專利名稱：絞合熱塑性聚合物復合纜線及其制備和使用方法
技術領域：
本發明整體涉及絞合纜線及其制造和使用方法。本發明還涉及具有螺旋絞合聚合物復合線材的絞合纜線及其制造和使用方法。此類螺旋絞合聚合物復合纜線可用于電力輸送纜線、水下纜繩和水下臍帶纜以及其他應用。
背景技術：
纜線絞合是這樣一種過程，其中單獨的線材通常以螺旋布置方式組合，以產生成 品纜線。例如，參考美國專利No. 5，171，942和No. 5，554，826。所得的絞合纜線或鋼纜提供的柔性遠大于橫截面面積相等的實心桿所獲得的柔性。絞合結構也是有利的，因為纜線在處理、安裝和使用過程中經歷彎曲時，螺旋絞合纜線可維持其整體圓形橫截面形狀。這樣的螺旋絞合纜線用在各種應用中，例如升降纜線、航空纜線和動力輸送纜線。螺旋絞合纜線通常由諸如鋼、鋁或銅的可延展金屬制成。在一些情況下，例如裸露的架空電力輸送纜線，螺旋絞合線材芯被線材導體層包圍。螺旋絞合線材芯可包括由諸如鋼的第一材料制成的可延展金屬線材，并且外部動力傳導層可包括由諸如鋁的另外的材料制成的可延展金屬線材。在一些情況下，螺旋絞合線材芯可以是預絞合的纜線，所述預絞合的纜線用作制造更大直徑的電力輸送纜線的輸入材料。螺旋絞合纜線通常可以包括少至七根單獨的線材，到更通用的包括50根或更多線材的構造。在纜線絞合處理期間，可延展金屬線材受到的應力超過金屬材料的屈服應力但低于極限或破壞應力。這個應力作用成使得當金屬線材圍繞較小半徑的前一線材層或中心線材螺旋纏繞時金屬線材塑性變形。近來引入的可用纜線使用由這樣的材料制作的線材制成，所述材料不易于塑性變形成新形狀并且可為易碎的。這種復合纜線的一個例子由包含纖維強化金屬基質復合線材的金屬基質復合纜線提供。這種金屬基質復合線材是有吸引力的，因為其相比于可延展金屬線材具有改善的機械性能，而可延展金屬線材在其應力應變響應中主要為彈性的。一些包含纖維強化聚合物基質線材的聚合物復合纜線也是本領域已知的，例如美國專利No. 6，559，385和No. 7，093，416 ;以及PCT國際公布No. WO 97/00976中公開的熱塑性聚合物基質復合線材。絞合復合纜線(例如包含聚合物基質復合材料或金屬基質復合線材的纜線)的一種用途是作為裸露電力輸送纜線的強化構件。

發明內容
在一個方面，本發明提供一種改進的絞合熱塑性聚合物復合纜線。在一些示例性實施例中，所述絞合熱塑性聚合物復合纜線包括限定中心縱向軸線的單個線材；圍繞所述線材沿第一捻向以相對于所述中心縱向軸線限定的第一捻角絞合并且具有第一捻距的多個第一熱塑性聚合物復合線材；以及圍繞所述多個第一熱塑性聚合物復合線材沿第二捻向以相對于所述中心縱向軸線限定的第二捻角絞合并且具有第二捻距的多個第二熱塑性聚合物復合線材。在其他示例性實施例中，所述絞合纜線還包括圍繞所述多個第二熱塑性聚合物復合線材沿第三捻向以相對于所述中心縱向軸線限定的第三捻角絞合并且具有第三捻距的多個第三熱塑性聚合物復合線材。在其他示例性實施例中，所述絞合纜線還包括圍繞所述多個第三熱塑性聚合物復合線材沿第四捻向以相對于所述中心縱向軸線限定的第四捻角絞合并且具有第四捻距的多個第四熱塑性聚合物復合線材。在其他示例性實施例中，所述絞合熱塑性聚合物復合纜線還可包括圍繞所述多個第四聚合物復合線材絞合的附加熱塑性聚合物復合線材。在任何上述示例性實施例中，第一捻向可與第二捻向相同，第三捻向可與第二捻向相同，第四捻向可與第三捻向相同，并且通常任何外層捻向可與相鄰內層捻向相同。
在其他示例性實施例中，第二捻向與第一捻向相反，第三捻向與第二捻向相反(即第三搶向與第一搶向同向)，第四搶向與第三搶向相反(即第四搶向與第二搶向同向)，并且通常任何外層捻向可選擇為與相鄰內層方向相反。此外，在某些當前優選的實施例中，第一捻角和第二捻角之間的相對差可大于0°并且不大于約4°，第三捻角和第二捻角之間的相對差可大于0°并且不大于約4°，第四捻角和第三捻角之間的相對差可大于0°并且不大于約4°，并且通常任何內層捻角和相鄰外層捻角之間的相對差可大于0°并且不大于約4°，更優選不大于3°，最優選不大于O. 5°。在其他實施例中，為以下中的一個或多個第一捻距小于或等于第二捻距，第二捻距小于或等于第三捻距，第四捻距小于或等于緊后續的捻距，和/或各個后續捻距小于或等于之前緊接著的捻距。在其他實施例中，為以下中的一個或多個第一捻距等于第二捻距，第二捻距等于第三捻距，和第三捻距等于第四捻距。在一些示例性實施例中，優選的是使用平行捻，這是現有技術中公知的。在另一方面，本發明提供了絞合電力輸送纜線的可替代實施例，所述絞合電力輸送纜線包括芯和圍繞所述芯的導體層，并且其中所述芯包括上述的絞合熱塑性聚合物復合纜線中的任一種。在一些示例性實施例中，所述絞合纜線還包括圍繞絞合熱塑性聚合物復合纜芯的絞合熱塑性聚合物復合線材絞合的多個可延展金屬線材。在某些示例性實施例中，所述多個可延展金屬線材圍繞所述中心縱向軸線以圍繞熱塑性聚合物復合纜芯的熱塑性聚合物復合線材的多個徑向層絞合。在另外的示例性實施例中，所述多個可延展金屬線材的至少一部分沿第一捻向以相對于所述中心縱向軸線的捻角并且以可延展金屬線材的第一捻距絞合。在其他示例性實施例中，所述多個可延展金屬線材的至少一部分沿第二捻向以相對于所述中心縱向軸線限定的捻角并且以可延展金屬線材的第二捻距絞合。在螺旋絞合聚合物復合纜線的上述實施例和其相關的絞合電力輸送纜線的實施例中的任一個中，可以有利地采用以下示例性實施例。從而，在一個示例性實施例中，所述單個線材的沿與所述中心縱向軸線基本上垂直的方向截取的橫截面形狀為圓形或橢圓形。在某些示例性實施例中，所述單個線材是聚合物復合線材。在某些當前優選的實施例中，所述單個線材為可延展金屬線材或熱塑性聚合物復合線材。在另外的示例性實施例中，每個聚合物復合線材和/或可延展線材沿與所述中心縱向軸線基本上垂直的方向截取的橫截面選自圓形、橢圓形和梯形。在另一方面，本發明提供了一種制造以上方面和實施例中任一者所述的絞合纜線的方法，所述方法包括圍繞限定中心縱向軸線的單個線材螺旋絞合多個第一熱塑性聚合物復合線材，其中沿第一捻向以相對于所述中心縱向軸線限定的第一捻角實施螺旋絞合所述多個第一熱塑性聚合物復合線材，并且其中所述多個第一線材具有第一捻距；圍繞所述多個第一熱塑性聚合物復合線材螺旋絞合多個第二熱塑性聚合物復合線材，其中沿所述第一捻向以相對于所述中心縱向軸線限定的第二捻角實施螺旋絞合所述多個第二熱塑性聚合物復合線材，并且其中所述多個第二線材具有第二捻距；以及將所述螺旋絞合的多個第一和多個第二熱塑性聚合物復合線材加熱至足夠的溫度，并保持足夠的時間以使得在冷卻至25°C時可以將螺旋絞合的所述聚合物復合線材保持為螺旋絞合構型。當前優選的溫度為300。。。
在某些當前優選的示例性實施例中，第一捻角和第二捻角之間的相對差大于0°并且不大于約4°。在一個具體實施例中，所述方法還包括圍繞所述熱塑性聚合物復合線材絞合多個可延展金屬線材。根據本發明的絞合熱塑性聚合物復合纜線的示例性實施例具有使其能夠使用且在多種應用中具有優點的多種特征和特性。例如，在一些示例性實施例中，與其他復合纜線相比，根據本發明的絞合熱塑性聚合物復合纜線可以呈現在制造或使用期間在較低的纜線拉伸應變值下發生過早斷裂或失效的趨勢降低。此外，與常規的絞合可延展金屬線材纜線相比，根據一些示例性實施例的絞合熱塑性聚合物復合纜線可以呈現改進的抗腐蝕性、環境耐久性(例如，抗紫外線和抗濕氣)、阻止高溫下強度損失、抗蠕變、以及較高的彈性模量、低密度、低熱膨脹系數、高電導率、高抗下垂性和高強度。在一些示例性實施例中，相比于現有技術的復合纜線，根據本發明的實施例制得的螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線可表現出具有10%或更大的拉伸強度的增加。根據本發明某些實施例的螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線還能夠以較低的成本制造，這是因為在滿足用于某些重要應用中(例如用在電力輸送應用中)的最小拉伸強度要求的纜線絞合方法中成品率提高。在某些當前優選的示例性實施例中，根據本發明的示例性螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線可用作架空電力輸送纜線、地下電力輸送纜線和水下電力輸送纜線(包括水下纜繩或水下臍帶纜)。在一些示例性實施例中，根據本發明的實施例制得的螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線可有利地以比此前可用的捻距短得多的捻距絞合而沒有觀察到纜線強度大幅降低，這在使用常規的彈性絞合復合線材的情況下經常觀察到。這種常規的彈性絞合復合線材纜線表現出的強度降低通常與絞合復合線材的線材半徑和彎曲半徑的比率成比例。因此彎曲應變導致的強度損失與復合材料的彎曲應變和失效應變的比率成比例。因為彎曲應變與捻距成反比例，所以當捻距變短時，常規的彈性絞合復合線材纜線中的彎曲應變增加，從而降低了纜線強度。通常彈性絞合線材不能具有為線材半徑的約1000分之一的捻距，所述線材半徑相當于線材中的O. 05%彎曲應變。用于復合線材的典型復合材料的失效應變介于O. 5%至2%之間，這對于具有O. 5%失效應變的線材而言相當于絞合導致的強度降低20%，而對于具有2%失效應變的線材而言相當于強度降低5%。然而，根據本發明的絞合復合纜線的一些示例性實施例可以相當低的捻角絞合，相當低的捻角對于由塑性變形的可延展(如金屬)線材構造的非復合纜線而言更加典型。此前含有彈性絞合復合線材的纜線的如此短的捻距在本領域中是無法獲得的，因為彎曲應變將會超過復合材料的失效應變，從而阻止在不破壞線材的情況下絞合聚合物復合線材。具有較短捻距和/或交替層間捻角的熱塑性聚合物復合纜線對于保持纜線整體性、纜線中扭矩平衡以及改善柔韌性可為優選的。對本發明的示例性實施例的各個方面和優點已經進行了總結。上述發明內容并非意圖描述本發明呈現的某些示例性實施例的每一個圖示實施例或每種實施方式。隨后的附圖和具體實施方式
將更具體地舉例說明使用本文所公開的原理的某些優選實施例。


參照附圖進一步描述本發明的示例性實施例，在附圖中 圖IA為根據本發明的某些示例性實施例的螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線的透視圖。圖IB為根據本發明的某些替代性示例性實施例的螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線的透視圖。圖2A-2F為根據本發明示例性實施例的各種螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線的剖視端視圖。圖3是用來制造根據本發明另外示例性實施例的纜線的示例性絞合設備的示意圖。附圖中的類似附圖標記指示類似的元件。本文中的附圖未按比例繪制，并且在附圖中，熱塑性聚合物復合纜線的構件被以強調選定特征的尺寸顯示。
具體實施例方式在整個說明書和權利要求書中采用的某些術語大部分是人們所熟知的，但可能仍然需要作一些解釋。應當了解，如本文所使用，稱某“線材”為“易碎”意指該線材在拉伸載荷下會以最小塑性變形斷裂。術語“可延展”在用于涉及線材的變形時，指的是線材在彎曲而不斷裂或破裂期間基本承受的塑性變形。術語“(共)聚物”是指均聚物或共聚物。術語“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。術語“復合線材”是指由成分或形式不同的材料的組合形成的線材，這些材料結合
在一起。術語“聚合物復合線材”是指這樣的復合線材，其包括一種或多種結合到包括一個或多個聚合物相的基質中的強化材料，所述聚合物相可包括熱固性聚合物或熱塑性聚合物。術語“熱塑性聚合物復合線材”是指這樣的復合線材，其包括一種或多種結合到包括一個或多個熱塑性聚合物相的基質中的強化纖維材料，并且其在加熱至足以使熱塑性聚合物相軟化的溫度時可表現可延展行為。術語“陶瓷聚合物復合線材”是指這樣的復合線材，其包括一種或多種結合到包括一個或多個聚合物相的基質中的強化陶瓷纖維材料。術語“金屬基質復合線材”是指這樣的復合線材，其包括一種或多種結合到包括一個或多個金屬相的基質中的強化材料，并且其具有非延展行為且為易碎的。術語“彎曲”在用于指線材的變形時包括二維和/或三維彎曲變形，例如在絞合期間使線材螺旋地彎曲。當涉及具有彎曲變形的線材時，這不排除線材還具有由于拉伸力和/或扭轉力產生的變形的可能性。“顯著的彈性彎曲”變形指的是線材彎曲成曲率半徑直到線材半徑的10，000倍時發生的彎曲變形。當應用于圓形橫截面的線材時，這個顯著的彈性彎曲變形將在線材的外纖維處賦予至少O. 01%的應變。
術語“卷纜”和“絞合”可以互換使用，“卷纜的”和“絞合的”也可以互換使用。術語“捻制”說明了線材在螺旋絞合纜線的絞合層中被纏繞成螺旋的方式。術語“捻向”是指線材股線在螺旋絞合層中的絞合方向。為了確定螺旋絞合層的捻向，當纜線離開觀察者時觀察者看螺旋絞合線材層的表面。如果當股線離開觀察者時線材股線呈現為沿順時針方向轉動，那么纜線被稱為具有“右手捻制”。如果當股線離開觀察者時線材股線呈現為沿逆時針方向轉動，那么纜線被稱為具有“左手捻制”。術語“中心軸線”和“中心縱向軸線”可互換地用來表示徑向地定位在多層螺旋絞合纜線的中心處的共同縱向軸線。術語“捻角”是指由絞合線材相對于螺旋絞合纜線的中心縱向軸線形成的角度。術語“相交角度”指的是螺旋絞合線材纜線的相鄰線材層的捻角之間的相對(絕對)差。術語“捻距”是指螺旋絞合層中的單個線材圍繞螺旋絞合纜線的中心縱向軸線完成一個完全螺旋回轉的絞合纜線長度。術語“陶瓷”指的是玻璃、晶體陶瓷、玻璃陶瓷、以及它們的組合。術語“多晶”指的是主要具有多個結晶顆粒的材料，其中顆粒的尺寸小于顆粒所在的纖維的直徑。術語“連續纖維”指的是當與平均纖維直徑相比長度相對無限大的纖維。通常，這意味著纖維的縱橫比(即，纖維的長度與纖維平均直徑的比)為至少IXlO5 (在某些實施例中，為至少I X 106，或者甚至為至少1X107)。通常，這種纖維具有大約至少約15cm到至少幾米量級的長度，并且甚至可以具有大約幾千米或者更長量級的長度。在一些應用中，期望進一步改進絞合復合纜線的構造及其制造方法。在某些應用中，期望改進螺旋絞合復合纜線的物理性能，例如其針對纜線失效的拉伸強度以及伸長率。在一些特定應用中，還期望提供便利的裝置，以在將絞合復合線材結合到接下來的物品(例如電力輸送纜線)中之前保持絞合復合線材的螺旋布置。這種保持螺旋絞合布置的裝置在使用塑性變形可延展金屬線材或復合線材制得的現有絞合纜線中已不是必要的，所述復合線材可使用保持裝置(例如通過使聚合物基質固化或通過用粘合帶繞扎絞合復合線材)保持為絞合構型，從而保持絞合后的線材的螺旋布置。因此，本發明的一些示例性實施例涉及包括熱塑性聚合物基質的熱塑性聚合物復合線材，所述熱塑性聚合物基質可在不使用上述保持裝置的情況下保持絞合后的熱塑性聚合物復合線材的螺旋布置。本發明的其他實施例涉及絞合熱塑性聚合物復合纜線以及在共同捻向上螺旋絞合熱塑性聚合物復合線材層的方法，相比于在每個聚合物復合線材層之間使用交替捻向螺旋絞合的常規復合纜線，所述方法可產生聚合物復合纜線的拉伸強度的意想不到的增加。對于采用共同捻向絞合的常規可延展的(例如，金屬或其他非聚合物復合)線材而言，在拉伸強度方面不具有這種意想不到的增加。此外，通常還不容易想到對常規可延展線材纜線的絞合線材層使用共同的捻向，因為可延展金屬線材可能易于塑性變形，并且這樣的纜線通常使用較短的捻距，對此，交替的捻向對保持纜線整體性而言可能是優選的。現在將具體參照附圖描述本發明的各種示例性實施例。本發明的示例性實施例可以在不脫離本發明的精神和范圍的情況下進行多種修改和更改。因此，應當理解，本發明的實施例不應限于以下所述的示例性實施例，但應受權利要求書及其任何等同物中示出的限制的控制。因此在一個方面，本發明提供螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線。參見附圖，圖IA 示出根據本發明的一個示例性實施例的螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線10的透視圖。如圖所示，所述螺旋絞合聚合物復合纜線10包括限定中心縱向軸線的單個線材2，包括圍繞單個線材2沿第一捻向(示出為順時針，對應于右手捻制)絞合的多個第一熱塑性聚合物復合線材4的第一層20，和包括圍繞所述多個第一熱塑性聚合物復合線材4沿第一捻向絞合的多個第二熱塑性聚合物復合線材6的第二層22。如圖IA所示，任選地，包括多個第三熱塑性聚合物復合線材8的第三層24可以圍繞所述多個第二熱塑性聚合物復合線材6沿第一捻向絞合，從而形成聚合物復合纜線10。在其他示例性實施例中，任選的第四層(未示出)或甚至更多附加層的聚合物復合線材可以圍繞所述多個第二熱塑性聚合物復合線材6沿第一捻向絞合。任選地，單個線材2為熱塑性聚合物復合線材，但在其他實施例中，單個線材2可為非熱塑性線材(例如金屬線材)或非熱塑性復合線材(例如熱固性聚合物復合線材或金屬基質復合線材)。在本發明的示例性當前優選的實施例中，熱塑性聚合物復合線材(例如4、6、8等)的兩個或更多個絞合層(例如20、22、24等)可以圍繞限定中心縱向軸線的單個中心線材2螺旋絞合，使得熱塑性聚合物復合線材的每個連續層以與每個前一線材層相同的捻向纏繞。此外，應當理解，雖然圖IA中針對每層(20、22和24)示出為右手捻制，但左手捻制可作為另外一種選擇用于每層(20、23、24等)，如針對圖IB示出的示例性螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線所示。因此，圖IB示出根據本發明的一個替代性示例性實施例的螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線10’的透視圖。如圖所示，螺旋絞合聚合物復合纜線10’包括限定中心縱向軸線的單個線材I (其例如可為熱塑性聚合物復合線材或非熱塑性線材，包括例如金屬線材、熱固性聚合物復合線材或金屬基質復合線材)，包括圍繞單個線材I沿第一捻向(示出為逆時針，對應于左手捻制)絞合的多個第一熱塑性聚合物復合線材4的第一層20、包括圍繞所述多個第一熱塑性聚合物復合線材4沿與第一捻向相反的第二捻向絞合的多個第二非熱塑性聚合物復合線材5 (其例如可為金屬線材、熱固性聚合物復合線材或金屬基質復合線材)的第二層23、和包括圍繞所述多個第二非熱塑性線材5沿第一捻向絞合的多個第三熱塑性聚合物復合線材8的第三層24，從而形成聚合物復合纜線10’。在其他示例性實施例中，任選的第四層(未示出)可以圍繞所述多個第二非熱塑性聚合物復合線材5沿第二捻向絞合。在本發明的示例性當前優選的實施例中，熱塑性聚合物復合線材(例如4和8)和非熱塑性線材(例如5)的兩個或更多交替絞合層可以圍繞限定中心縱向軸線的單個中心線材I 螺旋纏繞，使得熱塑性聚合物復合線材的每個連續層以與每個前一線材層相同的捻向纏繞，如圖IA所示。此外，應當理解，雖然圖IB中針對層5示出為左手捻制，并且針對層4和8示出為右手捻制，但右手捻制可作為另外一種選擇用于層5，并且左手捻制可作為另外一種選擇用于層15、16等。任選地，在任何上述實施例中，單個線材2可為熱塑性聚合物復合線材，但在其他實施例中，單個線材2可為非熱塑性線材(例如金屬線材)或非熱塑性復合線材(例如熱固性聚合物復合線材或金屬基質復合線材)。在上述示例性實施例中，第一捻向優選與第二捻向相同，第三捻向優選與第二捻向相同，第四捻向可與第三捻向相同，并且通常任何外層捻向優選與相鄰內層捻向相同。然而，在其他示例性實施例中，第一捻向可與第二捻向相反，第三捻向可與第二捻向相反，第四捻向可與第三捻向相反，并且通常任何外層捻向可與相鄰內層捻向相反。在任何上述示例性實施例的某些當前優選的實施例中，第一捻角和第二捻角之間的相對差優選大于0°并且不大于約4°，第三捻角和第二捻角之間的相對差優選大于0°并且不大于約4°，第四捻角和第三捻角之間的相對差優選大于0°并且不大于約4°，并且通常任何內層捻角和相鄰外層捻角之間的相對差優選大于0°并且不大于約4°，更優選不大于3°，最優選不大于O. 5°。在其他當前優選的示例性實施例中，為以下中的一個或多個第一捻距優選小于或等于第二捻距，第二捻距優選小于或等于第三捻距，第四捻距優選小于或等于緊后續的捻距，和/或各個后續捻距優選小于或等于之前緊接著的捻距。在其他實施例中，為以下中的一個或多個第一捻距等于第二捻距，第二捻距等于第三捻距，和第三捻距等于第四捻距。在一些示例性實施例中，優選的是使用平行捻，這是現有技術中公知的。在其他示例性實施例(圖中未示出)中，螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線還可包括圍繞多個第三熱塑性聚合物復合線材8沿第一捻向以相對于共用縱向軸線限定的一定捻角(圖中未示出)螺旋絞合熱塑性聚合物復合線材的附加(例如后續的)層(例如，第四層、第五層或附加后續層)，其中各層中的聚合物復合線材具有特征性捻距(圖中未示出)，第三捻角和第四或后續捻角之間的相對差大于0°并且不大于約4°。采用四個或更多個絞合聚合物復合線材層的實施例優選地使用直徑為O. 5mm或更小的聚合物復合線材。螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線的多種構型通過圖2A-2F中的剖視圖示出。這些示例性實施例目的僅為了進行例示；另外的構型也在本公開的范圍內。在圖2A-2F的各個圖示實施例中，應當理解，熱塑性聚合物復合線材(例如4、6和8)圍繞限定中心縱向軸線(未示出)的單個線材(圖2A和3C中的2 ;圖3B和3D中的I)沿一定捻向(未示出)絞合。這種捻向可為順時針(右手捻制)或逆時針(左手捻制)。此外，這種捻向可對于各個后層絞合線材而言為相同的，如圖1A-1B中所示，或在各個后層絞合線材中交替為相反捻向(圖中未示出)。還應當理解，熱塑性聚合物復合線材的各層都具有捻距(圖2A-2F中未示出)，并且各個線材層的捻距可以是不同的，或者優選地可以具有相同的捻距。圖2A示出示例性螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線11的剖視圖，所述纜線包括限定中心縱向軸線的單個線材2(示出為熱塑性聚合物復合線材，但其可替代性地為非熱塑性復合線材，例如熱固性聚合物復合線材或金屬基質復合線材，或金屬線材)，圍繞單個線材2螺旋絞合的多個熱塑性聚合物復合線材4，和圍繞所述多個第一熱塑性聚合物復合線材4螺旋絞合的多個第二熱塑性聚合物復合線材6。圖2B示出圖IA中所示的另一示例性螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線10的剖視圖，所述纜線包括限定中心縱向軸線的單個線材2 (示出為熱塑性聚合物復合線材，但其可替代性地為非熱塑性復合線材，例如熱固性聚合物復合線材或金屬基質復合線材)，圍繞單個線材2螺旋絞合的多個第一熱塑性聚合物復合線材4，圍繞所述多個第一熱塑性聚合物復合線材4螺旋絞合的多個第二熱塑性聚合物復合線材6，以及圍繞所述多個第二熱塑性聚合物復合線材6螺旋絞合的多個第三熱塑性聚合物復合線材8。圖2C示出另一示例性螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線12的剖視圖，所述纜線包 括限定中心縱向軸線的單個線材2(示出為熱塑性聚合物復合線材，但其可替代性地為非熱塑性復合線材，例如熱固性聚合物復合線材或金屬基質復合線材)，圍繞單個線材2螺旋絞合的多個第一熱塑性聚合物復合線材4，圍繞所述多個第一熱塑性聚合物復合線材4螺旋絞合的多個第二熱塑性聚合物復合線材6，圍繞所述多個第二熱塑性聚合物復合線材6螺旋絞合的多個第三熱塑性聚合物復合線材8，以及圍繞所述多個第三熱塑性聚合物復合線材8螺旋絞合的多個第四熱塑性聚合物復合線材16。圖2D示出螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線13的示例性替代性構型的剖視圖，所述纜線包括限定中心縱向軸線的單個非熱塑性線材I (示出為金屬線材，但其可替代性地為非熱塑性復合線材，例如熱固性聚合物復合線材或金屬基質復合線材)，圍繞單個非熱塑性線材I螺旋絞合的多個第一非熱塑性線材3 (包括例如金屬線材、熱固性聚合物復合線材或金屬基質復合線材)，和圍繞所述多個第一非熱塑性線材3螺旋絞合的多個第二熱塑性聚合物復合線材6。圖2E示出螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線14的另一示例性替代性構型的剖視圖，所述纜線包括限定中心縱向軸線的單個非熱塑性線材I (示出為金屬線材，但其可替代性地為非熱塑性復合線材，例如熱固性聚合物復合線材或金屬基質復合線材)，圍繞單個線材2螺旋絞合的多個第一非熱塑性線材3 (包括例如金屬線材、熱固性聚合物復合線材或金屬基質復合線材)，圍繞所述多個第一非熱塑性線材3螺旋絞合的多個第二熱塑性聚合物復合線材6，以及圍繞所述多個第二非熱塑性線材6螺旋絞合的多個第三熱塑性聚合物復合線材8。圖2F示出圖IB中所示的螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線10’的另一示例性替代性構型的剖視圖，所述纜線包括限定中心縱向軸線的單個非熱塑性線材I (示出為金屬線材，但其可替代性地為非熱塑性復合線材，例如熱固性聚合物復合線材或金屬基質復合線材)，圍繞單個線材2螺旋絞合的多個第一熱塑性聚合物復合線材4，圍繞所述多個第一熱塑性聚合物復合線材4螺旋絞合的多個第二非熱塑性線材5(包括例如金屬線材、熱固性聚合物復合線材或金屬基質復合線材)，以及圍繞所述多個第二非熱塑性線材5螺旋絞合的多個第三熱塑性聚合物復合線材8。
雖然圖2A-2C各自示出限定中心縱向軸線(未示出)的單個中心熱塑性聚合物復合線材2，但還應當理解，單個線材2可為非熱塑性線材，例如復合線材(例如熱固性聚合物復合線材或金屬基質復合線材)、或金屬線材或可延展金屬線材I (如圖2D-2F中所示)。此外，還應當理解，在任何上述實施例中，各個熱塑性聚合物復合線材的沿與所述中心縱向軸線基本上垂直的方向截取的橫截面形狀通常可為圓形、橢圓形或梯形。在某些示例性實施例中，每個熱塑性聚合物復合線材都具有大致圓形的橫截面形狀，并且每個聚合物復合線材的直徑都為至少約O. Imm,更優選地為至少O. 5mm ;還更優選地為至少Imm,還更優選地為至少2mm,最優選地為至少3mm ;并且至多為約15mm,更優選地為至多IOmm,還更優選地為至多5mm,甚至更優選地為至多4mm,最優選地為至多3mm。在其他示例性實施例中，每個熱塑性聚合物復合線材的直徑可為小于1mm，或大于5mm。通常，具有大致圓形橫截面形狀的單個中心線材的平均直徑的范圍為從約O. Imm至約15mm。在一些實施例中，單個中心線材的平均直徑期望地為至少O. Imm,至少O. 5mm,至少Imm,至少2mm,至少3mm,至少4mm,或者甚至高達約5mm。在其他實施例中，單個中心線材的平均直徑小于約O. 5mm,小于Imm,小于3mm,小于5mm,小于IOmm,或小于15mm。 在圖2A-2F未示出的其他示例性實施例中，螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線可包括圍繞限定中心縱向軸線的單個線材的熱塑性聚合物復合線材的超過三個的絞合層。在某些示例性實施例中，在螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線的各層中的各個熱塑性聚合物復合線材可具有相同構造和形狀；然而，這不是獲得本文所述的有益效果所要求的。在某些示例性實施例中，螺旋絞合熱塑性聚合物復合線材(例如2、4、6、8等)各自在熱塑性聚合物基質中包含多個連續纖維，這將在下文中進行更為詳細地討論。由于所述線材為熱塑性聚合物復合材料，所以在卷攬操作期間(或之后)對其加熱時，它們可發生塑性變形，而與常規金屬基質或陶瓷基質復合線材不同。因此，例如可以進行常規卷攬處理以將聚合物復合線材永久性地塑性變形成其螺旋布置方式，從而不需要用于保持螺旋絞合熱塑性聚合物復合線材的螺旋絞合構型的保持裝置。本發明的使用熱塑性聚合物復合線材來形成螺旋絞合纜線因而可提供比常規非熱塑性聚合物復合線材優越的所需特性。使用熱塑性聚合物復合線材使得螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線可以便利地處理為最終纜線制品，或在結合到后續最終纜線制品中之前便利地處理為中間纜線制品。在示例性實施例中，熱塑性聚合物復合線材在熱塑性聚合物基質中包含至少一種連續纖維。在一些示例性實施例中，所述至少一種連續纖維包括金屬、聚合物、陶瓷、玻璃、碳、以及它們的組合。在某些當前優選的實施例中，所述至少一種連續纖維包括鈦、鎢、硼、形狀記憶合金、碳納米管、石墨、碳化硅、硼、芳香族聚酰胺、聚(對亞苯基_2，6-苯并雙噁唑)、以及它們的組合。在另一些示例性實施例中，聚合物復合線材的聚合物基質包括(共)聚合物，所述(共)聚合物選自環氧樹脂、酯、乙烯基酯、聚酰亞胺、聚酯、氰酸酯、酚醛樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、以及它們的組合。在某些當前優選的實施例中，熱塑性聚合物復合線材的聚合物基質包括熱塑性(共)聚合物，所述熱塑性(共)聚合物選自(甲基)丙烯酸酯、乙烯基酯、聚酯、氰酸酯、聚醚醚酮(PEEK)、以及它們的組合。優選高溫熱塑性(共)聚合物。當前優選的高溫熱塑性(共)聚合物為PEEK。
在一些示例性實施例中，所述聚合物基質可另外包括一種或多種熱塑性含氟聚合物。合適的熱塑性含氟聚合物包括氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、乙烯氯三氟乙烯(ECTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、四氟乙烯聚合物(TFV)。特別合適的含氟聚合物為以商品名DYNEON THV FLU0R0PLASTICS、DYNEON ETFE FLUOROPLASTICS,DYNEONFEP FLU0R0PLASTICS,DYNEON PFA FLU0R0PLASTICS、和 DYNEON PVDF FLUOROPLASTI CS (全部可得自 3M 公司(St. Paul, MN))出售的那些。雖然本發明可用任何合適的熱塑性聚合物復合線材來實施，但在某些示例性實施例中，各個熱塑性聚合物復合線材選擇為纖維強化熱塑性聚合物復合線材，所述纖維強化熱塑性聚合物復合線材在熱塑性聚合物基質中包含連續纖維絲束或連續單絲纖維中的至少一種。在一些實施例中，熱塑性聚合物復合線材中至少85%(在一些實施例中，為至少90%，或者甚至至少95%)的纖維都是連續的。在一些當前優選的實施例中，熱塑性聚合物復合線材的失效拉伸應變優選為至少O. 4%，更優選地為至少O. 7%。 另外，至少所述單個線材2可為熱固性聚合物復合線材。合適的熱固性聚合物復合線材公開于例如美國專利 No. 6，180，232 ；No. 6，245，425 ；No. 6，329，056 ；No. 6，336，495 ；No. 6，344，270 ；No. 6，447，927 ；No. 6，460，597 ；No. 6，544，645 ；No. 6，559，385、No. 6，723，451 ;和 No. 7，093，416 中。熱塑性聚合物復合線材的當前優選實施例在熱塑性聚合物基質中包含多根連續陶瓷纖維。可以與本發明一起使用的其他纖維包括玻璃纖維、碳化硅纖維、碳纖維、以及這些聚合物復合線材的組合。合適的陶瓷纖維的例子包括金屬氧化物(例如，氧化鋁)纖維、氮化硼纖維、碳化硅纖維和任何這些纖維的組合。通常，氧化陶瓷纖維為結晶陶瓷和/或結晶陶瓷和玻璃的混合物(即纖維可包含結晶陶瓷和玻璃相)。通常，此類纖維的長度為大約至少50米，并且可能甚至為大約上千米或更長。通常，連續陶瓷纖維的平均纖維直徑在約5微米至約50微米、約5微米至約25微米、約8微米至約25微米或者甚至約8微米至20微米的范圍內。在一些實施例中，結晶陶瓷纖維的平均拉伸強度為至少I. 4GPa、至少I. 7GPa、至少2. IGPa或者甚至至少2. 8GPa。在一些實施例中，結晶陶瓷纖維的彈性模量大于70GPa到大約不大于lOOOGPa，或者甚至不大于420GPa。合適的陶瓷纖維的例子包括碳化硅纖維。通常，碳化硅單絲纖維為結晶陶瓷和/或結晶陶瓷和玻璃的混合物(即纖維可包含結晶陶瓷和玻璃相)。通常，此類纖維的長度為大約至少50米，并且可能甚至為大約上千米或更長。通常，連續碳化硅單絲纖維的平均纖維直徑在約100微米至約250微米的范圍內。在一些實施例中，結晶陶瓷纖維的平均抗張強度為至少2. 8GPa、至少3. 5GPa、至少4. 2GPa或者甚至至少6GPa。在一些實施例中，結晶陶瓷纖維的彈性模量大于250GPa到大約不大于500GPa，或者甚至不大于430GPa。一種當前優選的陶瓷纖維包括多晶α-Α1203。合適的氧化鋁纖維在例如美國專利No. 4，954，462 (Wood等人)和No. 5，185，299 (Wood等人)中有所描述。示例性α -氧化鋁纖維以商品名“NEXTEL 610”(3Μ公司(St. Paul, MN))出售。在一些實施例中，氧化鋁纖維是多晶α -氧化鋁纖維，并且包含(根據理論氧化物)大于99重量％的Al2O3和0. 2-0. 5重量％的3102 (基于氧化鋁纖維的總重量)。在另一方面，一些可取的多晶α-氧化鋁纖維包含平均晶粒尺寸小于I微米(或者甚至在一些實施例中小于0.5微米)的α-氧化鋁。在另一方面，在一些實施例中，多晶α -氧化鋁纖維具有至少I. 6GPa (在一些實施例中，為至少2. lGPa，或者甚至至少2. 8GPa)的平均拉伸強度。合適的硅鋁酸鹽纖維在(例如)美國專利No. 4，047, 965 (Karst等人)中有所描述。示例性硅鋁酸鹽纖維由3M公司(St. Paul, MN)以商品名“NEXTEL 440”、“NEXTEL 550”和“NEXTEL 720”出售。鋁硼硅酸鹽纖維在(例如)美國專利No. 3，795，524 (Sowman)中有所描述。示例性鋁硼硅酸鹽纖維由3M公司以商品名“NEXTEL 312”出售。氮化硼纖維可以如例如美國專利No. 3，429，722 (Economy)和No. 5，780，154(0kano等人)中所述制成。示例性碳化硅纖維由(例如)C0I Ceramics (San Diego, CA)以商品名為“NICALON”的每束有500根纖維的纖維束出售，由日本宇部興產公司(Ube Industries of Japan)以商品名“TYRANN0”出售，以及由密歇根州米德蘭道康寧公司(Dow Corning (Midland, MI))以商品名“SYLRAMIC”出售。合適的玻璃纖維的例子包括A-玻璃、B-玻璃、C-玻璃、D-玻璃、S-玻璃、AR-玻璃、R-玻璃、玻璃纖維和仿玻璃，如本領域公知的。也可以使用其他玻璃纖維；這個列表是非限制性的，并且存在許多不同類型的市售玻璃纖維，例如購自Corning GlassCompany (Corning, NY)的玻璃纖維。 在一些示例性實施例中，連續玻璃纖維可以是優選的。通常，連續玻璃纖維的平均纖維直徑在約3微米至約19微米的范圍內。在一些實施例中，玻璃纖維的平均抗拉強度為至少3GPa、4GPa，或者甚至至少5GPa。在一些實施例中，玻璃纖維的彈性模量在約60GPa至95GPa的范圍內，或者在約60GPa至約90GPa的范圍內。合適的碳纖維包括市售碳纖維，例如商品名為PANEX 1^PPYRONif'(得自密蘇里州布里奇的卓爾泰克公司(Z0LTEK，Bridgeton, MO) )、TH0RNEL(得自新澤西州西帕特森的氰特工業公司(CYTEC Industries, Inc. , West Paterson, NJ) )> HEXTOff (得自康捏狄格州紹斯伯里的赫氏公司(HEXCEL，Inc. (Southbury, CT))、和東麗T0RAYCA (得自日本東京的東麗TORAY有限公司(T0RAY Industries, Ltd. Tokyo, Japan))的纖維。這樣的碳纖維可以衍生自聚丙烯腈(PAN)前體。其他合適的碳纖維包括PAN-IM、PAN-ΗΜ、PAN UHM, PITCH或人造絲副產品，如本領域公知的。另外合適的市售纖維包括ALTEX(得自日本大阪府的住友化學株式會社(SumitomoChemical Company, Osaka, Japan))和 ALCEN (得自日本東京的 Nitivy 有限公司(NitivyCompany, Ltd.，Tokyo, Japan))。合適的纖維也包括形狀記憶合金(即，經歷了馬氏體轉變的合金，使得合金能夠在轉變溫度以下通過孿晶機制而變形，其中當孿生結構在加熱到轉變溫度之上的情況下回復到初始相時，這種變形是可逆的)。市售形狀記憶合金纖維是可獲得的，例如，得自賓夕法尼亞州西懷特蘭的莊信萬豐公司(Johnson Matthey Company (Westffhiteland, PA))。在一些實施例中，陶瓷纖維是成束的。絲束在纖維領域中是已知的，并且是指收集成粗紗形式的多根(單獨的)纖維(通常為至少100根纖維，更典型的是為400根纖維)。在一些實施例中，纖維束包括每束至少780根單纖維，并且在一些情況下，每束至少2600根單纖維，而在其他情況下，每束至少5200根單纖維。陶瓷纖維的絲束通常有多種長度可供選擇，包括300米、500米、750米、1000米、1500米、2500米、5000米、7500米以及更長。纖維的橫截面形狀可以是圓形或橢圓形。市售纖維通常可以包括有機施膠材料，其在制造期間添加到纖維中，從而提供潤滑性并且在處理期間保護纖維股線。膠料可以(例如)通過溶解或灼熱膠料使之從纖維上脫離來移除。通常，希望在形成金屬基質聚合物復合線材之前移除膠料。纖維還可以具有涂層，所述涂層用來例如提高纖維的可濕性，降低或抑制纖維和熔化的金屬基質材料之間的反應。這樣的涂層和提供這種涂層的技術是纖維和聚合物復合材料領域中公知的。根據本發明的當前優選熱塑性聚合物復合線材的纖維密度可為約3. 90-3. 95克/立方厘米。美國專利No. 4，954，462 (Wood等人)中描述了那些優選的纖維。優選的纖維可以商品名“NEXTEL 610” α氧化鋁基纖維商購獲得(得自3Μ公司(St. Paul，MN))。熱塑性聚合物基質優選選擇成使其不會與纖維材料發生明顯的化學反應(也就是說，相對于纖維材料是較為化學惰性的)，從而不需要在纖維外部上提供保護性涂層。在其他示例性實施例中，所述螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線可另外包括一個或多個纖維強化金屬基質復合線材。一個當前優選的纖維強化金屬基質復合線材為陶瓷纖維強化鋁基質復合線材。陶瓷纖維強化鋁基質復合線材優選地包括多晶a-Al2O3的連續纖維，所述連續纖維被包封于基本上純的元素鋁的基質中，或者被包封于純鋁與至多約2重 量％ (基于基質總重量計)的銅的合金的基質中。優選的纖維包括尺寸小于約IOOnm且纖維直徑的范圍為約1-50微米的等軸晶粒。約5-25微米的纖維直徑范圍是優選的，而約5-15微米的范圍是最優選的。在纖維強化金屬基質復合線材的某些當前優選實施例中，使用包括基本上純的元素鋁或者元素鋁與至多約2重量％ (基于基質總重量計)的銅的合金的基質，已經顯示出形成成功的線材。本文所用的術語“基本上純的元素鋁”、“純鋁”和“元素鋁”可互換，均用來意指含有小于約O. 05重量％的雜質的鋁。在一個當前優選的實施例中，纖維強化金屬基質復合線材在基本上為元素鋁的基質內包含約30-70體積％的多晶a -Al2O3纖維(基于所述纖維強化金屬基質復合線材的總體積計)。當前優選的是，基于基質的總重量計，基質包含小于約O. 03重量％的鐵，并且最優選的是包含小于約O. 01重量％的鐵。優選纖維含量為約40-60%的多晶a -Al2O3纖維。已經發現，形成有屈服強度小于約20MPa的金屬基質和縱向拉伸強度為至少約2. SGPa的纖維的這樣的纖維強化金屬基質復合線材具有優良的強度特性。基質還可以由元素鋁與至多約2重量％ (基于基質總重量計)的銅的合金形成。如同其中使用基本上純的元素鋁基質的實施例中一樣，具有鋁/銅合金基質的纖維強化金屬基質復合線材優選地包括基于聚合物復合材料總體積計約30-70體積％的多晶a -Al2O3纖維，并且因此更優選地包括約40-60體積％的多晶Ci-Al2O3纖維。此外，基于基質的總重量計，基質優選地包含小于約O. 03重量％的鐵，并且最優選的是包含小于約O. 01重量％的鐵。鋁/銅合金基質優選地具有小于約90MPa的屈服強度，并且如上所述，多晶Ci-Al2O3纖維具有至少約2. SGPa的縱向拉伸強度。纖維強化金屬基質復合線材優選由基本上連續的多晶a -Al2O3纖維形成，所述纖維包含于基本上純的元素鋁基質中或者包含于由元素鋁和至多約2重量％的銅的合金形成的基質中，如上所述。這類線材通常通過這樣的工序制備，其中將布置于纖維絲束中的基本上連續的多晶Q-Al2O3纖維的線軸拉引通過熔融的基質材料浴。然后，所產生的區段凝固，從而提供封裝在基質中的纖維。示例性的金屬基質材料包括鋁(例如高純度(即大于99. 95%)元素鋁)、鋅、錫、鎂、及其合金(例如，鋁和銅的合金)。通常，基質材料選擇成使得基質材料與纖維不發生明顯的化學反應(也就是說，相對于纖維材料是較為化學惰性的)，(例如)以消除在纖維外部上提供保護性涂層的需要。在一些實施例中，基質材料有利地包含鋁及其合金。在一些實施例中，金屬基質包含至少98重量％的鋁、至少99重量％的鋁、大于99. 9重量％的招、或者甚至大于99. 95重量％的招。示例性的招和銅的招合金包括至少98重量％的Al和至多2重量％的Cu。在一些實施例中，可用的合金是1000、2000、3000、4000、5000,6000,7000和/或8000系列的鋁合金(鋁協會標號)。雖然制備高拉伸強度線材傾向于需要高純度金屬，但是低純度形式的金屬也是可用的。適用的金屬可商購獲得。例如，鋁可以商品名“超純鋁；99. 99%鋁”(SUPER PUREALUMINUM; 99. 99%A1)得自 Alcoa (Pittsburgh, PA)。鋁合金(例如，A1-2 重量 ％Cu (O. 03重量％的雜質))可購自(例如)Belmont Metals (New York, NY) 鋅和錫可得自(例如)MetalServices (St. Paul, MN)(“純鋅” ；99. 999% 純度和“純錫” ；99. 95% 純度)。例如，鎂可 以商品名“PURE”得自 Magnesium Elektron (Manchester, England)。續合金(例如，WE43A、EZ33A、AZ81A 和 ZE41A)可以購自(例如)TIMET (Denver, CO)。纖維強化金屬基質復合線材通常包括至少15體積％(在一些實施例中，為至少20、25、30、35、40、45或者甚至50體積％)的纖維(基于纖維和基質材料的總組合體積)。更常見的是聚合物復合線芯和線材包含40至75 (在一些實施例中，為45至70)體積％范圍內的纖維(基于纖維和基質材料的總組合體積)。合適的纖維強化金屬基質復合線材可以使用本領域公知的技術來制備。例如，連續金屬基質復合線材可采用連續金屬基質浸滲方法制備。一種適用的方法在(例如)美國專利No. 6，485，796(Carpenter等人)中有所描述。包括熱塑性聚合物和強化纖維的熱塑性聚合物復合線材還可以使用本領域公知的擠拉成型法來制備。例如，美國專利No. 4，680, 224描述了 “a process for preparing shaped objects of continuous fiber strandmaterial in a poly (arylene sulfide)matrix and the shaped objects preparedthereby (在聚(亞芳基硫醚)基質中制備連續纖維股線材料的成形物品的方法以及由此制備成形物品)”。此外，PCT專利公開No. WO 2005/123999描述了制備具有PEEK基質的連續長度纖維強化復合材料的擠拉成型法“成形物品通過擠拉成型法來制備，所述擠拉成型法包括選擇單向連續高強度纖維；將所述纖維用細粉形式的超高分子量聚乙烯浸潰以形成復合物；向復合物中任選地添加添加劑或纖維；和圍繞所述纖維形成所述超高分子量聚乙烯的連續基質。”圍繞螺旋絞合熱塑性聚合物復合線芯絞合以提供螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線(例如根據本發明的某些實施例的電力輸送纜線)的可延展金屬線材是本領域公知的。優選的可延展金屬包括鐵、鋼、鋯、銅、錫、鎘、鋁、錳和鋅；它們與其他金屬和/或硅的合金；等等。銅線材可商購自例如Southwire Company (Carro I ton, GA)。招線材可以商品名“ 1350-H19 ALUMINUM” 和 “ 1350-H0 ALUMINUM” 商購自例如 Nexans (ffeyburn, Canada)或Southwire Company(CarroIton, GA)。通常，在至少從約20°C至約800°C的溫度范圍內，銅線材的熱膨脹系數在約12ppm/°C至約 18ppm/°C 的范圍內。銅合金(例如青銅，如 Cu-Si-X、Cu-AI-X、Cu-Sn-X、Cu-Cd ；其中 X=Fe、Mn、Zn、Sn 和 / 或 Si ;可商購自(例如)Southwire Company (Carro I ton, GA.);氧化物分散體強化銅，可以商品名“GLIDCOP”線材得自(例如)北卡羅來納州三角研究園的OMGAmericas 公司(OMG Americas Corporation, Research Triangle Park, NC)。在一些實施例中，在至少從約20°C至約800°C的溫度范圍內，銅合金線材的熱膨脹系數在約10ppm/°C至約25ppm/°C的范圍內。線材可以具有任意的各種形狀(例如，圓形、橢圓形和梯形)。通常，在至少從約20°C至約500°C的溫度范圍內，鋁線材的熱膨脹系數在約20ppm/°C至約25ppm/°C的范圍內。在一些實施例中，鋁線材(例如，“1350-H19 ALUMINUM”)的拉伸斷裂強度為至少138MPa(20ksi)、至少158MPa(23ksi)、至少172MPa(25ksi)或者至少186MPa(27ksi)或至少200MPa(29ksi)。在一些實施例中，鋁線材(例如，“1350-H0ALUMINUM”)的拉伸斷裂強度大于41MPa(6ksi)至不大于97MPa (14ksi)，或者甚至不大于83MPa(12ksi)。鋁合金線材是市售的，例如，以商品名“ZTAL”、“XTAL”和“KTAL”(得自日本大阪府的住友電氣工業株式會社(Sumitomo Electric Industries, Osaka, Japan))或以 “6201”(得自佐治亞州卡洛爾的Southwire公司(Southwire Company, Carrolton, GA))出售的鋁-鋯合金線材。在某些實施例中，在至少從約20°C至約500°C的溫度范圍內，鋁合金線材 的熱膨脹系數在約20ppm/°C至約25ppm/°C的范圍內。在另外的示例性實施例中，一些或所有的可延展金屬線材在基本上與中心縱向軸線垂直的方向上可具有“Z”或“S”形(未示出)的橫截面形狀。這種形狀的線材是本領域公知的，并且是期望的，例如以形成纜線的互鎖外層。本發明的示例性實施例優選提供非常長的螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線。另外優選的是在所述螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線10內的熱塑性聚合物復合線材自身為連續貫穿絞合纜線的長度的。在一個優選的實施例中，熱塑性聚合物復合線材為基本上連續的，并為至少150米長。更優選地，熱塑性聚合物復合線材在螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線中為連續的并為至少250米長，更優選地為至少500米長，還更優選地為至少750米長，最優選地為至少1000米長。在另外的示例性實施例中，本發明提供了一種制造任何上述實施例中所述的螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線的方法，所述方法包括圍繞限定中心縱向軸線的單個線材螺旋絞合多個第一熱塑性聚合物復合線材，其中沿第一捻向以相對于所述中心縱向軸線限定的第一捻角實施螺旋絞合所述多個第一熱塑性聚合物復合線材，并且其中所述多個第一線材具有第一捻距；圍繞所述多個第一熱塑性聚合物復合線材螺旋絞合多個第二熱塑性聚合物復合線材，其中沿所述第一捻向以相對于所述中心縱向軸線限定的第二捻角實施螺旋絞合所述多個第二熱塑性聚合物復合線材，并且其中所述多個第二線材具有第二捻距；以及將所述螺旋絞合的多個第一和多個第二熱塑性聚合物復合線材加熱至足夠的溫度，并保持足夠的時間以使得在冷卻至25°C時可以將螺旋絞合的所述聚合物復合線材保持為螺旋絞合構型。當前優選的溫度為300°C。在一個優選的實施例中，螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線包括多個熱塑性聚合物復合線材，所述多個熱塑性聚合物復合線材沿一定捻向螺旋絞合，以具有從6至150的捻制因子。絞合纜線的“捻制因子”是通過將其中單個線材12完成一次螺旋回轉的絞合纜線的長度除以包括該股線的層的標稱外徑而確定的。雖然可以使用任何合適尺寸的熱塑性聚合物復合線材，但對于許多實施例和多種應用而言優選的是熱塑性聚合物復合線材具有1_至4_的直徑，然而也可以使用更大或更小的熱塑性聚合物復合線材。熱塑性聚合物復合線材可以如本領域中已知的絞合或螺旋地纏繞在任何合適的纜線絞合設備上，例如得自意大利貝加莫省的Cortinovis, Spa公司(Cortinovis, Spa, ofBergamo, Italy)以及新澤西州帕特森的沃森機械設備國際公司(Watson MachineryInternational, of Patterson, NJ)的行星式纜線絞合器。在一些實施例中，可能有利的是采用剛性絞合器或絞盤來實現大于IOOkg的線芯張力，如本領域公知的。在一些示例性實施例中，使用熱塑性聚合物復合線材改進了使用熱固性聚合物復合線材的常規絞合工藝。示例性熱固性絞合工藝在(例如)美國專利No. 5，126，167中有所描述。該工藝使用熱固性聚合物復合線材，所述熱固性聚合物復合線材在聚合物復合線材的聚合物基質中包含未固化的熱固性樹脂。相比于處理完全成形和固化的熱塑性聚合物復
合線材，處理、在線軸上卷繞以及加工包含未固化樹脂的線材比較困難。使用熱塑性聚合物復合線材還可以降低制造成本。此外，可以利用常規設備和線軸。在纜線絞合過程中，具有一個或多個纏繞在其上的附加層的中心線材或中間非成品螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線被拉引通過各個滑架的中心，其中每個滑架向絞合纜線增加一個層。將作為一個層增加的各個線材同時從其相應線軸上拉引，同時通過馬達驅動的滑架圍繞纜線的中心軸線旋轉。對于各個期望的層而言，這是順序進行的。結果得到螺旋絞合的熱塑性聚合物復合線芯。用于制備根據本發明實施例的螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線的示例性設備80示于圖3中。通常，根據本發明的螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線可以通過圍繞單個線材沿相同的捻向絞合聚合物復合線材來制備，如上所述。單個線材可以包括聚合物復合線材或可延展線材。通過圍繞單個線材芯絞合熱塑性聚合物復合線材來優選形成至少兩個熱塑性聚合物復合線材層，例如，19或37根線材圍繞單個中心線材形成在至少兩個層中，如圖IB中所示。用于提供螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線的單個中心線材2的線材線軸81設置在常規行星式絞合機80的頭部，其中線軸81自由旋轉，并且張力能夠通過制動系統施加，在制動系統中張力可在放線期間施加至線芯(在一些實施例中，所述張力在0-91kg(0-2001bs.)的范圍內)。單個線材90螺旋通過線軸滑架82、83、通過閉合模具84、85、圍繞絞盤輪86并且附接到卷線軸87。線材線軸81可包括復合線材，例如熱固性聚合物復合線材、熱塑性聚合物復合線材或金屬基質復合線材。或者，線材線軸81可包括金屬線材,例如可延展金屬線材。在示例性實施例中，絞合熱塑性復合纜線通過(如螺旋通過)熱源96和97。閉合模具84和85也可以包含加熱元件。熱源提供足夠的熱并保持足夠的時間以使得線材塑性變形。熱源可為足夠長以提供常駐加熱時間，所述常駐加熱時間足以將聚合物復合纜線加熱至使得熱塑性聚合物復合線材塑性變形的溫度。可以使用各種加熱方法，包括(例如)用空氣對流加熱以及如管式爐的輻射加熱。或者可將纜線通過加熱液體浴。或者可將絞合纜線纏繞在線軸上，然后在烘箱中加熱足夠的溫度和時間段以使得線材塑性變形。在施加外絞合層之前，各個熱塑性聚合物復合線材設置在分開的線軸88上，所述線軸88捻在絞合設備的多個馬達驅動的滑架82、83中。在一些實施例中，從線軸88拉引熱塑性聚合物復合線材89A、89B所需的張力的范圍通常為4. 5-22. 7kg (10-501bs.)。通常，針對完成的螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線的每個層都有一個滑架。每個層的熱塑性聚合物復合線材89A、89B在閉合模具84、85處的每個滑架的出口處被聚在一起，并且被布置成覆蓋中心線材或覆蓋前一個層。構成螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線的熱塑性聚合物復合線材層如此前所述螺旋地絞合。在絞合過程中，具有一個或多個纏繞在其上的附加層的中心線材或中間非成品螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線被拉引通過各個滑架的中心，其中每個滑架向絞合纜線增加一個層。將作為一個層增加的單獨線材被同時從其相應線軸上拉動，同時通過馬達驅動的滑架圍繞纜線的中心軸線轉動。對于各個期望的層而言，這是順序進行的。結果得到螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線91，該復合纜線可以被便利地切割和處理，而不會發生形狀變化或散開。
在一些示例性實施例中，螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線包括螺旋絞合熱塑性聚合物復合線材，所述螺旋絞合熱塑性聚合物復合線材的長度為至少100米、至少200米、至少300米、至少400米、至少500米、至少1000米、至少2000米、至少3000米或者甚至至少4500米或更長。單個中心線材材料和用于指定層的熱塑性聚合物復合線材通過閉合模具而緊密接觸。參見圖3，閉合模具84、85的尺寸通常形成為使得纏繞的層的熱塑性聚合物復合線材上的變形應力最小化。閉合模具的內徑被調控至外部層直徑的尺寸。為了最小化層的線材上的應力，閉合模具的尺寸形成為使其處于比纜線外徑大0-2. 0%的范圍內。(也就是說，模具內徑處于纜線外徑的I. 00至I. 02倍的范圍內)。示例性閉合模具為圓柱體，并且利用例如螺栓或其他合適的連接件保持就位。模具可以由例如硬化工具鋼制成。所獲得的成品螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線可以在需要時穿過其他絞合工位，并且最終纏繞到卷線軸87上，卷線軸87的直徑足以避免纜線損壞。在一些實施例中，本領域中公知的用于矯直纜線的技術可能是期望的。例如，成品纜線可以穿過矯直裝置，所述矯直裝置包括輥(每個輥都為例如10-15cm(4-6英寸)，直線地布置成兩層，每層中有例如5_9輥。兩層輥之間的距離可以改變成使得輥正好撞擊在纜線上或者引起纜線的嚴重彎曲。兩層輥定位在纜線的相對側上，同時一層中的輥與另一層中相對的輥產生的空間匹配。從而，兩個層可以彼此偏移。隨著螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線穿過矯直裝置，纜線在所述輥上來回彎曲，以允許導體中的股線拉伸至相同長度，從而減少或消除股線松散。在一些示例性實施例中，可能有利的是在環境溫度(例如22°C)之上的高溫(例如至少 25 V、50°C、750C > 1000C > 1250C > 1500C >200 V、250 V、300 V、400 V，或者甚至，在一些實施例中，至少500°C)下提供單個中心線材。單個中心線材可以通過例如加熱成卷的線材(例如，在烘箱中加熱幾個小時)而加熱到期望的溫度。加熱的成卷線材被放置在絞合機的放線線軸(見例如圖3中的放線線軸81)上。有利地，高溫下的線軸處于絞合過程中，同時線材仍然處于或接近期望的溫度(通常在約2個小時內)。在另外一些示例性實施例中，可能有利的是在環境溫度(例如22°C)之上的高溫(例如至少 25°C、50°C、75°C、100°C、125°C、150°C、200°C、250°C、300V、400V，或者甚至，在一些實施例中，至少500°C)下提供所有的線材。線材可以通過例如加熱成卷的線材(例如，在烘箱中加熱幾個小時)而加熱到期望的溫度。加熱的成卷線材被放置在絞合機的放線線軸(見例如圖3中的放線線軸81以及線軸88A和88B)上。有利地，高溫下的線軸處于絞合過程中，同時線材仍然處于或接近期望的溫度(通常在約2個小時內)。在某些示例性實施例中，可能有利的是在絞合過程中，單個線材和形成熱塑性聚合物復合材料外層的熱塑性聚合物復合線材之間存在溫度差。在其他實施例中，可能有利的是利用至少為100kg、200kg、500kg、IOOOkg或甚至至少5000kg的單個線材張力進行絞
口 ο處理螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線的能力是期望的特性。雖然不希望受到任何具體理論的束縛，但據信螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線保持其螺旋絞合布置方式是因為在制造期間，當加熱熱塑性線材時，熱塑性聚合物復合線材經受的應力(包括彎曲應力)超過線材材料的屈服應力但低于極限或破壞應力。該應力在熱塑性聚合物復合線材圍繞較小 半徑的前一層或中心線材螺旋纏繞時施加。在閉合模具84、85處施加額外的應力，閉合模具84、85在制造期間向纜線施加徑向力和剪切力。然而，當加熱至足夠的溫度，熱塑性聚合物復合線材塑性變形，并且線材內的應力變得松弛。如果將螺旋絞合聚合物復合纜線中的絞合聚合物復合線材加熱至足以軟化絞合線材內的聚合物基質的溫度，則在絞合期間聚合物復合線材中的彎曲應力和施加的其他應力可因而大大降低或甚至消除(即降低至零)，從而導致聚合物復合線材彼此粘附，并從而在冷卻至25°C時保持其螺旋絞合構型。因此，在某些當前優選的示例性實施例中，將熱塑性聚合物復合線材加熱至至少高于形成所述熱塑性聚合物復合線材的(共)聚合物基質材料的玻璃化轉變溫度的溫度并保持足夠的時間以使得熱塑性聚合物發生應力弛豫。在一些示例性實施例中，將螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線中的熱塑性聚合物復合線材加熱到至少50°C，更優選地至少100°C、150°C、200°C、250°C、300°C、350°C、400 V、450 V或甚至至少 500 V 的溫度。優選地，將螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線中的熱塑性聚合物復合線材加熱至不高于熱塑性(共)聚合物基質的熔融溫度的溫度。在一些實施例中，所述常駐加熱時間可小于一分鐘。在其他示例性實施例中，將螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線中的熱塑性聚合物復合線材加熱至少I分鐘、2分鐘、5分鐘、10分鐘、20分鐘、半小時、更優選地I小時、I. 5小時、或甚至兩小時的一段時間。本發明的螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線可用于許多應用中。由于此類螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線結合了重量輕、強度高、導電性好、熱膨脹系數較低、使用溫度高和抗腐蝕，所以，相信此類螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線尤其理想地適于用作電力輸送纜線，所述電力輸送纜線可包括架空、地下和水下電力輸送纜線。因此，在另一個方面，本發明提供絞合電力輸送纜線的多個實施例，所述絞合電力輸送纜線包括螺旋絞合熱塑性聚合物復合線芯和圍繞所述螺旋絞合熱塑性聚合物復合線芯的導體層，并且其中所述螺旋絞合熱塑性聚合物復合線芯包括上述螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線中的任一種。在一些實施例中，電力輸送纜線可用作架空電力輸送纜線、地下電力輸送纜線、或水下電力輸送纜線，諸如水下纜繩或水下臍帶纜。在某些示例性實施例中，導體層包括金屬層，所述金屬層接觸螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜芯的基本上整個表面。在其他示例性實施例中，導體層包括圍繞螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜芯絞合的多個可延展金屬導體線材。
所述螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線可用作中間制品，所述中間制品隨后可以通過圍繞線芯絞合多個可延展金屬線材而結合到最終制品(例如拖纜、起重吊纜、電力輸送纜線等)中，所述線芯包括螺旋絞合熱塑性聚合物復合線材，例如此前所述的螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線或其他螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線。例如，如上所述，可以通過利用本領域公知的技術圍繞單個中心線材(2)來螺旋絞合兩個或多個熱塑性聚合物復合線材層(4、6、8)來制成所述線芯。通常，這樣的螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜芯往往包括少至19個單獨的線材到50或更多個線材。電力輸送纜線(或用于形成螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線的任何單個線材)可任選地被絕緣層或絕緣外皮圍繞。鎧裝層或外皮還可用于圍繞和保護電力輸送纜線(或用于形成螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線的任何單個線材)。電力輸送纜線可以包括兩個或多個任選的可延展金屬導體線材層。可根據需要使用更多的可延展金屬導體線材層(圖中未示出)。當用作電力輸送纜線時，任選的可延展金屬線材可以充當電導體，即可延展金屬線材導體。優選地，每個導體層包括多個可延展金屬導體線材，如本領域公知的。用于可延展金屬導體線材的合適材料包括鋁和鋁合金。可延展金屬導體線材可以通過本領域公知的合適纜線絞合設備(見例如圖3)圍繞螺旋絞合熱塑性聚合物復合線芯絞合。聚合物復合線材在電力輸送纜線中的重量百分比將取決于輸送線路的設計。在電力輸送纜線中，鋁或鋁合金導體線材可以是架空電力輸送領域中公知的任意各種材料，包括但不限于 1350 Al (ASTM B609-91)、1350-H19 Al (ASTM B230-89)或者6201 T-81 Al (ASTMB399-92)。電力輸送纜線的當前優選應用為架空電力輸送纜線、地下電力輸送纜線、或水下電力輸送纜線，例如水下纜繩或水下臍帶纜。對于合適的架空電力輸送纜線、地下電力輸送纜線、水下電力輸送纜線、水下纜繩和水下臍帶纜的說明，參見(例如)共同待審的美國臨時專利申請 No. 61/226，151 (“INSULATED COMPOSITE POWER CABLE AND METHOD OF MAKINGAND USING SAME (絕緣復合電纜及其制造和使用方法)”，提交于2009年7月16日)以及共 同待審的美國臨時專利申請No. 61/226，056(“SUBMERSIBLE COMPOSITE CABLE AND METHODS(潛水復合電纜和方法)”，提交于2009年7月16日)。對于可以采用本發明的絞合纜線的合適的電力輸送纜線和方法的說明，參見(例如)同心捻制絞合鋁導體、涂覆、強化(ACSR)的標準規范 ASTM B232-92 ;或者美國專利 No. 5，171，942 和 No. 5，554，826。在這些電纜輸送應用中，構成熱塑性聚合物復合線材的聚合物基質的熱塑性(共)聚合物應當根據應用選擇成在至少100°c、或240°C、或300°C的溫度下使用。就這一點而言，聚醚醚酮是用于熱塑性聚合物復合線材的聚合物基質中的當前優選(共)聚合物。在其他應用中，其中螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線自身將用作最終制品，或其中其將用作不同后續制品中的中間制品或組件，可能優選的是螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線不含有圍繞多個熱塑性聚合物復合線材的電力導體層。將參照下面的詳細實例進一步描述本發明的操作。這些實例提供成進一步說明各種具體的和優選的實施例和技術。然而，應當理解，可以在不脫離本發明范圍的前提下進行多種變型和更改。
實例I通過將兩個10，000粗紗的NEXTEL 610 α氧化鋁纖維(購自明尼蘇達州圣保羅的3Μ公司(3Μ Company, St. Paul, MN))用聚醚醚酮(PEEK)熱塑性聚合物(得自賓夕法尼亞州西康舍霍肯的威格斯公司(VITREX PLC, West Conshohocken, PA))浸潤來制備NEXTEL/PEEK聚合物復合線材。制備連續長度的纖維強化聚合物復合線材的方法是本領域公知的(參見例如美國專利No. 4，680, 224和PCT專利公開W02005/123999)。使用這種常規復合線材制造方法(在馬薩諸塞州湯頓的Tencate Advanced Composites公司(Tencate AdvancedComposites, Taunton, MA))來制造這種聚合物復合線材。使用臺式、手動操作的線材絞合機由NEXTEL/PEEK聚合物復合線材來制備螺旋絞合纜線。構造了有7根股線的纜線，其由圍繞中心聚合物復合芯線材螺旋絞合的6根外部聚合物復合線材組成。制備了若干種纜線長度，一個區段具有6英寸(15. 24cm)的捻距，其他區段具有3英寸(7. 62cm)的捻距。所用的聚合物復合線材的直徑為O. 05英寸(I. 27mm)。制備的聚合物復合纜線的直徑為O. 15英寸(3. 81mm)。纜線末端用粘合帶繞扎以防止各個聚合物復合線材回彈和松開。在該過程的這個時候，線材僅發生彈性變形。將不同長度纜線在200°C、250°C和300°C的溫度下退火I小時。隨后對退火的絞合聚合物復合纜線進行評價以確定纜線中的線材發生永久變形的程度。將保持絞合聚合物復合線材末端的粘合帶移除，釋放纜線末端。對退火的絞合聚合物復合纜線對于其永久變形的保持進行定性地評級，所述評級范圍為未變形、一些變形、更多變形、至幾乎完全變形。結果總結在表I中。表I
權利要求
1.一種絞合纜線，所述絞合纜線包括 單個線材，所述單個線材限定中心縱向軸線； 多個第一熱塑性聚合物復合線材，所述多個第一熱塑性聚合物復合線材圍繞所述單個線材沿第一捻向以相對于所述中心縱向軸線限定的第一捻角螺旋絞合并且具有第一捻距；和 多個第二熱塑性聚合物復合線材，所述多個第二熱塑性聚合物復合線材圍繞所述多個第一熱塑性聚合物復合線材沿第二捻向以相對于所述中心縱向軸線限定的第二捻角螺旋絞合并且具有第二捻距。
2.根據權利要求I所述的絞合纜線，其中所述單個線材具有沿與所述中心縱向軸線基本上垂直的方向截取的橫截面，并且其中所述單個線材的橫截面形狀為圓形或橢圓形。
3.根據權利要求I或2所述的絞合纜線，其中所述單個線材為聚合物復合線材、熱塑性聚合物復合線材或可延展金屬線材。
4.根據權利要求3所述的絞合纜線，其中所述聚合物復合線材中的每個為基本上連續的，并且為至少150m長。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的絞合纜線，其中每個熱塑性聚合物復合線材具有沿與所述中心縱向軸線基本上垂直的方向截取的橫截面，并且其中每個聚合物復合線材的橫截面形狀選自圓形、橢圓形和梯形。
6.根據權利要求5所述的絞合纜線，其中所述熱塑性聚合物復合線材中的每個的所述橫截面形狀均為圓形，并且其中每個熱塑性聚合物復合線材的直徑為約Imm至約4mm。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的絞合纜線，其中所述多個第一熱塑性聚合物復合線材和所述多個第二熱塑性聚合物復合線材中的每個具有10至150的捻制因子。
8.根據權利要求7所述的絞合纜線，其中所述第一捻向與所述第二捻向相同。
9.根據權利要求8所述的絞合纜線，其中所述第一捻角和所述第二捻角之間的相對差大于0°并且不大于約4°。
10.根據權利要求1-9中任一項所述的絞合纜線，還包括多個第三熱塑性聚合物復合線材，所述多個第三熱塑性聚合物復合線材圍繞所述多個第二熱塑性聚合物復合線材沿第三捻向以相對于所述中心縱向軸線限定的第三捻角螺旋絞合并且具有第三捻距。
11.根據權利要求10所述的絞合纜線，其中所述多個第三熱塑性聚合物復合線材和所述多個第二熱塑性聚合物復合線材中的每個具有10至150的捻制因子。
12.根據權利要求11所述的絞合纜線，其中所述第三捻向與所述第二捻向相同。
13.根據權利要求12所述的絞合纜線，其中所述第三捻角和所述第二捻角之間的相對差大于0°并且不大于約4°。
14.根據權利要求1-13中任一項所述的絞合纜線，還包括多個第四聚合物復合線材，所述多個第四聚合物復合線材圍繞所述多個第三聚合物復合線材沿第四捻向以相對于所述中心縱向軸線限定的第四捻角螺旋絞合并且具有第四捻距。
15.根據權利要求14所述的絞合纜線，其中所述多個第三熱塑性聚合物復合線材和所述多個第二熱塑性聚合物復合線材中的每個具有10至150的捻制因子。
16.根據權利要求15所述的絞合纜線，其中所述第四捻向與所述第三捻向相同。
17.根據權利要求16所述的絞合纜線，其中所述第四捻角和所述第三捻角之間的相對差大于0°并且不大于約4°。
18.根據權利要求1-17中任一項所述的絞合纜線，其中所述聚合物復合線材中的每個包括纖維強化聚合物基質。
19.根據權利要求18所述的絞合纜線，其中所述纖維強化聚合物基質用纖維絲束或單絲纖維之一強化。
20.根據權利要求19所述的絞合纜線，其中所述纖維強化聚合物基質包括選自金屬纖維、聚合物纖維、碳纖維、陶瓷纖維、玻璃纖維或它們的組合的至少一個纖維。
21.根據權利要求20所述的絞合纜線，其中所述至少一個纖維包括鈦、鎢、硼、形狀記憶合金、碳、碳納米管、石墨、碳化硅、芳香族聚酰胺、聚(對亞苯基-2，6-苯并雙噁唑)、或它們的組合。
22.根據權利要求20所述的絞合纜線，其中所述至少一個纖維包括選自碳化硅、氧化鋁或硅鋁酸鹽的陶瓷。
23.根據權利要求18-22中任一項所述的絞合纜線，其中所述纖維強化聚合物基質包括(共)聚合物，所述(共)聚合物選自環氧樹脂、酯、乙烯基酯、聚酰亞胺、聚酯、氰酸酯、酚醛樹脂、雙-馬來酰亞胺樹脂、聚醚醚酮、以及它們的組合。
24.根據權利要求18-23中任一項所述的絞合纜線，其中所述纖維強化聚合物基質包括熱塑性(共)聚合物。
25.根據權利要求1-24中任一項所述的絞合纜線，還包括至少一個纖維強化金屬基質復合線材，所述至少一個纖維強化金屬基質復合線材進一步包括位于金屬基質中的至少一個連續纖維，其中所述熱塑性聚合物復合線材中的至少一部分圍繞所述至少一個纖維強化金屬基質復合線材。
26.根據權利要求25所述的絞合纜線，其中所述至少一個連續纖維包括選自以下的材料陶瓷、玻璃、碳納米管、碳、碳化硅、硼、鐵、鋼、鐵合金、鎢、鈦、形狀記憶合金、以及它們的組合。
27.根據權利要求25或26所述的絞合纜線，其中所述金屬基質包括鋁、鋅、錫、鎂、它們的合金或者其組合。
28.根據權利要求27所述的絞合纜線，其中所述金屬基質包括鋁，所述至少一個連續纖維包括陶瓷纖維。
29.根據權利要求28所述的絞合纜線，其中所述陶瓷纖維包括多晶a-Al203。
30.根據權利要求1-29中任一項所述的絞合纜線，還包括圍繞限定中心縱向軸線的所述單個線材絞合的多個可延展金屬線材。
31.根據權利要求30所述的絞合纜線，其中所述多個可延展金屬線材的至少一部分沿所述第一搶向螺旋絞合。
32.根據權利要求30所述的絞合纜線，其中所述多個可延展金屬線材的至少一部分沿與所述第一捻向相反的第二捻向螺旋地絞合。
33.根據權利要求32所述的絞合纜線，其中所述多個可延展金屬線材圍繞所述中心縱向軸線以圍繞所述熱塑性聚合物復合線材的多個徑向層絞合。
34.根據權利要求33所述的絞合纜線，其中每個徑向層沿與相鄰徑向層的捻向相反的捻向絞合。
35.根據權利要求30-34中任一項所述的絞合纜線，其中每個可延展金屬線材具有沿與所述中心縱向軸線基本上垂直的方向截取的橫截面，并且其中每個可延展線材的橫截面形狀選自圓形、橢圓形、梯形、S形和Z形。
36.根據權利要求30-35中任一項所述的絞合纜線，其中所述多個可延展金屬線材包括選自如下的至少一種金屬鐵、鋼、鋯、銅、錫、鎘、鋁、錳、鋅、鈷、鎳、鉻、鈦、鎢、釩、它們彼此的合金、它們與其他金屬的合金、它們的硅合金、以及上述各項的組合。
37.根據權利要求1-36中任一項所述的絞合纜線，其中所述第一捻角和所述第二捻角之間的相對差大于0°并且不大于約4°。
38.根據權利要求37所述的絞合纜線，其中所述第一捻角和所述第二捻角之間的相對差不大于0. 5°。
39.根據權利要求1-38中任一項所述的絞合纜線，其中所述第一捻距等于所述第二捻距。
40.一種纜線，所述纜線包括芯和圍繞所述芯的導體層，其中所述芯包括根據權利要求1-39中任一項所述的絞合纜線。
41.根據權利要求40所述的纜線，其中所述導體層包括多個絞合導體線材。
42.根據權利要求39-41中任一項所述的纜線，用于電力輸送。
43.根據權利要求42所述的纜線，選自架空電力輸送纜線、地下電力輸送纜線和水下電力輸送纜線。
44.根據權利要求43所述的纜線，其中所述水下電力輸送纜線為水下纜繩或水下臍帶纜。
45.一種制備根據權利要求1-44中任一項所述的纜線的方法，所述方法包括 圍繞限定中心縱向軸線的單個線材螺旋絞合多個第一熱塑性聚合物復合線材，其中沿第一捻向以相對于所述中心縱向軸線限定的第一捻角實施螺旋絞合所述多個第一熱塑性聚合物復合線材，并且其中所述多個第一熱塑性聚合物復合線材具有第一捻距；和 圍繞所述多個第一熱塑性聚合物復合線材螺旋絞合多個第二熱塑性聚合物復合線材，其中沿所述第一捻向以相對于所述中心縱向軸線限定的第二捻角實施螺旋絞合所述多個第二熱塑性聚合物復合線材，并且其中所述多個第二熱塑性聚合物復合線材具有第二捻距；和 將螺旋絞合的所述多個第一和多個第二熱塑性聚合物復合線材加熱至足夠的溫度，以使得在冷卻至25°C時能夠將螺旋絞合的所述聚合物復合線材保持為螺旋絞合構型。
46.根據權利要求45所述的方法，其中所述第一捻角和所述第二捻角之間的相對差大于0°并且不大于約4°。
47.根據權利要求45或46所述的方法，還包括圍繞限定中心縱向軸線的所述單個線材絞合多個可延展金屬線材。
全文摘要
螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線(10)包括限定中心縱向軸線的單個線材(2)、圍繞所述單個線材(2)螺旋絞合的多個第一熱塑性聚合物復合線材(4)和圍繞所述多個第一熱塑性聚合物復合線材(4)螺旋絞合的多個第二聚合物復合線材(6)。所述螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線(10)可用作中間制品，所述中間制品隨后結合到最終制品中，例如電力輸送纜線，包括水下纜繩和水下臍帶纜。還描述了制備和使用所述螺旋絞合熱塑性聚合物復合纜線的方法。
文檔編號H01B13/02GK102834876SQ201180015403
公開日2012年12月19日 申請日期2011年1月24日 優先權日2010年2月1日
發明者道格拉斯·E·約翰遜, 詹姆士·P·瑟倫森, 佩爾·M·納爾遜, 邁克爾·F·格雷瑟 申請人:3M創新有限公司