專利名稱：絞合復(fù)合纜線以及制造和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及絞合纜線及其制造和使用方法。本發(fā)明還涉及包括螺旋絞合復(fù)合 線材的絞合纜線及其制造和使用方法。這樣的螺旋絞合復(fù)合纜線用于電力輸送纜線和其它 應(yīng)用。
背景技術(shù)：
纜線絞合是這樣一種過程，其中單獨(dú)的線材通常以螺旋布置方式組合，以產(chǎn)生成 品纜線。例如，參考美國(guó)專利No. 5，171，942和No. 5，554，826。所獲得的絞合纜線或鋼纜提 供的柔性遠(yuǎn)大于橫截面面積相等的實(shí)心桿所獲得的柔性。絞合結(jié)構(gòu)也是有利的，因?yàn)槔|線 在處理、安裝和使用過程中經(jīng)歷彎曲時(shí)，螺旋絞合纜線可維持其整體圓形橫截面形狀。這樣 的螺旋絞合纜線用在各種應(yīng)用中，例如升降纜線、航空纜線和動(dòng)力輸送纜線。螺旋絞合纜線通常由諸如鋼、鋁或銅的可延展金屬制成。在一些情況下，例如裸露 的架空電力輸送纜線，螺旋絞合線材芯被線材導(dǎo)體層包圍。螺旋絞合線材芯可包括由諸如 鋼的第一材料制成的可延展金屬線材，并且外部動(dòng)力傳導(dǎo)層可包括由諸如鋁的另外的材料 制成的可延展金屬線材。在一些情況下，螺旋絞合線材芯可以是預(yù)絞合的纜線，所述預(yù)絞合 的纜線用作制造更大直徑的電力輸送纜線的輸入材料。螺旋絞合纜線通?？梢园ㄉ僦疗?根單獨(dú)的線材，到更通用的包括50根或更多線材的構(gòu)造。圖IA示出了美國(guó)專利No. 5，554，826中所述的示例性螺旋絞合電力輸送纜線。所 示的螺旋絞合電力輸送纜線20包括中心可延展金屬導(dǎo)體線材1 ；可延展金屬導(dǎo)體線材 3 (示出了六根線材)的第一層13，可延展金屬導(dǎo)體線材3圍繞中心可延展金屬導(dǎo)體線材1 沿第一捻向(示出為順時(shí)針，對(duì)應(yīng)于右手捻向)絞合；可延展金屬導(dǎo)體線材5的第二層15， 可延展金屬導(dǎo)體線材5圍繞第一層13沿與第一捻向相反的第二捻向(示出為逆時(shí)針，對(duì)應(yīng) 于左手捻向)絞合；以及可延展金屬導(dǎo)體線材7的第三層17，可延展金屬導(dǎo)體線材7圍繞 第二層15沿與第二捻向相反的第三捻向(示出為順時(shí)針，對(duì)應(yīng)于右手捻向)絞合。在纜線絞合處理期間，可延展金屬線材受到的應(yīng)力超過金屬材料的屈服應(yīng)力但是 在極限或破壞應(yīng)力之下。這個(gè)應(yīng)力作用成使得當(dāng)金屬線材圍繞較小半徑的前述線材層或中 心層螺旋纏繞時(shí)金屬線材塑性變形。近來，已經(jīng)由復(fù)合且從而不易塑性變形產(chǎn)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(shí)例包括纖維強(qiáng)化復(fù)合材料，所述纖維強(qiáng)化 復(fù)合材料由于其相對(duì)于金屬具有改進(jìn)的機(jī)械性能但在其應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)方面主要為彈性而 引人注意。包含纖維強(qiáng)化聚合物線材的復(fù)合纜線在本領(lǐng)域是已知的，包含陶瓷纖維強(qiáng)化金 屬線材的復(fù)合纜線也是已知的，參見例如美國(guó)專利No. 6，559，385和No. 7，093，416 ；以及公 開的 PCT 申請(qǐng) W097/00976。絞合復(fù)合纜線(例如，包含聚合物基質(zhì)復(fù)合材料或金屬基質(zhì)復(fù)合線材的纜線)的 一種用途是作為裸露電力輸送纜線的強(qiáng)化構(gòu)件。盡管包括鋁基質(zhì)復(fù)合線材的電力輸送纜線 是已知的，但是對(duì)于某些應(yīng)用而言，還是繼續(xù)期望獲得改進(jìn)的性能。本領(lǐng)域繼續(xù)尋求改進(jìn)的 絞合復(fù)合纜線，并且尋求制造和使用絞合復(fù)合纜線的改進(jìn)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
在一些應(yīng)用中，期望進(jìn)一步改進(jìn)絞合復(fù)合纜線的構(gòu)造及其制造方法。在某些應(yīng) 用中，期望改進(jìn)螺旋絞合復(fù)合纜線的物理性能，例如其針對(duì)纜線失效的拉伸強(qiáng)度以及伸長(zhǎng) 率。在一些特定應(yīng)用中，還期望提供便利的裝置，以在將絞合復(fù)合線材結(jié)合到接下來的物品 (例如電力輸送纜線)中之前保持絞合復(fù)合線材的螺旋布置。在預(yù)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后能夠固化或硬化的線材時(shí)，這種用于保持螺 旋布置的裝置已沒有必要。本發(fā)明的某些實(shí)施例涉及絞合復(fù)合纜線以及沿共同捻向螺旋地絞合復(fù)合線材層 的方法，與在各個(gè)復(fù)合線材層之間采用交替捻向螺旋地絞合的復(fù)合纜線相比，這在復(fù)合纜 線的抗拉強(qiáng)度上具有令人驚喜的增大。對(duì)于采用共同捻向絞合的常規(guī)可延展的(例如，金 屬或其它非復(fù)合)線材而言，在抗拉強(qiáng)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(duì)常規(guī)可延展線材纜線的絞合線材層使用共同的捻向，因?yàn)榭裳诱咕€材可能易于 塑性變形，并且這樣的纜線通常使用較短的捻距，對(duì)此，針對(duì)保持纜線整體性而言，交替的 捻向可能是優(yōu)選的。從而，在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的絞合復(fù)合纜線。在示例性實(shí)施例中，所 述絞合復(fù)合纜線包括單個(gè)線材，限定中心縱向軸線；多個(gè)第一復(fù)合線材，圍繞所述單個(gè)線 材沿第一捻向以相對(duì)于所述中心縱向軸線限定的第一捻角絞合并且具有第一捻距；以及多 個(gè)第二復(fù)合線材，圍繞所述多個(gè)第一復(fù)合線材沿所述第一捻向以相對(duì)于所述中心縱向軸線 限定的第二捻角絞合并且具有第二捻距，所述第一捻角和所述第二捻角之間的相對(duì)差不大 于約4°。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述絞合纜線還包括多個(gè)第三復(fù)合線材，圍繞所述多個(gè) 第二復(fù)合線材沿所述第一捻向以相對(duì)于所述中心縱向軸線限定的第三捻角絞合并且具有 第三捻距，其中所述第二捻角和所述第三捻角之間的相對(duì)差不大于約4°。在另一個(gè)示例性 實(shí)施例中，所述絞合纜線還包括多個(gè)第四復(fù)合線材，圍繞所述多個(gè)第三復(fù)合線材沿所述第 一捻向以相對(duì)于所述中心縱向軸線限定的第四捻角絞合并且具有第四捻距，其中所述第三 捻角和所述第四捻角之間的相對(duì)差不大于約4°。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述絞合纜線還可包括附加的復(fù)合線材，圍繞所述多 個(gè)第四復(fù)合線材沿所述第一捻向以相對(duì)于所述共同中心縱向軸線限定的捻角絞合，其中所 述復(fù)合線材具有特征捻距，并且所述第四捻角與任何后續(xù)捻角之間的相對(duì)差不大于約4°。在某些示例性實(shí)施例中，所述第一捻角和所述第二捻角、所述第二捻角和所述第 三捻角、所述第三捻角和所述第四捻角、以及通常情況下任何內(nèi)層捻角與相鄰的外層捻角 之間的相對(duì)差不大于4°，更優(yōu)選地不大于3°，最優(yōu)選地不大于0.5°。在一些實(shí)施例中， 所述第一捻角等于所述第二捻角，所述第二捻角等于所述第三捻角，所述第三捻角等于所 述第四捻角，而且通常，任何內(nèi)層捻角等于相鄰的外層捻角。在另一實(shí)施例中，為以下中的一個(gè)或多個(gè)所述第一捻距小于或等于所述第二捻 距，所述第二捻距小于或等于所述第三捻距，所述第四捻距小于或等于緊后續(xù)的捻距，和/ 或各個(gè)后續(xù)捻距小于或等于之前緊接著的捻距。在其它實(shí)施例中，為以下中的一個(gè)或多個(gè) 所述第一捻距等于所述第二捻距，所述第二捻距等于所述第三捻距，和所述第三捻距等于所述第四捻距。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是使用平行捻，這是現(xiàn)有技術(shù)中公知的。在另一方面，本發(fā)明提供了絞合電力輸送纜線的可替代實(shí)施例，所述絞合電力輸 送纜線包括芯和圍繞所述芯的導(dǎo)體層，而且其中所述芯包括上述的絞合復(fù)合纜線中的任一 種。在一些示例性實(shí)施例中，所述絞合纜線還包括圍繞所述絞合復(fù)合纜線芯的所述絞合復(fù) 合線材絞合的多個(gè)可延展線材。在某些示例性實(shí)施例中，所述多個(gè)可延展線材圍繞所述中心縱向軸線以多個(gè)徑向 層絞合，所述徑向?qū)訃@所述復(fù)合纜線芯的所述復(fù)合線材。在另外的示例性實(shí)施例中，所述 多個(gè)可延展線材的至少一部分沿所述第一捻向以相對(duì)于所述中心縱向軸線的捻角并且以 可延展線材的第一捻距絞合。在其它的示例性實(shí)施例中，所述多個(gè)可延展線材的至少一部 分沿第二捻向以相對(duì)于所述中心縱向軸線限定的捻角并且以可延展線材的第二捻距絞合。在絞合纜線及其相關(guān)實(shí)施例的以上任一個(gè)方面中，可以有利地采用以下示例性實(shí) 施例。從而，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述單個(gè)線材的沿與所述中心縱向軸線基本上垂直的 方向截取的橫截面為圓形或橢圓形。在某些示例性實(shí)施例中，所述單個(gè)線材是復(fù)合線材。在 另外的示例性實(shí)施例中，每個(gè)復(fù)合線材和/或可延展線材沿與所述中心縱向軸線基本上垂 直的方向截取的橫截面選自圓形、橢圓形和梯形。在另外的示例性實(shí)施例中，所述絞合纜線還包括保持裝置，所述保持裝置圍繞所 述多個(gè)第一復(fù)合線材、所述多個(gè)第二復(fù)合線材、所述多個(gè)第三復(fù)合線材或所述多個(gè)第四復(fù) 合線材中的至少一個(gè)。在一些示例性實(shí)施例中，所述保持裝置包括粘結(jié)劑或條帶中的至少 一種。在某些示例性實(shí)施例中，所述條帶包括纏繞所述多個(gè)第一復(fù)合線材或所述多個(gè)第二 復(fù)合線材中的至少一個(gè)的粘合劑條帶。在某些當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例中，所述粘合劑條帶包括 壓敏粘合劑。在另外的方面中，本發(fā)明提供了一種制造以上方面和實(shí)施例中所述絞合復(fù)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(gè)線材絞合多個(gè)第一復(fù)合線材，其中沿 第一捻向以相對(duì)于所述中心縱向軸線限定的第一捻角實(shí)施絞合所述多個(gè)第一復(fù)合線材，并 且其中所述多個(gè)第一復(fù)合線材具有第一捻距；以及圍繞所述多個(gè)第一復(fù)合線材絞合多個(gè)第 二復(fù)合線材，其中沿所述第一捻向以相對(duì)于所述中心縱向軸線限定的第二捻角實(shí)施絞合所 述多個(gè)第二復(fù)合線材，并且其中所述多個(gè)第二復(fù)合線材具有第二捻距，另外其中，所述第一 捻角和所述第二捻角之間的相對(duì)差不大于4°。在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述方法還包括圍繞 所述復(fù)合線材絞合多個(gè)可延展線材。根據(jù)本發(fā)明的絞合復(fù)合纜線的示例性實(shí)施例具有使其能夠使用的且在多種應(yīng)用 中具有優(yōu)點(diǎn)的多種特征和特性。例如，在一些示例性實(shí)施例中，與其它復(fù)合纜線相比，根據(jù) 本發(fā)明的絞合復(fù)合纜線可以呈現(xiàn)在制造或使用期間在較低的纜線拉伸應(yīng)變值下發(fā)生過早 斷裂或失效的趨勢(shì)降低。此外，與常規(guī)的絞合可延展金屬線材纜線相比，根據(jù)一些示例性實(shí) 施例的絞合復(fù)合纜線可以呈現(xiàn)改進(jìn)的抗腐蝕性、環(huán)境耐久性(例如，抗紫外線和抗?jié)駳?、 阻止高溫下強(qiáng)度損失、抗蠕變、以及較高的彈性模量、低密度、低熱膨脹系數(shù)、高電導(dǎo)率、高 抗下垂性和高強(qiáng)度。在一些示例性實(shí)施例中，與現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)合纜線相比，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造的 絞合復(fù)合纜線的抗拉強(qiáng)度增大10%或更多。根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的絞合復(fù)合纜線還可 以以低成本制造，這是因?yàn)樵跐M足用在某些重要應(yīng)用中(例如用在架空電力輸送纜線應(yīng)用中)所需的最小抗拉強(qiáng)度要求的情況下增大了絞合纜線方法的產(chǎn)量。對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的各個(gè)方面和優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)進(jìn)行了總結(jié)。上述發(fā)明內(nèi)容并非 意圖描述本發(fā)明呈現(xiàn)的某些示例性實(shí)施例的每一個(gè)圖示實(shí)施例或每種實(shí)施方式。隨后的附 圖和具體實(shí)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(yōu)選實(shí)施例。


參照附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在附圖中圖IA是現(xiàn)有技術(shù)的螺旋絞合電力輸送纜線的立體圖。圖IB是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的螺旋絞合復(fù)合纜線的立體圖。圖2A-2C是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的復(fù)合纜線層的示意俯視圖，示出了各個(gè)纜 線層的捻向、捻角和捻距。圖3A-3D是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的各種螺旋絞合復(fù)合纜線的剖視端視圖。圖4A-4E是根據(jù)本發(fā)明其它示例性實(shí)施例的各種螺旋絞合復(fù)合纜線的剖視端視 圖，所述螺旋絞合復(fù)合纜線包括一個(gè)或多個(gè)層，所述一個(gè)或多個(gè)層包括圍繞螺旋絞合復(fù)合 線材絞合的多個(gè)可延展線材。圖5A是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)施例的螺旋絞合復(fù)合纜線的側(cè)視圖，所述螺 旋絞合復(fù)合纜線包括圍繞絞合復(fù)合線材芯的保持裝置。圖5B-5D是根據(jù)本發(fā)明其它示例性實(shí)施例的螺旋絞合復(fù)合纜線的剖視端視圖，所 述螺旋絞合復(fù)合纜線包括各種圍繞絞合復(fù)合線材芯的保持裝置。圖6是用來制造根據(jù)本發(fā)明另外示例性實(shí)施例的纜線的示例性絞合設(shè)備的示意 圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明另外示例性實(shí)施例的螺旋絞合復(fù)合纜線的剖視端視圖，所述螺 旋絞合復(fù)合纜線包括圍繞絞合復(fù)合線材芯的保持裝置和一個(gè)或多個(gè)層，所述一個(gè)或多個(gè)層 層包括圍繞螺旋絞合復(fù)合線材芯絞合的多個(gè)可延展線材。圖8是對(duì)于本發(fā)明的螺旋絞合復(fù)合纜線而言內(nèi)線材層和外線材層之間的捻角的 相對(duì)差對(duì)測(cè)量的抗拉強(qiáng)度的影響的曲線圖。圖9是對(duì)于本發(fā)明的螺旋絞合復(fù)合纜線而言內(nèi)線材層和外線材層之間的捻距的 相對(duì)差對(duì)測(cè)量的抗拉強(qiáng)度的影響的曲線圖。圖10是對(duì)于本發(fā)明的螺旋絞合復(fù)合纜線而言相交角度對(duì)測(cè)量的抗拉強(qiáng)度的影 響。附圖中的類似附圖標(biāo)記指示類似的元件。本文中的附圖未按比例繪制，并且在附 圖中，復(fù)合纜線的構(gòu)件被以強(qiáng)調(diào)選定特征的尺寸顯示。
具體實(shí)施例方式在整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中采用的某些術(shù)語大部分是人們所熟知的，但可能仍 然需要作一些解釋。應(yīng)當(dāng)理解，如本文中所使用的，當(dāng)涉及“線材”是“易碎的”，這指的是線 材在拉伸載荷下將以最小塑性變形斷裂。術(shù)語“可延展”在用于涉及線材的變形時(shí)，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(shù)語“復(fù)合線材”涉及由成分或形式不同的材料的組合形成的線材，這些材料結(jié)合 在一起并且具有易碎或非延展行為。術(shù)語“金屬基質(zhì)復(fù)合線材”涉及這樣的復(fù)合線材，其包括一個(gè)或多個(gè)結(jié)合到基質(zhì)中 以構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)可延展金屬相的強(qiáng)化材料。術(shù)語“聚合物基質(zhì)復(fù)合線材”類似地涉及這樣的復(fù)合線材，其包括一個(gè)或多個(gè)結(jié)合 到基質(zhì)中以構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)聚合物相的強(qiáng)化材料。術(shù)語“彎曲”在用來涉及線材的變形時(shí)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(dāng)涉及具有彎曲變形的線材時(shí)，這不排除線材還具有由于拉伸力 和/或扭轉(zhuǎn)力產(chǎn)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(shí) 發(fā)生的彎曲變形。當(dāng)應(yīng)用于圓形橫截面的線材時(shí)，這個(gè)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(yīng)變。術(shù)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(shù)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(shù)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(dāng)纜線離開觀察者時(shí)觀察者看螺旋絞合線材層的表面。如果當(dāng)股線離開觀察者時(shí)線 材股線呈現(xiàn)為沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，那么纜線被稱為具有“右手捻制”。如果當(dāng)股線離開觀察 者時(shí)線材股線呈現(xiàn)為沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，那么纜線被稱為具有“左手捻制”。術(shù)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(shù)語“捻角”涉及由絞合線材相對(duì)于螺旋絞合纜線的中心縱向軸線形成的角度。術(shù)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(duì)(絕 對(duì))差。術(shù)語“捻距”涉及螺旋絞合層中的單個(gè)線材圍繞螺旋絞合纜線的中心縱向軸線完 成一個(gè)完全螺旋回轉(zhuǎn)的絞合纜線長(zhǎng)度。術(shù)語“陶瓷”指的是玻璃、晶體陶瓷、玻璃陶瓷、以及它們的組合。術(shù)語“多晶”指的是主要具有多個(gè)結(jié)晶顆粒的材料，其中顆粒的尺寸小于顆粒所在 的纖維的直徑。術(shù)語“連續(xù)纖維”指的是當(dāng)與平均纖維直徑相比長(zhǎng)度相對(duì)無限大的纖維。通常，這 意味著纖維的縱橫比(即，纖維的長(zhǎng)度與纖維平均直徑的比)為至少ιχιο5(在某些實(shí)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(jí)的長(zhǎng)度，并且甚至可以具有幾千米或者更長(zhǎng)量級(jí)的長(zhǎng)度。本發(fā)明提供一種絞合纜線，其包括多個(gè)絞合復(fù)合線材。復(fù)合線材可以是易碎的和 非延展的，并且由此可以在常規(guī)纜線絞合處理期間不充分變形，以這樣的方式來保持其螺 旋布置而不破壞線材。因此，本發(fā)明在某些實(shí)施例中提供一種較高抗拉強(qiáng)度的絞合復(fù)合纜 線，并且在某些實(shí)施例中還提供一種用于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制品或成品。當(dāng)用作中間制品時(shí)，絞合復(fù)合纜線可以之后 結(jié)合到成品中，所述成品為例如電力輸送纜線，例如架空電力輸送纜線?，F(xiàn)在將具體參照附圖描述本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。本發(fā)明的示例性實(shí)施例可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下進(jìn)行多種修改和更改。因此，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的 實(shí)施例不應(yīng)限于以下所述的示例性實(shí)施例，但應(yīng)受權(quán)利要求書及其任何等同物中示出的限 制的控制。由此，在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種絞合復(fù)合纜線。參考附圖，圖IB示出了根據(jù)本 發(fā)明示例性實(shí)施例的絞合復(fù)合纜線10的立體圖。如圖所示，螺旋絞合復(fù)合纜線10包括單 個(gè)線材2，限定了中心縱向軸線；第一層12，包括圍繞單個(gè)復(fù)合線材2沿第一捻向(示出為 順時(shí)針，對(duì)應(yīng)于右手捻制)絞合的多個(gè)第一復(fù)合線材4 ；以及第二層14，包括圍繞所述多個(gè) 第一復(fù)合線材4沿第一捻向絞合的多個(gè)第二復(fù)合線材6。可任選地，包括多個(gè)第三復(fù)合線材8的第三層16可以圍繞所述多個(gè)第二復(fù)合線材 6沿第一捻向絞合，以形成復(fù)合纜線10’?？扇芜x地，可以圍繞所述多個(gè)第二復(fù)合線材6沿 第一捻向絞合第四層(未示出)或者甚至更多的復(fù)合線材附加層，以形成復(fù)合纜線10’?？?任選地，單個(gè)線材2是圖IB所示的復(fù)合線材，但是在其它實(shí)施例中，單個(gè)線材2可以是可延 展的線材，例如，如圖IA所示的可延展金屬線材1。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，兩個(gè)或多個(gè)絞合的復(fù)合線材(例如，4、6和8)的層 (例如，12、14和16)可以螺旋地圍繞限定了中心縱向軸線的單個(gè)中心線材2進(jìn)行纏繞，使 得各個(gè)相繼的復(fù)合線材層與各個(gè)之前的復(fù)合線材層以相同的捻向纏繞。此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖 然圖IB中所示為右手捻制用于各個(gè)層(12、14和16)，然而，也可以是左手捻制用于各個(gè)層 (12、14 和 16)。參照?qǐng)DIB和圖2A-2C，在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，絞合復(fù)合纜線包括單個(gè)線材2， 限定了中心縱向軸線9 ；多個(gè)第一復(fù)合線材4，沿第一捻向以相對(duì)于中心縱向軸線9限定的 第一捻角α圍繞單個(gè)復(fù)合線材2絞合并且具有第一捻距L (圖2Α)；以及多個(gè)第二復(fù)合線 材6，沿第一捻向以相對(duì)于中心縱向軸線9限定的第二捻角β圍繞所述多個(gè)第一復(fù)合線材 4絞合并且具有第二捻距L'(圖2Β)。在另外的示例性實(shí)施例中，絞合纜線還選擇性地包括多個(gè)第三復(fù)合線材8，沿第 一捻向以相對(duì)于中心縱向軸線9限定的第三捻角、圍繞所述多個(gè)第二復(fù)合線材6絞合并 且具有第三捻距L”(圖2C)，第二捻角β和第三捻角Y之間的相對(duì)差不大于約4°。在又一個(gè)示例性實(shí)施例(未示出)中，絞合纜線還可包括附加的(例如，后續(xù)的) 復(fù)合線材層(例如，第四、第五或其它后續(xù)層)，沿第一捻向以相對(duì)于中心縱向軸線9限定的 捻角(圖中未示出)圍繞所述多個(gè)第三復(fù)合線材8絞合，其中各層中的復(fù)合線材具有特征 捻距(圖中未示出)，第三捻角Y和第四或后續(xù)捻角之間的相對(duì)差不大于約4°。采用四 個(gè)或更多個(gè)絞合復(fù)合線材層的實(shí)施例優(yōu)選地使用直徑為0. 5mm或更小的復(fù)合線材。在一些示例性實(shí)施例中，第一捻角α和第二捻角β之間的相對(duì)(絕對(duì))差不大于 約4°。在某些示例性實(shí)施例中，第一捻角α和第二捻角β之間、第二捻角β和第三捻角 Y之間中的一個(gè)或多個(gè)的相對(duì)(絕對(duì))差不大于4°、不大于3°、不大于2°、不大于1° 或不大于0.5°。在某些示例性實(shí)施例中，為以下中的一個(gè)或多個(gè)，即第一捻角等于第二捻 角、第二捻角等于第三捻角、和/或各個(gè)后續(xù)捻角等于之前緊接著的捻角。在另外的實(shí)施例中，為以下中的一個(gè)或多個(gè)，即第一捻距小于或等于第二捻距、第 二捻距小于或等于第三捻距、第四捻距小于或等于緊后續(xù)的捻距、和/或各個(gè)后續(xù)捻距小 于或等于之前緊接著的捻距。在其它實(shí)施例中，為以下中的一個(gè)或多個(gè)，即第一捻距等于第二捻距、第二捻距等于第三捻距、和/或各個(gè)后續(xù)捻距等于之前緊接著的捻距。在一些實(shí)施 例中，優(yōu)選的是使用平行捻，這是現(xiàn)有技術(shù)中公知的。圖3A、圖3B、圖3C和圖3D中分別示出了各種絞合復(fù)合纜線實(shí)施例(10，11，10，， 11’ )的剖視圖。在圖3A-3D所示的各個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng)理解，復(fù)合線材0、6和8)沿捻向 (未示出)圍繞限定了中心縱向軸線(未示出)的單個(gè)線材(圖3A和圖3C中的2;圖;3B 和3D中的1)絞合，其中對(duì)于復(fù)合線材G、6和8)的各個(gè)對(duì)應(yīng)的層(12、14和16，如圖IB所 示)而言，捻向是相同的。這樣的捻向可以是順時(shí)針的(如圖IB中所示的右手捻制)或逆 時(shí)針的(左手捻制，未示出)。盡管圖3A和圖3C示出限定了中心縱向軸線(未示出)的單個(gè)中心復(fù)合線材2，但 是還應(yīng)當(dāng)理解，單個(gè)線材2可以是可延展的金屬線材1，如圖;3B和圖3D中所示。還應(yīng)當(dāng)理 解，復(fù)合線材的各層都具有捻距(圖3A-3D中未示出)，并且復(fù)合線材的各層的捻距可以是 不同的，或者優(yōu)選地可以具有相同的捻距。此外，應(yīng)當(dāng)理解，在一些示例性實(shí)施例中，每個(gè)復(fù)合線材都在沿與中心縱向軸線垂 直的方向上具有橫截面形狀，通常為圓形、橢圓形或梯形。在某些示例性實(shí)施例中，每個(gè)復(fù) 合線材都具有大致圓形的橫截面形狀，并且每個(gè)復(fù)合線材的直徑都為至少約0. 1mm，依然更 優(yōu)選地為至少0. 5mm ；還更優(yōu)選地為至少1mm，還更優(yōu)選地為至少2mm，最優(yōu)選地為至少3mm ； 并且至多為約15mm，更優(yōu)選地為至多10mm，還更優(yōu)選地為至多5mm，甚至更優(yōu)選地為至多 4mm，最優(yōu)選地為至多3mm。在其它的示例性實(shí)施例中，每個(gè)復(fù)合線材的直徑可以小于1mm， 或大于5mmο通常，具有大致圓形橫截面形狀的單個(gè)中心線材的平均直徑的范圍為從約0. Imm 至約15mm。在一些實(shí)施例中，單個(gè)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(dá)約5mm。在其它實(shí)施例中，單個(gè)中心線材 的平均直徑小于約0. 5mm,小于1_，小于3_，小于5_，小于10mm，或小于15_。在圖3A-3D中未示出的另外示例性實(shí)施例中，絞合復(fù)合纜線可以包括圍繞限定了 中心縱向軸線的單個(gè)線材的多于三個(gè)的復(fù)合線材絞合層。在某些示例性實(shí)施例中，復(fù)合纜 線的各層中的各個(gè)復(fù)合線材可以具有相同的構(gòu)造和形狀；然而，這不是獲得本文所述的有 益效果所要求的。在另一方面中，本發(fā)明提供絞合電力輸送纜線的各種實(shí)施例，所述絞合電力輸送 纜線包括復(fù)合芯和圍繞復(fù)合芯的導(dǎo)體層，并且其中復(fù)合芯包括上述的絞合復(fù)合纜線中的任 一種。在一些實(shí)施例中，電力輸送纜線可用作架空電力輸送纜線或地下電力輸送纜線。在 某些示例性實(shí)施例中，導(dǎo)體層包括金屬層，所述金屬層基本接觸復(fù)合纜線芯的整個(gè)表面。在 其它的示例性實(shí)施例中，導(dǎo)體層包括圍繞復(fù)合纜線芯絞合的多個(gè)可延展金屬導(dǎo)體線材。圖4A-4E示出了絞合纜線(30、40、50、60或70，對(duì)應(yīng)于圖4A、圖4B、圖4C、圖4D和 圖4E)的示例性實(shí)施例，其中一個(gè)或多個(gè)可延展線材(例如，28、觀’、觀”)的附加層(例如 可延展金屬導(dǎo)體線材)圍繞圖3A的復(fù)合纜線芯10螺旋地絞合。然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并 不限于這些示例性實(shí)施例，并且使用其它復(fù)合纜線芯(例如，分別為圖3B、圖3C和圖3D的 復(fù)合纜線11、10’和11”)的其它實(shí)施例也處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。由此，在圖4A所示的具體實(shí)施例中，絞合纜線30包括多個(gè)第一可延展線材觀，所 述多個(gè)第一可延展線材28圍繞圖1B、圖2A-2B和圖3A中所示的絞合復(fù)合纜線10絞合。在圖4B所示的另外實(shí)施例中，絞合纜線40包括多個(gè)第二可延展線材觀’，所述多個(gè)第二可延 展線材觀’圍繞圖4A中所示的絞合纜線30的所述多個(gè)第一可延展線材觀絞合。在圖4C 所示的又一實(shí)施例中，絞合纜線50包括多個(gè)第三可延展線材觀”，所述多個(gè)第三可延展線 材觀”圍繞圖4B中所示的絞合纜線40的所述多個(gè)第二可延展線材28’絞合。在圖4A-4C所示的具體實(shí)施例中，相應(yīng)的絞合纜線(30、40或50)具有芯，所述芯 包括圖3A的絞合復(fù)合纜線10，絞合復(fù)合纜線10包括單個(gè)線材2，限定了中心縱向軸線 9(圖2C)；第一層12，包括圍繞單個(gè)復(fù)合線材2沿第一捻向絞合的多個(gè)第一復(fù)合線材4 ；以 及第二層14，包括圍繞所述多個(gè)第一復(fù)合線材4沿第一捻向絞合的多個(gè)第二復(fù)合線材6。在 某些示例性實(shí)施例中，所述多個(gè)第一可延展線材觀沿與相鄰徑向?qū)拥哪硐蛳喾吹哪硐蚪g 合，所述相鄰徑向?qū)訛槔绨ㄋ龆鄠€(gè)第二復(fù)合線材6的第二層14。在其它的示例性實(shí)施例中，所述多個(gè)第一可延展線材觀沿與相鄰徑向?qū)拥哪硐?相同的捻向絞合，所述相鄰徑向?qū)訛槔绨ㄋ龆鄠€(gè)第二復(fù)合線材6的第二層14。在另 外的示例性實(shí)施例中，所述多個(gè)第一可延展線材觀、所述多個(gè)第二可延展線材28’或所述 多個(gè)第三可延展線材觀”中的至少一個(gè)沿與相鄰徑向?qū)拥哪硐蛳喾吹哪硐蚪g合，所述相鄰 徑向?qū)訛槔绨ㄋ龆鄠€(gè)第二復(fù)合線材6的第二層14。在另外的示例性實(shí)施例中，每個(gè)可延展線材(觀、28’或觀”)在沿與中心縱向軸線 基本垂直的方向上都具有選自圓形、橢圓形或梯形的橫截面形狀。圖4A-4C示出實(shí)施例，其 中，每個(gè)可延展線材08、觀”或28，，)在沿與中心縱向軸線基本垂直的方向上都具有基本為 圓形的橫截面形狀。在圖4D所示的具體實(shí)施例中，絞合纜線60包括大致為梯形的多個(gè)第 一可延展線材觀，所述多個(gè)第一可延展線材觀圍繞圖1B、圖2A-2B中所示的絞合復(fù)合纜線 10絞合。在圖4E所示的另一個(gè)實(shí)施例中，絞合纜線70還包括大致為梯形的多個(gè)第二可延 展線材觀’，所述多個(gè)第二可延展線材觀’圍繞圖4D的絞合纜線60絞合。在另外的示例性實(shí)施例中，一些或所有的可延展線材(觀、28’或觀”)在沿與中心 縱向軸線基本垂直的方向上可以具有“Z”或“S”形(未示出)的橫截面形狀。這種形狀的 線材是本領(lǐng)域公知的，并且是期望的，例如以形成纜線的互鎖外層。在另外的實(shí)施例中，可延展線材(觀、28’或觀”)包括從銅、鋁、鐵、鋅、鈷、鎳、鉻、 鈦、鎢、釩、鋯、錳、硅及其合金以及它們的組合的組中選擇的至少一種金屬。絞合復(fù)合纜線可用作中間制品，所述中間制品之后通過圍繞芯絞合多個(gè)可延展線 材而結(jié)合到成品中，所述成品為例如牽引纜線、升降纜線、架空電力輸送纜線等等，所述芯 包括復(fù)合線材，例如，此前所述的螺旋絞合復(fù)合纜線或其它絞合復(fù)合纜線。例如，可以通過 利用本領(lǐng)域公知的技術(shù)圍繞單個(gè)中心線材(2)來絞合(例如，螺旋地卷繞)兩個(gè)或多個(gè)復(fù) 合線材(4、6、8)層來制成所述芯。通常，這樣的螺旋絞合復(fù)合纜線芯往往包括少至19個(gè)單 獨(dú)的線材到50或更多個(gè)線材。對(duì)于包括多個(gè)復(fù)合線材0、4、6)的芯而言，在一些實(shí)施例中，期望的是，在絞合期 間或絞合之后，利用保持裝置將復(fù)合線材(例如至少圖5A-5D的第二層14中的多個(gè)第二復(fù) 合線材6)保持在一起，所述保持裝置為(例如)具有或不具有粘合劑的條帶外包裹物或者 粘結(jié)劑(例如，見美國(guó)專利No. 6，559，385 Bl (Johnson等))。圖5A-5C示出了在絞合之后 使用條帶18形式的保持裝置將復(fù)合線材保持在一起的各種實(shí)施例。圖5A是帶有示例性的保持裝置的絞合纜線10 (圖1B、圖2A-2B和圖3A)的側(cè)視圖，所述保持裝置包括條帶18，條帶18圍繞復(fù)合線材(2、4、6)部分地施加到絞合復(fù)合纜線 10上。如圖5B所示，條帶18可包括背襯20，背襯20具有粘合劑層22?；蛘?，如圖5C所 示，條帶18可以僅僅包括背襯20，而沒有粘合劑。在某些示例性實(shí)施例中，條帶18可以纏繞成使得各個(gè)相繼的包裹物無間隙且不 重疊地鄰接之前的包裹物，如圖5A所示?；蛘?，在一些實(shí)施例中，相繼的包裹物可以間隔開 而在各個(gè)包裹物之間留出間隙，或者與之前的包裹物重疊。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，條帶18 纏繞成使得各個(gè)包裹物與之前的包裹物重疊條帶寬度的大約1/3至1/2。圖5B是圖5A的絞合纜線的端視圖，其中保持裝置是條帶18，條帶18包括具有粘 合劑22的背襯20.在該示例性實(shí)施方案中，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(jī)硅基粘合劑、以及熱熔粘合劑。在某些實(shí)施例中，壓敏粘合劑可以是優(yōu)選的。在另外的示例性實(shí)施例中，用于條帶18或背襯20的合適的材料包括金屬箔，特 別是鋁；聚酯；聚酰亞胺；和玻璃強(qiáng)化背襯；前提條件是條帶18的強(qiáng)度足以保持彈性彎曲 變形并且能夠通過其自身保持其纏繞構(gòu)造，或者在需要時(shí)受到足夠的約束。一種特別優(yōu)選 的背襯20是鋁。這樣的背襯的厚度優(yōu)選地在0. 002至0. 005英寸(0. 05至0. 13mm)之間， 并且根據(jù)絞合纜線10的直徑選擇其寬度。例如，對(duì)于如圖5A所示的具有兩個(gè)絞合復(fù)合線 材層并且直徑為約0. 5英寸(1. 3cm)的絞合纜線10而言，寬度為1. 0英寸(2. 5cm)的鋁條 帶是優(yōu)選的。一些近期優(yōu)選的商購(gòu)的條帶包括以下的金屬箔條帶(得自明尼蘇達(dá)州圣保羅市 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，整個(gè)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，具有丙烯酸粘合 劑，整個(gè)條帶厚度為0.0031英寸(0.08mm)；以及條帶433，0. 002英寸厚(0.05mm)的鋁背 襯，具有有機(jī)硅粘合劑，整個(gè)條帶厚度為0.0036英寸(0.09mm)；合適的金屬箔/玻璃布條 帶是條帶363 (得自尼蘇達(dá)州圣保羅市的3M公司)，如實(shí)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(dá)州圣保羅市的3M公司)，具有0. 001英寸厚(0. 03mm)的聚 酯背襯，有機(jī)硅基粘合劑，并且整個(gè)條帶厚度為0. 0018英寸(0. 03mm)。圖5C是圖5A的絞合纜線的端視圖，其中條帶18包括背襯20而沒有粘合劑22。 當(dāng)條帶18是背襯20而沒有粘合劑時(shí)，用于背襯20的合適的材料包括剛剛所述的與粘合劑 一起使用的那些中的任何一種，優(yōu)選的背襯是厚度在0. 002至0. 005英寸(0. 05至0. 13mm) 之間并且寬度為1. 0英寸(2. 54cm)的鋁背襯。當(dāng)條帶18用作保持裝置時(shí)，無論有還是沒有粘合劑22，條帶都可以采用本領(lǐng)域公 知的常規(guī)條帶纏繞設(shè)備而施加到絞合纜線上。合適的條帶機(jī)包括得自新澤西州帕特森市的 Watson Machine, International的那些，例如型號(hào)為CT-300的同心條帶頭。條帶外包裹 物工位通常位于纜線絞合設(shè)備的出口處，并且在纜線10被纏繞到卷線軸上之前應(yīng)用于螺 旋絞合復(fù)合線材。條帶18被選擇成保持彈性變形的復(fù)合線材的絞合布置。圖5D示出了絞合復(fù)合纜線34的可替代示例性實(shí)施例，絞合復(fù)合纜線34具有粘結(jié) 劑M形式的保持裝置，粘結(jié)劑對(duì)涂敷到絞合纜線10上以將復(fù)合線材(2、4、6)保持在其絞 合布置中。合適的粘結(jié)劑M包括壓敏粘合劑組合物，所述壓敏粘合劑組合物包括如美國(guó)專 利No. 5，112，882 (Babu等人)所述的衍生自包含6到20個(gè)碳原子的單體的一個(gè)或多個(gè)聚(α -烯烴)均聚物、共聚物、三元共聚物和四元聚合物和光敏交聯(lián)劑。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?；蛘撸辰Y(jié)劑M可以包括熱固性材料，包括(但不限于)環(huán)氧樹脂。針對(duì)一些粘 結(jié)劑，優(yōu)選的是在線材離開卷纜機(jī)的同時(shí)將粘結(jié)劑M擠壓或以其它方式涂覆到絞合纜線 10上，如上所述?；蛘?，粘結(jié)劑M可以以供應(yīng)為傳送條帶的粘合劑的形式進(jìn)行應(yīng)用。在這 種情況下，粘結(jié)劑M涂敷到傳送或釋放片材(未示出)上。釋放片材纏繞絞合纜線10的 復(fù)合線材。然后去除背襯，之后留下粘合劑層作為粘結(jié)劑Μ。在另外的實(shí)施例中，粘合劑22或粘結(jié)劑M可以任選地涂覆到復(fù)合線材的各個(gè)單 獨(dú)的層(例如，圖IB中的12、14、16)周圍或在需要時(shí)涂覆到復(fù)合線材(例如，圖IB中的2、 4、6、8)的任何合適的層之間。在一個(gè)當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例中，保持裝置不會(huì)顯著地增大絞合復(fù)合纜線10的總直 徑。優(yōu)選地，包括保持裝置在內(nèi)的絞合復(fù)合纜線的外徑不大于排除保持裝置的多個(gè)絞合復(fù) 合線材0、4、6、8)的外徑的110%，更優(yōu)選地不超過105%，并且最優(yōu)選地不超過102%。將認(rèn)識(shí)到，當(dāng)復(fù)合線材在常規(guī)的卷纜設(shè)備上絞合時(shí)，其具有顯著的彈性彎曲變形 量。如果沒有用于保持線材螺旋布置的保持裝置，那么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(shí)施例中，保持裝置被選擇成保持多個(gè)絞合復(fù) 合線材(例如，圖IB中的2、4、6、8、)的顯著的彈性彎曲變形。此外，絞合纜線10的預(yù)期應(yīng)用可以提出某些保持裝置更適合于應(yīng)用。例如，當(dāng)絞 合纜線10用作電力輸送纜線中的芯時(shí)，粘結(jié)劑M或沒有粘合劑22的條帶18應(yīng)被選擇成 不會(huì)對(duì)處于這種應(yīng)用所經(jīng)歷的溫度和其它條件下的輸送纜線產(chǎn)生不利影響。當(dāng)粘合劑條帶 18用作保持裝置時(shí)，粘合劑22和背襯20都應(yīng)當(dāng)被選擇成適用于預(yù)期應(yīng)用。在某些示例性實(shí)施例中，絞合復(fù)合線材(例如，圖IB中的2、4、6、8)每個(gè)包括處于 基質(zhì)中的多個(gè)連續(xù)纖維，如以下更詳細(xì)地所述的。因?yàn)榫€材是復(fù)合的，所以它們?cè)诰砝|操作 期間不會(huì)呈現(xiàn)塑性變形，這對(duì)于可延展線材而言將是可能的。例如，在包括可延展線材的現(xiàn) 有技術(shù)的布置中，可以執(zhí)行常規(guī)的卷纜處理來使得其螺旋布置中的復(fù)合線材永久性地塑性 變形。本發(fā)明允許使用這樣的復(fù)合線材，與常規(guī)的非復(fù)合線材相比，其能夠提供優(yōu)良的所需 的特性。保持裝置允許絞合復(fù)合纜線被便利地處理成成品或者在結(jié)合到后續(xù)的成品中之前 被便利地處理。雖然本發(fā)明可以實(shí)施為任何合適的復(fù)合線材，但是在某些示例性實(shí)施例中，復(fù)合 線材中每個(gè)選擇為纖維強(qiáng)化復(fù)合線材，所述纖維強(qiáng)化復(fù)合線材包括基質(zhì)中的連續(xù)纖維絲束 或連續(xù)單絲纖維中的至少一種。復(fù)合線材的優(yōu)選的實(shí)施例包括基質(zhì)中的多個(gè)連續(xù)纖維。優(yōu)選的纖維包括多晶 α -Al2O3.復(fù)合線材的這些優(yōu)選的實(shí)施例具有的張力失效應(yīng)變百分比優(yōu)選地為至少0. 4%, 更優(yōu)選地為至少0.7%。在一些實(shí)施例中，金屬基質(zhì)復(fù)合芯中纖維數(shù)量的至少85% (在一 些實(shí)施例中，至少90%，或者甚至至少95% )是連續(xù)的?？梢杂糜诒景l(fā)明的其它復(fù)合線材包括玻璃/環(huán)氧線材；碳化硅/鋁復(fù)合線材；碳 /鋁復(fù)合線材；碳/環(huán)氧復(fù)合線材；碳/聚醚醚酮(PEEK)線材；碳/ (共)聚合物線材；以及 這樣的復(fù)合線材的組合。合適的玻璃纖維的實(shí)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(lǐng)域公知的。也可以使用其它的玻璃纖維；這個(gè)列表 是非限制性的，并且具有許多不同類型的例如商購(gòu)自紐約州康寧市的Corning Glass公司 的玻璃纖維。在一些示例性實(shí)施例中，連續(xù)玻璃纖維可以是優(yōu)選的。通常，連續(xù)玻璃纖維的平均 纖維直徑在約3微米至約19微米的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，玻璃纖維的平均抗拉強(qiáng)度為 至少3GPa、4GPa，或者甚至至少5GPa。在一些實(shí)施例中，玻璃纖維的彈性模量在約60GPa至 95GPa的范圍內(nèi)，或者在約60GPa至約90GPa的范圍內(nèi)。合適的陶瓷的纖維的實(shí)例包括金屬氧化物(例如，氧化鋁)纖維、氮化硼纖維、碳 化硅纖維和任何這些纖維的任意組合。通常，氧化陶瓷纖維為結(jié)晶陶瓷和/或結(jié)晶陶瓷和 玻璃的混合物(即纖維可包含結(jié)晶陶瓷和玻璃相)。通常，此類纖維的長(zhǎng)度為大約至少50 米，并且可能甚至為大約數(shù)千米或更長(zhǎng)。通常，連續(xù)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微米的范圍內(nèi)。 在一些實(shí)施例中，結(jié)晶陶瓷纖維的平均抗張強(qiáng)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(shí)施例中，結(jié)晶陶瓷纖維的彈性模量大于70GPa到大約不大 于lOOOGPa，或者甚至不大于420GPa。合適的單絲陶瓷纖維的實(shí)例包括碳化硅纖維。通常，碳化硅單絲纖維為結(jié)晶陶瓷 和/或結(jié)晶陶瓷和玻璃的混合物(即纖維可包含結(jié)晶陶瓷和玻璃相)。通常，此類纖維的長(zhǎng) 度為大約至少50米，并且可能甚至為大約數(shù)千米或更長(zhǎng)。通常，連續(xù)聚碳化硅單絲纖維的 平均纖維直徑在約100微米至約250微米的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，結(jié)晶陶瓷纖維的平 均抗張強(qiáng)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(shí)施例 中，結(jié)晶陶瓷纖維的彈性模量大于250GPa到大約不大于500GPa，或者甚至不大于430GPa。合適的氧化鋁纖維在(例如)美國(guó)專利No. 4，954，462 (Wood等人)和 No. 5，185，299 (Wood等人)中有所描述。在一些實(shí)施例中，氧化鋁纖維是多晶α -氧化鋁纖 維，并且包含(根據(jù)理論氧化物)大于99重量％的Al2O3和0. 2-0. 5重量％的SiO2 (基于 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于1 微米(或者甚至在一些實(shí)施例中小于0.5微米)的α-氧化鋁。在另一方面，在一些實(shí)施 例中，多晶α -氧化鋁纖維具有至少1. 6GPa(在一些實(shí)施例中，為至少2. lGPa，或者甚至至 少2.8GPa)的平均抗拉強(qiáng)度。示例性α-氧化鋁纖維由明尼蘇達(dá)州圣保羅市的3M公司以 商品名“NEXTEL 610”銷售。合適的硅鋁酸鹽纖維在(例如)美國(guó)專利No. 4，047，965 (Karst等人)中 有所描述。示例性硅鋁酸鹽纖維由明尼蘇達(dá)州圣保羅市的3Μ公司以商品名“NEXTEL 440”、“NEXTEL 550”和“NEXTEL 720”售出。鋁硼硅酸鹽纖維在(例如)美國(guó)專 利No. 3，795，524 (Sowman)中有所描述。示例性鋁硼硅酸鹽纖維由3M公司以商品 名“NEXTEL 312”售出。氮化硼纖維可以如例如美國(guó)專利No. 3，似9，722 (Economy)和 No. 5，780，154(Okano等人)中所述的制成。示例性碳化硅纖維由(例如)加利福尼亞州圣 地亞哥市的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(chǎn)株式會(huì)社⑴be Industries)(日本)以商品名“TYRANN0”銷售，以 及由道康寧公司(密歇根州米德蘭市)以商品名“S1RAMIC”銷售。合適的碳纖維包括商購(gòu)的碳纖維，例如名為PANEX 和PYR0N (得自密蘇里州布里治頓市的Z0LTEK)、TH0RNEL(得自新澤西州西帕特森市的CYTEC工業(yè)公司)、HEXTOW(得 自康乃迪克州紹斯伯里(Southbury)市的HEXCEL公司)、和T0RAYCA (得自日本東京的 TORAY工業(yè)公司)。這樣的碳纖維可以衍生自聚丙烯腈(PAN)前體。其它合適的碳纖維包 括PAN-IM、PAN-HM、PAN UHM, PITCH或人造絲副產(chǎn)品，如本領(lǐng)域公知的。另外合適商購(gòu)的纖維包括ALTEX(得自日本大阪的Sumitomo化學(xué)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(jīng)歷了馬氏體轉(zhuǎn)變的合金，使得合金能夠 在轉(zhuǎn)變溫度下通過孿晶機(jī)制而變形，其中當(dāng)孿生結(jié)構(gòu)在加熱到轉(zhuǎn)變溫度之上的情況下回復(fù) 到初始相時(shí)，這種變形是可逆的)。商購(gòu)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(shí)施例中，陶瓷纖維是成束的。絲束在纖維領(lǐng)域中是已知的，并且是指收集 成粗紗形式的多根(單獨(dú)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(shí)施例中，纖維束包括每束至少780根單纖維，并且在一些情況下，每束至少沈00根 單纖維，而在其它情況下，每束至少5200根單纖維。陶瓷纖維的絲束通常有多種長(zhǎng)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(zhǎng)。纖 維的橫截面形狀可以是圓形或橢圓形。商購(gòu)的纖維通?？梢园ㄓ袡C(jī)施膠材料，其在制造期間添加到纖維中，從而提供 潤(rùn)滑性并且在處理期間保護(hù)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(zhì)復(fù)合線材之前移除膠料。纖維還可以具有涂 層，所述涂層用來例如提高纖維的可濕性，降低或抑制纖維和熔化的金屬基質(zhì)材料之間的 反應(yīng)。這樣的涂層和提供這種涂層的技術(shù)是纖維和復(fù)合材料領(lǐng)域中公知的。在另外的示例性實(shí)施例中，復(fù)合線材中每個(gè)選自金屬基質(zhì)復(fù)合線材和聚合物復(fù)合 線材。合適的復(fù)合線材公開在例如美國(guó)專利No. 6，180，232,No. 6，245，425,No. 6，329，056、 No. 6，336，495、No. 6，344，270、No. 6，447，927、No. 6，460，597、No. 6，544，645、 No. 6，559，385、No. 6，723，451、和 No. 7，093，416 中。一個(gè)當(dāng)前優(yōu)選的纖維強(qiáng)化金屬基質(zhì)復(fù)合線材為陶瓷纖維強(qiáng)化鋁基質(zhì)復(fù)合線材。陶 瓷纖維強(qiáng)化鋁基質(zhì)復(fù)合線材優(yōu)選地包括多晶α-Al2O3的連續(xù)纖維，所述多晶α-Al2O3的連 續(xù)纖維封裝在基本上純的元素性鋁的基質(zhì)中或者封裝在根據(jù)基質(zhì)的總重量純鋁與最多2 重量％的銅的合金基質(zhì)中。優(yōu)選的纖維包括尺寸小于約IOOnm且纖維直徑的范圍為約1-50 微米的等軸晶。纖維直徑的范圍為約5-25微米是優(yōu)選的，而約5-15微米的范圍是最優(yōu)選 的。本發(fā)明優(yōu)選的纖維強(qiáng)化復(fù)合線材的纖維密度在約每立方厘米3. 90-3. 95克之間。 美國(guó)專利No. 4，％4，462 (Wood等人)中公開了那些優(yōu)選的纖維。優(yōu)選的纖維是商購(gòu)自商品 名“NEXTEL 610” α氧化鋁基纖維(得自明尼蘇達(dá)州圣保羅市的3Μ公司)。封裝的基質(zhì)選 擇成使其不會(huì)與纖維材料發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)(也就是，相對(duì)于纖維材料是較為化學(xué)惰性 的)，從而不需要在纖維外部上提供保護(hù)性涂層。在復(fù)合線材的某些當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例中，使用包括基本上純的元素性鋁或者根據(jù)基 質(zhì)的總重量純鋁與最多2重量％的銅的合金的基質(zhì)，已經(jīng)顯示出形成成功的線材。如本文 中所用，術(shù)語“基本上純的元素性鋁”、“純鋁”和“元素性鋁”是能夠互換的并且指的是雜質(zhì)含量小于約0. 05重量％的鋁。在一個(gè)當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例中，在基本上元素性鋁基質(zhì)中，復(fù)合線材具有根據(jù)復(fù)合線 材的總體積在30-70體積％之間的多晶CI-Al2O3纖維。當(dāng)前優(yōu)選的是，根據(jù)基質(zhì)的總重量， 基質(zhì)包含小于約0. 03重量％鐵，并且最優(yōu)選的是小于約0. 01重量％的鐵。纖維含量在約 40-60%之間的多晶α-Al2O3纖維是優(yōu)選的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，形成有屈服強(qiáng)度小于約20ΜΙ^的基 質(zhì)和縱向抗張強(qiáng)度為至少約2. SGPa的纖維的這樣的復(fù)合線材具有優(yōu)良的強(qiáng)度特性?；|(zhì)還可以由根據(jù)基質(zhì)的總重量元素性鋁與最多2重量％的銅的合金形成。和在 使用純?cè)匦凿X基質(zhì)的實(shí)施例中一樣，具有鋁/銅合金基質(zhì)的復(fù)合線材優(yōu)選地包括根據(jù)復(fù) 合線材的總體積在約30-70體積％的多晶α -Al2O3纖維，并且因此更優(yōu)選地在約40-60體 積％的多晶α-Al2O3纖維。此外，根據(jù)基質(zhì)的總重量，基質(zhì)優(yōu)選地包含小于約0.03重量％ 的鐵，并且最優(yōu)選的是小于約0. 01重量％的鐵。鋁/銅合金基質(zhì)的屈服強(qiáng)度優(yōu)選地小于約 90MPa,并且如上所述，多晶α -Al2O3纖維的縱向抗張強(qiáng)度為至少2. SGPa0復(fù)合線材優(yōu)選地由包含在基本上純的元素性鋁基質(zhì)中或者包含在由元素性鋁和 高達(dá)約2重量％的銅的合金形成的基質(zhì)中的基本上連續(xù)的多晶α-Al2O3纖維形成，如上 所述。這樣的線材通常通過這樣的過程制成，其中布置在纖維絲束中的基本上連續(xù)的多晶 α -Al2O3纖維的線軸被拉過熔化的基質(zhì)材料的浴池。然后，所產(chǎn)生的區(qū)段凝固，從而提供封 裝在基質(zhì)中的纖維。示例性金屬基質(zhì)材料包括鋁、(例如高純度(例如大于99. 95% )元素性鋁)、鋅、 錫、鎂、及其合金(例如，鋁和銅的合金)。通常，基質(zhì)材料選擇成使得基質(zhì)材料與纖維不發(fā) 生明顯的化學(xué)反應(yīng)(也就是說，相對(duì)于纖維材料呈化學(xué)惰性)，(例如)以消除在纖維外部 上提供保護(hù)性涂層的需要。在一些實(shí)施例中，基質(zhì)材料有利地包含鋁及其合金。在一些實(shí)施例中，金屬基質(zhì)包含至少98重量％的鋁、至少99重量％的鋁、大于 99. 9重量％的鋁、或者甚至大于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(dá)2重量％的Cu。在一些實(shí)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(xié)會(huì)標(biāo)號(hào))。雖然制備高抗拉強(qiáng)度線材傾 向于需要高純度金屬，但是低純度形式的金屬也是可用的。適用的金屬可商購(gòu)獲得。例如，鋁可以用商品名“SUPER PURE ALUMINUM ;99. 99% 的Al”得自賓夕法尼亞州匹茲堡市的Alcoa。鋁合金(例如，A1-2重量％ Cu (0.03重量％ 的雜質(zhì)))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(dá)州圣保羅市的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(yè)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(zhì)復(fù)合線材通常包括至少15體積％ (在一些實(shí)施例中，為至少20、25、30、 35、40、45或者甚至50體積％ )的纖維(基于纖維和基質(zhì)材料的總組合體積)。更常見的 是，復(fù)合線芯和線材包含40至75(在一些實(shí)施例中，為45至70)體積％范圍內(nèi)的纖維(基 于纖維和基質(zhì)材料的總組合體積)。金屬基質(zhì)復(fù)合線材可以使用本領(lǐng)域中公知的技術(shù)制造。例如，連續(xù)金屬基質(zhì) 復(fù)合線材可采用連續(xù)金屬基質(zhì)浸滲方法制備。一種適用的方法在(例如)美國(guó)專利
17No. 6，485，796 (Carpenter等人)中有所描述。包含聚合物和纖維的線材可通過本領(lǐng)域已知 的擠拉成型法制備。在另外的示例性實(shí)施例中，復(fù)合線材選擇成包括聚合物復(fù)合線材。聚合物復(fù)合線 材包括聚合物基質(zhì)中的至少一個(gè)連續(xù)纖維。在一些示例性實(shí)施例中，所述至少一個(gè)連續(xù)纖 維包括金屬、碳、陶瓷、玻璃、以及它們的組合。在某些當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例中，所述至少一個(gè) 連續(xù)纖維包括鈦、鎢、硼、形狀記憶合金、碳納米管、石墨、碳化硅、硼、芳香族聚酰胺、聚(對(duì) 亞苯基-2，6_苯并雙嗯唑)3、以及它們的組合。在另外的當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例中，聚合物基 質(zhì)包括(共)聚合物，其選自環(huán)氧的、酯基、乙烯基酯、聚酸亞胺、聚酯、氰酸酯、酚醛樹脂、 雙-馬來酰亞胺樹脂、以及它們的組合。用于圍繞復(fù)合芯絞合以提供復(fù)合纜線(例如，根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的電力輸送 纜線)的可延展的金屬線材是本領(lǐng)域公知的。優(yōu)選的可延展金屬包括鐵、鋼、鋯、銅、錫、 鎘、鋁、錳和鋅；它們的具有其它金屬和/或硅的合金；等。銅線材可商購(gòu)自例如佐治亞州 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(gòu)自例如加拿大威伯恩市的Nexans或佐治亞州卡洛頓市的Souttiwire公司。通常，在至少?gòu)募s20°C至約800°C的溫度范圍內(nèi)，銅線材的熱膨脹系數(shù)處于從約 12ppm/°C至約18ppm/°C的范圍內(nèi)。銅合金(例如紫青銅，例如Cu-Si-X、Cu-Al-X、Cu-Sn_X、 Cu-Cd ；其中X = Fe、Mn、Zn、Sn和/或Si ；商購(gòu)自例如佐治亞州卡洛頓市的Southwire公 司；氧化物分散體強(qiáng)化銅，可得自例如北卡羅來納州Research Triangle Park的OMG美國(guó) 公司，其商品名為“GLIDC0P”線材。在一些實(shí)施例中，在至少?gòu)募s20°C至約800°C的溫度范 圍內(nèi)，銅合金線材的熱膨脹系數(shù)在從約10ppm/°C至約25ppm/°C的范圍內(nèi)。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?gòu)募s20°C至約500°C的溫度范圍內(nèi)，鋁線材的熱膨脹系數(shù)在從約 20ppm/°C至約25ppm/°C的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，鋁線材(例如，“ 1350-H19 ALUMINUM”) 的抗拉斷裂強(qiáng)度為至少138MPa(20ksi)、至少158MPa(23ksi)、至少172MPa(25ksi)或者 至少186MPa(27ksi)或至少200MPaQ9ksi)。在一些實(shí)施例中，鋁線材(例如，“1350-H0 ALUMINUM”)的抗拉斷裂強(qiáng)度大于41MPa(misi)至不大于97MPa(14ksi)，或者甚至不大于 83MPa(12ksi)。鋁合金線材是商購(gòu)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，，(得自佐治亞州卡 洛頓市的Souttwire公司)銷售。在某些實(shí)施例中，在至少?gòu)募s20°C至約500°C的溫度范 圍內(nèi)，鋁合金線材的熱膨脹系數(shù)在從約20ppm/°C至約25ppm/°C的范圍。本發(fā)明優(yōu)選地實(shí)施為提供非常長(zhǎng)的絞合纜線。還優(yōu)選的是，絞合纜線10自身中的 復(fù)合線材在絞合纜線的整個(gè)長(zhǎng)度上是連續(xù)的。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，復(fù)合線材是基本上 連續(xù)的并且為至少150米長(zhǎng)。更優(yōu)選地，絞合纜線10中的復(fù)合線材是連續(xù)的并且為至少250 米長(zhǎng)，更優(yōu)選地為至少500米，更優(yōu)選地為至少750米，并且最優(yōu)選地為至少1000米長(zhǎng)。在另外的方面中，本發(fā)明提供制造上述絞合復(fù)合纜線的方法，所述方法包括圍繞 限定了中心縱向軸線的單個(gè)線材絞合多個(gè)第一復(fù)合線材，其中沿第一捻向以相對(duì)于中心縱 向軸線限定的第一捻角實(shí)施絞合多個(gè)第一復(fù)合線材，并且其中所述多個(gè)第一復(fù)合線材具有 第一捻距；以及圍繞所述多個(gè)第一復(fù)合線材絞合多個(gè)第二復(fù)合線材，其中沿第一捻向以相對(duì)于中心縱向軸線限定的第二捻角實(shí)施絞合所述多個(gè)第二復(fù)合線材，并且其中所述多個(gè)第 二復(fù)合線材具有第二捻距，另外其中，第一捻角和第二捻角之間的相對(duì)差不大于4°。在一 個(gè)當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例中，所述方法還包括圍繞復(fù)合線材絞合多個(gè)可延展線材。復(fù)合線材可以如本領(lǐng)域中已知的絞合或螺旋地纏繞在任何合適的纜線絞合設(shè)備 上，例如得自意大利貝加莫的Cortinovis公司以及新澤西州帕特森市的Watson Machinery hternational的行星纜線絞合器。在一些實(shí)施例中，可有利地采用本領(lǐng)域中公知的剛性絞合器。雖然可以使用任何尺寸合適的復(fù)合線材，但是對(duì)于許多實(shí)施例和許多應(yīng)用而言優(yōu) 選的是，復(fù)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復(fù)合線材。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，絞合復(fù)合纜線包括多個(gè)絞合復(fù)合線材，所述多個(gè)絞合復(fù) 合線材沿捻向螺旋地絞合，以具有從10至150的捻制因子。絞合纜線的“捻制因子”是通 過將絞合纜線的單個(gè)線材12完成一次螺旋回轉(zhuǎn)的長(zhǎng)度除以包括該股線的層的標(biāo)稱外徑而 確定的。在纜線絞合過程中，具有一個(gè)或多個(gè)纏繞在其上的附加層的中心纜線或中間非成 品絞合復(fù)合纜線被拉過各個(gè)滑架的中心，其中每個(gè)滑架向絞合纜線增加一個(gè)層。將作為一 個(gè)層增加的單獨(dú)線材被同時(shí)從其相應(yīng)線軸上拉動(dòng)，同時(shí)通過馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的滑架圍繞纜線的中 心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于各個(gè)期望的層而言，這是順序進(jìn)行的。結(jié)果制成了螺旋絞合線芯。可任 選地是，例如，諸如條帶的保持裝置可以施加到形成的絞合復(fù)合芯上，以幫助將絞合線材保 持在一起。圖6中示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于制造絞合復(fù)合纜線的示例性設(shè)備80。通 常，如上所述，通過圍繞單個(gè)線材沿相同的捻向絞合絞合復(fù)合線材可以制造根據(jù)本發(fā)明的 復(fù)合纜線。單個(gè)線材可以包括復(fù)合線材或可延展線材。通過圍繞單個(gè)線材芯絞合復(fù)合線材 來形成至少兩個(gè)復(fù)合線材層，例如，圍繞單個(gè)中心線材19或37根線材形成在至少兩個(gè)層 中，如圖IB中所示。線材81的線軸設(shè)置在常規(guī)行星絞合機(jī)80的頭部處，其中線軸81自由旋轉(zhuǎn)，張 力能夠通過制動(dòng)系統(tǒng)施加，其中張力可以在放線期間施加到芯上(在一些實(shí)施例中，在 0-91kg(0-2001bs.)的范圍內(nèi))。單個(gè)線材90螺旋通過線軸滑架82、83、通過閉合模具84、 85、圍繞絞盤輪86并且附接到卷線軸87。在施加外絞合層之前，單獨(dú)的復(fù)合線材設(shè)置在分開的線軸88，所述線軸88捻在絞 合設(shè)備的多個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的滑架82、83中。在一些實(shí)施例中，從線軸88拉動(dòng)線材89A、89B所 需的張力的范圍通常為4. 5-22. 7kg(10-501bs.)。通常，成品絞合復(fù)合纜線的每個(gè)層具有一 個(gè)滑架。每個(gè)層的線材89A、89B在閉合模具84、85處的每個(gè)滑架的出口處被聚在一起，并 且被布置成覆蓋中心線材或覆蓋前一個(gè)層。如前所述，包括復(fù)合纜線的復(fù)合線材層沿相同的方向螺旋地絞合。在復(fù)合纜線絞 合處理過程中，可具有一個(gè)或多個(gè)纏繞在其上的附加層的中心纜線或中間非成品絞合復(fù)合 纜線被拉過各個(gè)滑架的中心，其中每個(gè)滑架向絞合纜線增加一個(gè)層。將作為一個(gè)層增加的 單獨(dú)線材被同時(shí)從其相應(yīng)線軸上拉動(dòng)，同時(shí)通過馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的滑架圍繞纜線的中心軸線轉(zhuǎn) 動(dòng)。對(duì)于各個(gè)期望的層而言，這是順序進(jìn)行的。結(jié)果就是螺旋絞合復(fù)合纜線91，螺旋絞合復(fù) 合纜線91可以被便利地切割和處理，而不會(huì)發(fā)生形狀變化或散開。
在一些示例性實(shí)施例中，絞合復(fù)合纜線包括絞合復(fù)合線材，所述絞合復(fù)合線材的 長(zhǎng)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(zhǎng)。處理絞合纜線的能力是期望的特征。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?yàn)樵谥圃炱陂g，金屬線材受到超過線材材料的屈服應(yīng)力但是低于 極限或失效應(yīng)力的應(yīng)力(包括彎曲應(yīng)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(yīng)力便被施加。在閉合模具84、85處施加額外的應(yīng)力，閉合模具84、85在制 造期間向纜線施加徑向力和剪切力。因此，線材塑性變形并且保持其螺旋絞合形狀。單個(gè)中心線材材料和用于指定層的復(fù)合線材通過閉合模具而緊密接觸。參見圖6， 閉合模具84、85的尺寸通常形成為使得纏繞的層的線材上的變形應(yīng)力最小化。閉合模具的 內(nèi)徑被調(diào)控至外部層直徑的尺寸。為了最小化層的線材上的應(yīng)力，閉合模具的尺寸形成為 使其處于比纜線外徑大0-2. 0%的范圍內(nèi)(也就是，模具內(nèi)徑處于纜線外徑的1. 00至1. 02 倍的范圍內(nèi))。示例性閉合模為圓柱體，并且利用例如螺栓或其它合適的連接件保持就位。 模具可以由例如硬化工具鋼制成。所獲得的成品絞合復(fù)合纜線可以在需要時(shí)穿過其它絞合工位，并且最終纏繞到卷 線軸87上，卷線軸87的直徑足以避免纜線損壞。在一些實(shí)施例中，本領(lǐng)域中公知的用于矯 直纜線的技術(shù)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(gè)輥都為例如10-15cnK4-6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(yán)重彎曲。兩層輥定位在纜線 的相對(duì)側(cè)上，同時(shí)一層中的輥與另一層中相對(duì)的輥產(chǎn)生的空間匹配。從而，兩個(gè)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(dǎo)體中的股線拉伸至相同 長(zhǎng)度，從而減少或消除股線松散。在一些實(shí)施例中，可能有利的是在環(huán)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(shí)施 例中，至少500°C)下提供單個(gè)中心線材。單個(gè)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(gè)小時(shí))而加熱到期望的溫度。加熱的成卷線材被放置在絞合機(jī)的放線線 軸(見例如圖6中的放線線軸81)上。有利地，高溫下的線軸處于絞合過程中，同時(shí)線材仍 然處于或接近期望的溫度(通常在約2個(gè)小時(shí)內(nèi))。還期望的是，在形成纜線外層的放線線軸上的復(fù)合線材處于環(huán)境溫度下。S卩，在一 些實(shí)施例中，可能有利的是在絞合處理過程中在單個(gè)線材和形成外復(fù)合層的復(fù)合線材之間 具有溫差。在一些實(shí)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(gè)線材張力進(jìn)行絞合。本發(fā)明的絞合纜線適用于多種應(yīng)用中。由于此類絞合纜線結(jié)合了重量輕、強(qiáng)度高、 導(dǎo)電性好、熱膨脹系數(shù)較低、使用溫度高和抗腐蝕，所以相信此類絞合纜線尤其理想地適用 于電力輸送纜線，所述電力輸送纜線包括架空和地下電力輸送纜線。圖7是螺旋絞合復(fù)合纜線80的剖視端視圖，螺旋絞合復(fù)合纜線80包括一個(gè)或多 個(gè)層，所述一個(gè)或多個(gè)層包括圍繞芯32’(圖5C)絞合的多個(gè)可延展線材(觀、28’)，芯32’ 包括沿相同捻向絞合的螺旋絞合復(fù)合線材(2、4、6、8)并且通過諸如條帶18的保持裝置保 持就位，條帶18纏繞在根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)施例的絞合復(fù)合線材16的至少第二層上。這樣的螺旋絞合復(fù)合纜線尤其適于用作電力輸送纜線。當(dāng)用作電力輸送纜線時(shí)， 可延展線材08、觀’)充當(dāng)導(dǎo)電體(即可延展線材導(dǎo)體)。如圖所示，電力輸送纜線可以 包括兩層可延展導(dǎo)體線材(觀、28’ )?？梢栽谛枰獣r(shí)使用更多層的導(dǎo)體線材(圖7中未示 出)。優(yōu)選地，每個(gè)導(dǎo)體層都包括多個(gè)導(dǎo)體線材(觀、28’)，如本領(lǐng)域公知的。用于可延展導(dǎo) 體線材(觀、28’ )的合適材料包括鋁和鋁合金。可延展導(dǎo)體線材(觀、28’ )可以通過本領(lǐng) 域公知的合適纜線絞合設(shè)備(見例如圖6)圍繞絞合復(fù)合芯(例如32’ )絞合。復(fù)合線材在電力輸送纜線中的重量百分比將取決于輸送線路的設(shè)計(jì)。在電力輸 送纜線中，鋁或鋁合金導(dǎo)體線材可以是架空電力輸送領(lǐng)域中公知的任意各種材料，包括但 不限于 1350 Al (ASTM B609-91)、1350-H19 Al (ASTM B230-89)或者 6201 T-81 Al (ASTM B399-92)。對(duì)于可以采用本發(fā)明的絞合纜線的合適的電力輸送纜線和方法的說明，參見 例如同心捻制絞合鋁導(dǎo)體、涂覆、強(qiáng)化(ACSR)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范ASTM B232-92;或者美國(guó)專利 No. 5，171，942和5，554，826。電力輸送纜線的優(yōu)選實(shí)施例是架空電力輸送纜線。在這些應(yīng) 用中，根據(jù)應(yīng)用，用于保持裝置的材料應(yīng)當(dāng)選擇成在至少1001、或?qū)?1、或3001的溫度 下使用。例如，保持裝置在使用時(shí)在預(yù)期溫度下不應(yīng)腐蝕鋁導(dǎo)體層、或釋放不期望的氣體、 或者以其它方式削弱輸送纜線。在其他應(yīng)用中，其中絞合纜線本身被用作成品，或者其中絞合纜線用作不同后續(xù) 制品中的中間制品或構(gòu)件，優(yōu)選的是絞合纜線在多根復(fù)合線材周圍沒有電力傳導(dǎo)層。將參照下面的詳細(xì)實(shí)例進(jìn)一步描述本發(fā)明的操作。這些實(shí)例提供成進(jìn)一步說明各 種具體的和優(yōu)選的實(shí)施例和技術(shù)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，可以在不脫離本發(fā)明范圍的前提下進(jìn)行 多種變型和更改。SM實(shí)例1對(duì)于這個(gè)實(shí)例，包括12英尺(3. 7m)長(zhǎng)的起始材料切割自一盤正規(guī)生產(chǎn)的3M ACCR 鋁-基質(zhì)復(fù)合材料(AMC)纜線(795-T16型，得自明尼蘇達(dá)州圣保羅市的3M公司)。這種構(gòu) 造包括芯，所述芯包含19AMC線材(產(chǎn)自明尼蘇達(dá)州圣保羅市的3M公司)，所述線材的直徑 為0.084英寸(2. 13mm)，所述芯包圍有^Al-Zr (鋁-鋯)金屬線材，所述金屬線材由Al-Zr 桿(產(chǎn)自比利時(shí)海米克瑟姆的Lamifil公司)拉拔并且其直徑為0. 175英寸(4. 45mm)。圖 4B中示出了這種纜線的基本構(gòu)造。為了構(gòu)建根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的復(fù)合纜線的試驗(yàn)樣本，起始12英尺(3. 7m)長(zhǎng)的正 規(guī)生產(chǎn)的纜線首先被分解為其構(gòu)成線材，注意避免改變A1-&線材的已有螺旋形狀。接下 來，利用簡(jiǎn)單的桌面夾具將芯的兩個(gè)螺旋層構(gòu)造成期望的捻距和定向。對(duì)于每個(gè)層，線材首 先在一個(gè)端部處固定到手搖曲柄蓋上，然后螺旋穿過“玫瑰花”形的引導(dǎo)板，以將單獨(dú)的復(fù) 合線材擴(kuò)展到適于絞合的布置中。在四分之一轉(zhuǎn)動(dòng)步驟中，曲柄被一個(gè)操作者同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，同 時(shí)另一個(gè)操作者移動(dòng)線材，沿以下以四分之一捻距間隔標(biāo)記的桌面進(jìn)行引導(dǎo)。在這個(gè)操作之后，完成了內(nèi)芯層，其自由端部暫時(shí)用膠帶粘貼，以將其保持就位， 并且重復(fù)該過程，以用于外芯層。然后，絞合的19根線材芯纏繞有363型金屬箔/玻璃布 條帶(得自明尼蘇達(dá)州圣保羅市的3M公司)，其厚度為7. 3密耳(182. 5微米)、寬度為3/4英寸(1.9cm)，以形成最終的纏有條帶的復(fù)合芯。從最終的條帶纏繞復(fù)合線材芯開始，在給定其保持螺旋形狀的條件下，較為簡(jiǎn)單 地將Al-^ 線材一次一個(gè)地再絞合就位。這些線材以其初始捻距并且非常接近初始整體纜 線直徑而簡(jiǎn)單小心地快速返回就位。一旦完成組裝，利用長(zhǎng)絲條帶固定10英尺(3. Im)長(zhǎng) 的中心部分的端部，并且利用砂輪鋸將各個(gè)端部處額外的材料切除。利用以上方法，在六個(gè)絞合條件下制備了總共12個(gè)試驗(yàn)樣品，所述六個(gè)絞合條件 覆蓋了變化的捻距和捻角并且包括左手捻向(表示為“L”)和右手捻向(表示為“R”)，如 表1中所概括的。表1-絞合復(fù)合纜線10
權(quán)利要求
1.一種絞合纜線，所述絞合纜線包括單個(gè)線材，所述單個(gè)線材限定中心縱向軸線；多個(gè)第一復(fù)合線材，所述多個(gè)第一復(fù)合線材圍繞所述單個(gè)復(fù)合線材沿第一捻向以相對(duì) 于所述中心縱向軸線限定的第一捻角絞合并且具有第一捻距；以及多個(gè)第二復(fù)合線材，所述多個(gè)第二復(fù)合線材圍繞所述多個(gè)第一復(fù)合線材沿所述第一捻 向以相對(duì)于所述中心縱向軸線限定的第二捻角絞合并且具有第二捻距，其中所述第一捻角 和所述第二捻角之間的相對(duì)差不大于約4°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絞合纜線，其中所述單個(gè)線材具有沿與所述中心縱向軸線基 本上垂直的方向截取的橫截面，而且其中所述單個(gè)線材的橫截面形狀為圓形或橢圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絞合纜線，其中所述單個(gè)線材為復(fù)合線材。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的絞合纜線，其中所述復(fù)合線材中的每個(gè)為基本上連續(xù)的并且 為至少150m長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絞合纜線，其中每個(gè)復(fù)合線材具有沿與所述中心縱向軸線基 本上垂直的方向截取的橫截面，而且其中每個(gè)復(fù)合線材的橫截面形狀選自包括圓形、橢圓 形和梯形的組。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的絞合纜線，其中所述復(fù)合線材中的每個(gè)具有圓形的橫截面形 狀，而且其中每個(gè)復(fù)合線材的直徑為從約Imm至約4mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絞合纜線，其中所述多個(gè)第一復(fù)合線材和所述多個(gè)第二復(fù)合 線材中的每個(gè)螺旋地絞合，以具有從10至150的捻制因子。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絞合纜線，所述絞合纜線還包括多個(gè)第三復(fù)合線材，圍繞所 述多個(gè)第二復(fù)合線材沿所述第一捻向以相對(duì)于所述中心縱向軸線限定的第三捻角絞合并 且具有第三捻距，其中所述第二捻角和所述第三捻角之間的相對(duì)差不大于約4°。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的絞合纜線，所述絞合纜線還包括多個(gè)第四復(fù)合線材，圍繞所 述多個(gè)第三復(fù)合線材沿所述第一捻向以相對(duì)于所述中心縱向軸線限定的第四捻角絞合并 且具有第四捻距，其中所述第三捻角和所述第四捻角之間的相對(duì)差不大于約4°。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絞合纜線，其中所述復(fù)合線材中的每個(gè)是纖維強(qiáng)化復(fù)合線材。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的絞合纜線，其中所述纖維強(qiáng)化復(fù)合線材中的至少一個(gè)用纖 維絲束或單長(zhǎng)絲纖維之一強(qiáng)化。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的絞合纜線，其中所述復(fù)合線材中的每個(gè)選自包括金屬基質(zhì) 復(fù)合線材和聚合物復(fù)合線材的組。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的絞合纜線，其中所述聚合物復(fù)合線材包括聚合物基質(zhì)中的 至少一個(gè)連續(xù)纖維。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的絞合纜線，其中所述至少一個(gè)連續(xù)纖維包括金屬、碳、陶 瓷、玻璃、或它們的組合。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的絞合纜線，其中所述至少一個(gè)連續(xù)纖維包括鈦、鎢、硼、形 狀記憶合金、碳、碳納米管、石墨、碳化硅、芳香族聚酰胺、聚(對(duì)亞苯基_2，6-苯并雙嗯唑) 或者它們的組合。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的絞合纜線，其中所述聚合物基質(zhì)包括(共)聚合物，所述(共)聚合物選自環(huán)氧樹脂、酯、乙烯基酯、聚酰亞胺、聚酯、氰酸酯、酚醛樹脂、雙-馬來酰 亞胺樹脂、聚醚醚酮、以及它們的組合。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的絞合纜線，其中所述金屬基質(zhì)復(fù)合線材包括金屬基質(zhì)中的 至少一個(gè)連續(xù)纖維。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的絞合纜線，其中所述至少一個(gè)連續(xù)纖維包括選自以下的材 料陶瓷、玻璃、碳納米管、碳、碳化硅、硼、鐵、鋼、鐵合金、鎢、鈦、形狀記憶合金、以及它們的組合。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的絞合纜線，其中所述金屬基質(zhì)包括鋁、鋅、錫、鎂、其合金、 或者它們的組合。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的絞合纜線，其中所述金屬基質(zhì)包括鋁，并且所述至少一個(gè) 連續(xù)纖維包括陶瓷纖維。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的絞合纜線，其中所述陶瓷纖維包括多晶α-Α1203。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絞合纜線，所述絞合纜線還包括圍繞所述復(fù)合線材絞合的 多個(gè)可延展線材。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的絞合纜線，其中所述多個(gè)可延展線材的至少一部分沿所述第一捻向絞合。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的絞合纜線，其中所述多個(gè)可延展線材的至少一部分沿與所 述第一捻向相反的第二捻向絞合。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的絞合纜線，其中所述多個(gè)可延展線材圍繞所述中心縱向軸 線以圍繞所述復(fù)合線材的多個(gè)徑向?qū)咏g合。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的絞合纜線，其中每個(gè)徑向?qū)友嘏c相鄰徑向?qū)拥哪硐蛳喾吹?捻向絞合。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的絞合纜線，其中每個(gè)可延展線材具有沿與所述中心縱向 軸線基本上垂直的方向截取的橫截面，而且其中每個(gè)可延展線材的橫截面形狀選自包括圓 形、橢圓形、梯形、S形和Z形的組。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的絞合纜線，其中所述可延展線材包括選自以下的至少一種 金屬鐵、鋼、鋯、銅、錫、鎘、鋁、錳、鋅、鈷、鎳、鉻、鈦、鎢、釩、其彼此的合金、其與其它金屬的 合金、其與硅的合金、以及它們的組合。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絞合纜線，其中所述第一捻角和所述第二捻角之間的相對(duì) 差不大于3°。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絞合纜線，其中所述第一捻角和所述第二捻角之間的相對(duì) 差不大于0.5°。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絞合纜線，其中所述第一捻距等于所述第二捻距。
32.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絞合纜線，其中所述第一捻角等于所述第二捻角。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絞合纜線，所述絞合纜線還包括保持裝置，所述保持裝置圍 繞所述多個(gè)第一復(fù)合線材和所述多個(gè)第二復(fù)合線材中的至少一者。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的絞合纜線，其中所述保持裝置包括粘結(jié)劑、非粘合劑條帶 或粘合劑條帶中的至少一種。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的絞合纜線，其中所述粘合劑條帶包括壓敏粘合劑。
36.一種電力輸送纜線，所述電力輸送纜線包括芯和圍繞所述芯的導(dǎo)體層，其中所述芯 包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的絞合纜線。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的電力輸送纜線，其中所述導(dǎo)體層包括多個(gè)絞合導(dǎo)體線材。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的電力輸送纜線，其中所述電力輸送纜線選自包括架空電力 輸送纜線和地下電力輸送纜線的組。
39.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1所述的絞合纜線的方法，所述方法包括圍繞限定中心縱向軸線的單個(gè)線材絞合多個(gè)第一復(fù)合線材，其中沿第一捻向以相對(duì)于 所述中心縱向軸線限定的第一捻角實(shí)施絞合所述多個(gè)第一復(fù)合線材，而且其中所述多個(gè)第 一復(fù)合線材具有第一捻距；以及圍繞所述多個(gè)第一復(fù)合線材絞合多個(gè)第二復(fù)合線材，其中沿所述第一捻向以相對(duì)于所 述中心縱向軸線限定的第二捻角實(shí)施絞合所述多個(gè)第二復(fù)合線材，而且其中所述多個(gè)第二 復(fù)合線材具有第二捻距；并且其中，所述第一捻角和所述第二捻角之間的相對(duì)差不大于4°。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，所述方法還包括圍繞所述復(fù)合線材絞合多個(gè)可延展 線材。
全文摘要
本發(fā)明涉及絞合復(fù)合纜線，所述絞合復(fù)合纜線包括單個(gè)線材(2)，限定中心縱向軸線；多個(gè)第一復(fù)合線材(4)，圍繞所述單個(gè)線材沿第一捻向以相對(duì)于所述中心縱向軸線限定的第一捻角螺旋地絞合并且具有第一捻距；以及多個(gè)第二復(fù)合線材(6)，圍繞所述多個(gè)第一復(fù)合線材沿所述第一捻向以相對(duì)于所述中心縱向軸線限定的第二捻角螺旋地絞合并且具有第二捻距，所述第一捻角和所述第二捻角之間的相對(duì)差不大于約4°。所述絞合復(fù)合纜線可以用作中間制品，所述中間制品之后結(jié)合到成品中，例如架空電力輸送纜線，所述架空電力輸送纜線包括圍繞所述復(fù)合線材絞合的多個(gè)可延展線材。還說明了用于制造和使用所述絞合復(fù)合纜線的方法。
文檔編號(hào)D07B1/02GK102124528SQ200980131835
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日
發(fā)明者邁克爾·F·格雷瑟 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司