BRPI0512216B1 - Cabo - Google Patents

Abstract

cabo são descritos um cabo e um método para cabo. modalidades do cabo são usadas, por exemplo, como uma linha aérea de transmissão de energia.

Description

(54) Título: CABO (73) Titular: 3M INNOVATIVE PROPERTIES COMPANY. Endereço: 3M Center, Saint Paul, Minnesota 55133-3427, ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA(US) (72) Inventor: DOUGLAS E. JOHNSON; COLIN MCCULLOUGH; HERVE E. DEVE

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 13/03/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 13/03/2018

Assinado digitalmente por:

Júlio César Castelo Branco Reis Moreira

Diretor de Patente

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CABO”

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO (0001] Em geral, compósitos (incluindo compósitos de matriz de metal (MMCs)) são conhecidos. Compósitos tipicamente incluem uma matriz reforçada com fibras, particulados, fibras microcristalinas ou fibras (por exemplo, fibras curtas ou compridas). Exemplos de compósitos de matriz de metal incluem arames de compósitos de alumínio (por exemplo, fibras de carbeto de silício, carbono, boro, ou alumina alfa policrístalina embutidas em uma matriz de alumínio), fitas de compósito de matriz de titânio (por exemplo, fibras de carbeto de silício embutidas em uma matriz de titânio), e fitas de compósito de matriz de cobre (por exemplo, fibras de carbeto de silício ou de boro embutidas em uma matriz de cobre). Exemplos de compósitos de matriz de polímero incluem fibras de carbono ou grafite em uma matriz de resina de epóxi, fibras de vidro ou aramida em uma resina de poliéster, e fibras de carbono e vidro em uma resina de epóxi.

[0002] Um uso de arame de compósito (por exemplo, arame de compósito de matriz de metal) é um elemento de reforço em cabos aéreos desencapados de transmissão de energia elétrica. Uma necessidade típica de cabos é impulsionada pela necessidade de aumentar a capacidade de transferência de energia da infraestrutura de transmissão existente.

(0003] Exigências de desempenho desejáveis para cabos para aplicações de transmissão de energia aérea incluem resistência à corrosão, resistência ambiental (por exemplo, UV e umidade), resistência à perda de resistência à tração a elevadas temperaturas, resistência a fluência, bem como módulo elástico relativamente alto, baixa densidade, baixo coeficiente de expansão térmica, alta condutividade elétrica e alta resistência à tração. Embora cabos aéreos de transmissão de energia incluindo arames de compósito de matriz de alumínio sejam conhecidos, para algumas aplicações existe um desejo contínuo, por exemplo, de propriedades de deformação mais desejáveis.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0004] Em um aspecto, a presente invenção fornece um cabo, compreendendo:

2/40 um núcleo longitudinal que tem um coeficiente de expansão térmica e compreendendo pelo menos um de aramida, cerâmica, boro, poli(pfenileno-2,6-benzobisoxazol), grafite, carbono, titânio, tungstênio, ou liga com memória de forma; e uma pluralidade de arames que tem coletivamente um coeficiente de expansão térmica maior que o coeficiente de expansão térmica do núcleo, em que a pluralidade de arames compreende pelo menos um de arames de alumínio, arames de cobre, arames de liga de alumínio, ou arames de liga de cobre, e em que a pluralidade de arames é trançada em torno do núcleo, em que o cabo tem um parâmetro de tensão inferior a 20 MPa (em algumas modalidades, não superior a 19 PMa, 18 MPa, 17 MPa, 16 MPa, 15 MPa, 14 MPa, 13 MPa, 12 MPa, 11 MPa, 10 MPa, 9 MPa, 8 MPa, 7 MPa, 6 MPa, 5 MPa, 4 MPa, 3 MPa, 2 MPa, 1 MPa, ou ainda não superior a 0 MPa; em algumas modalidades, em uma faixa de 0 MPa a 20 MPa, 0 MPa a 15 MPa, 0 MPa a 10 MPa, ou 0 MPa a 5 MPa), com a condição de que, se o núcleo longitudinal compreender arames de compósito de matriz de metal, o núcleo compreenda separadamente (isto é, não sendo parte dos arames de compósito de matriz de metal) pelo menos um de aramida, cerâmica, boro, poli(p-fenileno-2,6-benzobisoxazol), grafite, carbono, titânio, tungstênio, ou liga com memória de forma. Em algumas modalidades, a pluralidade de arames tem uma tensão de ruptura na tração de pelo menos 90 MPa, ou mesmo pelo menos 100 MPa (calculada de acordo com a ASTM B557/B557M (1999)), (0005] Em algumas modalidades, o núcleo compreende fibras (tipicamente fibras contínuas) de pelo menos um de aramida, cerâmica, boro, poli(p-fenileno-2,6benzobisoxazol), grafite, carbono, titânio, tungstênio, ou liga com memória de forma. Em algumas modalidades, o núcleo compreende um compósito compreendendo fibras e um material de matriz (por exemplo, metal e/ou material polimérico).

[0006] Em um outro aspecto, a presente invenção fornece um método de fabricar um cabo de acordo com a presente invenção, o método compreendendo:

3/40 trançar uma pluralidade de arames em tomo de um núcleo longitudinal, em que a pluralidade de arames compreende pelo menos um de arames de alumínio, arames de cobre, arames de liga de alumínio, ou arames de liga de cobre, o núcleo compreendendo pelo menos um de aramida, cerâmica, boro, poli(p-fenileno-2,6-benzobisoxazol), grafite, carbono, titânio, tungstênío, ou liga com memória de forma para fornecer um cabo trançado preliminar; e submeter o cabo trançado preliminar a uma matriz de agrupamento para fornecer o cabo, em que a matriz de agrupamento tem um diâmetro interno, em que o cabo tem um diâmetro externo, e em que o diâmetro da matriz interno fica em uma faixa de 1,00 a 1,02 vezes o diâmetro do cabo externo.

[0007] Na forma aqui usada, os termos seguintes são definidos da maneira indicada, a menos que de outra forma aqui especificado;

cerâmica significa vidro, cerâmica cristalina, vídro-cerámíca e combinações destes, fibra contínua'¹ significa uma fibra que tem um comprimento que é relativamente infinito quando comparado com o diâmetro de fibra médio. Tipicamente, isto significa que a fibra tem uma relação de aspecto (isto é, relação do comprimento da fibra para o diâmetro médio da fibra) de peto menos 1 x 10⁵ (em algumas modalidades, pelo menos 1 x 10^e, ou mesmo pelo menos 1 x 10⁷). Tipicamente, tais fibras têm um comprimento da ordem de pelo menos 50 metros, e pode ter ainda comprimentos da ordem de quilômetros ou mais.

liga com memória de forma refere-se a uma liga de metal que passa por uma transformação martensítica de maneira tal que a liga de metal fique deformável por um mecanismo de geminação abaixo da temperatura de transformação, em que tal deformação é reversível quando a estrutura geminada reverte para a fase original mediante aquecimento acima da temperatura de transformação.

4/40 [0008] Cabos de acordo com a presente invenção são usados, por exemplo, como cabos de transmissão de energia elétrica. Tipicamente, cabos de acordo com a presente invenção apresentam melhores propriedades de deformação (isto é, deformação reduzida).

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0009] As figuras 1-5 são vistas seccionais transversais esquemáticas de modalidades exemplares de cabos de acordo com a presente invenção.

[0010] A figura 6 é uma vista esquemática de um aparelho de infiltração ultrasônico exemplar usado para infiltrar fibras com metais fundidos de acordo com a presente invenção.

[0011] As figuras 7, 7A e 7B são vistas esquemáticas de um aparelho de trançamento exemplar usado para fabricar cabo de acordo com a presente invenção. [0012] A figura 8 é um gráfico de dados de deformação de cabo para o Exemplo Ilustrativo.

[0013] A figura 9 é um gráfico de dados de deformação de cabo para o Exemplo Ilustrativo e Exemplo Profético 1.

[0014] A figura 10 é uma vista seccional transversal esquemática da modalidade exemplar de um cabo de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0015] A presente invenção diz respeito a cabos e métodos de fabricar cabos. Uma vista seccional transversal de um cabo exemplar de acordo com a presente invenção 10 está mostrado na figura 1. O cabo 10 inclui núcleo 12 e duas camadas de arames redondos trançados 14, em que o núcleo 12 inclui arames 16 (conforme mostrado, arames de compósito).

[0016] Uma vista seccional transversal de um outro cabo exemplar de acordo com a presente invenção 20 está mostrado na figura 2. O cabo 20 inclui núcleo 22 e três camadas de arames trançados 24, em que o núcleo 22 inclui arames 26 (conforme mostrado, arames de compósito), [0017] Uma vista seccional transversal de um outro cabo exemplar de acordo com a presente invenção 30 está mostrado na figura 3. O cabo 30 inclui núcleo 32 e arames

5/40 trapezoidais trançados 34, em que o núcleo 32 incluí arames 36 (conforme mostrado, arames de compósito).

[0018] Uma vista seccional transversal de um outro cabo exemplar de acordo com a presente invenção 40 está mostrado na figura 4. O cabo 40 inclui núcleo 42 e arames trançados 44.

[0019] Em algumas modalidades, o núcleo tem um coeficiente de expansão térmica longitudinal em uma faixa de cerca de 5,5 ppm/°C a cerca de 7,5 ppm/°C pelo menos em uma faixa de temperatura de cerca de -75 °C a cerca de 45Q°C.

[0020] Exemplos de materiais compreendendo o núcleo incluem aramida, cerâmica, boro, poli(p-fenileno-2,6-benzobisoxazol), grafite, carbono, titânio, tungstênio e/ou liga com memória de forma. Em algumas modalidades, os materiais são na forma de fibras (tipicamente, fibras contínuas). Em algumas modalidades, núcleos compreendendo aramida têm um coeficiente de expansão térmica longitudinal em uma faixa de cerca de -6 ppp/°C a cerca de 0 ppp/°C em pelo menos uma faixa de temperatura de cerca de 20°C a cerca de 200°C. Em algumas modalidades, núcleos compreendendo cerâmica têm um coeficiente de expansão térmica em uma faixa de cerca de 3 ppm/°C a cerca de 12 ppm/°C em pelo menos uma faixa de temperatura de cerca de 20°C a cerca de 600 C. Em algumas modalidades, núcleos compreendendo boro têm um coeficiente de expansão térmica longitudinal em uma faixa de cerca de 4 ppm/°C a cerca de 6 ppm/°C em pelo menos uma faixa de temperatura de cerca de 20^c:'C a cerca de 600°C. Em algumas modalidades, núcleos compreendendo poli(p-fenileno-2,6-benzobisoxazol) têm um coeficiente de expansão térmica longitudinal em uma faixa de cerca de -6 ppm/°C a cerca de 0 ppm/°C em pelo menos uma faixa de temperatura de cerca de 20°C a cerca de 600°C. Em algumas modalidades, núcleos compreendendo grafite têm um coeficiente de expansão térmica longitudinal em uma faixa de cerca de -2 ppm/°C a cerca de 2 ppm/^C em pelo menos uma faixa de temperatura de cerca de 20°C a cerca de 600°C. Em algumas modalidades, núcleos compreendendo carbono têm um coeficiente de expansão térmica longitudinal em uma faixa de cerca de -2 ppm/°C a cerca de 2 ppm/°C em pelo menos uma faixa de temperatura de cerca de 20°C a cerca de 600°C. Em algumas

6/40 modalidades, núcleos compreendendo titânio têm um coeficiente de expansão térmica longitudinal em uma faixa de cerca de 10 ppm/°C a cerca de 20 ppm/°C em pelo menos uma faixa de temperatura de cerca de 20°C a cerca de 800°C, Em algumas modalidades, núcleos compreendendo tungstênio têm um coeficiente de expansão térmica longitudinal em uma faixa de cerca de 8 ppm/°C a cerca de 18 ppm/°C em pelo menos uma faixa de temperatura de cerca de 20°C a cerca de 1,000^cC. Em algumas modalidades, núcleos compreendendo liga com memória de forma têm um coeficiente de expansão térmica longitudinal em uma faixa de cerca de 8 ppm/°C a cerca de 25 ppm/°C em pelo menos uma faixa de temperatura de cerca de 20^GC a cerca de 1.000°C. Em algumas modalidades, núcleos compreendendo vidro têm um coeficiente de expansão térmica longitudinal em uma faixa de cerca de 4 ppm/°C a cerca de 10 ppm/°C em pelo menos uma faixa de temperatura de cerca de 20°G a cerca de 600°C.

[0021] Exemplos de fibras para o núcleo incluem fibras de aramida, fibras cerâmicas, fibras de boro, fibras de poli(p-fenileno-2,6-fenzobÍsoxazol), fibras de grafite, fibras de carbono, fibras de titânio, fibras de tungstênio e/ou fibras de liga com memória de forma.

[0022] Fibras de boro exemplares encontram-se comercial mente disponíveis, por exemplo, pela Textron Specialty Fibers, inc. of Lowell, MA, Tipicamente, tais fibras têm um comprimento da ordem de pelo menos 50 metros, e podem ainda ter comprimentos da ordem de quilômetros ou mais. Tipicamente, as fibras de boro contínuas têm um diâmetro de fibra médio em uma faixa de cerca de 80 micrometros a cerca de 200 micrometros. Mais tipicamente, o diâmetro de fibra médio não é superior a 150 micrometros, mais tipicamente em uma faixa de 95 micrometros a 145 micrometros. Em algumas modalidades, as fibras de boro têm um limite de resistência médio de pelo menos 3 GPa, e ou ainda pelo menos 3,5 GPa. Em algumas modalidades, as fibras de boro têm um módulo em uma faixa de cerca de 350 GPa a cerca de 450 GPa, ou ainda em uma faixa de cerca de 350 GPa cerca de 400 GPa. [0023] Em algumas modalidades, as fibras cerâmicas têm um limite de resistência médio de pelo menos 1,5 GPa, 2 GPa, 3 GPa, 4 GPa, 5 GPa, 6 GPa, e ou ainda pelo

7/40 menos 6,5 GPa. Em algumas modalidades, as fibras cerâmicas têm um módulo em uma faixa de 140 GPa a cerca de 500 GPa, ou ainda em uma faixa de 140 GPa a cerca de 450 GPa.

[0024] Fibras de carbono exemplares são comercializadas, por exemplo, pela Amoco Chemicals of Alpharetta, GA, com a designação comercial THORNEL CARBON” em cabos de 2.000, 4.000, 5.000 e 12.000 fibras, Hexcel Corporation of Stamford, CT, da Grafil, Inc. de Sacramento, CA (subsidiária da Mitsubishi Rayon Co.) com a designação comercial PYROFIL, Toray of Tokyo, Japão, com a designação comercial TORAYCA, Toho Rayon of Japan, Ltd, com a designação comercial FESFIGHT, Zoltk Corporation of St. Louis, MO, com as designações comerciais PANEX e PYRON, e Inco Special products of Wyckoff, NJ (fibras de carbono revestidas com níquel), com as designações comerciais 12K20 e 12K50. Tipicamente, tais fibras têm um comprimento da ordem de pelo menos 50 metros, e podem ter ainda comprimentos da ordem de quilômetros ou mais. Tipicamente, as fibras de carbono contínuas têm um diâmetro de fibra médio em uma faixa de cerca de 4 micrometros a cerca de 12 micrometros, cerca de 4,5 micrometros a cerca de 12 micrometros, ou ainda cerca de 5 micrometros a cerca de 10 micrometros. Em algumas modalidades, as fibras de carbono têm um limite de resistência médio de pelo menos 1,4 GPa, pelo menos 2,1, GPa, pelo menos 3,5 GPa, ou ainda pelo menos 5,5 GPa. Em algumas modalidades, as fibras de carbono têm um módulo maior que 150 GPa até não mais que 450 GPa, ou ainda não mais que 400 GPa.

[0025] Fibras de grafite exemplares são comercializadas, por exemplo, pela BP Amoco of Alpharetta, GA, com a designação comercial 'T-300, em cabos de 1,000, 3.000 e 6.000 fibras. Tipicamente, tais fibras têm um comprimento da ordem de pelo menos 50 metros, e podem ainda ter comprimentos da ordem de quilômetros ou mais. Tipicamente, as fibras de grafite contínuas têm um diâmetro de fibra médio em uma faixa de cerca de 4 micrometros a cerca de 12 micrometros, cerca de 4,5 micrometros a cerca de 12 micrometros, ou ainda cerca de 5 micrometros a cerca de 10 micrometros. Em algumas modalidades, as fibras de grafite têm um limite de resistência médio de pelo menos 1,5 GPa, 2 GPa, 3 GPa, ou ainda pelo menos 4 GPa,

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Em algumas modalidades, as fibras de grafite têm um módulo em uma faixa de cerca de 200 GPa a cerca de 1.200 GPa, ou ainda cerca de 200 GPa a cerca de 1.000 GPa. [0026] Fibras de titânio exemplares encontram-se disponíveis, por exemplo, pela TIMET, Henderson, NV. Tipicamente, tais fibras têm um comprimento da ordem de pelo menos 50 metros, e podem ter ainda comprimentos da ordem de quilômetros ou mais. Tipicamente, as fibras de titânio contínuas têm um diâmetro de fibra médio em uma faixa de 50 micrometros a cerca de 250 micrometros, Em algumas modalidades, as fibras de titânio têm um limite de resistência médio de pelo menos 0,7 GPa, 1 GPa, 1,5 GPa, 2 GPa ou ainda pelo menos 2,1 GPa, Em algumas modalidades, as fibras cerâmicas têm um módulo em uma faixa de cerca de 85 GPa a cerca de 100 GPa, ou ainda de cerca de 85 a cerca de 95 GPa.

[0027] Fibras de tungstênio exemplares encontram-se disponíveis, por exemplo, pela Califórnia Fine Wire Company, Grover Beach, CA, Tipicamente, tais fibras têm um comprimento da ordem de pelo menos 50 metros, e podem ter ainda comprimentos da ordem de quilômetros ou mais. Tipicamente, as fibras de tungstênio contínuas têm um diâmetro de fibra médio em uma faixa de cerca de 100 micrometros a cerca de 500 micrometros, cerca de 150 micrometros a cerca de 500 micrometros, ou ainda de cerca de 200 micrometros a cerca de 400 micrometros. Em algumas modalidades, as fibras de tungstênio têm um limite de resistência médio de pelo menos 0,7 GPa, 1 GPa, 1,5 GPa, 2 GPa, ou ainda pelo menos 2,3 GPa. Em algumas modalidades, as fibras de tungstênio têm um módulo superior a 400 GPa a aproximadamente de não mais que 420 GPa, ou ainda não mais que 415 GPa.

[0028] Fibras de ligas com memória de forma exemplares encontram-se disponíveis, por exemplo, pela Johnson Matthey, West Whíteland, PA. Tipicamente, tais fibras têm um comprimento da ordem de pelo menos 50 metros, e podem ter ainda comprimentos da ordem de quilômetros ou mais. Tipicamente, as fibras de liga com memória de forma contínuas têm um diâmetro de fibra médio em uma faixa de cerca de 50 micrometros a cerca de 400 micrometros, cerca de 50 a cerca de 350 micrometros, ou ainda cerca de 100 micrometros a 300 micrometros. Em algumas modalidades, as fibras de liga com memória de forma têm um limite de resistência

9/40 médio de pelo menos 0,5 GPa, e ou ainda pelo menos 1 GPa. Em algumas modalidades, as fibras de liga com memória de forma têm um módulo em uma faixa de cerca de 20 GPa a cerca de 100 GPa, ou ainda de cerca de 20 GPa a cerca de 90 GPa.

[0029] Fibras de aramida exemplares encontram-se disponíveis, por exemplo, pela DuPont, Wilmington, DE com a designação comercial KEVLAR. Tipicamente, tais fibras têm um comprimento da ordem de pelo menos 50 metros, e podem ter ainda comprimentos da ordem de quilômetros ou mais. Tipicamente, as fibras de aramida contínuas têm um diâmetro de fibra médio em uma faixa de 10 micrômetros a cerca de 15 micrômetros. Em algumas modalidades, as fibras de aramida têm um limite de resistência de pelo menos 2,5 GPa, 3 GPa, 3,5 GPa, 4 GPa ou ainda pelo menos 4,5 GPa, Em algumas modalidades, as fibras de aramida têm um módulo em uma faixa de cerca de 80 GPa a cerca de 200 GPa, ou ainda cerca de 80 GPa a cerca de 180 GPa.

[0030] Fibras de poli(p-fenileno-2,6-benzobisoxazol) exemplares encontram-se disponíveis, por exemplo, pela Toyobo Co,, Osaka, Japão, com a designação comercial ZYLON. Tipicamente, tais fibras têm um comprimento da ordem de pelo menos 50 metros, e podem ter ainda comprimentos da ordem de quilômetros ou mais. Tipicamente, as fibras de poli(p-fenileno-2,6-benzobisoxazol) contínuas têm um diâmetro de fibra médio em uma faixa de cerca de 8 micrômetros a cerca de 15 micrômetros. Em algumas modalidades, as fibras de poli(p-íenileno-2,6benzobisoxazol) têm um limite de resistência médio de pelo menos 3 GPa, 4 GPa, 5 GPa, 6 GPa, ou ainda pelo menos 7 GPa. Em algumas modalidades, fibras de polí(pfenileno-2,6-benzobisoxazol) têm um módulo em uma faixa de cerca de 150 GPa a cerca de 300 GPa, ou ainda cerca de 150 GPa a cerca de 275 GPa.

[0031] Exemplos de fibra cerâmica incluem fibras de óxido de metal (por exemplo, alumina), fibras de nitreto de boro, fibras de carbeto de silício e combinações de quaisquer dessas fibras. Tipicamente, as fibras de óxido de cerâmica são cerâmicas cristalinas e/ou uma mistura de cerâmica cristalina e vidro (isto é, uma fibra pode conter tanto fases de cerâmica cristalina como vítreas). Tipicamente, tais fibras têm

10/40 um comprimento da ordem de pelo menos 50 metros, e podem ainda ter comprimentos da ordem de quilômetros ou mais. Tipicamente, as fibras de cerâmica contínuas têm um diâmetro de fibra médio na faixa de cerca de 5 micrometros a cerca de 50 micrometros, cerca de 5 micrometros a cerca de 25 micrometros, cerca de 8 micrometros a cerca de 25 micrometros, ou mesmo cerca de 8 micrometros a cerca de 20 micrometros. Em algumas modalidades, as fibras cerâmicas cristalinas têm um limite de resistência médio de pelo menos 1,4 GPA, pelo menos 1,7 GPA, pelo menos 2,1 GPA, e ou ainda pelo menos 2,8 GPA. Em algumas modalidades, as fibras de cerâmica cristalina têm um módulo superior a 70 GPA até aproximadamente não mais que 1.000 GPA, ou ainda não mais que 420 GPA.

[0032] Exemplos de fibras cerâmicas de monofilamento incluem fibras de carbeto de silício. Tipicamente, as fibras de monofilamento de carbeto de silício são cristalinas e/ou uma mistura de cerâmica cristalina e vidro (isto é, uma fibra pode conter tanto fases de cerâmica cristalina como de vidro). Tipicamente, tais fibras têm um comprimento da ordem de pelo menos 50 metros, e podem ainda ter comprimentos da ordem de quilômetros ou mais. Tipicamente, as fibras contínuas de monofilamento de carbeto de silício têm um diâmetro de fibra médio em uma faixa de cerca de 100 micrometros a cerca de 250 micrometros. Em algumas modalidades, as fibras de cerâmica cristalina têm um limite de resistência médio de pelo menos 2,8 GPA, pelo menos 3,5 GPA, pelo menos 4,2 GPA e até mesmo pelo menos 6 GPA. Em algumas modalidades, as fibras de cerâmica cristalina têm um módulo mais de 250 GPA até aproximadamente não mais de 500 GPA, ou ainda não mais de 430 GPA.

[0033] Adicionalmente, fibras de vidro exemplares encontram-se disponíveis, por exemplo, pela Corning Glass, Corning, NY. Tipicamente, as fibras de vidro contínuas têm um diâmetro de fibra médio em uma faixa de cerca de 3 micrometros a cerca de 19 micrometros. Em algumas modalidades, as fibras de vidro têm um limite de resistência médio de pelo menos 3 GPA, 4 GPA, e ou ainda pelo menos 5 GPA. Em algumas modalidades, as fibras de vidro têm um módulo em uma faixa de cerca de 60 GPA a 95 GPA, ou cerca de 60 GPA a cerca de 90 GPA.

[0034] Em algumas modalidades as fibras cerâmicas e de carbono são em cabos.

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Cabos são conhecidos na tecnologia de fibras e referem-se a uma pluralidade de fibras (individuais) (tipicamente pelo menos 100 fibras, mais tipicamente pelo menos 400 fibras) agrupadas em uma forma tipo peregrino. Em algumas modalidades, cabos compreendem pelo menos 780 fibras individuais por cabo, e em alguns casos, pelo menos 2600 fibras individuais por cabo. Cabos de fibras cerâmicas encontram-se disponíveis em uma variedade de comprimentos, incluindo 300 metros, 500 metros, 750 metros, 1.000 metros, 1.500 metros, 1.750 metros, e mais. As fibras podem ter uma forma seccional transversal que é circular ou elíptica. Em algumas modalidades de fibras de carbono, cabos compreendem pelo menos 2.000, 5,000,12,000 ou ainda pelo menos 50.000 fibras individuais por cabo.

[0035] Fibras de alumina são descritas, por exemplo, na patente US no. 4.954.462 (Wood et al.) e 5.185.29 (Wood et al.). Em algumas modalidades, as fibras de alumina são fibras de alumina alfa poiícristalína e compreendem, com base no óxido teórico, mais de 99 por cento em peso de ÂI2O3 e 0,2-0,5 por cento em peso de SiOz, com base no peso total das fibras de alumina. Em um outro aspecto, algumas fibras de alumina alfa poiícristalína desejáveis compreendem alumina alfa com um tamanho de grão médio de menos de 1 micrometro (ou ainda, em algumas modalidades, menos de 0,5 micrometro). Em um outro aspecto, em algumas modalidades, fibras de alumina alfa policristalina têm um limite de resistência médio de pelo menos 1,6 GPA (em algumas modalidades, pelo menos 2,1 GPA, ou ainda pelo menos 2,8 GPA). Fibras de alumina alfa exemplares são comercializadas com a designação comercial NEXTEL 610 pela 3M Company, St. Paul, MN.

[0036] Fibras de aluminossilicato são descritas, por exemplo, na patente US no, 4.047.965 (Karst et al.). Fibras de aluminossilicato exemplares são comercializada com as designações comerciais NEXTEL 440, NEXTEL 550 e NEXTEL 720 pela 3M Company, St. Paul, MN.

[0037] Fibras de aluminossilicato são descritas, por exemplo, na patente US no. 3.795.524 (Sowman). Fibras de aluminossilicato exemplares são comercializadas com a designação comercial NEXTEL 312” pela 3M Company.

[0038] Fibras de nitreto de boro podem ser feitas, por exemplo, da maneira

12/40 descrita na patente US 3.429.722 (Economy) e 5.780.154 (Okano et al.).

[00391 Fibras de carbeto de silício exemplares são comercializadas, por exemplo, pela COI Ceramics de San Diego, CA com a designação comercial NICALON” em cabos de 500 fibras, da Ube Industries de Japan, com a designação comercial TYRANNO, e da Dow Corning de Midland, Ml com a designação comercial SYLRAMICT [0040] Fibras de monofilamento de carbeto de silício exemplares são comercializadas, por exemplo, pela Textron Specialty Materials of Lowell, MA com a designação comercia! SCS-9, SCS-δ e Ulra-SCS e da Atlantic Research Corporation, de Gainesville, VA, com a designação comercial de Trimarc.

[0041] Fibras comercialmente disponíveis tipicamente incluem um material de engomadura orgânico adicionado à fibra durante a fabricação para dar lubrificação e proteger os fios de fibra durante o manuseio. Também, a engomadura pode ajudar no manuseio durante a pultrusão com polímeros para fabricar arames de núcleo de compósito de polímero. A engomadura pode ser removida, por exemplo, dissolvendo ou queimando a engomadura das fibras. Tipicamente, é desejável remover a engomadura antes de formar o arames de compósito de matriz de metal.

[0042] As fibras podem ter revestimentos usados, por exemplo para melhorar a molhabilidade das fibras, de forma a reduzir ou impedir reação entre as fibras e o material da matriz de metal fundido. Tais revestimentos e técnicas para fornecer tais revestimentos são conhecidos na tecnologia de fibra e compósito.

[0043] Em algumas modalidades, pelo menos 85% (em algumas modalidades, pelo menos 90%, ou ainda pelo menos 95%) em número das fibras no núcleo são contínuos.

[0044] Materiais de matriz para núcleos e arames de compósito incluem polímeros (por exemplo, epóxis, ésteres, ésteres de vinila, poliimidas, poliésteres, ésteres de cianato, resinas fenólicas, resinas de bismaleimida e termo plásticos) e metai(s) (por exemplo, alumínio elementar altamente puro (por exemplo, mais de 99,95%)) ou ligas de alumínio puro com outros elementos, tal como cobre. Tipicamente, o material da matriz de metal é selecionado de maneira tal que o material da matriz não reaja

13/40 quimicamente de forma significativa com a fibra (isto é, que seja de forma relativa quimicamente inerte em relação ao material da fibra), por exemplo, para eliminar a necessidade de prover um revestimento protetor no exterior da fibra. Materiais de matriz de metal exemplares incluem alumínio, zinco, estanho, magnésio e suas ligas (por exemplo, uma liga de alumínio e cobre). Em algumas modalidades, o material da matriz desejável mente inclui alumínio e suas ligas.

[0045] Em algumas modalidades, a matriz de metal compreende pelo menos 98 por cento em peso de alumínio, pelo menos 99 por cento em peso de alumínio, maís de 99,9 por cento em peso de alumínio, ou ainda mais de 99,95 por cento em peso de alumínio. Ligas de alumínio exemplares de alumínio e cobre compreendem pelo menos 98 por cento em peso de Al e até 2 por cento em peso de Cu. Em algumas modalidades, ligas usadas são ligas de alumínio da série 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 e/ou 8000 (designações da Aluminum Association). Embora metais de pureza mais alta tenham a tendência de ser desejáveis para produzir arames de limite de resistência mais altos, formas menos puras de metais são também usadas. [0046] Metais adequados encontram-se comercialmente disponíveis. Por exemplo, alumínio encontra-se disponível com a designação comercial SUPER PURE ALUMINIUM; 99,99% ΑΓ da Alcoa de Pittsburgh, PA. Ligas de alumínio (por exemplo, AI-2% em peso Cu (0,03% em peso de impurezas)) podem ser obtidas, por exemplo, da Belmont Metals, New York, NY. Zinco e estanho encontram-se disponíveis, por exemplo, da Metal Services, St. Paul, MN (zinco puro; 99,999% de pureza e estanho puro; 99,95% de pureza). Por exemplo, magnésio encontra-se disponível com a designação comercial PURE da Magnesium Elektron, Manchester, Inglaterra. Ligas de magnésio (por exemplo, WE43A, EZ33A, AZ81A e ZE41 A) podem ser obtidas, por exemplo, da TIMET, Denver, CO.

[0047] Os núcleos de compósito de matriz de metal tipicamente compreendem pelo menos 15 por cento em volume (em algumas modalidades, pelo menos 20, 25, 30, 35, 40, 45, ou ainda 50 por cento em volume) das fibras, com base no volume combinado total das fibras e material da matriz. Maís tipicamente, os núcleos e arames de compósito compreendem na faixa de 40 a 75 (em algumas modalidades, 45 a 70)

14/40 por cento em volume das fibras e do material da matriz.

[0048] Tipicamente, o diâmetro médio do núcleo fica na faixa de cerca de 1 mm a cerca de 15 mm. Em algumas modalidades, o diâmetro médio do núcleo desejável é pelo menos 1 mm, pelo menos 2 mm, ou ainda até cerca de 3 mm. Tipicamente, o diâmetro médio do arame de compósito fica em uma faixa de cerca de 1 mm a 12 mm, 1 mm a 10 mm, 1 a 8 mm, ou ainda 1 mm a 4 mm. Em algumas modalidades, o diâmetro médio de arame de compósito desejável é pelo menos 1 mm, pelo menos 1,5 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm, ou ainda pelo menos 12 mm.

[0049] Núcleos e arames de compósito podem ser fabricados usando técnicas conhecidas. Arames de compósito de matriz de metal contínuo pode ser fabricado, por exemplo, por processo de infiltração de matriz de metal contínua, Um processo adequado está descrito, por exemplo, na patente US 6,485.796 (Carpenter et ai,). Arames compreendendo polímeros e fibra podem ser fabricados por processos de pultrusão que são conhecidos na tecnologia.

[0050] Um esquema de um aparelho exemplar 60 para fabricar arame de metal de matriz contínua está mostrado na figura 6. Cabos de fibras contínuas 61 são supridos de carretéis de suprimento 62, e são colimados em um feixe circular e para fibras, limpos a quente enquanto passam pelo forno de tubo 63. Cabos de fibras 61 são então evacuados na câmara de vácuo 64 antes de entrar no cadinho 67 contendo o banho líquido 65 de material de matriz de metal (também referido aqui como metal fundido). Cabos de fibras 61 são puxados dos carretéis de suprimento 62 pelo tracionador 70. O cabeçote ultra-sônico 66 fica posicionado no banho 65 nas proximidades da fibra para ajudar na infiltração da corrida 65 em cabos de fibra 61. O metal fundido do arame 71 resfria e se solidifica depois de sair do cadinho 67 pela matriz de saída 68, embora algum resfriamento possa ocorrer antes de o arame 71 sair completamente do cadinho 67, O resfriamento do arame 71 é intensificado por correntes de gás e líquido entregues através do dispositivo de resfriamento 69, que colide no arame 71. O arame 71 é coletado no carretei 72.

[0051] Conforme discutido anteriormente, limpeza a quente da fibra ajuda remover

15/40 ou reduzir a quantidade de engomadura, água adsorvida e outros materiais fugitivos ou voláteis que podem estar presentes na superfície das fibras. Tipicamente, é desejável limpar a quente as fibras até que o teor de carbono na superfície da fibra fique abaixo de 22% em fração de área. Tipicamente, a temperatura do forno de tubo é pelo menos 300^<:C, mais tipicamente pelo menos 1,000^<C, e a fibra permanece no forno de tubo 63 pelo menos por vários segundos na temperatura, embora a(s) temperatura(s) e tempo(s) particular(s) possam depender, por exemplo, das necessidades de limpeza da fibra particular que está sendo usada.

[0052] Em algumas modalidades, cabos de fibras 61 são evacuados antes de entrar no banho 67, já que foi observado que o uso de tal evacuação tende reduzir ou eliminar a formação de defeitos, tais como regiões localizadas com fibras secas (isto é, regiões de fibras sem infiltração da matriz). Tipicamente, cabos de fibras 61 são evacuados em um vácuo, em algumas modalidades, nâo superior a 20 torr, não superior a 10 torr, não superior a 1 torr, ou ainda não superior a 0,7 torr.

[0053] Um sistema de vácuo adequado exemplar 64 tem um tubo de entrada dimensionado para casar com o diâmetro do feixe de cabos de fibra 61.0 tubo de entrada pode ser, por exemplo, um tubo de aço inoxidável ou alumina, e tem tipicamente pelo menos cerca de 20-30 cm de comprimento. Uma câmara de vácuo adequada tipicamente tem um diâmetro na faixa de cerca de 2-20 cm, e um comprimento na faixa de cerca de 5-100 cm. A capacidade da bomba de vácuo, em algumas modalidades, é pelo menos cerca de 0,2-1 metro cúbico/minuto. Os cabos de fibras 61 evacuados são inseridos no banho 65 através de um tubo no sistema de vácuo 64 que penetra no banho metálico (isto é, o feixe de cabos de fibras 61 evacuado 61 fica sob vácuo quando introduzido no banho 65), embora o banho fique tipicamente na pressão atmosférica. O diâmetro interno do tubo de saída casa essencialmente com o diâmetro do feixe de cabos de fibra 61. Uma parte do tubo de saída é imersa no metal fundido. Em algumas modalidades, cerca de 0,5-5 cm do tubo é imerso no metal fundido. O tubo é selecionado para ficar estável no material do metal fundido. Exemplos de tubos que são tipicamente adequados incluem tubos de nitreto de silício e alumina.

16/40 [0054] Infiltração do metal fundido 65 no feixe de cabos de fibras 61 é tipicamente melhorada pelo uso de ultra-som. Por exemplo, a corneta vibrante 66 fica posicionada no metal fundido 65 de maneira tal que ela fique em proximidade imediata do feixe de cabos de fibras 61, [0055] Em algumas modalidades, a corneta 66 é excitada para vibrar na faixa de cerca de 19,5-20,5 kHz, e uma amplitude de ar de cerca de 0,13-0,38 mm (0,0050,015 polegada). Adicionalmente, em algumas modalidades, a corneta é conectada a uma guia de onda de titânio que, por sua vez, é conectada no transdutor ultra-sônico (disponível, por exemplo, pela Sonics & Materials, Danbury CT), [0056] Em algumas modalidades, o feixe de cabos de fibras 61 está dentro de cerca de 2,5 mm (em algumas modalidades dentro cerca de 1,5 mm) da ponta da corneta, A ponta da corneta é, em algumas modalidades, feita de nióbio ou ligas de nióbio tal como 95%.p Nb-5%.p Mo e 91%.p Nb-9%.p Mo, e pode ser obtida, por exemplo, da PMTI, Pittsburgh, PA. A liga pode ser ajustada, por exemplo, em um cilindro de 12,7 cm de comprimento (5 polegadas) e 2,5 cm de diâmetro (1 polegada). O cilindro pode ser sintonizado a uma frequência de vibração desejada (por exemplo, cerca de 19,5-20,5 kHz) alterando seu comprimento. Para detalhes adicionais relativos ao uso de ultra-som para fabricar artigos de compósito de matriz de metal, ver, por exemplo, Patentes US no. 4.649.060 (Ishikawa et al.), 4,779.563 (Ishikawa et al.), e 4.877.643 (ishikawa et al.), 6.180.232 (McCullough et al.), 6.245.425 (McCuliough et al,), 6,336.495 (McCullough et al,), 6.329.056 (Deve et al.), 6,344.270 (McCullough et al,), 6.447,927 (McCullough et al.), 6.460,597 (McCullough et al.), 6.485.796 (Carpenter et al.), e 6.544.645 (McCullough et al.); Pedido US com no. de série 09/616.741, depositado em 14 de julho de 2000; e pedido PCT com no. da publicação W002/06550, publicado em 24 de janeiro de 2002.

[0057] Tipicamente, o metal fundido 65 é desgaseificado (por exemplo, reduzindo a quantidade de gás (por exemplo, hidrogênio no alumínio) dissolvido no metal fundido 65 durante e/ou após a infiltração)). Técnicas de desgaseifícação de metal fundido 65 são bem conhecidas na tecnologia de processamento de metal. A desgaseifícação do banho 65 tende reduzir a porosidade de gás no arame. Para alumínio fundido, a

17/40 concentração de hidrogênio do banho 65 em algumas modalidades é menos de cerca de 0,2, 0,15, ou ainda menos de cerca de 0,1 cm³/100 gramas de alumínio.

[0058] A matriz de saída 68 é configurada para fornecer o diâmetro de arame desejado. Tipicamente, deseja-se ter um arame uniformemente redondo ao longo de seu comprimento. Por exemplo, o diâmetro de uma matriz de saída de nitreto de silício para um arame de alumínio de compósito contendo 58 por cento em volume de fibras de alumina é o mesmo do diâmetro de arame 71. Em algumas modalidades, a matriz de saída 68 é desejável mente feita de nitreto de silício, embora outros materiais possam também ser usados. Outros materiais que têm sido usados como matrizes de saída na tecnologia incluem alumina convencional. Entretanto, os requerentes observaram que matrizes de saída de nitreto de silício desgastam significativamente menos que matrizes de alumina convencionais e, consequentemente, são mais usadas para fornecer o diâmetro e forma desejadas do arame, particularmente em comprimentos maiores de arame.

[0059] Tipicamente, o arame 71 é resfriado depois de sair da matriz de saída 68 colocando o arame 71 em contato com um líquido (por exemplo, água) ou gás (por exemplo, nitrogênio, argônioou ar) entregue através de um dispositivo de resfriamento

69. Tal resfriamento ajuda prover as características de redondeza e uniformidade desejáveis, e isenção de vazios. O arame 71 é coletado em um carretei 72.

[0060] Sabe-se que a presença de imperfeições no arame de compósito de matriz de metal, tais como fases intermetálicas, fibra seca, porosidade decorrente, por exemplo, de vazios da contração ou gás interno (por exemplo, hidrogênio ou vapor de água), etc,, pode levar a perda de propriedades, tal como resistência do arame. Consequentemente, é desejável reduzir ou minimizar a presença de tais características.

[0061] Para núcleos compreendidos de arame, é desejável, em algumas modalidades, agrupar os arames, por exemplo, por meio de uma fita envolvente, com ou sem adesivo, ou um ligante (ver, por exemplo, patente US no. 6.559.385 Bl (Johnson et al.)). Por exemplo, uma vista seccional transversal de um outro cabo exemplar de acordo com a presente invenção 50 com um núcleo envolto por fita está

18/40 mostrada na figura 5. O cabo 50 incluí arames 56 (da maneira mostrada, arames de compósito) envoltos com fita 55. Por exemplo, o núcleo pode ser feito trançando (por exemplo, enrolando helicoidalmente) uma primeira camada de arames em torno de um arame central usando técnicas conhecidas. Tipicamente, núcleos trançados helicoidalmente tendem compreender apenas 7 arames individuais até 50 ou mais arames. O equipamento de trançamento é conhecido na tecnologia (por exemplo, trançadeiras de cabo planetárias, tais como as disponíveis pela Cortinovis, Spa, de Bergamo, Itália, e da Watson Machinery International, Patterson, NJ). Antes de ser enrolados helicoidalmente juntos, os arames individuais são providos em bobinas separadas que são então colocadas em diversos carros acionados por motor do equipamento de trançamento. Tipicamente, existe um carro para cada camada de cabo trançado acabado. Os arames de cada camada são agrupados na saída de cada carro e arranjados sobre um primeiro arame centrai ou sobre uma camada anterior. Durante o processo de trançamento do cabo, o arame central, ou o cabo trançado inacabado intermediário que terá uma ou mais camadas adicionais enroladas nele, é puxado através do centro de vários carros, com cada carro adicionando uma camada no cabo trançado. Os arames individuais a ser adicionados como uma camada são simultaneamente puxados de suas respectivas bobinas enquanto giram em torno do eixo central do cabo pelo carro acionado pelo motor. Isto é feito em sequência para cada camada desejada. O resultado é um núcleo trançado helicoidalmente. Fita, por exemplo, pode ser aplicada no núcleo trançado resultante para ajudar manter os fios trançados juntos. Uma máquina exemplar para aplicar fita encontra-se comercial mente disponível pela Watson Machine Internationa) (por exemplo, Concentric Taping Head modelo 300). Fitas exemplares incluem fita de película de metal (por exemplo, fita de película de alumínio (disponível, por exemplo, pela 3M Company, St Paul, MN com a designação comercial Foil/Glass Cloth Tape 363”)}, fita com forro de poliéster; e fita que tem um forro reforçado com vidro. Em algumas modalidades, a fita tem uma espessura na faixa de 0,05 mm a 0,13 mm (0,002 a 0,005 polegada).

[0062] Em algumas modalidades, a fita é envolta de maneira tal que cada

19/40 sucessiva volta fique em contato com a volta anterior com uma folga ou sem sobreposição. Em algumas modalidades, por exemplo, a fita pode ser envolta para que sucessivas voltas fiquem espaçadas para deixar uma folga entre cada volta. [0063] Núcleos, arames de compósíto, cabos, etc. têm um comprimento de pelo menos 100 metros, de pelo menos 200 metros, de pelo menos 300 metros, pelo menos 400 metros, pelo menos 500 metros, pelo menos 600 metros, pelo menos 700 metros, pelo menos 800 metros, ou ainda pelo menos 900 metros.

[0064] Arames para trançamento em tomo de um núcleo para fornecer um Cabo, de acordo com a presente invenção são conhecidos na técnica. Arames de alumínio encontram-se comercíalmente disponíveis, por exemplo, pela Nexans, Weyburn, Canadá ou Southwire Company, Carrolton, GA com as designações comerciais de 1350-H19 ALUMINUM e 1350-H0 ALUMINUM. Tipicamente, arame de alumínio tem um coeficiente de expansão térmica em uma faixa de cerca de 20°C a cerca de 500°C. Em algumas modalidades, arames de alumínio (por exemplo, 'Ί350-Η19 ALUMINUM) têm um limite de resistência na ruptura de pelo menos 138 MPa (20 ksi), pelo menos 172 MPa (25 ksi) ou pelo menos 186 MPa (27 ksi) ou pelo menos 200 MPa (29 ksi). Em algumas modalidades, arames de alumínio (por exemplo, 1350-H0 ALUMINUM) têm um limite de resistência na ruptura superior a 41 MPa (6 ksi) até não maís de 97 MPa (14 ksi), ou ainda não mais de 83 MPa (12 ksi). Arames de liga de alumínio encontram-se comercial mente disponíveis, por exemplo, da Sumitomo Electric Industries, Osaka, Japão, com a designação comercial ZTAL, ou Southwire Company, Carrolton, GA, com a designação 6201, Em algumas modalidades, arames de liga de alumínio têm um coeficiente de expansão térmica em uma faixa de cerca de 20 ppm/°C a cerca de 25 ppm/°C em pelo menos uma faixa de temperatura de cerca de 20°C a cerca de 5OO'^aC. Arames de cobre encontram-se comercíalmente disponíveis, por exemplo, pela Southwire Company, Carrolton, GA. Tipicamente, arames de cobre têm um coeficiente de expansão térmica em uma faixa de cerca de 12 ppm/°C a cerca de 18 ppm/°C em pelo menos uma faixa de temperatura de cerca de 20°C a cerca de 800^cC. Arames de liga de cobre (por exemplo bronzes de cobre, tais como Cu-Si-X, Cu-AI-X, Cu-Sn-X, Cu-Cd; onde X = Fe, Mn, Zn, Sn e ou Si;

20/40 comercial mente disponíveis, por exemplo, pela South wire Company, Carrolton, GA.; cobre reforçado com dispersão de óxidos disponível, por exemplo, pela OMG Américas Corporation, Research Triangle Park, NC, com a designação arames GLIDCOP), Em algumas modalidades, arames de liga de cobre têm um coeficiente de expansão térmica em uma faixa de cerca de 10 ppm/^üC a cerca de 25 ppm/°C em pelo menos uma faixa de temperatura de cerca de 20°C a cerca de 800°C. Os arames podem ter qualquer uma de uma variedade de formas (por exemplo, circular, elíptica e trapezoidal).

[0065] Em geral, cabo de acordo com a presente invenção pode ser feito trançando arames sobre um núcleo. O núcleo pode incluir, por exemplo, um único arame, ou arames trançados (por exemplo, arames enrolados helicoidalmente). Em algumas modalidades, por exemplo, 7, 19 ou 37 arames. Aparelho exemplar 80 para fabricar Cabo, de acordo com a presente invenção está mostrado nas figuras 7, 7A, e 7B. O carretei do material do núcleo 81 é provido na cabeça de uma máquina de trançamento planetária convencional 80, em que o carretei 81 é livre para girar, com tensão podendo ser aplicada por meio de um sistema de freio, onde a tensão pode ser aplicada no núcleo durante compensação na faixa de 0-91 kg (0-200 Ibs.)). O núcleo 90 é enfiado através de carros de bobina 82, 83, através das matrizes de agrupamento 84, 85, em torno de rodas de acionamento 86 e anexado no carretei coletor 87.

[0066] Antes da aplicação das camadas trançadas externas, arames individuais são providos em bobinas separadas 88 que são colocadas em diversos carros acionados pelo motor 82, 83 do equipamento de trançamento. Em algumas modalidades, a faixa de tensão exigida para puxar o arame 89A, 89B das bobinas 88 é tipicamente 4,5-22,7 kg (10-50 libras). Tipicamente, existe um carro para cada camada de cabo trançado acabado. Arames de cada camada são agrupados na saída de cada carro em uma matriz de agrupamento 84, 85 e arranjados sobre o arame central ou sobre a camada anterior. Camadas são trançadas helicoidalmente em direções opostas de maneira tal que a camada externa resulte em uma disposição para a direita. Durante o processo de trançamento do cabo, o arame central, ou o cabo

21/40 trançado inacabado intermediário que terá uma ou mais camadas adicionais enroladas nele, é puxado através do centro dos vários carros, com cada carro adicionando uma camada no cabo trançado. Os arames individuais a ser adicionados como uma camada são simultaneamente puxados de suas respectivas bobinas enquanto são rotacionados em torno do eixo central do cabo pelo carro acionado pelo motor. Isto é feito em seqüência para cada camada desejada. O resultado é um cabo trançado heiicoidal mente 91 que pode ser cortado e manuseado convenientemente sem perda da forma ou com de sem ba raça mento.

[0067] Esta capacidade de manusear o cabo trançado é um recurso desejável. Embora não querendo ficar ligado pela teoria, o cabo mantém seu arranjo helicoidalmente trançado em virtude de, durante a fabricação, os arames metálicos serem sujeitos a tensões, incluindo tensões de dobramento, além do limite de escoamento do material do arame, mas abaixo da tensão máxima ou de ruptura. Esta tensão é conferida à medida que o arame é enrolado helicoidalmente em torno do raio relativamente pequeno da camada anterior ou arame central. Tensões adicionais são conferidas nas matrizes de agrupamento 84, 85 que aplicam forças radiais e de cisalhamento no cabo durante a fabricação. Os arames portanto se deformam plasticamente e mantêm suas formas trançadas helicoidalmente.

[0068] O material do núcleo e os arames para uma dada camada são colocados em contato imediato por meio de matrizes de agrupamento. Referindo-se às figuras 7A e 7B, matrizes de agrupamento 84A, 85A são tipicamente dimensionadas para minimizar as tensões de deformação nos arames da camada que está sendo enrolada. O diâmetro interno da matriz de agrupamento é adequado ao tamanho do diâmetro da camada externa. Para minimizar tensões nos arames da camada, a matriz de agrupamento é dimensionada de maneira tal que ela fique na faixa de 0-2,0% maior, em relação ao diâmetro externo do cabo (isto é, os diâmetros internos da matriz fica em uma faixa de 1,00 a 1,02 vezes o diâmetro do cabo exterior). Matrizes de agrupamento exemplares mostradas nas figuras 7A e 7B são cilindros, e são mantidas na posição, por exemplo, usando parafusos ou outras anexações adequadas. As matrizes podem ser feitas, por exemplo, de aço ferramenta temperado.

22/40 [0069] O cabo acabado resultante pode passar através de outras estações de trançamento, se desejado, e finalmente ser enrolado no carrete) de captação 87 de diâmetro suficiente para evitar danos no cabo. Em algumas modalidades, técnicas conhecidas para desempenar o cabo podem ser desejáveis. Por exemplo, o cabo acabado pode passar através de um dispositivo de desempeno compreendido de rolos (cada rolo tendo 10-15 cm (4-6 polegadas)), arranjados línearmente em dois bancos, por exemplo, com 5-9 rolos em cada banco. A distância entre os dois bancos de rolos pode variar para que os rolos apenas colidam no cabo ou causem uma deformação severa do cabo. Os dois bancos de rolos ficam posicionados em lados opostos do cabo, com os rolos no banco casando com os espaços criados pelos rolos opostos no outro banco. Assim, os dois bancos podem ser deslocados um do outro. À medida que o cabo passa através do dispositivo de desempeno, o cabo flexiona para trás e para frente sobre os rolos, permitindo que os fios no condutor se estirem no mesmo comprimento, reduzindo ou eliminando assim fios bambos.

[0070] Em algumas modalidades, pode ser desejável prover o núcleo a uma temperatura elevada (por exemplo, pelo menos 25 °C, 50°C, 75 °C, 100°C, 125 °C, 150°C, 200°C, 250°C, 300^cC, 400^cC, ou ainda, em algumas modalidades, pelo menos 500°C) acima da temperatura ambiente (por exemplo, 22 °C). O núcleo pode ser levado para uma temperatura desejada, por exemplo, aquecendo o núcleo bobinado (por exemplo, núcleo em um metal (por exemplo, aço)) em um forno por diversas horas. O núcleo bobinado aquecido é colocado no carretei de compensação (ver, por exemplo, carretei de compensação 81 na figura 7) de uma máquina de trançamento. Deseja velmente, o carretei na temperatura elevada está no processo de trançamento enquanto núcleo está ainda na temperatura desejada, ou próxima a ela (tipicamente dentro de cerca de 2 horas). Adicional mente, pode ser desejável, para os arames nos carretéis de compensação que formam as camadas externas do cabo, estar na temperatura ambiente. Ou seja, em algumas modalidades, pode ser desejável ter um diferencial de temperatura entre o núcleo e os arames em relação à camada externa durante o processo de trançamento.

[0071] Em algumas modalidades, pode ser desejável conduzir o trançamento com

23/40 uma tensão no núcleo de pelo menos 100 kg, 200 kg, 500 kg, 1.000 kg, ou ainda pelo menos 5.000 kg, [0072] Em algumas modalidades de cabos de acordo com a presente invenção, é desejável agrupar os arames que são trançados em torno do núcleo, por exemplo, um envolvimento de fita, com ou sem adesivo, ou um ligante. Por exemplo, uma vista seccional transversal de um outro cabo exemplar de acordo com a presente invenção 110 está mostrado na figura 10. O cabo 110 inclui núcleo 112 com arames 116 e duas camadas de arames trançados 114, em que o cabo 110 é envolto com uma fita 118. A fita, por exemplo, pode ser aplicada no cabo trançado resultante para ajudar agrupar os arames trançados. Em algumas modalidades, o cabo enrolado com uma fita adesiva usando equipamento de colocação de fita convencional. Uma máquina exemplar para aplicar fita encontra-se comercial mente disponível pela Watson Máquina International (por exemplo, Concentríc Taping Head modelo 300). Fitas exemplares incluem fita de película de metal (por exemplo, fita de película de alumínio (disponível, por exemplo, pela 3M Company, St Paul, MN com a designação comercial Foil/Glass Cloth Tape 363'j), fita com forro de poliéster; e fita com um forro reforçado com vidro. Em algumas modalidades, a fita tem uma espessura em uma faixa de 0,05 mm a 0,13 mm (0,002 a 0,005 polegada).

[0073] Em algumas modalidades, a fita é enrolada de maneira tal que cada volta sucessiva sobreponha a anterior. Em algumas modalidades, a fita é enrolada de maneira tal que cada volta sucessiva faça contato com a volta anterior sem nenhuma folga e sem sobreposição. Em algumas modalidades, por exemplo, a fita pode ser envolta para que voltas sucessivas fiquem espaçadas de forma a deixar uma folga entre cada volta, [0074] Em algumas modalidades, o cabo é enrolado enquanto o cabo está sob tensão durante o processo de trançamento. Referindo-se à figura 7, por exemplo, o equipamento de colocação de fita seria localizado entre a matriz de agrupamento final 85 e cabrestante 86.

Método para medir Deformação [0075] Um condutor é selecionado com 30-300 metros de comprimento e é

24/40 terminado com encaixes de epóxi convencionais, garantindo-se que as camadas retenham substancialmente as mesmas posições relativas do estado fabricado. Os arames externos são estendidos através dos encaixes de epóxi e para fora do outro lado, e em seguida reconstituídos para permitir a conexão na energia elétrica CA usando conectores terminais convencionais. Os encaixes de epóxi são vazados em soquetes Spelter de alumínio que são conectados em esticadores para manter tensão. Em um lado, uma célula de carga é conectada em um estícador e em seguida em ambas as extremidades do esticadores são anexados nos olhais de tração. Os olhais são conectados em pilares de concreto grandes, grandes o bastante para minimizar deflexões de extremidade do sistema quando sob tensão. Para o teste, a tensão é levada a um valor na faixa de 10 a 30 por cento da tensão de ruptura nominal do condutor. A temperatura é medida em três locais ao longo do comprimento do condutor (a 1/4, 1/2 e 3/4 da distância do total (olhai de tração a oihal de tração)) usando nove termopares. Em cada local, os três termopares são posicionados em três diferentes posições radiais dentro do condutor; entre os fios de arame externos, entre os fios de arame internos, e adjacentes (isto é, em contato) com os arames de núcleo externos. Os valores de deformação são medidos em três locais ao longo do comprimento do condutor (a 1/4,1/2 e 3/4 da distância do vão) usando potenciômetro de arame de tração (disponíveis pela SpaceAge Control, Inc, Palmdale, CA). Esses são posicionados para medir o movimento vertical dos três locais. Corrente CA é aplicada no condutor para aumentar a temperatura até o valor desejado. A temperatura do condutor aumenta da temperatura ambiente (cerca de 20°C (68 °F)) para cerca de 240°C (464 °F) a uma velocidade na faixa de 60-120°C/minuto (140248 °F/minuto). A temperatura mais alta de todos os termopares é usada como o controle, [0076] O valor de deformação do condutor (Deformaçãototai) é calculado a várias temperaturas com intervalos de um grau da temperatura ambiente (cerca de 20°C (68 °F)) a cerca de 240°C (464 °F) usando a seguinte equação:

, , _r ~ _{n r} _ f Defonuaçeu^ .

UefO}'maça(i_ltiíiil = iJelonnaçat^ , —-+ De/ormtiçuo^ (1)

25/40 onde:

Deformaçãoi/2 = deformação medida a 1/2 da distância do vão do condutor

DeformaçãoV4 = deformação medida a 1/4 da distância do vão do condutor

Deformação^ = deformação medida a 3/4 da distância do vão do condutor

O comprimento do ”vão interno efetivo é a distância horizontal entre as posições 1/4 e 3/4. Este ê o comprimento de vão usado para computara deformação. Derivação do Parâmetro de Tensão [0077] Os dados de deformação e temperatura medidos são colocados em gráfico de deformação em função da temperatura, Uma curva calculada é ajustada aos dados medidos usando o método gráfico Alcoa Sag10, disponível em um programa de suporte lógico da Alcoa Fujikura Ltd., Greenville, SC com a designação comercial SAG10 (versão 3.0 atualização 3.9.7). O parâmetro de tensão é um parâmetro de ajuste em SAG10 rotulado tensão de alumínio incorporada que pode ser alterado para se ajustar a outros parâmetros, se for usado material sem ser alumínio (por exemplo, liga de alumínio), e que ajusta a posição do ponto de deflexão do gráfico previsto e também a quantidade de deformação no regime de alta temperatura após o ponto de deflexão. É provida uma descrição da teoria de parâmetro de tensão no Alcoa SaglO Users Manual (Version 2,0): Theory of Compressive Stress in Aluminum of ACSR. Os parâmetros de condutor seguintes são necessário para entrada no suporte lógico SaglO; área, diâmetro, peso por unidade de comprimento, e tensão de ruptura nominal. As condições de carregamento de linha seguintes são necessárias para entrada no suporte lógico SaglO; área, diâmetro, peso por unidade de comprimento e tensão de ruptura nominal. As condições de carregamento de linha seguintes são necessárias para entrada no suporte lógico SaglO; comprimento do vão, tensão inicial à temperatura ambiente (20-25 °C). Os parâmetros seguintes são necessárias para entrada no suporte lógico SaglO para realizar o cálculo de tensão compressiva: Tensão do Arame embutido, área do arame (em fração da área total),

26/40 número de camadas de arame no condutor, número de fios de arame no condutor, número de fios de núcleo, relações de disposição de trançamento de cada camada de arame. Coeficientes de tensão-deformaçao são necessárias para entrada no suporte lógico SAG10 como uma tabela (ver tabela 1, a seguir).

Tabela 1

Arame Inicia
A0	A1	A2	A3	A4	AF
Arame Final (fluência em 10 anos)
B0	B1	B2	B3	B4	a. (Al)
Núcleo Inicial
CO	C1	C2	C3	C4	CF
Núcleo Final (fluência em '	0 anos)
D0	D1	D2	D3	D4	a (núcleo)

[0078] Élambém especificado um parâmetro TREF que é a temperatura na qua os coeficientes são referen ciados.

Definição dos Polinômios da Curva Tensão-Deformação [0079] Os primeiros cinco números A0-A4 são coeficientes do polinômio de quarta ordem que representa a curva do arame inicial vezes a relação de área.

Λ ume .4 total (2) ' & emefeidâl ⁼ '^W + AU + A2£² + Á3£⁵ h AW⁴ [0080] AF é o módulo final do arame, =ÁFe (3)

ATUAftiíiil

Atina [0081] Em que ε é o alongamento do condutor em% e σ é a tensão em psi.

[0082] B0-B4 são coeficientes do polinômio de quarta ordem que representa a curva de fluência dos dez últimos anos do arame vezes a relação de área;

- o - bo + Blf + B2tr + B3F + B4F (4) [0083] C α (A1) é o coeficiente de expansão térmica do arame.

[0084] C0-C4 são coeficientes do polinômio de quarta ordem que representa a

27/40 curva inicial vezes a relação de área do núcleo de compósito apenas.

[0085] CF é o módulo final do núcleo de compósito.

[0086] D0-D4 são coeficientes do polinômio de quarta ordem que representam a curva de fluência dos 10 últimos anos do núcleo de compósito vezes a relação de área.

[0087] α (núcleo) é o coeficiente de expansão térmica do núcleo de compósíto. [0088] No ajuste dos dados calculados e medidos, o melhor ajuste casa (i) a curva calculada com os dados medidos variando o valor do parâmetro de tensão, de maneira tal que as curvas casem a altas temperaturas (140-240°C), e (ii) o ponto de inflexão (ponto de deflexâo) da curva medida case justamente com a curva calculada, e (iii) a deformação calculada inicial tem que casar com a deformação medida inicial. O valor do parâmetro de tensão para se ter o melhor ajuste aos dados medidos é assim derivado. Este resultado é o Parâmetro de Tensão para o cabo.

[0089] O cabo de acordo com a presente invenção pode ser usado em uma variedade de aplicações, incluindo cabos aéreos de transmissão de energia elétrica, [0090] Vantagens e modalidades desta invenção são ilustradas adícionalmente pelos exemplos seguintes, mas os materiais particulares e suas quantidades citadas nesses exemplos, bem como outras condições e detalhes, não devem ser interpretadas de forma a limitar indevidamente esta invenção. Todas as partes e porcentagens são em peso, a menos que de outra forma indicada.

EXEMPLOS

Exemplo Ilustrativo [0091] O arame para o cabo do Exemplo Ilustrativo foi preparado da seguinte maneira. O arame foi feito usando o aparelho 60 mostrado na figura 6. Onze (11) cabos de fibra de alumina alfa de 10.000 denier (comercializado pela 3M Company, St, Paul com a designação comercial NEXTEL 610) foram supridos de carreteis de suprimento 62, colimados em um feixe circular, e limpos a quente passando através de um tubo de alumina de 1,5 m (5 pés) de comprimento 63 aquecido a 1,100°C a 305 cm/min (120 pol/min). Fibras limpas a quente 61 foram então evacuadas na câmara de vácuo 64 antes de entrar no cadinho 67 contendo o banho (metal fundido) 65 de

28/40 material da matriz de alumínio metálico (99,99% Al) (obtidas da Beck Aluminum Co., Pittsburgh, PA). As fibras foram puxadas de carreteis de suprimento 62 pelo tracionador de esteira 70. O cabeçote ultra-sônico 66 foi posicionado no banho 65 nas proximidades da fibra para ajudar infiltrar o banho 65 nos cabos de fibras 61. O metal fundido de arame 71 resfriado e solidificado depois de deixar o cadinho 67 através da matriz de saída 68, embora provavelmente tenha ocorrido um certo resfriamento antes de o arame 71 sair completamente do cadinho 67. Adicional mente, o resfriamento do arame 71 foi intensificado por correntes de gás nitrogênio entregue através do dispositivo de resfriamento 69 que colidiram no arame 71. O arame 71 foi coletado no carretei 72, [0092] As fibras 61 foram evacuadas antes de entrar no banho 67. A pressão na câmara de vácuo foi cerca de 20 torr, O sistema de vácuo 64 teve um tubo de entrada de alumina de 25 cm de comprimento para casar com o diâmetro do feixe de fibras 61, A câmara de vácuo 64 teve 21 cm de comprimento e 10 cm de diâmetro. A capacidade da bomba de vácuo foi de 0,37 m³/minuto. As fibras evacuadas 61 foram inseridas no banho 65 através de um tubo no sistema de vácuo 64 que penetrou no banho de metal (isto é, as fibras evacuadas 61 estavam sob pressão quando introduzidas no banho 54). O diâmetro interno do tubo de saída casou com o diâmetro do feixe de fibras 61. Uma parte do tubo de saída foi imerso no metal fundido até uma profundidade de 5 cm.

[0093] Infiltração do metal fundido 65 nas fibras 61 foi intensificada pelo uso de uma corneta vibratória 66 posicionada no metal fundido 65 para que ficasse em proximidade imediata com as fibras 61. A corneta 66 foi excitada para vibrar a 19,7 kHz e uma amplitude no ar de 0,18 mm (0,007 polegada). A corneta foi conectada a uma guia de onda de titânio que, por sua vez, foi conectada no transdutor ultra-sônico (obtido da Sonics & Materials, Danbury, CT).

[0094] As fibras 61 ficaram dentro de 2,5 mm da ponta da corneta. A ponta da corneta foi feita de uma liga de nióbio de composição 91% em peso Nb-9% em peso Mo (obtida da PMTI, Pittsburgh, PA). A liga foi adequada a um cilindro de 12,7 cm de comprimento (5 polegadas) e 2,5 cm de diâmetro (1 polegada). O cilindro foi

29/40 sintonizado na frequência de vibração desejada de 19,7 kHz alterando-se seu comprimento.

[0095] O metal fundido 65 foi desgaseificado (por exemplo, reduzindo a quantidade de gás (por exemplo, hidrogênio) dissolvido no metal fundido) antes da infiltração. Uma unidade de desgaseifícação rotativa portátil disponível pela Brummund Foundry Inc, Chicago, IL, foi usada. O gás usado foi argônio, a vazão de argônio foi de 1.050 litros por minuto, a velocidade foi provida pela vazão de ar ao motor ajustada em 50 litros por minuto, e a duração foi de 60 minutos.

[0096] A matriz de saída de nitreto de silício 68 foi configurada para fornecer o diâmetro de arame desejado. O diâmetro interno da matriz de saída foi de 2,67 mm (0,105 polegada), [0097] O núcleo trançado foi trançado em equipamento de trançamento na Wire Rope Company em Montreal, Canadá. O cabo teve um arame no centro, e seis arames na primeira camada com uma disposição para a direita. Antes de serem enrolados helicoidalmente uns nos outros, os arames individuais foram providos em bobinas separadas que foram então colocadas em um carro acionado por motor do equipamento de trançamento. O carro manteve seis bobinas para a camada do cabo trançado acabado. Os arames da camada foram agrupados na saída do carro e arranjados sobre o arame central. Durante o processo de trançamento do cabo, o arame central foi puxado através do centro do carro,, com o carro adicionando uma camada no cabo trançado, Os arames individuais adicionados como uma camada foram simultaneamente puxados de suas respectivas bobinas enquanto eram rotacionados em torno do eixo central do cabo pelo carro acionado por motor, O resultado foi um núcleo trançado helicoidalmente.

[0098] O núcleo trançado foi enrolado com fita adesiva usando equipamento de colocação de fita convencional (Concentric Taping Head modelo 300 da Watson Machine International, Paterson, NJ). O forro de fita foi fita de película de alumínio com fibra de vidro, e teve um adesivo de silicone sensível a pressão (obtido com a designação comercial Foil/Glass Cloth Tape 363 da 3M Company, St. Paul, MN). A espessura total da fita 18 foi 0,0072 polegada (0,18 mm). A fita teve 0,75 polegada

30/40 (1,90 cm) de largura.

10099] O diâmetro médio do núcleo acabado foi de 0,324 polegada (8,23 mm) e o comprimento disposto da camada trançada foi de 21,3 polegada (54,1 cm).

[0100] Os primeiros arames trapezoidais de liga de alumínio foram preparados a partir de uma baste de alumínio/zircônio de 9,53 mm (0,375 polegada) de diâmetro; obtida da Lamífíl N. V., (Hemíksem, Bélgica com a designação comercial ZTAL) com um limite de resistência de 153,95 MPa (22.183 psi), um alongamento de 13,3% e uma condutividade elétrica de 60,4% IACS. Os segundos arames trapezoidais foram preparados de uma haste de alumínio/zircônio de 9,53 mm (0,375 polegada) de diâmetro; ZTAL com um limite de resistência de 132,32 MPa (19,191 psí), um alongamento de 10,4% e condutividade elétrica de 60,5% IACS. As hastes foram puxadas para baixo á temperatura ambiente usando cinco matrizes intermediárias como é conhecido na técnica, e finaimente uma matriz de formação de forma trapezoidal. As matrizes de extração foram feitas de carbeto de tungstênio. A geometria da matriz de carbeto de tungstênio teve um ângulo de entrada de 60 °, um ângulo de redução de 16-18 um comprimento de apoio de 30% do diâmetro da matriz e um ângulo de saída de 60 °. A superfície da matriz foi altamente polida. A matriz foi lubrificada e resfriada usando um óleo de estampagem. O sistema de extração entregou um óleo a uma taxa estabelecida na faixa de 60-100 litros por minuto por matriz, com a temperatura ajustada na faixa de 40-50°C. A última matriz de formação compreendeu dois rolos formadores de aço temperado horizontais (dureza 60 RC), com superfícies de trabalho altamente polidas, O desenho dos entalhes dos rolos foi baseado no perfil trapezoidal exigido. Os rolos foram instalados em uma cadeira de laminação que ficou localizada entre a caixa de extração e o bloco de extração externo. A redução de laminação final reduziu a área do arame em cerca de 23,5%. A quantidade de redução de área foi suficiente para mover o metal para as quinas dos entalhes dos rolos e encher adequadamente o espaço entre os rolos formadores. Os rolos formadores foram alinhados e instalados para que a capa dos arames trapezoidais ficasse voltada para as superfícies do bloco de extração e o tambor da bobina. Depois da formação, o perfil do arame foi checado e verificado

31/40 usando um gabarito.

[0101] Este arame foi então enrolado em bobinas. Várias propriedades do arame resultantes estão listadas na tabela 2 a seguir. O diâmetro efetivo da forma trapezoidal refere-se ao diâmetro de um círculo que tem a mesma área seccional transversal da forma trapezoidal. Havia 20 bobinas carregadas no equipamento de trança mento (8 dos primeiros arames para o trançam ento da primeira camada interna), 12 dos segundos arames para o trançamento da segunda camada externa e o arame foram tomadas de um subconjunto desses para teste, que foram as bobinas amostradas.

Tabela 2

	Diâmetro efetivo, mm (pol)	Resistência a tração, MPa (psi)	Alongamento, %	Condutívidade, IACS %
Camada Interna
Arame bobina	1a	4,54 (0,1788)	168,92 (24.499)	5,1	59,92
Arame bobina	4a	4,54 (0,1788)	159,23 (23,095)	4,3	60,09
Arame bobina	8a	4,54 (0,1788)	163,39 (23.697)	4,7	60,18
Camada Externa
Arame bobina	1a	4,70 (0,1851)	188,32 (27.314)	4,7	60,02
Arame bobina	4a	4,70 (0,1851)	186,27 (27.016)	4,3	60,09
Arame bobina	8a	4,70 (0,1851)	184,73 (26.793)	4,3	60,31
Arame bobina	12a	4,70 (0,1851)	185,50 (26.905)	4,7	59,96

[0102] Um cabo foi feito de Nexams, Weyburn, SK usando uma máquina de trançamento planetária e o núcleo e arames (interno e externo) suprad escritos para o Exemplo Comparativo. Um esquema do aparelho 80 para fabricar cabos está mostrado nas figuras 7, 7A e 7B.

[0103] O carretei do núcleo 81 foi provido na cabeça de uma máquina de trançamento planetária convencional 80, em que o carretei 81 ficou livre para girar,

32/40 com tensão podendo ser aplicada por meio de um sistema de freio. A tensão aplicada no núcleo durante a compensação foi de 45 kg (100 libras). O núcleo entrou na temperatura ambiente (cerca de 23 °C (73 °F)). O núcleo foi encadeado através do centro dos carros de bobina 82, 83, através de matrizes de agrupamento 84, 85, em torno das rodas de acionamento 86 e anexado no carretei de captação 87 de 152 cm (60 pol) de diâmetro.

[0104] Antes da aplicação das camadas de trançamento externas, arames individuais foram providos em bobinas separadas 88 que foram colocadas em diversos carros acionados por motor 82, 83 do equipamento de trançamento, A faixa de tensão necessária para puxar o arame 89 das bobinas 88 foí ajustada em 11 -14 kg (25-30 libras). As estações de trançamento consistem de um carro e uma matriz de agrupamento. Em cada estação de trançamento, os arames 89A, 89B de cada camada foram agrupados na saída de cada carro na matriz de agrupamento 84, 85, respectiva mente, e arranjados sobre o arame central ou sobre a camada anterior, respectiva mente. Assim, o núcleo passou através de duas estações de trançamento. Na primeira estação de trançamento 8, os arames foram trançados sobre o núcleo com disposição à esquerda. Na segunda estação 12, os arames foram trançados sobre a camada anterior com disposição à direita.

[0105] O material do núcleo e arames para uma dada camada foram colocados em contato por meio de uma matriz de agrupamento 84, 85, da maneira aplicável. As matrizes de agrupamento foram cilindros (ver figuras 7A e 7B) e foram mantidas na posição usando parafusos. As matrizes foram feitas de aço ferramenta temperado, e puderam ser completamente fechadas.

[0106] O cabo acabado passou através das rodas de acionamento 86, e finalmente foi enrolado no carretei de coleta 87 (91 cm de diâmetro (36 polegadas)). O cabo acabado passou através de um dispositivo de desempeno compreendido de rolos (cada rolo tendo 12,5 cm (5 polegadas)), linearmente arranjados em dois bancos, com 7 rolos em cada banco. A distância entre os dois bancos de rolos foi estabelecida para que os rolos apenas colidissem no cabo. Os dois bancos de rolos foram posicionados em lados opostos do cabo, com os rolos no banco casando com os

33/40 espaços criados pelos rolos opostos no outro banco. Assim, os dois bancos foram deslocados um do outro, À medida que o cabo passou através do dispositivo de desempeno, o cabo flexionou para trás e para frente sobre os rolos, permitindo que os fios no condutor alongassem no mesmo comprimento, eliminando-se assim fios frouxos, [0107] A camada interna consistiu de 8 arames trapezoidais com um diâmetro da camada externa de 15,4 mm (0,608 polegada) e uma massa por unidade de comprimento de 353 kg/km (237 libras/kft) com uma disposição à esquerda de 20,3 cm (8 polegadas), O bloco de agrupamento (feito de aço ferramenta temperado) para a camada interna teve um diâmetro interno de 15,4 mm (0,608 polegada). Assim, os blocos de agrupamento foram estabelecidos exatamente no mesmo diâmetro do cabo. [0108] A camada externa consistiu de 12 arames trapezoidais com um diâmetro de camada externa de 22,9 cm (0,9105 polegada), e uma massa por unidade de comprimento de 507,6 kg/km (341,2 Ibs/kft.) com a disposição à direita de 25,9 cm (10,2 pol). A massa total por unidade de comprimento dos arames de liga de alumínio foi de 928,8 kg/km (624,3 Ibs/kft), a massa total por unidade de comprimento do núcleo foi 136,4 kg/km (91,7 libras/kft) e a massa de condutor total por unidade de comprimento foi de 1.065 kg/km (716 libras/kft). Os blocos de agrupamento (feitos de aço ferramenta temperado; dureza 60 RC) para a camada externa tiveram um diâmetro interno de 0,9015 polegada (22,9 mm). Assim, os blocos de agrupamento foram estabelecidos exatamente no mesmo diâmetro do cabo final, [0109] A tensão do arame intemo e do arame externo (como bobinas de compensação) foi medida usando um manômetro manual (disponível pela McMasterCard, Chicago, IL) e ajustado na faixa de 13,5-15 quilos (29-33 libras) e a tensão de compensação do núcleo foi ajustada pelo freio usando o mesmo método de medição das bobinas em cerca de 90 kg (198 libras). Adicionalmente, não foi usado nenhum dispositivo de desempeno, e o cabo não foi enrolado, mas deixado reto disposto no piso. O núcleo foi alimentado à temperatura ambiente (cerca de 23 °C (73 °F)).

[0110] A máqu ina de trançamento funcionou a 15 m/minuto (49 ft/minuto) acionada usando rodas de acionamento convencionais, um dispositivo de desempeno padrão,

34/40 e um carretei de captação de diâmetro 152 cm (60 polegadas) convencional.

[0111J O condutor resultante foi testado usando o segundo Método de Teste da Extremidade Cortada. Uma seção de condutor a ser testada foi disposta reta no piso, e uma sub-seção de 3,1-4,6 m (10-15 pés) de comprimento foi presa em ambas as extremidades. O condutor foi então cortado para isolar a seção, ainda presa em ambas as extremidades. Um grampo foi então solto e não foi observado nenhum movimento. A seção do condutor foi então inspecionada no que diz respeito ao movimento das camadas entre sistema O movimento de cada camada foi medido usando uma régua para determinar a quantidade de movimento relativo ao núcleo. As camadas de alumínio externas retraíram em relação ao núcleo de compósito: tomando o núcleo como posição de referência zero, a camada de alumínio interna retraiu 0,16 polegada (4 mm) e a camada externa retraiu 0,31 polegada (8 mm).

[01121 O cabo do Exemplo Ilustrativo foi também avaliado pela Kínectrics, Inc. Toronto Ontario, Canadá usando o seguinte Método I de Teste de Deformação, Um comprimento de condutor foi terminado com encaixes de epóxi convencionais, garantindo que as camadas retenham substancialmente as mesmas posições relativas que no estado fabricado, exceto que os arames de alumínio/zircônio foram estendidos através dos encaixes de epóxi e para fora do outro lado, e em seguida reconstituídos para permitir conexão na rede elétrica CA usando conectores terminais convencionais. Os encaixes de epóxi foram vazados em soquetes Spelter de alumínio que foram conectados no esticadores para manter a tensão. Em um lado, uma célula de carga foi conectada (5.000 quilogramas (kg) de capacidade) em um esticador e em seguida em ambas as extremidades os esticadores foram anexados em olhais de tração. Os olhais foram conectados em grandes pilares de concreto, grandes o bastante para minimizar deflexões de extremidade do sistema quando sob tensão. Para o teste, a tensão foi levada para 20% da tensão de ruptura nominal do condutor. Assim, 2.082 kg (4,590 libras) foram aplicados no cabo. A temperatura foi medida em três locais ao longo do comprimento do condutor (a 1/4, 1/2 e 3/4 da distância do vão total (olhai de tração a olhai de tração) usando nove termopares (três em cada localização); tipo J disponível pela Omega Corporation, Stamford, CT). Em cada

35/40 localização, os três termopares foram posicionados em três diferentes posições radiais dentro do condutor; entre os fios de alumínio externos, entre os fios de alumínio internos, e adjacentes (isto é, em contato) com os arames de núcleo externos. Os valores de deformação foram medidos em três localizações ao longo do comprimento do condutor (a 1/4, 1/2 e 3/4 da distância do vão) usando potenciômetros de arame de tração (disponíveis pela SpaceAge Control, Inc,. Palmdale, CA). Esses foram posicionados para medir o movimento vertical das três localizações. Corrente CA foi aplicada no condutor para aumentar a temperatura até o valor desejado. A temperatura do condutor foi aumentada da temperatura ambiente (cerca de 20^QC (68 °F)) para cerca de 240°C (464 °F) a uma taxa na faixa de 60-l20°C/minuto ¢140-248 °F/minuto), A temperatura mais alta de todos os termopares foi usada como o controle. Cerca de 1,200 amp foram necessários para se atingir 240^!'C (464 °F).

[0113] O valor de deformação do condutor (Deformaçãototai) foi calculado em várias temperaturas usando a seguinte equação:

Deformação^ - Deformação , ( Deformação. . -i- Deformação_x . )

I, 2 condutor condutor onde:

Deformaçãovs = deformação medida a 1/2 da distância do vão do

Deformaçãov4 = deformação medida a 1/4 da distância do vão do

DeformaçãosM = deformação medida a 3/4 da distância do vão do condutor.

[0114] A tabela 3 (a seguir) sumariza os parâmetros de teste de entrada fixos. Tabela 3

Parâmetro	Valor
Comprimento do vão total	68,6 m (225 pés)
Comprimento do vão efetivo* m(pés)	65,5 m (215 pés)
Altura do ponto fixo norte	2,36 m (93,06 polegada)
Altura do ponto fixo sul	2,47 m (97,25 polegada)
Peso do condutor	1,083 kg/m (0,726 libras/pé)
Tensão inicial (@ 20% RTS)	2.082 kg (4.590 libras)

36/40

Capacidade da célula de carga

célula de carga de 5.000 kg (1.100 libras)

• Vão efetivo é o comprimento do vão entre as posições 1/4 e ³Λ [0115] Os dados de deformação e temperatura resultantes Dados Resultantes¹’ para o Exemplo Ilustrativo foram colocados em gráfico e em seguida uma curva calculada foi ajustada usando o método gráfico Alcoa SaglO disponível em um programa de suporte lógico da Alcoa Fujikura Ltd., Greenville, Sc com a designação comercial SAG10 {versão 3.0 atualização 3.9.7). O parâmetro de tensão foi um parâmetro de ajuste em SAG10 rotulado SAG10 como a tensão de alumínio incorporada que ajustou a posição do ponto de deflexão no gráfico previsto e também a quantidade de deformação no região de alta temperatura após o ponto de deflexão. Uma descrição da teoria do parâmetro de tensão foi provida no Alcoa SaglO Users Manual (Versão 2,0): Theory de Compressive Stress in Aiuminum of ACSR. Os parâmetros do condutor para o cabo 675 kcmil mostrados nas tabelas 4-7 (a seguir) foram alimentados no Suporte lógico SaglO. O melhor ajuste casou com (1) a curva calculada com os dados experimentais variando o valor do parâmetro de tensão de maneira tal que as curvas casassem a altas temperaturas (140-240°C), e (ií) o ponto de deflexão (ponto de deflexão) da curva de dados resultantes casou rigorosamente com a curva calculada, e (iii) a deformação inicial calculada teve que casar com a deformação dos dados resultantes iniciais (isto é, tensão inicial a 22 °C (72 °F) é 2.082 kg, e produzindo 27,7 cm (10,9 polegadas) de deformação). Para este exemplo, o valor de 3,5 MPa (500 psi) para o parâmetro de tensão forneceu o melhor ajuste nos dados resultantes. A figura 8 mostra a deformação calculada pelo SaglO (iínha 82) e a deformação medida (dados colocados em gráfico 83).

[0116] Os dados do condutor seguintes fora alimentados no suporte lógico SAG10¹’:

Tabela 4

PARÂMETROS DO CONDUTOR Área 381,6 mm² (0,5915 polegada quadrada)

Diâmetro 2,3 cm (0,9022 polegada)

37/40

Peso 1,083 kg/m (0,726 libras/pé)

RTS 10,160 kg (22,400 libras)

Tabela 5

CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO DE LINHA Comprimento do vão 65,5 m (215 pés)

Tensão Inicial (a 22 °C) 72 °F) 2.082 (4.590 libras)

Tabela 6

OPÇÕES PARA CÁLCULO DA TENSÃO COMPRESSIVA Tensão de Alumínio Incorporada (3,5 MPa (500 psi))

Área de Alumínio (como uma fração da área total) 0,8975

Número de Camadas de Alumínio 2

Número de Fios de Alumínio 20

Número de Fios de Núcleo 7

Relações de Disposição de Trançamento:

Camada externa 11 Camada interna 13

Parâmetros de Tensão-Deformação para Sag10: temperatura na qual os coeficientes foram referenciados (TREF) = 22 °C (71 °F). Parâmetros de Entrada do Software executa (ver tabela 7, a seguir)

Tabela 7

Alumínio Inicial
A0	Al	A2	A3	A4	AF
17,7	56350,5	-10910,9	-155423	173179,9	79173,1
Alumínio Final (fluência em 10 anos
B0	B1	B2	B3	B4	cx (Al)
0	27095,1	-3521,1	141800,8	-304875,5	0,00128
Núcleo	nicial
C0	C1	C2	C3	C4	CF
-95,9	38999,8	-40433,3	87924,5	-62612,9	33746,7
Núcleo	“inal (fluência em 10 anos)

38/40

D0	D1	D2	D3	D4	ct (núcleo)
-95,9	38999,8	-40433,3	87924,5	-61612,9	0,000353

Definição dos Polinômios da Curva Tensão-Deformação:

[0117] Os primeiros números A0-A4 são coeficientes do polinômio de quarta ordem que representa a curva de alumínio inicial vezes a relação de área:

= Λϋ + + A3f^J + zVfó* x AxiJieniia.il [0118] AF é o módulo final do arame,

Λ Arame . „ —— -<t = AFe a Aruiieiiriil total [0119] em que ε é o alongamento do condutor e% e σ e a tensão em psi.

[0120] B0-B4 são coeficientes do polinômio de quarta ordem que representa a curva de fluência nos 10 últimos anos do arame vezes a relação de área:

Λ tom» cr = BQ + Bl£ -i- Β2ε^ι + B3£³ -· B4f^J total [0121] C ct (Â1) é o coeficiente de expansão térmica alumínio.

[0122] C0-C4 são coeficientes do polinômio de quarta ordem que representa a curva vezes a relação de área para o núcleo de compósito apenas.

[0123] CR é o módulo final do núcleo de compósito.

[0124] D0-D4 são coeficientes do polinômio de quarta ordem que representa a curva de fluência dos 10 últimos anos para o núcleo de compósito vezes a relação de área.

[0125] α (núcleo) é o coeficiente de expansão térmica do núcleo de compósito. Exemplo Profético 1 [0126] Um cabo seria fabricado da maneira descrita no Exemplo Ilustrativo, exceto o seguinte: os arames de compósito trançados para formar o núcleo consistiríam de arames de compósito de fibra de carbono (fibras de carbono em uma matriz de resina de amida bismaleica). Esses arames encontram-se disponíveis pela Tokyo Rope Manufacturing Company, Ltd. Tóquio, Japão, com a designação comercial CFCC. Os arames de compósito teriam o mesmo diâmetro dos arames de compósito do

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Exemplo Ilustrativo.

Exemplo [0127] O modelo do método gráfico Alcoa Sag10 descrito no Exemplo Ilustrativo foi usado para prever o comportamento da deformação em função da temperatura de cabos descritos no Exemplo Profético 1. Curvas de deformação em função da temperatura foram geradas usando o modelo Sag10 e o método do Exemplo Ilustrativo. Os parâmetros do condutor mostrados nas tabelas 8-11 (a seguir) foram alimentados no suporte lógico Sag10. O valor do parâmetro de tensão compressivo para o Exemplo Profético 1 foi 3,5 MPa (500 psi). Adieionalmente, uma curva de deformação em função da temperatura foi gerada para um valor de tensão compressiva de 55 MPa (8.000 psi). A figura 9 mostra as curvas de deformação em função da temperatura do Exemplo Ilustrativo e do Exemplo Profético 1. Os dados medidos do Exemplo Ilustrativo estão mostrados como dados em gráfico 93 e a curva calculada do Exemplo Ilustrativo está mostrada como a linha 92. A curva calculada para o Exemplo Profético 1 que usou um parâmetro de tensão de 3,5 MPa (500 psi) está mostrada como a linha 94, A curva calculada adicional com um parâmetro de tensão de 55 MPa (8.000 psi) está mostrada como a linha 96.

Tabela 8

PARÂMETROS DO CONDUTOR EM SAG10 Área 381,6 mm² (0,5915 pol²)

Diâmetro 2,3 cm (0,902 pol)

Peso 1,083 kg/m (0,726 líbras/pé)

RTS 10,160 kg (22.400 libras)

Tabela 9

CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO DE LINHA Comprimento do vão 65,5 m (215 pés)

Tensão Inicial (a 22 °C (72 °F)) 2.082 (4.590 libras)

Tabela 10

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OPÇÕES PARA CÁLCULO DE TENSÃO COMPRESSIVA

Valores de Tensão de Alumínio Incorporado +500 (ajustado aos dados medidos)

- 500 (Exemplo Profético 1)

- 5.000 (Exemplo Profético 2)

Área de Alumínio (como uma fração da área total)

0,8975 Número de Camadas de Alumínio 2 Número de Fios de Alumínio 20

Número de Fios de Núcleo 7

Relações de Disposição de Trançamento;

Camada externa 11 Camada interna 13

Parâmetros de Tensão-Deformação para Sag10: (TREF) = 22 °C (71 ^ÜF).

Tabela 11

Alumínio Inicial
A0	A1	A2	A3	A4	AF
17,7	56350,5	-10910,9	-155423	173179,9	79173,1
Alumínio Final (fluência em 10 anos
B0	B1	B2	B3	B4	α (Al)
0	27095,1	-3521,1	141800,8	-304875,5	0,00128
Núcleo	nicial
CO	C1	C2	C3	C4	CF
0	23575	0	0	0	23575
Núcleo	-inal (fluência em 10 anos)
D0	D1	D2	D3	D4	α (núcleo)
0	23575	0	0	0	0,000033

[0128] Várias modificações e alterações ficarão aparentes aos versados na técnica sem fugir do escopo e espírito desta invenção, e deve-se entender que esta invenção não deve ser indevidamente limitada às modalidades ilustrativas aqui apresentadas.

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Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Cabo, caracterizado pelo fato de que compreende;

   um núcleo longitudinal que tem um coeficiente de expansão térmica e compreende pelo menos um de aramida, cerâmicas, boro, poli(p-fenileno-2,6benzobisoxazol), grafite, carbono, titânio, tungstênio ou liga com memória de forma; e uma pluralidade de arames que tem coletiva mente um coeficiente de expansão térmica maior que o coeficiente de expansão térmica do núcleo, em que a pluralidade de arames compreende pelo menos um de arames de alumínio, arames de cobre, arames de liga de alumínio, ou arames de liga de cobre, e em que a pluralidade de arames é trançada em torno do núcleo, em que o cabo tem um parâmetro de tensão não superior a 5 MPa com a condição de que, se o núcleo longitudinal compreender arames de compósito de matriz de metal, o núcleo compreende separadamente pelo menos um de aramida, cerâmica, boro, poli{pfenileno-2,6-benzobisoxazol), grafite, carbono, titânio, tungstênio, ou liga com memória de forma.
2. 2. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cabo tem um parâmetro de tensão não superior a 3 MPa.
3. 3. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cabo tem um parâmetro de tensão não superior a 1 MPa.
4. 4. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cabo tem um parâmetro de tensão não superior a 0 MPa,
5. 5. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cabo tem um parâmetro de tensão na faixa de 0 MPa a 5 MPa.
6. 6. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o núcleo compreende compósito compreendendo fibras contínuas de pelo menos um de aramida, cerâmica, boro, poli{p-fenileno-2,6-benzobisoxazol), grafite, carbono, titânio, tungstênio ou liga com memória de forma em uma matriz polimérica,
7. 7. Cabo, de acordo com a reivindicação, 1, caracterizado pelo fato de que o núcleo compreende compósito compreendendo cerâmica contínua em uma matriz polimérica.

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8. 8. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os arames e o núcleo são contínuos e têm pelo menos 150 metros de comprimento.
9. 9. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o núcleo compreende arames que têm um diâmetro de 1 mm a 12 mm.
10. 10. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os arames do núcleo são trançados heiicoidal mente para ter um fator de disposição de 10 a 150.

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