種用於保持螺旋布置的裝置已沒有必要。本發明的某些實施例涉及提供包裹輸電纜線的絕緣外皮。本發明的其他實施例涉及絞合複合纜線以及在共同捻向上螺旋絞合複合線材層的方法，相比於在每個複合線材層之間使用交替捻向螺旋絞合的複合纜線，可產生複合纜線的拉伸強度的意想不到的增加。 對於採用共同捻向絞合的常規可延展的(例如，金屬或其他非複合)線材而言，在抗拉強度方面不具有這種令人驚喜的增大。此外，通常還不容易想到對常規可延展線材纜線的絞合線材層使用共同的捻向，因為可延展線材可能易於塑性變形，並且這樣的纜線通常使用較短的捻距，對此，針對保持纜線整體性而言，交替的捻向可能是優選的。因此，本發明在一個方面提供了一種絕緣複合電纜，其包括限定共同縱向軸線的線芯、圍繞所述線芯的多個複合線材和包裹多個複合線材的絕緣外皮。在一些示例性實施例中，所述多個複合線材的至少一部分圍繞限定共同縱向軸線的單個線材在至少一個圓柱層中布置，所述至少一個圓柱層在徑向橫截面中看時環繞共同縱向軸線而形成。在其他示例性實施例中，所述線芯包括金屬導線和複合線材中的至少一者。在某些示例性實施例中， 所述線芯包括至少一個光纖。在再一些示例性實施例中，圍繞所述線芯的多個複合線材在至少兩個圓柱層中布置，所述至少兩個圓柱層在徑向橫截面中看時環繞共同縱向軸線而限定。在另外的示例性實施例中，所述至少兩個圓柱層中的至少一個僅包括複合線材。在某些另外的示例性實施例中，所述至少兩個圓柱層中的至少一個還包括至少一個可延展金屬線材。在另外的示例性實施例中，所述多個複合線材的至少一部分圍繞共同縱向軸線而環繞線芯絞合。在一些另外的示例性實施例中，所述多個複合線材的至少一部分為螺旋絞合的。在其他另外的示例性實施例中，每個圓柱層在與每個鄰接圓柱層的捻向相同的捻向上以某個捻角絞合。在某些當前優選的實施例中，每個鄰接圓柱層的捻角之間的相對差不大於約4°。在其他示例性實施例中，所述複合線材具有選自圓形、橢圓形、卵形、矩形和梯形的截面形狀。在其他示例性實施例中，每個所述複合線材為纖維增強的複合線材。在一些示例性實施例中，所述纖維增強的複合線材的至少一個用纖維絲束和單絲纖維這二者之一增強。在某些示例性實施例中，每個所述複合線材選自金屬基質複合線材和聚合物複合線材。 在一些示例性實施例中，所述聚合物複合線材包括在聚合物基質中的至少一個連續纖維。 在另外的示例性實施例中，所述至少一個連續纖維包括金屬、碳、陶瓷、玻璃或它們的組合。在另外的示例性實施例中，至少一個連續纖維包括鈦、鎢、硼、形狀記憶合金、碳、 碳納米管、石墨、碳化矽、芳族聚醯胺、聚(對亞苯基_2，6-苯並雙[！惡唑)或它們的組合。在一些示例性實施例中，所述聚合物基質包括選自如下各項的(共)聚合物環氧樹脂、酯、乙烯基酯、聚醯亞胺、聚酯、氰酸酯、酚醛樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂、聚醚醚酮、含氟聚合物(包括完全和部分氟化的(共)聚合物)以及它們的組合。在其他示例性實施例中，所述金屬基質複合線材包括在金屬基質中的至少一個連續纖維。在一些示例性實施例中，所述金屬基質包括鋁、鋅、錫、鎂、其合金或它們的組合。 在某些實施例中，所述金屬基質包括鋁，並且所述至少一個連續纖維包括陶瓷纖維。在一些示例性實施例中，所述至少一個連續纖維包括選自如下各項的材料陶瓷、玻璃、碳納米管、 碳、碳化矽、硼、鐵、鋼、鐵合金、鎢、鈦、形狀記憶合金以及它們的組合。在某些當前優選的實施例中，所述金屬基質包括鋁，並且所述至少一個連續纖維包括陶瓷纖維。合適的陶瓷纖維可以商品名NEXTEL陶瓷纖維(可得自3M Company, St. Paul. MN)獲得，並包括例如NEXTEL 312陶瓷纖維。在某些當前優選的實施例中，所述陶瓷纖維包括多晶α-Al2O3。在另外的示例性實施例中，所述絕緣外皮形成所述絕緣複合電纜的外表面。在一些示例性實施例中，所述絕緣外皮包括選自如下各項的材料陶瓷、玻璃、(共)聚合物以及它們的組合。在另一方面，本發明提供了一種製造絕緣複合電纜的方法，其包括(a)提供限定共同縱向軸線的線芯，(b)圍繞所述線芯布置多個複合線材，和(c)用絕緣外皮包裹所述多個複合線材。在一些示例性實施例中，所述多個複合線材的至少一部分圍繞限定共同縱向軸線的單個線材在至少一個圓柱層中布置，所述至少一個圓柱層在徑向橫截面中看時環繞共同縱向軸線而形成。在某些示例性實施例中，所述多個複合線材的至少一部分圍繞共同縱向軸線而環繞線芯螺旋絞合。在某些當前優選的實施例中，每個圓柱層在與每個鄰接圓柱層的捻向相反的捻向上以某個捻角絞合。在另外的當前優選的實施例中，每個鄰接圓柱層的捻角之間的相對差不大於約4°。在另一方面，本發明提供了一種使用如上所述的絕緣複合電纜的方法，所述方法包括將如上所述的絕緣複合電纜的至少一部分埋入地下。根據本發明的絕緣複合電纜的示例性實施例具有各種特徵和特性，使這些示例性實施例能夠適用並在多種多樣的應用中發揮優勢。例如，在一些示例性實施例中，與其他複合纜線相比，根據本發明的絕緣複合電纜在製造或使用期間可表現出在較低的纜線拉伸應變值下發生過早斷裂或失效降低的趨勢。此外，與常規的絞合可延展金屬線材纜線相比，根據一些示例性實施例的絕緣複合電纜可表現出具有改進的抗腐蝕性、環境耐久性(例如， 抗紫外性和抗溼性)、在高溫下對強度損失的抗性、抗蠕變性、以及相對較高的彈性模量、低密度、低熱膨脹係數、高電導率、高抗下垂性、和高強度。因此在一些示例性實施例中，相比於現有技術的複合纜線，根據本發明的實施例製得的絕緣絞合複合纜線可表現出具有10%或更大的拉伸強度的增加。根據本發明某些實施例的絕緣絞合複合纜線還能夠以較低的成本製造，這是因為在滿足用於某些重要應用中 (例如用在架空輸電纜線應用中)的最小拉伸強度要求的纜線絞合方法中成品率提高。對本發明的示例性實施例的各個方面和優點進行了匯總。上述發明內容並非意圖描述本發明呈現的某些示例性實施例的每一個圖示實施例或每種實施方式。隨後的附圖和具體實施方式
將更具體地舉例說明了使用本文所公開的原理的某些優選實施例。


參照附圖進一步描述本發明的示例性實施例，在附圖中圖1A-1G為根據本發明的示例性實施例的示例性絕緣複合電纜的截面端視圖。
圖2A-2E為含有根據其他根據本發明的示例性實施例的示例性絕緣複合電纜的可延展金屬導體的示例性絕緣複合電纜的截面端視圖。圖3A為可用於製備本發明的絕緣絞合複合纜線的示例性實施例的示例性絞合複合纜線的側視圖，所述示例性絞合複合纜線包括圍繞絞合複合線芯的保持材。圖3B-3D為可用於製備本發明的絕緣絞合複合纜線的示例性實施例的示例性絞合複合纜線的截面端視圖，所述示例性絞合複合纜線包括圍繞絞合複合線芯的各種保持材。圖4為可用於製備本發明的絕緣絞合複合纜線的示例性實施例的示例性絕緣絞合複合纜線的截面端視圖，所述示例性絕緣絞合複合纜線包括圍繞絞合複合線芯的保持材以及一個或多個層，所述層包括圍繞絞合複合線芯絞合的多個可延展金屬導體。圖5為根據本發明的另一示例性實施例的示例性絕緣絞合複合纜線的截面端視圖，所述示例性絕緣絞合複合纜線包括一個或多個層，所述層包括圍繞包含多個單獨絕緣的非複合線材的芯絞合的多個單獨絕緣的複合線材。附圖中的類似附圖標記指示類似的元件。本文中的附圖未按比例繪製，並且在附圖中，複合纜線的構件被以強調選定特徵的尺寸顯示。
具體實施例方式在整個說明書和權利要求書中採用的某些術語大部分是人們所熟知的，但可能仍然需要作一些解釋。應當了解，如本文所使用，稱某「線材」為「易碎」意指該線材在拉伸載荷下會以最小塑性變形斷裂。術語「線材」通常用於包括可延展金屬線材、金屬基質複合線材、聚合物基質複合線材、光纖線材以及用於流體輸送的中空管狀線材。術語「可延展」在用於涉及線材的變形時，指的是線材在彎曲而不斷裂或破裂期間基本承受的塑性變形。術語「複合線材」指由組成或形式不同的材料的組合形成的細線，所述材料被束縛在一起並表現出或非延展行為。術語「金屬基質複合線材」指包括結合到基質內的一種或多種纖維增強材料的複合線材，所述基質由一個或多個延性金屬相組成。術語「聚合物基質複合線材」類似地指包括結合到基質內的一種或多種纖維增強材料的複合線材，所述基質由一個或多個聚合物相組成。術語「光纖線材」指包括至少一個用於光纖通信中的縱向透光纖維單元的細線。術語「中空管狀線材」指可用於流體輸送的縱向中空導管或管狀物。術語「彎曲」在用來涉及線材的變形時包括二維和/或三維彎曲變形，例如在絞合期間使線材螺旋地彎曲。當涉及具有彎曲變形的線材時，這不排除線材還具有由於拉伸力和/或扭轉力產生的變形的可能性。「顯著的彈性彎曲」變形指的是線材彎曲成曲率半徑直到線材半徑的10，000倍時發生的彎曲變形。當應用於圓形橫截面的線材時，這個顯著的彈性彎曲變形將在線材的外纖維處賦予至少0.01%的應變。術語「卷纜」和「絞合」可以互換使用，「卷纜的」和「絞合的」也可以互換使用。
術語「捻制」說明了線材在螺旋絞合纜線的絞合層中被纏繞成螺旋的方式。術語「捻向」涉及線材股線在螺旋絞合層中的絞合方向。為了確定螺旋絞合層的捻向，當纜線離開觀察者時觀察者看螺旋絞合線材層的表面。如果當股線離開觀察者時股線看來在順時針方向上轉動，則該纜線被稱為「右手捻制」。如果當股線離開觀察者時股線看來在逆時針方向上轉動，則該纜線被稱為「左手捻制」。術語「中心軸線」和「中心縱向軸線」可互換地用來表示徑向地定位在多層螺旋絞合纜線的中心處的共同縱向軸線。術語「捻角」涉及由絞合線材相對於螺旋絞合纜線的中心縱向軸線形成的角度。術語「相交角度」指的是螺旋絞合線材纜線的相鄰線材層的捻角之間的相對(絕對)差。術語「捻距」涉及螺旋絞合層中的單個線材圍繞螺旋絞合纜線的中心縱向軸線完成一個完全螺旋迴轉的絞合纜線長度。術語「陶瓷」指的是玻璃、晶體陶瓷、玻璃陶瓷以及它們的組合。術語「多晶」指的是主要具有多個結晶顆粒的材料，其中顆粒的尺寸小於顆粒所在的纖維的直徑。術語「連續纖維」指的是當與平均纖維直徑相比長度相對無限大的纖維。通常，這意味著纖維的縱橫比(即，纖維的長度與纖維平均直徑的比)為至少ιχιο5(在某些實施例中，為至少1X106，或者甚至為至少1X107)。通常，這種纖維具有至少約15cm到至少幾米量級的長度，並且甚至可以具有幾千米或者更長量級的長度。在一些示例性實施例中，本發明提供了一種適合用作水下或地下輸電纜線的絕緣複合纜線。在某些實施例中，所述絕緣複合纜線包括多個絞合複合線材。複合線材一般為脆性且不可延展，並因此可能在常規纜線絞合過程中不充分變形，從而保持其螺旋布置而不破壞線材。因此，本發明在某些實施例中提供一種較高抗拉強度的絞合複合纜線，並且在某些實施例中還提供一種用於保持絞合纜線中線材的螺旋布置的裝置。這樣，絞合纜線可以被便利地提供成中間製品或成品。當用作中間製品時，絞合複合纜線可在之後被加入到最終製品內，所述最終製品如絕緣複合輸電纜線，例如水下或地下輸電纜線。現在將具體參照附圖描述本發明的各種示例性實施例。本發明的示例性實施例可以在不脫離本發明的精神和範圍的情況下進行多種修改和更改。因此，應當理解，本發明的實施例不應限於以下所述的示例性實施例，但應受權利要求書及其任何等同物中示出的限制的控制。本發明在一個方面提供了一種絕緣複合電纜，其包括限定共同縱向軸線的線芯、 圍繞所述線芯的多個複合線材和包裹多個複合線材的絕緣外皮。在一些示例性實施例中， 所述多個複合線材的至少一部分圍繞限定共同縱向軸線的單個線材在至少一個圓柱層中布置，所述至少一個圓柱層在徑向橫截面中看時環繞共同縱向軸線而形成。在其他示例性實施例中，所述線芯包括金屬導線和複合線材中的至少一者。在另外的示例性實施例中，所述至少兩個圓柱層中的至少一個僅包括複合線材。在某些另外的示例性實施例中，所述至少兩個圓柱層中的至少一個還包括至少一個可延展金屬線材。圖1A-1G示出了示例性複合纜線(例如分別為10、11、10』和11』)的截面端視圖， 所述示例性複合纜線可任選地為絞合的，或更優選地為螺旋絞合纜線，並可用於形成根據本發明的一些非限制性示例性實施例的潛水或地下絕緣複合纜線。如圖IA和IC中所示的示例性實施例示出，絕緣複合纜線(10、10』 )可包括限定中心縱向軸線的單個複合線材2 ； 包括第一多個複合線材4 (其可在第一捻向上圍繞所述單個複合線材2任選地絞合，更優選地螺旋絞合)的第一層；包括第二多個複合線材6(其可在第一捻向上圍繞所述第一多個複合線材4任選地絞合，更優選地螺旋絞合)的第二層；以及包裹多個複合線材的絕緣外皮 9。任選地，如圖IC所示，可在施用絕緣外皮9之前，將包括第三多個複合線材8 (其可在第一捻向上圍繞所述第二多個複合線材6任選地絞合，更優選地螺旋絞合)的第三層包括以形成絕緣複合纜線10』。任選地，可在第一捻向上圍繞所述第二多個複合線材6包括複合線材(其可任選地絞合，更優選地螺旋絞合)的第四層(未圖示)或甚至更多附加層來形成複合纜線。在圖IB和ID中所示的其他示例性實施例中，複合纜線(11、11』)可包括限定中心縱向軸線的單個可延展金屬線材1(其可為例如可延展金屬線材)；包括第一多個複合線材 4 (其可在第一捻向上圍繞所述單個可延展金屬線材1任選地絞合，更優選地螺旋絞合)的第一層；包括第二多個複合線材6 (其可在第一捻向上圍繞所述第一多個複合線材4任選地絞合，更優選地螺旋絞合)的第二層；以及包裹多個複合線材的絕緣外皮9。任選地，如圖ID所示，包括第三多個複合線材8的第三層可在第一捻向上圍繞所述第二多個複合線材6絞合以形成複合纜線11』。任選地，可在第一捻向上圍繞所述第二多個複合線材6包括複合線材(其可任選地絞合，更優選地螺旋絞合)的第四層(未圖示) 或甚至更多附加層來形成複合纜線。在如圖1E-1F示出的另外的示例性實施例中，一個或多個單獨的複合線材可單獨地被絕緣外皮包圍。因此，如圖IE所示，複合纜線11』包括限定中心縱向軸線的單個芯線1(其可為例如可延展金屬線材、金屬基質複合線材、聚合物基質複合線材、光纖線材、或用於流體輸送的中空管狀線材)；包括第一多個複合線材4 (其可在第一捻向上圍繞所述單個芯線1任選地絞合，更優選地螺旋絞合)的第一層；包括第二多個複合線材6 (其可在第一捻向上圍繞所述第一多個複合線材4任選地絞合，更優選地螺旋絞合)的第二層；以及包裹多個複合線材的絕緣外皮9，其中每個單個複合線材(4、6)單獨地被絕緣外皮9包裹，且任選地其中所述單個芯線1也單獨地被絕緣外皮9包裹。或者，一個或多個單獨的複合線材可單獨地被絕緣外皮包裹並被任選的圍繞所述複合線材整體的附加外皮包裹。因此，如圖IF所示，複合纜線11"『包括限定中心縱向軸線的單個芯線1 (其可為例如可延展金屬線材、金屬基質複合線材、聚合物基質複合線材、 光纖線材、或用於流體輸送的中空管狀線材)；包括第一多個複合線材4(其可在第一捻向上圍繞所述單個芯線1任選地絞合，更優選地螺旋絞合)的第一層；包括第二多個複合線材 6 (其可在第一捻向上圍繞所述第一多個複合線材4任選地絞合，更優選地螺旋絞合)的第二層；以及包裹多個複合線材整體的絕緣外皮9'，和包裹每個單獨的複合線材(4、6)及任選的單個芯線1的附加絕緣外皮9。另外，圖IF示出了任選的絕緣填料(在圖IG中標記為 3，並參照圖IG如下另外詳細討論)基本上填充在單獨的線材(1、4、和6)與包裹所述多個線材(1、4、6)整體的絕緣外皮9'之間留下的任何空隙的用途。
在圖IG示出的另外的示例性實施例中，複合線材(11"「)可包括限定中心縱向軸線的單個芯線1(其可為例如可延展金屬線材)；包括第一多個複合線材4(其可在第一捻向上圍繞所述單個可延展金屬線材1任選地絞合，更優選地螺旋絞合)的第一層；包括第二多個複合線材6 (其可在第一捻向上圍繞所述第一多個複合線材4任選地絞合，更優選地螺旋絞合)的第二層；以及包括絕緣填料3 (其可為以下參照圖3D所述的粘結劑24，或其可為絕緣材料，如非導電固體或液體)的絕緣包封外皮，所述絕緣填料3圍繞所述多個複合線材並基本上填充在單個線材(1、4和6)之間留下的任何空隙。特別合適的固體填料3包括有機和無機粉末，更特別地包括陶瓷粉末(例如二氧化矽、氧化鋁等)、玻璃珠、玻璃泡、(共)聚合物(例如含氟聚合物)粉末、纖維或膜等。特別合適的液體填料3包括表現出低導電率並具有約20或更小的介電常數的介電液體，更優選可用作低介電流體的油(例如矽油、全氟流體等)等。如上所述，在示例性實施例中，所述絕緣複合纜線包括多個複合線材。在另外的示例性實施例中，所述多個複合線材的至少一部分環繞共同縱向軸線而圍繞所述線芯絞合。 合適的絞合方法、構造和材料公開於美國專利申請公布No. 2010/0038112 (Grether)中。因此，在一些示例性實施例中，絞合複合纜線(例如分別在圖IA和IB中的10、11) 包括限定中心縱向軸線的單個複合線材2或芯線材1 ；在第一捻向上以相對於所述中心縱向軸線限定的第一捻角圍繞單個複合線材2絞合併具有第一捻距的第一多個複合線材4 ； 以及在第一捻向上以相對於所述中心縱向軸線限定的第二捻角圍繞所述第一多個複合線材4絞合併具有第二捻距的第二多個複合線材6。在另外的示例性實施例中，絞合複合纜線(例如分別在圖IC和ID中的10』和 11』 )任選地還包括在第一捻向上以相對於所述中心縱向軸線限定的第三捻角圍繞所述第二多個複合線材6絞合併具有第三捻距的第三多個複合線材8，所述第二捻角和第三捻角之間的相對差不大於約4°。在另外的示例性實施例(未顯示)中，絞合纜線還可包括複合線材的另外(例如後續)的層(例如第四、第五或其他後續層)，所述層在第一捻向上以相對於所述共同縱向軸線限定的捻角圍繞所述第三多個複合線材8絞合，其中在每一層中的複合線材具有特徵捻距，所述第三捻角和第四或後續捻角之間的相對差不大於約4°。採用四個或更多個絞合複合線材層的實施例優選地使用直徑為0. 5mm或更小的複合線材。在一些示例性實施例中，所述第一捻距和第二捻角之間的相對(絕對)差大於0° 且不大於約4°。在某些示例性實施例中，(一個或多個的)第一捻角和第二捻角之間、第二捻角和第三捻角之間的相對(絕對)差不大於4°、不大於3°、不大於2°、不大於1° 或不大於0.5°。在某些示例性實施例中，有一個或多個屬下列情況第一捻角等於第二捻角、第二捻角等於第三捻角、和/或各個後續捻角等於之前緊接著的捻角。在另一些實施例中，有一個或多個屬下列情況所述第一捻距小於或等於所述第二捻距，所述第二捻距小於或等於所述第三捻距，所述第四捻距小於或等於緊後續的捻距， 和/或各個後續捻距小於或等於之前緊接著的捻距。在其他實施例中，有一個或多個屬下列情況第一捻距等於第二捻距、第二捻距等於第三捻距、和/或各個後續捻距等於之前緊接著的捻距。在一些實施例中，優選的是使用平行捻，這是現有技術中公知的。在另外的示例性實施例中，所述絕緣複合纜線還可包括至少一個非複合線材，且在一些實施例中還可包括多個非複合線材。在一些特定的示例性實施例中，絞合纜線(無論其為完全複合的、部分複合的或完全非複合的)可為螺旋絞合的。在其他另外的示例性實施例中，每個圓柱層在與每個鄰接圓柱層的捻向相同的捻向上以某個捻角絞合。在某些當前優選的實施例中，每個鄰接圓柱層的捻角之間的相對差不大於約4°。在其他示例性實施例中，所述複合線材和/或非複合線材具有選自圓形、橢圓形、和梯形的截面形狀。在某些另外的示例性實施例中，所述絕緣複合纜線還可包括多個可延展金屬線材。圖2A-2E示出了絞合複合纜線(例如10』和10」)的示例性實施例，其中可延展線材 (例如28，28』，28」)(舉例來說可延展金屬導體線材)的一個或多個附加層圍繞圖IA所示的示例性複合纜芯絞合，更優選螺旋絞合。然而，應了解本發明不限於這些示例性實施例， 使用其他複合纜芯的其他實施例也在本發明的範圍內。因此，在圖2A示出的特定實施例中，絕緣絞合複合纜線30包括圍繞對應於圖IA 的絞合非絕緣複合纜芯10絞合的第一多個可延展線材28 ；以及包裹多個複合且可延展線材的絕緣外皮9。在圖2B示出的另外的實施例中，絕緣絞合複合纜線40包括圍繞含有對應於圖IA的絞合非絕緣複合纜線10的第一多個可延展線材28絞合的第二多個可延展線材28』 ；以及包裹多個複合且可延展線材的絕緣外皮9。在圖2C示出的另外的實施例中，絕緣絞合複合纜線50包括圍繞含有對應於圖IA的絞合非絕緣複合纜線10的第二多個可延展線材28'絞合的多個第三可延展線材28"；以及包裹多個複合且可延展線材的絕緣外皮 9。在圖2A-2C示出的特定實施例中，各自的絕緣絞合複合纜線(例如30、40、50)含有對應於圖IA的絞合的但非絕緣的複合纜線10的非絕緣複合芯10，其中包括限定中心縱向軸線的單個線材2、包括在第一捻向上圍繞單個複合線材2絞合的第一多個複合線材4 的第一層、包括在第一捻向上圍繞所述第一多個複合線材4絞合的第二多個複合線材6的第二層。在某些示例性實施例中，所述第一多個可延展線材28在與鄰接徑向層的捻向相反的捻向上絞合，所述鄰接徑向層例如是包括第二多個複合線材6的第二層。在其他示例性實施例中，所述第一多個可延展線材28在與鄰接徑向層的捻向相同的捻向上絞合，所述鄰接徑向層例如是包括第二多個複合線材6的第二層。在另外的示例性實施例中，所述第一多個可延展線材28、第二多個可延展線材28』或第三多個可延展線材28」中的至少一者在與鄰接徑向層的捻向相反的捻向上絞合，所述鄰接徑向層例如是包括第二多個複合線材6的第二層。在另外的示例性實施例中，各個可延展線材(28、28』、或28」)在基本上垂直於中心縱向軸線的方向上具有選自圓形、橢圓形、卵形、矩形、或梯形的截面形狀。圖2A-2C示出了實施例，其中各個可延展線材(28、28』 )在基本上垂直於中心縱向軸線的方向上具有基本上為圓形的截面形狀。在圖2D示出的特定實施例中，絞合複合纜線60包括圍繞對應於圖IA的絞合複合纜芯10絞合的大致梯形的第一多個可延展線材28。在圖2E示出的另外的實施例中，絞合複合纜線10」』還包括圍繞對應於圖IA的非絕緣絞合複合纜線10絞合的大致梯形的第二多個可延展線材28』。在另外的示例性實施例中，一些或所有的可延展線材 (28,28')在基本上垂直於中心縱向軸線的方向上可具有「Z」或「S」形(未示出)的截面形狀。這種形狀的線材是本領域公知的，並且是期望的，例如以形成纜線的互鎖外層。在另外的實施例中，可延展線材(28、28』 )包括至少一種金屬，其選自銅、鋁、鐵、鋅、鈷、鎳、鉻、鈦、鎢、釩、鋯、錳、矽、這些金屬的合金以及它們的組合。儘管圖3A-3E顯示了限定中心縱向軸線的單個中心複合芯線材2，此外應知單個中心複合芯線材2也可選用可延展金屬線材1，如之前圖IB和ID所示出。還應了解複合線材的各個層均顯示捻距，且複合線材的每一層的捻距可以不同，或者優選地可以為相同的捻距。此外，應當理解，在一些示例性實施例中，每個複合線材都在沿與中心縱向軸線垂直的方向上具有截面形狀，通常為圓形、橢圓形或梯形。在某些示例性實施例中，每一個複合線材具有大致圓形的截面形狀，每一個複合線材的直徑為至少約0. 1mm，更優選至少 0. 5mm ；還更優選至少1mm，更優選至少2mm，最優選至少3mm ；且至多約15mm，更優選至多 10mm，還更優選至多5mm，甚至更優選至多4mm，最優選至多3mm。在其他的示例性實施例中， 每個複合線材的直徑可以小於1mm，或大於5mm。通常，具有大致圓形橫截面形狀的單個中心線材的平均直徑的範圍為從約0. Imm 至約15mm。在一些實施例中，單個中心線材的平均直徑期望地為至少0. Imm,至少0. 5mm,至少1mm，至少2mm，至少3mm，至少4mm，或者甚至高達約5mm。在其他實施例中，單個中心線材的平均直徑小於約0. 5mm,小於1_，小於3_，小於5_，小於10_，或小於15_。在圖2A-2E中未示出的另外的示例性實施例中，絞合複合纜線可包括圍繞限定中心縱向軸線的單個線材的多於三個的複合線材絞合層。在某些示例性實施例中，在複合纜線的每一層中的每一個複合線材可具有相同的構造和形狀；然而這並不是為了達成本文所述益處而要求的。在另一方面中，本發明提供絞合輸電纜線的各種實施例，所述絞合輸電纜線包括複合芯和圍繞複合芯的導體層，並且其中複合芯包括上述的絞合複合纜線中的任一種。在一些實施例中，所述輸電纜線可用作架空輸電纜線、地下輸電纜線、海下輸電纜線、或它們的組件。示例性的海下輸電纜線和應用描述於共同待審的美國臨時專利申請 No. 61/226，056，其於 2009 年 7 月 16 日提交，名稱為 「SUBMERSIBLE COMPOSITE CABLE AND METHODS」 (潛水複合纜線和方法)。在某些示例性實施例中，導體層包括金屬層，所述金屬層圍繞複合纜芯的整個表面，且在一些實施例中接觸複合纜芯的基本上整個表面。在其他的示例性實施例中，導體層包括圍繞複合纜芯絞合的多個可延展金屬導體線材。對於包括多個複合線材(例如2、4、6)和任選的可延展金屬線材(例如28、28』、 28」)的絞合複合纜線，可取的方式是(在一些實施例中)在絞合過程中或在絞合之後， 使用保持材(例如，具有或不具有粘合劑的外包裹帶，或者粘結劑(參見例如美國專利 No. 6，559，385B1 (Johnson等人))將複合線材(例如至少在圖1A-1D或2A-2E的第二層中的第二多個複合線材6)保持在一起。圖3A-3D和4示出了在絞合之後使用條帶18形式的保持材將複合線材保持在一起的各種實施例。在某些實施例中，條帶18可充當包裹絞合複合線材的電絕緣外皮32。圖3A為示例性絞合複合纜線10(圖1A)的側視圖，其中包括條帶18的示例性保持材圍繞複合線材(2、4、6)部分地纏繞在絞合複合纜線10上。如圖3B所示，條帶18可包括具有粘合劑層22的背襯20。或者，如圖3C所示，條帶18可僅包括背襯20而無粘合劑。 在某些實施例中，條帶18可充當包裹絞合複合線材的電絕緣外皮32。
在某些示例性實施例中，條帶18可被纏繞成使得各個相繼的帶匝無間隙且無重疊地鄰接之前的帶匝，如圖3A所示。或者，在一些實施例中，相繼的帶匝可以間隔開而在各個帶匝之間留出間隙，或者與之前的帶匝重疊。在一個優選實施例中，條帶18被纏繞成使得各個帶匝與之前的帶匝重疊條帶寬度的大約1/3至1/2。圖3B為圖3A的絞合的條帶纏繞的複合纜線32的截面端視圖，其中所述保持材為包括具有粘合劑22的背襯20的條帶18。在該示例性實施例中，合適的粘合劑包括，例如， (甲基)丙烯酸酯(共)聚合物基粘合劑、聚(α-烯烴)粘合劑、嵌段共聚物基粘合劑、天然橡膠基粘合劑、有機矽基粘合劑、和熱熔粘合劑。在某些實施例中可優選壓敏粘合劑。在一些示例性實施例中，條帶18可充當包裹複合纜線的絕緣外皮。在再一些示例性實施例中，用於條帶18或背襯20的合適的材料包括金屬箔，特別是鋁；聚酯；聚醯亞胺；含氟聚合物膜(包括含有完全或部分氟化(共)聚合物的那些)， 玻璃增強的背襯；以及它們的組合；其條件是條帶18的強度足以保持彈性彎曲變形，且本身能夠保持其纏繞構造，或充分地受約束(如果需要)。一種特別優選的背襯20是鋁。這種背襯優選地具有0. 002至0. 005英寸(0. 05至0. 13mm)的厚度，並具有基於絞合複合纜線10的直徑選擇的寬度。例如，對於具有兩層絞合複合纜線(例如圖3A所示出)並具有約0. 5英寸(1. 3cm)的直徑的絞合複合纜線10，優選寬度為1. 0英寸(2. 5cm)的鋁條帶。一些近期優選的商購的條帶包括以下的金屬箔條帶(得自明尼蘇達州聖保羅市的3M公司)條帶438，0.005英寸厚(0.13mm)的鋁背襯，具有丙烯酸粘合劑，總條帶厚度為0.0072英寸(0. 18mm)；條帶431，0. 0019英寸厚(0.05mm)的鋁背襯，具有丙烯酸類粘合劑，總條帶厚度為0.0031英寸(0. 08mm)；以及條帶Tape 433，0.002英寸厚(0. 05mm)的鋁背襯，具有有機矽粘合劑，總條帶厚度為0. 0036英寸(0. 09mm)。合適的金屬箔/玻璃布條帶為條帶363 (可得自3M Company, St. Paul, MN)，如實例中所述。合適的聚酯背襯的條帶包括聚酯條帶8402(得自尼蘇達州聖保羅市的3M公司)，具有0. 001英寸厚(0. 03mm)的聚酯背襯，有機矽基粘合劑，並且總條帶厚度為0. 0018英寸(0. 03mm)。圖3C為根據圖3A的絞合的條帶纏繞的複合纜線32'的另一實施例的截面端視圖，其中條帶18包括不具有粘合劑的背襯20。當條帶18為不具有粘合劑的背襯20時，用於背襯20的合適的材料包括剛作了描述的與粘合劑一起使用的那些的任何一種，其中優選的背襯為厚度為0. 002至0. 005英寸(0. 05至0. 13mm)且寬度為1. 0英寸(2. 54cm)的鋁背襯。在某些實施例中，條帶18可充當包裹絞合複合線材的電絕緣外皮，如以上就圖1F-1G 中的要素3所述。當條帶18用作保持材時，無論有還是沒有粘合劑22，條帶都可以採用本領域公知的常規條帶纏繞設備而施加到絞合纜線上。合適的條帶機包括得自新澤西州帕特森市的 Watson Machine, International的那些，例如型號為CT-300的同心條帶頭。外包裹帶工位通常位於纜線絞合設備的出口處，並且在纜線10被纏繞到卷線軸上之前應用於螺旋絞合複合線材。條帶18被選擇成保持彈性變形的複合線材的絞合配置。圖3D示出了具有保持材的絞合包封複合纜線34的另一可選的示例性實施例，所述保持材為施用至如圖IA所示的非絕緣絞合複合纜線10的粘結劑24的形式以將複合線材(2、4、6)保持為其絞合配置。在某些實施例中，粘結劑24可充當包裹絞合複合線材的電絕緣外皮3，如以上參照圖1F-1G所述。在某些實施例中，粘結劑24可充當包裹絞合複合線材的電絕緣外皮，如以上就圖1F-1G的要素3所述。合適的粘結劑24 (在一些示例性實施例中其可用作絕緣填料3，如圖1F-1G所示) 包括壓敏粘合劑組合物，所述壓敏粘合劑組合物包含衍生自含有6至20個碳原子的單體的一種或多種聚(α-烯烴)均聚物、共聚物、三元共聚物、和四元共聚物，以及光敏交聯劑，如美國專利No. 5，112，882 (Babu等人)所描述。這些材料的輻射固化提供粘合劑膜，所述粘合劑膜具有剝離性能和剪切粘合劑性能的有利的平衡。或者，粘結劑24可以包括熱固性材料，包括(但不限於)環氧樹脂。對於一些粘結齊U，優選的是在線材離開如上所述的卷纜機時，將粘結劑24擠壓或以其他方式塗敷在非絕緣絞合電纜10上。或者，粘結劑24可以以供應為傳送條帶的粘合劑的形式進行應用。在這種情況下，粘結劑24塗敷到傳送或剝離片材(未示出)上。所述剝離片材圍繞絞合複合纜線10的複合線材纏繞。然後去除背襯，留下粘合劑層作為粘結劑24。在再一些實施例中，可任選地包裹每個單獨的複合線材、或在複合且可延展的金屬線材的任何合適的層之間(如所需)施用粘合劑22或粘結劑24。因此，在圖4示出的特定實施例中，絞合複合纜線90包括圍繞圖3C示出的纏帶複合芯32』絞合的第一多個可延展線材28，以及圍繞所述第一多個可延展線材28絞合的第二多個可延展線材28』。條帶18 圍繞圖IA示出的非絕緣絞合複合芯10纏繞，所述非絕緣絞合複合芯10包括限定中心縱向軸線的單個複合線材2 ；包括第一多個複合線材4的第一層，所述第一多個複合線材4可在第一捻向上圍繞所述單個複合線材2絞合；以及包括第二多個複合線材6的第二層，所述第二多個複合線材6可在第一捻向上圍繞所述第一多個複合線材4絞合。條帶18形成包裹絞合複合線材(例如2、4、6)的電絕緣外皮32』。第二絕緣外皮9包裹所述多個複合線材 (例如2、4和6)和所述多個可延展線材(例如28和28」)。在一個當前優選的實施例中，所述保持材不顯著增加絞合複合纜線10的總直徑。 優選地，包括保持材的絞合複合纜線的外徑不大於不包括保持材的多個絞合複合線材(2、 4、6、8)的外徑的110%，更優選地不大於105%，並且最優選地不大於102%。將認識到，當複合線材在常規的卷纜設備上絞合時，其具有顯著的彈性彎曲變形量。如果沒有用於保持線材螺旋布置的保持材，那麼這種顯著的彈性彎曲變形將引起線材回到其未絞合或未彎曲形狀。因此，在一些實施例中，選擇保持材以保持多個絞合複合線材的顯著的彈性彎曲變形。此外，絞合複合纜線的預期應用可以表明某些保持材更適合於應用。例如，當絞合複合纜線用作潛水或地下輸電纜線時，粘結劑24或不具有粘合劑22的條帶18應被選擇成不會不利地影響在該應用中所經受的溫度、深度以及其他條件下的輸電。當粘合劑條帶18 用作保持材時，粘合劑22和背襯20都應當被選擇成適用於預期應用。在圖5示出的又一可選的示例性實施例中，絕緣複合纜線100包括一個或多個層， 以及任選的包裹複合線材整體的附加外皮，所述一個或多個層包括圍繞具有多個單獨的絕緣線材的芯絞合的多個單獨的絕緣複合線材。因此，如圖5所示，絕緣複合纜線100包括限定中心縱向軸線的單個芯線1 (其可為例如可延展金屬線材、金屬基質複合線材、聚合物基質複合線材、光纖線材、或用於流體輸送的中空管狀線材)；包括前述的第一多個複合線材 5(其可在第一捻向上圍繞所述單個芯線1任選地絞合，更優選地螺旋絞合)的至少第一層； 包括第一多個複合線材4 (其可在第一捻向上圍繞所述單個芯線1任選地絞合，更優選地螺旋絞合)的第一層；包括第二多個複合線材6(其可在第一捻向上圍繞所述第一多個複合線材4任選地絞合，更優選地螺旋絞合)的任選的第二層；以及包裹多個複合線材整體的絕緣外皮9'，和任選地包裹各單獨線材(1、4、5、6等)的附加絕緣外皮9。另外，圖5示出了如上所述的任選的絕緣填料3 (其可為以下參照圖3D所述的粘結劑24，或可為絕緣材料，如非導電固體或液體)基本上填充單個線材(1、2、4、和6)與包裹所述多個線材(1、2、4、6等)整體的絕緣外皮9'之間留下的任何空隙的用途。在某些示例性實施例中，每個絞合複合線材包括在基質中的多個連續纖維，下文將對此作更詳細的討論。由於線材為複合材料，在卷纜或絞合操作過程中它們通常不允許塑性變形，而塑性變形對於可延展金屬線材是可能的。例如，在包括可延展線材的現有技術的布置中，可以執行常規的卷纜處理來使得其螺旋布置中的複合線材永久性地塑性變形。 本發明允許使用這樣的複合線材，相比於常規可延展金屬線材，其能夠提供優良的所需特性。在絞合複合纜線被加到後續的最終製品(如潛水或地下複合纜線)中時，保持材使得絞合複合纜線能夠容易處理。在一些示例性實施例中，每個所述複合線材為纖維增強的複合線材。在某些示例性實施例中，所述纖維增強的複合線材的至少一個用纖維絲束和單絲纖維這二者之一增強。在另一些示例性實施例中，每個所述複合線材選自金屬基質複合線材和聚合物複合線材。在再一些示例性實施例中，一些複合線材被選擇為金屬基質複合線材，一些複合線材被選擇為聚合物基質複合線材。在其他示例性實施例中，所有複合線材可被選擇為金屬基質複合線材或聚合物基質複合線材。在一些示例性實施例中，所述聚合物複合線材包括在聚合物基質中的至少一個連續纖維。在再一些示例性實施例中，所述至少一個連續纖維包括金屬、碳、陶瓷、玻璃或它們的組合。在一些特定的示例性實施例中，所述至少一個連續纖維包括鈦、鎢、硼、形狀記憶合金、碳、碳納米管、石墨、碳化矽、芳族聚醯胺、聚(對亞苯基-2，6-苯並雙H惡唑)或它們的組合。在另一些示例性實施例中，所述聚合物基質包括(共)聚合物，所述(共)聚合物選自環氧樹脂、酯、乙烯基酯、聚醯亞胺、聚酯、氰酸酯、酚醛樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂、聚醚醚酮，以及它們的組合。在其他示例性實施例中，所述金屬基質複合線材包括在金屬基質中的至少一個連續纖維。在再一些示例性實施例中，所述至少一個連續纖維包括選自如下各項的材料陶瓷、玻璃、碳納米管、碳、碳化矽、硼、鐵、鋼、鐵合金、鎢、鈦、形狀記憶合金以及它們的組合。 在一些示例性實施例中，所述金屬基質包括鋁、鋅、錫、鎂、它們的合金、或上述各項的組合。 在某些實施例中，所述金屬基質包括鋁，並且所述至少一個連續纖維包括陶瓷纖維。在某些當前優選的實施例中，所述陶瓷纖維包括多晶α -Al2O30在其中金屬基質複合線材用於提供鎧裝和/或強度構件的某些實施例中，所述纖維優選選自聚(芳族聚醯胺)纖維、陶瓷纖維、硼纖維、碳纖維、金屬纖維、玻璃纖維以及它們的組合。在某些示例性實施例中，所述鎧裝構件包括在圓柱層中圍繞芯複合纜線的多個線材。優選地，所述線材選自金屬鎧裝線材、金屬基質複合線材、聚合物基質複合線材以及它們的組合。在圖6A-6C示出的某些示例性實施例中，包括芯(11、11』、11」)的絞合複合纜線和/或導電非複合纜線包括至少一個可延展金屬線材，並且優選地包括多個可延展金屬線材。 在另一些示例性實施例中，在徑向橫截面中看時，所述多個金屬線材各自具有選自圓形、橢圓形、梯形、S形、和Z形的截面形狀。在一些特定的示例性實施例中，所述多個金屬線材包括選自如下各項的至少一種金屬鐵、鋼、鋯、銅、錫、鎘、鋁、錳、鋅、鈷、鎳、鉻、鈦、鎢、釩、它們彼此的合金、它們與其他金屬的合金、它們的矽合金、以及上述各項的組合。在一些特定的另外的示例性實施例中，至少一個複合纜線為絞合複合纜線，所述絞合複合纜線包括複合線材的多個圓柱層，在徑向橫截面中看時，所述複合線材的多個圓柱層圍繞所述至少一個複合纜線的中心縱向軸線絞合。在某些示例性實施例中，所述至少一個絞合複合纜線為螺旋絞合。在某些當前優選的實施例中，每個圓柱層在與每個鄰接圓柱層的捻向相同的捻向上以某個捻角絞合。在某些當前優選的實施例中，每個鄰接圓柱層的捻角之間的相對差大於0°且不大於3°。在另外的示例性實施例中，所述複合線材具有選自圓形、橢圓形、和梯形的截面形狀。在一些示例性實施例中，每個所述複合線材為纖維增強的複合線材。在某些示例性實施例中，所述纖維增強的複合線材的至少一個用纖維絲束和單絲纖維這二者之一增強。在其他示例性實施例中，每個所述複合線材選自金屬基質複合線材和聚合物複合線材。在某些其他示例性實施例中，所述聚合物複合線材包括在聚合物基質中的至少一個連續纖維。在一些示例性實施例中，所述至少一個連續纖維包括金屬、碳、陶瓷、玻璃或它們的組合。在一些示例性實施例中，所述至少一個連續纖維包括鈦、鎢、硼、形狀記憶合金、 碳、碳納米管、石墨、碳化矽、聚(芳族聚醯胺)、聚(對亞苯基_2，6-苯並雙PI唑)或它們的組合。在某些示例性實施例中，所述聚合物基質包括選自如下各項的(共)聚合物環氧樹脂、酯、乙烯基酯、聚醯亞胺、聚酯、氰酸酯、酚醛樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂、聚醚醚酮、含氟聚合物(包括完全和部分氟化的(共)聚合物)以及它們的組合。在一些示例性實施例中，所述複合線材包括在金屬基質中的至少一個連續纖維。 在其他示例性實施例中，所述複合線材包括在聚合物基質中的至少一個連續纖維。在某些示例性實施例中，所述至少一個連續纖維包括選自如下各項的材料陶瓷、玻璃、碳納米管、 碳、碳化矽、硼、鐵、鋼、鐵合金、鎢、鈦、形狀記憶合金以及它們的組合。在某些示例性實施例中，所述金屬基質包括鋁、鋅、錫、鎂、它們的合金、或上述各項的組合。在某些當前優選的實施例中，所述金屬基質包括鋁，並且所述至少一個連續纖維包括陶瓷纖維。在一些特定的當前優選的實施例中，所述陶瓷纖維包括多晶α -Al2O30在另外的示例性實施例中，所述絕緣外皮形成潛水或地下複合纜線的外表面。在一些示例性實施例中，所述絕緣外皮包括選自如下各項的材料陶瓷、玻璃、(共)聚合物以及它們的組合。在一些示例性實施例中，所述外皮可具有所需的特性。例如，在一些實施例中，所述外皮可為絕緣的(即電絕緣和/或熱絕緣或聲絕緣)。在某些示例性實施例中，所述外皮為其下面的芯纜線和任選的多個導電非複合纜線提供保護能力。所述保護能力可為(例如)改進的抗穿刺性、改進的耐腐蝕性、對極端高低溫的改進的耐受性、改進的耐摩擦性寸。優選地，所述外皮包含熱塑性聚合物材料，更優選地包含選自高密度聚烯烴(例如高密度聚乙烯)、中密度聚烯烴(例如中密度聚乙烯)、和/或熱塑性含氟聚合物的熱塑性聚合物材料。合適的含氟聚合物包括氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、乙烯氯三氟乙烯(ECTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、四氟乙烯聚合物(TFV)。特別合適的含氟聚合物為以商品名DYNEON THV FLU0R0PLASTICS、 DYNEON ETFE FLU0R0PLASTICS、DYNEON FEP FLU0R0PLASTICS、DYNEON PFA FLUOROPLASTICS 禾口 DYNEON PVDF FLUOROPLASTICS(全部可得自 3M Company, St. Paul, MN)銷售的那些。在一些示例性實施例中，所述外皮還可包括鎧裝構件，所述鎧裝構件優選地也用作強度構件。在其他當前優選的示例性實施例中，所述鎧裝和/或強度構件包括圍繞芯纜線並在圓柱層布置中的多個線材。優選地，所述線材選自金屬(例如鋼)線材、金屬基質複合線材、聚合物基質複合線材以及它們的組合。在一些示例性實施例中，所述絕緣複合電纜還可包括鎧裝層或增強層。在某些示例性實施例中，所述鎧裝層包括圍繞在至少複合芯上的一個或多個圓柱層。在一些示例性實施例中，所述鎧裝層或增強層可採取帶材或纖維層的形式，所述帶材或纖維層在絕緣複合電纜內徑向形成，並優選地包括多個纖維，所述多個纖維圍繞或包紮在至少複合芯上，因此也圍繞或包紮在多個複合線材上。優選地，所述纖維選自聚(芳族聚醯胺)纖維、陶瓷纖維、硼纖維、碳纖維、金屬纖維、玻璃纖維以及它們的組合。在某些實施例中，所述鎧裝或增強層和/或外皮也可充當用於導電複合或非複合纜線的絕緣構件。在這類實施例中，所述鎧裝或增強層和/或外皮優選地包括絕緣材料，更優選地包括如上所述的絕緣聚合物材料。雖然本發明可以實施為任何合適的複合線材，但是在某些示例性實施例中，複合線材中每個選擇為纖維強化複合線材，所述纖維強化複合線材包括基質中的連續纖維絲束或連續單絲纖維中的至少一種。複合線材的優選的實施例包括基質中的多個連續纖維。優選的纖維包括多晶 α -Al2O30複合線材的這些優選實施例優選地具有至少0. 4%、更優選至少0. 7%的斷裂拉伸應變。在一些實施例中，金屬基質複合芯中的纖維數的至少85% (在一些實施例中，至少 90%、或者甚至至少95% )是連續的。可用於本發明的其他複合線材包括玻璃/環氧樹脂線材；碳化矽/鋁複合線材； 碳/鋁複合線材；碳/環氧樹脂複合線材；碳/聚醚醚酮(PEEK)線材；碳/ (共)聚合物線材；以及這類複合線材的組合。合適的玻璃纖維的實例包括A-玻璃、B-玻璃、C-玻璃、D-玻璃、S-玻璃、AR-玻璃、 R-玻璃、玻璃纖維和仿玻璃，如本領域公知的。也可使用其他玻璃纖維；該列表是非限制性的，並且存在許多不同類型的市售玻璃纖維，例如購自Corning Glass Company (Corning, NY)的玻璃纖維。 在一些示例性實施例中，連續玻璃纖維可以是優選的。通常，連續玻璃纖維的平均纖維直徑在約3微米至約19微米的範圍內。在一些實施例中，玻璃纖維的平均抗拉強度為至少3GPa、4GPa，或者甚至至少5GPa。在一些實施例中，玻璃纖維的彈性模量在約60GPa至 95GPa的範圍內，或者在約60GPa至約90GPa的範圍內。 合適的陶瓷的纖維的實例包括金屬氧化物(例如，氧化鋁)纖維、氮化硼纖維、碳化矽纖維和任何這些纖維的任意組合。通常，氧化陶瓷纖維為結晶陶瓷和/或結晶陶瓷和玻璃的混合物(即纖維可包含結晶陶瓷和玻璃相)。通常，此類纖維的長度為大約至少50米，並且可能甚至為大約上千米或更長。通常，連續陶瓷纖維的平均纖維直徑在約5微米至約50微米、約5至約25微米、約8微米至約25微米或者甚至約8微米至20微米的範圍內。 在一些實施例中，結晶陶瓷纖維的平均拉伸強度為至少1. 4GPa、至少1. 7GPa、至少2. IGPa 或者甚至至少2. SGPa0在一些實施例中，結晶陶瓷纖維的彈性模量大於70GPa到大約不大於lOOOGPa，或者甚至不大於420GPa。合適的單絲陶瓷纖維的實例包括碳化矽纖維。通常，碳化矽單絲纖維為結晶陶瓷和/或結晶陶瓷和玻璃的混合物(即纖維可包含結晶陶瓷和玻璃相)。通常，此類纖維的長度為大約至少50米，並且可能甚至為大約上千米或更長。通常，連續聚碳化矽單絲纖維的平均纖維直徑在約100微米至約250微米的範圍內。在一些實施例中，結晶陶瓷纖維的平均拉伸強度為至少2. 8GPa、至少3. 5GPa、至少4. 2GPa或者甚至至少6GPa。在一些實施例中，結晶陶瓷纖維的彈性模量大於250GPa到大約不大於500GPa，或者甚至不大於430GPa。合適的氧化鋁纖維記載於例如美國專利No. 4，954，462 (Wood等人)和 No. 5，185，299 (Wood等人)。在一些實施例中，氧化鋁纖維是多晶α -氧化鋁纖維，並且包含 (根據理論氧化物)大於99重量％的Al2O3和0. 2-0. 5重量％的SiO2 (基於氧化鋁纖維的總重量)。在另一方面，一些可取的多晶α-氧化鋁纖維包含平均粒度小於1微米(或者甚至在一些實施例中小於0.5微米)的α-氧化鋁。在另一方面，在一些實施例中，多晶α-氧化鋁纖維具有至少1. 6GPa (在一些實施例中，為至少2. lGPa，或者甚至至少2. 8GPa)的平均抗拉強度。示例性α-氧化鋁纖維由明尼蘇達州聖保羅市的3M公司以商品名「NEXTEL 610」銷售。合適的矽鋁酸鹽纖維在(例如)美國專利No. 4，047，965 (Karst等人)中有所描述。示例性矽鋁酸鹽纖維由明尼蘇達州聖保羅市的3Μ公司以商品名「NEXTEL 440」、「NEXTEL 550」和「NEXTEL 720」售出。鋁硼矽酸鹽纖維在(例如)美國專利No. 3，795，524 (Sowman)中有所描述。示例性鋁硼矽酸鹽纖維由3Μ公司以商品名「 NEXTEL 312」售出。氮化硼纖維可以如例如美國專利No. 3，429，722 (Economy)和 No. 5，780，154(Okano等人)中所述的製成。示例性碳化矽纖維由(例如)加利福尼亞州聖地牙哥市的COI陶瓷公司(C0I Ceramics)以商品名為「NICAL0N」的每束有500根纖維的纖維束銷售，由宇部興產株式會社(Ube Industries)(日本)以商品名「TYRANN0」銷售，以及由道康寧公司(密西根州米德蘭市)以商品名「SYLRAMIC」銷售。合適的碳纖維包括商購的碳纖維，例如名為PANEX 和PYR0N (得自密蘇裡州布裡治頓市的Z0LTEK)、TH0RNEL(得自新澤西州西帕特森市的CYTEC工業公司)、HEXTOW(得自康乃迪克州紹斯伯裡(Southbury)市的HEXCEL公司)、和T0RAYCA (得自日本東京的 TORAY工業公司)。這樣的碳纖維可以衍生自聚丙烯腈(PAN)前體。其他合適的碳纖維包括PAN-IM、PAN-HM、PAN UHM, PITCH或人造絲副產品，如本領域公知的。另外合適商購的纖維包括ALTEX(得自日本大阪的Sumitomo化學公司)和 ALCEN(得自日本東京的Nitivy有限公司)。合適的纖維也包括形狀記憶合金(即，經歷了馬氏體轉變的合金，使得合金能夠在轉變溫度下通過孿晶機制而變形，其中當孿生結構在加熱到轉變溫度之上的情況下回復到初始相時，這種變形是可逆的)。商購的形狀記憶合金纖維是可獲取的，例如，獲取自賓夕法尼亞州西懷特蘭市的Johnson Matthey公司。
在一些實施例中，陶瓷纖維是成束的。絲束在纖維領域中是已知的，並且是指收集成粗紗形式的多根(單獨的)纖維(通常為至少100根纖維，更典型的是為400根纖維)。 在一些實施例中，纖維束包括每束至少780根單纖維，並且在一些情況下，每束至少2600根單纖維，而在其他情況下，每束至少5200根單纖維。陶瓷纖維的絲束通常有多種長度可供選擇，包括300米、500米、750米、1000米、1500米、2500米、5000米、7500米以及更長。纖維的橫截面形狀可以是圓形或橢圓形。商購的纖維通常可以包括有機施膠材料，其在製造期間添加到纖維中，從而提供潤滑性並且在處理期間保護纖維股線。膠料可以(例如)通過溶解或灼熱膠料使之從纖維上脫離來移除。通常，希望在形成金屬基質複合線材之前移除膠料。纖維還可以具有塗層，所述塗層用來例如提高纖維的可溼性，降低或抑制纖維和熔化的金屬基質材料之間的反應。這樣的塗層和提供這種塗層的技術是纖維和複合材料領域中公知的。在另外的示例性實施例中，複合線材中每個選自金屬基質複合線材和聚合物複合線材。合適的複合線材公開於例如美國專利Nos. 6，180，232 ；6, 245,425 ；6, 329,056 ； 6，336，495 ；6，344，270 ；6，447，927 ；6，460，597 ；6，544，645 ；6，559，385，6，723，451 ；和 7，093，416 中。一個當前優選的纖維強化金屬基質複合線材為陶瓷纖維強化鋁基質複合線材。陶瓷纖維增強鋁基質複合線材優選地包括多晶α -Al2O3的連續纖維，所述連續纖維被包封於基本上純的元素鋁的基質中，或者被包封於純鋁與至多約2重量％ (以基質總重量計)的銅的合金的基質中。優選的纖維包括尺寸小於約IOOnm且纖維直徑的範圍為約1-50微米的等軸晶。纖維直徑的範圍為約5-25微米是優選的，而約5-15微米的範圍是最優選的。本發明優選的纖維強化複合線材的纖維密度在約每立方釐米3. 90-3. 95克之間。 優選的纖維為描述於美國專利No. 4，954，462 (Wood等人，轉讓給Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN)中的那些。優選的纖維是商購自商品名「NEXTEL 610」 α氧化鋁基纖維(得自明尼蘇達州聖保羅市的3Μ公司)。封裝的基質選擇成使其不會與纖維材料發生明顯的化學反應(也就是，相對於纖維材料是較為化學惰性的)，從而不需要在纖維外部上提供保護性塗層。在複合線材的某些當前優選實施例中，使用包括基本上純的元素性鋁或者根據基質的總重量純鋁與最多2重量％的銅的合金的基質，已經顯示出形成成功的線材。本文所用的術語「基本上純的元素鋁」、「純鋁」和「元素鋁」可互換，均用來意指雜質含量低於約 0. 05重量％的鋁。在一個當前優選的實施例中，在基本上為元素鋁的基質中，複合線材包括以複合線材總體積計約30-70體積％的多晶Ci-Al2O3纖維。當前優選的是，根據基質的總重量，基質包含小於約0. 03重量％鐵，並且最優選地包含小於約0. 01重量％的鐵。纖維含量為約 40-60%的多晶Ci-Al2O3纖維被優選。已經發現，形成有屈服強度小於約20MPa的基質和縱向拉伸強度為至少約2. SGPa的纖維的這樣的複合線材具有優良的強度特性。基質還可以由根據基質的總重量元素性鋁與最多2重量％的銅的合金形成。如同其中使用基本上純的元素鋁基質的實施例中一樣，具有鋁/銅基質的複合線材優選地包括以複合材料總體積計約30-70體積％的多晶α -Al2O3纖維，並且因此更優選地包括約40-60 體積％的多晶α -Al2O3纖維。此外，根據基質的總重量，基質優選地包含小於約0. 03重量％的鐵，並且最優選地包含小於約0. 01重量％的鐵。鋁/銅基質優選地具有小於約90MPa的屈服強度，並且如上所述，多晶α -Al2O3纖維具有至少約2. SGPa的縱向拉伸強度。複合線材優選由基本上連續的多晶α-Al2O3纖維形成，所述纖維包含於基本上純的元素鋁基質中或者包含於由元素鋁和至多約2重量％的銅的合金形成的基質中，如上所述。這類線材一般通過這樣的工序製備，其中將布置於纖維絲束中的基本上連續的多晶 α -Al2O3纖維的線軸被拉引而通過熔融的基質材料浴。然後，所產生的區段凝固，從而提供封裝在基質中的纖維。示例性的金屬基質材料包括鋁(例如高純度(例如大於99. 95% )元素鋁)、鋅、 錫、鎂、及其合金(例如，鋁和銅的合金)。通常，基質材料選擇成使得基質材料與纖維不發生明顯的化學反應(也就是說，相對於纖維材料呈化學惰性)，(例如)以消除在纖維外部上提供保護性塗層的需要。在一些實施例中，基質材料有利地包含鋁及其合金。在一些實施例中，金屬基質包含至少98重量％的鋁，為至少99重量％的鋁，大於 99. 9重量％的鋁，或者甚至大於99. 95重量％的鋁。示例性的鋁和銅的鋁合金包括至少98 重量％的Al和高達2重量％的Cu。在一些實施例中，可用的合金是1000、2000、3000、4000、 5000,6000,7000和/或8000系列的鋁合金(鋁協會標號)。雖然製備高抗拉強度線材傾向於需要高純度金屬，但是低純度形式的金屬也是可用的。適用的金屬可商購獲得。例如，鋁可以用商品名「超純鋁；99. 99%鋁」(SUPER PURE ALUMINUM ；99. 99% Al)得自美鋁公司(賓夕法尼亞州匹茲堡)。鋁合金(例如，A1-2重量％ 01(0.03重量％的雜質))可得自(例如)貝爾蒙特金屬公司(Belmont Metals)(紐約州紐約市)。鋅和錫可得自例如明尼蘇達州聖保羅市的Metal Services ( 「純鋅」;99. 999%的純度，和「純錫」 ；99. 95%的純度)。例如，鎂可以用商品名「PURE」得自億萊科特鎂業公司 (Magnesium Elektron)(英格蘭曼徹斯特)。鎂合金(例如，WE43A、EZ33A、AZ81A 和 ZE41A) 可以得自例如科羅拉多州丹佛市的TIMET。金屬基質複合線材通常包括至少15體積％ (在一些實施例中，為至少20、25、30、 35、40、45或者甚至50體積％ )的纖維(基於纖維和基質材料的總組合體積)。更常見的是，複合線芯和線材包含40至75(在一些實施例中，為45至70)體積％範圍內的纖維(基於纖維和基質材料的總組合體積)。金屬基質複合線材可以使用本領域中公知的技術製造。例如，連續金屬基質複合線材可採用連續金屬基質浸滲方法製備。一種適用的方法在(例如)美國專利 No. 6，485，796 (卡彭特(Carpenter)等人)中有所描述。包含聚合物和纖維的線材可通過本領域已知的擠拉成型法製備。在另外的示例性實施例中，複合線材選擇成包括聚合物複合線材。聚合物複合線材包括聚合物基質中的至少一個連續纖維。在一些示例性實施例中，所述至少一個連續纖維包括金屬、碳、陶瓷、玻璃以及它們的組合。在某些當前優選的實施例中，所述至少一個連續纖維包括鈦、鎢、硼、形狀記憶合金、碳納米管、石墨、碳化矽、硼、聚(芳族聚醯胺)、聚(對亞苯基-2，6-苯並雙P惡唑)3以及它們的組合。在另外的當前優選的實施例中，所述聚合物基質包括選自如下各項的(共)聚合物環氧樹脂、酯、乙烯基酯、聚醯亞胺、聚酯、氰酸酯、 酚醛樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂、聚醚醚酮、含氟聚合物(包括完全和部分氟化的(共)聚合物)以及它們的組合。
2
用於圍繞複合芯絞合以提供複合纜線(例如，根據本發明某些實施例的輸電纜線)的可延展金屬線材是本領域已知的。優選的可延展金屬包括鐵、鋼、鋯、銅、錫、鎘、鋁、 錳、和鋅；它們與其他金屬和/或矽的合金；以及同類物質。銅線材可商購自例如喬治亞州卡洛頓市的Southwire公司。鋁線材可以以商品名「1350-H19 ALUMINUM」和「 1350-H0 ALUMINUM」商購自例如加拿大威伯恩市的Nexans或喬治亞州卡洛頓市的Southwire公司。通常，在至少從約20°C至約800°C的溫度範圍內，銅線材的熱膨脹係數處於從約 12ppm/°C至約18ppm/°C的範圍內。銅合金(例如銅青銅，如Cu-Si-X、Cu-Al-X、Cu-Sn-X, Cu-Cd ；其中 X = Fe、Mn、Zn、Sn 和或 Si ；可購自例如 Southwire Company, Carrol ton, GA.； 氧化物彌散強化銅，以名稱「GLIDC0P」得自例如OMG Americas Corporation, Research Triangle Park,NC)線材。在一些實施例中，在至少從約20°C至約800°C的溫度範圍內，銅合金線材的熱膨脹係數在從約10ppm/°C至約25ppm/°C的範圍內。線材可以具有任意的各種形狀(例如，圓形、橢圓和梯形)。通常，在至少從約20°C至約500°C的溫度範圍內，鋁線材的熱膨脹係數在從約 20ppm/°C至約25ppm/°C的範圍內。在一些實施例中，鋁線材(例如，「 1350-H19ALUMINUM」) 的抗拉斷裂強度為至少138MPa(20ksi)、至少158MPa(23ksi)、至少172MPa(25ksi)或者至少186MPa(27ksi)或至少200MPa(29ksi)。在一些實施例中，鋁線材(例如，「1350-H0 ALUMINUM」)的抗拉斷裂強度大於41MPa(6ksi)至不大於97MPa(14ksi)，或者甚至不大於 83MPa(12ksi)。鋁合金線材是商購的，例如，鋁-鋯合金線材以商品名「ZTAL」、「XTAL」和 "KTAL」 (得自日本大阪的Sumitomo Electric Industries)，或「6201」(得自喬治亞州卡洛頓市的Southwire公司)銷售。在某些實施例中，在至少從約20°C至約500°C的溫度範圍內，鋁合金線材的熱膨脹係數在從約20ppm/°C至約25ppm/°C的範圍。在絕緣複合纜線內複合線材的重量或面積百分比將取決於絕緣複合纜線的設計和其預期使用的條件。在一些其中絕緣的且最好為絞合的複合纜線擬用作絕緣複合纜線 (其可為架空、地下或潛水複合纜線)的組件的應用中，優選的是所述絞合纜線不包含圍繞多個複合纜線的電力導體層。在某些當前優選的實施例中，潛水或地下複合纜線表現出至少0.5%的斷裂應變極限。本發明可優選地加以實現，以提供非常長的潛水或地下複合纜線。另外優選的是， 絞合複合纜線10自身內的複合線材在絞合纜線的整個長度上連續。在一個優選實施例中， 複合線材基本上連續並且至少150米長。更優選地，在絞合複合纜線10中複合線材是連續的，並且為至少250米長，更優選地至少500米，更優選地至少750米，並且最優選地至少 1000米長。在另一方面，本發明提供了一種製造絕緣複合電纜的方法，其包括(a)提供限定共同縱向軸線的線芯，(b)圍繞所述線芯布置多個複合線材，和(c)用絕緣外皮包裹所述多個複合線材。在一些示例性實施例中，所述多個複合線材的至少一部分圍繞限定共同縱向軸線的單個線材在至少一個圓柱層中布置，所述至少一個圓柱層在徑向橫截面中看時環繞共同縱向軸線而形成。在某些示例性實施例中，所述多個複合線材的至少一部分圍繞共同縱向軸線而環繞線芯螺旋絞合。在某些當前優選的實施例中，每個圓柱層在與每個鄰接圓柱層的捻向相反的捻向上以某個捻角絞合。在另外的當前優選的實施例中，每個鄰接圓柱層的捻角之間的相對差不大於約4°。在另外的當前優選的方面，本發明提供了一種製備如上所述的絞合複合纜線的方法，所述方法包括圍繞限定中心縱向軸線的單個線材絞合第一多個複合線材，其中絞合所述第一多個複合線材在第一捻向上以相對於所述中心縱向軸線限定的第一捻角進行，且其中所述第一多個複合線材具有第一捻距；以及圍繞所述第一多個複合線材絞合第二多個複合線材，其中絞合所述第二多個複合線材在第一方向上以相對於所述中心縱向軸線限定的第二捻角進行，且其中所述第二多個複合線材具有第二捻距，並且其中所述第一捻角和第二捻角之間的相對差不大於4°。在一個當前優選的實施例中，所述方法還包括圍繞複合線材絞合多個可延展線材。絞合複合纜線(包括或不包括圍繞複合芯的可延展線材)然後可用絕緣外皮覆蓋。在另外的示例性實施例中，所述絕緣外皮形成所述絕緣複合電纜的外表面。在一些示例性實施例中，所述絕緣外皮包括選自如下各項的材料陶瓷、玻璃、(共)聚合物以及它們的組合。複合線材可以如本領域中已知的絞合或螺旋地纏繞在任何合適的纜線絞合設備上，例如得自義大利貝加莫的Cortinovis公司以及新澤西州帕特森市的Watson Machinery International的行星纜線絞合器。在一些實施例中，可有利地採用本領域中公知的剛性絞

雖然可以使用任何尺寸合適的複合線材，但是對於許多實施例和許多應用而言優選的是，複合線材的直徑為從Imm至4mm，然而也可以使用更大的或更小的複合線材。在一個優選實施例中，絞合複合纜線包括多個絞合複合線材，所述多個絞合複合線材在捻向上螺旋絞合以具有10至150的絞捻係數。絞合纜線的「絞捻係數」通過絞合纜線的長度(其中單個線材完成一個螺旋迴轉)除以包括該股線的層的標稱外徑而確定。在纜線絞合過程中，具有一個或多個纏繞在其上的附加層的中心纜線或中間非成品絞合複合纜線被拉過各個滑架的中心，其中每個滑架向絞合纜線增加一個層。將作為一個層增加的單獨線材被同時從其相應線軸上拉動，同時通過馬達驅動的滑架圍繞纜線的中心軸線轉動。對於各個期望的層而言，這是順序進行的。結果製成了螺旋絞合線芯。任選地，保持材(如上述的條帶)例如可被施加於所得到的絞合複合芯上，以有助於將絞合線材保持在一起。通常，根據本發明的絞合複合纜線可通過在相同捻向上圍繞單個線材絞合複合線材而製得，如上所述。單個線材可以包括複合線材或可延展線材。至少兩個複合線材層是通過將複合線材環繞單個線芯絞合而形成的，例如，圍繞單個中心線材在至少兩個層中形成的19或37根線材。在一些示例性實施例中，絞合複合纜線包括絞合複合線材，所述絞合複合線材的長度為至少100米、至少200米、至少300米、至少400米、至少500米、至少1000米、至少 2000米、至少3000米或者甚至至少4500米或更長。處理絞合纜線的能力是期望的特徵。雖然不想受到理論的限制，但是纜線保持其螺旋絞合的布置，這是因為在製造期間，金屬線材受到超過線材材料的屈服應力但是低於極限或失效應力的應力(包括彎曲應力)。隨著線材螺旋地纏繞在半徑更小的前一層或中心線材上，所述應力便被施加。通過閉合模具而施加附加應力，所述模具在製造過程中向纜線施加徑向力和剪切力。因此，線材塑性變形並且保持其螺旋絞合形狀。在一些實施例中，本領域中公知的用於矯直纜線的技術可能是期望的。例如，成品纜線可以穿過矯直裝置，所述矯直裝置包括輥(每個輥都為例如10-15cm(4-6英寸)，直線地布置成兩層，每層中有例如5-9輥。兩層輥之間的距離可以改變成使得輥正好撞擊在纜線上或者引起纜線的嚴重彎曲。兩層輥定位在纜線的相對側上，同時一層中的輥與另一層中相對的輥產生的空間匹配。從而，兩個層可以彼此偏移。隨著纜線穿過矯直裝置，纜線在所述輥上來回彎曲，以允許導體中的股線拉伸至相同長度，從而減少或消除股線鬆散。在一些實施例中，可能有利的是在環境溫度(例如22°C )之上的高溫(例如至少 25°C、50°C、75°C、100°C、125°C、150°C、200°C、250°C、300°C、400°C，或者甚至，在一些實施例中，至少500°C)下提供單個中心線材。單個中心線材可以通過加熱成卷的線材(例如， 在烘箱中加熱幾個小時)而加熱到期望的溫度。經加熱的繞於線軸上的線材置於絞合機的放線捲軸上。有利地，高溫下的線軸處於絞合過程中，同時線材仍然處於或接近期望的溫度 (通常在約2個小時內)。還期望的是，在形成纜線外層的放線線軸上的複合線材處於環境溫度下。S卩，在一些實施例中，可能有利的是在絞合處理過程中在單個線材和形成外複合層的複合線材之間具有溫差。在一些實施例中，可能有利的是利用至少為100kg、200kg、500kg、IOOOkg或甚至至少5000kg的單個線材張力進行絞合。在再一方面，本發明提供了一種使用如上所述的絕緣複合電纜的方法，所述方法包括將如上所述的絕緣複合電纜的至少一部分埋入地下。整個說明書中提及的「一個實施例」、「某些實施例」、「一個或多個實施例」或「實施例」，無論在術語「實施例」前是否包括術語「示例性的」，都意指結合該實施例描述的特定特徵、結構、材料或特性包括在本發明的某些示例性實施例中的至少一個實施例內。因此，在整個說明書的各處出現的如「在一個或多個實施例中」、「在某些實施例中」、「在一個實施例中」或「在實施例中」等短語未必是指本發明的某些示例性實施例中的同一實施例。另外， 具體的特徵、結構、材料或特點可以任何適合的方式結合到一個或多個實施例中。雖然本說明書詳細描述了某些示例性實施例，但應當理解，本領域的技術人員在理解上述內容後，可以易於設想這些實施例的更改形式、變型形式和等同形式。因此，應當理解，本發明不應不當地受限於以上示出的示例性實施例。具體而言，本發明中，數值範圍以端值記載旨在包括納入該範圍內的所有數值(例如，1至5包括1、1. 5、2、2. 75,3,3. 80、4 和5)。另外，本文所用的所有數都被認為是被術語「約」修飾。此外，本文引用的所有出版物和專利全文以引用方式併入本文，猶如被特別地和單獨地指出的各個出版物或專利，都以引用方式併入。各種示例性實施例已經進行了說明。 這些以及其他實施例都歸於以下權利要求的範圍以內。
權利要求
1.一種絕緣複合電纜，包括 限定共同縱向軸線的線芯；圍繞所述線芯的多個複合線材；以及包裹所述多個複合線材的絕緣外皮。
2.根據權利要求1所述的絕緣複合電纜，其中所述多個複合線材的至少一部分圍繞限定所述共同縱向軸線的單個線材在至少一個圓柱層中布置，所述至少一個圓柱層在徑向橫截面中看時環繞所述共同縱向軸線而形成。
3.根據權利要求1所述的絕緣複合電纜，其中所述線芯包括金屬導線和複合線材中的至少一者。
4.根據權利要求1所述的絕緣複合電纜，其中所述線芯包括至少一個光纖。
5.根據權利要求1所述的絕緣複合電纜，其中圍繞所述線芯的所述多個複合線材在至少兩個圓柱層中布置，所述至少兩個圓柱層在徑向橫截面中看時圍繞所述共同縱向軸線而限定。
6.根據權利要求5所述的絕緣複合電纜，其中所述至少兩個圓柱層中的至少一個僅包括所述複合線材。
7.根據權利要求5所述的絕緣複合電纜，其中所述至少兩個圓柱層中的至少一個還包括至少一個可延展金屬線材。
8.根據權利要求5所述的絕緣複合電纜，其中所述多個複合線材的至少一部分圍繞所述共同縱向軸線而環繞所述線芯絞合。
9.根據權利要求8所述的絕緣複合電纜，其中所述多個複合線材的所述至少一部分螺旋地絞合。
10.根據權利要求9所述的絕緣複合電纜，其中每個圓柱層在與每個鄰接圓柱層的捻向相同的捻向上以某個捻角絞合。
11.根據權利要求10所述的絕緣複合電纜，其中各個鄰接圓柱層的捻角之間的相對差大於0°且不大於約4°。
12.根據權利要求1所述的絕緣複合電纜，其中所述複合線材具有選自圓形、橢圓形和梯形的截面形狀。
13.根據權利要求1所述的絕緣複合電纜，其中各個所述複合線材為纖維增強複合線材。
14.根據權利要求13所述的絕緣複合電纜，其中所述纖維增強複合線材的至少一個用纖維絲束和單絲纖維這二者之一增強。
15.根據權利要求14所述的絕緣複合電纜，其中各個所述複合線材選自金屬基質複合線材和聚合物複合線材。
16.根據權利要求15所述的絕緣複合電纜，其中所述聚合物複合線材包括在聚合物基質中的至少一個連續纖維。
17.根據權利要求16所述的絕緣複合電纜，其中所述至少一個連續纖維包括金屬、碳、 陶瓷、玻璃或它們的組合。
18.根據權利要求16所述的絕緣複合電纜，其中所述至少一個連續纖維包括鈦、鎢、 硼、形狀記憶合金、碳、碳納米管、石墨、碳化矽、芳族聚醯胺、聚(對亞苯基_2，6-苯並雙P惡唑)或它們的組合。
19.根據權利要求16所述的絕緣複合電纜，其中所述聚合物基質包括(共)聚合物，所述(共)聚合物選自環氧樹脂、酯、乙烯基酯、聚醯亞胺、聚酯、氰酸酯、酚醛樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂、聚醚醚酮以及它們的組合。
20.根據權利要求15所述的絕緣複合電纜，其中所述金屬基質複合線材包括在金屬基質中的至少一個連續纖維。
21.根據權利要求20所述的絕緣複合電纜，其中所述至少一個連續纖維包括選自如下各項的材料陶瓷、玻璃、碳納米管、碳、碳化矽、硼、鐵、鋼、鐵合金、鎢、鈦、形狀記憶合金以及它們的組合。
22.根據權利要求20所述的絕緣複合電纜，其中所述金屬基質包括鋁、鋅、錫、鎂、它們的合金、或上述各項的組合。
23.根據權利要求22所述的絕緣複合電纜，其中所述金屬基質包括鋁，且所述至少一個連續纖維包括陶瓷纖維。
24.根據權利要求23所述的絕緣複合電纜，其中所述陶瓷纖維包括多晶α-Α1203。
25.根據權利要求1所述的絕緣複合電纜，其中所述絕緣外皮形成所述絕緣複合電纜的外表面。
26.根據權利要求1所述的絕緣複合電纜，其中所述絕緣外皮包括選自如下各項的材料陶瓷、玻璃、(共)聚合物以及它們的組合。
27.一種製備根據權利要求1所述的絕緣複合電纜的方法，所述方法包括提供限定共同縱向軸線的線芯；圍繞所述線芯布置多個複合線材；以及用絕緣外皮包裹所述多個複合線材。
28.根據權利要求27所述的方法，其中所述多個複合線材的至少一部分圍繞限定所述共同縱向軸線的單個線材在至少一個圓柱層中布置，所述至少一個圓柱層在徑向橫截面中看時環繞所述共同縱向軸線而形成。
29.根據權利要求28所述的絕緣複合電纜，其中所述多個複合線材的至少一部分圍繞所述共同縱向軸線而環繞所述線芯螺旋地絞合。
30.根據權利要求29所述的絕緣複合電纜，其中每個圓柱層在與每個鄰接圓柱層的捻向相反的捻向上以某個捻角絞合。
31.根據權利要求30所述的絕緣複合電纜，其中各個鄰接圓柱層的捻角之間的相對差大於0°且不大於約4°。
32.一種使用根據權利要求1所述的絕緣複合電纜的方法，所述方法包括將根據權利要求1所述的絕緣複合電纜埋入地下。
全文摘要
本發明提供了一種絕緣複合電纜，其具有限定共同縱向軸線的線芯、圍繞所述線芯的多個複合線材、以及包裹所述複合線材的絕緣外皮。在一些實施例中，第一多個複合線材在第一捻向上以相對於中心縱向軸線限定的第一捻角圍繞所述線芯在第一捻距上螺旋絞合，且第二多個複合線材在第一捻向上以第二捻角圍繞所述第一多個複合線材在第二捻距上螺旋絞合，所述第一捻角與第二捻角之間的相對差不大於約4°。所述絕緣複合纜線可用於地下或水下輸電。本發明還描述了製備和使用所述絕緣複合纜線的方法。
文檔編號H01B7/17GK102473483SQ201080031841
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月8日 優先權日2009年7月16日
發明者科林·麥卡洛, 赫維·E·德韋, 麥可·F·格雷瑟 申請人:3M創新有限公司