EA007945B1 - Кабель с алюминиевым проводником, армированный композитным сердечником, и способ его производства - Google Patents

Кабель с алюминиевым проводником, армированный композитным сердечником, и способ его производства Download PDF

Info

Publication number
EA007945B1
EA007945B1 EA200401415A EA200401415A EA007945B1 EA 007945 B1 EA007945 B1 EA 007945B1 EA 200401415 A EA200401415 A EA 200401415A EA 200401415 A EA200401415 A EA 200401415A EA 007945 B1 EA007945 B1 EA 007945B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
fibers
composite core
core
resin
fiber
Prior art date
Application number
EA200401415A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200401415A1 (ru
Inventor
Джордж Корзениовски
Клем Хил
Original Assignee
Композит Текнолоджи Корпорейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=29270561&utm_source=***_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EA007945(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Композит Текнолоджи Корпорейшн filed Critical Композит Текнолоджи Корпорейшн
Publication of EA200401415A1 publication Critical patent/EA200401415A1/ru
Publication of EA007945B1 publication Critical patent/EA007945B1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G7/00—Overhead installations of electric lines or cables
    • H02G7/04—Arrangements or devices for relieving mechanical tension
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D22/00—Producing hollow articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/04—Layered products comprising a layer of synthetic resin as impregnant, bonding, or embedding substance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/12—Layered products comprising a layer of synthetic resin next to a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/08—Several wires or the like stranded in the form of a rope
    • H01B5/10—Several wires or the like stranded in the form of a rope stranded around a space, insulating material, or dissimilar conducting material
    • H01B5/102—Several wires or the like stranded in the form of a rope stranded around a space, insulating material, or dissimilar conducting material stranded around a high tensile strength core
    • H01B5/105—Several wires or the like stranded in the form of a rope stranded around a space, insulating material, or dissimilar conducting material stranded around a high tensile strength core composed of synthetic filaments, e.g. glass-fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/18—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring
    • H01B7/182—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring comprising synthetic filaments
    • H01B7/1825—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring comprising synthetic filaments forming part of a high tensile strength core
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
    • H01B9/006—Constructional features relating to the conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G15/00—Cable fittings
    • H02G15/02—Cable terminations
    • H02G15/06—Cable terminating boxes, frames or other structures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G15/00—Cable fittings
    • H02G15/08—Cable junctions
    • H02G15/18—Cable junctions protected by sleeves, e.g. for communication cable
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G7/00—Overhead installations of electric lines or cables
    • H02G7/05—Suspension arrangements or devices for electric cables or lines
    • H02G7/053—Suspension clamps and clips for electric overhead lines not suspended to a supporting wire
    • H02G7/056—Dead-end clamps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/0016—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables for heat treatment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249924—Noninterengaged fiber-containing paper-free web or sheet which is not of specified porosity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249924—Noninterengaged fiber-containing paper-free web or sheet which is not of specified porosity
    • Y10T428/24994—Fiber embedded in or on the surface of a polymeric matrix
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249924—Noninterengaged fiber-containing paper-free web or sheet which is not of specified porosity
    • Y10T428/24994—Fiber embedded in or on the surface of a polymeric matrix
    • Y10T428/249942—Fibers are aligned substantially parallel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249924—Noninterengaged fiber-containing paper-free web or sheet which is not of specified porosity
    • Y10T428/24994—Fiber embedded in or on the surface of a polymeric matrix
    • Y10T428/249942—Fibers are aligned substantially parallel
    • Y10T428/249945—Carbon or carbonaceous fiber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249924—Noninterengaged fiber-containing paper-free web or sheet which is not of specified porosity
    • Y10T428/24994—Fiber embedded in or on the surface of a polymeric matrix
    • Y10T428/249942—Fibers are aligned substantially parallel
    • Y10T428/249946—Glass fiber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249924—Noninterengaged fiber-containing paper-free web or sheet which is not of specified porosity
    • Y10T428/24994—Fiber embedded in or on the surface of a polymeric matrix
    • Y10T428/249949—Two or more chemically different fibers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249924—Noninterengaged fiber-containing paper-free web or sheet which is not of specified porosity
    • Y10T428/24994—Fiber embedded in or on the surface of a polymeric matrix
    • Y10T428/24995—Two or more layers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
    • Y10T428/2933—Coated or with bond, impregnation or core
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
    • Y10T428/2933—Coated or with bond, impregnation or core
    • Y10T428/2938—Coating on discrete and individual rods, strands or filaments
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/10—Scrim [e.g., open net or mesh, gauze, loose or open weave or knit, etc.]
    • Y10T442/102—Woven scrim
    • Y10T442/172—Coated or impregnated

Abstract

Настоящее изобретение относится к кабелю с алюминиевым проводником, армированному композитным сердечником (АССС-кабелю), и способу его изготовления. АССС-кабель имеет композитный сердечник (302, 304), окруженный по меньшей мере одним слоем алюминиевого проводника (306, 308). Композитный сердечник содержит по меньшей мере один тип продольно ориентированного, по существу, непрерывного армирующего волокна, уложенного в матрице термореактивной смолы, обладающей способностью работы при температуре в диапазоне от приблизительно 90 до приблизительно 230°С, имеющей объемную фракцию по меньшей мере 50%, предел прочности на разрыв в диапазоне от приблизительно 160 до приблизительно 240 тыс. фунтов на кв.дюйм (1103-1654 МПа), модуль упругости в диапазоне от приблизительно 7 до приблизительно 30 млн фунтов на кв.дюйм (48-206 ГПа) и коэффициент теплового расширения в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 6×10м/м/°С.

Description

Настоящее изобретение относится к кабелю с алюминиевым проводником, армированном композитным сердечником (АССС-кабелю), и к способу его производства. Более конкретно, к кабелю, предназначенному для передачи электроэнергии, содержащему армированный волоконный композитный сердечник из термореактивной смолы, окруженный алюминиевым проводником, который позволяет обеспечить повышенную пропускную способность по току при повышенных рабочих температурах.
Уровень техники
Настоящее изобретение относится к элементам композитного сердечника с алюминиевым проводником, армированным композитным сердечником, и к кабельным изделиям, изготовленным из них. Настоящее изобретение, кроме того, относится к способу формования АССС-кабеля. В традиционно используемом кабеле с алюминиевым проводником, армированным сталью (АС8Я-кабеле), по алюминиевому проводнику передают энергию, и стальной сердечник предназначен для приема механической нагрузки.
В АССС-кабеле стальной сердечник заменен на композитный сердечник, содержащий по меньшей мере один сердечник, армированный волокном, уложенным в матрицу из термореактивной смолы. В результате замены стального сердечника получают множество преимуществ. АС8В-кабель может работать при температурах в диапазоне от приблизительно 90 до приблизительно 230°С без соответствующего провисания, которое происходит в традиционных АС8В-кабелях. Кроме того, для повышения пропускной способности по току в АССС-кабеле совмещены свойства высокого значения модуля упругости с низким значением коэффициента теплового расширения.
Настоящее изобретение относится к кабелю с алюминиевым проводником, армированному композитным сердечником, который может работать при высоких температурах, без существующих в настоящее время ограничений, накладываемых режимами работы, приемлемыми для других кабелей, предназначенных для передачи электроэнергии, в котором передача электроэнергии включает использование распределительных кабелей и кабелей линий электропередач. Обычные АС8Я-кабели можно эксплуатировать в постоянном режиме работы при температурах до 100°С, без какого-либо значительного изменения физических свойств проводника, связанных со снижением прочности кабеля на растяжение. Такое предельное значение температуры ограничивает тепловой диапазон использования типичной линии с рабочим напряжением 230 кВ, проложенной с использованием проводника 795 кешй типа АС8Р Огакс. уровнем мощности приблизительно 400 МВ А, что соответствует току 1000 А.
Ограничения, накладываемые на кабели с проводником, связаны с физическими характеристиками их компонентов, которые ограничивают пропускную способность по току. Более конкретно, пропускная способность по току представляет собой меру способности передавать энергию через кабель, в котором повышенная мощность приводит к увеличению рабочей температуры проводника. Излишний нагрев приводит к провисанию кабеля ниже допустимого уровня. Поэтому для повышения способности выдерживать нагрузку кабеля линий электропередач сам кабель должен быть разработан с использованием компонентов, имеющих свойства, позволяющие противостоять повышенной пропускной способности по току, без образования излишнего провисания.
Хотя повышение пропускной способности по току может быть обеспечено путем увеличения площади сечения проводника, который обернут вокруг сердечника кабеля линии электропередач, повышенный вес проводника увеличивает вес кабеля, что способствует провисанию. Кроме того, повышенный вес требует использовать повышенное натяжение кабеля в инфраструктуре опор кабеля. Такое значительное повышение нагрузки обычно требует упрочнения или замены опорной структуры, при этом подобные модификации инфраструктуры обычно являются финансово не приемлемыми. Таким образом, существуют финансовая мотивация в повышении допустимой нагрузки кабелей линии электропередач при использовании существующих опор линий электропередач.
В заявке на европейский патент № ЕР 1168374 А3 описан композитный сердечник, состоящий из сердечника одного типа, изготовленного из армированной стекловолокном термореактивной смолы. Цель этой заявки состоит в получении кабеля для линии электропередач, в котором используется армированный сердечник из композитного пластикового материала в качестве элемента, несущего механическую нагрузку в кабеле, и в разработке способа передачи электрического тока через кабель линии электропередач, в котором используется внутренний армированный пластиковый сердечник. Композитный сердечник не позволяет достичь этих целей. Система с волокном одного типа, содержащая стекловолокно, не обладает требуемой жесткостью для приема на себя механической нагрузки и предотвращения провисания кабеля. Во-вторых, композитный сердечник, содержащий стекловолокно и термореактивную смолу, не обеспечивает работу при температурах, требуемых для повышения пропускной способности по току, а именно в диапазоне от 90 до 230°С.
При применении композитных сердечников, разработанных с использованием сердечника из ком
- 1 007945 позитного материала на основе углерода и эпоксидный смолы, также возникают определенные трудности. Сердечник из углерода и эпоксидной смолы имеет очень ограниченную гибкость и высокую стоимость. Кабельный продукт с сердечником на основе углерода и эпоксидной смолы не обладает достаточной гибкостью, требуемой для его намотки и транспортировки. Кроме того, стоимость углеродных волокон высока по сравнению с другими доступными волокнами. Стоимость углеродных волокон находится в диапазоне от 5 до 37 долларов за фунт (11-81 доллар за килограмм) по сравнению со стекловолокном, стоимость которого находится в диапазоне от 0,36 до 1,20 долларов за фунт (0,8-2,6 доллара за килограмм). В соответствии с этим, композитный сердечник, построенный с использованием только углеродных волокон, является финансово неприемлемым.
На физические свойства композитных сердечников, кроме того, накладывают ограничения способы их обработки. Существующие способы обработки не позволяют достичь высокого отношения волокно/смола по объему или по массе. Эти способы не позволяют получить сердечник, насыщенный волокнами, который позволил бы достичь прочности, сравнимой со стальным сердечником. Кроме того, производительность известных способов обработки ограничена из-за собственных характеристик процесса. Например, традиционно используемые фильеры для получения одноосноориентированного пластикового волокна, имеет размер приблизительно 36 дюймов (91,44 см) при постоянном поперечном сечении. В результате возникает повышенное трение между композитным материалом и фильерами, что увеличивает время обработки. Время обработки в таких системах, при использовании эпоксидных смол, составляет в диапазоне от приблизительно 6 до приблизительно 12 дюймов/мин (15,2-30,5 см/мин), что является экономически неприемлемым. Кроме того, эти процессы не позволяют выполнять конфигурацию композитного материала и изменение его параметров в ходе процесса, когда изменение параметров включает изменение соотношения волокно/смола.
Таким образом, требуется разработать экономически приемлемые АССС-кабели, содержащие по меньшей мере один тип армирующего волокна в матрице из термореактивной смолы, обладающие собственными физическими характеристиками, которые позволяют повысить пропускную способность по току без соответствующего провисания кабеля. Кроме того, требуется разработать способ обработки композитных сердечников, который позволял бы производить изменение конфигурации и настройку параметров композитных сердечников в ходе обработки и позволял бы производить обработку со скоростями в диапазоне от приблизительно 9 до 50 футов/мин (2,7-15,2 м/мин).
Раскрытие изобретения
Повышенная пропускная способность по току может быть получена с использованием АСССкабеля с алюминиевым проводником, армированным композитным сердечником. Армированный АСССкабель представляет собой проводник, работающий при высокой температуре и обладающий низкой степенью провисания, который может работать при температурах выше 100°С, и обладает при этом стабильным значением прочности на растяжение и удлинением из-за медленного изменения свойств. Кроме того, требуется обеспечить практический предел температуры до 230°С. При использовании армированного АССС-кабеля, который имеет тот же диаметр, что и исходный кабель, при температуре 180°С также на 50% повышаются параметры линии электропередач, без каких-либо существенных изменений механической нагрузки на опору. Если используемый для замены проводник имеет более низкий коэффициент теплового удлинения, чем предыдущий, не потребуется усиливать структуры опор или устанавливать новые опорные структуры.
В частности, замена сердечника проводника распределительных кабелей и кабелей линий электропередач на композитный нагруженный элемент, содержащий волокно и смолу с относительно высоким модулем упругости и относительно низким коэффициентом теплового расширения, способствует повышению пропускной способности по току кабеля с проводником. Кроме того, предпочтительно разработать композитные сердечники, имеющие длительный срок службы, позволяющий обеспечить работу композитного нагруженного элемента по меньшей мере в течение 60 лет и более предпочтительно в течение 70 лет при температурах, связанных с повышенной пропускной способностью по току, составляющих от приблизительно 90 до 230°С, без необходимости увеличения диаметра композитного сердечника или внешнего диаметра проводника. Это, в свою очередь, позволяет обеспечить больше физического пространства для размещения большего количества алюминия и получения механических и физических свойств, позволяющих удовлетворить требования по провисанию, без увеличения веса проводника.
Кроме того, настоящее изобретение позволяет формировать композитный проводник, имеющий меньший размер сердечника. Меньший размер сердечника позволяет получить проводник, в котором можно разместить увеличенный объем алюминия, и при этом АССС-кабель будет иметь ту же прочность и весовые характеристики, что и кабель с проводником без композитного сердечника.
Для обеспечения требуемого увеличения пропускной способности по току, композитный сердечник в соответствии с настоящим изобретением также может содержать комбинацию волокон, имеющих низкий модуль упругости, с волокнами, имеющими высокий модуль упругости, для повышения жесткости сердечника и снижения процента удлинения. Благодаря комбинированию волокон, получают новый набор свойств, включая другие значения модуля упругости, коэффициента теплового расширения, плотности и стоимости. Расчеты степени провисания в зависимости от температуры показывают возможность
- 2 007945 увеличения пропускной способности по току при комбинировании такого улучшенного композитного материала с армирующими волокнами с низким модулем упругости, имеющими физические свойства в том же диапазоне, что и стекловолокно.
Композитные сердечники в соответствии с настоящим изобретением позволяют обеспечить определенные физические характеристики, зависящие от выбора типа армирующих волокон и термореактивных смол, с требуемыми собственными физическими характеристиками. Композитные сердечники, в соответствии с настоящим изобретением, имеют, по существу, низкие значения коэффициента теплового расширения, по существу, высокую прочность на растяжение, способность противостоять, по существу, диапазону высоких рабочих температур, способность противостоять низким температурам окружающей среды, обладают, по существу, хорошими диэлектрическими свойствами и достаточной гибкостью, что обеспечивает возможность намотки кабеля. В частности, композитные сердечники в соответствии с настоящим изобретением имеют предел прочности на разрыв в диапазоне от приблизительно 160 до приблизительно 240 тыс. фунтов на кв.дюйм (1103-1654 МПа), модуль упругости в диапазоне от приблизительно 7 до приблизительно 30 млн фунтов на кв.дюйм (48-206 ГПа), рабочую температуру в диапазоне от приблизительно 90 до приблизительно 230°С и коэффициент теплового расширения в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 6х10-6 м/м/°С. Эти диапазоны значений могут быть получены с использованием одного типа армирующих волокон или комбинации нескольких типов армирующих волокон. Теоретически, хотя такие характеристики могут быть получены с использованием только одного типа волокна, с практической точки зрения, большинство сердечников в пределах объема настоящего изобретения содержат два или больше отдельных типов армирующих волокон. Кроме того, для получения физических характеристик, требуемых для композитного сердечника, составляющего цель настоящего изобретения, комбинируют вариации относительных количеств волокон.
Композитные сердечники в соответствии с настоящим изобретением могут быть сформированы с использованием процесса формования В-фазы, в котором волокна смачивают смолой и непрерывно протягивают через множество зон процесса. Процесс формования В-фазы, в общем, относится к производству элементов композитного сердечника и, в частности, относится к улучшенным устройству и способу изготовления элементов композитного сердечника из волокон, пропитанных смолой. Более конкретно, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения, с помощью многофазного процесса В-фазы формируют элемент композитного сердечника из волокна и смолы с исключительной прочностью, повышенной пропускной способностью по току, уменьшенным электрическим сопротивлением, с меньшим весом, чем предыдущие элементы сердечника. Такой процесс позволяет сформировать элементы композитного сердечника, имеющие соотношение волокон к смоле, обеспечивающее максимальную прочность композитного материала, в частности, прочность на изгиб, прочность на сжатие, прочность на растяжение. В других вариантах выполнения элемент композитного сердечника обернут алюминием с высокой электропроводностью, в результате чего получается АССС-кабель, имеющий высокую прочность и высокие характеристики жесткости.
Краткое описание чертежей
Эти и другие свойства настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на подробное описание настоящего изобретения, которые следует читать совместно с рассмотрением прилагаемых чертежей, на которых на фиг. 1 показана схема процесса формования В-фазы, используемого для изготовления элементов композитного сердечника, армированного волокном, в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 2 схематично показан вкладыш и представлены в достаточной степени разнесенные друг от друга проходы, предназначенные для протяжки через них волокон с получением заданной структуры, для направления волокон через процесс формования В-фазы, в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 3 схематично показана структура вкладыша, причем указанный вид представляет проходы, используемые для придания формы и сжатия пучков армирующих волокон в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 4 схематично представлено сравнение двух различных вкладышей, на которых показано уменьшение размера проходов от одного вкладыша к следующему для придания формы и сжатия волокон в пучки при формовании композитного сердечника в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 5 представлен вид в поперечном сечении тридцати возможных структур поперечного сечения композитного сердечника в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 6 показан многомерный вид в разрезе множества вкладышей, наложенных друг на друга, представляющий уменьшение размера прохода при использовании соответствующих вкладышей;
на фиг. 7 схематично показан вид, представляющий множество фаз множества вкладышей, на котором показано смещение проходов и уменьшение размера проходов в каждом последующем вкладыше, в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 8 показан вид в поперечном сечении одного варианта выполнения композитного сердечника в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 9 показана схема процесса, выполняемого в печи с поперечно циркулирующим потоком воздуха, для поддержания постоянной температуры воздуха, в соответствии с настоящим изобретением;
- 3 007945 на фиг. 10 показан вид в разрезе нагревательного элемента в печи, представленного на фиг. 9, изображающий каждый нагреватель в нагревательном элементе в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 11 схематично показан вид одного варианта выполнения АССС-кабеля с алюминиевым проводником, армированного композитным сердечником, изображающий внутренний улучшенный композитный сердечник и внешний сердечник с низким модулем упругости, окруженные двумя слоями алюминиевого проводника в соответствии с настоящим изобретением.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение будет более полно описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлены предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение может быть выполнено с использованием множества различных форм, и его не следует рассматривать как ограниченное представленными здесь вариантами выполнения; скорее, эти варианты выполнения приведены для полного описания объема настоящего изобретения для специалистов в данной области техники. Одинаковыми номерами обозначены одинаковые элементы. На чертежах не обязательно представлен вид в масштабе, но они выполнены для обеспечения понятной иллюстрации настоящего изобретения.
Настоящее изобретение относится к элементу армированного композитного сердечника, изготовленному из армирующих волокон, уложенных в смолу, позволяющую работать при высокой температуре, предназначенному для использования в АССС-кабелях с алюминиевым проводником, армированных композитным сердечником, для обеспечения распределения электроэнергии, в котором распределение электроэнергии включает использование распределительного кабеля и кабеля линии электропередач. На фиг. 11 представлен типичный вариант выполнения армированного АССС-кабеля 300. На фиг. 11 показан армированный АССС-кабель, содержащий армированный внутренний сердечник 302 из композитного материала, состоящего из углеродных волокон/эпоксидной смолы, и армированный внешний композитный сердечник 304, состоящий из стекловолокна/эпоксидной смолы, окруженных первым слоем алюминиевого проводника 306, в котором множество алюминиевых полос трапецеидальной формы обернуто вокруг композитного сердечника, и имеющий второй слой алюминиевого проводника 308, в котором множество алюминиевых полос трапецеидальной формы обернуты вокруг первого слоя 306 алюминия.
Композитные сердечники в соответствии с настоящим изобретением обладают следующими характеристиками: по меньшей мере один тип армирующих волокон, изменяемое относительное количество армирующих волокон каждого типа, армирующие волокна, по существу, с малым диаметром, армирующие волокна, по существу, с непрерывной длиной, композитные сердечники, имеющие высокую плотность укладки, жгуты армирующих волокон, имеющие относительный промежуток в пределах плотной укладки, объемную фракцию, составляющую по меньшей мере 50%, фракцию веса волокна от приблизительно 60 до приблизительно 75%, регулируемую объемную фракцию, по существу, низкое значение коэффициента теплового расширения, по существу, высокое значение предела прочности на разрыв, способность противостоять, по существу, высокому значению рабочих температур, способность противостоять, по существу, низкой температуре окружающей среды, возможность регулировать свойства смолы композитного сердечника, по существу, хорошие диэлектрические свойства, возможность использования множества конфигураций структуры поперечного сечения, и достаточная гибкость, которая обеспечивает возможность намотки композитного сердечника большой длины.
Композитный сердечник в соответствии с описанным ниже изобретением имеет предел прочности на разрыв в диапазоне от приблизительно 160 до приблизительно 240 тыс. фунтов на кв.дюйм (1103-1654 МПа), модуль упругости в диапазоне от приблизительно 7 до приблизительно 30 млн фунтов на кв.дюйм (48-206 ГПа), рабочую температуру в диапазоне от приблизительно 90 до приблизительно 230°С и коэффициент теплового расширения в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 6х10-6 м/м/°С. Для достижения таких физических характеристик, композитные сердечники в соответствии с настоящим изобретением могут содержать один тип армирующего волокна, обладающего собственными физическими свойствами, позволяющими обеспечить требуемые физические спецификации композитного сердечника. С практической точки зрения большинство кабелей в пределах объема настоящего изобретения содержат по меньшей мере два отдельных типа армирующих волокон.
Благодаря комбинированию двух или больше армирующих волокон в элементе композитного сердечника, обеспечиваются существенные улучшения отношения прочности к весу, по сравнению с материалами, обычно используемыми для кабелей в системах линий электропередач. Волокна могут быть выбраны из группы, состоящей, например, из углеродного волокна как НМ, так и Н8 типа (на основе смолы), волокна типа Кеу1аг, базальтового волокна, стекловолокна, арамидного волокна, борного волокна, жидкокристаллического волокна, полиэтиленового волокна с высокими рабочими характеристиками и углеродного нановолокна. Несколько типов углеродного, борного волокна, волокна типа Кеу1аг и стекловолокно являются коммерчески доступными. Каждый тип волокна имеет подтипы с различными характеристиками, которые могут быть совмещены в различных комбинациях, для получения определенного композитного материала. Следует отметить, что здесь приведены только примеры волокон, которые удовлетворяют требуемым характеристикам, в соответствии с настоящим изобретением, и настоящее изобретение не ограничивается только этими волокнами. Могут использоваться другие волокна, обеспе
- 4 007945 чивающие требуемые физические характеристики настоящего изобретения.
Композитные сердечники в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно содержат жгуты из волокон, имеющие относительно низкую растяжимость или К-число. Жгут из волокон представляет собой раскрученный пучок непрерывных микроволокон, в котором состав жгута волокон обозначается по его выходу или по К-числу. Например, жгут 12К волокна содержит 12000 отдельных микроволокон. В идеале микроволокна смачиваются смолой так, что смола покрывает внешнюю поверхность каждого микроволокна в пучке или в жгуте. На смачивание может влиять размер жгута, т.е. количество микроволокон в пучке, и размер отдельного микроволокна. Более крупные жгуты создают больше трудностей при смачивании отдельных волокон в пучке, из-за большого количества волокон, содержащихся в жгуте, в то время как волокна с меньшим диаметром повышают распределение смолы вокруг каждого волокна в пределах каждого жгута. Смачивание и инфильтрация жгутов из волокна в композитных материалах являются чрезвычайно важными свойствами для обеспечения требуемых рабочих характеристик получаемого в результате композитного материала. Неполное смачивание приводит к образованию дефектов или сухих пятен в волокнах композитного материала, что снижает прочность и срок службы композитного продукта. Жгуты из волокон также могут быть выбраны в соответствии с размером жгута из волокон, который пригоден для обработки в процессе, с обеспечением возможности формования композитного материала, имеющего оптимальные требуемые физические характеристики. Один из процессов, используемых для формирования композитных сердечников в соответствии с настоящим изобретением, называется процессом формования В-фазы. Жгуты из волокон в соответствии с настоящим изобретением для углерода, предпочтительно, выбирают в диапазоне от приблизительно 4К до приблизительно 50К, и жгуты из стекловолокна предпочтительно выбирают в диапазоне выхода от приблизительно 800 до приблизительно 1200.
Размеры отдельных армирующих волокон в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно находятся в диапазоне от приблизительно 8 до приблизительно 15 мкм для стекловолокна и наиболее предпочтительно составляют приблизительно 10 мкм в диаметре, в то время как углеродные волокна предпочтительно выбирают с диаметром в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 10 мкм и наиболее предпочтительно имеют диаметр приблизительно 7 мкм. Для других типов волокон определяют соответствующий диапазон размеров в соответствии с требуемыми физическими характеристиками. Диапазоны выбирают на основе оптимальных характеристик смачивания и приемлемости. Например, волокна диаметром меньше чем приблизительно 5 мкм настолько малы, что их использование приводит к возникновению определенного риска для здоровья обслуживающего персонала, работающего с этими волокнами. С другой стороны, волокна с диаметром, приближающимся к 25 мкм, являются трудными в работе, поскольку они являются более жесткими и более хрупкими.
Композитные сердечники в соответствии с настоящим изобретением содержат жгуты из волокон, которые, по существу, являются непрерывными по длине. На практике жгуты из углеродных волокон в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно имеют длину от приблизительно 1000 до 3000 м в зависимости от размера катушки. Однако длина стекловолокон может составлять до 36 км в зависимости от размера катушки. Наиболее предпочтительно длину волокна выбирают в диапазоне 1000-33000 м. Наиболее предпочтительно выбирают самые длинные волокна, которые можно использовать на обрабатывающем оборудовании, что позволяет использовать меньше сращиваний волокон для формирования непрерывного композитного сердечника, превышающего по длине 6000 футов (1828,8 м). Концы волокон могут быть склеены стык-в-стык, с формованием, по существу, непрерывного волокна, имеющего длину жгута. Использование непрерывных жгутов ориентирует волокна продольно вдоль кабеля.
Композитные сердечники в соответствии с настоящим изобретением содержат волокна, имеющие высокую эффективность укладки по сравнению с другими сердечниками проводника кабеля. В частности, традиционные кабели со стальным проводником обычно содержат несколько круглых стальных проводов. Из-за круглой формы проводов, эти провода невозможно плотно уложить вместе, и при этом достигается эффективность укладки только приблизительно 74%. Единственный способ обеспечения 100% эффективности укладки стального сердечника состоит в использовании сплошного стального стержня вместо нескольких круглых стальных проводов. Такой подход является неприемлемым, поскольку получаемый в результате кабель будет слишком жестким и его нельзя будет изгибать. В настоящем изобретении отдельные волокна ориентированы продольно, при этом каждое волокно покрыто смолой, при отверждении которой формируется гибридный элемент композитного сердечника, имеющий 100% эффективность укладки. Более высокая эффективность укладки обеспечивает возможность получения прочности композитного материала, значение которой выше для заданного объема, чем в других кабелях. Кроме того, высокая эффективность укладки позволяет сформировать композитный сердечник с меньшим диаметром, что увеличивает количество материала алюминиевого проводника, который можно обернуть вокруг сердечника композитного проводника.
Композитные сердечники в соответствии с настоящим изобретением содержат армирующие волокна, которые являются, по существу, термостойкими. Термостойкость обеспечивает возможность для АССС-кабеля передавать повышенную мощность, благодаря способности композитного сердечника противостоять высоким рабочим температурам. Волокна, используемые в настоящем изобретении, имеют
- 5 007945 способность противостоять рабочим температурам в диапазоне от приблизительно 90 до приблизительно 230°С. Наиболее предпочтительно волокна в соответствии с настоящим изобретением обладают способностью противостоять рабочим температурам в диапазоне от приблизительно 170 до 200°С. Кроме того, волокна, используемые в настоящем изобретении, предпочтительно могут противостоять окружающей температуре в диапазоне от приблизительно -40 до приблизительно 90°С. То есть в условиях окружающей среды, когда по кабелю АССС не протекает ток, композитный сердечник позволяет противостоять воздействию низкой температуры до приблизительно -40°С без ухудшения физических характеристик.
Относительное количество армирующих волокон каждого типа изменяется в зависимости от требуемых физических характеристик композитного кабеля. Например, волокна, имеющие более низкий модуль упругости, позволяют получить жесткий композитный сердечник с высокой прочностью. Углеродные волокна имеют модуль упругости предпочтительно в диапазоне от приблизительно 22 до приблизительно 37 млн фунтов на кв.дюйм (151-255 ГПа), в то время как стекловолокно считается армирующим волокном с низким модулем упругости. Два типа волокон могут быть скомбинированы для совмещения преимуществ собственных физических свойств каждого волокна и для получения композитного сердечника с высокой прочностью, высокой жесткостью и дополнительной гибкостью. В одном варианте выполнения композитный сердечник, например, содержит внутренний сердечник из углерода/смолы, имеющий площадь 0,037 кв.дюймов (0,24 см2) и отношение волокна к смоле приблизительно 70/30 по массе, и внешний слой из стекла/эпоксидной смолы, имеющий площадь 0,074 кв.дюймов (0,48 см2) и отношение волокна/смолы приблизительно 75/25 по массе.
В соответствии с настоящим изобретением физические характеристики композитного сердечника можно регулировать путем изменения отношения волокно/смола каждого компонента. В качестве альтернативы, физические характеристики композитного сердечника можно регулировать путем варьирования процента площади каждого компонента в элементе композитного сердечника. Например, при уменьшении общей площади углерода ниже значения 0,037 кв.дюймов (0,24 см2) и увеличении площади стекла выше значения 0,074 кв.дюйма (0,48 см2), получают продукт в виде элемента композитного сердечника, имеющий пониженную жесткость углеродного сердечника при одновременном увеличении гибкости. Кроме того, из-за меньшего диаметра жгута стекловолокна по сравнению с углеродом, получаемый в результате композитный сердечник имеет меньший диаметр, что позволяет увеличить площадь проводящего сечения при том же размере кабеля. В качестве альтернативы, третье волокно, например базальтовое волокно, может быть введено в композитный сердечник. Дополнительное волокно изменяет физические характеристики конечного продукта. Например, при замене некоторого количества углеродных волокон базальтовым волокном получают сердечник, имеющий повышенные диэлектрические свойства и относительно уменьшенную жесткость сердечника.
Композитные сердечники в соответствии с настоящим изобретением содержат армирующие волокна, имеющие относительно высокое значение предела прочности на разрыв. Степень провисания в кабелях воздушных линий передач изменяется как квадрат длины пролета и представляет собой величину, обратно зависящую от предела прочности на разрыв кабеля, поэтому увеличение предела прочности на разрыв эффективно снижает провисание АССС-кабеля. Выбирают углеродные волокна, имеющие предел прочности на разрыв, предпочтительно, в диапазоне от приблизительно 350 до приблизительно 750 тыс.фунтов на кв.дюйм (2412-5169 МПа). Более предпочтительно, в диапазоне от 710 до 750 тыс.фунтов на кв.дюйм (4893-5169 МПа). Стекловолокно выбирают с пределом прочности на разрыв предпочтительно в диапазоне от приблизительно 180 до приблизительно 220 тыс. фунтов на кв.дюйм (1241-1516 МПа). Предел прочности на разрыв композитного материала увеличивается в результате комбинирования стекловолокна, имеющего низкое значение предела прочности на разрыв, с углеродным волокном, имеющим высокий предел прочности на разрыв. Свойства обоих типов волокон комбинируют для формирования нового кабеля, имеющего более предпочтительный набор физических характеристик.
Композитные сердечники в соответствии с настоящим изобретением содержат волокна, продольно уложенные в матрицу из смолы, имеют объемное отношения волокно/смола по меньшей мере 50:50%. Объемная фракция представляет собой площадь волокна, разделенную на общую площадь поперечного сечения, в которой масса волокна будет определять окончательное процентное соотношение по массе. В соответствии с настоящим изобретением предпочтительно объемное отношение волокна композитного материала из волокно/смолы находится в диапазоне от приблизительно 50 до приблизительно 57% по величине. Наиболее предпочтительно объемную фракцию вычисляют так, чтобы получить соотношение волокно/смола, равное 72 мас.% в зависимости от веса волокна.
В соответствии с настоящим изобретением композитный сердечник разработан на основе требуемых физических характеристик армированного АССС-кабеля. Более предпочтительно композитный сердечник содержит внутренний нагруженный элемент сердечника, состоящий из улучшенного композитного материала, окруженный внешним, более гибким слоем. Такой улучшенный композитный материал представляет собой композитный материал, имеющий непрерывные волокна, составляющие более 50% объемного отношения, и механические свойства которого превышают механические свойства стекловолокна. Кроме того, предпочтительно использовать внешний слой из композитного материала с низким модулем упругости, имеющим механические свойства в диапазоне стекловолокна. Волокно с низким
- 6 007945 модулем упругости обладает механическими характеристиками в диапазоне стекловолокна. Механические свойства стекловолокна обеспечивают возможность сращивания волокон, в то время как улучшенный композитный материал является более хрупким и плохо поддается сращиванию.
В качестве волокон, из которых сформирован такой улучшенный композитный материал, предпочтительно, выбирают волокна с пределом прочности на разрыв в диапазоне от приблизительно 350 до приблизительно 750 тыс. фунтов на кв.дюйм (2412-5169 МПа); модуль упругости предпочтительно в диапазоне от приблизительно 22 до приблизительно 37 млн фунтов на кв.дюйм (151-255 ГПа); коэффициент теплового расширения в диапазоне от приблизительно -0,7 до приблизительно 0 м/м/°С; процент расширения при пластической деформации в диапазоне от приблизительно 1,5 до 3%; диэлектрические свойства в диапазоне от приблизительно 0,31 до приблизительно 0,04 Вт/м-К; и плотность в диапазоне от приблизительно 0,065 до приблизительно 0,13 фунтов на куб.дюйм (1,8-3,5 г/см3).
Волокна, формирующие внешний слой с низким модулем упругости, окружающий улучшенный композитный материал, предпочтительно имеют предел прочности на разрыв в диапазоне от приблизительно 180 до 220 тыс. фунтов на кв.дюйм (1241-1516 МПа); коэффициент теплового расширения в диапазоне от приблизительно 5х10-6 до приблизительно 10х10-6 м/м/°С; процент удлинения при пластической деформации в диапазоне от приблизительно 3 до приблизительно 6%; и диэлектрические свойства в диапазоне от приблизительно 0,034 до приблизительно 0,04 Вт/м-К и плотность в диапазоне от приблизительно 0,065 до приблизительно 0,13 фунтов на куб.дюйм (1,8-3,5 г/см3).
Элемент композитного сердечника, имеющий внутренний сердечник, содержащий улучшенный композитный материал, соответствующий предпочтительным диапазонам значений, приведенным выше, окруженный внешним слоем с низким модулем упругости, соответствующий предпочтительным диапазонам значений, приведенным выше, имеет увеличенную пропускную способность по току по сравнению с электропроводными кабелями на приблизительно 0-200%. В частности, композитный сердечник, в соответствии с настоящим изобретением, имеет следующие предпочтительные физические характеристики. Предел прочности на разрыв в диапазоне от приблизительно 160 до приблизительно 240 тыс. фунтов на кв.дюйм (1103-1654 МПа). Более предпочтительно имеет предел прочности на разрыв приблизительно 185 тыс. фунтов на кв.дюйм (1275 МПа). Модуль упругости предпочтительно в диапазоне от приблизительно 7 до приблизительно 30 млн фунтов на кв.дюйм (48-206 ГПа). Более предпочтительно имеющий модуль упругости, равный приблизительно 14 млн фунтов на кв.дюйм (96 ГПа). Рабочую температуру в диапазоне от приблизительно 90 до приблизительно 230°С. Более предпочтительно композитный сердечник может противостоять рабочим температурам по меньшей мере приблизительно 190°С. Коэффициент теплового расширения в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 6х10-6 м/м/°С. Более предпочтительно коэффициент теплового расширения сердечника составляет приблизительно 2,5х10-6 м/м/°С.
Предпочтительно конкретные комбинации армирующих волокон выбирают на основе собственных физических свойств армирующих волокон, для получения продукта композитного сердечника, имеющего определенные физические свойства. В частности, для разработки АССС-кабеля, позволяющего противостоять увеличенной пропускной способности по току, композитный сердечник должен одновременно обладать более высоким модулем упругости и более низким коэффициентом теплового расширения. Волокна предпочтительно являются не электропроводными и имеют высокие диэлектрические свойства. АССС-кабель работает при более высоких рабочих температурах, без соответствующего увеличения провисания. Расчеты значения провисания в зависимости от температуры требуют ввода значения модуля упругости, коэффициента теплового расширения, веса усиливающего элемента композитного материала и веса проводника. Эти физические характеристики, соответственно, учитывают при разработке композитного сердечника.
Хотя предпочтительно формировать композитный сердечник, имеющий внутренний улучшенный композитный материал, окруженный композитным материалом с низким модулем упругости, возможно, также изготовить композитный сердечник, содержащий смешанные волокна с высоким модулем упругости и волокна с низким модулем упругости. В зависимости от отношения растяжение/потеря несущей способности, сердечник этого типа может быть сегментирован для получения возможности соответствующей намотки проводника. Кроме того, разработан композитный сердечник, имеющий волокно с повышенным модулем упругости во внутреннем сердечнике, окруженным волокном, имеющим более низкий модуль упругости из-за пониженной величины растяжения внутреннего сердечника.
Например, углерод выбирают в качестве материала с высоким модулем упругости, значение которого находится в диапазоне от приблизительно 22 до приблизительно 37 млн фунтов на кв.дюйм (151-255 ГПа), низким коэффициентом теплового расширения в диапазоне от приблизительно -0,7 до приблизительно 0 м/м/°С и процентом удлинения в диапазоне от приблизительно 1,5 до приблизительно 3%. Стекловолокно выбирают в качестве материала с низким модулем упругости и низким коэффициентом теплового расширения в диапазоне от приблизительно 5х10-6 до приблизительно 10х10-6 м/м/°С и процентом удлинения в диапазоне от приблизительно 3 до приблизительно 6%. Способность к растяжению композитного материала связана с собственными физическими свойствами компонентов и отношением объемов ком
- 7 007945 понентов. После выбора композитного материала волокно/смола определяют отношение растяжения к потере несущей способности каждого композитного материала волокно/смола. В соответствии с настоящим изобретением характеристики смолы можно регулировать для получения определенных свойств для обработки и для получения требуемых физических характеристик конечного продукта. Определяют также отношение степени удлинения к потере несущей способности материала из волокна/смолы с отрегулированными характеристиками. Например, материал углерод/эпоксидная смола имеет отношение растяжения к потере несущей способности 2,1%, тогда как материал стекловолокно/эпоксидная смола имеет отношение растяжимости к потере несущей способности 1,7%. В соответствии с этим разрабатывают композитный сердечник, имеющий жесткий внутренний сердечник из углерода/эпоксидной смолы и более гибкий внешний сердечник из стекловолокна/эпоксидной смолы для создания композитного сердечника с требуемой гибкостью и низким коэффициентом теплового расширения.
В качестве альтернативы, другой улучшенный композитный материал, имеющий механические свойства, превышающие свойства стекловолокна, можно использовать вместо по меньшей мере части углеродных волокон, и другое волокно, имеющее механические свойства в диапазоне стекловолокна, можно использовать вместо стекловолокна. Например, базальт имеет следующие свойства: обладает высоким пределом прочности на разрыв в диапазоне от приблизительно 701,98 тыс. фунтов на кв.дюйм (4838,01 МПа) (по сравнению с диапазоном от приблизительно 180 до приблизительно 500 тыс. фунтов на кв.дюйм (1241-3446 МПа) для стекловолокна), высокий модуль упругости в диапазоне приблизительно 12,95 млн фунтов на кв.дюйм (89 ГПа), низкий коэффициент теплового расширения в диапазоне приблизительно 8,0 промилле/°С (по сравнению с приблизительно 5,4 промилле/°С для стекловолокна) и процент удлинения в диапазоне приблизительно 3,15% (по сравнению с диапазоном от приблизительно 3 до приблизительно 6% для стекловолокна). Базальтовое волокно имеет улучшенные значения предела прочности на разрыв, модуля упругости, находящегося между значениями для углеродного и стекловолокна и процента удлинения, близкие к его значению для углеродных волокон. Другое преимущество состоит в том, что базальт имеет исключительные диэлектрические свойства по сравнению с углеродом. Предпочтительно композитный сердечник содержит внутренний нагруженный элемент, который является неэлектропроводным. Благодаря разработке улучшенного композитного сердечника, волокна которого обладающие собственными физическими характеристиками, окружены внешним сердечником из волокон с низким значением модуля упругости, получают новый набор свойств композитного сердечника.
Зависимость степени провисания от температуры определяют путем учета модуля упругости, коэффициента теплового расширения, веса усилительного элемента композитного материала и веса проводника. Более высокое значение модуля упругости и более низкие значения коэффициента теплового расширения, получаемого в результате композитного сердечника, позволяют получить АССС-кабель, способный противостоять увеличению пропускной способности току и рабочим температурам от приблизительно 90 до приблизительно 230°С.
Композитный сердечник в соответствии с настоящим изобретением содержит термореактивные смолы, имеющие регулируемые физические свойства для достижения целей настоящего изобретения. В зависимости от предполагаемого применения кабеля, соответствующие термореактивные смолы выбирают как функцию требуемых свойств кабеля, что позволяет обеспечить длительный срок службы композитного сердечника в условиях работы при повышенной температуре. Соответствующие термореактивные смолы также могут быть выбраны с учетом требования процесса формирования композитного сердечника для обеспечения минимального трения во время обработки, повышения скорости обработки и обеспечения предпочтительного значения вязкости, для получения соответствующего соотношения волокно/смола в конечном композитном сердечнике.
Композитный сердечник в соответствии с настоящим изобретением содержит смолы, обладающие хорошими механическими свойствами и химической стойкостью при длительной эксплуатации в течение по меньшей мере приблизительно 60 лет. Более предпочтительно композитный сердечник в соответствии с настоящим изобретением содержит смолы, обладающие хорошими механическими свойствами и химической стойкостью при длительной эксплуатации в течение по меньшей мере приблизительно 70 лет. Кроме того, композитный сердечник в соответствии с настоящим изобретением содержит смолы, которые предпочтительно работают в пределах диапазона температур от приблизительно 90 до приблизительно 230°С. Более предпочтительно смола работает в пределах диапазона температур от приблизительно 170 до приблизительно 200°С.
Композитный сердечник в соответствии с настоящим изобретением содержит смолу, которая является достаточно стойкой, так, что она противостоит операциям сращивания, не позволяя растрескиваться массе композитного материала. Существенный элемент настоящего изобретения состоит в обеспечении возможности сращивания элемента композитного сердечника в конечном продукте кабеля. Композитный сердечник, в соответствии с настоящим изобретением, содержит смолу, обладающую суммарной прочностью к растрескиванию, предпочтительно в пределах диапазона от приблизительно 0,87 до приблизительно 1,24 ΙΝδ-фунтов/дюйм.
Композитный сердечник в соответствии с настоящим изобретением содержит смолу, имеющую низкий коэффициент теплового расширения. Низкий коэффициент теплового расширения снижает вели
- 8 007945 чину провисания получаемого в результате кабеля. Смола в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно работает в диапазоне значений коэффициента теплового расширения от приблизительно 15х10-6 до приблизительно 42х10-6 м/м/°С. Композитный сердечник в соответствии с настоящим изобретением содержит смолу, имеющую коэффициент удлинения больше приблизительно 4,5%.
Композитный сердечник в соответствии с настоящим изобретением содержит волокна, уложенные в высокотемпературную смолу, имеющую объемную фракцию по меньшей мере 50%. Величина отношения волокон к смоле влияет на физические свойства элемента композитного сердечника. В частности, прочность, электропроводность и коэффициент теплового расширения представляют собой функции от объема волокна композитного сердечника. В общем, чем выше объемная фракция волокна в композитном материале, тем выше предел прочности на разрыв получаемого композитного материала. Объемная фракция волокна по отношению к смоле в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 50 до 57%, что предпочтительно соответствует диапазону от приблизительно 62 до приблизительно 75 мас.%. Более предпочтительно отношение волокно/смола в соответствии с настоящим изобретением составляет от приблизительно 65 до приблизительно 72 мас.%. Более предпочтительно объемная фракция волокна в настоящем изобретении равна или превышает значение приблизительно 72 мас.%.
Для каждого типа волокон в композитном сердечнике можно использовать различное отношение волокно/смола по массе по сравнению с другими волокнами. Это выполняется путем выбора соответствующего количества волокон каждого типа и соответствующего типа смолы для получения требуемого отношения. Например, элемент композитного сердечника, в котором внутренний сердечник из углерода/эпоксидной смолы окружен внешним слоем из стекла/эпоксидной смолы, может быть составлен из 126 шпулек стекловолокна и эпоксидной смолы, имеющей вязкость от приблизительно 2000 до приблизительно 6000 сП при температуре 50°С, что обеспечивает заданное значение отношения волокно/смола, составляющее приблизительно 75/25 по массе. Предпочтительно характеристики смолы могут быть отрегулированы для получения вязкости, требуемой для процесса. Композитный материал также может быть составлен из 16 шпулек углеродного волокна и эпоксидной смолы, имеющей вязкость от приблизительно 2000 до приблизительно 6000 сП при температуре 50°С, что обеспечивает заданное соотношение волокно/смола, составляющее приблизительно 70/30 по массе. Изменение количества шпулек волокна изменяет весовое соотношение волокно/смола, в результате чего изменяются физические характеристики продукта композитного сердечника.
В качестве альтернативы характеристики смолы могут быть отрегулированы, в результате чего повышается или снижается вязкость смолы для изменения соотношения волокно/смола.
Кабели с композитным материалом, выполненным в соответствии с настоящим изобретением, проявляют определенные физические свойства, и этими определенными физическими свойствами можно управлять путем изменения параметров процесса формования композитного сердечника. Более конкретно процесс формования композитного сердечника можно регулировать для получения требуемых физических характеристик конечного АССС-кабеля.
В соответствии с настоящим изобретением элемент композитного сердечника изготовляют в процессе многофазного формования В-фазы из соответствующих волоконных жгутов, по существу, непрерывной длины и смолы, обрабатываемой при нагреве. На дополнительном этапе элемент композитного сердечника оборачивают алюминием, обладающим высокой электропроводностью.
Ниже описан способ изготовления композитного сердечника для АССС-кабелей в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 1 показан способ формования сердечника проводника с В-фазой в соответствии с настоящим изобретением и обозначен, в общем, номером 10 ссылки. Способ 10 формования с В-фазой используют для получения элементов композитного сердечника с непрерывной длиной из соответствующих волоконных жгутов или ровингов и смолы, обрабатываемой при нагреве. Получаемый в результате элемент композитного сердечника содержит гибридизированный концентрический сердечник, имеющий внутренний и внешний слои из равномерно распределенных, по существу, параллельных волокон.
В начале работы включают блок протяжки и намотки шпулек для начала протяжки. Непропитанные исходные жгуты волокон, проходящие от выходного конца участка охлаждения в зоне 9, используют как направляющие в начале операции вытягивания жгутов 12 со шпулек 11 через направляющие 18 волоконного жгута и систему обработки композитного сердечника.
На фиг. 1 множество шпулек волоконных жгутов 12 установлено в системе 14 каркаса и концы отдельных жгутов 12 волокон, проходящие от шпулек 11, протянуты через направляющую 18 волоконного жгута. Волокна вытягивают тангенциально для предотвращения скручивания волокон. Предпочтительно блок протяжки 34, установленный в конце устройства, протягивает волокна через устройство. Каждый раздаточный каркас 14 содержит устройство, позволяющее регулировать натяжение каждой шпульки 11. Например, каждый каркас 14 может содержать небольшой тормоз, установленный на раздаточном каркасе, предназначенный для индивидуальной регулировки натяжения каждой шпульки. Регулировка натяжения сводит к минимуму пересечение и перекидку волокон в ходе их движения и способствует процессу смачивания. Жгуты 12 волокна протягивают через направляющую 18 в печь 20 предварительного нагрева, с помощью которого удаляют влагу. В печи 20 предварительного нагрева используют непрерывно
- 9 007945 циркулирующий поток воздуха и нагревательный элемент для поддержания постоянной температуры.
Жгуты 12 протягивают в резервуар 22 смачивания. Резервуар 22 смачивания заполнен смолой, предназначенной для пропитки жгутов 12 волокон. Лишнюю смолу удаляют из жгутов 12 волокон на выходе из резервуара 22 смачивания. Жгуты 12 волокон протягивают от резервуара 22 смачивания в печь 24 вторичной системы В-фазы. Печь В-фазы нагревает смолу до температуры, при которой жидкое состояние смолы изменяется в полуотвердевшее состояние. Смола, отвердевшая на этапе В-фазы, имеет липкую фазу, которая позволяет изгибать, изменять, сжимать и конфигурировать жгут 12 волокон. Степенью липкости управляют путем подбора типа смолы, типа волокон, количества нитей и размера волокон, а также температуры печи. Жгуты 12 волокон удерживают отдельно друг от друга с помощью направляющей 18 и протягивают во вторую печь 26 В-фазы, которая содержит множество последовательно установленных вкладышей, предназначенных для сжатия и конфигурирования жгутов 12. Во второй печи 26 В-фазы жгут 12 волокон направляют через множество проходов, сформированных во вкладышах. Последовательные проходы непрерывно сжимают и конфигурируют жгуты 12 волокон для получения конечного однородного элемента композитного сердечника.
Предпочтительно элемент композитного сердечника протягивают из второй печи 26 В-фазы в следующую систему 28 обработки в печи, в которой элемент композитного сердечника отвердевает, и протягивают в следующую систему 30 охлаждения для охлаждения. После охлаждения композитный сердечник протягивают в следующую систему 32 обработки в печи для окончательного отверждения при повышенной температуре. Процесс окончательного отверждения способствует повышению степени образования поперечных связей в матрице смолы, в результате чего улучшаются физические характеристики композитного элемента. Процесс, в общем, допускает интервал между этапами нагрева и охлаждения и местом установки устройства 36 протяжки для естественного охлаждения продукта или охлаждения способом конвекции так, что устройство 34, используемое для протяжки и захвата продукта, не будет повреждать продукт. Блок протяжки протягивает продукт через процесс с точно управляемой скоростью.
Рассмотрим теперь более подробно фиг. 1, в предпочтительном варианте выполнения, в котором при выполнении способа постоянно протягивают волокна с левой стороны в правую сторону системы через последовательность фаз, называемых здесь зонами. В каждой зоне выполняют различную функцию обработки. В этом конкретном варианте выполнения процесс содержит 9 зон. Процесс начинается от последовательности раздаточных каркасов 14 волокна, из которых блок 34 протяжки с гусеничной лентой постоянно протягивает волокна 12 через каждую зону. Одно из преимуществ системы блока протяжки с гусеничной лентой состоит в том, что она работает как система непрерывной протяжки с приводом от электродвигателя, в отличие от традиционной системы с возвратно-поступательным движением. В системе с блоком с гусеничной лентой используется система из двух ремней, проходящих сверху и снизу продукта, между которым зажат продукт. В соответствии с этим система с гусеничной лентой представляет собой упрощенную систему равномерной протяжки, работающую с точно управляемой скоростью, в которой используется только одно устройство вместо множества взаимодействующих частей, работающих для привода в движение продукта через процесс. В качестве альтернативы, для протяжки волокон через процесс можно использовать систему, совершающую возвратно-поступательные движения.
Процесс начинается в зоне 1. Зона 1 содержит определенный тип системы подачи волокон. Используемое волокно представляют собой, например, стекловолокно, углеродное волокно как сорта НМ, так и сорта Н8 (на основе смолы), базальтовое волокно, арамидное волокно, жидкокристаллическое волокно, волокно из материала Кеу1аг, борное волокно, полиэтиленовое волокно с высокими рабочими характеристиками и СИБ-волокно (углеродное нановолокно). В одном варианте выполнения система раздачи волокон содержит два каркаса 13, причем каждый каркас содержит множество шпулек 11, содержащих жгуты 12 волокон. Кроме того, катушки 11 являются взаимозаменяемыми, что позволяет использовать различные типы жгутов 12 волокон, в зависимости от требуемых свойств элемента композитного сердечника.
Например, предпочтительный элемент композитного сердечника, сформированный с использованием процесса формирования В-фазы, содержит внутренний сердечник из углерода/смолы, окруженный внешним слоем сердечника из стекла/смолы. Предпочтительно используют углерод с высокой прочностью и высоким качеством. Матрица из смолы также предохраняет волокна от повреждения поверхности и предотвращает растрескивание в массе волокон, что улучшает стойкость к образованию трещин. Процесс 10 формирования с В-фазой сердечника проводника создает систему для протяжки волокон, предназначенную для достижения оптимальной степени связи между волокнами, для получения композитного элемента с оптимальными свойствами композитного материала.
Как указано выше, компоненты композитного сердечника выбирают на основе требуемых характеристик композитного сердечника. Преимущество процесса состоит в возможности регулировать компоненты композитного материала для получения требуемых целевых характеристик композитного сердечника в конечном АССС-кабеле, а именно, для получения кабеля, который позволяет подавать ток без излишнего теплового расширения, в результате которого образуется провисание, и без снижения предела прочности на разрыв. Предпочтительно комбинировать типы волокон для получения комбинированных физических характеристик каждого из них. Рабочие характеристики могут быть улучшены, благодаря формированию сердечника с увеличенной прочностью и жесткостью, соединенного с более гибким
- 10 007945 внешним слоем. Процесс повышает оптимальные характеристики композитного материала, благодаря предотвращению скручивания ровингов, в результате чего обеспечивается более однородное смачивание и характеристики прочности.
Например, в предпочтительном варианте выполнения элемента композитного сердечника, композитный сердечник содержит стекло и углерод. При использовании процесса формирования с В-фазой на каркасах 13 установлено 126 шпулек 11 со стекловолокном и 16 шпулек 11с углеродным волокном. Жгуты 12 волокон, проходящие от шпулек 11, протягивают через направляющую 18 жгутов волокон, в которой проходы жгутов волокон расположены так, что они образуют определенную конфигурацию для формирования композитного элемента сердечника, имеющего однородный углеродный сердечник и внешний слой из стекла. Слой углерода отличается высокой прочностью и жесткостью и представляет собой слабый проводник электричества, в то время как внешний слой из стекла с низким модулем упругости является более гибким и неэлектропроводным. Благодаря внешнему стеклянному слою обеспечивается внешний изолирующий слой между углеродом и алюминием с высокой степенью электропроводности, который обмотан вокруг конечного продукта в виде композитного проводника.
Система раздачи волокон подает волокна тангенциально из укладки волокна способом вытягивания. Тангенциальное вытягивание со шпулек предотвращает скручивание волокон. Способ вытягивания из центра приводит к скручиванию волокон, подаваемых со шпульки. Как таковой, способ вытягивания из центра приводит к увеличенному количеству скрученных волокон. Скрученные волокна могут случайно установиться поверх других скрученных волокон, в результате чего будет получен композитный материал с множеством пятен сухих волокон. Предпочтительно использовать тангенциальное вытягивание для исключения сухих пятен и оптимизации способности смачивания волокон.
Жгуты 12 волокон протягивают через направляющую систему 18. Предпочтительно направляющая 18 содержит полиэтиленовые и стальные вкладыши, содержащие множество проходов, расположенных с заданной структурой, направляющих волокна, для предотвращения пересечения волокон. Как показано на фиг. 2, направляющая содержит вкладыш с проходами, расположенными на достаточном расстоянии друг от друга, предназначенными для установки в них волокон в виде заданной структуры. Проходы расположены в пределах внутреннего квадратного участка 40. Проходы расположены в виде рядов с переменным количеством, в которых углеродные волокна с большим диаметром проходят через два центральных ряда проходов 42, и стекловолокна, имеющие меньший диаметр, проходят через два внешних ряда 44 с обеих сторон от проходов 42 для углеродных волокон. Устройство натяжения, предпочтительно установленное на каждой шпульке, регулирует натяжение подаваемых волокон и обеспечивает прямую протяжку волокон через направляющую 18.
По меньшей мере два волокна протягивают через каждый проход в направляющей 18. Например, направляющая 18 содержит 26 проходов, через которые протягивают 52 волокна, в которой каждый проход содержит два волокна. Если волокно одной пары разрывается, система датчиков подает сигнал о разрыве волокна в процесс 10 формования композитного сердечника с В-фазой и останавливает блок 34 протяжки. В качестве альтернативы в одном варианте выполнения при разрыве волокна в процесс поступает сигнал тревоги, и ремонт может быть выполнен на ходу, без остановки процесса, в зависимости от места, в котором произошел разрыв. Для ремонта новое волокно протягивают через каркас 13 и склеивают с разорванным концом нового волокна. После ремонта волокна машину 10 формования сердечника проводника с В-фазой снова включают в работу.
В предпочтительной форме волокна сгруппированы в виде параллельной компоновки из множества рядов. Например, на фиг. 2 показано шесть параллельных рядов проходов. Каждый из двух внешних рядов содержит по 32 прохода, два расположенных внутри от них ряда содержат по 31 проходу и два центральных ряда содержат по 4 прохода. Волокна протягивают по меньшей мере по два одновременно через каждый проход и протягивают в зону 2.
Зона 2 содержит систему обработки в печи, в которой выполняют предварительный нагрев сухих волокон для удаления влажности. Волокна в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно нагревают в диапазоне от приблизительно 150 до 250°Е (66-121°С) для удаления влаги.
Система обработки в печи содержит участок печи, выполненный с возможностью поддержания поперечно циркулирующего потока воздуха по отношению к потоку материала. На фиг. 9 представлен типичный вариант выполнения системы печи. Печь, в общем, обозначена номером 60. Волокна проходят через печь в направлении с начала до конца потока обработки, при этом воздух проходит в противоположном направлении.
Система обработки в печи содержит корпус 64 системы нагрева, в котором установлен вентилятор 68 с приводом от электродвигателя 70, установленный перед узлом 66 нагревателя, предназначенный для циркуляции воздуха в направлении к концу потока обработки через канал 62 потока воздуха. Корпус системы нагрева содержит вентилятор 68, установленный перед узлом 66 нагревателя. Вентилятор 68 приводит воздух в движение, продувая его через узел 66 нагревателя и через систему печи. Воздух проходит к концу потока обработки в изогнутый коленом канал 72. Изогнутый коленом канал 72 поворачивает поток воздуха на 90° вверх во входной канал 78 и подает его через входное отверстие 76 печи. Про
- 11 007945 ходя через входное отверстие, поток воздуха изменяет направление на 90° и течет к началу потока обработки через печь 60 против направления протяжки волокон. В конце печи 60 поток воздуха изменяет свое направление на 90° вниз и проходит через выходное отверстие 80 печи, через выходной канал 74, через двигатель 70 и обратно в корпус 64 системы нагрева. Двигатель 70 содержит электродвигатель, установленный снаружи от системы нагрева, для предотвращения его перегрева. Двигатель 70 содержит шкив с зубчатым ремнем привода, который приводит в движение вентилятор 68 с лопастями. Предпочтительно управление системой выполняют с помощью компьютера, который обеспечивает непрерывную циркуляцию воздуха при требуемой температуре. Более предпочтительно способ позволяет изменять температуру в любое время в соответствии с требованиями процесса.
Например, когда компьютер определяет, что температура находится ниже требуемого значения, и он включает элемент нагрева или отключает элемент нагрева при слишком высокой температуре. Вентилятор продувает воздух через элемент нагрева, установленный после него. Система заставляет воздух перемещаться по замкнутой петле непрерывно через печь и поддерживает постоянную температуру.
На фиг. 10 более подробно показан вид предпочтительного варианта выполнения элемента 66 нагрева. В одном варианте выполнения блок нагревателя содержит девять горизонтальных стальных электрических нагревателей 82. Каждый блок нагревателя выполнен отдельно и раздельно от другого нагревателя.
Блоки нагревателя разделены зазорами. Предпочтительно после определения разности температур компьютер включает некоторое количество нагревателей для обеспечения достаточного нагрева. Если требуется для системы, компьютер включает один из девяти нагревателей. В качестве альтернативы, в зависимости от требований процесса, компьютер включает каждый следующий нагреватель в узле нагревателя. В другом варианте выполнения компьютер активирует все нагреватели в блоке нагревателя.
В альтернативном варианте выполнения компьютер активирует часть нагревателей из блока нагревателя или отключает все нагреватели.
В альтернативном варианте выполнения электромагнитные поля пропускают через обрабатываемый материал для нагрева волокон и отвода влаги. В другом варианте выполнения волокна нагревают импульсным высокочастотным излучением для удаления влаги. Еще в одном варианте выполнения используют обработку электронным лучом, при которой электроны используют в качестве ионизирующего излучения, с помощью которого удаляют избыточную влагу.
В другом варианте выполнения блок протяжки протягивает волокна из зоны 2 в зону 3 системы пропитки волокон. Зона 3 содержит резервуар 22 смачивания. В предпочтительном варианте выполнения резервуар 22 смачивания содержит устройство, которое позволяет изменять направление движения волокон при смачивании. Предпочтительно это устройство расположено в центре резервуара и перемещает волокна вертикально вверх и вниз перпендикулярно направлению протяжки, в результате чего конфигурация волокон изменяется из круглой в плоскую. Плоская конфигурация позволяет укладывать волокна рядом друг с другом, что обеспечивает более полное смачивание волокон смолой.
Различные альтернативные технологии, хорошо известные в данной области техники, можно использовать для нанесения на волокна смолы или пропитки волокон смолой. Такие технологии включают, например, распыление, погружение, обратное покрытие, нанесение кистью и подачу смолы в виде струи. В альтернативном варианте выполнения используют вибрацию с ультразвуковым активированием для улучшения способности смачивания волокон.
В общем, любые известные составы термореактивных полимерных смол, отвердевающих под воздействием тепла, можно использовать с настоящим изобретением. В качестве смолы можно использовать, например, РЕАК (полиэфирамидную смолу), бисмалеимид, полиимид, ЬСР (жидкокристаллический полимер) и высокотемпературную эпоксидную смолу, полученную на основе на технологии жидких кристаллов, или аналогичные материалы смолы. Смолы выбирают с учетом характеристик процесса и физических характеристик, требуемых в композитном сердечнике.
Кроме того, вязкость смолы влияет на скорость формования. Для обеспечения требуемой пропорции волокно/смола для формования элемента композитного сердечника предпочтительно выбирают вязкость в диапазоне от приблизительно 200 до приблизительно 1500 сП при температуре 20°С. Более предпочтительно вязкость находится в диапазоне от приблизительно 200 до приблизительно 600 сП при 20°С. Смолу выбирают так, чтобы она имела хорошие механические свойства и отличную химическую стойкость к длительному воздействию в течение по меньшей мере 60 лет и более предпочтительно по меньшей мере 70 лет работы при температуре приблизительно 230°С. В частности, преимущество настоящего изобретения состоит в возможности использования в способе смол с низкой вязкостью. В соответствии с настоящим изобретением предпочтительно обеспечивают отношение волокно/смола в диапазоне 62-75 мас.%. Более предпочтительно отношение волокно/смола находится в диапазоне 72-75 мас.%, смолы с низкой вязкостью будут в достаточной степени смачивать волокна для элемента композитного сердечника. Предпочтительный полимер обеспечивает стойкость к широкому спектру агрессивных химических реагентов и обладает очень стабильными диэлектрическими и изолирующими свойствами. Кроме того, предпочтительно, чтобы полимер удовлетворял требованиям стандарта Л8ТМЕ595 по выделению газа и испытаниям на воспламенение иЬ94 и позволял обеспечить работу поочередно при температурах в диа
- 12 007945 пазоне от 220 до 280°С, без теплового или механического повреждения нагруженного элемента.
Для получения требуемого отношения волокна к смоле входная сторона резервуара смачивания содержит множество изменяющих направление вытирающих стержней. По мере того как волокна протягивают через резервуар смачивания, волокна перемещают вверх и вниз через набор вытирающих стержней, которые удаляют избыток смолы. В качестве альтернативы система изменения направления содержит систему вытирания, предназначенную для удаления излишней смолы, выносимой из резервуара волокнами. Предпочтительно излишнюю смолу собирают и возвращают обратно в резервуар 22 смачивания.
В качестве альтернативы в резервуаре смачивания используют последовательность сжимающих вкладышей, предназначенных для удаления излишней смолы. В процессе смачивания волокно от каждой шпульки содержит в три раза больше смолы, чем требуется для конечного продукта. Для обеспечения правильной пропорции волокна и смолы вычисляют количество чистого волокна в поперечном сечении элементов композитного сердечника. Обжимной вкладыш рассчитан так, что он удаляет заданное процентное соотношение смолы. Например, когда проход вкладыша в два раза больше, чем площадь поперечного сечения волокна, через такой вкладыш нельзя протянуть более чем 50% смолы, при этом излишняя смола будет удалена. В качестве альтернативы вкладыши могут быть разработаны для обеспечения прохода 100% волокна и 20% смолы. Предпочтительно лоток возврата проходит продольно под резервуаром 22 смачивания для улавливания излишней смолы. Более предпочтительно резервуар смачивания содержит вспомогательный резервуар с возможностью перелива. Смолу, поступающую через перелив, возвращают во вспомогательный резервуар под действием силы тяжести по трубам. В качестве альтернативы смолу, перетекающую переливом из резервуара, улавливают с помощью канала перелива и возвращают в резервуар под действием силы тяжести. В другом альтернативном варианте в процессе используют систему дренажного насоса для возврата смолы обратно из вспомогательного резервуара и в резервуар смачивания. Предпочтительно компьютерная система управляет уровнем смолы в резервуаре. Датчики определяют низкий уровень смолы и включают насос для накачки смолы в резервуар из вспомогательного смесительного резервуара в резервуар обработки. Более предпочтительно в области резервуара смачивания установлен смесительный резервуар. Смолу смешивают в смесительном резервуаре и закачивают в резервуар смачивания смолы.
Блоки протяжки протягивают волокна из зоны 3 в зону 4, зону В-фазы. Зона 4 содержит систему 24 обработки в печи. Предпочтительно система обработки в печи представляет собой печь с компьютерной системой, которая управляет температурой воздуха и поддерживает постоянный поток воздуха, при этом печь представляет собой такую же печь, как и печь в зоне 2.
Блоки протяжки протягивают волокна из зоны 3 в зону 4. В печи циркулирует воздух в направлении с конца в начало потока обработки с помощью вентиляторной системы нагрева. Компьютерная система управляет температурой от температуры нагрева влажных волокон до температуры В-фазы. Предпочтительно температура определяется условиями процесса. Температура В-фазы в соответствии с настоящим изобретением находится в диапазоне от приблизительно 200 до 250°Е (93-121°С). Одно из преимуществ процесса полуотверждения в В-фазе в соответствии с настоящим изобретением состоит в возможности нагрева смолы до состояния полуотверждения в течение короткого времени, составляющего приблизительно 1-1,5 мин в ходе выполнения процесса. Преимущество состоит в том, что этап нагрева не влияет на скорость обработки системы. Процесс В-фазы позволяет дополнительно настраивать отношение волокно/смола путем удаления избытка смолы, захваченной из этапа смачивания. Кроме того, В-фаза позволяет дополнительно обжимать волокна/матрицу смолы и конфигурировать ее в ходе процесса. В соответствии с этим, процесс отличается от предыдущих процессов, в которых используют предварительно пропитанную, наполовину отвердевшую смолу. Нагрев приводит к частичному отверждению волокон до липкого состояния.
Более конкретно, в традиционных вариантах применения обработки композитных материалов смоченные волокна нагревают постепенно до состояния частичного отверждения. Однако процесс нагрева обычно занимает период один час или дольше для получения полуотвердевшего состояния. Кроме того, композит должен быть немедленно завернут и заморожен для поддержания его в полуотвердевшем состоянии и для предотвращения его полного отверждения. В соответствии с этим обработка производится фрагментированно, поскольку необходимо извлекать продукт из производственной линии для конфигурирования продукта.
В соответствии с настоящим изобретением нагрев В-фазы предназначен для высокоэффективного коммерческого использования способа, в котором полуотвердевание выполняют быстро, предпочтительно в течение 1-1,5 мин в ходе непрерывного процесса производственной линии способа. Предпочтительно выбирают такие смолы, которые позволяют проводить быстрое частичное отверждение В-фазы, которое поддерживают постоянным в ходе процесса, что обеспечивает возможность придания формы и конфигурирования, а также дополнительного сжатия продукта.
Блоки протяжки протягивают волокна из зоны 4 В-фазы в зону 5 для формования элемента композитного сердечника. Зона 5 содержит следующую систему 26 обработки в печи, которая содержит множество вкладышей. Вкладыши предназначены для придания формы поперечному сечению жгутов 12 волокон. Предпочтительно вкладыши установлены последовательно и параллельно друг другу. В данном
- 13 007945 варианте выполнения используют набор из семи вкладышей, расположенных поперечно на некотором расстоянии друг от друга в системе 26 обработки в печи. Предпочтительно промежуток между вкладышами регулируют в соответствии с требованиями процесса. Вкладыши могут быть установлены на равном расстоянии или на переменном расстоянии друг от друга.
Последовательность вкладышей в зоне 5 снижает трение до минимума, благодаря использованию относительно тонких вкладышей, толщина которых находится в пределах от приблизительно 3/8 до приблизительно 3/4 дюйма (0,95-1,9 см). Обеспечение минимального трения позволяет получить максимальную скорость процесса.
Зоны 4, 5 и 6 в соответствии с настоящим изобретением продолжаются в диапазоне от приблизительно 30 до 45 футов (9,1-13,7 м). Наиболее предпочтительно зоны 4, 5 и 6 продолжаются вдоль длины по меньшей мере 30 футов (9,1 м). Такое расстояние протяжки и уменьшенное трение, благодаря использованию тонких пластин вкладышей, способствует получению требуемой скорости протяжки в диапазоне от приблизительно 9 до приблизительно 50 футов/мин (2,7-15,2 м/мин). Наиболее предпочтительно скорость протяжки составляет приблизительно 20 футов/мин (6,1 м/мин). Скорость обработки была дополнительно повышена, благодаря высокому значению отношения волокно/смола.
Как показано на фиг. 3, например, вкладыши 90 представляют собой плоскую стальную пластину с множеством проходов, через которые протягивают жгуты 12 волокон. Вкладыш 90 в виде плоской стальной пластины предпочтительно имеет толщину в диапазоне от 3/8 до 1/2 дюйма (0,95-1,27 см), значение которой определяется требованиями процесса. Вкладыши 90 имеют относительно тонкие стенки для снижения трения и количества тепла, которое должно быть добавлено или удалено в процессе нагрева или охлаждения, для достижения изменений температуры, требуемых для выполнения отверждения волоконной матрицы смолы. Толщина вкладыша 90 предпочтительно представляет собой минимальную толщину, требуемую для обеспечения структурной прочности, необходимой для обеспечения стойкости к силам, прикладываемым к вкладышу 90 при прохождении через него материала. В частности, толщина вкладыша 90 предпочтительно представляет собой минимальную необходимую толщину для ограничения деформации стенки вкладыша до уровня допуска, который не будет мешать протяжке материала через систему.
Вкладыши 90 предпочтительно имеют одинаковую конструкцию и размер. Более предпочтительно размеры проходов в каждом вкладыше 90 уменьшаются и их местоположение изменяется в каждом последующем вкладыше 90 в направлении к началу потока обработки. На фиг. 3 представлен предпочтительный вариант выполнения вкладыша 90. Вкладыш 90 содержит два участка 94 крючков и внутренний, предпочтительно квадратный участок 92. На внутреннем квадратном участке 92 расположены проходы, через которые блок протяжки протягивает волокна. Внешние участки 94 крючков формируют систему держателя, с помощью которой вкладыш 90 устанавливают в печи в зоне 5. Внешний участок 94 крючка соединяется с фиксирующими длинными стальными планками, установленными внутри печи, которые предназначены для удержания вкладышей 90.
Зона 5 содержит последовательность из восьми последовательно установленных вкладышей. Вкладыши выполняют две функции: (1) направляют волокна в конфигурацию конечного продукта и (2) придают волокнам форму и сжимают волокна. В одном варианте выполнения вкладыши 90 расположены на некотором расстоянии друг от друга внутри печи и установлены при помощи структуры крючков. Вкладыши 90 функционируют так, что последовательно сжимают волокна и формируют композитный сердечник, содержащий в данном варианте выполнения, углерод и стекло, в ходе обработки при соответствующем натяжении, для обеспечения концентричности и равномерного распределения волокон, без смешивания волокон. Вкладыши 90 могут быть разработаны так, что они будут формировать пучки из множества различных структур. Например, на фиг. 5 представлены варианты поперечных сечений композитного элемента. Каждое поперечное сечение получают в результате применения различных конструкций вкладышей 90.
Проходы в каждом последовательном вкладыше 90 уменьшаются в размере, что дополнительно сжимает пучки волокон. Например, на фиг. 6 показаны вкладыши 90, наложенные друг на друга. Здесь можно видеть несколько изменений в каждом последовательном вкладыше 90. Во-первых, по изображению уложенных друг на друга последовательных вкладышей 90 можно видеть, что размер каждого прохода уменьшается. Во-вторых, вид наложенных друг на друга вкладышей представляет вид центрального отверстия, предназначенного для сжатия элемента сердечника. В-третьих, на чертеже показано движение внешних угловых проходов в направлении к центральному положению.
На фиг. 4 представлены два вкладыша. Первый представленный вкладыш 100 имеет конфигурацию, аналогичную направляющему вкладышу 18. Второй вкладыш 104 представляет собой первый вкладыш в последовательности вкладышей, предназначенных для сжатия и конфигурирования композитного сердечника. Первый вкладыш 100 содержит внутренний квадратный участок 92 с множеством предварительно сформированных проходов 102, через которые протягивают волокна. Проходы 102 разработаны для выравнивания волокон в группы во втором вкладыше 104, который содержит четыре внешние группы 106 волокон и четыре внутренние группы 108 волокон. Внутренний квадратный участок вкладыша 100 содержит шесть рядов проходов 110. Компоновка проходов 110 может быть выполнена в виде любо
- 14 007945 го множества конфигураций, в зависимости от требуемой структуры поперечного сечения элемента композитного сердечника. Верхний и нижний ряды 112 и 114, соответственно, содержат одинаковое количество проходов. Следующие от верхнего и нижнего ряды 116 и 118 соответственно содержат одинаковое количество проходов, и два внутренних ряда 120 и 122 содержат одинаковое количество проходов.
В предпочтительном варианте выполнения верхний и нижний ряды содержат по 32 прохода. Ряды следующего уровня содержат по 31 проходу. Средние ряды содержат по 4 прохода. Блок протяжки протягивает волокна через каждый проход. Как показано, например, на фиг. 4, блок протяжки протягивает 126 стекловолокон через ряды 112, 114, 116 и 118. Кроме того, блок протяжки протягивает 16 углеродных волокон через ряды 120 и 122.
На фиг. 7 показан следующий вкладыш 130, который представляет собой третий, последовательно установленный вкладыш и содержит внутренний квадратный участок 131, содержащий четыре внешних угловых прохода 132а, 132Ь, 132с и 132ά и четыре внутренних прохода 134а, 134Ь, 134с и 134ά. Волокна выходят из второго вкладыша и разделяются на равные части, и их протягивают через третий вкладыш. Каждый проход в третьем вкладыше содержит одну четверть определенного типа волокон, протягиваемых через второй вкладыш. Более конкретно, два внешних ряда, верхний и нижний, второго вкладыша разделяются пополам, при этом правую половину верхних двух рядов волокон протягивают через правый внешний угол третьего вкладыша. Левую половину верхних двух рядов волокон протягивают через верхний левый угол 132а третьего вкладыша 130. Правую половину верхних двух рядов волокон протягивают через верхний правый угол 132Ь третьего вкладыша 130. Правую половину нижних двух рядов волокон протягивают через нижний правый угол 132с третьего вкладыша. Левую половину нижних двух рядов волокон протягивают через нижний левый угол 132ά третьего вкладыша 130. Каждый из двух внутренних рядов вкладыша разделяют пополам, в результате чего верхнюю правую половину верхнего среднего ряда волокон протягивают через внутренний верхний правый угол 134Ь третьего вкладыша 130. Левую половину верхнего среднего ряда волокон протягивают через внутренний верхний левый угол 134а третьего вкладыша 130. Правую половину нижнего среднего ряда волокон протягивают через внутренний нижний правый угол 134с третьего вкладыша 130. Левую половину нижнего среднего ряда волокон протягивают через внутренний нижний левый угол 134ά третьего вкладыша 130. Третий вкладыш 130 образует восемь пучков пропитанных волокон, которые будут последовательно сжиматься через последовательность следующих вкладышей соответственно.
Блок протяжки протягивает волокна через третий вкладыш 130 в четвертый вкладыш 140. Четвертый вкладыш 140 имеет такую же конфигурацию, что и третий вкладыш 130. Четвертый вкладыш 140 содержит квадратный внутренний участок 141, имеющий четыре внешних угловых прохода 142а, 142Ь, 142с и 142ά, и четыре внутренних прохода 144а, 144Ь, 144с и 144ά. Предпочтительно четыре внешних угловых прохода 142а-б и четыре внутренних прохода 144а-б несколько меньше по размеру, чем сконфигурированные аналогично проходы в третьем вкладыше 130. Четвертый вкладыш 140 сжимает волокна, протянутые через третий вкладыш.
Блок протяжки протягивает волокна из четвертого вкладыша 140 в пятый вкладыш 150. Предпочтительно четыре внешних угловых прохода 152а, 152Ь, 152с и 152ά и четыре внутренних прохода 154а, 154Ь, 154с и 1540. несколько меньше по размеру, чем аналогично сконфигурированные проходы в четвертом вкладыше 140. Пятый вкладыш 150 сжимает волокна, протянутые через четвертый вкладыш 140.
Каждый из последующих вкладышей образует пучок волокон со все уменьшающимся диаметром. Предпочтительно каждый вкладыш с меньшим размером удаляет излишнюю смолу, приближая оптимальную и требуемую пропорцию смолы по отношению к волокнам состава.
Блок протяжки протягивает волокна из пятого вкладыша 150 в шестой вкладыш 160. Предпочтительно, четыре внешних угловых прохода 162а, 162Ь, 162с и 162ά и четыре внутренних прохода 164а, 164Ь, 164с и 164ά несколько меньше по размеру, чем аналогично сконфигурированные проходы в пятом вкладыше 150. Шестой вкладыш 160 сжимает волокна, протянутые через пятый вкладыш 150.
Седьмой вкладыш 170 содержит внутренний квадрат 171, имеющий четыре внешних угловых прохода 172а, 172Ь, 172с и 172ά и один внутренний проход 174. Блок протяжки протягивает волокна из четырех внутренних проходов 164 шестого вкладыша 160 через один внутренний проход 174 седьмого вкладыша 170. Процесс сжимает продукт до конечного однородного концентрического сердечника. Предпочтительно волокна протягивают через внешние четыре угла 172а, 172Ь, 172с, 172ά вкладыша семь 170, одновременно с обжимом внутренних четырех проходов 164 из шестого вкладыша 160.
Блок протяжки протягивает волокна через седьмой вкладыш 170 в восьмой вкладыш 180. Блок протяжки протягивает внутренний сжатый сердечник 184, при этом внешние четыре угла 182а, 182Ь, 182с, 182ά перемещаются внутрь, ближе к сердечнику 184. Предпочтительно расстояние внешних волокон между внутренним сердечником и внешними его углами уменьшается на половину.
Блок протяжки протягивает волокна через восьмой вкладыш 180 в девятый вкладыш 190. Девятый вкладыш 190 представляет собой последний вкладыш, участвующий в формовании композитного сердечника. Блок протяжки протягивает четыре внешних пучка волокон и сжатый сердечник через проход 192 в центре девятого вкладыша 190.
Предпочтительно девятый вкладыш 190 обжимает внешние части и внутренние части, создавая
- 15 007945 внутреннюю часть из углерода и внешнюю часть из стекловолокна. На фиг. 8, например, представлен вид в поперечном сечении композитного кабеля. Этот пример иллюстрирует элемент 200 композитного сердечника, имеющий внутреннюю композитную часть 202, армированную углеродным волокном, окруженную внешней композитной частью 204, армированную стекловолокном.
В зоне 5 поддерживают постоянную температуру. Температуру определяют по характеристикам процесса и выбирают на достаточной высоком уровне для поддержания смолы в полуотвердевшем состоянии. В конце зоны 5 продукт имеет конечный уровень сжатия и конечный диаметр.
Блок протяжки протягивает волокна из зоны 5 в зону 6 этапа отверждения, предпочтительно, содержащую печь с постоянной нагревом и потоком воздуха, такую, как в зонах 5, 4 и 2. В печи используется такой же постоянный нагревающий и поперечно циркулирующий поток воздуха, что и в зоне 5, зоне 4 и зоне 2. Степень нагрева для отверждения определяют по условиям процесса. Степень нагрева для отверждения поддерживается постоянной в процессе отверждения. В настоящем изобретении предпочтительную температуру для отверждения выбирают в диапазоне от приблизительно 350°Е (176,67°С) до приблизительно 400°Е (204,44°С). Процесс отверждения, предпочтительно, происходит на участке длиной от приблизительно 8 до приблизительно 15 футов (2,4-4,6 м). Более предпочтительно, процесс отверждения проходит на участке длиной приблизительно 10 футов (3,05 м). В результате воздействия высокой температуры в зоне 6 происходит конечное отверждение, в результате которого формируется твердая смола.
Зона 6 может включать десятый вкладыш, который обеспечивает сохранение формы конечного элемента композитного волоконного сердечника. Кроме того, другой вкладыш выполняет обжим сердечника во время отверждения.
Во время следующих этапов продукт в виде элемента композитного сердечника протягивают через последовательность фаз нагрева и охлаждения. Последний нагрев для отверждения улучшает образование поперечных связей внутри матрицы смолы, улучшая физические характеристики продукта. Блок протяжки протягивает волокна в зону 7, которая представляет собой устройство охлаждения. Предпочтительно здесь используют такую же механическую конфигурацию печи, как и в зонах 2, 4, 5 и 6. Более конкретно, устройство содержит замкнутую систему циркуляции воздуха, в которой используется устройство охлаждения и вентилятор. Предпочтительно, устройство охлаждения содержит множество витков. В качестве альтернативы, витки могут иметь конструкцию горизонтально установленных последовательных элементов охлаждения. В другом альтернативном варианте устройство охлаждения содержит охлаждающие спирали. Вентилятор установлен перед устройством охлаждения и постоянно продувает воздух в камеру охлаждения в направлении в начало потока обработки. Воздух циркулирует через устройство в замкнутом направлении циркуляции, с поддержанием постоянной температуры воздуха. Предпочтительно температура охлаждения находится в пределах диапазона от приблизительно 40 до приблизительно 180°Е (4,4-82,22°С).
Блок протяжки протягивает композитный элемент через зону 7 в зону 8, которая представляет собой фазу последующего отверждения. Элемент композитного сердечника нагревают до температуры последующего отверждения для улучшения механических свойств продукта в виде элемента композитного сердечника.
Блоки протяжки протягивают элемент композитного сердечника через зону 8 в зону 9, которая представляет собой фазу охлаждения для последующего отверждения. После повторного нагрева композитного сердечника, его охлаждают перед захватом блоком захвата сжатого композитного сердечника. Предпочтительно охлаждение элемента композитного сердечника происходит на расстоянии в диапазоне от приблизительно 8 до приблизительно 15 футов (2,4-4,6 м) конвекции воздуха перед поступлением в блок протяжки. Наиболее предпочтительно расстояние охлаждения составляет приблизительно 10 футов (3,05 м).
Блок протяжки протягивает элемент композитного сердечника через зону 9, которая представляет собой фазу охлаждения, в зону 10, которая представляет собой систему намотки, в которой волоконный сердечник наматывают на барабан для хранения. Для прочности элемента сердечника критично, чтобы намотка происходила без возникновения чрезмерных напряжений в сердечнике при изгибе. В одном варианте выполнения сердечник не содержит какое-либо скручивание и может изгибаться только в определенной степени. В другом варианте выполнения барабан имеет диаметр 7 футов (2,13 м) и на него можно наматывать до 6800 футов (2072 м) законченного отвердевшего элемента композитного сердечника. Барабан разработан с учетом жесткости элемента композитного сердечника, сформированного на В-фазе, без создания вынужденной конфигурации элемента сердечника, в которой он слишком сильно натянут. В дополнительном варианте выполнения система намотки содержит средство, предотвращающее обратное движение барабана от намотки к размотке. Средство может представлять собой любое устройство, которое предотвращает вращение барабана в обратном направлении, например, систему тормоза.
В другом варианте выполнения способ включает систему контроля качества, содержащую систему инспектирования линии. Процесс контроля качества обеспечивает получение продукта с однородными характеристиками. Система контроля качества может включать ультразвуковое инспектирование элементов композитного сердечника; записывать количество жгутов в конечном продукте; отслеживать качество смолы; отслеживать температуру в печах и в продукте во время различных фаз; измерять пара
- 16 007945 метры формирования; измерять скорость процесса протяжки. Например, каждая партия элементов композитного сердечника имеет соответствующие данные, предназначенные для поддержания оптимальных рабочих характеристик процесса. В качестве альтернативы система контроля качества содержит систему маркировки. Система маркировки выполняет маркировку элементов композитного сердечника с нанесением информации о продукте в конкретной партии. Кроме того, элементы композитного сердечника могут быть разделены на различные классы в соответствии с конкретными параметрами качества, например, класс А, представляющий собой самый высокий сорт, класс В и класс С.
Волокна, используемые для обработки элементов композитного сердечника, могут быть заменены для удовлетворения требованиям спецификаций в отношении конечного продукта элемента композитного сердечника. Например, в способе можно заменять волокна в элементе композитного сердечника, имеющем углеродный сердечник и внешний сердечник из стекловолокна, на высокосортный углерод и стекло марки Е. В способе возможно использовать более дорогостоящее, имеющее лучшие характеристики волокно, вместо менее дорогостоящего волокна в комбинации волокон и в виду требований обеспечения малых размеров сердечника. В одном варианте выполнения комбинация волокон обеспечивает получение внутреннего сердечника с высокой прочностью, с минимальной электропроводностью, который окружен неэлектропроводным внешним изолирующим слоем с низким модулем упругости. В другом варианте выполнения внешний изолирующий слой способствует улучшению гибкости элемента композитного сердечника и позволяет наматывать элемент сердечника, хранить его и транспортировать.
Еще в одном варианте выполнения настоящего изобретения обеспечивается возможность изменения структуры поперечного сечения композитного сердечника для получения различных физических свойств и повышения гибкости элемента композитного сердечника. Как снова показано на фиг. 5, различные формы композитного материала позволяют изменять гибкость элемента композитного сердечника. Изменение структуры сердечника обеспечивает возможность намотки сердечника на барабан меньшего диаметра. Кроме того, изменение структуры композитного сердечника может влиять на жесткость и прочность внутреннего сердечника. В качестве преимущества структура сердечника может быть разработана для достижения оптимальных физических характеристик, требуемых в конечном АССС-кабеле.
В другом варианте выполнения настоящего изобретения диаметр сердечника превышает 0,375 дюймов (0,95 см). Сердечник с диаметром больше чем 0,375 дюймов (0,95 см) нельзя изгибать с получением обмотки на барабане диаметром 7 футов (2,13 м). Потенциально возможное напряжение внешней формы изгиба превышает прочность материала, и такой материал будет растрескиваться. Для диаметра сердечника от 1/2 (1,27 см) до 5/8 дюйма (1,59 см) может потребоваться барабан диаметром 15 футов (4,57 м), что является коммерчески неприемлемым. Для повышения гибкости композитного сердечника, сердечник может быть скручен или сегментирован для получения приемлемого диаметра обмотки. Используют один оборот на 360° ориентации волокон в сердечнике на один виток намотки сердечника. В качестве альтернативы, сердечник может представлять собой комбинацию скрученных и прямых волокон. Степень скрученности может быть определена предельным диаметром барабана. Если диаметр не достаточен, производят скрутку на один оборот барабана. Нагрузки натяжения и сжатия в сердечнике балансируют одним витком.
Нагрузки, возникающие при намотке, уменьшают путем изготовления сегментированного сердечника. На фиг. 5 представлено несколько примеров возможных конфигураций поперечного сечения сегментированных сердечников. Сегментированный сердечник формируют в ходе процесса, путем отверждения секции в виде отдельных деталей, в котором отдельные детали затем группируют вместе. Сегментирование композитного сердечника позволяет обеспечить для продукта композитного элемента, имеющего диаметр сердечника больше чем 0,375 дюймов (0,95 см), требуемый диаметр намотки без возникновения дополнительных нагрузок на продукт элемента.
Различные структуры поперечных сечений элемента композитного сердечника предпочтительно обрабатывают с использованием множества производственных потоков. Система обработки разработана для обеспечения возможности формирования каждого сегмента параллельно. Предпочтительно каждый сегмент формируют путем замены последовательности установленных друг за другом вкладышей на вкладыши, имеющие заданные конфигурации для каждого из проходов. В частности, размер проходов можно изменять так, что он будет вмещать больше или меньше волокон, причем компоновка проходов может изменяться для обеспечения возможности комбинирования волокон в различных конфигурациях в конечном продукте, и дополнительные вкладыши могут быть добавлены к множеству последовательных вкладышей для улучшения формования различных структур поперечного сечения элемента композитного сердечника. В конце системы обработки пять секций в пяти потоках обработки комбинируют для формования сердечника композитного кабеля. В качестве альтернативы, сегменты могут быть скручены для повышения гибкости и для облегчения намотки. Конечный композитный сердечник оборачивают в алюминий, имеющий малый вес и высокую электропроводность, в результате чего получают композитный кабель. Предпочтительно кабель с композитным сердечником содержит внутренний углеродный сердечник, имеющий внешний изолирующий композитный слой из стекловолокна, и два слоя из полос алюминия трапецеидальной формы. В одном варианте выполнения внутренний слой из алюминия содержит множество алюминиевых сегментов трапецеидальной формы, намотанных в направлении против часо
- 17 007945 вой стрелки вокруг элемента композитного сердечника. Каждая трапецеидальная секция разработана для оптимизации количества алюминия и повышения электропроводности. Форма трапецеидальных сегментов позволяет плотно укладывать каждый сегмент вместе и вокруг элемента композитного сердечника.
В другом варианте выполнения внешний слой алюминия содержит множество алюминиевых сегментов трапецеидальной формы, намотанных в направлении по часовой стрелке вокруг элемента композитного сердечника. Противоположное направление намотки предотвращает скручивание конечного кабеля. Для каждого алюминиевого элемента трапецеидальной формы обеспечивается плотная подгонка с алюминиевыми элементами трапецеидальной формы, намотанными вокруг внутреннего слоя алюминия. Плотная подгонка оптимизирует количество алюминия и снижает количество алюминия, требуемого для обеспечения высокой электропроводности.
Пример.
Ниже будет описан конкретный вариант выполнения настоящего изобретения, в котором композитный нагруженный элемент содержит стекло марки Е и углерод с типоразмером 13. Стекло марки Е обеспечивает комбинацию требуемых свойств хорошей химической стабильности и устойчивости к нагреву, и хорошее электрическое сопротивление при высокой прочности. Форма поперечного сечения профиля представлена на фиг. 8, в которой композитный нагруженный элемент содержит концентрический углеродный сердечник, заключенный внутри равномерного слоя стекловолоконного композитного материла. В предпочтительном варианте выполнения в результате выполнения способа получают гибридизированный элемент сердечника, содержащий два различных материала.
Структуры волокон в данном варианте выполнения составляют 126 концов продукта из стекла марки Е, выход 900, Ус1сго1сх Атег и 16 концов углерода Тогауса Τ7ΌΘ8 выход 24 К. Используемая смола представляет собой смолу АгаШе ΜΥ 721 производства компании УапВсо.
При работе концы 126 жгутов волокон стекла марки Е и 16 жгутов волокон углерода протягивают через направляющие жгутов волокон, содержащие два ряда по 32 прохода, два внутренних ряда по 31 прохода и два самых внутренних ряда по 4 прохода, и подают в этап предварительного нагрева с температурой 150°Р (65,56°С) для удаления влаги. После прохода через печь предварительного нагрева, жгуты волокон протягивают через резервуар смачивания. В резервуаре смачивания устройство эффективно перемещает волокна вверх и вниз в вертикальном направлении, что обеспечивает равномерное смачивание жгутов волокон. Перед резервуаром смачивания расположена система вытирания, которая удаляет излишнюю смолу по мере того, как жгуты волокон выходят из резервуара. Излишнюю смолу собирают с помощью лотка перелива смолы и возвращают обратно в резервуар смачивания смолой.
Жгуты волокон протягивают из резервуара смачивания в печь В-фазы, в которой происходит частичное отверждение жгутов волокон, пропитанных смолой до липкого состояния. На этом этапе жгуты волокон могут быть дополнительно сжаты и сконфигурированы с приданием им конечной формы на следующей фазе. Жгуты волокон протягивают в следующую печь, работающую при температуре печи Вфазы для поддержания липкого состояния. Внутри печи последовательно установлены восемь вкладышей, которые функционируют для сжатия и конфигурирования жгутов волокон с получением конечной формы элемента композитного сердечника. Два конца жгута волокон проходят через каждый из 134 проходов в первом вкладыше, которые обработаны до рассчетных размеров, для получения объема волокна, составляющего 72%, и объема смолы, составляющего 28%, в конечном элементе композитного сердечника. Концы жгутов волокон, выходящие из проходов в верхней правой четверти, содержащей половину двух верхних рядов, проходят через проходы 132 следующего вкладыша; концы жгутов волокон, выходящие из проходов в верхней левой четверти, содержащей половину верхних двух рядов, проходят через проход 136 следующего вкладыша; концы жгутов волокон, выходящие из проходов в нижней правой четверти, содержащей половину двух нижних рядов, проходят через проход 140 следующего вкладыша; концы жгутов волокон, выходящие из проходов в нижней левой четверти, содержащей половину нижних двух рядов, проходят через проход 138 следующего вкладыша; правая и левая четверти проходов в среднем верхнем ряду проходят через проходы 142 и 144 из следующего вкладыша и правая и левая четверти проходов в среднем нижнем ряду проходят через проходы 134 и 146 соответственно.
Жгуты волокон протягивают последовательно через внешние и внутренние проходы каждого последующего вкладыша, дополнительно сжимая и конфигурируя пучки волокон. Во вкладыше семь пучки волокон, протягиваемых через внутренние четыре прохода вкладыша шесть, комбинируют для формирования композитного сердечника, в то время как остальные внешние проходы продолжают поддерживать четыре отдельных пучка стекловолокна. Четыре внешних прохода вкладыша семь перемещаются ближе внутрь во вкладыше восемь, приближаясь к внутреннему углеродному сердечнику. Жгуты волокон комбинируют с внутренним углеродным сердечником во вкладыше девять с формированием гибридизированного элемента композитного сердечника, содержащего внутренний углеродный сердечник, имеющий внешний стеклянный слой.
Элемент композитного сердечника протягивают из вкладыша девять в печь окончательного отверждения, работающую при повышенной температуре 380°Р (193,33°С), уровень которой задается требованиями к конкретной смоле. Из печи отверждения элемент композитного сердечника протягивают через печь охлаждения для охлаждения до температуры 150°Р (65,56°С) - 180°Р (82,22°С). После охлаждения
- 18 007945 элемент композитного сердечника протягивают через печь последующего отверждения, работающую при повышенной температуре, предпочтительно для нагрева элемента, по меньшей мере, до температуры В-фазы. После последующего отверждения элемент охлаждают воздухом до температуры приблизительно 180°Е (82,22°С). Элемент охлаждают перед захватом его гусеничным протяжным блоком для подачи на барабан намотки сердечника, на который наматывают 6000 футов (1828 м) сердечника для хранения.
Пример.
Ниже приведен пример армированного АССС-кабеля в соответствии с настоящим изобретением. Армированный АССС-кабель содержит четыре слоя компонентов, состоящих из внутреннего слоя углерода/эпоксидный смолы, следующего слоя стекловолокна/эпоксидной смолы и двух слоев алюминиевых полос, имеющих четырехгранную форму. Усилительный элемент состоит из улучшенного композитного материала марки Т7008 из углерода/эпоксидной смолы диаметром приблизительно 0,2165 дюйма (0,55 см), окруженного внешним слоем К099-688 из стекловолокна/эпоксидной смолы, причем диаметр слоя составляет приблизительно 0,375 дюймов (0,95 см). Слой стекловолокна/эпоксидной смолы окружен внутренним слоем из 9 алюминиевых полос трапецеидальной формы, диаметром приблизительно 0,7415 дюймов (1,88 см) и внешним слоем из 13 алюминиевых полос трапецеидальной формы, диаметром приблизительно 1,1080 дюймов (2,81 см). Общая площадь углерода составляет приблизительно 0,037 кв.дюймов (0,239 см2), стекла - приблизительно 0,074 кв.дюймов (0,48 см2), внутреннего слоя алюминия - приблизительно 0,315 кв.дюймов (2,03 см2) и внешнего слоя алюминия - приблизительно 0,5226 кв.дюймов (3,37 см2). Отношение волокон к смоле внутреннего нагруженного элемента из углерода составляет 70/30 по массе, и отношение волокон к смоле внешнего слоя стекла составляет 75/25 по массе.
Конкретные характеристики сведены в следующей таблице.
Стекло.
Ровинг УеШйех К099-686 (выход 900)
Предел прочности на разрыв, фунтов на квадратный дюйм 298 103 (2054,53 МПа)
Удлинение при разрыве, % 3,0
Модуль упругости, х 10б фунтов на квадратный дюйм 11,2 (77,19 ГПа)
Содержание стекла, % 57,2
Углерод (графит).
Углерод: Тогауса Т7008 (Выход 24 К)
Предел прочности на разрыв, тысяч фунтов на квадратный дюйм 711 (4900,2 МПа)
Модуль упругости, миллионов фунтов на квадратный дюйм 33,4 (230 ГПа)
Деформация 2,1 %
Плотность, фунтов на кубический фут 0,065
Диаметр волокна, дюймов 2,8Е-04 (7,1 мкм)
Система матрицы эпоксидной смолы.
Ага1(Ше ΜΥ 721
Значение эпоксидной смолы, эквивалент/кг 8,6-9,1
Эквивалент эпоксидной смолы, г/эквивалент 109-
Вязкость @ 50С, сантипуаз 3000-6000
Плотность (2) 25С фунтов/галлон 1,1501,18
Отвердитель 99-023
Вязкость @ 25С, сантипуаз 75 - 300
Плотность @ 25С, фунтов/галлон 1,19-1/22
Ускоритель ϋΥ 070
Вязкость @ 25С, сантипуаз <50
Плотность @ 25С, фунтов/галлон 0,95-1,05
Армированный АССС-кабель, имеющий вышеприведенную спецификацию, изготовили в соответствии со следующим описанием. Способ, использованный для формирования композитного кабеля в соответствии с настоящим примером, представлен на фиг. 1. Вначале 126 шпулек жгутов стекловолокна 12 и 8 шпулек углерода установили в систему 14 каркаса и концы отдельных жгутов 12 волокна, продолжающихся от шпулек 11, протянули через направляющую 18 жгутов волокна. Волокна протягивали с тангенциальной вытяжкой для исключения скручивания волокон. Блок протяжки 34 на конце устройства вытягивал волокна через устройство. Каждый раздаточный каркас 14 был оборудован небольшим тормозом, предназначенным для индивидуальной регулировки натяжения каждой шпульки. Жгуты 12 протягивали через направляющую 18 в печь 20 предварительного нагрева, работавшую при температуре 150°Е (65,56°С), для удаления влаги.
Жгуты 12 протягивали в резервуар 22 смачивания. Резервуар 22 смачивания был заполнен составом
- 19 007945
ЛгаИйе ΜΥ 721/Отвердитель 99-023/Ускоритель ΌΥ070, для пропитки жгутов 12 волокон. Избыточную смолу удаляли из жгутов 12 волокон на выходе резервуара 22 смачивания. Жгуты 12 волокон протягивали из резервуара 22 смачивания в печь 24 В-фазы и нагревали до 200°Е (93,33°С). Жгуты 12 волокон, удерживаемые отдельно друг от друга с помощью направляющей 18, протягивали во вторую печь 26 Вфазы, также работавшую при температуре 200°Е (93,33°С), которая содержала множество последовательных вкладышей, предназначенных для сжатия и конфигурирования жгутов 12. Во второй печи 26 Вфазы жгуты 12 волокон направляли через множество проходов, сформированных вкладышами. Последовательные проходы постоянно сжимали и конфигурировали жгуты 12 волокон с получением конечного однородного элемента композитного сердечника.
Первый вкладыш содержал два ряда из 32 прохода, два внутренних ряда по 31 прохода в каждом и два самых внутренних ряда, каждый из которых содержал по 4 прохода. 126 жгутов из стекловолокна протягивали через внешние два ряда, содержавшие 32 и 31 проходов соответственно. Жгуты из углеродного волокна протягивали через два внутренних ряда, каждый из которых содержал по 4 прохода. Следующий вкладыш разделял два ряда пополам и левую часть протягивали через левый верхний и внешний угловой проход во втором вкладыше. Правую часть протягивали через правый верхний и внешний угловой проход второго вкладыша. Два нижних ряда разделяли пополам и правую часть протягивали через нижний правый внешний угол второго вкладыша и левую часть протягивали через нижний левый внешний угол второго вкладыша. Аналогично два внутренних ряда углеродного волокна разделяли пополам и волокна двух правых верхних проходов протягивали через внутренний верхний правый угол второго вкладыша. Волокна левых верхних проходов протягивали через внутренний верхний левый угол второго вкладыша. Волокна правых нижних проходов протягивали через внутренний нижний правый угол второго вкладыша и волокна левых нижних проходов протягивали через внутренний нижний левый угол второго вкладыша.
Пучки волокон протягивали через последовательность из семи вкладышей, последовательно сжимавших и конфигурировавших пучки в один гибридизированный однородный концентрический элемент сердечника.
Элемент композитного сердечника протягивали из второй печи 26 В-фазы в следующую систему 28 обработки в печи, работавшую при температуре от 330°Е (165,56°С) до 370°Е (187,78°С), в которой элемент композитного сердечника отвердевал, после чего его протягивали в следующую систему 30 охлаждения, работавшую при температуре от 30°Е (-1,11°С) до 100°Е (37,78°С), для охлаждения. После охлаждения композитный сердечник протягивали в следующую систему 32 обработки в печи, работавшую при температуре от 330°Е (165,56°С) до 370°Е (187,78°С) для последующего отверждения. Блок протяжки протягивал продукт через область охлаждения воздухом длиной 10 футов (3,05 м) с температурой приблизительно 180°Е (82,22°С).
Девять алюминиевых полос в форме трапеции, каждая из которых имела площадь приблизительно 0,0350 кв.дюйма (0,226 см2) или общую площадь сердечника приблизительно 0,315 кв.дюймов (2,03 см2), оборачивали вокруг композитного сердечника после охлаждения. Затем 13 алюминиевых полос, имеющих трапецеидальную форму, причем каждая из полос имеет площадь приблизительно 0,0402 кв.дюйма (0,29 см2) или общую площадь сердечника приблизительно 0,5226 кв.дюймов (3,37 см2), оборачивали вокруг внутреннего слоя алюминия.
Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается точными деталями его конструкции, работой, точными материалами или представленными и описанными вариантами выполнения, поскольку модификации и эквиваленты будут очевидны для специалистов в данной области техники, без отхода от объема настоящего изобретения.

Claims (40)

1. Композитный сердечник для электрического кабеля, содержащий внутренний сердечник, включающий множество продольно ориентированных и в основном непрерывных волокон с модулем упругости, превышающим модуль упругости стекловолокна, внешний сердечник, включающий множество продольно ориентированных и в основном непрерывных волокон другого типа, имеющих модуль упругости, по существу, равный модулю упругости стекловолокна, и смолу, в которой размещены волокна внутреннего и внешнего сердечников, характеризующийся тем, что указанная смола отверждена, образуя композитный сердечник.
2. Композитный сердечник для электрического кабеля, содержащий два или более типов продольно ориентированных и в основном непрерывных армирующих волокон, уложенных в связующее из термореактивной смолы, характеризующийся тем, что указанный сердечник имеет предел прочности на разрыв, составляющий по меньшей мере приблизительно 160 тыс. фунтов на кв.дюйм (1103 МПа), и модуль упругости в диапазоне от приблизительно 7 млн фунтов на кв.дюйм (48 ГПа) до приблизительно 30 млн фунтов на кв.дюйм (206 ГПа).
3. Композитный сердечник по любому из пп.1 или 2, характеризующийся тем, что он содержит сердечник с внутренним углеродным слоем и внешним слоем из стекловолокна.
- 20 007945
4. Композитный сердечник для электрического кабеля, содержащий внутренний сердечник, включающий множество продольно ориентированных и в основном непрерывных углеродных волокон, внешний сердечник, включающий множество продольно ориентированных и в основном непрерывных стеклянных волокон, и смолу, в которой размещены волокна внутреннего и внешнего сердечников, характеризующийся тем, что указанная смола отверждена, образуя композитный сердечник.
5. Композитный сердечник для электрического кабеля, содержащий внутренний сердечник, включающий углеродные волокна и по меньшей мере часть из одного или более волокон, имеющих модуль упругости, превышающий модуль упругости стекловолокна, внешний сердечник, содержащий стеклянные волокна, и смолу, в которой размещены волокна внутреннего и внешнего сердечников, характеризующийся тем, что указанная смола отверждена, образуя композитный сердечник.
6. Композитный сердечник по п.5, характеризующийся тем, что волокно, имеющее модуль упругости, превышающий модуль упругости стекловолокна, представляет собой базальт.
7. Композитный сердечник по любому из пп.1, 2 или 5, характеризующийся тем, что волокна имеют скрученную ориентацию.
8. Композитный сердечник по любому из пп.1, 2, 4 или 5, характеризующийся тем, что он содержит термореактивную смолу с суммарной прочностью на растрескивание по меньшей мере приблизительно 0,87 ΙΝδ-фунтов/дюйм (0,96 МПа-м1/2).
9. Композитный сердечник по п.1, характеризующийся тем, что по меньшей мере один тип волокон во внутреннем сердечнике имеет модуль упругости в диапазоне приблизительно от 22 млн фунтов на кв.дюйм (151 ГПа) до 37 млн фунтов на кв.дюйм (255 ГПа), и по меньшей мере одним из типов волокон во внешнем сердечнике являются стекловолокна.
10. Композитный сердечник по любому из пп.1, 2, 4 или 5, характеризующийся тем, что объемное соотношение фракций волокно/смола составляет по меньшей мере приблизительно 50%.
11. Композитный сердечник по любому из пп.1, 2, 4 или 5, характеризующийся тем, что весовое соотношение волокна и смолы составляет по меньшей мере приблизительно 62%.
12. Композитный сердечник по любому из пп.1, 4 или 5, характеризующийся тем, что указанные внутренний и внешний сердечники образуют концентрический сердечник.
13. Композитный сердечник по любому из пп.1, 4 или 5, характеризующийся тем, что указанные внешний и внутренний сердечники образуют сегментированный концентрический сердечник.
14. Композитный сердечник для электрического кабеля, содержащий один или более типов продольно ориентированных и в основном непрерывных волокон и матрицу из смолы, в которой размещен один или более типов волокон, причем волокна по меньшей мере одного из типов имеют модуль упругости, превышающий модуль упругости стекловолокна, характеризующийся тем, что смола с размещенными в ней волокнами отверждена, образуя сердечник.
15. Композитный сердечник по п.14, характеризующийся тем, что волокна одного из типов являются углеродными волокнами.
16. Композитный сердечник по п.14, характеризующийся тем, что волокна одного из типов являются углеродными волокнами, а волокна другого - стеклянными.
17. Композитный сердечник по п.14, характеризующийся тем, что он содержит внутреннюю часть из углеродных волокон и внешнюю часть из стекловолокна.
18. Способ передачи электроэнергии, включающий использование кабеля, содержащего композитный сердечник и по меньшей мере один слой алюминиевого проводника, окружающего композитный сердечник, причем композитный сердечник содержит внутренний сердечник, включающий множество продольно ориентированных и в основном непрерывных волокон с модулем упругости, превышающим модуль упругости стекловолокна, внешний сердечник, включающий множество продольно ориентированных и в основном непрерывных волокон другого типа, имеющих модуль упругости, по существу, равный модулю упругости стекловолокна, и смолу, в которой размещены волокна внутреннего и внешнего сердечников, характеризующийся тем, что указанная смола отверждена, образуя композитный сердечник, а электроэнергию передают по композитному кабелю.
19. Способ по п.18, характеризующийся тем, что внутренний сердечник содержит углеродные волокна, а внешний сердечник содержит стеклянные волокна.
20. Способ по п.18, характеризующийся тем, что в композитном сердечнике весовое соотношение волокна и смолы составляет по меньшей мере приблизительно 62%.
21. Способ изготовления композитного сердечника, включающий подготовку заданного количества жгутов волокон, проведение жгутов волокон через процесс смачивания, использование печи В-фазы и множества расположенных на некотором расстоянии друг от друга вкладышей для придания формы и сжатия указанных жгутов волокон и отверждение композитного сердечника.
22. Способ по п.21, характеризующийся тем, что указанное проведение жгутов осуществляют посредством использования пластины с множеством проходов, ориентация которых определяется требуемой конфигурацией поперечного сечения композитного сердечника.
23. Способ по п.21, характеризующийся тем, что количество и типы жгутов волокон определяют для удовлетворения физических характеристик конечного композитного сердечника, включая предел
- 21 007945 прочности на разрыв по меньшей мере 160 тыс. фунтов на кв. дюйм (1103 МПа), модуль упругости в диапазоне по меньшей мере от приблизительно 7 млн фунтов на кв.дюйм (48 ГПа) до приблизительно 30 млн фунтов на кв.дюйм (206 ГПа), рабочую температуру в диапазоне от приблизительно 90 до приблизительно 230°С и коэффициент теплового расширения в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 6х10-6 м/м/°С.
24. Способ по п.21, характеризующийся тем, что проведение жгутов волокон через процесс смачивания осуществляют посредством использования резервуара, заполненного смолой, и предварительного нагрева, выполняемого перед смачиванием, для испарения влаги из жгутов волокон.
25. Способ по п.21, характеризующийся тем, что процесс смачивания осуществляют с использованием резервуара, заполненного смолой, и устройства, облегчающего смачивание волокон.
26. Способ по п.25, характеризующийся тем, что резервуар, заполненный смолой, содержит набор вытирающих элементов, предназначенных для удаления излишков смолы из волокон.
27. Способ по п.21, характеризующийся тем, что этап придания формы и сжатия жгутов волокон дополнительно включает направление жгутов волокон в первую печь с температурой В-фазы, направление жгутов волокон во вторую печь с температурой В-фазы, содержащую последовательность вкладышей, каждый из которых содержит множество проходов, направление жгутов волокон через последовательность вкладышей и проходов и использование вкладышей для формирования композитного сердечника.
28. Способ по п.27, характеризующийся тем, что размер по меньшей мере части проходов уменьшается в последующих вкладышах.
29. Способ по любому из пп.27 или 28, характеризующийся тем, что по меньшей мере в части последующих вкладышей положение проходов изменяется.
30. Способ по п.27, характеризующийся тем, что диапазон температур в первой печи с температурой В-фазы составляет от приблизительно 200°Е (93°С) до приблизительно 250°Е (121°С).
31. Способ по п.27, характеризующийся тем, что диапазон температур во второй печи с температурой В-фазы составляет от приблизительно 200°Е (93°С) до приблизительно 250°Е (121°С).
32. Способ по п.21, характеризующийся тем, что этап отверждения композитного сердечника дополнительно включает направление композитного сердечника из второй печи с температурой В-фазы в печь отверждения, температура в которой находится в диапазоне от приблизительно 330°Е (165°С) до приблизительно 370°Е (188°С), направление композитного сердечника из печи отверждения в зону охлаждения, температура в которой находится в диапазоне от приблизительно 30°Е (-1°С) до приблизительно 100°Е (37°С), направление композитного сердечника из зоны охлаждения в печь последующего отверждения, температура в которой находится в диапазоне от приблизительно 330°Е (165°С) до приблизительно 370°Е (188°С), и направление композитного сердечника из печи последующего отверждения через зону охлаждения, в которой сердечник охлаждают воздухом с температурой в диапазоне от приблизительно 170°Е (76°С) до приблизительно 180°Е (82°С).
33. Способ по п.21, характеризующийся тем, что жгуты волокна композитного сердечника выбирают из группы, состоящей из углерода, материала Кех1ат, базальта, стекла, арамида, борного волокна, жидкокристаллического волокна, полиэтилена с высокими рабочими характеристиками и углеродного нановолокна.
34. Способ по п.21, характеризующийся тем, что скорость изготовления композитного сердечника находится в диапазоне от приблизительно 9 футов/мин (2,7 м/мин) до приблизительно 50 футов/мин (15,2 м/мин).
35. Способ по п.21, характеризующийся тем, что этап придания формы и сжатия жгутов волокон дополнительно содержит формирование одного или больше сегментов, составляющих композитный сердечник.
36. Способ по п.21, характеризующийся тем, что этап направления жгутов волокон дополнительно включает скручивание волокон.
37. Композитный сердечник, характеризующийся тем, что он изготовлен способом по любому из пп.21-36.
38. Электрический кабель, содержащий композитный сердечник, включающий внутренний сердечник, состоящий из множества продольно ориентированных и в основном непрерывных углеродных волокон, внешний сердечник, состоящий из множества продольно ориентированных и в основном непрерывных стеклянных волокон, и смолу, в которой размещены волокна внутреннего и внешнего сердечников, характеризующийся тем, что указанная смола с волокнами отверждена, образуя композитный сердечник, при этом композитный сердечник окружен по меньшей мере одним слоем алюминиевого проводника.
39. Электрический кабель по п.38, характеризующийся тем, что по меньшей мере один слой, состоящий из множества алюминиевых сегментов, обернут вокруг композитного сердечника.
40. Электрический кабель по п.39, характеризующийся тем, что второй слой, состоящий из множества алюминиевых сегментов, обернут вокруг композитного сердечника.
EA200401415A 2002-04-23 2003-04-23 Кабель с алюминиевым проводником, армированный композитным сердечником, и способ его производства EA007945B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US37487902P 2002-04-23 2002-04-23
PCT/US2003/012520 WO2003091008A1 (en) 2002-04-23 2003-04-23 Aluminum conductor composite core reinforced cable and method of manufacture

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200401415A1 EA200401415A1 (ru) 2005-10-27
EA007945B1 true EA007945B1 (ru) 2007-02-27

Family

ID=29270561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200401415A EA007945B1 (ru) 2002-04-23 2003-04-23 Кабель с алюминиевым проводником, армированный композитным сердечником, и способ его производства

Country Status (26)

Country Link
US (4) US7368162B2 (ru)
EP (1) EP1506085B1 (ru)
JP (2) JP4589629B2 (ru)
KR (1) KR101046215B1 (ru)
CN (1) CN100450759C (ru)
AP (1) AP1807A (ru)
AU (1) AU2003221761B2 (ru)
BR (2) BRPI0309535A8 (ru)
CA (2) CA2480271C (ru)
CO (1) CO5611183A2 (ru)
DK (1) DK1506085T3 (ru)
EA (1) EA007945B1 (ru)
EG (1) EG25109A (ru)
ES (1) ES2617051T3 (ru)
HU (1) HUE031998T2 (ru)
IL (1) IL164705A (ru)
MA (1) MA27691A1 (ru)
MX (1) MXPA04010513A (ru)
NO (1) NO20044490L (ru)
NZ (1) NZ535979A (ru)
OA (1) OA12991A (ru)
PL (1) PL208011B1 (ru)
PT (1) PT1506085T (ru)
TN (1) TNSN04187A1 (ru)
WO (1) WO2003091008A1 (ru)
ZA (1) ZA200408274B (ru)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2497215C2 (ru) * 2009-07-16 2013-10-27 3М Инновейтив Пропертиз Компани Рассчитанный на работу под водой композитный кабель и способы его изготовления и использования
RU2548568C2 (ru) * 2010-02-01 2015-04-20 3М Инновейтив Пропертиз Компани Скрученные термопластичные полимерные композитные кабели, способ их изготовления и использования
WO2014200388A3 (ru) * 2013-06-14 2015-06-11 Дмитрий Григорьевич СИЛЬЧЕНКОВ Провод для воздушных линий электропередачи и способ его изготовления
RU2578038C1 (ru) * 2014-11-25 2016-03-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Полимерные Композиты" Композитный сердечник для неизолированных проводов воздушных линий электропередачи
RU2594016C2 (ru) * 2011-04-12 2016-08-10 Саутвайэ Компэни Электрический кабель и способ его изготовления
RU2618674C2 (ru) * 2010-09-17 2017-05-10 3М Инновейтив Пропертиз Компани Армированные волокнами, заполненные наночастицами термоусаживаемые полимерно-композитные провода и кабели и способы

Families Citing this family (130)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU8398001A (en) * 2000-08-14 2002-02-25 Pirelli Cavi E Sistemi Spa Method and apparatus for pre-heating the conductor elements of cables of cables with extruded insulator, in particular conductors with metal tape reinforcement
US7019217B2 (en) * 2002-04-23 2006-03-28 Ctc Cable Corporation Collet-type splice and dead end use with an aluminum conductor composite core reinforced cable
AP1807A (en) * 2002-04-23 2007-12-14 Composite Tech Corporation Aluminium conductor composite core reinforced cable and method of manufacture.
US9093191B2 (en) * 2002-04-23 2015-07-28 CTC Global Corp. Fiber reinforced composite core for an aluminum conductor cable
US7563983B2 (en) * 2002-04-23 2009-07-21 Ctc Cable Corporation Collet-type splice and dead end for use with an aluminum conductor composite core reinforced cable
CA2519393A1 (en) * 2003-04-09 2004-10-21 Nippon Sheet Glass Company, Limited Reinforcing cord for rubber reinforcement and rubber product including the same
CN102139545B (zh) * 2003-10-22 2014-08-27 Ctc电缆公司 铝导体复合材料芯增强电缆及其制备方法
US7438971B2 (en) * 2003-10-22 2008-10-21 Ctc Cable Corporation Aluminum conductor composite core reinforced cable and method of manufacture
US20050133123A1 (en) * 2003-12-01 2005-06-23 Touchstone Research Laboratory, Ltd. Glass fiber metal matrix composites
WO2005072166A2 (en) * 2004-01-16 2005-08-11 Composite Technology Corporation Embedded sensors for aluminum conductor composite core cables
US7131308B2 (en) 2004-02-13 2006-11-07 3M Innovative Properties Company Method for making metal cladded metal matrix composite wire
KR100578764B1 (ko) * 2004-03-23 2006-05-11 김학용 상향식 전기방사장치 및 이를 이용하여 제조된 나노섬유
US20050279527A1 (en) 2004-06-17 2005-12-22 Johnson Douglas E Cable and method of making the same
US7093416B2 (en) 2004-06-17 2006-08-22 3M Innovative Properties Company Cable and method of making the same
USD762757S1 (en) 2004-06-28 2016-08-02 Adc Acquisition Company Shear pin
US7348489B2 (en) * 2004-09-15 2008-03-25 Fci Americas Technology, Inc. Electrical connector for aluminum conductor composite core (ACCC) cable
USD762758S1 (en) 2005-06-23 2016-08-02 Adc Aquisition Company Shear pin
WO2007008872A2 (en) * 2005-07-11 2007-01-18 Gift Technologies, Lp Method for controlling sagging of a power transmission cable
KR20080053924A (ko) * 2005-08-08 2008-06-16 캐보트 코포레이션 나노튜브를 함유하는 중합체 조성물
US7385138B2 (en) * 2005-09-19 2008-06-10 Fci Americas Technology, Inc. Electrical connector with wedges and spring
US7342175B2 (en) * 2005-09-19 2008-03-11 Fci Americas Technology, Inc. Electrical connector
JP2007084700A (ja) * 2005-09-22 2007-04-05 Showa Highpolymer Co Ltd 熱硬化性樹脂組成物
US7353602B2 (en) 2006-03-07 2008-04-08 3M Innovative Properties Company Installation of spliced electrical transmission cables
US20070221325A1 (en) * 2006-03-22 2007-09-27 Andre Cardoso Accelerated B-Stage curing process for thermosetting resins and FBGA assembly process utilizing the accelerated B-Stage curing process
WO2008048266A1 (en) 2006-10-20 2008-04-24 Ticona Llc Polyether ether ketone/ polyphenylene sulfide blend
US8203074B2 (en) 2006-10-25 2012-06-19 Advanced Technology Holdings Ltd. Messenger supported overhead cable for electrical transmission
FR2909481B1 (fr) * 2006-12-01 2009-01-23 Nexans Sa Conducteur de transport electrique pour ligne aerienne
US7435144B2 (en) * 2007-01-22 2008-10-14 Fci Americas Technology, Inc. Electrical splice connector
US8800967B2 (en) 2009-03-23 2014-08-12 Southwire Company, Llc Integrated systems facilitating wire and cable installations
BRPI0806792B1 (pt) * 2007-02-15 2020-11-17 Advanced Technology Holdings Ltd condutor elétrico e núcleo para condutor elétrico
US7575485B2 (en) * 2007-02-16 2009-08-18 Fci Americas Technology, Inc. Knurled inner sleeve for a cable connector
US8246393B2 (en) * 2007-03-12 2012-08-21 Hubbell Incorporated Implosion connector and method for use with transmission line conductors comprising composite cores
US7648373B2 (en) * 2007-04-17 2010-01-19 Southwire Company Electrical metal clad connectors and methods of use
ITMI20071106A1 (it) * 2007-05-31 2008-12-01 Tratos Cavi S P A Corda per linee elettriche
FR2919105B1 (fr) 2007-07-20 2009-10-02 Nexans Sa Cable de controle electrique.
DE102007050402B3 (de) * 2007-10-19 2009-06-04 Geo. Gleistein & Sohn Gmbh Seil mit darin aufgenommenem elektrischen Leiter
US8353717B2 (en) * 2008-01-17 2013-01-15 Hubbell Incorporated Electrical connector with external grooves and ridges
US10003179B2 (en) 2008-01-21 2018-06-19 Southwire Company, Llc Integrated systems facilitating wire and cable installations
US9802785B2 (en) 2008-01-21 2017-10-31 Southwire Company, Llc Systems and methods for facilitating wire and cable installations
HU228364B1 (en) * 2008-04-24 2013-03-28 Pal Szaplonczay Method and instalation for fabrication of heat resistant transmission line having a thermo softening core
WO2009158262A1 (en) 2008-06-27 2009-12-30 Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Llc Pultrusion process for the manufacture of fiber reinforced composites
CN102113062A (zh) * 2008-07-01 2011-06-29 陶氏环球技术公司 纤维-聚合物复合材料
WO2010055652A1 (ja) * 2008-11-11 2010-05-20 東ソー・ファインケム株式会社 固体状ポリメチルアルミノキサン組成物およびその製造方法
US9111658B2 (en) 2009-04-24 2015-08-18 Applied Nanostructured Solutions, Llc CNS-shielded wires
CN102458825A (zh) 2009-04-24 2012-05-16 应用纳米结构方案公司 基于cnt的信号控制材料
BRPI1014711A2 (pt) 2009-04-27 2016-04-12 Applied Nanostrctured Solutions Llc aquecimento de resistência com base em cnt para descongelar estruturas de compósito
CN101707077B (zh) * 2009-08-03 2013-09-04 浙江石金玄武岩纤维有限公司 制造架空输电铝绞线用智能复合芯
CN102024517B (zh) * 2009-09-15 2012-07-25 江苏源盛复合材料技术股份有限公司 一种用于增强电缆的复合材料芯及其制备工艺和增强电缆
GB2474860A (en) * 2009-10-28 2011-05-04 Paradigm B V Reelable support
CN101722658B (zh) * 2009-11-09 2014-04-23 中国电力科学研究院 一种适用于输电线路扩容导线的树脂基复合材料及其制备工艺
US8809681B2 (en) 2009-11-30 2014-08-19 Technip France Power umbilical
CN101758624B (zh) * 2009-12-17 2012-02-15 远东复合技术有限公司 输电导线用高强纤维复合芯成型装置
CN102110491B (zh) * 2009-12-28 2013-01-16 江苏源盛复合材料技术股份有限公司 一种用于增强电缆的复合材料芯及增强电缆
US9167736B2 (en) 2010-01-15 2015-10-20 Applied Nanostructured Solutions, Llc CNT-infused fiber as a self shielding wire for enhanced power transmission line
JP2013521656A (ja) 2010-03-02 2013-06-10 アプライド ナノストラクチャード ソリューションズ リミテッド ライアビリティー カンパニー カーボン・ナノチューブ浸出電極材料を含む螺旋に巻き付けられた電気機器及びその生産方法並びに生産装置
WO2011109485A1 (en) 2010-03-02 2011-09-09 Applied Nanostructured Solutions,Llc Electrical devices containing carbon nanotube-infused fibers and methods for production thereof
CN101807446B (zh) * 2010-04-01 2011-05-04 张国志 一种电缆复合芯及其制造方法
CN101866713A (zh) * 2010-06-11 2010-10-20 哈尔滨工业大学 一种内芯中空或者内芯异质的复合材料电缆芯
US8780526B2 (en) 2010-06-15 2014-07-15 Applied Nanostructured Solutions, Llc Electrical devices containing carbon nanotube-infused fibers and methods for production thereof
CN101908391B (zh) * 2010-07-01 2012-05-23 嘉兴宝盈通复合材料有限公司 用于架空电缆的碳纤维-树脂复合材料芯
CN102344572A (zh) * 2010-07-27 2012-02-08 江苏恒神碳纤维复合材料工程研究中心有限公司 一种纤维加强芯材预浸料法生产装置
CN101950622B (zh) * 2010-07-29 2013-04-10 蓝星(北京)化工机械有限公司 一种碳纤维复合材料电缆芯及其制作方法
JP2014508370A (ja) 2010-09-23 2014-04-03 アプライド ナノストラクチャード ソリューションズ リミテッド ライアビリティー カンパニー 強化送電線のセルフシールドワイヤとしてのｃｎｔ浸出繊維
US20120121120A1 (en) * 2010-11-11 2012-05-17 John Gorzelany Non-entangling electrical cables
US9647436B2 (en) * 2010-11-17 2017-05-09 Prysmian S.P.A. Electric sector cables
US20120170900A1 (en) * 2011-01-05 2012-07-05 Alcan Products Corporation Aluminum Alloy Conductor Composite Reinforced for High Voltage Overhead Power Lines
CA2988760A1 (en) 2011-01-12 2012-07-19 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Composite laminated structures and methods for manufacturing and using the same
CN103547439A (zh) 2011-04-12 2014-01-29 提克纳有限责任公司 用于浸渍纤维粗纱的模具和方法
WO2012142096A1 (en) 2011-04-12 2012-10-18 Ticona Llc Composite core for electrical transmission cables
KR20140015462A (ko) 2011-04-12 2014-02-06 티코나 엘엘씨 연속 섬유 보강된 열가소성 봉 및 그를 제조하기 위한 인발 방법
CN103477020A (zh) 2011-04-12 2013-12-25 提克纳有限责任公司 用于海底应用的脐带
CN103547440B (zh) 2011-04-12 2017-03-29 提克纳有限责任公司 用于浸渍纤维粗纱的模具浸渍部分和方法
CA2775442C (en) 2011-04-29 2019-01-08 Ticona Llc Impregnation section with upstream surface and method for impregnating fiber rovings
CN104053530B (zh) 2011-04-29 2016-10-19 提克纳有限责任公司 用于浸渍纤维粗纱的具有流动扩散浇注通路的模具和方法
CA2775445C (en) 2011-04-29 2019-04-09 Ticona Llc Die and method for impregnating fiber rovings
WO2013016121A1 (en) 2011-07-22 2013-01-31 Ticona Llc Extruder and method for producing high fiber density resin structures
US9027908B1 (en) 2011-09-01 2015-05-12 Southwire Company, Llc Field-installable pulling eye
CN102354566A (zh) * 2011-09-19 2012-02-15 沈阳电业局电缆厂 纤维绝缘芯架空导线
US9318238B2 (en) * 2011-10-04 2016-04-19 Totoku Electric Co., Ltd. Hollow core body for signal transmission cable
BR112014012308A2 (pt) 2011-12-09 2017-06-13 Ticona Llc seção de impregnação de matriz impregnar mechas de fibra
WO2013086269A1 (en) 2011-12-09 2013-06-13 Ticona Llc Impregnation section of die for impregnating fiber rovings
US9624350B2 (en) 2011-12-09 2017-04-18 Ticona Llc Asymmetric fiber reinforced polymer tape
US9409355B2 (en) 2011-12-09 2016-08-09 Ticona Llc System and method for impregnating fiber rovings
US9283708B2 (en) 2011-12-09 2016-03-15 Ticona Llc Impregnation section for impregnating fiber rovings
US9085464B2 (en) 2012-03-07 2015-07-21 Applied Nanostructured Solutions, Llc Resistance measurement system and method of using the same
CN102602083B (zh) * 2012-03-20 2014-10-22 浙江顺天复合材料有限公司 一种纤维增强复合材料芯及其制备方法
FR2990791B1 (fr) * 2012-05-16 2015-10-23 Nexans Cable de transmission electrique a haute tension
WO2013188644A1 (en) 2012-06-15 2013-12-19 Ticona Llc Subsea pipe section with reinforcement layer
CN103021516A (zh) * 2012-11-28 2013-04-03 安徽埃克森科技集团有限公司 一种电缆复合芯及其处理方法
CN103000279A (zh) * 2012-12-14 2013-03-27 大连元盛科技开发有限公司 一种碳纤维复合材料芯棒及其加工方法
CA2895696A1 (en) 2012-12-20 2014-06-26 3M Innovative Properties Company Particle loaded, fiber-reinforced composite materials
IL223937A (en) * 2012-12-27 2016-12-29 Vladimir N Filatov High voltage power line cable based on textile composite material
US9257760B2 (en) * 2013-03-14 2016-02-09 Hubbell Incorporated Stranded composite core compression connector assembly
KR101596462B1 (ko) * 2013-06-28 2016-02-24 한국기계연구원 프리프레그 복합재, 이의 제조방법 및 이를 사용하여 제조된 골프 샤프트
CN103426558A (zh) * 2013-08-23 2013-12-04 苏州苏月新材料有限公司 一种输电线路碳纤维复合芯
CN104008798B (zh) * 2013-10-23 2017-11-24 远东电缆有限公司 一种改性的复合芯棒及其制造方法
EP3129991B1 (en) * 2014-04-09 2021-03-03 De Angeli Prodotti S.r.l. Conductor for bare overhead electric lines, especially for middle-high thermal limit, and low expansion at high electronic loads
CN103956210B (zh) * 2014-04-14 2017-08-25 上海大学 混杂纤维复合绳芯、其成型工艺及绳芯制造装置
CN104036877B (zh) * 2014-06-17 2016-03-30 上海大学 一种架空导线用纤维复合绳芯成型工艺与制造设备
FR3023054B1 (fr) * 2014-06-30 2017-11-24 Nexans Cable de transport d'electricite a joncs composites
US20160005508A1 (en) * 2014-07-03 2016-01-07 Zilift Holdings, Limited Cable for conveying an electrical submersible pump into and out of a well bore
US20160079685A1 (en) * 2014-09-17 2016-03-17 Pentair Thermal Management Llc Method of Cold Joining Mineral Insulated Cables
KR101696650B1 (ko) * 2014-11-26 2017-02-01 주식회사 덕성 고압전선용 복합코어 및 그 제조방법
RU2599614C1 (ru) * 2015-07-30 2016-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "Технология 21 века" (ООО "Т21") Композиционный несущий элемент
CN105269843A (zh) * 2015-09-23 2016-01-27 荣成复合材料有限公司 一种复合材料安全锁线
CN106409387A (zh) * 2016-06-16 2017-02-15 国网天津市电力公司 一种碳纤维复合芯高伸率硬铝绞线
US9748670B1 (en) * 2016-12-01 2017-08-29 Afl Telecommunications Llc Conductor connector accessories and methods for connecting conductors to conductor connector accessories
CN106782850A (zh) * 2017-03-07 2017-05-31 河北硅谷化工有限公司 一种架空导线用碳纤维复合材料芯棒及其加工方法
EP3499518B1 (de) * 2017-12-13 2021-12-08 Nexans Elektrischer leiter aus massiven segmenten
JOP20200181A1 (ar) 2018-01-24 2022-10-30 Ctc Global Corp ترتيب نهائي لكابل كهربائي علوي
UY38110A (es) 2018-02-27 2019-10-01 Ctc Global Corp Sistemas, métodos y herramientas para la evaluación de miembros de refuerzo de materiales compuestos
CN111801747A (zh) 2018-03-05 2020-10-20 Ctc环球公司 架空电缆及制造其的方法
US11217915B2 (en) 2018-06-19 2022-01-04 Preformed Line Products Co. Composite core conductor compression connectors and methods for using same
CN110444320B (zh) * 2019-08-09 2020-10-09 大连理工大学 一种高强高导碳纤维增强铝基复合导线及其制备方法
KR102334063B1 (ko) 2019-12-13 2021-12-01 재단법인 한국탄소산업진흥원 송전케이블 코어 및 이를 제조하는 장치
MX2022013846A (es) * 2020-05-02 2023-04-14 Terry Mcquarrie Sistema y metodo de manufactura de alma compuesta para cable de transmision electrica.
CN111987685B (zh) * 2020-08-21 2023-04-07 上海国际超导科技有限公司 超导电缆的终端结构
WO2022058661A1 (fr) 2020-09-18 2022-03-24 Gary BAPTISTE Procédé de fabrication d'une âme composite pour un conducteur électrique
WO2022064107A1 (fr) 2020-09-28 2022-03-31 Gary BAPTISTE Âme composite pour conducteur électrique résistant aux fissures
EP3985688A1 (en) 2020-10-15 2022-04-20 Technip N-Power Submarine cable comprising at least one aluminium tensile reinforcement strand, related umbilical, installation and method
KR102560551B1 (ko) 2020-11-18 2023-07-26 재단법인 한국탄소산업진흥원 송전케이블 코어 및 이를 제조하는 방법
KR102518043B1 (ko) 2020-11-23 2023-04-05 재단법인 한국탄소산업진흥원 송전케이블 코어 이중함침 제조장치
CN112556752B (zh) * 2020-12-01 2022-07-12 国网浙江省电力有限公司经济技术研究院 在役碳纤维复合芯导线力学性能测试方法、装置及***
FR3117061B1 (fr) * 2020-12-07 2023-04-21 Michelin & Cie Procede et dispositif de fabrication de composites a base de fibres multifilamentaires
CN112599289B (zh) * 2020-12-15 2022-11-11 广东标顶电子有限公司 一种耐磨延展性高的电缆及其制备方法
RU205425U1 (ru) * 2021-05-13 2021-07-14 Закрытое акционерное общество "Москабельмет" (ЗАО "МКМ") Огнестойкий электрический кабель
RU205381U1 (ru) * 2021-05-13 2021-07-13 Закрытое акционерное общество "Москабельмет" (ЗАО "МКМ") Огнестойкий электрический кабель
CN113345632B (zh) * 2021-06-23 2022-02-11 深圳市金环宇电线电缆有限公司 航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线及制造装置
FR3125353A1 (fr) * 2021-07-16 2023-01-20 Epsilon Composite Câble haute tension a ame composite pour basse temperature d’exploitation
KR102615497B1 (ko) 2021-11-18 2023-12-20 주식회사 한국화이바 인장 코어 제조 시스템, 제조 방법 및 인장 코어

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3331919A (en) * 1964-10-15 1967-07-18 Alsthom Cgee Electrical lead-through connectors
US3692924A (en) * 1971-03-10 1972-09-19 Barge Inc Nonflammable electrical cable

Family Cites Families (66)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US32374A (en) * 1861-05-21 Portfolio foe filing music
US189845A (en) * 1877-04-24 Improvement in machines for crimping boot and shoe uppers
US2988727A (en) * 1957-02-01 1961-06-13 Superior Switchboard & Devices Gripping member for line connectors
US3808078A (en) 1970-01-05 1974-04-30 Norfin Glass fiber cable, method of making, and its use in the manufacture of track vehicles
US3717720A (en) 1971-03-22 1973-02-20 Norfin Electrical transmission cable system
US3983966A (en) * 1973-05-18 1976-10-05 Bryant Clyde C Reciprocating brake
US4059951A (en) 1975-05-05 1977-11-29 Consolidated Products Corporation Composite strain member for use in electromechanical cable
US3973385A (en) 1975-05-05 1976-08-10 Consolidated Products Corporation Electromechanical cable
CA1112310A (en) 1977-05-13 1981-11-10 Peter Fearns Overhead electric transmission systems
US4763981A (en) 1981-03-02 1988-08-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Ultimate low-loss electro-optical cable
US4496212A (en) * 1982-02-18 1985-01-29 Bicc Public Limited Company Dead end fitting for use in overhead electric and optical transmission systems
JPS5948148A (ja) * 1982-09-11 1984-03-19 株式会社デンソー 混成長繊維強化プラスチツク成形品
JPS6112328A (ja) * 1984-06-29 1986-01-20 トヨタ自動車株式会社 長繊維強化樹脂構造体
US4627490A (en) * 1985-01-15 1986-12-09 Moore Boyd B Well bore barrier penetrator arrangement and method for multiple conductor pump power cable
DE3774939D1 (de) 1986-06-17 1992-01-16 Toyoda Chuo Kenkyusho Kk Fasern fuer verbundwerkstoffe, verbundwerkstoffe unter verwendung derartiger fasern und verfahren zu ihrer herstellung.
US4753981A (en) * 1987-04-01 1988-06-28 Phillips Petroleum Company Polymerization process
KR900701018A (ko) 1987-12-24 1990-08-17 나가노 다께시 초전도복합와이어와 케이블 및 그들의 제조방법
US5296456A (en) 1989-08-09 1994-03-22 Furukawa Electric Co., Ltd. Ceramic superconductor wire and method of manufacturing the same
JPH0374008A (ja) 1989-08-14 1991-03-28 Furukawa Electric Co Ltd:The 架空送電線
DE4004802A1 (de) 1990-02-13 1991-08-14 Siemens Ag Elektrisches kabel mit tragorgan und zwei konzentrisch angeordneten leitern
DE9013175U1 (ru) 1990-09-17 1991-02-21 Felten & Guilleaume Energietechnik Ag, 5000 Koeln, De
JPH04308611A (ja) * 1991-04-04 1992-10-30 Tokyo Electric Power Co Inc:The 架空送電線
US6270856B1 (en) 1991-08-15 2001-08-07 Exxon Mobil Chemical Patents Inc. Electrical cables having polymeric components
JPH0553048U (ja) * 1991-10-21 1993-07-13 タツタ電線株式会社 耐放射線・耐屈曲性ケーブル
CA2058412C (en) 1991-12-31 1994-12-06 Toru Kojima Twisted cable
JPH067112A (ja) 1992-06-23 1994-01-18 Iharaya Shoten:Kk もろみの圧搾装置用型枠
JP2588486Y2 (ja) * 1992-06-30 1999-01-13 古河電気工業株式会社 架空電線
US5437899A (en) * 1992-07-14 1995-08-01 Composite Development Corporation Structural element formed of a fiber reinforced thermoplastic material and method of manufacture
US5394963A (en) * 1993-06-18 1995-03-07 The Budd Company Composite cast brake caliper
US5445242A (en) * 1993-08-27 1995-08-29 Pogorzelski; Thomas J. Disc brake caliper with auxiliary system to cool brake fluid
US5469523A (en) 1994-06-10 1995-11-21 Commscope, Inc. Composite fiber optic and electrical cable and associated fabrication method
NO315857B1 (no) 1995-03-28 2003-11-03 Japan Polyolefines Co Ltd Etylen-<alfa>-olefin-kopolymer, blanding, film, laminert material, elektrisk isolerende material og strömkabel inneholdende denne
US5561729A (en) 1995-05-15 1996-10-01 Siecor Corporation Communications cable including fiber reinforced plastic materials
US6245425B1 (en) 1995-06-21 2001-06-12 3M Innovative Properties Company Fiber reinforced aluminum matrix composite wire
FR2736218B1 (fr) * 1995-06-27 1997-08-01 Alcatel Cable Jonction de cables de puissance
DE19530949A1 (de) 1995-08-23 1997-02-27 Abb Patent Gmbh Freileitungsseil
US5847324A (en) 1996-04-01 1998-12-08 International Business Machines Corporation High performance electrical cable
JPH10329247A (ja) * 1997-06-02 1998-12-15 Toray Ind Inc 複合材料管状体
US5917977A (en) 1997-09-16 1999-06-29 Siecor Corporation Composite cable
JPH11126388A (ja) 1997-10-23 1999-05-11 Sony Corp データ記録方法及びデータ記録装置
BR9815336B1 (pt) * 1997-12-04 2009-05-05 processo para a fabricação de um núcleo óptico para um cabo de telecomunicação.
JPH11263880A (ja) 1997-12-11 1999-09-28 Sumitomo Chem Co Ltd 熱可塑性エラストマー組成物、パウダー、ペレット及び成形体
JP3820031B2 (ja) 1998-07-07 2006-09-13 新日本製鐵株式会社 繊維強化プラスチック製素線及びより線並びにそれらの製造方法
JP2001101929A (ja) 1999-09-30 2001-04-13 Yazaki Corp フレキシブル高強度軽量導体
DE60136116D1 (de) 2000-02-08 2008-11-27 Brandt Goldsworthy & Associate Elektrischer verstärkter Übertragungsverbundleiter
KR20010081894A (ko) 2000-02-18 2001-08-29 구자홍 이종 시스템간의 내용기반 멀티미디어 검색을 가능하게하는 칼라 히스토그램 변환방법, 멀티미디어 검색 방법,데이터 구조 및 멀티미디어 검색 시스템
US6463198B1 (en) 2000-03-30 2002-10-08 Corning Cable Systems Llc Micro composite fiber optic/electrical cables
JP2002184241A (ja) 2000-06-22 2002-06-28 W Brandt Goldsworthy & Associates Inc 複合材補強型電気的伝送導体
US6723451B1 (en) * 2000-07-14 2004-04-20 3M Innovative Properties Company Aluminum matrix composite wires, cables, and method
US6344270B1 (en) * 2000-07-14 2002-02-05 3M Innovative Properties Company Metal matrix composite wires, cables, and method
US6329056B1 (en) * 2000-07-14 2001-12-11 3M Innovative Properties Company Metal matrix composite wires, cables, and method
US6559385B1 (en) * 2000-07-14 2003-05-06 3M Innovative Properties Company Stranded cable and method of making
US7963868B2 (en) * 2000-09-15 2011-06-21 Easton Sports, Inc. Hockey stick
AU2002241584A1 (en) * 2000-12-06 2002-06-18 Complastik Corporation Hybrid composite articles and methods for their production
US6854620B2 (en) * 2001-04-13 2005-02-15 Nipro Diabetes, Systems, Inc. Drive system for an infusion pump
US6513234B2 (en) 2001-06-13 2003-02-04 Jerry W. Wilemon Method of making fiber reinforced utility cable
US20020189845A1 (en) 2001-06-14 2002-12-19 Gorrell Brian E. High voltage cable
WO2003050825A1 (en) 2001-12-12 2003-06-19 Northeastern University High voltage electrical power transmission cable having composite-composite wire with carbon or ceramic fiber reinforcement
US20050061538A1 (en) * 2001-12-12 2005-03-24 Blucher Joseph T. High voltage electrical power transmission cable having composite-composite wire with carbon or ceramic fiber reinforcement
US6805596B2 (en) * 2002-04-16 2004-10-19 Alcoa Fujikura Limited Compression formed connector for a composite conductor assembly used in transmission line installations and method of constructing the same
US7179522B2 (en) * 2002-04-23 2007-02-20 Ctc Cable Corporation Aluminum conductor composite core reinforced cable and method of manufacture
AP1807A (en) * 2002-04-23 2007-12-14 Composite Tech Corporation Aluminium conductor composite core reinforced cable and method of manufacture.
US20040182597A1 (en) * 2003-03-20 2004-09-23 Smith Jack B. Carbon-core transmission cable
US20050186410A1 (en) * 2003-04-23 2005-08-25 David Bryant Aluminum conductor composite core reinforced cable and method of manufacture
WO2005010082A2 (en) * 2003-07-16 2005-02-03 Corlyte Products, Llc Reinforced composites and system and method for making same
CN102139545B (zh) * 2003-10-22 2014-08-27 Ctc电缆公司 铝导体复合材料芯增强电缆及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3331919A (en) * 1964-10-15 1967-07-18 Alsthom Cgee Electrical lead-through connectors
US3692924A (en) * 1971-03-10 1972-09-19 Barge Inc Nonflammable electrical cable

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2497215C2 (ru) * 2009-07-16 2013-10-27 3М Инновейтив Пропертиз Компани Рассчитанный на работу под водой композитный кабель и способы его изготовления и использования
US9093194B2 (en) 2009-07-16 2015-07-28 3M Innovative Properties Company Insulated composite power cable and method of making and using same
RU2548568C2 (ru) * 2010-02-01 2015-04-20 3М Инновейтив Пропертиз Компани Скрученные термопластичные полимерные композитные кабели, способ их изготовления и использования
RU2618674C2 (ru) * 2010-09-17 2017-05-10 3М Инновейтив Пропертиз Компани Армированные волокнами, заполненные наночастицами термоусаживаемые полимерно-композитные провода и кабели и способы
RU2594016C2 (ru) * 2011-04-12 2016-08-10 Саутвайэ Компэни Электрический кабель и способ его изготовления
WO2014200388A3 (ru) * 2013-06-14 2015-06-11 Дмитрий Григорьевич СИЛЬЧЕНКОВ Провод для воздушных линий электропередачи и способ его изготовления
RU2568188C2 (ru) * 2013-06-14 2015-11-10 Дмитрий Григорьевич Сильченков Провод для воздушных линий электропередач и способ его изготовления
RU2578038C1 (ru) * 2014-11-25 2016-03-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Полимерные Композиты" Композитный сердечник для неизолированных проводов воздушных линий электропередачи

Also Published As

Publication number Publication date
CO5611183A2 (es) 2006-02-28
ES2617051T3 (es) 2017-06-15
HUE031998T2 (en) 2017-08-28
OA12991A (en) 2006-10-13
AU2003221761A2 (en) 2003-11-10
PT1506085T (pt) 2017-03-13
NO20044490L (no) 2004-12-23
US20040132366A1 (en) 2004-07-08
JP2005523569A (ja) 2005-08-04
AU2003221761A1 (en) 2003-11-10
US20040131834A1 (en) 2004-07-08
AP1807A (en) 2007-12-14
AP2004003149A0 (en) 2004-09-30
US20050227067A1 (en) 2005-10-13
US7041909B2 (en) 2006-05-09
TNSN04187A1 (en) 2007-03-12
PL208011B1 (pl) 2011-03-31
EP1506085A4 (en) 2007-01-24
EG25109A (en) 2011-09-11
CN100450759C (zh) 2009-01-14
EP1506085A1 (en) 2005-02-16
ZA200408274B (en) 2006-07-26
EP1506085B1 (en) 2016-12-07
AU2003221761B2 (en) 2008-11-06
JP4589629B2 (ja) 2010-12-01
IL164705A (en) 2009-06-15
CA2480271A1 (en) 2003-11-06
CN1649718A (zh) 2005-08-03
CA2480271C (en) 2009-11-17
WO2003091008A1 (en) 2003-11-06
DK1506085T3 (en) 2017-03-13
KR101046215B1 (ko) 2011-07-04
US7368162B2 (en) 2008-05-06
PL374015A1 (en) 2005-09-19
IL164705A0 (en) 2005-12-18
US20040131851A1 (en) 2004-07-08
KR20050004150A (ko) 2005-01-12
BR0309535A (pt) 2005-02-01
JP5198419B2 (ja) 2013-05-15
MA27691A1 (fr) 2006-01-02
MXPA04010513A (es) 2005-07-14
NZ535979A (en) 2007-11-30
WO2003091008A9 (en) 2005-04-28
CA2682116A1 (en) 2003-11-06
US7211319B2 (en) 2007-05-01
JP2010100858A (ja) 2010-05-06
EA200401415A1 (ru) 2005-10-27
BRPI0309535A8 (pt) 2018-09-18
US7060326B2 (en) 2006-06-13
CA2682116C (en) 2012-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA007945B1 (ru) Кабель с алюминиевым проводником, армированный композитным сердечником, и способ его производства
US9093191B2 (en) Fiber reinforced composite core for an aluminum conductor cable
DK2697800T3 (en) Electric transmission cables with composite cores
KR100594658B1 (ko) 가공 송전선의 인장선용 섬유강화 플라스틱 선재, 그제조방법 및 이를 이용한 가공 송전선
EA011625B1 (ru) Алюминиевый кабель, армированный композитным сердечником, и способ его изготовления
KR20140027252A (ko) 송전 케이블용 복합체 코어
KR101696650B1 (ko) 고압전선용 복합코어 및 그 제조방법
RU2013126953A (ru) Провод для воздушных линий электропередач и способ его изготовления
WO2011060851A1 (en) Coil for a transformer

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Registration of transfer of a eurasian patent by assignment