KR101206092B1 - Cable and method of making the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 케이블 및 케이블 제조 방법에 관한 것이다. 이 케이블의 실시예는 예컨대 오버헤드 송전 라인으로서 유용하다.The present invention relates to a cable and a cable manufacturing method. Embodiments of this cable are useful, for example, as overhead power transmission lines.

케이블, 와이어, 코어, 섬유, 열팽창 계수, 응력 Cable, wire, core, fiber, coefficient of thermal expansion, stress

Description

케이블 및 그 제조 방법{CABLE AND METHOD OF MAKING THE SAME}Cable and its manufacturing method {CABLE AND METHOD OF MAKING THE SAME}

일반적으로, 복합재[금속 매트릭스 복합재(metal matrix composite: MMC)를 포함]는 공지되어 있다. 복합재는 일반적으로 미립자, 위스커(whisker) 혹은 섬유(예컨대, 단섬유 혹은 장섬유)로 강화된 매트릭스를 포함한다. 금속 매트릭스 복합재의 예로서, 알루미늄 매트릭스 복합 와이어(예컨대, 알루미늄 매트릭스에 매립된 탄화규소 섬유, 탄소 섬유, 붕소 섬유 혹은 다결정 알파 알루미나 섬유), 티타늄 매트릭스 복합 테이프(예컨대, 티타늄 매트릭스에 매립된 탄화규소 섬유) 및 구리 매트릭스 복합 테이프(예컨대, 구리 매트릭스에 매립된 탄화규소 섬유 혹은 붕소 섬유)를 들 수 있다. 중합체 매트릭스 복합재의 예로서, 에폭시 수지 매트릭스의 탄소 섬유 혹은 흑연 섬유와, 폴리에스테르 수지의 유리 섬유 혹은 아라미드 섬유와, 에폭시 수지의 탄소 섬유 및 유리 섬유를 들 수 있다.In general, composites (including metal matrix composites (MMCs)) are known. Composites generally include a matrix reinforced with particulates, whiskers or fibers (eg, short or long fibers). Examples of metal matrix composites include aluminum matrix composite wires (eg, silicon carbide fibers embedded in an aluminum matrix, carbon fibers, boron fibers, or polycrystalline alpha alumina fibers), titanium matrix composite tapes (eg, silicon carbide fibers embedded in a titanium matrix) ) And a copper matrix composite tape (e.g., silicon carbide fibers or boron fibers embedded in a copper matrix). Examples of the polymer matrix composite material include carbon fibers or graphite fibers of an epoxy resin matrix, glass fibers or aramid fibers of a polyester resin, and carbon fibers and glass fibers of an epoxy resin.

복합 와이어(예컨대, 금속 매트릭스 복합 와이어)의 한 가지 활용 분야를 보면, 복합 와이어는 노출된 오버헤드(overhead) 송전 케이블의 보강 부재로서 활용된다. 기존 송전 시설의 송전 용량을 증가시킬 필요성에 따라서, 케이블에 대한 한 가지의 전형적인 요건이 발생된다.In one application of composite wire (eg, metal matrix composite wire), the composite wire is utilized as a reinforcing member of an exposed overhead power transmission cable. According to the need to increase the transmission capacity of existing transmission facilities, one typical requirement for cables arises.

오버헤드 송전 분야에 적용되는 케이블의 바람직한 성능 요건으로서, 내부식성, 환경(예컨대, 자외선 및 습기)에 대한 내구성, 고온에서의 강도 손실에 대한 내성, 내크리프성(creep resistance), 비교적 높은 탄성율, 저밀도, 낮은 열팽창 계수, 고전도율 및 고강도를 들 수 있다. 알루미늄 매트릭스 복합 와이어를 포함하는 오버헤드 송전 케이블이 공지되어 있지만, 일부 적용 분야에 대해서는 예컨대 보다 바람직한 처짐 특성을 위한 개선 방안이 끊임없이 요구되고 있다.Preferred performance requirements for cables applied in overhead transmission applications include corrosion resistance, durability to the environment (eg ultraviolet and moisture), resistance to loss of strength at high temperatures, creep resistance, relatively high modulus of elasticity, Low density, low coefficient of thermal expansion, high conductivity and high strength. Overhead power transmission cables comprising aluminum matrix composite wires are known, but there is a constant need for improvements in some applications, for example for more desirable sag characteristics.

일 태양에 따르면, 본 발명은, 열팽창 계수를 갖는 종방향 코어 및 집합적으로 코어의 열팽창 계수보다 큰 열팽창 계수를 갖는 복수의 와이어를 포함하는 케이블을 제공하며, 이 복수의 와이어는 알루미늄 와이어, 구리 와이어, 알루미늄 합금 와이어 또는 구리 합금 와이어 중 적어도 하나를 포함하고, 와이어는 코어 둘레로 연선되며, 이 케이블은 0MPa 미만의 응력 파라미터(어떤 실시예들에서는 -5MPa, -10MPa, -15MPa, -20MPa, -25MPa, -30MPa, -35MPa, -40MPa, -45MPa 혹은 -50MPa까지의 응력 파라미터, 그리고 어떤 실시예들에서는 0 내지 -50MPa 미만, 0 내지 -40MPa 미만, 0 내지 -30MPa 미만, 0 내지 -25MPa 미만, 0 내지 -20MPa 미만 혹은 0 내지 -10MPa 미만 범위의 응력 파라미터)를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 복수의 와이어는 적어도 90MPa 혹은 적어도 100MPa[ASTM B557/B557M(1999)에 따라 산출]까지의 인장 파단 강도를 갖는다.According to one aspect, the present invention provides a cable comprising a longitudinal core having a coefficient of thermal expansion and a plurality of wires collectively having a coefficient of thermal expansion that is greater than the coefficient of thermal expansion of the core, the plurality of wires being aluminum wire, copper At least one of a wire, an aluminum alloy wire or a copper alloy wire, the wire is stranded around the core, and the cable has a stress parameter of less than 0 MPa (in some embodiments -5 MPa, -10 MPa, -15 MPa, -20 MPa, Stress parameters up to -25 MPa, -30 MPa, -35 MPa, -40 MPa, -45 MPa or -50 MPa, and in some embodiments 0 to -50 MPa, 0 to -40 MPa, 0 to -30 MPa, 0 to -25 MPa Stress parameters in the range of less than 0 to less than -20 MPa or less than 0 to -10 MPa. In some embodiments, the plurality of wires has a tensile strength at break of at least 90 MPa or at least 100 MPa (calculated according to ASTM B557 / B557M (1999)).

다른 태양에 따르면, 본 발명은, 알루미늄 와이어, 구리 와이어, 알루미늄 합금 와이어 또는 구리 합금 와이어 중 적어도 하나를 포함하는 복수의 와이어를 종방향 코어 둘레로 연선하여 예비 연선 케이블을 제공하는 단계 및 예비 연선 케이블을 내경을 갖는 밀폐 다이에 가하여 외경을 갖는 케이블을 제공하는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 케이블을 제조하는 방법을 제공하며, 다이 내경은 케이블 외경의 1.00배 내지 1.02배 범위에 있다.According to another aspect, the present invention provides a preliminary twisted pair cable, comprising: stranding a plurality of wires including at least one of an aluminum wire, a copper wire, an aluminum alloy wire, or a copper alloy wire around a longitudinal core to provide a preliminary stranded cable; Providing a cable having an outer diameter by adding a sealed die having an inner diameter, the die inner diameter being in the range of 1.00 times to 1.02 times the outer diameter of the cable.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 하기의 용어들은 달리 특정되지 않는 한 다음과 같이 정의된다.As used herein, the following terms are defined as follows unless otherwise specified.

"세라믹"은 유리, 결정 세라믹, 유리 세라믹 및 이들의 조합을 의미한다."Ceramic" means glass, crystalline ceramics, glass ceramics, and combinations thereof.

"연속 섬유"는 평균 섬유 직경과 비교할 때 길이가 상대적으로 매우 긴 섬유를 의미한다. 일반적으로, 이는 섬유가 적어도 1×105(어떤 실시예들에서는 적어도 1×106 혹은 적어도 1×107까지)의 종횡비(aspect ratio)(즉, 섬유 평균 직경에 대한 섬유 길이의 비율)를 갖는 것을 의미한다. 일반적으로, 이러한 섬유의 길이는 적어도 50미터 정도이며 수 킬로미터 이상 정도까지의 길이를 가질 수도 있다."Continuous fiber" means a fiber that is relatively very long in length when compared to the average fiber diameter. Generally, this means that the fiber has an aspect ratio (i.e., the ratio of fiber length to fiber average diameter) of at least 1 × 10 5 (in some embodiments, at least 1 × 10 6 or at least 1 × 10 7 ). It means to have. In general, the length of such fibers is at least 50 meters and may be up to several kilometers or more.

"형상 기억 합금"이란, 금속 합금이 변태 온도(transformation temperature) 미만에서 쌍정 메커니즘(twinning mechanism)에 의해 변형될 수 있도록 마르텐사이트 변태(Martensitic transformation)를 겪는 금속 합금을 지칭하며, 이러한 변형은 쌍정 구조가 변태 온도 초과로 가열되어 원상으로 복귀될 때 역변형 가능하다."Shape memory alloy" refers to a metal alloy that undergoes martensitic transformation such that the metal alloy can be deformed by a twinning mechanism below the transformation temperature, and this deformation refers to a twin structure Can be deformed when is heated above the transformation temperature and returned to its original state.

본 발명에 따른 케이블은 예컨대 송전 케이블로서 활용될 수 있다. 일반적으로, 본 발명에 따른 케이블은 향상된 처짐 특성(즉, 처짐량의 감소)을 나타낸다.The cable according to the invention can be utilized, for example, as a power transmission cable. In general, the cable according to the invention exhibits an improved deflection characteristic (ie a reduction in the amount of deflection).

도1 내지 도5는 본 발명에 따른 케이블의 예시적인 실시예들의 개략적인 단면도들이다.1 to 5 are schematic cross-sectional views of exemplary embodiments of a cable according to the invention.

도6은 본 발명에 따라 용융 금속을 섬유에 침투시키는 데 사용되는 예시적인 초음파 침투 장치의 개략도이다.6 is a schematic diagram of an exemplary ultrasonic penetrating device used to penetrate molten metal into a fiber in accordance with the present invention.

도7, 도7A 및 도7B는 본 발명에 따른 케이블을 제조하는 데 사용되는 예시적인 연선 장치의 개략도들이다. 7, 7A and 7B are schematic views of an exemplary twisted pair device used to manufacture a cable according to the present invention.

도8은 예시 예에 대한 케이블 처짐량 데이터를 플롯팅한 그래프이다.8 is a graph plotting cable deflection data for an illustrative example.

도9는 예시 예와 가공 예1에 대한 케이블 처짐량 데이터를 플롯팅한 그래프이다.9 is a graph plotting cable deflection data for an example and a machining example 1. FIG.

도10은 비교 예와 예1에 대한 케이블 처짐량 데이터를 플롯팅한 그래프이다.10 is a graph plotting cable deflection data for Comparative Example 1 and Example 1. FIG.

도11은 본 발명에 따른 케이블의 예시적인 실시예의 개략적인 단면도이다.11 is a schematic cross-sectional view of an exemplary embodiment of a cable according to the present invention.

본 발명은 케이블 및 케이블을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 예시적인 케이블(10)이 도1에 단면도로 도시되어 있다. 케이블(10)은 코어(12)와 2개 층의 원형 연선 와이어(stranded wire)(14)를 포함하며, 코어(12)는 와이어(16)[도시된 바와 같이, 금속 매트릭스 복합 와이어(metal matrix composite wire)]를 포함한다. The present invention relates to a cable and a method of manufacturing the cable. An exemplary cable 10 according to the invention is shown in cross section in FIG. 1. The cable 10 includes a core 12 and two layers of circular stranded wire 14, the core 12 having a wire 16 (as shown, a metal matrix composite wire). composite wire)].

본 발명에 따른 다른 예시적인 케이블(20)이 도2에 단면도로 도시되어 있다. 케이블(20)은 코어(22)와 3개 층의 연선 와이어(24)를 포함하며, 코어(22)는 와이어(26)(도시된 바와 같이, 금속 매트릭스 복합 와이어)를 포함한다. Another exemplary cable 20 according to the invention is shown in cross section in FIG. 2. The cable 20 includes a core 22 and three layers of stranded wire 24, the core 22 comprising a wire 26 (as shown, a metal matrix composite wire).

본 발명에 따른 다른 예시적인 케이블(30)이 도3에 단면도로 도시되어 있다. 케이블(30)은 코어(32)와 사다리꼴 연선 와이어(34)를 포함하며, 코어(32)는 와이 어(36)(도시된 바와 같이, 금속 매트릭스 복합 와이어)를 포함한다. Another exemplary cable 30 according to the invention is shown in cross section in FIG. 3. The cable 30 includes a core 32 and a trapezoidal twisted pair wire 34, and the core 32 includes a wire 36 (as shown, a metal matrix composite wire).

본 발명에 따른 케이블(40)의 또 다른 실시예가 도4에 단면도로 도시되어 있다. 케이블(40)은 코어(42)와 연선 와이어(44)를 포함한다. Another embodiment of a cable 40 according to the invention is shown in cross section in FIG. The cable 40 includes a core 42 and stranded wire 44.

어떤 실시예들에서는, 코어는 적어도 약 -75℃ 내지 약 450℃의 온도 범위에 걸쳐 약 5.5ppm/℃ 내지 약 7.5ppm/℃ 범위의 종방향 열팽창 계수를 갖는다.In some embodiments, the core has a longitudinal thermal expansion coefficient in the range of about 5.5 ppm / ° C. to about 7.5 ppm / ° C. over at least a temperature range of about −75 ° C. to about 450 ° C.

코어를 포함하는 재료의 예로서, 아라미드, 세라믹, 붕소, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)[poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole)], 흑연, 탄소, 티타늄, 텅스텐 및/또는 형상 기억 합금을 들 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 이러한 재료가 섬유(일반적으로 연속 섬유) 형태이다. 어떤 실시예들에서는, 아라미드를 포함하는 코어가 적어도 약 20℃ 내지 약 200℃의 온도 범위에 걸쳐 약 -6ppm/℃ 내지 약 0ppm/℃ 범위의 종방향 열팽창 계수를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 세라믹을 포함하는 코어가 적어도 약 20℃ 내지 약 600℃의 온도 범위에 걸쳐 약 3ppm/℃ 내지 약 12ppm/℃ 범위의 종방향 열팽창 계수를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 붕소를 포함하는 코어가 적어도 약 20℃ 내지 약 600℃의 온도 범위에 걸쳐 약 4ppm/℃ 내지 약 6ppm/℃ 범위의 종방향 열팽창 계수를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)을 포함하는 코어가 적어도 약 20℃ 내지 약 600℃의 온도 범위에 걸쳐 약 -6ppm/℃ 내지 약 0ppm/℃ 범위의 종방향 열팽창 계수를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 흑연을 포함하는 코어가 적어도 약 20℃ 내지 약 600℃의 온도 범위에 걸쳐 약 -2ppm/℃ 내지 약 2ppm/℃ 범위의 종방향 열팽창 계수를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 탄소를 포함하는 코어가 적어도 약 20 ℃ 내지 약 600℃의 온도 범위에 걸쳐 약 -2ppm/℃ 내지 약 2ppm/℃ 범위의 종방향 열팽창 계수를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 티타늄을 포함하는 코어가 적어도 약 20℃ 내지 약 800℃의 온도 범위에 걸쳐 약 10ppm/℃ 내지 약 20ppm/℃ 범위의 종방향 열팽창 계수를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 텅스텐을 포함하는 코어가 적어도 약 20℃ 내지 약 1000℃의 온도 범위에 걸쳐 약 8ppm/℃ 내지 약 18ppm/℃ 범위의 종방향 열팽창 계수를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 형상 기억 합금을 포함하는 코어가 적어도 약 20℃ 내지 약 1000℃의 온도 범위에 걸쳐 약 8ppm/℃ 내지 약 25ppm/℃ 범위의 종방향 열팽창 계수를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 유리를 포함하는 코어가 적어도 약 20℃ 내지 약 600℃의 온도 범위에 걸쳐 약 4ppm/℃ 내지 약 10ppm/℃ 범위의 종방향 열팽창 계수를 갖는다. Examples of the material comprising the core include aramid, ceramic, boron, poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole), graphite, carbon, Titanium, tungsten and / or shape memory alloys. In some embodiments, such material is in the form of fibers (generally continuous fibers). In some embodiments, the core comprising aramid has a longitudinal thermal expansion coefficient in the range of about −6 ppm / ° C. to about 0 ppm / ° C. over at least a temperature range of about 20 ° C. to about 200 ° C. In some embodiments, the core comprising the ceramic has a longitudinal thermal expansion coefficient ranging from about 3 ppm / ° C. to about 12 ppm / ° C. over a temperature range of at least about 20 ° C. to about 600 ° C. In some embodiments, the core comprising boron has a longitudinal thermal expansion coefficient in the range of about 4 ppm / ° C. to about 6 ppm / ° C. over at least a temperature range of about 20 ° C. to about 600 ° C. In certain embodiments, a core comprising poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) comprises from about -6 ppm / ° C to about 0 ppm / ° C over a temperature range of at least about 20 ° C to about 600 ° C. It has a longitudinal coefficient of thermal expansion in the range. In some embodiments, the core comprising graphite has a longitudinal coefficient of thermal expansion in the range of about −2 ppm / ° C. to about 2 ppm / ° C. over a temperature range of at least about 20 ° C. to about 600 ° C. In some embodiments, the core comprising carbon has a longitudinal thermal expansion coefficient in the range of about −2 ppm / ° C. to about 2 ppm / ° C. over a temperature range of at least about 20 ° C. to about 600 ° C. In some embodiments, the core comprising titanium has a longitudinal thermal expansion coefficient ranging from about 10 ppm / ° C. to about 20 ppm / ° C. over a temperature range of at least about 20 ° C. to about 800 ° C. In some embodiments, the core comprising tungsten has a longitudinal coefficient of thermal expansion in the range of about 8 ppm / ° C. to about 18 ppm / ° C. over a temperature range of at least about 20 ° C. to about 1000 ° C. In some embodiments, the core comprising the shape memory alloy has a longitudinal coefficient of thermal expansion in the range of about 8 ppm / ° C. to about 25 ppm / ° C. over a temperature range of at least about 20 ° C. to about 1000 ° C. In some embodiments, the core comprising glass has a longitudinal coefficient of thermal expansion in the range of about 4 ppm / ° C. to about 10 ppm / ° C. over at least a temperature range of about 20 ° C. to about 600 ° C.

코어용 섬유의 예로서, 아라미드 섬유, 세라믹 섬유, 붕소 섬유, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸) 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유, 티타늄 섬유, 텅스텐 섬유 및/또는 형상 기억 합금 섬유를 들 수 있다.Examples of the fibers for the core include aramid fibers, ceramic fibers, boron fibers, poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) fibers, graphite fibers, carbon fibers, titanium fibers, tungsten fibers and / or shape memories Alloy fibers.

예시적인 붕소 섬유는 예컨대 미국 매사추세츠 로웰에 소재한 텍스트론 스페셜티 파이버스 인코포레이티드(Textron Specialty Fibers, Inc.)로부터 구매 가능하다. 일반적으로, 이러한 붕소 섬유의 길이는 적어도 50미터 정도이며 수 킬로미터 이상 정도까지의 길이를 가질 수도 있다. 일반적으로, 연속 붕소 섬유의 평균 섬유 직경은 약 80마이크로미터 내지 약 200마이크로미터 범위이다. 이러한 평균 섬유 직경은 보다 일반적으로는 150마이크로미터 이하이며, 가장 일반적으로는 95마이크로미터 내지 145마이크로미터 범위이다. 어떤 실시예들에서는, 붕소 섬유는 적어도 3GPa, 혹은 적어도 3.5GPa의 평균 인장 강도를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 붕소 섬유는 약 350GPa 내지 약 450GPa 범위, 혹은 약 350GPa 내지 약 400GPa 범위까지의 탄성률(modulus)을 갖는다.Exemplary boron fibers are commercially available from Textron Specialty Fibers, Inc., for example, in Lowell, Massachusetts. Generally, such boron fibers are at least 50 meters long and may have a length of up to several kilometers or more. Generally, the average fiber diameter of continuous boron fibers ranges from about 80 micrometers to about 200 micrometers. This average fiber diameter is more typically no greater than 150 micrometers and most typically ranges from 95 micrometers to 145 micrometers. In some embodiments, the boron fiber has an average tensile strength of at least 3 GPa, or at least 3.5 GPa. In some embodiments, the boron fiber has a modulus in the range of about 350 GPa to about 450 GPa, or in the range of about 350 GPa to about 400 GPa.

어떤 실시예들에서는, 세라믹 섬유는 적어도 1.5GPa, 2GPa, 3GPa, 4GPa, 5GPa, 6GPa, 혹은 적어도 6.5GPa까지의 평균 인장 강도를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 세라믹 섬유는 140GPa 내지 약 500GPa 범위, 혹은 140GPa 내지 약 450GPa 범위까지의 탄성률을 갖는다.In some embodiments, the ceramic fiber has an average tensile strength of at least 1.5 GPa, 2GPa, 3GPa, 4GPa, 5GPa, 6GPa, or at least 6.5 GPa. In some embodiments, the ceramic fiber has an elastic modulus in the range of 140 GPa to about 500 GPa, or in the range of 140 GPa to about 450 GPa.

예시적인 탄소 섬유는 예컨대 미국 조지아주 알파레타에 소재한 아모코 케미컬즈(Amoco Chemicals)로부터 "소넬 카본(THORNEL CARBON)"이라는 상표명으로 2000개의 섬유, 4000개의 섬유, 5000개의 섬유 및 12000개의 섬유를 단위로 하여 시판되고 있으며, 미국 캘리포니아주 새크라멘토에 소재한 그라필 인코포레이티드(Grafil Inc.)[미쓰비시 레이온 코포레이티드(Mitsubishi Rayon Co.)의 자회사]의 코네티컷주 스탬포드에 소재하는 헥셀 코포레이션(Hexcel Corporation)으로부터 "파이로필(PYROFIL)"이라는 상표명으로 시판되고 있고, 일본 도쿄에 소재한 도레이(Toray)로부터 "도레이카(TORAYCA)"라는 상표명으로 시판되고 있으며, 일본에 소재한 도호 레이온(Toho Rayon)으로부터 "베스파이트(BESFIGHT)"라는 상표명으로 시판되고 있고, 미국 미주리주 세인트루이스에 소재한 졸텍 코포레이션(Zoltek Corporation)으로부터 "파넥스(PANEX)"와 "파이론(PYRON)"이라는 상표명으로 시판되고 있으며, 미국 뉴저지주 윅코프에 소재한 인코 스페셜 프라덕츠(Inco Special Products)로부터 "12K20"과 "12K50"(니켈 도금 탄소 섬유)이라는 상표명으로 시판 되고 있다. 일반적으로, 이러한 섬유의 길이는 적어도 50미터 정도이며 수 킬로미터 이상 정도까지의 길이를 가질 수도 있다. 일반적으로, 연속 탄소 섬유의 평균 섬유 직경은 약 4마이크로미터 내지 약 12마이크로미터, 약 4.5마이크로미터 내지 약 12마이크로미터, 혹은 약 5마이크로미터 내지 약 10마이크로미터 범위까지이다. 어떤 실시예들에서는, 탄소 섬유는 적어도 1.4GPa, 적어도 2.1GPa, 적어도 3.5GPa, 혹은 적어도 5.5GPa까지의 평균 인장 강도를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 탄소 섬유는 150GPa 초과 내지 450GPa 이하 혹은 400GPa 이하까지의 탄성률을 갖는다.Exemplary carbon fibers are, for example, 2000 fiber, 4000 fiber, 5000 fiber and 12000 fiber under the trade name "THORNEL CARBON" from Amoco Chemicals, Alpharetta, GA Hexcel Corporation, Stamford, Connecticut, of Grafil Inc. (a subsidiary of Mitsubishi Rayon Co., Ltd.), Sacramento, California, USA, is commercially available. Corporation is sold under the trade name "PYROFIL", and Toray Rayon, Tokyo, Japan, is sold under the trade name "TORAYCA". Zolt Corporation (Zolt), marketed under the trade name "BESFIGHT" from St. Louis, Missouri, USA. are sold under the trade names "PANEX" and "PYRON" from ek Corporation, and "12K20" and "12K50" from Inco Special Products, Wickcorp, NJ. Nickel plated carbon fiber). In general, the length of such fibers is at least 50 meters and may be up to several kilometers or more. Generally, the average fiber diameter of continuous carbon fibers ranges from about 4 micrometers to about 12 micrometers, from about 4.5 micrometers to about 12 micrometers, or from about 5 micrometers to about 10 micrometers. In some embodiments, the carbon fiber has an average tensile strength of at least 1.4 GPa, at least 2.1 GPa, at least 3.5 GPa, or at least 5.5 GPa. In some embodiments, the carbon fiber has an elastic modulus greater than 150 GPa and up to 450 GPa or up to 400 GPa.

예시적인 흑연 섬유는 예컨대 미국 조지아주 알파레타에 소재한 비피 아모코(BP Amoco)로부터 "T-300"이라는 상표명으로 1000개의 섬유, 3000개의 섬유 및 6000개의 섬유를 단위로 하여 시판되고 있다. 일반적으로, 이러한 섬유의 길이는 적어도 50미터 정도이며 수 킬리미터 이상 정도까지의 길이를 가질 수도 있다. 일반적으로, 연속 흑연 섬유의 평균 섬유 직경은 약 4마이크로미터 내지 약 12마이크로미터, 약 4.5마이크로미터 내지 약 12마이크로미터, 혹은 약 5마이크로미터 내지 약 10마이크로미터 범위까지이다. 어떤 실시예들에서는, 흑연 섬유는 적어도 1.5GPa, 2GPa, 3GPa, 혹은 적어도 4GPa까지의 평균 인장 강도를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 흑연 섬유는 약 200GPa 내지 약 1200GPa, 혹은 약 200GPa 내지 약 1000GPa 범위까지의 탄성률을 갖는다.Exemplary graphite fibers are commercially available in units of 1000 fibers, 3000 fibers and 6000 fibers under the trade name " T-300 ", for example, from BP Amoco, Alpharetta, Georgia. In general, the length of such fibers is at least 50 meters and may be up to several kilometers or more. Generally, the average fiber diameter of continuous graphite fibers ranges from about 4 micrometers to about 12 micrometers, from about 4.5 micrometers to about 12 micrometers, or from about 5 micrometers to about 10 micrometers. In some embodiments, the graphite fiber has an average tensile strength of at least 1.5 GPa, 2GPa, 3GPa, or at least 4GPa. In some embodiments, the graphite fiber has an elastic modulus in the range of about 200 GPa to about 1200 GPa, or about 200 GPa to about 1000 GPa.

예시적인 티타늄 섬유는 예컨대 미국 네바다주 헨더슨에 소재한 티멧(TIMET)으로부터 입수 가능하다. 일반적으로, 이러한 섬유의 길이는 적어도 50미터 정도이며 수 킬로미터 이상 정도까지의 길이를 가질 수도 있다. 일반적으로, 연속 티 타늄 섬유의 평균 섬유 직경은 50마이크로미터 내지 약 250마이크로미터 범위이다. 어떤 실시예들에서는, 티타늄 섬유는 적어도 0.7GPa, 1GPa, 1.5GPa, 2GPa, 혹은 적어도 2.1GPa까지의 평균 인장 강도를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 세라믹 섬유는 약 85GPa 내지 약 100GPa, 혹은 약 85GPa 내지 약 95GPa 범위까지의 탄성률을 갖는다.Exemplary titanium fibers are available, for example, from TIMET, Henderson, Nevada, USA. In general, the length of such fibers is at least 50 meters and may be up to several kilometers or more. Generally, the average fiber diameter of continuous titanium fibers ranges from 50 micrometers to about 250 micrometers. In some embodiments, the titanium fiber has an average tensile strength of at least 0.7 GPa, 1 GPa, 1.5 GPa, 2 GPa, or at least 2.1 GPa. In some embodiments, the ceramic fiber has an elastic modulus in the range of about 85 GPa to about 100 GPa, or about 85 GPa to about 95 GPa.

예시적인 텅스텐 섬유는 예컨대 미국 캘리포니아주 그로버 비치에 소재한 캘리포니아 파인 와이어 컴퍼니(California Fine Wire Company)로부터 입수 가능하다. 일반적으로, 이러한 섬유의 길이는 적어도 50미터 정도이며 수 킬로미터 이상 정도까지의 길이를 가질 수도 있다. 일반적으로, 연속 텅스텐 섬유의 평균 섬유 직경은 약 100마이크로미터 내지 약 500마이크로미터, 약 150마이크로미터 내지 약 500마이크로미터, 혹은 약 200마이크로미터 내지 약 400마이크로미터 범위까지이다. 어떤 실시예들에서는, 텅스텐 섬유는 적어도 0.7GPa, 1GPa, 1.5GPa, 2GPa, 혹은 적어도 2.3GPa까지의 평균 인장 강도를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 텅스텐 섬유는 400GPa 초과 내지 약 420GPa 이하 혹은 415GPa 이하까지의 탄성률을 갖는다.Exemplary tungsten fibers are available, for example, from the California Fine Wire Company, Grover Beach, California. In general, the length of such fibers is at least 50 meters and may be up to several kilometers or more. Generally, the average fiber diameter of continuous tungsten fibers ranges from about 100 micrometers to about 500 micrometers, from about 150 micrometers to about 500 micrometers, or from about 200 micrometers to about 400 micrometers. In some embodiments, the tungsten fiber has an average tensile strength of at least 0.7 GPa, 1 GPa, 1.5 GPa, 2 GPa, or at least 2.3 GPa. In some embodiments, tungsten fibers have modulus of elasticity greater than 400 GPa and up to about 420 GPa or up to 415 GPa.

예시적인 형상 기억 합금 섬유는 예컨대 미국 펜실베니아주 웨스트 화이트랜드에 소재한 존슨 매티(Johnson Matthey)로부터 입수 가능하다. 일반적으로, 이러한 섬유의 길이는 적어도 50미터 정도이며 수 킬로미터 이상 정도까지의 길이를 가질 수도 있다. 일반적으로, 연속 형상 기억 합금 섬유의 평균 섬유 직경은 약 50마이크로미터 내지 약 400마이크로미터, 약 50마이크로미터 내지 약 350마이크로미 터, 혹은 약 100마이크로미터 내지 약 300마이크로미터 범위까지이다. 어떤 실시예들에서는, 형상 기억 합금 섬유는 적어도 0.5GPa, 혹은 적어도 1GPa까지의 평균 인장 강도를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 형상 기억 합금 섬유는 약 20GPa 내지 약 100GPa, 혹은 약 20GPa 내지 약 90GPa 범위까지의 탄성률을 갖는다.Exemplary shape memory alloy fibers are available, for example, from Johnson Matthey, West Whiteland, Pennsylvania. In general, the length of such fibers is at least 50 meters and may be up to several kilometers or more. In general, the average fiber diameter of continuous shape memory alloy fibers ranges from about 50 micrometers to about 400 micrometers, from about 50 micrometers to about 350 micrometers, or from about 100 micrometers to about 300 micrometers. In some embodiments, the shape memory alloy fiber has an average tensile strength of at least 0.5 GPa, or at least 1 GPa. In some embodiments, the shape memory alloy fiber has an elastic modulus in the range of about 20 GPa to about 100 GPa, or about 20 GPa to about 90 GPa.

예시적인 아라미드 섬유는 미국 델라웨어주 윌밍톤에 소재한 듀폰(DuPont)으로부터 "케블라(KEVLAR)"라는 상표명으로 시판되고 있다. 일반적으로, 이러한 섬유의 길이는 적어도 50미터 정도이며 수 킬로미터 이상 정도까지의 길이를 가질 수도 있다. 일반적으로, 연속 아라미드 섬유의 평균 섬유 직경은 약 10마이크로미터 내지 약 15마이크로미터 범위이다. 어떤 실시예들에서는, 아라미드 섬유는 적어도 2.5GPa, 3GPa, 3.5GPa, 4GPa, 혹은 적어도 4.5GPa까지의 평균 인장 강도를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 아라미드 섬유는 약 80GPa 내지 약 200GPa, 혹은 약 80GPa 내지 약 180GPa 범위까지의 탄성률을 갖는다.Exemplary aramid fibers are commercially available under the trade name “KEVLAR” from DuPont, Wilmington, Delaware, USA. In general, the length of such fibers is at least 50 meters and may be up to several kilometers or more. In general, the average fiber diameter of continuous aramid fibers ranges from about 10 micrometers to about 15 micrometers. In some embodiments, the aramid fibers have an average tensile strength of at least 2.5 GPa, 3 GPa, 3.5 GPa, 4 GPa, or at least 4.5 GPa. In some embodiments, the aramid fibers have an elastic modulus in the range of about 80 GPa to about 200 GPa, or about 80 GPa to about 180 GPa.

폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸) 섬유는 예컨대 일본 오사카에 소재한 도요보 코포레이션(Toyobo Co.)으로부터 "자일론(ZYLON)"이라는 상표명으로 시판되고 있다. 일반적으로, 이러한 섬유의 길이는 적어도 50미터 정도이며 수 킬로미터 이상일 수도 있다. 일반적으로, 연속 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸) 섬유의 평균 섬유 직경은 약 8마이크로미터 내지 약 15마이크로미터 범위이다. 어떤 실시예들에서는, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸) 섬유는 적어도 3GPa, 4GPa, 5GPa, 6GPa, 혹은 적어도 7GPa까지의 평균 인장 강도를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸) 섬유는 약 150GPa 내지 약 300GPa, 혹은 약 150GPa 내지 약 275GPa 범위까지의 탄성률을 갖는다.Poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) fibers are marketed under the trade name " ZYLON ", for example, from Toyobo Co., Osaka, Japan. Generally, these fibers are at least 50 meters long and may be several kilometers or more. Generally, the average fiber diameter of continuous poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) fibers ranges from about 8 micrometers to about 15 micrometers. In certain embodiments, the poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) fiber has an average tensile strength of at least 3GPa, 4GPa, 5GPa, 6GPa, or at least 7GPa. In certain embodiments, the poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) fiber has an elastic modulus in the range of about 150 GPa to about 300 GPa, or about 150 GPa to about 275 GPa.

세라믹 섬유의 예로서, 산화금속(예컨대 알루미나) 섬유, 질화붕소 섬유, 탄화규소 섬유 및 이들 섬유들의 조합을 들 수 있다. 일반적으로, 산화세라믹 섬유는 결정 세라믹(crystalline ceramic) 및/또는 결정 세라믹과 유리의 혼합물이다(즉, 섬유는 결정 세라믹상과 유리상을 모두 포함할 수 있다). 일반적으로, 이러한 섬유의 길이는 적어도 50미터 정도이며 수 킬로미터 이상 정도까지의 길이를 가질 수도 있다. 일반적으로, 연속 결정 세라믹 섬유의 평균 섬유 직경은 약 5마이크로미터 내지 약 50마이크로미터, 약 5마이크로미터 내지 약 25마이크로미터, 약 8마이크로미터 내지 약 25마이크로미터, 혹은 약 8마이크로미터 내지 약 20마이크로미터 범위까지이다. 어떤 실시예들에서는, 결정 세라믹 섬유는 적어도 1.4GPa, 적어도 1.7GPa, 적어도 2.1GPa, 혹은 적어도 2.8GPa까지의 평균 인장 강도를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 결정 세라믹 섬유는 70GPa 초과 내지 약 1000GPa 이하 혹은 420GPa 이하까지의 탄성률을 갖는다.Examples of ceramic fibers include metal oxide (such as alumina) fibers, boron nitride fibers, silicon carbide fibers and combinations of these fibers. In general, ceramic oxide fibers are crystalline ceramics and / or mixtures of crystalline ceramics and glass (ie, the fibers may comprise both a crystalline ceramic phase and a glass phase). In general, the length of such fibers is at least 50 meters and may be up to several kilometers or more. In general, the average fiber diameter of the continuous crystalline ceramic fibers is from about 5 micrometers to about 50 micrometers, from about 5 micrometers to about 25 micrometers, from about 8 micrometers to about 25 micrometers, or from about 8 micrometers to about 20 micrometers. Up to the micrometer range. In some embodiments, the crystalline ceramic fibers have an average tensile strength of at least 1.4 GPa, at least 1.7 GPa, at least 2.1 GPa, or at least 2.8 GPa. In some embodiments, the crystalline ceramic fibers have an elastic modulus of greater than 70 GPa and up to about 1000 GPa or up to 420 GPa.

모노필라멘트 세라믹 섬유의 예로서, 탄화규소 섬유를 들 수 있다. 일반적으로, 탄화규소 모노필라멘트 섬유는 결정성이거나, 그리고/또는 결정 세라믹과 유리의 혼합물이다(즉, 섬유는 결정 세라믹상과 유리상을 모두 포함할 수 있다). 일반적으로, 이러한 섬유의 길이는 적어도 50미터 정도이며 수 킬로미터 이상 정도까지의 길이를 가질 수도 있다. 일반적으로, 연속 탄화규소 모노필라멘트 섬유의 평균 섬유 직경은 약 100마이크로미터 내지 약 250마이크로미터 범위이다. 어떤 실시예들에서는, 결정 세라믹 섬유는 적어도 2.8GPa, 적어도 3.5GPa, 적어도 4.2GPa, 혹은 적어도 6GPa까지의 평균 인장 강도를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 결정 세라믹 섬유는 250GPa 초과 내지 약 500GPa 이하 혹은 430GPa 이하까지의 탄성률을 갖는다.Examples of monofilament ceramic fibers include silicon carbide fibers. Generally, silicon carbide monofilament fibers are crystalline and / or a mixture of crystalline ceramics and glass (ie, the fibers may comprise both crystalline ceramic phases and glass phases). In general, the length of such fibers is at least 50 meters and may be up to several kilometers or more. Generally, the average fiber diameter of continuous silicon carbide monofilament fibers ranges from about 100 micrometers to about 250 micrometers. In some embodiments, the crystalline ceramic fibers have an average tensile strength of at least 2.8 GPa, at least 3.5 GPa, at least 4.2 GPa, or at least 6 GPa. In some embodiments, the crystalline ceramic fibers have an elastic modulus of greater than 250 GPa and up to about 500 GPa or up to 430 GPa.

또한, 예시적인 유리 섬유는 예컨대 미국 뉴욕주 코닝에 소재한 코닝 글래스(Corning Glass)로부터 입수 가능하다. 일반적으로, 연속 유리 섬유의 평균 섬유 직경은 약 3마이크로미터 내지 약 19마이크로미터 범위이다. 어떤 실시예들에서는, 유리 섬유는 적어도 3GPa, 4GPa, 혹은 적어도 5GPa까지의 평균 인장 강도를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 유리 섬유는 약 60GPa 내지 95GPa, 혹은 약 60GPa 내지 약 90GPa 범위의 탄성률을 갖는다.Exemplary glass fibers are also available, for example, from Corning Glass, Corning, NY. Generally, the average fiber diameter of continuous glass fibers ranges from about 3 micrometers to about 19 micrometers. In some embodiments, the glass fibers have an average tensile strength of at least 3 GPa, 4 GPa, or at least 5 GPa. In some embodiments, the glass fiber has an elastic modulus in the range of about 60 GPa to 95 GPa, or about 60 GPa to about 90 GPa.

어떤 실시예들에서는, 세라믹 섬유와 탄소 섬유는 토우(tow) 형태로 형성된다. 이러한 토우는 섬유 기술 분야에 공지되어 있으며, 로빙형(roving-like) 형태로 결속된 복수의(개별적인) 섬유들(일반적으로는 적어도 100개의 섬유, 보다 일반적으로는 적어도 400개의 섬유)을 말한다. 어떤 실시예들에서는, 토우당 적어도 780개의 개별 섬유들이 있으며, 어떤 경우에는 토우당 적어도 2600개의 개별 섬유들이 있다. 세라믹 섬유의 토우는 300미터, 500미터, 750미터, 1000미터, 1500미터, 1750미터 및 그 이상의 여러 가지 길이로 입수 가능하다. 이러한 섬유는 원형 혹은 타원형의 단면 형상을 갖는다. 탄소 섬유의 어떤 실시예들에서는, 토우당 적어도 2000개의 개별 섬유, 5000개의 개별 섬유, 12000개의 개별 섬유, 혹은 적어도 50000개까지의 개별 섬유들이 있다.In some embodiments, the ceramic fiber and carbon fiber are formed in a tow form. Such tows are known in the fiber art and refer to a plurality of (individual) fibers (generally at least 100 fibers, more generally at least 400 fibers) bound in a roving-like form. In some embodiments, there are at least 780 individual fibers per tow, and in some cases at least 2600 individual fibers per tow. Tow of ceramic fibers is available in various lengths of 300 meters, 500 meters, 750 meters, 1000 meters, 1500 meters, 1750 meters and more. Such fibers have a circular or oval cross-sectional shape. In certain embodiments of carbon fibers, there are at least 2000 individual fibers, 5000 individual fibers, 12000 individual fibers, or at least 50000 individual fibers per tow.

알루미나 섬유는 예컨대 미국 특허 공보 제4,954,462호[우드(Wood) 등]와 제 5,185,29호[우드(Wood) 등]에 개시되어 있다. 어떤 실시예들에서는, 알루미나 섬유는 다결정 알파 알루미나 섬유이며, 이론적인 산화물을 기초로 할 때 알루미나 섬유의 총 중량을 기준으로 99중량% 초과의 Al2O3와 0.2 내지 0.5중량%의 SiO2를 포함한다. 또 다른 태양에 따르면, 바람직한 어떤 다결정 알파 알루미나 섬유는 평균 입자 크기가 1마이크로미터 미만(혹은 어떤 실시예들에서는 0.5마이크로미터 미만까지)인 알파 알루미나를 포함한다. 또 다른 태양에 따르면, 어떤 실시예들에서는 다결정 알파 알루미나 섬유가 적어도 1.6GPa(어떤 실시예들에서는 적어도 2.1GPa, 혹은 적어도 2.8GPa까지)의 평균 인장 강도를 갖는다. 예시적인 알파 알루미나 섬유는 미국 미네소타주 세인트폴에 소재한 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 "넥스텔 610(NEXTEL 610)"이라는 상표명으로 시판되고 있다.Alumina fibers are disclosed, for example, in US Pat. Nos. 4,954,462 (Wood et al.) And 5,185,29 (Wood et al.). In some embodiments, the alumina fiber is a polycrystalline alpha alumina fiber, and based on the theoretical oxide, more than 99% by weight of Al 2 O 3 and 0.2 to 0.5% by weight of SiO 2 based on the total weight of the alumina fiber. Include. According to another aspect, certain preferred polycrystalline alpha alumina fibers comprise alpha alumina having an average particle size of less than 1 micrometer (or, in some embodiments, less than 0.5 micrometer). According to another aspect, in some embodiments the polycrystalline alpha alumina fiber has an average tensile strength of at least 1.6 GPa (in some embodiments up to at least 2.1 GPa, or at least 2.8 GPa). Exemplary alpha alumina fibers are sold under the trade name "NEXTEL 610" from 3M Company, St. Paul, Minn., USA.

알루미노실리케이트 섬유는 예컨대 미국 특허 공보 제4,047,965호[카스트(Karst) 등]에 개시되어 있다. 알루미노실리케이트 섬유는 미국 미네소타주 세인트폴에 소재한 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 "넥스텔 440(NEXTEL 440)", "넥스텔 550(NEXTEL 550)" 및 "넥스텔 720(NEXTEL 720)"이라는 상표명으로 시판되고 있다.Aluminosilicate fibers are disclosed, for example, in US Pat. No. 4,047,965 (Karst et al.). Aluminosilicate fibers are marketed under the trade names "NEXTEL 440", "NEXTEL 550" and "NEXTEL 720" from 3M Company, St. Paul, Minn. have.

알루미노보로실리케이트 섬유는 예컨대 미국 특허 공보 제3,795,524호[소우만(Sowman) 등]에 개시되어 있다. 알루미노보로실리케이트 섬유는 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 "넥스텔 312(NEXTEL 312)"라는 상표명으로 시판되고 있다.Aluminoborosilicate fibers are disclosed, for example, in US Pat. No. 3,795,524 (Sowman et al.). Aluminoborosilicate fibers are marketed under the trade name "NEXTEL 312" from 3M Company.

질화붕소 섬유는 예컨대 미국 특허 공보 제3,429,722호[에코노미(Economy)]와 제5,780,154호[오카노(Okano) 등]에 개시된 바와 같이 제조될 수 있다.Boron nitride fibers can be prepared, for example, as disclosed in US Patent Publication Nos. 3,429,722 (Economy) and 5,780,154 (Okano et al.).

예시적인 탄화규소 섬유는 예컨대 미국 캘리포니아주 샌디에고에 소재한 씨오아이 세라믹스(COI Ceramics)로부터 "니칼론(NICALON)"이라는 상표명으로 500개의 섬유를 단위로 하여 시판되고 있으며, 일본에 소재한 우베 인더스트리즈(Ube Industries)로부터 "타이라노(TYRANNO)"라는 상표명으로 시판되고 있고, 미국 미시간주 미드랜드에 소재한 다우 코닝(Dow Corning)으로부터 "실라믹(SYLRAMIC)"이라는 상표명으로 시판되고 있다.Exemplary silicon carbide fibers are commercially available in units of 500 fibers under the trade name " NICALON " from COI Ceramics, San Diego, Calif., Ube Industries, Japan. Is sold under the trade name "TYRANNO" from Industries, and under the trade name "SYLRAMIC" from Dow Corning, Midland, Michigan, USA.

예시적인 탄화규소 모노필라멘트 섬유는 예컨대 미국 매사추세츠주 로웰에 소재한 텍스트론 스페셜티 머티리얼즈(Textron Specialty Materials)로부터 "SCS-9", "SCS-6", "울트라-SCS(Ultra-SCS)"라는 상표명으로 시판되고 있으며, 미국 버지니아주 게인스빌에 소재한 아틀란틱 리서치 코포레이션(Atlantic Research Corporation)으로부터 "트라이마크(Trimarc)"라는 상표명으로 시판되고 있다.Exemplary silicon carbide monofilament fibers are trademarked "SCS-9", "SCS-6", "Ultra-SCS", for example, from Textron Specialty Materials, Lowell, Massachusetts. And are sold under the trade name "Trimarc" from Atlantic Research Corporation, Gainesville, Virginia.

구매 가능한 섬유는 일반적으로, 섬유에 윤활성을 제공하고 섬유의 취급 중 섬유 연선을 보호하기 위해서 제조 중에 섬유에 첨가되는 유기 가호제(organic sizing material)를 포함한다. 또한, 이러한 가호제는, 중합체 복합 코어 와이어를 제조하기 위한 중합체와의 인발 성형 공정 중 취급에 도움을 줄 수 있다. 가호제는 예컨대 섬유로부터 가호제를 용해시키거나 연소시킴으로써 제거될 수 있다. 일반적으로, 금속 매트릭스 복합 와이어를 형성하기 전에 가호제를 제거하는 것이 바람직하다.Commercially available fibers generally include organic sizing materials that are added to the fibers during manufacture to provide lubricity to the fibers and to protect the strands of fibers during handling of the fibers. In addition, such protectors may assist in handling during the draw-molding process with the polymer for producing the polymer composite core wire. The protective agent can be removed, for example, by dissolving or burning the protective agent from the fiber. In general, it is desirable to remove the protective agent before forming the metal matrix composite wire.

섬유는, 예컨대 섬유의 습윤성(wettability)을 향상시키고 섬유와 용융 금속 매트릭스 재료 사이의 반응을 저감시키거나 방지하기 위해 사용되는 코팅재를 구비할 수 있다. 이러한 코팅재와 그 코팅재의 형성 기술은 섬유 및 복합재 분야에 공지되어 있다.The fiber may be provided with a coating used, for example, to improve the wettability of the fiber and to reduce or prevent the reaction between the fiber and the molten metal matrix material. Such coatings and their formation techniques are known in the textile and composite arts.

어떤 실시예들에서는, 코어의 섬유수를 기준으로 적어도 85%(어떤 실시예들에서는 적어도 90%, 혹은 적어도 95%까지)가 연속이다.In some embodiments, at least 85% (in some embodiments, at least 90%, or at least 95%) is continuous, based on the number of fibers in the core.

복합 코어 및 와이어에 대한 매트릭스 재료(matrix material)의 예로서, 중합체(예컨대 에폭시, 에스테르, 비닐 에스테르, 폴리이미드, 폴리에스테르, 시아네이트 에스테르, 페놀 수지, 비스말레이미드 수지 및 열가소성 수지)와, 금속[예컨대 고순도(99.95% 초과) 알루미늄 원소, 혹은 구리와 같은 다른 원소와 순수 알루미늄과의 합금]을 들 수 있다. 일반적으로, 금속 매트릭스 재료는, 예컨대 섬유 외부에 보호 코팅재를 형성시킬 필요가 없도록 섬유가 매트릭스 재료와 화학적으로 현저히 반응을 일으키지 않게(즉, 섬유 재료와 매트릭스 재료가 비교적 화학적으로 반응을 일으키지 않게) 선택된다. 금속 매트릭스 재료는 알루미늄, 아연, 주석, 마그네슘 및 이들의 합금들(예컨대 알루미늄과 구리의 합금)을 포함한다. 어떤 실시예들에서는, 매트릭스 재료는 바람직하게는 알루미늄과 그의 합금들을 포함한다.Examples of matrix materials for composite cores and wires include polymers (such as epoxy, esters, vinyl esters, polyimides, polyesters, cyanate esters, phenol resins, bismaleimide resins and thermoplastic resins), and metals. [For example, an alloy of pure aluminum with high purity (greater than 99.95%) aluminum element or other element such as copper]. In general, the metal matrix material is chosen such that the fiber does not react significantly chemically with the matrix material (ie, the fiber material and the matrix material do not react relatively chemically) such that there is no need to form a protective coating on the exterior of the fiber, for example. do. Metal matrix materials include aluminum, zinc, tin, magnesium and their alloys (such as alloys of aluminum and copper). In some embodiments, the matrix material preferably comprises aluminum and its alloys.

어떤 실시예들에서는, 금속 매트릭스 재료는 적어도 98중량%의 알루미늄, 적어도 99중량%의 알루미늄, 99.9중량% 초과의 알루미늄, 혹은 99.95중량% 초과까지의 알루미늄을 포함한다. 알루미늄과 구리의 예시적인 알루미늄 합금은 적어도 98중량%의 알루미늄(Al)과 2중량%까지의 구리(Cu)를 포함한다. 어떤 실시예들에서 는, 유용한 합금은 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 및/또는 8000 시리즈의 알루미늄 합금이다(미국 알루미늄 협회 지정). 고순도의 금속이 보다 높은 인장 강도의 와이어를 제조하는데 바람직하지만, 순도가 낮은 금속도 유용하게 활용될 수 있다.In some embodiments, the metal matrix material comprises at least 98 weight percent aluminum, at least 99 weight percent aluminum, more than 99.9 weight percent aluminum, or up to 99.95 weight percent aluminum. Exemplary aluminum alloys of aluminum and copper include at least 98% by weight of aluminum (Al) and up to 2% by weight of copper (Cu). In some embodiments, useful alloys are aluminum alloys of the 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 and / or 8000 series (American Aluminum Association designation). High purity metals are preferred for making wires of higher tensile strength, but low purity metals may also be usefully utilized.

적절한 금속들은 구매 가능하다. 예컨대, 알루미늄은 미국 팬실베니아주 피츠버그에 소재한 알코아(Alcoa)로부터 "수퍼 퓨어 알루미늄; 99.99% 알루미늄(SUPER PURE ALUMINUM; 99.99% Al)"이라는 상표명으로 시판되고 있다. 예컨대, 미국 뉴욕주 뉴욕에 소재한 벨몬트 메탈즈(Belmont Metals)로부터 알루미늄 합금[예컨대 알루미늄-2중량%의 구리(0.03중량%의 불순물)]을 입수할 수 있다. 예컨대, 미국 미네소타주 세인트폴에 소재한 메탈 서비시즈(Metal Services)로부터 아연과 주석을 입수 가능하다(99.999% 순도의 "순수 아연"과 99.95% 순도의 "순수 주석"). 예컨대, 마그네슘은 영국 맨체스터에 소재한 마그네슘 일렉트론(Magnesium Elektron)으로부터 "퓨어(PURE)"라는 상표명으로 시판되고 있다. 마그네슘 합금은 예컨대 미국 콜로라도주 덴버에 소재한 티멧 코포레이션(TIMET Co.)으로부터 입수 가능하다(예컨대, WE43A, EZ33A, AZ81A 및 ZE41A).Suitable metals are commercially available. For example, aluminum is commercially available from Alcoa, Pittsburgh, Pennsylvania, under the trade name “SUPER PURE ALUMINUM; 99.99% Al”. For example, aluminum alloys (such as aluminum-2% by weight copper (0.03% by weight impurities)) can be obtained from Belmont Metals, New York, NY. For example, zinc and tin are available from Metal Services, St. Paul, Minn., USA (99.999% pure "pure zinc" and 99.95% pure "pure tin"). Magnesium, for example, is sold under the trade name "PURE" from Magnesium Elektron, Manchester, England. Magnesium alloys are available, for example, from TIMET Co., Denver, Colorado, USA (eg, WE43A, EZ33A, AZ81A and ZE41A).

복합 코어 및 와이어는 일반적으로 섬유와 매트릭스 재료의 총 조합 체적을 기준으로 할 때 적어도 15체적%(어떤 실시예들에서는 적어도 20, 25, 30, 35, 40, 45 혹은 50체적%까지)의 섬유를 포함한다. 보다 일반적으로는, 복합 코어 및 와이어는 일반적으로 섬유와 매트릭스 재료의 총 조합 체적을 기준으로 할 때 40 내지 75체적%(어떤 실시예들에서는 45 내지 70체적%)의 섬유를 포함한다.Composite cores and wires generally comprise at least 15% by volume (up to at least 20, 25, 30, 35, 40, 45, or 50% by volume) of fibers based on the total combined volume of fibers and matrix material. It includes. More generally, composite cores and wires generally comprise 40 to 75 volume percent (45 to 70 volume percent in some embodiments) fibers based on the total combined volume of fibers and matrix material.

일반적으로, 코어의 평균 직경은 약 1mm 내지 약 15mm 범위이다. 어떤 실시 예들에서는, 바람직한 코어의 평균 직경은 적어도 1mm, 적어도 2mm, 혹은 약 3mm까지이다. 일반적으로, 복합 와이어의 평균 직경은 약 1mm 내지 12mm, 1mm 내지 10mm, 1mm 내지 8mm, 혹은 1mm 내지 4mm 범위까지이다. 어떤 실시예들에서는, 바람직한 복합 와이어의 평균 직경은 적어도 1mm, 적어도 1.5mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm, 10mm, 11mm, 혹은 적어도 12mm까지이다.In general, the average diameter of the core is in the range of about 1 mm to about 15 mm. In some embodiments, the average diameter of the preferred core is at least 1 mm, at least 2 mm, or up to about 3 mm. In general, the average diameter of the composite wire is in the range of about 1 mm to 12 mm, 1 mm to 10 mm, 1 mm to 8 mm, or 1 mm to 4 mm. In some embodiments, the average diameter of the preferred composite wire is at least 1 mm, at least 1.5 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm, or at least 12 mm.

복합 코어 및 와이어는 본 기술 분야에 공지되어 있는 기술들을 이용하여 제조될 수 있다. 연속 금속 매트릭스 복합 와이어는 예컨대 연속 금속 매트릭스 침투 방법에 의해 제조될 수 있다. 한 가지 적절한 방법이 예컨대 미국 특허 공보 제6,485,796호[카펜터(Carpenter) 등]에 개시되어 있다. 중합체와 섬유를 포함하는 와이어는 본 기술 분야에 공지되어 있는 인발 성형 방법에 의해 제조될 수 있다.Composite cores and wires can be manufactured using techniques known in the art. Continuous metal matrix composite wires can be produced, for example, by the continuous metal matrix penetration method. One suitable method is disclosed, for example, in US Pat. No. 6,485,796 (Carpenter et al.). Wires comprising polymers and fibers can be made by a draw molding method known in the art.

연속 금속 매트릭스 와이어를 제조하는 예시적인 장치(60)가 도6에 개략적으로 도시되어 있다. 연속 섬유 토우(61)가 공급 스풀(spool)(62)로부터 공급되어 원형 번들(bundle)로 결속되어서 관형 노(tube furnace)(63)를 통과하면서 열세척된다. 이어서, 섬유 토우(61)는, 금속 매트릭스 재료의 용융물(65)(이하에서 "용융 금속"으로도 불리움)을 담고 있는 도가니(67)에 도입되기 전에 진공 챔버(64)에서 배기된다. 섬유 토우는 캐터퓰러(caterpuller)(70)에 의해 공급 스풀(62)로부터 견인된다. 용융물(65)을 섬유 토우(61)로 침투시킬 수 있도록 초음파 프로브(probe)(66)가 섬유 부근에서 용융물(65)에 위치된다. 와이어(71)의 용융 금속은 도가니(67)로부터 배출 다이(68)를 통해 배출된 후에 냉각되어 경화되며, 이때 와이어(71)가 도가니(67)로부터 완전히 배출되기 전에 다소의 냉각이 행해질 수 있다. 와이어(71)의 냉각은 냉각 장치(69)를 통해 유입되어 와이어(71)에 분사되는 가스 혹은 액체 스트림에 의해 촉진된다. 와이어(71)는 스풀(72) 상에 수집된다.An exemplary apparatus 60 for making a continuous metal matrix wire is shown schematically in FIG. Continuous fiber tow 61 is fed from feed spool 62 and bound into a circular bundle that is thermally washed while passing through tubular furnace 63. The fiber tow 61 is then evacuated from the vacuum chamber 64 before being introduced into a crucible 67 containing a melt 65 of metal matrix material (also referred to as " molten metal " hereinafter). The fiber tow is pulled from the feed spool 62 by a caterpuller 70. An ultrasonic probe 66 is positioned in the melt 65 near the fiber to allow the melt 65 to penetrate into the fiber tow 61. The molten metal of the wire 71 is cooled and cured after being discharged from the crucible 67 through the discharge die 68, where some cooling may be performed before the wire 71 is completely discharged from the crucible 67. . Cooling of the wire 71 is facilitated by a gas or liquid stream that enters through the cooling device 69 and is injected into the wire 71. Wire 71 is collected on spool 72.

위에서 설명한 바와 같이, 섬유를 열세척하게 되면, 섬유의 표면에 존재할 수도 있는 가호제, 흡수된 물, 그리고 다른 일회성 혹은 휘발성 재료들을 감소시키거나 제거시킬 수 있게 된다. 일반적으로, 섬유 표면의 탄소 함량이 22% 면적비 미만이 될 때까지 섬유를 열세척하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 관형 노(63)의 온도는 적어도 300℃, 보다 일반적으로는 적어도 1000℃이며, 섬유는 적어도 수초 동안 일정 온도로 관형 노(63)에 체류하는데, 이때 특정 온도(들)와 시간(들)은 예를 들어 사용되는 특정 섬유의 세척 요건에 따라 결정될 수 있다.As described above, heat-cleaning the fibers may reduce or eliminate the protective agents, absorbed water, and other one-off or volatile materials that may be present on the surface of the fibers. Generally, it is desirable to heat wash the fibers until the carbon content of the fiber surface is less than 22% area ratio. Generally, the temperature of the tubular furnace 63 is at least 300 ° C., more generally at least 1000 ° C., and the fibers remain in the tubular furnace 63 at a constant temperature for at least a few seconds, with the specified temperature (s) and time ( S) can be determined, for example, according to the washing requirements of the particular fiber used.

어떤 실시예들에서는, 섬유 토우(61)가 용융물(67)로 도입되기 전에 배기되는데, 왜냐하면 이러한 배기에 의해서 건조 섬유를 갖는 국소 영역(즉, 매트릭스가 침투되지 않은 섬유 영역)과 같은 결함부의 형성을 저감시키거나 방지할 수 있는 것으로 판명되었기 때문이다. 일반적으로, 섬유 토우(61)는 어떤 실시예들의 경우에 20torr 이하, 10torr 이하, 1torr 이하, 혹은 0.7torr 이하까지의 진공압으로 배기된다.In some embodiments, the fiber tow 61 is evacuated before it is introduced into the melt 67 because of this formation of defects, such as localized areas with dry fibers (ie, fibrous areas where the matrix has not penetrated). This has been found to reduce or prevent In general, the fiber tow 61 is evacuated to a vacuum pressure of up to 20 torr, up to 10 torr, up to 1 torr, or up to 0.7 torr in some embodiments.

예시적인 적절한 진공 시스템(64)은 섬유 토우(61) 번들의 직경에 대응되는 크기로 형성된 유입관을 구비한다. 유입관은 예컨대 스테인레스 강재 혹은 알루미나 관일 수 있으며, 그 길이는 일반적으로 적어도 약 20 내지 30cm이다. 진공 챔버(64)는 일반적으로 약 2 내지 20cm 범위의 직경과, 약 5 내지 100cm 범위의 길이 를 갖는다. 진공 펌프의 용량은 어떤 실시예들에서는 적어도 약 0.2 내지 1㎥/분이다. 배기된 섬유 토우(61)는 금속조(metal bath)를 관통하는 진공 시스템(64)의 관을 통해 용융물(65) 내로 삽입되며[즉, 배기된 섬유 토우(61) 번들은 진공 상태에서 용융물(65) 내로 삽입된다], 이때 용융물(65)은 대기압 상태이다. 배출관의 내경은 섬유 토우(61) 번들의 직경에 대응된다. 배출관의 일부는 용융 금속 내에 담겨진다. 어떤 실시예들에서는, 관의 약 0.5 내지 5cm가 용융 금속 내에 담겨진다. 관은 용융 금속 재료 내에서 안정될 수 있게 선택된다. 일반적으로 적절한 관의 예로서, 질화규소 관과 알루미나 관을 들 수 있다.An exemplary suitable vacuum system 64 has an inlet tube formed in a size corresponding to the diameter of the fiber tow 61 bundle. The inlet tube may be, for example, stainless steel or alumina tube, and its length is generally at least about 20-30 cm. Vacuum chamber 64 generally has a diameter in the range of about 2 to 20 cm and a length in the range of about 5 to 100 cm. The capacity of the vacuum pump is in some embodiments at least about 0.2-1 m 3 / min. The evacuated fiber tow 61 is inserted into the melt 65 through a tube of a vacuum system 64 through a metal bath (ie, the evacuated fiber tow 61 bundle is melted in a vacuum). 65), wherein the melt 65 is at atmospheric pressure. The inner diameter of the discharge pipe corresponds to the diameter of the fiber tow 61 bundle. Part of the discharge pipe is contained in the molten metal. In some embodiments, about 0.5 to 5 cm of the tube is submerged in the molten metal. The tube is selected to be stable in the molten metal material. In general, examples of suitable tubes include silicon nitride tubes and alumina tubes.

일반적으로, 초음파에 의해서 용융 금속(65)이 섬유 토우(61) 번들 내로 침투하는 작용이 촉진된다. 예를 들어, 진동 혼(66)이 섬유 토우(61) 번들에 근접하게 용융 금속(65)에 위치된다.Generally, the action of penetration of the molten metal 65 into the fiber tow 61 bundle by ultrasonic waves is facilitated. For example, a vibration horn 66 is located on the molten metal 65 in proximity to the fiber tow 61 bundle.

어떤 실시예들에서는, 혼(66)은 약 19.5 내지 20.5kHz 범위의 진동수와 대기 중에서 약 0.13 내지 0.38mm(0.005 내지 0.015인치)의 진폭으로 진동할 수 있도록 구동된다. 또한, 어떤 실시예들에서는, 혼은 초음파 변환기에 연결된 티타늄 도파관에 연결된다[예컨대 미국 코네티컷주 댄버리에 소재한 소닉스 앤드 머티리얼즈(Sonics & Materials)로부터 입수 가능].In some embodiments, horn 66 is driven to vibrate at frequencies of about 19.5 to 20.5 kHz and about 0.13 to 0.38 mm (0.005 to 0.015 inch) in air. Further, in some embodiments, the horn is connected to a titanium waveguide connected to an ultrasonic transducer (eg available from Sonics & Materials, Danbury, Conn.).

어떤 실시예들에서는, 섬유 토우(61) 번들은 혼 팁(tip)의 약 2.5mm 내에(어떤 실시예들에서는 약 1.5mm 내에) 있다. 어떤 실시예들에서는, 혼 팁은 니오븀, 혹은 95중량%의 니오븀(Nb)-5중량%의 몰리브덴(Mo)과 91중량%의 니오븀-9중량%의 몰리브덴과 같은 니오븀 합금으로 제조되며, 예컨대 미국 펜실베니아주 피츠버그에 소재한 피엠티아이(PMTI)로부터 입수 가능하다. 이러한 합금에 의해서 예컨대 길이가 12.7cm(5인치)이고 직경이 2.5cm(1인치)인 실린더가 제조될 수 있다. 실린더는 그의 길이를 변경시킴으로써 소망하는 진동수(예컨대 약 19.5 내지 20.5kHz)로 조절될 수 있다. 금속 매트릭스 복합 제품을 제조하는 데 사용되는 초음파에 대한 추가적인 상세 사항은, 미국 특허 공보 제4,649,060호[이시카와(Ishikawa) 등], 제4,779,563호[이시카와(Ishikawa) 등] 및 제4,877,643호[이시카와(Ishikawa) 등]와, 미국 특허 공보 제6,180,232호[맥컬로우(McCullough) 등], 제6,245,425호[맥컬로우(McCullough) 등], 제6,336,495호[맥컬로우(McCullough) 등], 제6,329,056호[데브(Deve) 등], 제6,344,270호[맥컬로우(McCullough) 등], 제6,447,927호[맥컬로우(McCullough) 등], 제6,460,597호[맥컬로우(McCullough) 등], 제6,485,796호[카펜터(Carpenter) 등] 및 제6,544,645호[맥컬로우(McCullough) 등]와, 2000년 7월 14일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제09/616,741호와, 2002년 1월 24일자로 공개된 국제 공개 특허 공보 제WO02/06550호에 개시되어 있다.In some embodiments, the fiber tow 61 bundle is within about 2.5 mm (in some embodiments within about 1.5 mm) of the horn tip. In some embodiments, the horn tip is made of niobium, or a niobium alloy such as 95% niobium (Nb) -5% molybdenum (Mo) and 91% niobium-9% molybdenum, for example Available from PMTI, Pittsburgh, Pennsylvania, USA. Such alloys can, for example, produce cylinders of 12.7 cm (5 inches) in length and 2.5 cm (1 inch) in diameter. The cylinder can be adjusted to the desired frequency (eg, about 19.5-20.5 kHz) by changing its length. Further details on the ultrasonic waves used to make metal matrix composite products can be found in U.S. Patent Publication Nos. 4,649,060 (Ishikawa et al.), 4,779,563 [Ishikawa et al.] And 4,877,643 [Ishikawa]. US Patent Publication No. 6,180,232 (McCullough et al.), 6,245,425 (McCullough et al.), 6,336,495 (McCullough et al.), 6,329,056 [Dev ( 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. And 6,544,645 (McCullough et al.), US Patent Application No. 09 / 616,741, filed Jul. 14, 2000, and WO02, published on January 24, 2002. / 06550.

일반적으로, 용융 금속(65)은 침투 중에 그리고/또는 침투 전에 탈가스(degassing) 처리된다[예를 들어, 용융 금속(65)에 용해된 가스(예컨대, 알루미늄의 수소)의 양이 저감됨]. 용융 금속(65)의 탈가스 처리 기술은 금속 처리 분야에 공지되어 있다. 탈가스 처리된 용융물(65)은 와이어의 가스 기공도(porocity)를 저하시키게 된다. 용융 알루미늄에 대해서, 용융물(65)의 수소 농도는 어떤 실시예들에서는 알루미늄 100그램당 약 0.2㎤ 미만, 0.15㎤ 미만, 혹은 0.1㎤ 미만까지이다.In general, molten metal 65 is degassed during and / or prior to infiltration (eg, the amount of gas dissolved in molten metal 65 (eg, hydrogen in aluminum) is reduced). . Techniques for degassing the molten metal 65 are known in the metal processing art. The degassed melt 65 lowers the gas porosity of the wire. For molten aluminum, the hydrogen concentration of the melt 65 is in some embodiments less than about 0.2 cm 3, less than 0.15 cm 3, or less than 0.1 cm 3 per 100 grams of aluminum.

배출 다이(68)는 소망하는 와이어 직경을 형성시킬 수 있도록 구성된다. 일반적으로, 배출 다이는 그의 길이를 따라 균일한 원형 와이어를 형성시키도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 58체적%의 알루미나 섬유를 포함한 알루미늄 복합 와이어에 대한 질화규소 배출 다이의 직경은 와이어(71)의 직경과 동일하다. 어떤 실시예들에서는, 배출 다이(68)는 바람직하게는 질화규소로 제조되지만, 다른 재료도 사용될 수 있다. 본 기술 분야에 배출 다이로서 사용되어 온 여타 다른 재료로서 종래의 알루미나를 들 수 있다. 하지만, 본 출원인에 의해 판명된 바에 따르면, 질화규소 배출 다이는 종래의 알루미나 다이에 비해 그 마모가 상당히 덜하여, 특히 와이어의 길이가 긴 경우에 와이어를 소망하는 직경과 형상으로 형성시키는 데 있어 더욱 유용함이 밝혀졌다.The discharge die 68 is configured to be able to form the desired wire diameter. In general, it is desirable for the ejection die to form a uniform circular wire along its length. For example, the diameter of the silicon nitride discharge die for the aluminum composite wire including 58 volume% alumina fiber is the same as the diameter of the wire 71. In some embodiments, discharge die 68 is preferably made of silicon nitride, although other materials may be used. Conventional alumina is mentioned as another material that has been used in the art as an evacuation die. However, it has been found by the applicant that silicon nitride evacuation dies are significantly less wear than conventional alumina dies, making them more useful for forming wires of desired diameter and shape, especially when the wires are long. Turned out.

일반적으로, 와이어(71)는 배출 다이(68)로부터 배출된 후에 냉각 장치(69)를 통해 유입된 액체(예컨대 물)나 가스(예컨대 질소, 아르곤 혹은 공기)와 접촉함으로써 냉각된다. 이러한 냉각에 의해서, 소망하는 원형성 및 균일성과 무공성을 달성할 수 있게 된다. 와이어(71)는 스풀(72) 상에 수집된다.Generally, the wire 71 is cooled by contacting liquid (eg water) or gas (eg nitrogen, argon or air) introduced through the cooling device 69 after exiting the discharge die 68. By such cooling, desired circularity, uniformity and nonporosity can be achieved. Wire 71 is collected on spool 72.

금속간 상(intermetallic phase), 건조 섬유, 예컨대 내부 가스(예컨대 수소 혹은 수증기) 공극이나 수축으로 인한 기공 등과 같은 결함이 금속 매트릭스 복합 와이어에 존재하는 경우에, 와이어 강도와 같은 특성이 저하될 수 있음은 공지되어 있다. 따라서, 이러한 결함을 저감시키거나 최소화시키는 것이 바람직하다.When defects such as intermetallic phases, dry fibers such as pores due to internal gas (such as hydrogen or water vapor) voids or shrinkage, etc. are present in the metal matrix composite wire, properties such as wire strength may be degraded. Is known. Therefore, it is desirable to reduce or minimize such defects.

와이어로 구성되는 코어에 대해서, 어떤 실시예들에서는 예컨대 접착제가 있거나 없는 테이프 오버랩(tape overwrap)이나 바인더를 사용하여 와이어를 함께 유 지시키는 것이 바람직하다[예컨대 미국 특허 공보 제6,559,385B1호(존슨(Johnson) 등) 참조]. 예를 들어, 테이프로 감싼 코어를 구비하는 본 발명에 따른 또 다른 케이블(50)의 실시예가 도5에 단면도로 도시되어 있다. 케이블(50)은 코어(52)와 2개 층의 연선 와이어(54)를 포함하며, 코어(52)는 테이프(55)로 감싸진 와이어(56)(도시된 바와 같이 복합 와이어)를 포함한다. 예를 들어, 코어는 본 기술 분야에 공지되어 있는 기술을 활용하여 제1층의 와이어를 중심 와이어 둘레로 연선하여(예컨대 나선형으로 권취하여) 형성될 수 있다. 일반적으로, 나선형 연선 코어는 7개의 개별 와이어 내지 50개 이상의 와이어를 포함할 수 있다. 연선(stranding) 장치는 본 기술 분야에 공지되어 있다[예컨대, 이탈리아 베르가모에 소재한 코르티노비스 쏘시에떼 퍼 아찌오니(Cortinovis Spa)와 미국 뉴저지주 패터슨에 소재한 왓슨 머시너리 인터내셔널(Watson Machinery International)으로부터 입수 가능한 유성형 케이블 스트랜더]. 나선형으로 함께 권취되기 전에, 개별 와이어들은 별도의 보빈(bobbin)에 구비된 다음에 연선 장치의 복수의 모터 구동 캐리지들에 위치된다. 일반적으로, 완성된 연선 케이블의 각각의 층에 대해 하나의 캐리지가 구비된다. 각각의 층의 와이어는 각각의 캐리지의 배출구에서 함께 결속되며, 제1 중앙 와이어 위에 혹은 이전 층의 위에 배치된다. 케이블 연선 공정 중에, 중앙 와이어, 혹은 중간의 미완성 연선 케이블로서 그를 중심으로 권취되는 하나 이상의 추가 층을 구비하게 될 케이블은, 여러 캐리지의 중심을 통해 견인되며, 이때 각각의 캐리지는 하나의 층을 연선 케이블에 추가시킨다. 하나의 층으로서 추가될 개별 와이어들은 그들 각각의 보빈으로부터 동시에 견인되면서, 모터 구동 캐리지에 의해 케이블의 중심축을 중심으로 하여 회전된다. 이는 각각의 소망하는 층에 대해 순차적으로 행해진다. 그 결과 나선형 연선 코어가 형성된다. 예컨대, 연선 와이어를 함께 결속시킬 수 있게 하기 위해서, 위와 같이 형성된 연선 코어에 테이프가 부착될 수 있다. 한 가지 테이프 부착 장치가 왓슨 머신 인터내셔널(Watson Machine International)으로부터 시판되고 있다[예컨대 300 콘센트릭 테이핑 헤드 모델(model 300 Concentric Taping Head)]. 이러한 테이프의 예로서, 금속 박막 테이프[예컨대, 미국 미네소타주 세인트폴에 소재한 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 "포일/글래스 클로스 테이프 363(Foil/Glass Cloth Tape 363)"이라는 상표명으로 시판되고 있는 알루미늄 박막 테이프], 폴리에스테르 기재(backing) 테이프 및 유리 강화 기재(backing)를 구비한 테이프를 들 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 테이프의 두께는 0.05mm 내지 0.13mm(0.002 내지 0.005인치) 범위이다.For cores composed of wires, in some embodiments, it is desirable to hold the wires together, for example using a tape overwrap or binder, with or without adhesive (see, eg, US Pat. No. 6,559,385B1 (Johnson) Johnson et al.). For example, another embodiment of a cable 50 according to the present invention having a core wrapped with tape is shown in cross section in FIG. The cable 50 comprises a core 52 and two layers of stranded wire 54, the core 52 comprising a wire 56 (composite wire as shown) wrapped with tape 55. . For example, the core can be formed by twisting (eg, spirally winding) the wire of the first layer around the center wire utilizing techniques known in the art. In general, the helical stranded core may comprise from seven individual wires to more than 50 wires. Stranding devices are known in the art (eg, Cortinovis Spa, Bergamo, Italy, and Watson Machinery International, Paterson, NJ). Possible planetary cable stranders]. Before being wound together in a spiral, the individual wires are provided in separate bobbins and then placed in a plurality of motor drive carriages of the twisted pair arrangement. Generally, one carriage is provided for each layer of completed twisted pair cable. The wires of each layer are tied together at the outlet of each carriage and are disposed above the first center wire or above the previous layer. During the cable twisted pair process, a cable that will have one or more additional layers wound around it as a central wire, or an intermediate, unfinished stranded cable, is towed through the center of several carriages, with each carriage stranded in one layer. Add it to the cable. The individual wires to be added as one layer are rotated about the central axis of the cable by the motor drive carriage while being pulled simultaneously from their respective bobbins. This is done sequentially for each desired layer. As a result, a spiral stranded core is formed. For example, in order to be able to bind the stranded wire together, a tape may be attached to the stranded core formed as above. One tape attachment is commercially available from Watson Machine International (eg, model 300 Concentric Taping Head). As an example of such a tape, an aluminum thin film is commercially available under the trade name "Foil / Glass Cloth Tape 363" from 3M Company of St. Paul, Minn. Tape], a tape provided with a polyester backing tape and a glass-reinforced backing. In some embodiments, the thickness of the tape ranges from 0.05 mm to 0.13 mm (0.002 to 0.005 inches).

어떤 실시예들에서는, 테이프는 각각의 연속하는 랩(wrap)이 이전 랩과 간극없이 그리고 중첩없이 부착되도록 감싸진다. 어떤 실시예들에서는, 예컨대 테이프는 그 연속하는 랩이 각각의 랩 사이에 간극을 형성시키도록 이격되게 감싸질 수 있다.In some embodiments, the tape is wrapped such that each successive wrap is attached without gaps and without overlap with the previous wrap. In some embodiments, for example, the tape may be spaced apart so that successive wraps form a gap between each wrap.

코어, 복합 와이어, 케이블 등의 길이는, 적어도 100미터, 적어도 200미터, 적어도 300미터, 적어도 400미터, 적어도 500미터, 적어도 600미터, 적어도 700미터, 적어도 800미터, 혹은 적어도 900미터까지이다.The length of the core, composite wire, cable and the like is at least 100 meters, at least 200 meters, at least 300 meters, at least 400 meters, at least 500 meters, at least 600 meters, at least 700 meters, at least 800 meters, or at least 900 meters.

본 발명에 따른 케이블을 형성시키기 위해서 코어 둘레로 연선되는 와이어는 본 기술 분야에 공지되어 있다. 알루미늄 와이어는 캐나다 웨이번에 소재한 넥산 스(Nexans) 혹은 미국 조지아주 캐롤톤에 소재한 사우스와이어 컴퍼니(Southwire Company)로부터 "1350-H19 알루미늄(1350-H19 ALUMINUM)"과 "1350-H0 알루미늄(1350-H0 ALUMINUM)"이라는 상표명으로 시판되고 있다. 일반적으로, 알루미늄 와이어는 적어도 약 20℃ 내지 약 50℃의 온도 범위에 걸쳐 약 20ppm/℃ 내지 약 25ppm/℃ 범위의 열팽창 계수를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 알루미늄 와이어(예컨대 "1350-H19 알루미늄")는 적어도 138MPa(20ksi), 적어도 158MPa(23ksi), 적어도 172MPa(25ksi), 적어도 186MPa(27ksi), 혹은 적어도 200MPa(29ksi)의 인장 파단 강도를 갖는다. 어떤 실시예들에서는, 알루미늄 와이어(예컨대 "1350-H0 알루미늄")는 41MPa(6ksi) 초과 내지 97MPa(14ksi) 이하 혹은 83MPa(12ksi) 이하까지의 인장 파단 강도를 갖는다. 알루미늄 합금 와이어는 일본 오사카에 소재한 수미토모 일렉트릭 인더스트리즈(Sumitomo Electric Industries)로부터 "지탈(ZTAL)"이라는 상표명으로, 그리고 미국 조지아주 캐롤톤에 소재한 사우스와이어 컴퍼니(Southwire Company)로부터 "6201"이라는 상표명으로 시판되고 있다. 어떤 실시예들에서는, 알루미늄 합금 와이어는 적어도 약 20℃ 내지 약 500℃의 온도 범위에 걸쳐 약 20ppm/℃ 내지 약 25ppm/℃ 범위의 열팽창 계수를 갖는다. 구리 와이어는 예컨대 미국 조지아주 캐롤톤에 소재한 사우스와이어 컴퍼니(Southwire Company)로부터 시판되고 있다. 일반적으로, 구리 와이어는 적어도 약 20℃ 내지 약 800℃의 온도 범위에 걸쳐 약 12ppm/℃ 내지 약 18ppm/℃ 범위의 열팽창 계수를 갖는다. 구리 합금 와이어의 구리 합금의 예를 들어 보면, Cu-Si-X, Cu-Al-X, Cu-Sn-X, Cu-Cd(이때, X는 Fe, Mn, Zn, Sn 및/또는 Si)와 같은 청동(copper bronze)으로서 예컨 대 미국 조지아주 캐롤톤에 소재한 사우스와이어 컴퍼니(Southwire Company)로부터 시판되고 있는 청동과, 예컨대 미국 노스 캐롤라이나주 리서치 트라이앵글 파크에 소재한 오엠지 어메리카스 코포레이션(OMG Americas Corporation)으로부터 "글리드콥(GLIDCOP)"이라는 상표명으로 시판되고 있는 산화물 분산 강화형 구리를 들 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 구리 합금 와이어는 적어도 약 20℃ 내지 약 800℃의 온도 범위에 걸쳐 약 10ppm/℃ 내지 약 25ppm/℃ 범위의 열팽창 계수를 갖는다. 와이어는 임의의 다양한 형상(예컨대 원형, 타원형 및 사다리꼴)을 가질 수 있다.Wires stranded around the core to form the cable according to the invention are known in the art. Aluminum wires are manufactured from Nexans, Wenburn, Canada, or Southwire Company, Carrollton, GA, USA, to provide "1350-H19 ALUMINUM" and "1350-H0 ALUMINUM." ALUMINUM) "is sold under the trade name. Generally, aluminum wire has a coefficient of thermal expansion in the range of about 20 ppm / ° C. to about 25 ppm / ° C. over a temperature range of at least about 20 ° C. to about 50 ° C. In some embodiments, an aluminum wire (eg, “1350-H19 aluminum”) has a tensile strength of at least 138 MPa (20 ksi), at least 158 MPa (23 ksi), at least 172 MPa (25 ksi), at least 186 MPa (27 ksi), or at least 200 MPa (29 ksi). Has breaking strength. In some embodiments, the aluminum wire (eg, “1350-H0 aluminum”) has a tensile strength at break of greater than 41 MPa (6 ksi) up to 97 MPa (14 ksi) or less than 83 MPa (12 ksi). Aluminum alloy wire is traded under the trade name "ZTAL" from Sumitomo Electric Industries, Osaka, Japan, and "6201" under the Southwire Company, Carrollton, GA. Is commercially available. In some embodiments, the aluminum alloy wire has a coefficient of thermal expansion in the range of about 20 ppm / ° C. to about 25 ppm / ° C. over a temperature range of at least about 20 ° C. to about 500 ° C. Copper wire is commercially available from Southwire Company, for example, in Carrollton, Georgia, USA. Generally, the copper wire has a coefficient of thermal expansion in the range of about 12 ppm / ° C. to about 18 ppm / ° C. over a temperature range of at least about 20 ° C. to about 800 ° C. Examples of copper alloys of copper alloy wires include Cu-Si-X, Cu-Al-X, Cu-Sn-X, Cu-Cd, where X is Fe, Mn, Zn, Sn and / or Si. Bronze, such as Bronze, commercially available from Southwire Company, Carrollton, GA, USA, and OMG Americas Corporation, Research Triangle Park, NC, USA. And oxide dispersion-enhanced copper sold under the trade name "GLIDCOP". In some embodiments, the copper alloy wire has a coefficient of thermal expansion in the range of about 10 ppm / ° C. to about 25 ppm / ° C. over a temperature range of at least about 20 ° C. to about 800 ° C. The wire can have any of a variety of shapes (eg, round, oval and trapezoidal).

일반적으로, 본 발명에 따른 케이블은 와이어를 코어 위로 연선하여 제조될 수 있다. 코어는 예를 들어 단일 와이어, 혹은 연선(예컨대 나선형으로 권취된) 와이어를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 예컨대 7개, 19개 혹은 37개의 와이어가 사용된다. 본 발명에 따른 케이블 제조 장치(80)가 도7, 도7A 및 도7B에 도시되어 있다. 코어 재료의 스풀(81)이 종래의 유성형 연선 장치(80)의 헤드에 구비되며, 스풀(81)은 제동 시스템을 통해 인가되는 인장력에 의해 자유롭게 회전되고, 이러한 제동 시스템은 송급(payoff)시 0 내지 91kg(0 내지 200파운드) 범위의 인장력을 코어에 인가시킬 수 있다. 코어(90)는 보빈 캐리지(82, 83)와 밀폐 다이(84, 85)를 통해 이송되어 캡스턴 휠(capstan wheel)(86) 주위로 이송되어서 권취 스풀(87)에 부착된다.In general, a cable according to the invention can be produced by stranding wire over a core. The core may comprise, for example, a single wire, or stranded (eg spirally wound) wire. In some embodiments, for example 7, 19 or 37 wires are used. A cable manufacturing apparatus 80 according to the present invention is shown in FIGS. 7, 7A and 7B. A spool 81 of core material is provided in the head of the conventional planetary twisted pair device 80, and the spool 81 is freely rotated by a tension force applied through the braking system, and the braking system is zero at payoff. Tensile forces ranging from 0 to 200 pounds (91 kg) may be applied to the core. The core 90 is conveyed through the bobbin carriages 82 and 83 and the closing dies 84 and 85 to be transported around the capstan wheel 86 and attached to the winding spool 87.

외부 연선 층을 부착시키기 전에, 개별 와이어들은 연선 장치의 복수의 모터 구동 캐리지(82, 83)들에 위치된 별도의 보빈(88)에 구비된다. 어떤 실시예들에서는, 와이어(89A, 89B)를 보빈(88)으로부터 견인하는 데 소요되는 인장력의 범위는 일반적으로 4.5 내지 22.7kg(10 내지 50파운드)이다. 일반적으로, 완성된 연선 케이블의 각각의 층에 대해 하나의 캐리지가 있다. 각각의 층의 와이어는 밀폐 다이(84, 85)의 각각의 캐리지의 배출구에서 함께 결속되며, 중앙 와이어 위에 혹은 이전 층 위에 배치된다. 층들은 외부 층이 오른쪽 레이(right hand lay) 상태를 형성하도록 대향 방향들로 나선형으로 연선된다. 케이블 연선 공정 중에, 중앙 와이어, 혹은 중간의 미완성 연선 케이블로서 그를 중심으로 권취되는 하나 이상의 추가 층을 구비하게 될 케이블은, 여러 캐리지의 중심을 통해 견인되며, 이때 각각의 캐리지는 하나의 층을 연선 케이블에 추가시킨다. 하나의 층으로서 추가될 개별 와이어들은 그들 각각의 보빈으로부터 동시에 견인되면서, 모터 구동 캐리지에 의해 케이블의 중심축을 중심으로 하여 회전된다. 이는 각각의 소망하는 층에 대해 순차적으로 행해진다. 그 결과 형상 소실이나 풀려지는 일이 없이 취급되고 절단될 수 있는 나선형 연선 케이블(91)이 형성된다. Prior to attaching the outer stranded wire layer, individual wires are provided in separate bobbins 88 located in the plurality of motor drive carriages 82, 83 of the twisted pair device. In some embodiments, the tensile force required to pull the wires 89A, 89B from the bobbin 88 is generally 4.5 to 22.7 kg (10 to 50 pounds). In general, there is one carriage for each layer of completed twisted pair cable. The wires of each layer are tied together at the outlet of each carriage of the hermetic dies 84 and 85 and are disposed over the center wire or over the previous layer. The layers are spirally twisted in opposite directions so that the outer layer forms a right hand lay state. During the cable twisted pair process, a cable that will have one or more additional layers wound around it as a central wire, or an intermediate, unfinished stranded cable, is towed through the center of several carriages, with each carriage stranded in one layer. Add it to the cable. The individual wires to be added as one layer are rotated about the central axis of the cable by the motor drive carriage while being pulled simultaneously from their respective bobbins. This is done sequentially for each desired layer. The result is a spiral stranded cable 91 that can be handled and cut without loss of shape or loosening.

이렇게 연선 케이블을 취급할 수 있는 기능은 바람직한 특성이다. 금속 와이어는 제조 중에 와이어 재료의 항복 응력을 초과하지만 극한 응력이나 파단 응력보다는 낮은 굽힘 응력을 포함한 응력을 받기 때문에, 케이블은 그의 나선형 연선 배치 상태를 유지시킬 수 있게 된다. 이러한 응력은 와이어가 비교적 작은 반경의 이전 층이나 중앙 와이어 둘레로 나선형으로 권취되기 때문에 인가된다. 추가의 응력이 밀폐 다이(84, 85)에서 인가되며, 이러한 밀폐 다이는 제조 중에 케이블에 반경 방향력과 전단력을 인가시킨다. 따라서, 와이어는 소성 변형되어 그의 나선형 연선 형상을 유지시키게 된다.The ability to handle twisted pair cables is a desirable feature. Since the metal wire is subjected to stresses that exceed the yield stress of the wire material during manufacture, but with a lower bending stress than ultimate stress or breaking stress, the cable can maintain its spiral stranded arrangement. This stress is applied because the wire is spirally wound around the previous layer or center wire of a relatively small radius. Additional stress is applied at the sealing dies 84 and 85, which apply radial and shear forces to the cable during manufacture. Thus, the wire is plastically deformed to maintain its spiral strand shape.

코어 재료와 소정의 층에 대한 와이어는 밀폐 다이에 의해서 밀착하게 된다. 도7A 및 도7B를 보면, 일반적으로 밀폐 다이(84A, 85A)는 권취되는 층의 와이어에 인가되는 변형 응력을 최소화시킬 수 있도록 크기가 형성된다. 밀폐 다이의 내경은 층의 외경의 크기에 맞추어진다. 층의 와이어에 인가되는 응력을 최소화시키기 위해서, 밀폐 다이는 그가 케이블의 외경에 비해 0 내지 2.0%만큼 크도록(즉, 다이 내경이 케이블 외경의 1.00 내지 1.02배가 되도록) 크기가 형성된다.The core material and the wire for the given layer are brought into close contact with the sealing die. 7A and 7B, sealing dies 84A and 85A are generally sized to minimize strain stresses applied to the wires of the layer being wound. The inner diameter of the hermetic die is adapted to the size of the outer diameter of the layer. In order to minimize the stress applied to the wires of the layer, the sealed die is sized such that it is 0 to 2.0% larger than the outer diameter of the cable (ie, the die inner diameter is 1.00 to 1.02 times the outer diameter of the cable).

도7A 및 도7B에 도시된 밀폐 다이는 실린더이며, 예컨대 볼트나 여타 적절한 부착물을 사용하여 적소에 유지된다. 이러한 다이는 예컨대 경화 공구강으로 제조될 수 있다.The closed die shown in FIGS. 7A and 7B are cylinders, and are held in place using, for example, bolts or other suitable attachments. Such a die may for example be made of hardened tool steel.

이렇게 형성된 케이블은 필요하다면 다른 연선 스테이션을 통해 이동될 수 있으며, 케이블 손상을 방지하기에 충분한 직경을 갖는 권취 스풀(87) 상에 권취된다. 어떤 실시예들에서는, 본 기술 분야에 공지되어 있는 케이블의 직선화(straightening) 기술이 바람직하게 활용될 수 있다. 예를 들어, 완성된 케이블은 롤러들[각각의 롤러는 예컨대 10 내지 15cm(4 내지 6인치)이고 2개의 열(bank)로 선형으로 배치되며, 이때 각각의 열에는 예컨대 5개 내지 9개의 롤러가 구비됨]로 구성된 직선화 장치를 통해 이송될 수 있다. 두 열의 롤러 사이의 간격은 롤러가 바로 케이블 상에 작용하거나 케이블을 상당히 굴곡되게 할 수 있도록 변경될 수 있다. 두 열의 롤러는 케이블의 서로 대향된 측들에 위치되며, 이때 일렬의 롤러는 대향된 다른 한 열의 롤러에 의해 형성된 공간에 대응된다. 따라서, 두 열은 서로로부터 편위될 수 있다. 케이블이 직선화 장치를 통해 이송되면, 케이블은 롤러 위에서 전후로 굴곡되면서, 컨덕터에서 연선이 동일 길이로 신장되도록 하여, 이완된 연선이 감소되거나 없어지도록 한다.The cable thus formed can be moved through another twisted pair station if necessary and wound on a winding spool 87 having a diameter sufficient to prevent cable damage. In some embodiments, a straightening technique of cables known in the art may be preferably utilized. For example, a finished cable may be formed of rollers (each roller is, for example, 10 to 15 cm (4 to 6 inches) and arranged linearly in two banks, each row having, for example, five to nine rollers. Is provided] can be transferred through a straightening device configured. The spacing between the two rows of rollers can be changed so that the rollers act directly on the cable or cause the cable to bend significantly. Two rows of rollers are located on opposite sides of the cable, where a row of rollers corresponds to the space formed by the rollers of the other row opposite. Thus, the two rows can be biased from each other. When the cable is transported through the straightening device, the cable is bent back and forth on the rollers, allowing the stranded wire to extend the same length in the conductor, thereby reducing or eliminating the loose stranded wire.

어떤 실시예들에서는, 코어를 주위 온도(예컨대 22℃)보다 높은 온도(예컨대, 적어도 25℃, 50℃, 75℃, 100℃, 125℃, 150℃, 200℃, 250℃, 300℃, 400℃, 혹은 어떤 실시예들에서는 적어도 500℃까지)로 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 코어는 예컨대 스풀 상에 권취된 코어[예컨대 금속(예컨대 강재) 상의 코어]를 오븐에서 수 시간 동안 가열함으로써 소망하는 온도로 형성될 수 있다. 가열된 코어는 연선 장치의 송급 스풀(pay-off spool)[예컨대 도7의 송급 스풀(81) 참조] 상에 위치된다. 바람직하게는, 고온의 스풀이 연선 공정 중일 때, 코어는 여전히 소망하는 온도로 혹은 거의 소망하는 온도로 유지된다(일반적으로 약 2시간 동안). 또한, 케이블의 외부 층을 형성하는 송급 스풀 상의 와이어가 주위 온도로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 어떤 실시예들에서는, 연선 공정 중에 외부 층을 형성하는 와이어와 코어 사이에 온도 차이가 형성되는 것이 바람직할 수 있다.In some embodiments, the core may be at a temperature above ambient temperature (eg 22 ° C.) (eg at least 25 ° C., 50 ° C., 75 ° C., 100 ° C., 125 ° C., 150 ° C., 200 ° C., 250 ° C., 300 ° C., 400 ° C.). Degrees Celsius, or in some embodiments, up to at least 500 degrees Celsius). The core may be formed at a desired temperature, for example by heating the core wound on a spool (eg, a core on a metal (eg steel)) in an oven for several hours. The heated core is located on a pay-off spool of the twisted pair device (see, for example, feed spool 81 in FIG. 7). Preferably, when the hot spool is in the twisted pair process, the core is still maintained at the desired or near desired temperature (generally for about 2 hours). It may also be desirable for the wire on the supply spool to form the outer layer of the cable to be formed at ambient temperature. That is, in some embodiments, it may be desirable for a temperature difference to be formed between the core and the wire forming the outer layer during the twisted pair process.

어떤 실시예들에서는, 적어도 100kg, 200kg, 500kg, 1000kg, 혹은 적어도 5000kg까지의 코어 인장력을 가지고서 연선 공정을 수행하는 것이 바람직할 수 있다. In some embodiments, it may be desirable to perform the twisted pair process with a core tension of at least 100 kg, 200 kg, 500 kg, 1000 kg, or at least 5000 kg.

본 발명에 따른 케이블의 어떤 실시예들에서는, 코어 둘레로 연선되는 와이어를 예컨대 접착제가 있거나 없는 테이프 오버랩이나 바인더로 결속시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 또 다른 실시예의 케이블의 단면을 보면, 케이블은 와이어 코어(116)를 구비한 코어(112)와 2개 층의 연선 와이어(114)를 포함하며, 케이 블(110)은 테이프(118)로 감싸진다. 예컨대, 테이프는 연선 와이어를 함께 결속시킬 수 있도록 연선 케이블에 부착될 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 케이블은 종래의 테이핑 장치를 사용하여 접착 테이프로 감싸진다. 한 가지 테이프 부착 장치가 왓슨 머신 인터내셔널(Watson Machine International)으로부터 시판되고 있다[예컨대 300 콘센트릭 테이핑 헤드 모델(model 300 Concentric Taping Head)]. 이러한 테이프는 금속 박막 테이프[예컨대, 미국 미네소타주 세인트폴에 소재한 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 "포일/글래스 클로스 테이프 363(Foil/Glass Cloth Tape 363)"이라는 상표명으로 시판되고 있는 알루미늄 박막 테이프], 폴리에스테르 기재 테이프 및 유리 강화 기재를 구비한 테이프를 포함한다. 어떤 실시예들에서는, 테이프의 두께는 0.05mm 내지 0.13mm(0.002 내지 0.005인치) 범위이다.In some embodiments of the cable according to the invention, it is preferable to bind the wire stranded around the core with a tape overlap or binder, for example with or without adhesive. For example, in a cross section of a cable of another embodiment, the cable includes a core 112 with a wire core 116 and two layers of stranded wire 114, the cable 110 being a tape ( 118). For example, the tape may be attached to the twisted pair cable to bind the twisted pair wire together. In some embodiments, the cable is wrapped with adhesive tape using a conventional taping device. One tape attachment is commercially available from Watson Machine International (eg, model 300 Concentric Taping Head). Such tapes are metal thin film tapes (e.g., aluminum thin film tapes sold under the trade name "Foil / Glass Cloth Tape 363" from 3M Company, St. Paul, Minn.), Polyester-based tape and tape with glass-reinforced substrate. In some embodiments, the thickness of the tape ranges from 0.05 mm to 0.13 mm (0.002 to 0.005 inches).

어떤 실시예들에서는, 테이프는 각각의 연속하는 랩이 이전 랩과 중첩되도록 감싸진다. 어떤 실시예들에서는, 테이프는 각각의 연속하는 랩이 이전 랩과 간극없이 그리고 중첩없이 부착되도록 감싸진다. 어떤 실시예들에서는, 예컨대 테이프는 그 연속하는 랩이 각각의 랩 사이에 간극을 형성시키도록 이격되게 감싸질 수 있다.In some embodiments, the tape is wrapped so that each successive wrap overlaps the previous wrap. In some embodiments, the tape is wrapped such that each successive wrap is attached without gaps and without overlap with the previous wrap. In some embodiments, for example, the tape may be spaced apart so that successive wraps form a gap between each wrap.

어떤 실시예들에서는, 연선 공정 중에 케이블이 인장력을 받으면서 감싸진다. 도7을 보면, 예컨대 테이핑 장치가 최종 밀폐 다이(85)와 캡스턴(86) 사이에 위치될 수 있다.In some embodiments, the cable is wrapped under tension during the twisted pair process. Referring to Figure 7, for example, a taping device may be located between the final hermetic die 85 and the capstan 86.

처짐량Deflection 측정 방법 How to measure

컨덕터가 30 내지 300미터의 길이로 선택되고, 종래의 에폭시 피팅으로 마감되어, 층들이 제조 상태에서와 동일한 상대 위치를 유지하도록 한다. 외부 와이어가 에폭시 피팅을 통해 연장되어 타측 외부로 연장되며, 이어서 종래의 터미날 커넥터를 사용하여 AC 전력용 연결부를 형성하도록 재구성된다. 에폭시 피팅은 인장력 유지용 턴버클(turnbuckle)에 연결된 알루미늄 스펠터(spelter) 소켓에 주입된다. 일측에서, 로드셀(load cell)은 턴버클에 연결되며, 턴버클은 양단부에서 견인 아이(pulling eye)에 부착된다. 아이는, 시스템이 인장력을 받을 때 시스템의 단부 변형을 최소화시키기에 충분히 큰 대형 콘크리트 필라(pillar)에 연결된다. 시험을 위해서, 인장력이 컨덕터 정격 파단 강도의 10 내지 30% 범위의 값으로 상승된다. 온도는 9개의 서모커플을 사용하여 컨덕터의 길이를 따라 3개의 지점[견인 아이로부터 견인 아이까지의 총 스팬 간격의 1/4 지점, 1/2 지점 및 3/4 지점]에서 측정된다. 각각의 지점에서는, 3개의 서모커플이 컨덕터 내에서 3개의 서로 다른 반경 방향 위치에, 즉 외부 와이어 연선들 사이에, 내부 와이어 연선들 사이에, 그리고 외부 코어 와이어에 인접하게(즉, 접하여) 위치된다. 처짐량은 견인 와이어 포텐쇼미터[미국 캘리포니아주 팜데일에 소재한 스페이스에이지 콘트롤 인코포레이티드(SpaceAge Control Inc.)로부터 입수 가능]를 사용하여 컨덕터의 길이를 따라 3개의 지점(스팬 간격의 1/4 지점, 1/2 지점 및 3/4 지점)에서 측정된다. 견인 와이어 포텐쇼미터는 3개 지점의 수직 운동을 측정하도록 위치된다. 온도를 소망하는 값으로 상승시키도록 AC 전류가 컨덕터에 인가된다. 컨덕터의 온도는 실온[약 20℃(68℉)]로부터 60 내지 120℃/분(140 내지 248℉/분)의 비율로 약 240℃(464℉)까지 상승된다. 모든 서모커플의 최고 온도는 대조 기준(control)으로서 사용된다.The conductors are selected to be 30 to 300 meters in length and finished with conventional epoxy fittings to ensure that the layers maintain the same relative position as in the manufacturing state. The outer wire extends through the epoxy fitting and outward to the other side, and is then reconfigured to form a connection for AC power using conventional terminal connectors. Epoxy fittings are injected into an aluminum speller socket connected to a tension-bearing turnbuckle. On one side, a load cell is connected to the turnbuckle, which is attached to the pulling eye at both ends. The eye is connected to a large concrete pillar that is large enough to minimize the end deformation of the system when the system is under tension. For the test, the tensile force is raised to a value in the range of 10-30% of the conductor's rated breaking strength. The temperature is measured at three points along the length of the conductor (one quarter, one half and three quarters of the total span interval from the towing eye to the towing eye) using nine thermocouples. At each point, three thermocouples are positioned in three different radial positions within the conductor, i.e. between the outer wire strands, between the inner wire strands, and adjacent (i.e., adjacent to) the outer core wire. do. The amount of deflection is three points along the length of the conductor (1/4 of span spacing, using a traction wire potentiometer (available from SpaceAge Control Inc., Palmdale, CA)). 1/2 point and 3/4 point). The traction wire potentiometer is positioned to measure the vertical motion of three points. AC current is applied to the conductor to raise the temperature to the desired value. The temperature of the conductor is raised from room temperature (about 20 ° C. (68 ° F.)) to about 240 ° C. (464 ° F.) at a rate of 60 to 120 ° C./minute (140 to 248 ° F.). The highest temperature of all thermocouples is used as a control.

컨덕터의 처짐량(Sagtotal)은 다음 식을 이용하여 실온[약 20℃(68℉)]으로부터 약 240℃(464℉)까지 1℃씩 다양한 온도에서 산출(calculation)된다.Sag total of the conductors is calculated at various temperatures in 1 ° C. from room temperature (about 20 ° C. (68 ° F.)] to about 240 ° C. (464 ° F.) using the following equation.

[수학식1][Equation 1]

Figure 112006092952355-pct00001
Figure 112006092952355-pct00001

여기서,here,

Sag1 /2은 컨덕터의 스팬 간격의 1/2 지점에서 측정된 처짐량이고,And Sag 1/2 is the deflection measured at the half-point of the span interval of the conductor,

Sag1 /4은 컨덕터의 스팬 간격의 1/4 지점에서 측정된 처짐량이며,Sag 1/4 is the deflection measured at a quarter of the span interval of the conductor,

Sag3 /4은 컨덕터의 스팬 간격의 3/4 지점에서 측정된 처짐량이다.Sag 3/4 is the deflection measured at the 3/4 point of the span interval of the conductor.

유효 "내부 스팬" 길이는 1/4 지점과 3/4 지점 사이의 수평 간격이다. 이는 처짐량을 산출하는 데 사용되는 스팬 길이이다.The effective "inner span" length is the horizontal spacing between 1/4 and 3/4 points. This is the span length used to calculate the deflection.

응력 변수의 유도 Derivation of Stress Variables

측정된 처침량 및 온도 데이터가 처짐량 대 온도 그래프로 도시된다. 산출 곡선은, 미국 사우스 캐롤라이나주 그린빌에 소재한 알코아 후지쿠라 리미티드(Alcoa Fujikura Ltd.)로부터 "새그10(SAG10)"(버전 3.0 업데이트 3.9.7)이라는 상표명으로 시판되고 있는 소프트웨어 프로그램의 알코아 새그10(Alcoa Sag10) 그래픽 기법을 활용하여 측정 데이터에 피팅된다. 응력 파라미터는 "고유 알루미늄 응력(built-in aluminum stress)"으로 불리우는 "새그10"의 피팅 파라미터로서, 알루미늄과는 다른 재료(예컨대 알루미늄 합금)가 사용되는 경우에 다른 파라미터에 피팅되도록 변경될 수 있으며 예측 그래프의 변곡점 위치와 고온의 변곡점 후방 영역에서의 처짐량을 조절할 수 있는 피팅 파라미터이다. 이러한 응력 파라미터 이론에 대한 설명이 알코아 새그10 사용자 매뉴얼(버젼 2.0)의 ACSR의 알루미늄에서 압축 응력의 이론(Theory of Compressive Stress in Aluminum of ACSR)이라는 문헌에 개시되어 있다. 다음의 컨덕터 변수들, 즉 면적, 직경, 단위 길이당 중량 및 정격 파단 강도가 새그10 소프트웨어의 입력에 필요하다. 다음의 라인 로딩(line loading) 조건들, 즉 스팬 길이, 실온(20 내지 25℃)에서의 초기 인장력이 새그10 소프트웨어의 입력에 필요하다. 다음의 변수들, 즉 고유 와이어 응력, 와이어 면적(총 면적에 대한 비율), 컨덕터에서 와이어 층의 수, 컨덕터에서 와이어 연선의 수, 코어 연선의 수, 각각의 와이어 층의 연선 레이(stranding lay) 비율이 압축 응력 산출을 위해 새그10 소프트웨어의 입력에 필요하다. 응력-변형 계수가 표로서 "새그10" 소프트웨어의 입력에 필요하다(하기의 표1 참조).The measured droop and temperature data are shown in the droop versus temperature graph. The calculation curve is obtained from Alcoa Fujikura Ltd. of Greenville, SC, USA under the brand name "SAG10" (version 3.0 update 3.9.7) under the brand name Alcoa Sag 10 ( Alcoa Sag10) is fitted to the measurement data using graphical techniques. The stress parameter is a fitting parameter of "sag 10" called "built-in aluminum stress" and can be changed to fit to other parameters when a material other than aluminum (eg aluminum alloy) is used. This is a fitting parameter that can adjust the position of the inflection point of the prediction graph and the amount of deflection in the region behind the high temperature inflection point. A description of this stress parameter theory is described in the literature Theory of Compressive Stress in Aluminum of ACSR in the Alcoa Sag 10 User Manual (version 2.0). The following conductor parameters are required for the input of Sag10 software: area, diameter, weight per unit length and rated breaking strength. The following line loading conditions, span length, initial tensile force at room temperature (20-25 ° C.) are required for input of Sag 10 software. The following variables: intrinsic wire stress, wire area (ratio to total area), number of wire layers in the conductor, number of stranded wires in the conductor, number of core strands, stranded lay of each wire layer A ratio is required for the input of Sag10 software for the compressive stress calculation. Stress-strain coefficients are required for the input of the "Sag 10" software as a table (see Table 1 below).

[표1]Table 1

초기 와이어Initial wire A0A0 A1A1 A2A2 A3A3 A4A4 AFAF 최종 와이어(10년 크리프)(10 year creep)Final wire (10 year creep) B0B0 B1B1 B2B2 B3B3 B4B4 α(A1)α (A1) 초기 코어Initial core C0C0 C1C1 C2C2 C3C3 C4C4 CFCF 최종 코어(10년 크리프)(10 year creep)Final Core (10 year creep) D0D0 D1D1 D2D2 D3D3 D4D4 α(코어)α (core)

또한, 파라미터 TREF는 계수들이 기준으로 하는 온도로 규정한다.The parameter TREF also defines the temperature at which the coefficients are referenced.

응력 변형 곡선 다항식의 정의Definition of stress strain polynomial

초기 5개의 수 A0 내지 A4는 초기 와이어 곡선과 면적 비율의 곱을 나타내는 4차 다항식의 계수이다.The initial five numbers A0 through A4 are coefficients of the fourth order polynomial representing the product of the initial wire curve and the area ratio.

[수학식2]&Quot; (2) "

Figure 112006092952355-pct00002
Figure 112006092952355-pct00002

AF는 와이어의 최종 탄성률이다.AF is the final elastic modulus of the wire.

[수학식3]&Quot; (3) "

Figure 112006092952355-pct00003
Figure 112006092952355-pct00003

여기서, ε은 % 단위의 컨덕터 신장율이며, σ는 psi 단위의 응력이다.Where ε is the conductor elongation in% and sigma is the stress in psi.

B0 내지 B4는 와이어의 최종 10년 크리프(10 year creep) 곡선과 면적 비율과의 곱을 나타내는 4차 다항식의 계수이다.B0 through B4 are coefficients of the fourth order polynomial representing the product of the final 10 year creep curve of the wire and the area ratio.

[수학식4]&Quot; (4) "

Figure 112006092952355-pct00004
Figure 112006092952355-pct00004

Cα(A1)은 와이어의 열팽창 계수이다.Cα (A1) is the coefficient of thermal expansion of the wire.

C0 내지 C4는 복합 코어만에 대한 면적 비율과 초기 곡선과의 곱을 나타내는 4차 다항식의 계수이다.C0 to C4 are coefficients of the fourth order polynomial representing the product of the area ratio and the initial curve for the composite core only.

CF는 복합 코어의 최종 탄성률이다.CF is the final modulus of the composite core.

D0 내지 D4는 복합 코어의 최종 10년 크리프 곡선과 면적 비율과의 곱을 나타내는 4차 다항식의 계수이다.D0 to D4 are coefficients of the fourth order polynomial representing the product of the final 10-year creep curve and the area ratio of the composite core.

α(코어)는 복합 코어의 열팽창 계수이다.α (core) is the coefficient of thermal expansion of the composite core.

산출 데이터 및 측정 데이터의 피팅시, (i) 응력 파라미터의 값을 변화시켜 산출 곡선을 측정 데이터에 대응시켜서 산출 곡선과 측정 곡선이 고온(140 내지 240℃)에서 대응되도록 하고, (ⅱ) 측정 곡선의 변곡점이 산출 곡선에 근접하게 대응되도록 하며, (ⅲ) 초기 측정 처침량에 초기 산출 처짐량이 대응되도록 함으로써, 최적 피팅이 행해진다. 따라서, 측정 데이터에 대한 최적 피팅을 달성하기 위한 응력 파라미터의 값이 산출된다. 이러한 산출치는 케이블에 대한 "응력 파라미터"이다.In fitting the calculation data and the measurement data, (i) the value of the stress parameter is changed so that the calculation curve corresponds to the measurement data so that the calculation curve and the measurement curve correspond at high temperatures (140 to 240 ° C.), and (ii) the measurement curve. Optimal fitting is performed by making the inflection point of close correspond to the calculation curve, and (i) the initial calculated deflection amount corresponds to the initial measurement deflection amount. Thus, the value of the stress parameter to achieve the best fit to the measurement data is calculated. This calculation is the "stress parameter" for the cable.

본 발명에 따른 케이블은 오버헤드(overhead) 송전 케이블을 포함한 여러 적용 분야에 활용될 수 있다.The cable according to the invention can be utilized in several applications, including overhead transmission cables.

발명의 이점들 및 실시예들이 하기의 예에 의해 더욱 상세히 예시되지만, 이러한 예들에 기재된 특정 재료 및 수량과 여타 조건들 및 상세 사항들로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 모든 비율과 백분율은 달리 기재가 없는 한 중량에 기초한 단위이다.Advantages and embodiments of the invention are illustrated in more detail by the following examples, but are not intended to limit the invention to the particular materials and quantities and other conditions and details described in these examples. All ratios and percentages are by weight unless otherwise stated.

Yes

예시 예Example

예시 예의 케이블이 다음과 같이 마련된다. 와이어가 도6에 도시된 장 치(60)를 사용하여 제조된다. 10000 데니어 알파 알루미나 섬유[미국 세인트폴에 소재한 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 "넥스텔 610(NEXTEL 610)"이라는 상표명으로 시판됨]의 11개의 토우가 공급 스풀(62)로부터 공급되어 원형 번들로 결속된 다음에 1100℃로 가열된 1.5m(5피트) 길이의 알루미나 관(63)을 305cm/분(120인치/분)의 속도로 통과하면서 열세척된다. 이어서, 열세척된 섬유(61)가 금속 알루미늄(99.99% Al) 매트릭스 재료[미국 펜실베니아주 피츠버그에 소재한 벡 알루미늄 코포레이션(Beck Aluminum Co.)으로부터 입수 가능함]의 용융물(용융 금속)(65)을 담고 있는 도가니(67)로 도입되기 전에 진공 챔버(64)에서 배기된다. 섬유는 공급 스풀(62)로부터 캐터퓰러(70)에 의해 견인된다. 용융물(65)을 섬유 토우(61)에 침투시키기 위해서, 초음파 프로브(66)가 섬유 부근에서 용융물(65)에 위치된다. 와이어(71)의 용융 금속이 배출 다이(68)를 통해 도가니(67)로부터 배출된 후에 냉각되어 경화되며, 이때 와이어(71)가 도가니(67)로부터 완전히 배출되기 전에 다소의 냉각이 행해진다. 또한, 와이어(71)의 냉각은 냉각 장치(69)를 통해 유입되어 와이어(71)에 분사되는 질소 가스 스트림에 의해 촉진된다. 와이어(71)는 스풀(72) 상에 수집된다.Example The cable of the example is prepared as follows. The wire is manufactured using the device 60 shown in FIG. Eleven tows of 10000 denier alpha alumina fibers (available under the trade name "NEXTEL 610" from 3M Company, St. Paul, USA) were supplied from a supply spool 62 and bound in a circular bundle. It is then thermally washed while passing through a 1.5 m (5 ft) long alumina tube 63 heated to 1100 ° C. at a rate of 305 cm / min (120 inches / min). The thermowashed fiber 61 then contains a melt (molten metal) 65 of a metallic aluminum (99.99% Al) matrix material (available from Beck Aluminum Co., Pittsburgh, Pa.). Exhaust from the vacuum chamber 64 before being introduced into the crucible 67 which is present. The fibers are pulled by the catalysis 70 from the feed spool 62. In order to infiltrate the melt 65 into the fiber tow 61, an ultrasonic probe 66 is placed in the melt 65 near the fiber. The molten metal of the wire 71 is cooled and cured after being discharged from the crucible 67 through the discharge die 68, where some cooling is performed before the wire 71 is completely discharged from the crucible 67. In addition, cooling of the wire 71 is promoted by a nitrogen gas stream that enters through the cooling device 69 and is injected into the wire 71. Wire 71 is collected on spool 72.

섬유(61)는 용융물(67)로 도입되기 전에 배기된다. 진공 챔버의 압력은 약 20torr이다. 진공 시스템(64)은 섬유(61) 번들의 직경에 대응되도록 크기가 형성된 25cm 길이의 알루미나 유입관을 구비한다. 진공 챔버(64)의 길이는 21cm이고 직경은 10cm이다. 진공 챔버의 용량은 0.37㎥/분이다. 배기된 섬유(61)는 금속조를 관통한 진공 시스템(64)의 관을 통해 용융물(65) 내로 삽입된다[즉, 배기된 섬 유(61)는 진공 상태에서 용융물(54) 내로 삽입됨]. 배출관의 내경은 섬유 번들(61)의 직경에 대응된다. 배출관의 일부는 5cm의 깊이로 용융 금속 내에 담겨진다.The fibers 61 are evacuated before they are introduced into the melt 67. The pressure in the vacuum chamber is about 20 torr. The vacuum system 64 has a 25 cm long alumina inlet tube sized to correspond to the diameter of the fiber 61 bundle. The vacuum chamber 64 is 21 cm in length and 10 cm in diameter. The capacity of the vacuum chamber is 0.37 m 3 / min. The evacuated fibers 61 are inserted into the melt 65 through the tubes of the vacuum system 64 through the metal bath (ie the evacuated fibers 61 are inserted into the melt 54 in a vacuum state). . The inner diameter of the discharge pipe corresponds to the diameter of the fiber bundle 61. Part of the outlet tube is immersed in the molten metal to a depth of 5 cm.

용융 금속(65)이 섬유(61) 내로 침투하는 작용은, 섬유(61)에 근접하게 용융 금속(65)에 위치된 진동 혼(66)을 사용함으로써 촉진된다. 혼(66)은 19.7kHz의 진동수와 대기 중에서 0.18mm(0.007인치)의 진폭으로 진동하도록 구동된다. 혼은 초음파 변환기[미국 코네티컷주 댄버리에 소재한 소닉스 앤드 머티리얼즈(Sonics & Materials)로부터 입수 가능함]에 연결된 티타늄 도파관에 연결된다.The action of penetration of the molten metal 65 into the fiber 61 is facilitated by using a vibrating horn 66 located in the molten metal 65 in proximity to the fiber 61. Horn 66 is driven to vibrate at an amplitude of 0.18 mm (0.007 inches) in the air at a frequency of 19.7 kHz. The horn is connected to a titanium waveguide connected to an ultrasonic transducer (available from Sonics & Materials, Danbury, Conn.).

섬유(61)는 혼 팁의 2.5mm 내에 있다. 혼 팁은 91중량%의 니오븀과 9중량%의 몰리브덴의 복합재인 니오븀 합금으로 제조된다[미국 펜실베니아주 피츠버그에 소재한 피엠티아이(PMTI)로부터 입수 가능함]. 이러한 합금은, 길이가 12.7cm(5인치)이고 직경이 2.5cm(1인치)인 실린더로 형성된다. 이러한 실린더는 그의 길이를 변경시킴으로써 19.7kHz의 소망하는 진동수로 조절된다.The fiber 61 is within 2.5 mm of the horn tip. Horn tips are made from a niobium alloy, a composite of 91 wt% niobium and 9 wt% molybdenum (available from PMTI, Pittsburgh, Pa.). This alloy is formed into a cylinder that is 12.7 cm (5 inches) long and 2.5 cm (1 inch) in diameter. This cylinder is adjusted to the desired frequency of 19.7 kHz by changing its length.

용융 금속(65)은 침투되기 전에 탈가스 처리된다[예를 들어 용융 금속 내에 용해된 가스(예컨대 수소)의 양을 저감시킴으로써]. 미국 일리노이주 시카고에 소재한 브루문트 파운드리 인코포레이티드(Brummund Foundry Inc.)로부터 입수 가능한 휴대용 회전 탈가스 유닛이 사용된다. 사용된 가스는 아르곤으로서, 이러한 아르곤의 유량은 분당 1050리터이고, 분당 50리터로 설정된 모터에 대한 공기 유량에 의해 유속이 정해지며, 지속 시간은 60분이다.Molten metal 65 is degassed prior to penetration (eg, by reducing the amount of gas (eg hydrogen) dissolved in molten metal). Portable rotary degassing units are available from Brumund Foundry Inc., Chicago, Illinois, USA. The gas used is argon, the flow rate of this argon is 1050 liters per minute, the flow rate is determined by the air flow rate for the motor set at 50 liters per minute, and the duration is 60 minutes.

질화규소 배출 다이(68)는 소망하는 와이어 직경을 형성시킬 수 있도록 구성 된다. 배출 다이의 내경은 2.67mm(0.105인치)이다.Silicon nitride evacuation die 68 is configured to form the desired wire diameter. The inner diameter of the evacuation die is 2.67 mm (0.105 inch).

연선 코어는 캐나다 몬트리올에 소재한 와이어 로프 컴퍼니(Wire Rope Company)의 연선 장치에 의하여 연선된다. 케이블은 중앙에 하나의 와이어를 구비하며, 제1 층에 오른쪽으로 꼬인 6개의 와이어를 구비한다. 나선형으로 함께 권취되기 전에, 개별 와이어들은 별도의 보빈에 구비되어 연선 장치의 모터 구동 캐리지에 위치된다. 캐리지는 완성된 연선 케이블의 층에 대한 6개의 보빈을 구비한다. 이러한 층의 와이어는 캐리지의 배출구에서 함께 결속되어 중앙 와이어 위에 배치된다. 케이블 연선 공정 중에, 중앙 와이어는 캐리지의 중심을 통해 견인되며, 이때 캐리지는 연선 케이블에 하나의 층을 추가시킨다. 하나의 층으로서 추가된 개별 와이어들은 그들 각각의 보빈으로부터 동시에 견인되면서, 모터 구동 캐리지에 의해 케이블의 중심축을 중심으로 하여 회전된다. 그 결과 나선형 연선 코어가 형성된다.The stranded core is stranded by a twisted pair device from the Wire Rope Company, Montreal, Canada. The cable has one wire in the center and six wires twisted to the right in the first layer. Before being wound together in a spiral, the individual wires are provided in separate bobbins and placed in the motor drive carriage of the twisted pair arrangement. The carriage has six bobbins for the layer of completed twisted pair cable. This layer of wire is tied together at the outlet of the carriage and placed above the central wire. During the cable twisted pair process, the center wire is pulled through the center of the carriage, where the carriage adds one layer to the twisted pair cable. Individual wires added as one layer are rotated about the central axis of the cable by a motor driven carriage while being pulled simultaneously from their respective bobbins. As a result, a spiral stranded core is formed.

연선 코어는 종래의 테이핑 장치[미국 뉴저지주 패터슨에 소재한 왓슨 머신 인터내셔널(Watson Machine International)의 300 콘센트릭 테이핑 헤드 모델(model 300 Concentric Taping Head)]를 사용하여 접착제로 감싸진다. 테이프 기재(backing)는 유리 섬유를 구비한 알루미늄 박막 테이프로서, 압력 감지 실리콘 접착제[미국 미네소타주 세인트폴에 소재한 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 "포일/글래스 클로스 테이프 363(Foil/Glass Cloth Tape 363)"이라는 상표명으로 시판되고 있음]를 구비한다. 테이프(18)의 총 두께는 0.18mm(0.0072인치)이다. 테이프의 폭은 1.90cm(0.75인치)이다.The stranded core is wrapped in adhesive using a conventional taping device (model 300 Concentric Taping Head from Watson Machine International, Paterson, NJ). The tape backing is an aluminum thin film tape with glass fibers, a pressure sensitive silicone adhesive [Foil / Glass Cloth Tape 363 from 3M Company, St. Paul, Minn., USA. Marketed under the trade name "." The total thickness of the tape 18 is 0.18 mm (0.0072 inches). The tape is 1.90 cm (0.75 in) wide.

완성된 코어의 평균 직경은 8.23mm(0.324인치)이며, 연선 층의 층 길이는 54.1cm(21.3인치)이다.The average diameter of the finished core is 8.23 mm (0.324 inches) and the strand length of the stranded layer is 54.1 cm (21.3 inches).

제1 사다리꼴 알루미늄 합금 와이어가, 인장 강도가 153.95MPa(22183psi)이고 신장율이 13.3%이며 IACS 규격에 의한 전도율이 60.4%인 알루미늄/지르코늄 봉[직경이 9.53mm(0.375인치)이며, 벨기에 헤미크셈에 소재한 라미필 엔.브이.(Lamifil N.V.)로부터 "지탈(ZTAL)"이라는 상표명으로 시판되고 있음]으로 마련된다. 제2 사다리꼴 와이어가, 인장 강도가 132.32MPa(19191psi)이고 신장율이 10.4%이며 IACS 규격에 의한 전도율이 60.5%인 알루미늄/지르코늄 봉[직경이 9.53mm(0.375인치)이며, 벨기에 헤미크셈에 소재한 라미필 엔.브이.(Lamifil N.V.)로부터 "지탈(ZTAL)"이라는 상표명으로 시판되고 있음]으로 마련된다. 이러한 봉들은 본 기술 분야에 공지되어 있는 바와 같이 5개의 중간 다이와 최종적으로는 사다리꼴 성형 다이를 사용하여 실온에서 인발된다. 인발 다이는 탄화텅스텐으로 제조된다. 탄화텅스텐 다이의 기하학적 형상을 보면, 도입각(entrance angle)이 60°이고, 압연각(reduction ratio)이 16 내지 18°이며, 베어링 길이(bearing length)가 다이 직경의 30%이고, 후방 여유각(back relief angle)이 60°이다. 다이 표면은 고도로 연마된다. 다이는 인발유(drawing oil)를 사용하여 윤활되어 냉각된다. 인발 시스템은 다이당 60 내지 100리터/분의 범위로 설정된 비율로 오일을 급유하며, 이때 온도는 40 내지 50℃의 범위로 설정된다. 최종 성형 다이는 고도로 연마된 작업면을 구비하는 2개의 수평 경화강(경도 60Rc) 성형 롤을 포함한다. 롤 그루브(roll groove)는 필요로 하는 사다리꼴 프로파일에 기초하여 형성된다. 롤은 인발 박스(drawbox)와 외부 인발 블록(drawblock) 사이에 위치된 압연 스탠드(rolling stand) 상에 설치된다. 최종 성형 롤의 압연에 의해서, 와이어의 면적이 약 23.5% 축소된다. 이러한 면적 축소량은, 금속을 롤 그루브의 모서리로 이동시켜 성형 롤들 사이의 공간을 적절히 충진시키기에 충분하다. 성형 롤은 사다리꼴 와이어의 캡이 인발 블록 및 보빈 드럼의 표면과 대면되도록 정렬되어 설치된다. 성형 후에, 와이어 프로파일은 형판(template)을 사용하여 검사되고 확인된다.The first trapezoidal aluminum alloy wire has an aluminum / zirconium rod with a tensile strength of 153.95 MPa (22183 psi), an elongation of 13.3%, and a conductivity of 60.4% according to the IACS standard [9.53 mm (0.375 inch) in diameter, Commercially available under the trade name "ZTAL" from Lamifil NV. The second trapezoidal wire is an aluminum / zirconium rod with a tensile strength of 132.32 MPa (19191 psi), an elongation of 10.4%, and a conductivity of 60.5% according to the IACS standard [9.53 mm (0.375 inch) in diameter, La Commercially available under the trade name "ZTAL" from Lamifil NV. These rods are drawn at room temperature using five intermediate dies and finally a trapezoidal forming die as is known in the art. The drawing die is made of tungsten carbide. Looking at the geometry of the tungsten carbide die, the entry angle is 60 °, the reduction ratio is 16 to 18 °, the bearing length is 30% of the die diameter, and the rear clearance angle (back relief angle) is 60 °. The die surface is highly polished. The die is lubricated and cooled using drawing oil. The drawing system refuels oil at a rate set in the range of 60-100 liters / minute per die, with the temperature set in the range of 40-50 ° C. The final forming die comprises two horizontal hardened steel (hardness 60Rc) forming rolls with a highly polished working surface. Roll grooves are formed based on the trapezoidal profile required. The roll is installed on a rolling stand located between the drawbox and the outer drawblock. By rolling the final forming roll, the area of the wire is reduced by about 23.5%. This area reduction is sufficient to move the metal to the edge of the roll groove to adequately fill the space between the forming rolls. The forming rolls are arranged in alignment so that the caps of the trapezoidal wires face the surfaces of the drawing blocks and bobbin drums. After molding, the wire profile is inspected and verified using a template.

이어서, 이러한 와이어는 보빈 상에 권취된다. 이렇게 형성된 와이어의 여러 특성들이 하기의 표2에 기재되어 있다. 사다리꼴 형상의 "유효 직경"이란 사다리꼴 형상의 단면적과 동일한 단면적을 갖는 원의 직경을 말한다. 연선 장치에는 20개의 보빈이 탑재되며(그 중 8개의 보빈은 제1 내부 층을 연선하기 위한 제1 와이어용이고, 12개의 보빈은 제2 외부 층을 연선하기 위한 제2 와이어용임), 이러한 보빈들 중 "샘플 보빈"인 시험용 보빈 서브세트로부터 와이어가 취출된다.This wire is then wound onto the bobbin. Several properties of the wire thus formed are shown in Table 2 below. The "effective diameter" of the trapezoidal shape refers to the diameter of a circle having the same cross-sectional area as that of the trapezoidal shape. The twisted pair device is equipped with 20 bobbins (of which 8 bobbins are for the first wire for twisting the first inner layer and 12 bobbins are for the second wire for twisting the second outer layer). The wire is taken out from a subset of the test bobbin, which is a "sample bobbin" of these.

[표2][Table 2]

유효 직경
mm(인치)
Effective diameter
mm (inches)
인장 강도
MPa(psi)
The tensile strength
MPa (psi)
신장율
%
Elongation
%
전도율(IACS)
%
Conductivity (IACS)
%
내층Inner layer 와이어 제1 보빈Wire first bobbin 4.54(0.1788)4.54 (0.1788) 168.92(24,499)168.92 (24,499) 5.15.1 59.9259.92 와이어 제4 보빈Wire fourth bobbin 4.54(0.1788)4.54 (0.1788) 159.23(23,095)159.23 (23,095) 4.34.3 60.0960.09 와이어 제8 보빈Wire eighth bobbin 4.54(0.1788)4.54 (0.1788) 163.39(23,697)163.39 (23,697) 4.74.7 60.1860.18 외층Outer layer 와이어 제1 보빈Wire first bobbin 4.70(0.1851)4.70 (0.1851) 188.32(27,314)188.32 (27,314) 4.74.7 60.0260.02 와이어 제4 보빈Wire fourth bobbin 4.70(0.1851)4.70 (0.1851) 186.27(27,016)186.27 (27,016) 4.34.3 60.0960.09 와이어 제8 보빈Wire eighth bobbin 4.70(0.1851)4.70 (0.1851) 184.73(26,793)184.73 (26,793) 4.34.3 60.3160.31 와이어 제12 보빈Wire 12th bobbin 4.70(0.1851)4.70 (0.1851) 185.50(26,905)185.50 (26,905) 4.74.7 59.9659.96

케이블은 비교 예에 대해 위에서 설명한 코어 및 와이어(내부 및 외부)와 종래의 유성형 연선 장치를 사용하여 웨이번에 소재한 넥산스(Nexans)에 의해 제조된 다. 케이블 제조 장치(80)가 도7, 도7A 및 도7B에 개략적으로 도시되어 있다.The cables are manufactured by Nexans, Weiburn, using the core and wires (internal and external) described above for the comparative examples and conventional planetary twisted pair devices. Cable manufacturing apparatus 80 is schematically illustrated in FIGS. 7, 7A, and 7B.

코어의 스풀(81)은 종래의 유성형 연선 장치(80)의 헤드에 구비되며, 스풀(81)은 제동 시스템을 통해 인가되는 인장력에 의해 자유롭게 회전된다. 송급시 코어에 인가되는 인장력은 45kg(100파운드)이다. 코어는 실온[약 23℃(73℉)]에서 투입된다. 코어는 보빈 캐리지(82, 83)의 중심과 밀폐 다이(84, 85)를 통해 이송되어 캡스턴 휠(86) 주위로 이송되어서 권취 스풀(87)[직경 152cm(60인치)]에 부착된다.The spool 81 of the core is provided in the head of the conventional planetary twisted pair device 80, and the spool 81 is freely rotated by a tension force applied through the braking system. The tension applied to the core at the time of feeding is 45 kg (100 lbs). The core is charged at room temperature [about 23 ° C. (73 ° F.). The core is conveyed through the center of the bobbin carriages 82 and 83 and through the closing dies 84 and 85 and transported around the capstan wheel 86 and attached to the winding spool 87 (60 inches in diameter 152 cm).

외부 연선 층(89)을 부착시키기 전에, 개별 와이어들은 연선 장치의 복수의 모터 구동 캐리지(82, 83)들에 위치된 별도의 보빈(88)에 구비된다. 와이어(89)를 보빈(88)으로부터 견인하는 데 소요되는 인장력의 범위는 11 내지 14kg(25 내지 30파운드)로 설정된다. 연선 스테이션은 캐리지와 밀폐 다이로 구성된다. 각각의 연선 스테이션에서, 각각의 층의 와이어(89)는 밀폐 다이(84, 85)의 각각의 캐리지의 배출구에서 함께 결속되며, 중앙 와이어 위에 혹은 이전 층 위에 배치된다. 따라서, 코어는 2개의 연선 스테이션을 통과한다. 제1 스테이션(8)에서, 와이어는 왼쪽 꼬임 상태로 코어 위에 연선된다. 제2 스테이션(12)에서, 와이어는 오른쪽 꼬임 상태로 이전 층 위에 연선된다.Prior to attaching the outer stranded wire layer 89, individual wires are provided in separate bobbins 88 located in the plurality of motor drive carriages 82, 83 of the twisted pair device. The range of tensile forces required to pull wire 89 from bobbin 88 is set to 11 to 14 kg (25 to 30 pounds). The twisted pair station consists of a carriage and a sealed die. In each stranded station, the wires 89 of each layer are tied together at the outlet of each carriage of the closing dies 84 and 85 and are disposed over the center wire or over the previous layer. Thus, the core passes through two twisted pair stations. In the first station 8, the wire is stranded over the core in a left twisted state. At the second station 12, the wire is stranded over the previous layer in a right twisted state.

적용 분야에 따라서, 소정의 층에 대한 코어 재료와 와이어는 밀폐 다이(84, 85)를 통해 접하게 된다. 밀폐 다이는 실린더(도7A 및 도7B 참조)로서, 볼트를 사용하여 적소에 유지된다. 이러한 다이는 경화 공구강으로 제조되며, 완전히 밀폐될 수 있다.Depending on the application, the core material and wire for a given layer are contacted through hermetic dies 84 and 85. The closed die is a cylinder (see FIGS. 7A and 7B), which is held in place using bolts. This die is made of hardened tool steel and can be completely sealed.

완성된 케이블은 캡스턴 휠(86)을 통해 이송되어 권취 스풀(87)[직경 91cm(36인치)] 상에 권취된다. 완성된 케이블은 롤러들[각각의 롤러는 12.5cm(5인치)이고 2개의 열(bank)로 선형으로 배치되며, 이때 각각의 열에는 7개의 롤러가 구비됨]로 구성된 직선화 장치를 통해 이송된다. 두 열의 롤러 사이의 간격은 롤러가 바로 케이블 상에 작용할 수 있도록 선택된다. 두 열의 롤러는 케이블의 서로 대향된 측들에 위치되며, 이때 일렬의 롤러는 대향된 다른 한 열의 롤러에 의해 형성된 공간에 대응된다. 따라서, 두 열은 서로로부터 편위된다. 케이블이 직선화 장치를 통해 이송되면, 케이블은 롤러 위에서 전후로 굴곡되면서, 컨덕터에서 연선이 동일 길이로 신장되도록 하여, 이완된 연선이 없어지도록 한다.The finished cable is conveyed through the capstan wheel 86 and wound onto a winding spool 87 (diameter 91 cm (36 inches)). The finished cable is conveyed through a straightening device consisting of rollers (each roller is 12.5 cm (5 inches) and arranged linearly in two banks, each row having seven rollers). . The spacing between the two rows of rollers is chosen so that the rollers can act directly on the cable. Two rows of rollers are located on opposite sides of the cable, where a row of rollers corresponds to the space formed by the rollers of the other row opposite. Thus, the two rows are biased from each other. When the cable is conveyed through the straightening device, the cable is bent back and forth on the rollers, allowing the stranded wire to extend the same length in the conductor, thus eliminating the loose stranded wire.

층 외경이 15.4mm(0.608인치)이고 단위 길이당 질량이 353kg/km(237파운드/1000피트)이며 20.3cm(8인치)의 왼쪽 꼬임 길이를 갖는 내층은 8개의 사다리꼴 와이어로 구성된다. 내층에 대한 밀폐 블록(경화 공구강으로 제조되며, 경도는 60Rc임)은 내경이 15.4mm(0.608인치)로 설정된다. 따라서, 밀폐 블록의 직경은 케이블 직경과 정확히 동일하게 설정된다.The inner layer, with an outer diameter of 15.4 mm (0.608 inches), a mass per unit length of 353 kg / km (237 pounds / 1000 feet) and a left twist length of 20.3 cm (8 inches), consists of eight trapezoidal wires. The sealing block for the inner layer (made of hardened tool steel, with a hardness of 60 Rc) is set to an inner diameter of 15.4 mm (0.608 inch). Thus, the diameter of the closure block is set to be exactly the same as the cable diameter.

층 외경이 22.9mm(0.9015인치)이고 단위 길이당 질량이 507.6kg/km(341.2파운드/1000피트)이며 25.9cm(10.2인치)의 오른쪽 꼬임 길이를 갖는 외층은 12개의 사다리꼴 와이어로 구성된다. 알루미늄 합금 와이어의 단위 길이당 총 질량은 928.8kg/km(624.3파운드/1000피트)이고, 코어의 단위 길이당 총 질량은 136.4kg/km(91.7파운드/1000피트)이며, 컨덕터의 단위 길이당 총 질량은 1065kg/km(716.0파운드/1000피트)이다. 외층에 대한 밀폐 블록(경화 공구강으로 제조되며, 경도는 60Rc임)은 내경이 22.9mm(0.9015인치)로 설정된다. 따라서, 밀폐 블록의 직경은 최종 케이블 직경과 정확히 동일하게 설정된다.The outer layer consists of twelve trapezoidal wires with an outer diameter of 22.9 mm (0.9015 inches), a mass per unit length of 507.6 kg / km (341.2 pounds / 1000 feet), and a right twist length of 25.9 cm (10.2 inches). The total mass per unit length of the aluminum alloy wire is 928.8 kg / km (624.3 lbs / 1000 ft), the total mass per unit length of the core is 136.4 kg / km (91.7 lbs / 1000 ft), and the total per unit length of the conductor The mass is 1065 kg / km (716.0 lbs / 1000 ft). The sealing block for the outer layer (made of hardened tool steel, with a hardness of 60 Rc) is set to an internal diameter of 22.9 mm (0.9015 inches). Thus, the diameter of the closure block is set exactly the same as the final cable diameter.

내부 와이어 및 외부 와이어의 인장력(송급 보빈에서와 같이)은 휴대용 힘 게이지[미국 일리노이주 시카고에 소재한 맥마스터-카드(McMaster-Card)로부터 입수 가능함]를 사용하여 측정되고 13.5 내지 15kg(29 내지 33파운드)의 범위로 설정되며, 코어 송급 인장력은 보빈에서와 동일한 방법을 이용하여 브레이크에 의해서 약 90kg(198파운드)으로 설정된다. 또한, 직선화 장치가 사용되지 않으며, 케이블은 스풀에 권취되는 것이 아니라 직선으로 연장되어 플로어 상에 놓인다. 코어는 실온[약 23℃(73℉)]에서 투입된다.Tensile force (as in the feed bobbin) of the inner and outer wires is measured using a handheld force gauge (available from McMaster-Card, Chicago, Illinois, USA) and measures 13.5 to 15 kg (29 to 33 kg). Pounds), and the core feed tension is set to about 90 kg (198 lb) by the brake using the same method as in the bobbin. In addition, no straightening device is used, and the cable is not wound on the spool but extends straight and lies on the floor. The core is charged at room temperature [about 23 ° C. (73 ° F.).

연선 장치는 15m/분(49피트/분)의 속도로 작동되며, 종래의 캡스턴 휠, 표준 직선화 장치 및 직경이 152cm(60인치)인 종래의 권취 스풀을 사용하여 구동된다.The twisted pair device operates at a speed of 15 m / min (49 ft / min) and is driven using a conventional capstan wheel, standard straightener and a conventional winding spool of 152 cm (60 inches) in diameter.

형성된 컨덕터가 다음의 "컷-엔드 시험 방법(Cut-end Test Method)"을 이용하여 시험된다. 피시험 컨덕터 영역이 플로어 상에 직선으로 놓이고, 길이가 3.1 내지 4.6m(10 내지 15피트)인 세부 영역(sub-section)이 양단에서 고정된다. 이어서, 컨덕터가 절단되어, 양단이 고정되어 있는 영역이 분리된다. 이어서, 하나의 클램프가 해제되며, 이때 층의 운동은 탐지되지 않았다. 이어서, 컨덕터의 영역에 대해서 층들의 서로에 대한 운동이 탐지된다. 각각의 층의 운동이 자(ruler)를 사용하여 측정되어 코어에 대한 운동 범위가 결정된다. 외부 알루미늄 층은 복합 코어에 대해 후퇴되는데, 코어를 기준 영점으로 할 때, 내부 알루미늄 층은 0.16인치(4mm)만큼 후퇴되고, 외층은 0.31인치(8mm)만큼 후퇴된다.The conductors formed are tested using the following "Cut-end Test Method". The conductor area under test lies straight on the floor, and sub-sections of lengths of 3.1 to 4.6 m (10 to 15 feet) are fixed at both ends. Subsequently, the conductor is cut to separate the region where both ends are fixed. Then, one clamp was released, at which time the motion of the layer was not detected. The motion of the layers relative to each other is then detected for the area of the conductor. The motion of each layer is measured using a ruler to determine the range of motion for the core. The outer aluminum layer is retracted with respect to the composite core, with the core being the reference zero, the inner aluminum layer is retracted by 0.16 inches (4 mm) and the outer layer is retracted by 0.31 inches (8 mm).

예시 예의 케이블이 또한 캐나다 온타리오 토론토에 소재한 키넥트릭스 인코포레이티드(Kinectrics, Inc.)에 의해서 다음의 "처짐량 시험 방법 I(Sag Test Method I)"을 이용하여 측정된다. 일정 길이의 컨덕터가 종래의 에폭시 피팅으로 마감되어, 층들이 제조 상태에서와 동일한 상대 위치를 유지하도록 한다. 이때, 알루미늄/지르코늄 와이어가 에폭시 피팅을 통해 연장되어 타측 외부로 연장되며, 이어서 종래의 터미날 커넥터를 사용하여 AC 전력용 연결부를 형성하도록 재구성된다. 에폭시 피팅은 인장력 유지용 턴버클에 연결된 알루미늄 스펠터 소켓에 주입된다. 일측에서, 로드셀(5000kg 용량)은 턴버클에 연결되며, 턴버클은 양단부에서 견인 아이에 부착된다. 아이는, 시스템이 인장력을 받을 때 시스템의 단부 변형을 최소화시키기에 충분히 큰 대형 콘크리트 필라에 연결된다. 시험을 위해서, 인장력이 컨덕터 정격 파단 강도의 20%로 상승된다. 따라서, 2082kg(4590파운드)이 케이블에 인가된다. 온도는 컨덕터의 길이를 따라 3개의 지점[견인 아이로부터 견인 아이까지의 총 스팬 간격의 1/4 지점, 1/2 지점 및 3/4 지점]에서 9개의 서모커플[각각의 지점마다 3개씩 사용되며, 미국 코네티컷주 스탬포드에 소재한 오메가 코포레이션(Omega Corporation)으로부터 입수 가능한 J형임]을 사용하여 측정된다. 각각의 지점에서는, 3개의 서모커플이 컨덕터 내에서 3개의 서로 다른 반경 방향 위치에, 즉 외부 알루미늄 연선들 사이에, 내부 알루미늄 연선들 사이에, 그리고 외부 코어 와이어에 인접하게(즉, 접하여) 위치된다. 처짐량은 견인 와이어 포텐쇼미터[미국 캘리포니아주 팜데일에 소재한 스페이스에이지 콘트롤 인코포레이티드(SpaceAge Control Inc.)로부터 입수 가능함]를 사용하여 컨덕터의 길이를 따라 3개의 지점(스팬 간격의 1/4 지점, 1/2 지점 및 3/4 지점)에서 측정된다. 견인 와이어 포텐쇼미터는 3개 지점의 수직 운동을 측정하도록 위치된다. 온도를 소망하는 값으로 상승시키도록 AC 전류가 컨덕터에 인가된다. 컨덕터의 온도는 실온[약 20℃(68℉)]으로부터 60 내지 120℃/분(140 내지 248℉/분)의 비율로 약 240℃(464℉)까지 상승된다. 모든 서모커플의 최고 온도는 대조 기준(control)으로서 사용된다. 240℃(464℉)의 온도를 형성시키는 데 약 1200암페어의 전류가 소요된다.Example Cables are also measured using Kinecttrics, Inc., Toronto, Ontario, Canada, using the following "Sag Test Method I". Conductors of certain lengths are finished with conventional epoxy fittings, allowing the layers to maintain the same relative position as in the manufactured state. At this time, the aluminum / zirconium wire extends through the epoxy fitting and outward to the other side, and is then reconfigured to form a connection for AC power using conventional terminal connectors. Epoxy fittings are injected into aluminum spell sockets connected to the tension-bearing turnbuckles. On one side, the load cell (5000kg capacity) is connected to the turnbuckle, which is attached to the traction eye at both ends. The eye is connected to a large concrete pillar that is large enough to minimize the end deformation of the system when the system is under tension. For the test, the tensile force is raised to 20% of the conductor's rated breaking strength. Thus, 2082 kg (4590 lbs) is applied to the cable. Temperature is used at three points along the length of the conductor (one quarter, one half, and three quarters of the total span spacing from the towing eye to the towing eye) and nine thermocouples (three at each point). And J type available from Omega Corporation, Stamford, Connecticut. At each point, three thermocouples are positioned in three different radial positions within the conductor, i.e. between the outer aluminum strands, between the inner aluminum strands, and adjacent (i.e., adjacent to) the outer core wire. do. The amount of deflection is three points along the length of the conductor (1/4 of span spacing, using a traction wire potentiometer (available from SpaceAge Control Inc., Palmdale, CA)). 1/2 point and 3/4 point). The traction wire potentiometer is positioned to measure the vertical motion of three points. AC current is applied to the conductor to raise the temperature to the desired value. The temperature of the conductor is raised from room temperature (about 20 ° C. (68 ° F.)) to about 240 ° C. (464 ° F.) at a rate of 60 to 120 ° C./minute (140 to 248 ° F.). The highest temperature of all thermocouples is used as a control. It takes about 1200 amps of current to form a temperature of 240 ° C. (464 ° F.).

컨덕터의 처짐량(Sagtotal)은 다음 식을 이용하여 여러 온도에서 산출된다.Sag total of the conductor is calculated at various temperatures using the following equation.

Figure 112006092952355-pct00005
Figure 112006092952355-pct00005

여기서,here,

Sag1 /2은 컨덕터의 스팬 간격의 1/2 지점에서 측정된 처짐량이고,And Sag 1/2 is the deflection measured at the half-point of the span interval of the conductor,

Sag1 /4은 컨덕터의 스팬 간격의 1/4 지점에서 측정된 처짐량이며,Sag 1/4 is the deflection measured at a quarter of the span interval of the conductor,

Sag3 /4은 컨덕터의 스팬 간격의 3/4 지점에서 측정된 처짐량이다.Sag 3/4 is the deflection measured at the 3/4 point of the span interval of the conductor.

하기의 표3은 정해진 입력 시험 파라미터를 요약한 표이다.Table 3 below summarizes the defined input test parameters.

[표3][Table 3]

파라미터parameter value 총 스팬 길이Total span length 68.6m(225피트)68.6 m (225 ft) 유효 스팬 길이[m(피트)]Effective span length [m (feet)] 65.5m(215피트)65.5 m (215 ft) 노스 고정점(north fixed point)의 높이The height of the north fixed point 2.36m(93.06인치)2.36 m (93.06 in) 사우스 고정점(south fixed point)의 높이Height of south fixed point 2.47m(97.25인치)2.47 m (97.25 in) 컨덕터 중량Conductor weight 1.083kg/m(0.726파운드/피트)1.083 kg / m (0.726 lbs / ft) 초기 인장력(20% RTS에서)Initial Tensile Force (at 20% RTS) 2082kg(4590파운드)2082 kg (4590 lbs) 로드셀 용량Load cell capacity 5000kg(1100파운드) 로드셀5000 kg (1100 lb) load cell

측정된 처침량 및 온도 데이터(예시 예에 대한 "결과 데이터")가 그래프로 도시되며, 산출 곡선은, 미국 사우스 캐롤라이나주 그린빌에 소재한 알코아 후지쿠라 리미티드(Alcoa Fujikura Ltd.)로부터 "새그10(SAG10)"(버젼 3.0, 업데이트 3.9.7)이라는 상표명으로 시판되고 있는 소프트웨어 프로그램의 알코아 새그10 그래픽 기법을 활용하여 피팅된다. 응력 파라미터는 "고유 알루미늄 응력(built-in aluminum stress)"으로 불리우는 "새그10"의 피팅 파라미터로서, 예측 그래프의 변곡점 위치와 고온의 변곡점 후방 영역에서의 처짐량을 조절할 수 있는 피팅 파라미터이다. 이러한 응력 파라미터 이론에 대한 설명이 알코아 새그10 사용자 매뉴얼(버젼 2.0)의 ACSR의 알루미늄에서 압축 응력의 이론(Theory of Compressive Stress in Aluminum of ACSR)이라는 문헌에 개시되어 있다. 하기의 표4 내지 표7에 기재된 675 킬로밀(kcmil) 케이블에 대한 컨덕터 파라미터가 새그10 소프트웨어에 입력된다. 최적 피팅은, (i) 응력 파라미터의 값을 변화시켜 산출 곡선을 "결과 데이터"에 대응시켜서 산출 곡선과 측정 곡선이 고온(140 내지 240℃)에서 대응되도록 하고, (ⅱ) "결과 데이터" 곡선의 변곡점이 산출 곡선에 근접하게 대응되도록 하며, (ⅲ) 초기 "결과 데이터" 처침량[즉, 22℃(72℉)에서 2082kg의 초기 인장력에 의해 형성되는 27.7cm(10.9인치)의 처짐량]에 초기 산출 처짐량이 대응되도록 함으로써 행해진다. 이러한 예에 대해서, "결과 데이터"와의 최적 피팅은 3.5MPa(500psi)의 응력 파라미터 값으로 달성된다. 도8은 새그10에 의해 산출된 처짐량[선(82)]과 측정 처짐량[도시된 데이터(83)]을 도시하고 있다.The measured droop and temperature data (“result data” for the example) are shown graphically, and the resulting curve is shown as “SAG10” from Alcoa Fujikura Ltd., Greenville, SC, USA. The software is fitted using Alcoa Sag 10 graphics technology from a commercially available software program under the trade name "version 3.0, update 3.9.7". The stress parameter is a fitting parameter of "sag 10" called "built-in aluminum stress" and is a fitting parameter that can adjust the deflection point position in the prediction graph and the amount of deflection in the region behind the high temperature inflection point. A description of this stress parameter theory is described in the literature Theory of Compressive Stress in Aluminum of ACSR in the Alcoa Sag 10 User Manual (version 2.0). The conductor parameters for the 675 kilomil cables described in Tables 4-7 below are entered into Sag 10 software. Optimal fitting involves (i) changing the value of the stress parameter so that the output curve corresponds to the "result data" so that the output curve and the measurement curve correspond at high temperatures (140 to 240 ° C), and (ii) the "result data" curve The inflection point of the curve corresponds closely to the output curve, and (i) to the initial "result data" deflection (ie This is done by making the initial calculated deflection amount correspond. For this example, the best fit with the "result data" is achieved with a stress parameter value of 3.5 MPa (500 psi). Fig. 8 shows the amount of deflection (line 82) calculated by sag 10 and the amount of measurement deflection (data 83 shown).

하기의 컨덕터 데이터가 "새그10" 소프트웨어에 입력된다.The following conductor data is entered into the "sag 10" software.

[표4]Table 4

새그10의 컨덕터 파라미터Sag 10's Conductor Parameters

면적 381.6㎟(0.5915제곱인치)Area 381.6 mm2 (0.5915 square inches)

직경 2.3cm(0.902인치)2.3 cm (0.902 in)

중량 1.083kg/m(0.726파운드/피트)Weight 1.083 kg / m (0.726 lb / ft)

RTS 10160kg(22400파운드)RTS 10160 kg (22400 lbs)

[표5][Table 5]

라인 로딩 조건Line loading condition

스팬 길이 65.5m(215피트)Span length 65.5 m (215 ft)

초기 인장력[22℃(72℉)에서] 2082kg(4590파운드)Initial tensile force [at 22 ° C (72 ° F)] 2082 kg (4590 lbs)

[표6][Table 6]

압축 응력 산출을 위한 선택 사항 Options for Compressive Stress Calculation

고유 알루미늄 응력 3.5MPa(500psi)Intrinsic Aluminum Stress 3.5 MPa (500 psi)

알루미늄 면적(총 면적에 대한 비율) 0.8975Aluminum area (ratio of total area) 0.8975

알루미늄 층의 수 2Number of aluminum layers 2

알루미늄 연선의 수 20Number of stranded aluminum 20

코어 연선의 수 7Number of stranded cores 7

연선 레이(lay) 비율Stranded wire lay ratio

외층 11   Outer layer 11

내층 13   Inner layer 13

새그10에 대한 응력 변형 파라미터 TREF = 22℃(71℉)Stress Strain Parameters for Sag 10 TREF = 22 ° C (71 ° F)

소프트웨어 실행의 입력 파라미터(하기의 표7 참조)Input parameters for software run (see table 7 below)

[표7][Table 7]

초기 알루미늄Early aluminum A0A0 A1A1 A2A2 A3A3 A4A4 AFAF 17.717.7 56350.556350.5 -10910.9-10910.9 -155423-155423 173179.9173179.9 79173.179173.1 최종 알루미늄(10년 크리프)Final Aluminum (10 Year Creep) B0B0 B1B1 B2B2 B3B3 B4B4 α(A1)α (A1) 00 27095.127095.1 -3521.1-3521.1 141800.8141800.8 -304875.5-304875.5 0.001280.00128 초기 코어Initial core C0C0 C1C1 C2C2 C3C3 C4C4 CFCF -95.9-95.9 38999.838999.8 -40433.3-40433.3 87924.587924.5 -62612.9-62612.9 33746.733746.7 최종 코어(10년 크리프)Final Core (10 Year Creep) D0D0 D1D1 D2D2 D3D3 D4D4 α(코어)α (core) -95.9-95.9 38999.838999.8 -40433.3-40433.3 87924.587924.5 -62612.9-62612.9 0.0003530.000353

응력 변형 곡선 다항식의 정의Definition of stress strain polynomial

초기 5개의 수 A0 내지 A4는 초기 알루미늄 곡선과 면적 비율의 곱을 나타내는 4차 다항식의 계수이다.The initial five numbers A0 to A4 are coefficients of the fourth order polynomial representing the product of the initial aluminum curve and the area ratio.

Figure 112006092952355-pct00006
Figure 112006092952355-pct00006

AF는 알루미늄의 최종 탄성률이다.AF is the final modulus of aluminum.

Figure 112006092952355-pct00007
Figure 112006092952355-pct00007

여기서, ε은 % 단위의 컨덕터 신장율이며, σ는 psi 단위의 응력이다.Where ε is the conductor elongation in% and sigma is the stress in psi.

B0 내지 B4는 알루미늄의 최종 10년 크리프(10 year creep) 곡선과 면적 비율과의 곱을 나타내는 4차 다항식의 계수이다.B0 through B4 are coefficients of the fourth order polynomial representing the product of the final 10 year creep curve of aluminum and the area ratio.

Figure 112006092952355-pct00008
Figure 112006092952355-pct00008

Cα(A1)은 알루미늄의 열팽창 계수이다.Cα (A1) is the coefficient of thermal expansion of aluminum.

C0 내지 C4는 복합 코어만에 대한 면적 비율과 초기 곡선과의 곱을 나타내는 4차 다항식의 계수이다.C0 to C4 are coefficients of the fourth order polynomial representing the product of the area ratio and the initial curve for the composite core only.

CF는 복합 코어의 최종 탄성률이다.CF is the final modulus of the composite core.

D0 내지 D4는 복합 코어의 최종 10년 크리프 곡선과 면적 비율과의 곱을 나타내는 4차 다항식의 계수이다.D0 to D4 are coefficients of the fourth order polynomial representing the product of the final 10-year creep curve and the area ratio of the composite core.

α(코어)는 복합 코어의 열팽창 계수이다.α (core) is the coefficient of thermal expansion of the composite core.

가공 예(prophetic example)1Prophetic example1

하기와 같이 연선 공정을 변경하여 케이블이 예시 예1에 기재된 바와 같이 제조된다. 도7을 보면, 제2 캡스턴(86A)이 송급 릴(81)과 캐리지(82) 사이에 추가로 배치된다. 약 -3.5MPa(-500psi)의 응력 파라미터를 갖는 케이블을 제조하기 위해서, 제2 캡스턴(86A)과 캐리지(82) 사이의 인장력은 캡스턴의 인장력 조절 기구를 사용하여 240kg(530파운드)으로 설정된다.The cable is manufactured as described in Example 1 by changing the twisted pair process as follows. Referring to Fig. 7, a second capstan 86A is further disposed between the supply reel 81 and the carriage 82. In order to make a cable with a stress parameter of about -3.5 MPa (-500 psi), the tension between the second capstan 86A and the carriage 82 is set to 240 kg (530 lb) using the capstan's tension adjustment mechanism. .

케이블은 종래의 테이핑 장치[미국 뉴저지주 패터슨에 소재한 왓슨 머신 인터내셔널(Watson Machine International)의 300 콘센트릭 테이핑 헤드 모델(model 300 Concentric Taping Head)]를 사용하여 접착 테이프로 감싸진다. 도7을 보면, 테이핑 장치(95)가 최종 밀폐 다이(85)와 캡스턴(86) 사이에 배치된다. 테이프 기재(backing)는 유리 섬유를 구비한 알루미늄 박막 테이프로서, 압력 감지 실리콘 접착제[미국 미네소타주 세인트폴에 소재한 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 "포일/글래스 클로스 테이프 363(Foil/Glass Cloth Tape 363)"이라는 상표명으로 시판 되고 있음]를 구비한다. 테이프(18)의 총 두께는 0.18mm(0.0072인치)이다. 테이프의 폭은 1.90cm(0.75인치)이다.The cable is wrapped with adhesive tape using a conventional taping device (model 300 Concentric Taping Head of Watson Machine International, Paterson, NJ). Referring to Figure 7, a taping device 95 is disposed between the final hermetic die 85 and the capstan 86. The tape backing is an aluminum thin film tape with glass fibers, a pressure sensitive silicone adhesive [Foil / Glass Cloth Tape 363 from 3M Company, St. Paul, Minn., USA. Marketed under the trade name "." The total thickness of the tape 18 is 0.18 mm (0.0072 inches). The tape is 1.90 cm (0.75 in) wide.

가공 예2Machining Example 2

하기와 같이 연선 공정을 변경하여 케이블이 가공 예1에 기재된 바와 같이 제조된다. 약 -34MPa(-5000psi)의 응력 파라미터를 갖는 케이블을 제조하기 위해서, 제2 캡스턴(86A)과 캐리지(82) 사이의 인장력은 캡스턴의 인장력 조절 기구를 사용하여 1202kg(2650파운드)으로 설정된다.The cable is manufactured as described in Example 1 by changing the twisted pair process as follows. In order to produce a cable with a stress parameter of about -34 MPa (-5000 psi), the tensile force between the second capstan 86A and the carriage 82 is set to 1202 kg (2650 pounds) using the capstan's tensile force adjustment mechanism.

가공 예3Machining Example 3

하기와 같이 연선 공정을 변경하여 케이블이 예시 예1에 기재된 바와 같이 제조된다. 코어는 강재 스풀 상에 구비되며, 코어 온도가 연선 장치 주위의 주위 공기 온도보다 44℃만큼 높게 형성되도록 8시간 동안 오븐에 위치된다(예를 들어, 주위 온도가 24℃라면, 코어의 온도는 오븐에서 68℃로 형성됨). 이어서, 스풀이 분리되어 연선 장치(80)의 송급 스풀(81)(모든 기능 부재들이 도시되어 있는 도7 참조) 상에 위치됨으로써, 연선 작업의 시작시에 코어가 여전히 고온으로 유지되도록 한다(스풀이 대형이기 때문에, 코어의 온도가 급속하게 저하되지는 않지만, 연선 작업은 스풀이 노로부터 분리된 후 약 2시간 내에 행해져야 함). 또한, 케이블의 외층을 형성하는 송급 스풀 상의 와이어는 주위 온도(예컨대 24℃)로 유지되어야 한다. 이러한 공정에 의해서, -3.5MPa(-500psi)의 응력 파라미터를 갖는 케이블이 제공된다.The cable is manufactured as described in Example 1 by changing the twisted pair process as follows. The core is provided on the steel spool and placed in the oven for 8 hours so that the core temperature is formed as high as 44 ° C. above the ambient air temperature around the stranded apparatus (eg, if the ambient temperature is 24 ° C., the temperature of the core is oven Formed at 68 ° C.). The spool is then separated and placed on the supply spool 81 (see FIG. 7 where all functional members are shown) of the twisted pair apparatus 80, so that the core still remains hot at the beginning of the twisted pair operation (spool Because of this large size, the temperature of the core does not drop rapidly, but stranded work must be done within about 2 hours after the spool is removed from the furnace). In addition, the wire on the supply spool forming the outer layer of the cable should be maintained at ambient temperature (eg 24 ° C.). This process provides a cable with a stress parameter of -3.5 MPa (-500 psi).

가공 예4Machining Example 4

하기와 같이 연선 공정을 변경하여 케이블이 가공 예 3에 기재된 바와 같이 제조된다. 연선 작업의 시작시에 코어의 온도는 주위 공기 온도보다 131℃만큼 높다. 따라서, 주위 온도가 24℃라면, 코어 온도는 155℃가 된다. 이러한 공정에 의해서, -17MPa(-2500psi)의 응력 파라미터를 갖는 케이블이 제공된다.The cable is manufactured as described in Working Example 3 by changing the twisted pair process as follows. At the start of the stranding operation, the temperature of the core is 131 ° C above the ambient air temperature. Therefore, if ambient temperature is 24 degreeC, core temperature will be 155 degreeC. This process provides a cable with a stress parameter of -17 MPa (-2500 psi).

가공 예5Machining Example 5

하기와 같이 연선 공정을 변경하여 케이블이 가공 예 3에 기재된 바와 같이 제조된다. 연선 작업의 시작시에 코어의 온도는 주위 공기 온도보다 239℃만큼 높다. 따라서, 주위 온도가 24℃라면, 코어 온도는 263℃가 된다. 이러한 공정에 의해서, -34MPa(-5000psi)의 응력 파라미터를 갖는 케이블이 제공된다.The cable is manufactured as described in Working Example 3 by changing the twisted pair process as follows. At the beginning of stranded operation, the temperature of the core is 239 ° C. above the ambient air temperature. Therefore, if ambient temperature is 24 degreeC, core temperature will be 263 degreeC. This process provides a cable with a stress parameter of -34 MPa (-5000 psi).

가공 예1 내지 가공 예5에 대한 For machining example 1 to example 5 처침량의Droopy 계산과 예시 예와의 비교 Calculation vs. Example

예시 예에 기재된 알코아 새그10 그래픽 기법이 가공 예1과 2에 기재된 케이블의 온도 대 처짐량 거동을 예측하는 데 활용된다. 처짐량 곡선은 새그10 모델과 예시 예의 기법을 이용하여 산출된다. 표8 내지 표11에 기재된 컨덕터 파라미터가 새그10 소프트웨어에 입력된다. 압축 응력 파라미터의 값은 -3.5MPa(-500psi)과 -34MPa(-5000psi)이다. 도9는 예시 예와 가공 예1, 2, 3 및 5의 온도 대 처짐량 곡선을 도시하고 있다. 예시 예의 측정 데이터는 데이터(93)로 도시되어 있으며, 예시 예의 산출 곡선은 선(98)으로 도시되어 있다. -3.5MPa(-500psi)의 응력 파라미터를 사용하는 가공 예1과 3에 대한 산출 곡선이 선(94)으로 도시되어 있다. -34MPa(-5000psi)의 응력 파라미터를 사용하는 가공 예 2와 5에 대한 산출 곡선이 선(96)으로 도시되어 있다. The Alcoa Sag 10 graphic technique described in the illustrative example is utilized to predict the temperature versus deflection behavior of the cables described in Processing Examples 1 and 2. The deflection curve is calculated using the Sag 10 model and the example technique. The conductor parameters described in Tables 8-11 are entered into Sag 10 software. The values of the compressive stress parameters are -3.5 MPa (-500 psi) and -34 MPa (-5000 psi). Figure 9 shows the temperature versus deflection curves of the illustrative examples and machining examples 1, 2, 3 and 5. The measurement data of the illustrative example is shown by data 93, and the calculation curve of the illustrative example is shown by line 98. The calculation curves for Machining Examples 1 and 3 using a stress parameter of −3.5 MPa (−500 psi) are shown by line 94. The calculation curves for Machining Examples 2 and 5 using a stress parameter of −34 MPa (−5000 psi) are shown by line 96.

하기의 컨덕터 데이터가 "새그10" 소프트웨어에 입력된다.The following conductor data is entered into the "sag 10" software.

[표8][Table 8]

새그10의 컨덕터 파라미터Sag 10's Conductor Parameters

면적 381.6㎟(0.5915제곱인치)Area 381.6 mm2 (0.5915 square inches)

직경 2.3cm(0.902인치)2.3 cm (0.902 in)

중량 1.083kg/m(0.726파운드/피트)Weight 1.083 kg / m (0.726 lb / ft)

RTS 10160kg(22400파운드)RTS 10160 kg (22400 lbs)

[표9]Table 9

라인 로딩 조건Line loading condition

스팬 길이 65.5m(215피트)Span length 65.5 m (215 ft)

초기 인장력[22℃(72℉)에서] 2082kg(4590파운드)Initial tensile force [at 22 ° C (72 ° F)] 2082 kg (4590 lbs)

[표10]Table 10

압축 응력 산출을 위한 선택 사항 Options for Compressive Stress Calculation

고유 알루미늄 응력 +500(측정 데이터에 피팅)Inherent aluminum stress +500 (fit to measurement data)

-500(가공 예1)-500 (processing example 1)

-5000(가공 예2)-5000 (Example 2)

알루미늄 면적(총 면적에 대한 비율) 0.8975Aluminum area (ratio of total area) 0.8975

알루미늄 층의 수: 2Number of aluminum layers: 2

알루미늄 연선의 수 20Number of stranded aluminum 20

코어 연선의 수 7Number of stranded cores 7

연선 레이(lay) 비율Stranded wire lay ratio

외층 11   Outer layer 11

내층 13   Inner layer 13

새그10에 대한 응력 변형 파라미터 TREF = 22℃(71℉)Stress Strain Parameters for Sag 10 TREF = 22 ° C (71 ° F)

소프트웨어 실행의 입력 파라미터(하기의 표11 참조)Input parameters of the software run (see Table 11 below)

[표11]Table 11

초기 알루미늄Early aluminum A0A0 A1A1 A2A2 A3A3 A4A4 AFAF 17.717.7 56350.556350.5 -10910.9-10910.9 -155423-155423 173179.9173179.9 79173.179173.1 최종 알루미늄(10년 크리프)Final Aluminum (10 Year Creep) B0B0 B1B1 B2B2 B3B3 B4B4 α(A1)α (A1) 00 27095.127095.1 -3521.1-3521.1 141800.8141800.8 -304875.5-304875.5 0.001280.00128 초기 코어Initial core C0C0 C1C1 C2C2 C3C3 C4C4 CFCF -95.9-95.9 38999.838999.8 -40433.3-40433.3 87924.587924.5 -62612.9-62612.9 33746.733746.7 최종 코어(10년 크리프)Final Core (10 Year Creep) D0D0 D1D1 D2D2 D3D3 D4D4 α(코어)α (core) -95.9-95.9 38999.838999.8 -40433.3-40433.3 87924.587924.5 -62612.9-62612.9 0.0003530.000353

비교 예1Comparative Example 1

강재 강화 케이블["강재 강화 ACSR 케이블(3/0 ACSR 6/1 PIGEON)"]의 70m(230피트) 샘플을 미국 일리노이주 노스 시카고의 넘버 원 케이블 플레이스에 소재한 킹 와이어 인코포레이티드(King Wire Inc.)로부터 입수하였다. 이러한 샘플의 사양이 하기의 표12에 기재되어 있다.Samples of 70m (230ft) of Steel Reinforced Cable ["3/0 ACSR 6/1 PIGEON" "were taken from King Wire, Inc., at Number One Cable Place, North Chicago, Illinois, USA. Inc.). The specifications of these samples are listed in Table 12 below.

[표12]Table 12

코드명Codename 3/0 ACSR 6/1 PIGEON BARE AL3/0 ACSR 6/1 PIGEON BARE AL 크기(AWG)Size (AWG) 3/03/0 연선 ACSR(Al/Stl)Twisted pair ACSR (Al / Stl) 6/16/1 알루미늄 와이어 직경Aluminum wire diameter 4.2mm(0.1672인치)4.2 mm (0.1672 in) 개별 강재 와이어 직경Individual steel wire diameter 4.2mm(0.1672인치)4.2 mm (0.1672 in) 완성된 케이블 외경(OD)Completed cable outer diameter (OD) 12.8mm(0.502인치)12.8 mm (0.502 in) 면적area 알루미늄 면적Aluminum area 85㎟(0.1317제곱인치)85 mm2 (0.1317 square inches) 강재 면적Steel area 14.2㎟(0.0220제곱인치)14.2 mm2 (0.0220 square inches) 총 면적Total area 99.2㎟(0.1537제곱인치)99.2 mm2 (0.1537 square inches) 중량weight 0.353kg/m(0.237파운드/피트)0.353 kg / m (0.237 lb / ft) 파단 강도Breaking strength 3003kg(6620파운드)3003 kg (6620 lbs)

예1Example 1

비교 예1의 45.7cm(18인치) 길이의 케이블이 음의 알루미늄 예비 응력을 얻기 위해 하기의 방식대로 형성된다. 알루미늄 와이어는 양측에서 7.6cm(3인치)만큼 제거되어, 중앙 코어 와이어가 노출된다. 1cm당 13개의 나선(thread)(1인치당 32개의 나선)을 구비한 #10 다이를 사용하여, 중앙 코어 와이어의 단부들의 약 2.5cm(1인치)만큼에 나사가 형성된다. 샘플의 알루미늄 와이어와 나사 영역 사이의 간극을 채울 수 있도록 스페이서가 추가로 배치된다. 1cm당 13개의 나선(1인치당 32개의 나선)을 구비한 #10 결합 너트가 나사 강재 코어 와이어에 체결되어 스페이서에 안착된다. 미국 미네소타주 세인트폴에 소재한 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 "스카치 898(SCOTCH 898)"이라는 상표명으로 시판되고 있는 2.5cm(1인치)폭의 섬유 강화 포장 테이프를 사용하여, 샘플이 수작업으로 단단하게 감싸진다. 테이프는 그의 폭의 약 1/4만큼 중첩된다. 하나의 결합 너트는 바이스에 고정되어 유지되어 있고, 다른 하나의 너트는 토크 렌치를 사용하여 0.29kgf-m(25인치-파운드)의 토크로 체결된다. 강재의 인장 완료시에, 테이프로 감싸진 케이블의 직경이 13.7mm(0.54인치)로 측정되었다. 알루미늄 와이어는 중앙 코어 와 이어 둘레로 단단하게 감싸져서 유지된다. 알루미늄 와이어가 이완되는 현상은 탐지되지 않았다. 알루미늄 와이어와 중앙 코어 와이어 사이에 간극이 형성되지 않는다. 알루미늄 와이어는 중앙 코어 와이어로부터 벌어지거나 팽창되지 않는다. The 45.7 cm (18 inch) long cable of Comparative Example 1 was formed in the following manner to obtain negative aluminum prestress. The aluminum wire is removed by 3 inches (7.6 cm) on both sides, exposing the center core wire. Using a # 10 die with 13 threads per cm (32 spirals per inch), a screw is formed about 2.5 cm (1 inch) of the ends of the central core wire. Spacers are further arranged to fill the gap between the aluminum wire and the screw area of the sample. A # 10 coupling nut with 13 spirals per cm (32 spirals per inch) is fastened to the threaded steel core wire and seated in the spacer. Samples are made by hand using a 2.5 cm (1 inch) wide, fiber-reinforced packaging tape sold under the trade name "SCOTCH 898" by 3M Company, St. Paul, Minn. Wrapped. The tape overlaps about one quarter of its width. One coupling nut is held fixed to the vise and the other nut is tightened with a torque of 0.29 kgf-m (25 inch-pounds) using a torque wrench. Upon completion of the tensioning of the steel, the diameter of the cable wrapped with tape was measured to be 13.7 mm (0.54 inch). The aluminum wire is held tightly wrapped around the central core wire. The relaxation of the aluminum wire was not detected. There is no gap formed between the aluminum wire and the central core wire. The aluminum wire does not spread or expand from the central core wire.

알루미늄에 형성된 압축 응력을 산출하기 위해서, 강재 코어 와이어의 응력이 크론 소켓 스크류 셀렉터(Krone Socket Screw Selector)[미국 코네티컷주 웨스트 하트포드에 소재한 홀로-크롬 컴퍼니(Holo-Krome Company)로부터 입수 가능함]의 데이터를 이용하여 토오크 값으로부터 산출된다. #10 스크류에 대해서, 1.4kgf-m(120인치-파운드)의 토크는 나사 강재 와이어에 1270kg(2800파운드)의 인장 하중을 생성시킨다. 0.29kgf-m(25인치-파운드)로 체결시킴으로써 강재 코어 와이어에 생성되는 인장 하중은 264kg(583파운드: 25/120×2800파운드)로 산출된다. 강재의 인장 하중은 알루미늄의 대응 압축 하중과 동일하되 반대 부호를 갖는 것으로 간주된다. 따라서, 알루미늄의 압축 하중은 -264kg(-583파운드)으로 산출된다. 이로부터, 알루미늄의 압축 응력은 -30.5MPa(-4425psi: 583파운드/1317제곱인치)로 산출된다.To calculate the compressive stresses formed in aluminum, the stresses of the steel core wires were determined by the Krone Socket Screw Selector (available from the Holo-Krome Company, West Hartford, Connecticut). It is calculated from the torque value using the data. For # 10 screws, 1.4 kgf-m (120 in-lb) of torque creates a tension load of 1270 kg (2800 lb) on the threaded steel wire. The tensile load produced on the steel core wire by fastening at 0.29 kgf-m (25 inch-pounds) is calculated at 264 kg (583 lbs: 25/120 x 2800 lbs). The tensile load of the steel is considered to be the same as the corresponding compressive load of aluminum but with the opposite sign. Therefore, the compressive load of aluminum is calculated to be -264 kg (-583 lb). From this, the compressive stress of aluminum is calculated to be -30.5 MPa (-4425 psi: 583 lbs / 1317 square inches).

비교 예1과 예1에 대한 For Comparative Example 1 and Example 1 처짐량의Deflection 산출 Calculation

표13 내지 표15를 보면, 예1에 기재된 케이블의 산출된 온도 대 처짐량 특성과 비교 예1에 기재된 케이블의 산출된 온도 대 처짐량 특성이 비교되어 있다. 이전에 예시 예1에 기재된 알코아 새그10 소프트웨어 모델이 17.2MPa(2500psi)의 양의 응력 파라미터를 사용하여 비교 예1의 케이블의 온도 대 처짐량 거동을 결정하는 데 활용된다. 이와 유사하게, -30.5MPa(-4425psi)의 알루미늄 예비 응력을 갖는 예1의 일정 길이의 케이블의 온도 대 처짐량 거동을 결정하는 데 알코아 새그10 소프트웨어 모델이 활용된다. 예1과 동일한 65.5m(215피트)의 스팬 길이 파라미터를 사용하여 온도 대 처짐량 곡선이 생성된다. 이러한 모델 케이블의 초기 인장력은 파단 강도의 20%이다. 도10의 선(101)은 비교 예의 케이블에 대한 +17.2MPa(+2500psi)의 값에 대해 산출된 곡선이다. 도10의 선(103)은 예1의 케이블에 대한 -30.5MPa(-4425psi)의 값에 대해 산출된 곡선이다. In Tables 13 to 15, the calculated temperature vs. sag characteristics of the cable of Example 1 are compared with the calculated temperature vs. sag characteristics of the cable of Example 1. The Alcoa Sag 10 software model previously described in Example 1 is utilized to determine the temperature versus deflection behavior of the cable of Comparative Example 1 using a positive stress parameter of 17.2 MPa (2500 psi). Similarly, the Alcoa Sag 10 software model is used to determine the temperature versus deflection behavior of a cable of length 1 of Example 1 with an aluminum prestress of -30.5 MPa (-4425 psi). A temperature versus deflection curve is generated using the same span length parameter of 65.5 m (215 ft) as in Example 1. The initial tensile force of this model cable is 20% of the breaking strength. Line 101 in Fig. 10 is a curve calculated for the value of +17.2 MPa (+2500 psi) for the cable of the comparative example. Line 103 in FIG. 10 is a curve calculated for the value of -30.5 MPa (-4425 psi) for the cable of Example 1. FIG.

하기의 컨덕터 데이터가 "새그10" 소프트웨어에 입력된다.The following conductor data is entered into the "sag 10" software.

[표13]Table 13

새그10의 컨덕터 파라미터Sag 10's Conductor Parameters

코드명 PigeonCodename Pigeon

면적 99.3㎟(0.1537제곱인치)Area 99.3 mm2 (0.1537 square inches)

직경 12.8cm(0.502인치)12.8 cm (0.502 in)

중량 0.353kg/m(0.231파운드/피트)Weight 0.353 kg / m (0.231 lb / ft)

RTS 3003kg(6620파운드)RTS 3003 kg (6620 lbs)

응력 변형 차트 1-938Stress Strain Charts 1-938

[표14]Table 14

라인 로딩 조건Line loading condition

스팬 길이 65.5m(215피트)Span length 65.5 m (215 ft)

초기 인장력[22℃(72℉)에서] 600kg(1324파운드)Initial pull force [at 22 ° C (72 ° F)] 600 kg (1324 lb)

[표15]Table 15

압축 응력 산출을 위한 선택 사항 Options for Compressive Stress Calculation

고유 알루미늄 응력 17.2MPa(2500psi)(예2)Intrinsic Aluminum Stress 17.2 MPa (2500 psi) (Example 2)

-30.5MPa(-4425psi)(예3)-30.5 MPa (-4425 psi) (Example 3)

알루미늄 면적(총 면적에 대한 비율) 0.857Aluminum area (ratio of total area) 0.857

알루미늄 층의 수 1Number of aluminum layers 1

알루미늄 연선의 수 6Number of stranded aluminum 6

코어 연선의 수 1Number of stranded cores 1

연선 레이(lay) 비율, 외층 13Stranded lay ratio, outer layer 13

본 기술 분야의 당업자라면 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고서 본 발명에 여러 가지 변형과 수정을 가할 수 있음을 명확하게 파악할 수 있으며, 본 발명은 이상에서 기술한 실시예들에 한정되지 않는다. Those skilled in the art can clearly understand that various changes and modifications can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiments described above.

Claims (32)

(a) 강재(steel); 또는(a) steel; or (b) 중합체, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 마그네슘을 포함하는 매트릭스 재료에 연속 섬유를 포함하는 매트릭스 복합재(b) matrix composites comprising continuous fibers in a matrix material comprising a polymer, aluminum, an aluminum alloy or magnesium 를 포함하는 열팽창 계수를 갖는 종방향 코어; 및A longitudinal core having a thermal expansion coefficient comprising; And 집합적으로 코어의 열팽창 계수보다 큰 열팽창 계수를 갖는 복수의 와이어A plurality of wires collectively having a coefficient of thermal expansion that is greater than the coefficient of thermal expansion of the core 를 포함하고,Including, 복수의 와이어는 알루미늄 와이어, 구리 와이어, 알루미늄 합금 와이어, 또는 구리 합금 와이어 중 적어도 하나를 포함하고, 복수의 와이어는 코어 둘레로 연선되는, 0㎫ 미만의 응력 파라미터를 갖는 케이블.A cable having a stress parameter of less than 0 MPa wherein the plurality of wires comprises at least one of an aluminum wire, a copper wire, an aluminum alloy wire, or a copper alloy wire, wherein the plurality of wires are stranded around the core. 제1항에 있어서, 코어는 (b)를 포함하고, 연속 섬유는 결정 세라믹을 포함하는 케이블.The cable of claim 1 wherein the core comprises (b) and the continuous fiber comprises crystalline ceramics. 제1항에 있어서, 상기 케이블의 응력 파라미터는 0 미만 내지 -50MPa 범위인 케이블.The cable of claim 1 wherein the stress parameter of the cable ranges from less than 0 to -50 MPa. 제1항에 있어서, 매트릭스 재료는 중합체를 포함하고, 연속 섬유는 아라미드, 세라믹, 붕소, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸), 흑연, 탄소, 티타늄, 텅스텐 및 형상 기억 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 케이블.The method of claim 1 wherein the matrix material comprises a polymer and the continuous fiber is aramid, ceramic, boron, poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole), graphite, carbon, titanium, tungsten and shape memory A cable comprising any one selected from the group consisting of alloys. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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