TWI609383B - 具有複合核心之電子傳輸電纜及其製造方法 - Google Patents

Description

具有複合核心之電子傳輸電纜及其製造方法 [相關申請案之參照]

本申請案主張2011年4月12日申請之美國臨時申請案第61/474,423號之權利，且與2011年4月12日申請之美國臨時申請案第61/474,458號相關，該等案件之全文以引用方式併入本文中。

複合導線結構通常用作向用戶傳輸電之傳輸線或電纜。複合傳輸線構造之實例包括(例如)鋁導體鋼強化(ACSR)電纜、鋁導體鋼支撐(ACSS)電纜、鋁導體複合物強化(ACCR)電纜及鋁導體複合核心(ACCC)電纜。ACSR及ACSS電纜包括環繞鋼內核心之鋁外導電層。傳輸線或電纜經設計不僅有效地傳輸電，而且尤其當將傳輸線捆紮於塔上並在長距離內拉伸時堅固且耐熱。

此將有益於製造能夠達成應用所要求之期望強度、耐久性及溫度性能之具有複合核心之電纜，例如架空電力傳輸電纜。因此，本發明揭示內容係關於此等目的。

以簡要形式提供此概述以引入在下文詳細說明中進一步闡述之概念之選擇。此概述不欲識別所主張標的物之所需或基本特徵。此概述意欲用於限制所主張標的物之範疇。

本發明實施例可提供電纜，例如，用於架空傳輸電之電子傳輸電纜，其可含有電纜核心及環繞該電纜核心之導電元件。電纜核心可含有至少一個複合核心(複合核心亦可稱作複合絞合線或聚合物複合絞合線)。此等核心元件可 充當電子傳輸電纜之承載構件，且在一些實施例中，此等核心元件可不導電。

根據本發明之一實施例，揭示電纜之複合核心。通常，本文所揭示電纜及核心可在縱向方向上延伸。複合核心可包含至少一個棒，該棒包含連續纖維組份，連續纖維組份包含複數根固結熱塑性浸漬粗紗(該棒亦可稱作纖維核心)。該等粗紗可含有在縱向方向上定向之連續纖維及包埋纖維之熱塑性基質。該等纖維可具有大於約1,000兆帕/克/米(MPa/g/m)之極限抗拉強度與每單位長度質量之比率。連續纖維可佔該棒的約25 wt.%至約80 wt.%且熱塑性基質可佔該棒的約20 wt.%至約75 wt.%。覆蓋層可環繞該棒，且此覆蓋層可不含連續纖維。複合核心可具有約10兆帕(GPa)之最小撓曲模數。

根據本發明之另一實施例，揭示形成電子傳輸電纜之複合核心之方法。該方法可包含用熱塑性基質浸漬複數根粗紗及固結該等粗紗以形成條帶，其中該等粗紗可包含在縱向方向上定向之連續纖維。該等纖維可具有大於約1,000 MPa/g/m之極限抗拉強度與每單位長度質量之比率。連續纖維可佔該條帶的約25 wt.%至約80 wt.%，且熱塑性基質可佔該條帶的約20 wt.%至約75 wt.%。可將條帶加熱至熱塑性基質之軟化溫度(或熔融溫度)或更高之溫度並牽引經過至少一個成型模具以將條帶壓縮並定型成棒。可將覆蓋層施加至棒以形成複合核心。

根據本發明之又一實施例，揭示製造電纜之方法。此方 法可包含提供包含至少一個複合核心之電纜核心、及用複數個導電元件環繞該電纜核心。複合核心可包含至少一個包含複數根固結熱塑性浸漬粗紗之棒。該等粗紗可包含在縱向方向上定向之連續纖維及包埋纖維之熱塑性基質。該等纖維可具有大於約1,000 MPa/g/m之極限抗拉強度與每單位長度質量之比率。通常，該棒可包含約25 wt.%至約80 wt.%纖維及約20 wt.%至約75 wt.%熱塑性基質。覆蓋層可環繞該至少一個棒，且此覆蓋層通常可不含連續纖維。在此等及其他實施例中，複合核心可具有大於約10 GPa之撓曲模數。

上述概述及以下詳細說明提供實例且僅為說明性。因此，上述概述及以下詳細說明不應視為限制性。此外，可提供除彼等本文所闡述者以外之特徵或變化形式。舉例而言，某些態樣及實施例可係關於詳細說明中所述之各種特徵組合及子組合。

附圖圖解說明本發明之各態樣及實施例，該等附圖納入本揭示內容中並構成本揭示內容之一部分。

以下詳細說明參照附圖。盡可能在圖式及下述說明中使用相同或類似參考編號表示相同或類似元件或特徵。儘管可闡述本發明之態樣及實施例，但亦可進行修改、調適及其他實施方案。舉例而言，可對圖式中所圖解說明之元件作出替代、添加或修改，且可藉由對所揭示方法實施替代、重新排序或添加階段來修改本文所述方法。因此，以 下詳細說明及其例示性實施例不限制本發明之範疇。

本發明通常係關於電纜(例如高電壓架空傳輸線)，且係關於此等電纜中所包含之複合核心。在本發明之某些實施例中，電纜可包含電纜核心及複數個環繞該電纜核心之導電元件，該電纜核心包含至少一個複合核心(或複合絞合線)。

複合核心

複合核心可含有棒(或纖維核心)，該棒包含連續纖維組份且環繞有覆蓋層。該棒可包含複數根包埋於熱塑性聚合物基質內之單向配向之纖維粗紗。儘管不欲受理論限制，但申請者據信可藉由選擇性控制浸漬製程並且藉由在棒之成型及定型以及最終棒幾何形狀之校準期間控制賦予粗紗之壓縮程度來顯著改良熱塑性聚合物基質浸漬粗紗之程度。此充分浸漬棒可具有極小之空隙分率，從而可產生極佳強度性質。值得注意的是，棒中無需不同纖維類型即可達成期望強度性質。

本文所用術語「粗紗」通常係指一捆或一束個別纖維。粗紗中所含纖維可經扭轉或可經拉直，儘管在個別或不同粗紗中可使用不同纖維，但該等粗紗中之每一者可有益地含有單一纖維類型以最小化使用具有不同熱膨脹係數之材料之任何不利影響。粗紗中所用連續纖維相對於其質量可具有高程度抗拉強度。舉例而言，纖維之極限抗拉強度通常可在約1,000至約15,000兆帕(MPa)範圍內，在一些實施例中，約2,000 MPa至約10,000 MPa，且在一些實施例 中，約3,000 MPa至約6,000 MPa。即使纖維具有相對較輕重量(例如每單位長度質量為約0.1至約2克/米(g/m)，仍可達成該等抗拉強度。在一些實施例中，約0.4 g/m至約1.5 g/m，抗拉強度與每單位長度質量之比率因此可為約1,000兆帕/克/米(MPa/g/m)或更大，在一些實施例中，約4,000 MPa/g/m或更大，且在一些實施例中，約5,500 MPa/g/m至約20,000 MPa/g/m。該等高強度纖維可為(例如)金屬纖維、玻璃纖維(例如，E-玻璃、A-玻璃、C-玻璃、D-玻璃、AR-玻璃、R-玻璃、S1-玻璃、S2-玻璃等)、碳纖維(例如，非晶形碳、石墨碳或經金屬塗佈之碳等)、硼纖維、陶瓷纖維(例如，氧化鋁或二氧化矽)、芳族聚醯胺纖維(例如，由E.I.duPont de Nemours,Wilmington,Del.出售之Kevlar®)、合成有機纖維(例如，聚醯胺、聚乙烯、對伸苯基、對苯二甲醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯及聚苯硫醚)及各種其他已知用於強化熱塑性及/或熱固性組合物之天然或合成無機或有機纖維材料。碳纖維可尤其適於用作連續纖維，其通常具有在約5,000 MPa/g/m至約7,000 MPa/g/m範圍內之抗拉強度與每單位長度質量之比率。通常，連續纖維可具有約4至約35微米(μm)之標稱直徑，且在一些實施例中，約5 μm至約35 μm。每一粗紗中所含纖維數量可為恆定或可針對各粗紗有所不同。通常，粗紗可含有約1,000根纖維至約100,000根個別纖維，且在一些實施例中，約5,000根至約50,000根纖維。

可使用多種熱塑性聚合物中之任一者來形成包埋連續纖 維之熱塑性基質。適用於本發明之熱塑性聚合物可包括(例如)聚烯烴(例如，聚丙烯、丙烯-乙烯共聚物等)、聚酯(例如，聚對苯二甲酸丁二酯(PBT))、聚碳酸酯、聚醯胺(例如，Nylon^TM)、聚醚酮(例如，聚醚醚酮(PEEK))、聚醚醯亞胺、聚伸芳基酮(例如，聚苯二酮(PPDK))、液晶聚合物、聚芳硫醚(例如，聚苯硫醚(PPS)、聚(聯苯硫醚酮)、聚(苯硫醚二酮)、聚(聯苯硫醚)等)、氟聚合物(例如，聚四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚聚合物、全氟-烷氧基烷烴聚合物、四氟乙烯聚合物、乙烯-四氟乙烯聚合物等)、聚縮醛、聚胺基甲酸酯、聚碳酸酯、苯乙烯系聚合物(例如，丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS))及諸如此類、或其組合。

通常，熱塑性基質之性質可經選擇以達成複合核心之加工性與最終使用性能之期望組合。舉例而言，熱塑性基質之熔體黏度通常可足夠低以使聚合物可充分浸漬纖維並定型成棒組態。就此而言，熔體黏度通常可介於約25至約2,000帕斯卡-秒(Pa-s)之間，在一些實施例中，50 Pa-s至約500 Pa-s，且在一些實施例中，約60 Pa-s至約200 Pa-s，此係在針對熱塑性聚合物所用操作條件下(例如，約360℃)測定。同樣，由於該核心可能用於高溫下(例如，在高電壓傳輸電纜中)，故可使用具有相對較高熔融溫度之熱塑性聚合物。舉例而言，該等高溫聚合物之熔融溫度可在約200℃至約500℃範圍內，在一些實施例中，約225℃至約400℃，且在一些實施例中，約250℃至約350℃。

在本文所涵蓋具體實施例中，可將聚芳硫醚用於本發明 中作為具有期望熔體黏度之高溫基質。舉例而言，聚苯硫醚係半結晶樹脂，其通常包括由以下通式代表之重複單體單元：

在聚合物中，此等單體單元可佔重複單元的至少80莫耳%，且在一些實施例中，至少90莫耳%。然而，應瞭解，聚苯硫醚可含有額外重複單元，例如頒予Gotoh等人之美國專利第5,075,381號中所述，出於所有目的，該案之全文特此以引用方式併入本文中。當使用時，該等額外重複單元通常可佔聚合物的小於約20莫耳%。市售高熔體黏度聚苯硫醚可包括彼等以商標名FORTRON®自Ticona有限責任公司(Florence,Kentucky)購得者。該等聚合物可具有約285℃之熔融溫度(根據ISO 11357-1、2、3測定)及在310℃下約260 Pa-s至約320 Pa-s之熔體黏度。

根據本發明，通常可使用擠出器件以使熱塑性基質浸漬粗紗。此外，擠出器件可有助於將熱塑性聚合物施加至纖維之整個表面。浸漬粗紗亦可具有極低空隙分率，從而可提高所得棒強度。舉例而言，空隙分率可為約6%或更少，在一些實施例中，約4%或更少，在一些實施例中，約3%或更少，在一些實施例中，約2%或更少，在一些實施例中，約1%或更少，且在一些實施例中，約0.5%或更少。可使用熟習此項技術者熟知之技術來量測空隙分率。舉例而言，可使用「樹脂燒盡」測試來量測空隙分率，其 中將樣品置於烘箱中(例如，在600℃下保持3小時)以燒盡樹脂。然後可量測剩餘纖維之質量以計算重量及體積分率。可根據ASTM D 2584-08實施該「燒盡」測試以測定纖維及熱塑性基質之重量，然後可基於以下公式使用其來計算「空隙分率」：V _f =100 ^＊ (ρ _t -ρ _c )/ρ _t 其中，V _f 係空隙分率(以百分比表示)；ρ _c 係複合物之密度，如使用已知技術量測，例如使用液體或氣體比重計(例如，氦比重計)；ρ _t係複合物之理論密度，如藉由以下公式測定：ρ _t =1/[W _f /ρ _f +W _m /ρ _m ]ρ _m係熱塑性基質之密度(例如，在適當結晶度下)；ρ _f 係纖維之密度；W _f 係纖維之重量分率；且W _m 係熱塑性基質之重量分率。

另一選擇為，可根據ASTM D 3171-09藉由以化學方式溶解樹脂來測定空隙分率。「燒盡」及「溶解」方法可尤其適於玻璃纖維，其通常耐熔融及化學溶解。在其他情形下，然而，可根據ASTM D 2734-09(方法A)基於熱塑性聚合物、纖維及條帶(或帶)之密度間接計算空隙分率，其中可藉由ASTM D792-08方法A來測定密度。當然，亦可使用習用顯微鏡設備、或藉由使用電腦斷層(CT)掃描設備(例如Metrotom 1500(2k×2k)高解析檢測器)來估算空隙分率。

參照圖3，其顯示擠出器件之一實施例。更具體而言，該裝置可包括擠出機120，其含有安裝於桶122內部之螺桿軸124。可將加熱器130(例如，電阻加熱器)安裝於桶122外部。在使用期間，可將熱塑性聚合物原料127經由進料斗126供應至擠出機120。在桶122內部，可藉由螺桿軸124輸送熱塑性原料127並藉由桶122內部之摩擦力及加熱器130加熱。在加熱後，原料127可經由桶凸緣128離開桶122並進入浸漬模具150之模具凸緣132。

可將一根連續纖維粗紗142或複數根連續纖維粗紗142自捲軸144供應至模具150。通常，在浸漬前可使粗紗142間隔某一距離，例如至少約4 mm，且在一些實施例中，至少約5 mm。可在模具內部藉由安裝於或模具150中或其周圍之加熱器133進一步加熱原料127。模具通常可在足以引起熱塑性聚合物熔融及浸漬之溫度下操作。通常，模具之操作溫度可高於熱塑性聚合物之熔融溫度，例如在約200℃至約450℃之溫度下。當以此方式處理時，連續纖維粗紗142可包埋於聚合物基質中，該聚合物基質可為自原料127處理得到之樹脂214(圖4)。然後可自浸漬模具150擠出混合物，產生擠出物152。

壓力感測器137(圖3)可監測浸漬模具150附近之壓力，使得可操作擠出機120遞送正確量之樹脂214用於與纖維粗紗142相互作用。可藉由控制螺桿軸124之轉速及/或原料127之進料速率來改變擠出速率。可操作擠出機120產生擠出物152(浸漬纖維粗紗)，其在離開浸漬模具150後，可進 入可選預定型或引導區段(未顯示)，之後進入於兩個毗鄰輥190之間形成之輥隙。輥190可幫助將擠出物152固結成條帶(或帶)形式，以及增強纖維浸漬並擠壓出任何多餘空隙。除輥190以外，亦可使用其他定型器件，例如模具系統。可藉由安裝於輥上之履帶162及164來牽引所得固結條帶156。履帶162及164亦可自浸漬模具150牽引擠出物152並使其經過輥190。若需要，可在區段171處纏繞固結條帶156。一般而言，該等條帶可相對較薄且可具有約0.05至約1毫米(mm)之厚度，在一些實施例中，約0.1至約0.8 mm，且在一些實施例中，約0.2至約0.4 mm。

在浸漬模具內，可有益地使粗紗142橫穿浸漬區250以使聚合物樹脂214浸漬粗紗。在浸漬區250中，通常可藉由浸漬區250中所產生之剪切及壓力迫使聚合物樹脂橫向經過粗紗，從而可顯著增強浸漬度。在自高纖維含量之條帶形成複合物時此可能尤其有用，例如約35%重量分率(Wf)或更大，且在一些實施例中，約40% Wf或更大。通常，模具150可包括複數個接觸表面252，例如至少2個、至少3個、4至7個、2至20個、2至30個、2至40個、2至50個、或更多個接觸表面252，以對粗紗142產生足夠滲透度及壓力。儘管接觸表面252之具體形式可改變，但其通常可具有曲線表面，例如彎曲突齒、棒等。接觸表面252通常可由金屬材料製成。

圖4顯示浸漬模具150之剖視圖。如所顯示，浸漬模具150可包括歧管總成220、閘門通路270及浸漬區250。可提 供歧管總成220以供聚合物樹脂214流經其中。舉例而言，歧管總成220可包括一個通道222或複數個通道222。提供至浸漬模具150之樹脂214可流經通道222。

如圖5中所顯示，通道222之一些部分可為曲線，且在例示性實施例中，通道222可沿中心軸224對稱定向。此外，在一些實施例中，該等通道可為複數個分支流道222，其可包括第一分支流道組232、第二分支流道組234、第三分支流道組236及(若需要)更多分支流道組。每一組可包括2個、3個、4個或更多個自前一組中之流道222或自初始通道222分支出之流道222。

分支流道222及其對稱定向可使樹脂214均勻分佈，使得離開歧管總成220並塗佈粗紗142之樹脂214之流可實質上均勻分佈於粗紗142上。有益地，此可使粗紗142大致均勻浸漬。

此外，在一些實施例中，歧管總成220可界定出口區域242，出口區域通常至少涵蓋樹脂214離開之通道或流道222之下游部分。在一些實施例中，通道或流道222安置於出口區域242中之至少一部分可在樹脂214之流動方向244上具有增加之面積。當樹脂214流經歧管總成220時，該增加之面積可容許樹脂214之擴散及進一步分佈，從而可進一步使樹脂214實質上均勻分佈於粗紗142上。

如圖4及5中所進一步圖解說明，在流經歧管總成220後，樹脂214可流經閘門通路270。閘門通路270可定位於歧管總成220與浸漬區250之間，且可經組態以供來自歧管 總成220之樹脂214流動，從而使樹脂214塗佈粗紗142。因此，經由(例如)出口區域242離開歧管總成220之樹脂214可進入閘門通路270並流經其中，如所顯示。

如圖4中所顯示，在離開模具150之歧管總成220及閘門通路270後，樹脂214可接觸正橫穿模具150之粗紗142。如上文所論述，由於樹脂214分佈於歧管總成220及閘門通路270中，故樹脂214可實質上均勻塗佈粗紗142。此外，在一些實施例中，樹脂214可碰撞在粗紗142中之每一者之上表面、或粗紗142中之每一者之下表面、或粗紗142中之每一者之上表面及下表面二者上。對粗紗142之初始碰撞可使樹脂214進一步浸漬粗紗142。

如圖4中所顯示，經塗佈粗紗142可在運動方向282上橫穿浸漬區250，該浸漬區經組態以使樹脂214浸漬粗紗142。舉例而言，如圖4及圖6中所顯示，在浸漬區中，粗紗142可橫跨於接觸表面252上方。粗紗142對接觸表面252之碰撞可產生足以使樹脂214浸漬粗紗142之剪切及壓力，藉此塗佈粗紗142。

在一些實施例中，如圖4中所顯示，浸漬區250可界定於兩個間隔開之對置板256與258之間。第一板256可界定第一內表面257，而第二板258可界定第二內表面259。接觸表面252可界定於第一內表面257及第二內表面259二者上，或僅界定於第一內表面257及第二內表面259中之一者上，或可自該等表面延伸。圖6圖解說明第二板258及其上各接觸表面，該等接觸表面可形成此等實施例之浸漬區 250之至少一部分。在例示性實施例中，如圖4中所顯示，接觸表面252可交替地界定於第一表面257及第二表面259上，使得粗紗交替地碰撞在第一表面257及第二表面259上之接觸表面252上。因此，粗紗142可以波形、曲折或正弦型路徑通過接觸表面252，從而增強剪切。

粗紗142橫跨接觸表面252之角254通常可足夠高以增強剪切，但未高至產生過大的會破壞纖維之力。因此，舉例而言，角254可在介於約1°與約30°之間之範圍內，且在一些實施例中，介於約5°與約25°之間。

在替代實施例中，浸漬區250可包括複數根針(未顯示)，每一根針具有接觸表面252。該等針可靜止、自由旋轉或以旋轉方式驅動。在其他替代實施例中，如期望或需要，接觸表面252及浸漬區250可包含用於使樹脂214浸漬粗紗142之任何適宜形狀及/或結構。

為進一步促進粗紗142之浸漬，亦可使其在存於浸漬模具內時保持在張力下。每根粗紗142或每束纖維之張力可(例如)介於約5至約300牛頓(N)之間，在一些實施例中，約50 N至約250 N，且在一些實施例中，約100 N至約200 N。

如圖4中所顯示，在一些實施例中，出料(land)區280可在粗紗142之運動方向282上定位於浸漬區250之下游。粗紗142可在橫穿出料區280之後離開模具150。如圖4中所進一步顯示，在一些實施例中，面板290可毗連浸漬區250。面板290通常可經組態以計量來自粗紗142之過量樹脂214。因此，面板290中粗紗142橫穿之孔可經定徑，以致 當粗紗142橫穿其中時，孔徑可自粗紗142去除過量樹脂214。

上文所顯示及闡述之浸漬模具僅為可用於本發明之各種可能組態中之一者。在替代實施例中，舉例而言，可將粗紗引入可相對於聚合物熔體之流動方向以一角度定位之十字頭模具中。當粗紗移動穿過十字頭模具並到達聚合物離開擠出機桶之點時，可迫使聚合物與粗紗接觸。此十字頭模具擠出機之實例闡述於(例如)頒予Moyer之美國專利第3,993,726號、頒予Chung等人之美國專利第4,588,538號；頒予Augustin等人之美國專利第5,277,566號；及頒予Amaike等人之美國專利第5,658,513號中，出於所有目的，該等案件之全文特此以引用方式併入本文中。亦應瞭解，亦可使用任一其他擠出機設計，例如雙螺桿擠出機。此外，視情況可使用其他組份來幫助纖維之浸漬。舉例而言，在某些實施例中可使用「氣噴嘴」總成來幫助將具有個別纖維之粗紗(其可各自含有至多24,000根纖維)均勻分散於合併束之整個寬度上。此可幫助達成強度性質之均勻分佈。此總成可包括可以大致垂直方式衝擊於穿過出口埠之移動粗紗上的壓縮空氣或另一氣體之供給。然後可將分散粗紗引入浸漬用模具中，例如上文所述。

不論使用何種技術，均可使連續纖維在縱向方向(圖3之系統之機器方向「A」)上定向以增強抗拉強度。除纖維定向以外，亦可控制拉擠成形製程之其他態樣以達成期望強度。舉例而言，可在固結條帶中使用相對較高百分比之連 續纖維以提供增強的強度性質。舉例而言，連續纖維通常可佔該條帶的約25 wt.%至約80 wt.%，在一些實施例中，約30 wt.%至約75 wt.%，且在一些實施例中，約35 wt.%至約60 wt.%。同樣地，熱塑性聚合物通常可佔該條帶的約20 wt.%至約75 wt.%，在一些實施例中，約25 wt.%至約70 wt.%，且在一些實施例中，約40 wt.%至約65 wt.%。最終棒中之纖維及熱塑性基質之百分比亦可在上文所述範圍內。

如上文所述，可在定型成期望棒組態之前將粗紗固結成一或多個條帶形式。當隨後壓縮此條帶時，粗紗可以大致均勻方式分佈於該棒之縱向中心周圍。此均勻分佈增強該棒之整個長度上強度性質(例如，撓曲模數、極限抗拉強度等)之一致性。當使用時，可基於棒之期望厚度及/或橫截面面積及強度以及條帶自身性質來改變用於形成棒之固結條帶之數量。然而，在大多數情形下，條帶之數量可為1至20，且在一些實施例中，2至10。每一條帶中所用粗紗之數量可同樣改變。然而，該條帶通常可含有2根至10根粗紗，且在一些實施例中，3根至5根粗紗。為幫助達成最終棒中之粗紗之對稱分佈，可有益地使其在條帶內彼此間隔開相同距離。參照圖1，舉例而言，顯示固結條帶4之一實施例，其含有三(3)根在x方向上彼此等距間隔之粗紗5。然而，在其他實施例中，可期望將粗紗組合，以使粗紗之纖維大致均勻分佈於整個條帶4中。在此等實施例中，粗紗可能彼此通常無法區分。參照圖2，舉例而言，顯示固 結條帶4之一實施例，其含有經組合以使纖維大致均勻分佈於整個條帶中之粗紗。

亦可小心地控制使粗紗定型之特定方式以確保可形成具有足夠壓縮度及強度性質之棒。參照圖7，舉例而言，其顯示形成棒之系統及方法之一具體實施例。在此實施例中，首先可在紗架20上以纏繞捲裝形式提供兩個條帶12。紗架20可為退繞紗架，其包括提供有水平心軸22之框架，每一心軸支撐一捲裝。尤其若期望在纖維中產生扭轉，例如當在一步式組態中使用粗纖維時，亦可使用放線(pay-out)紗架。亦應瞭解，條帶之形成亦可與棒之形成串聯(in-line)。在一實施例中，舉例而言，可將圖3中離開浸漬模具150之擠出物152直接供應至用於形成棒之系統。亦可使用張力調整器件40來幫助控制條帶12之張度。器件40可包括入口板30，該入口板位於平行於紗架20之旋轉心軸22及/或垂直於輸入條帶之垂直面中。張力調整器件40可含有以錯列組態佈置之圓柱形桿41，以使條帶12可在此等桿上方及下方通過以界定波形圖案。可調節桿之高度以改變波形圖案之振幅並控制張力。

可在進入固結模具50之前在烘箱45中對條帶12實施加熱。可使用任一已知類型烘箱(例如紅外烘箱、對流烘箱等)來實施加熱。在加熱期間，可使條帶中之纖維單向定向以優化熱暴露並在整個條帶上維持均勻加熱。加熱條帶12之溫度通常可足夠高以將熱塑性聚合物軟化至條帶可黏合在一起之程度。然而，該溫度不可高至破壞材料之完整 性。該溫度可(例如)介於約100℃至約500℃之間，在一些實施例中，約200℃至約400℃，且在一些實施例中，約250℃至約350℃。舉例而言，在一具體實施例中，可使用聚苯硫醚(「PPS」)作為聚合物，且可將條帶加熱至PPS熔點(其可為約285℃)或以上。

在加熱後，可將條帶12提供至固結模具50，其可將其一起壓縮成預成型件14，而且可使其配向並形成棒之初始形狀。舉例而言，如圖7中通常顯示，可引導條帶12可在方向「A」上自入口53至出口55穿過模具50之流動通路51。通路51可具有各種形狀及/或大小中之任一者以達成棒組態。舉例而言，通道及棒組態可為圓形、橢圓形、拋物線、梯形、矩形等。在模具50內，通常可將條帶維持在條帶中所用熱塑性基質之熔點或更高之溫度以確保充分固結。

可藉由使用具有一或多個區段之模具50來達成條帶12之期望加熱、壓縮及定型。舉例而言，儘管本文未詳細顯示，但固結模具50可具有多個區段，該等區段一起作用以將條帶12壓縮並定型成期望組態。舉例而言，通路51之第一區段可為錐形區，其在材料流入模具50中時首先可使材料定型。該錐形區入口處之橫截面面積通常可大於其出口處。舉例而言，通路51之錐形區入口處橫截面面積可比錐形區出口處橫截面面積大約2%或更大，在一些實施例中，約5%或更大，且在一些實施例中，約10%至約20%。儘管如此，但在錐形區內流動通路之橫截面通常可逐漸並 平滑地變化使得可維持經過模具之複合物材料之平衡流動。定型區可位於錐形區之後，且可壓縮材料並使其大致均勻地流經其中。定型區亦可將材料預定型成類似於棒之中間形狀，但通常具有較大橫截面面積以允許熱塑性聚合物在加熱時膨脹，以最小化在模具50內阻塞之風險。定型區亦可包括一或多個賦予預成型件定向變化之表面特徵。定向變化可迫使材料重新分佈，從而達成纖維/樹脂在最終形狀中之更均勻分佈。此亦可降低在模具中可引起樹脂燃燒之死點之風險。舉例而言，通路51之定型區之橫截面面積可比預成型件14之寬度大約2%或更大，在一些實施例中，約5%或更大，且在一些實施例中，約10%至約20%。模具出料區亦可在定型區之後以充當通路51之出口。可將定型區、錐形區及/或模具出料區加熱至熱塑性基質之玻璃轉變溫度或熔點或更高之溫度。

若需要，亦可使用第二模具60(例如，校準模具)將預成型件14壓縮成棒之最終形狀。當使用時，可有益地使預成型件14在離開固結模具50之後並在進入可選第二模具60之前短暫冷卻。此可使固結預成型件14在系統中進一步前進之前保持其初始形狀。通常，冷卻可使棒之外部溫度降低至低於熱塑性基質之熔點溫度以最小化並實質上防止在棒之外表面上發生熔體破裂。然而，棒之內部區段可保持熔融以確保在棒進入校準模具主體中時壓縮。如業內已知，可藉由使預成型件14簡單暴露於環境氣氛(例如，室溫)或使用活性冷卻技術(例如，水浴或空氣冷卻)來達成該冷 卻。在一實施例中，舉例而言，可將空氣吹至預成型件14上(例如，利用風環)。然而，在此等階段之間之冷卻通常可在短時間段內發生以確保預成型件14仍可足夠軟以進一步經定型。舉例而言，在離開固結模具50後，可在進入第二模具60之前將預成型件14暴露於周圍環境僅約1秒至約20秒，且在一些實施例中，約2秒至約10秒。在模具60內，通常可將預成型件保持在低於條帶中所用熱塑性基質之熔點之溫度下，使得可維持棒之形狀。儘管上文所提及者為單一模具，但應瞭解，模具50及60實際上可由多個個別模具(例如，面板模具)形成。

因此，在一些實施例中，可利用多個個別模具60將材料逐漸定型成期望組態。模具60可串聯放置，並使材料尺寸逐漸減小。該等逐漸減小可允許在各步驟期間或其之間收縮。

舉例而言，如圖11至13中所顯示，第一模具60可包括一或多個入口62及相應出口64，如所顯示。可在模具60中納入任一數量入口62及相應出口64，例如四個(如所顯示)、或一個、兩個、三個、五個、六個或更多個。在一些實施例中，入口62可為大致卵形或圓形。在其他實施例中，入口62可具有彎曲矩形形狀，即，具有彎角之矩形形狀或具有較長直側壁及較短彎曲側壁之矩形形狀。此外，出口64可為大致卵形或圓形定型，或可具有彎曲矩形形狀。在一些利用卵形入口之實施例中，入口62可具有在介於約3：1與約5：1之間之範圍內之長軸長度66與短軸長度68之比 率。在一些利用卵形或圓形入口之實施例中，出口64可具有在介於約1：1與約3：1之間範圍內之長軸長度66與短軸長度68之比率。在利用彎曲矩形形狀之實施例中，入口及出口可具有介於約2：1與約7：1之間之長軸長度66與短軸長度66之比率(縱橫比)，且出口64之比率可小於入口62之比率。

在其他實施例中，第一模具60之入口62之橫截面面積與相應出口64之橫截面面積的比率可在介於約1.5：1與6：1之間之範圍內。

第一模具60因此可提供聚合物浸漬纖維材料向相對類似於所得棒之最終形狀之形狀的大致平滑轉變，在例示性實施例中，其具有圓形或卵形橫截面。後續模具(例如第二模具60及第三模具60，如圖11中所顯示)可提供材料尺寸之進一步逐漸減小及/或變化，以使材料之形狀轉化成棒之最終橫截面形狀。此等後續模具60可同時使材料定型並冷卻。舉例而言，在一些實施例中，可將每一後續模具60維持在低於先前模具之溫度下。在例示性實施例中，可將所有模具60維持在高於該材料之軟化點溫度之溫度下。

在其他例示性實施例中，由於(例如)適當冷卻及固化，故可期望具有相對較長出料區長度69之模具60，其對達成期望棒形狀及大小可能係重要的。相對較長出料區長度69可降低壓力並提供向期望形狀及大小之平滑轉變，且具有最小空隙分率及弓形特徵。在一些實施例中，舉例而言，模具60之出口64處出料區長度69與出口64處長軸長度66之 比率可在介於0與約20之間之範圍內，例如介於約2與約6之間。

根據本發明揭示內容使用校準模具60可提供材料橫截面之逐漸變化，如所論述。在例示性實施例中，此等逐漸變化可確保所得產物(例如棒或其他適宜產物)具有大致均勻之纖維分佈及相對最小之空隙分率。

應瞭解，如各種最終使用應用所期望或需要，可利用任一適宜數量模具60使材料逐漸形成具有任一適宜橫截面形狀之輪廓。

除使用一或多個模具以外，亦可使用其他機構來幫助將預成型件14壓縮成棒形狀。舉例而言，在固結模具50與校準模具60之間、在不同校準模具60之間及/或在校準模具60進一步壓縮預成型件14之後在將其轉化成其最終形狀之前可使用成型輥90(如圖14中所顯示)。該等輥可具有任一組態，例如夾輥、重疊輥等，且可為垂直(如所顯示)或水平輥。視輥90組態而定，輥90之表面可經機械加工以賦予預成型件14最終產物(例如棒、核心、輪廓或其他適宜產物)之尺寸。在例示性實施例中，輥90之壓力可為可調節的以優化最終產物之品質。

在例示性實施例中，輥90(例如至少接觸該材料之部分)可具有大致平滑表面。舉例而言，在許多實施例中，相對較硬之拋光表面可能係有益的。舉例而言，該等輥之表面可由相對平滑之鉻或其他適宜材料形成。此可允許輥90處理預成型件14而不會損壞或不合意地改變預成型件14。舉 例而言，該等表面可防止該材料黏附至輥，且該等輥可賦予該等材料平滑表面。

在一些實施例中，可控制輥90之溫度。此可藉由加熱輥90自身或藉由將輥90置於溫度受控環境中來達成。

此外，在一些實施例中，可在輥90上提供表面特徵92。當預成型件14穿過輥時，表面特徵92可在一或多個方向上引導及/或控制該預成型件。舉例而言，可提供表面特徵92以防止預成型件14在穿過輥90時自身褶疊。因此，表面特徵92可在相對於機器方向A之交叉機器方向以及在相對於機器方向A之垂直方向上引導並控制預成型件14之變形。因此可在預成型件14在機器方向A上穿過輥90時在交叉機器方向上將其推到一起，而非自身褶疊。

在一些實施例中，可提供與輥相連之張力調整器件。此等器件可與輥一起利用以在機器方向、交叉機器方向及/或垂直方向上將張力施加至預成型件14以進一步引導及/或控制預成型。

如上文所指示，所得棒亦可施加有覆蓋層以使其免受環境條件損害及/或改良耐磨性。仍參照圖7，舉例而言，可經由以任一期望角度定向以將熱塑性樹脂引入覆蓋模具72之擠出機來施加此覆蓋層。為幫助抵抗電流反應，覆蓋材料可有益地具有至少約1 kV/毫米(kV/mm)之介電強度，在一些實施例中，至少約2 kV/mm，在一些實施例中，約3 kV/mm至約50 kV/mm，且在一些實施例中，約4 kV/mm至約30 kV/mm，例如根據ASTM D149-09測定。用於此目 的之適宜熱塑性聚合物可包括(例如)聚烯烴(例如，聚丙烯、丙烯-乙烯共聚物等)、聚酯(例如，聚對苯二甲酸丁二酯(PBT))、聚碳酸酯、聚醯胺(例如，Nylon^TM)、聚醚酮(例如，聚醚醚酮(PEEK))、聚醚醯亞胺、聚伸芳基酮(例如，聚苯二酮(PPDK))、液晶聚合物、聚芳硫醚(例如，聚苯硫醚(PPS)、聚(聯苯硫醚酮)、聚(苯硫醚二酮)、聚(聯苯硫醚)等)、氟聚合物(例如，聚四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚聚合物、全氟-烷氧基烷烴聚合物、四氟乙烯聚合物、乙烯-四氟乙烯聚合物等)、聚縮醛、聚胺基甲酸酯、聚碳酸酯、苯乙烯系聚合物(例如，丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS))、丙烯酸系聚合物、聚氯乙烯(PVC)等。尤其適宜之高介電強度覆蓋層材料可包括聚酮(例如，聚醚醚酮(PEEK))、聚硫醚(例如，聚芳硫醚)或其混合物。

覆蓋層通常可「不含」連續纖維。即，覆蓋層可含有「小於約10 wt.%」連續纖維，在一些實施例中，約5 wt.%或更少連續纖維，且在一些實施例中，約1 wt.%或更少連續纖維(例如，0 wt.%)。然而，覆蓋層可含有其他用於改良複合核心之最終性質之添加劑。在此階段所用之添加劑材料可包括彼等不適於納入連續纖維材料中者。舉例而言，可有益地添加顏料以減少精整勞動，或可有益地添加阻燃劑以增強核心之阻燃性。由於多種添加劑材料可為熱敏性，故過量的熱可導致其分解並產生揮發性氣體。因此，若在高加熱條件下將熱敏性添加劑材料與浸漬樹脂擠出，結果可能為添加劑材料完全降解。添加劑材料可包括 (例如)礦物增強劑、潤滑劑、阻燃劑、起泡劑、發泡劑、耐紫外光劑、熱穩定劑、顏料及其組合。適宜礦物增強劑可包括(例如)碳酸鈣、二氧化矽、雲母、黏土、滑石、矽酸鈣、石墨、矽酸鈣、三水氧化鋁、亞鐵酸鋇及其組合。

儘管本文未詳細顯示，但覆蓋模具72可包括業內已知之各種特徵來幫助達成覆蓋層之期望施加。例如，覆蓋模具72可包括使輸入棒配向之進入引導件。覆蓋模具亦可包括加熱機構(例如，加熱板)，其在施加覆蓋層之前預先加熱棒以幫助確保充分黏合。在覆蓋後，然後可使用如業內已知之冷卻系統80來最終冷卻定型部件15。冷卻系統80可為(例如)包括一或多個塊(例如，鋁塊)之定徑系統，該等塊可在冷卻複合核心且抵靠其壁向外真空牽引熱定型件時完全囊封複合核心。可將冷卻介質(例如空氣或水)供應至定徑機以使複合核心以正確形狀固化。

即使不使用定徑系統，亦可有益地在複合核心離開覆蓋模具(或若未施加覆蓋，則固結或校準模具)之後將其冷卻。可使用任一業內已知技術來實施冷卻，例如水箱、冷空氣流或空氣噴嘴、冷卻夾套、內部冷卻通道、冷卻流體循環通道等。不論如何，均可控制冷卻材料之溫度以達成某些機械性質、部件尺寸公差、良好加工性及美學上令人愉悅之複合物。例如，若冷卻站之溫度過高，則材料可能在工具中溶脹並阻礙製程。對於半結晶材料，溫度過低同樣可導致材料過快冷卻且不允許完全結晶，因此對複合物之機械性質及耐化學性質產生不利影響。可利用多個具有 獨立溫度控制之冷卻模具區段來賦予加工性與性能屬性之有益平衡。在一具體實施例中，舉例而言，水箱可在約0℃至約30℃之溫度下使用，在一些實施例中，約1℃至約20℃，且在一些實施例中，約2℃至約15℃。

若需要，亦可(例如)在覆蓋後使用一或多個定徑塊(未顯示)。該等塊可含有切割成精確核心形狀之開口，其係自起初過大之核心形狀漸變至最終核心形狀。當複合核心穿過其中時，可消除其移動或下垂之任何傾向，且可將其推回(重複地)至其正確形狀。定徑後，可在切割站(未顯示)將複合核心切割成期望長度，例如使用能夠實施橫截面切割之截斷鋸，或可以連續製程將複合核心纏繞於捲軸上。棒及/或複合核心之長度可限於纖維束之長度。

應瞭解，可控制棒或複合核心在前進經過本發明系統之任一區段時之溫度以產生某些製造及最終複合物性質。可利用電柱加熱器(electrical cartridge heater)、循環流體冷卻等或熟習此項技術者已知之任一其他溫度控制器件對總成區段中之任一者或全部實施溫度控制。

仍參照圖7，牽引器件82可定位於冷卻系統80下游以牽引精整複合核心16經過系統用於複合物之最終定徑。牽引器件82可為任一能夠以期望速率牽引核心經過該處理系統之器件。典型牽引器件可包括(例如)履帶式牽引機及往復式牽引機。

自上文所述方法形成之複合核心(或複合絞合線)之一實施例作為元件516更詳細地顯示圖8中。如所圖解說明，複 合核心516可具有大致圓形形狀且可包括棒(或纖維核心)514，該棒包含一或多個固結條帶(連續纖維組份)。「大致圓形」通常意味著核心之縱橫比(高度除以寬度)通常為約1.0至約1.5，且在一些實施例中，為約1.0。由於選擇性控制用於浸漬粗紗及形成固結條帶之製程以及對該條帶進行壓縮及定型之製程，故該複合核心可包含沿其整個長度上相對均勻分佈之熱塑性基質。此亦意味著連續纖維可以大致均勻方式分佈於複合核心516之縱向中心軸「L」周圍。如圖8中所顯示，舉例而言，複合核心516之棒514可包括包埋於熱塑性基質528內之連續纖維526。纖維526可大致均勻分佈於縱向軸「L」周圍。應瞭解，圖8中僅顯示一些纖維，且複合核心通常可含有實質上更大數量之均勻分佈纖維。

覆蓋層519亦可圍繞棒514之周邊延伸並界定複合核心516之外表面。可戰略性地選擇棒514之橫截面厚度來幫助達成複合核心之具體強度。舉例而言，棒514可具有約0.1 mm至約40 mm之厚度(例如，直徑)，在一些實施例中，約0.5 mm至約30 mm，且在一些實施例中，約1 mm至約10 mm。覆蓋層519之厚度可取決於該部件之預期功能，但通常可為約0.01 mm至約10 mm，且在一些實施例中，約0.02 mm至約5 mm。複合核心516之總橫截面厚度或高度亦可介於約0.1 mm至約50 mm之間，在一些實施例中，約0.5 mm至約40 mm，且在一些實施例中，約1 mm至約20 mm(例如，若為圓形橫截面，則直徑)。儘管複合核心之長度可 實質上連續，但複合核心之長度實際上可受上面將纏繞並儲存其之線軸及/或連續纖維之長度限制。舉例而言，長度通常可介於約1,000 m至約5,000 m之間，但當然可能為甚至更大長度。

藉由控制上文所提及各參數，可形成具有極高強度之核心。舉例而言，複合核心可展示相對較高之撓曲模數。術語「撓曲模數」通常係指在撓曲變形中應力與應變之比率(單位為力/單位面積)、或材料彎曲之傾向。其係自「三點撓曲」測試(例如ASTM D790-10，程序A，室溫)產生之應力-應變曲線之斜率測定。舉例而言，本發明之複合核心可展示約10 GPa或更大之撓曲模數，在一些實施例中，約12 GPa至約400 GPa，在一些實施例中，約15 GPa至約200 GPa，且在一些實施例中，約20 GPa至約150 GPa。

用於製造與本文所揭示某些實施例一致之電纜之複合核心可具有超過約300 MPa之極限抗拉強度，例如，在約400 MPa至約5,000 MPa範圍內，或約500 MPa至約3,500 MPa。此外，適宜複合核心可具有在約700 MPa至約3,000 MPa範圍內之極限抗拉強度；另一選擇為，約900 MPa至約1,800 MPa；或另一選擇為，約1,100 MPa至約1,500 MPa。術語「極限抗拉強度」通常係指材料在經拉伸或牽引時在斷裂前可承受之最大應力，且係在室溫下在拉伸測試(例如ASTM D3916-08)產生之應力-應變曲線上達到之最大應力。

另外或另一選擇為，複合核心可具有在約50 GPa至約 500 GPa、約70 GPa至約400 GPa、約70 GPa至約300 GPa或約70 GPa至約250 GPa範圍內之彈性之拉伸模數或彈性模數。在某些實施例中，複合核心可具有在約70 GPa至約200 GPa範圍內之彈性模數；另一選擇為，約70 GPa至約150 GPa；或另一選擇為，約70 GPa至約130 GPa。術語「彈性之拉伸模數」或「彈性模數」通常係指拉伸應力對拉伸應變之比率且係在室溫下拉伸測試(例如ASTM 3916-08)產生之應力-應變曲線之斜率。

根據本發明揭示內容製造之複合核心可進一步具有相對較高之撓曲疲勞壽命，且可展示相對較高之殘餘強度。可基於「三點撓曲疲勞」測試(例如ASTM D790，通常在室溫下)測定撓曲疲勞壽命及殘餘撓曲強度。舉例而言，在160牛頓(「N」)或180 N負載下在1×10⁶次循環後，本發明之核心可展示約60千克/平方英吋(「ksi」)至約115 ksi之殘餘撓曲強度，在一些實施例中，約70 ksi至約115 ksi，且在一些實施例中，約95 ksi至約115 ksi。此外，核心可展示相對最小之撓曲強度降低。舉例而言，在三點撓曲疲勞測試後，空隙分率為約4%或更少(在一些實施例中，約3%或更少)之核心可展示約1%之撓曲強度降低(舉例而言，自最大原始撓曲強度約106 ksi至最大殘餘撓曲強度約105 ksi)。可在疲勞測試之前及之後使用(例如)如上文所論述之三點撓曲測試來測試撓曲強度。

在一些實施例中，複合核心可具有小於約2.5 g/cc、小於約2.2 g/cc、小於約2 g/cc或小於約1.8 g/cc之密度或比 重。在其他實施例中，複合核心密度可在約1 g/cc至約2.5 g/cc範圍內；另一選擇為，約1.1 g/cc至約2.2 g/cc；另一選擇為，約1.1 g/cc至約2 g/cc；另一選擇為，約1.1 g/cc至約1.9 g/cc；另一選擇為，約1.2 g/cc至約1.8 g/cc；或另一選擇為，約1.3 g/cc至約1.7 g/cc。

在一些電纜應用中，例如在架空傳輸線中，複合核心之強度-重量比可甚為重要。該比率可量化為核心材料之抗拉強度與核心材料之密度之比率(以MPa/(g/cc)單位計)。本發明實施例之闡釋性及非限制性複合核心之強度-重量比可在約400至約1,300、約400至約1,200、約500至約1,100、約600至約1,100、約700至約1,100、約700至約1,000或約750至約1,000範圍內。同樣，該等比率係基於抗拉強度(以MPa計)及複合核心密度(以g/cc計)。

在一些實施例中，複合核心之斷裂伸長率百分比可小於4%、小於3%或小於2%，而在其他實施例中，斷裂伸長率可在約0.5%至約2.5%、約1%至約2.5%或約1%至約2%範圍內。

複合核心之線性熱膨脹係數可小於約5×10^-6/℃、小於約4×10^-6/℃、小於約3×10^-6/℃或小於約2×10^-6/℃(或以m/m/℃計)。換言之，線性熱膨脹係數(基於ppm/℃)可小於約5、小於約4、小於約3或小於約2。例如，該係數(ppm/℃)可在約-0.4至約5範圍內；另一選擇為，約-0.2至約4；另一選擇為，約0.4至約4；或另一選擇為，約0.2至約2。此線性熱膨脹係數所涵蓋之溫度範圍通常可在-50℃ 至200℃範圍、0℃至200℃範圍、0℃至175℃範圍或25℃至150℃範圍內。在縱向方向上(即，沿纖維長度)量測線性熱膨脹係數。

複合核心亦可展示相對較小之「彎曲半徑」，其係棒可彎曲而不損壞之最小半徑且經量測為複合核心或複合絞合線之內部曲率。較小彎曲半徑意味著複合核心可更具撓性且可纏捲於較小直徑之繞線管上。此性質亦可容許更容易代替目前使用金屬核心之電纜中之複合核心，並允許使用習用架空傳輸電纜目前使用之工具及安裝方法。在一些實施例中，複合核心之彎曲半徑可在約1 cm至約60 cm、約1 cm至約50 cm、約1 cm至約50 cm或約2 cm至約45 cm範圍內，如在約25℃之溫度下測定。在本文所涵蓋之某些實施例中，彎曲半徑可在約2 cm至約40 cm或約3 cm至約40 cm範圍內。在其他實施例中，可達成小於複合核心之外徑之約40倍之彎曲半徑，在一些實施例中，其係複合核心之外徑的約1倍至約30倍，且在一些實施例中，其係複合核心之外徑的約2倍至約25倍，此係在約25℃之溫度下測定。

值得注意的是，上文所提及複合核心之強度性質、物理性質及熱性質亦可在相對較寬的溫度範圍內經維持，例如約-50℃至約300℃、約100℃至約300℃、約110℃至約250℃、約120℃至約200℃、約150℃至約200℃或約180℃至約200℃。

複合核心亦可具有低空隙分率，例如約6%或更少，在一些實施例中，約3%或更少，在一些實施例中，約2%或 更少，在一些實施例中，約1%或更少，且在一些實施例中，約0.5%或更少。可以上文所述方式測定空隙分率，例如根據ASTM D 2584-08使用「樹脂燒盡」測試或藉由使用電腦斷層(CT)掃描設備，例如Metrotom 1500(2k×2k)高解析檢測器。

在一實施例中，本發明之複合核心可由以下性質來表徵：在約700 MPa至約3,500 MPa範圍內之極限抗拉強度；約70 GPa至約300 GPa之彈性模數；及在約-0.4至約5範圍內之線性熱膨脹係數(以ppm/℃單位計)。另外，複合核心可具有小於約2.5 g/cc之密度及/或在約500至約1,100範圍內之強度-重量比(以MPa/(g/cc)單位計)。此外，在某些實施例中，複合核心可具有在約1 cm至約50 cm範圍內之彎曲半徑。此外，複合核心可具有小於約3%之斷裂伸長率百分比。

在另一實施例中，本發明之複合核心可由以下性質來表徵：在約1,100 MPa至約1,500 MPa範圍內之極限抗拉強度；在約70 GPa至約130 GPa範圍內之彈性模數；及在約0.2至約2範圍內之線性熱膨脹係數(以ppm/℃計)。另外，複合核心可具有在約1.2 g/cc至約1.8 g/cc範圍內之密度及/或在約700至約1,100範圍內之強度-重量比(以MPa/(g/cc)單位計)。此外，在某些實施例中，複合核心可具有在約2 cm至約40 cm範圍內之彎曲半徑。此外，複合核心可具有在約1%至約2.5%範圍內之斷裂伸長率百分比。

應瞭解，上文所述具體複合核心實施例僅舉例說明可在 本發明之範疇內之多種設計。在各種可能之複合核心設計中，應瞭解，可使用除彼等上文所述者以外之其他材料層。在某些實施例中，舉例而言，可有益地形成多組份核心，其中一種組份包含較高強度材料且另一組份包含較低強度材料。該等多組份核心尤其可用於增加總強度，而不要求整個核心對更昂貴高強度材料之需要。較低及/或較高強度組份可包含含有包埋於熱塑性基質內之連續纖維之條帶。

此外，應瞭解，本發明之範疇絕不限於上文所述實施例。舉例而言，視期望應用及其所需性質而定，複合核心可含有各種其他組份。額外組份以及其他類型材料可自連續纖維條帶形成，例如本文所述。在一實施例中，舉例而言，複合核心可含有不連續纖維(例如，短纖維、長纖維等)層以改良其橫向強度。不連續纖維可經定向以使此等纖維之至少一部分可相對於連續纖維延伸之方向以一角度定位。

電纜

與本文所揭示實施例一致，本發明之電纜(例如高電壓架空傳輸線)可包含電纜核心及複數個環繞該電纜核心之導電元件，該電纜核心包含至少一個複合核心。電纜核心可為納入上文所提供之任一複合核心設計及伴隨的物理性質及熱性質之單一複合核心。另一選擇為，電纜核心可包含兩個或更多個具有相同或不同設計及相同或不同物理性質及熱性質之複合核心或複合絞合線。此等兩個或更多個 複合核心可彼此平行(平直)或絞合(例如，圍繞中心複合核心構件)組裝。

因此，在一些實施例中，電纜可包含電纜核心，該電纜核心包含一個複合核心且環繞有複數個導電元件，而在其他實施例中，電纜可包含電纜核心，該電纜核心包含兩個或更多個複合核心，該電纜核心環繞有複數個導電元件。舉例而言，電纜核心可包含(例如)2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、16個、17個、18個、19個或20個複合核心，或更多個(例如，37個複合核心)，其每一者可納入上文所提供之任一複合核心設計及伴隨的物理性質及熱性質。如熟習此項技術者將認識到，複合核心可以任一適宜方式佈置、捆紮或定向。例如，可將複合核心絞合，例如包含7個絞合複合核心或19個絞合複合核心之電纜核心。另一選擇為，複合核心可係平行的，例如包含彼此平行配向之一捆(7個)複合核心之電纜核心。

電纜可包含複數個環繞該電纜核心(例如，單一複合核心、複數個絞合複合核心)之導電元件。導電元件可具有任一幾何形狀，且尤其可為圓形(round,circular)電線或梯形電線，且包括其組合。導電元件可以1個層、或2個層、或3個層、或4個層等位於電纜核心周圍。導電元件可經組態平行於電纜核心，或以螺旋方式捲繞，或呈任一其他適宜佈置。可使用任一數量導電元件(例如，電線)，但電纜中導電元件之典型數量可為至多84個導電元件，且通常在 2至約50範圍內。例如，在一些常見導體佈置中，可使用7根、19根、26根或37根電線。

可用於本發明各實施例之具有複合核心之例示性傳輸電纜設計闡述於頒予Hell等人之美國專利第7,211,319號中，出於所有目的，該案之全文特此以引用方式併入本文中。

現參照圖9，顯示電纜420之一實施例。如所圖解說明，電纜420可包括複數個徑向安置於大致圓柱形電纜核心400周圍之導電元件422(例如，鋁或其合金)，該電纜核心圖解說明為單一複合核心，但可為複數個絞合複合核心。導電元件可以單一層或多個層佈置。在所圖解說明實施例中，導電元件422經佈置以形成第一同心層426及第二同心層428。亦可改變電纜核心400周圍導電元件422之形狀。在所圖解說明實施例中，導電元件422具有大致梯形橫截面形狀。亦可使用其他形狀，例如圓形、橢圓形、矩形、正方形等。亦可將導電元件422以任一期望幾何組態(例如以螺旋方式)扭轉或捲繞於電纜核心400周圍。

參照圖10，例如，顯示電子傳輸電纜420之另一實施例。如所圖解說明，電子傳輸電纜420可包括複數個徑向安置於一捆大致圓柱形複合核心400周圍之導電元件422(例如，鋁或其合金)，其可根據本發明形成。圖10圖解說明6個環繞單一核心400之複合核心400，但呈任一適宜佈置之任一適宜數量複合核心400係在本發明揭示內容之範疇及精神內且可用作電纜核心。覆蓋層519亦可圍繞每一棒之周邊延伸並界定其外表面。導電元件可以單一層或多 個層佈置。在所圖解說明實施例中，舉例而言，導電元件422經佈置以形成第一同心層426及第二同心層428。當然，可使用任一數量同心層。亦可改變導電元件422之形狀以優化可安置於電纜核心周圍之元件數量。在所圖解說明實施例中，舉例而言，導電元件422具有大致梯形橫截面形狀。亦可使用其他形狀，例如圓形、橢圓形、矩形、正方形等。亦可將導電元件422以任一期望幾何組態(例如以螺旋方式)扭轉或捲繞於含有該捆複合核心400之電纜核心周圍。

可相當大地改變個別導電元件之橫截面面積，但通常，個別元件之橫截面面積可在約10 mm²至約50 mm²或約15 mm²至約45 mm²範圍內。總導體面積可(例如)介於(以kcmil計)約167 kcmil至約3500 kcmil、約210 kcmil至約2700 kcmil、約750 kcmil至約3500 kcmil或約750 kcmil至約3000 kcmil之間。在電纜之許多最終用途中，例如在架空電力傳輸線中，通常可使用約795 kcmil、約825 kcmil、約960 kcmil及約1020 kcmil之總導體面積。例如，工業中已知之普通鋁導體鋼強化電纜通常稱作795 kcmil ACSR「Drake」導體電纜。

本發明電纜之外徑不限於任一具體範圍。然而，典型電纜外徑可在(例如)約7 mm至約50 mm、約10 mm至約48 mm、約20 mm至約40 mm、約25 mm至約35 mm或約28 mm至約30 mm範圍內。同樣，電纜中之複合核心之橫截面面積不限於任一具體範圍，然而，複合核心之典型橫截面面 積可在約20 mm²至約140 mm²或約30 mm²至約120 mm²範圍內。

導電元件可由任一適宜導電或金屬材料(包括各種合金)製成。導電元件可包含銅、銅合金、鋁、鋁合金或其組合。本文所用術語「鋁或鋁合金」共同意指各等級具有至少97重量%鋁、至少98重量%鋁或至少99重量%鋁之鋁或鋁合金，包括純淨或實質上純淨鋁。在本文所揭示實施例中，可使用IACS導電率為至少57%、至少58%、至少59%、至少60%或至少61%(例如，59%至65%)之鋁合金或各等級鋁，且此包括任一可製造該等導電率之方法(例如，退火、回火等)。舉例而言，在本發明之某些實施例中，可使用鋁1350合金作為鋁或鋁合金。鋁1350、其組成及其最小IACS闡述於ASTM B233中，其揭示內容之全文以用方式併入本文中。

在一些應用中，例如在架空傳輸線中，電纜之垂度可為重要特徵。垂度通常視為電纜離開跨距端點之間之直線的距離。橫跨塔之跨距之垂度可影響離地閒隙，且進而影響所需塔高度及/或塔數量。垂度通常可隨跨距長度之平方增加，但可隨電纜抗拉強度之增加及/或電纜重量之減少而降低。在一些實施例中，在具有NESC輕負載時，本發明之電纜可具有約3 m至約9.5 m、約4.5 m至約9.5 m、約5.5 m至約8 m或約6 m至約7.5 m之垂度(在額定溫度(180℃)下，且針對300米水平跨距而言)。同樣，在類似條件下，在具有NESC重負載時，垂度可在約3至約9.5 m、 約3至約7.5 m、約4.5至約7.5 m或約5至約7 m範圍內。

在一些實施例中，電纜亦可表徵為具有約10 MPa或更大之應力參數，在一些實施例中，約15 MPa或更大，且在一些實施例中，約20至約50 MPa。測定應力參數之方法更詳細地闡述於頒予Johnson等人之美國專利第7,093,416號中，出於所有目的，該案件之全文特此以引用方式併入本文中。舉例而言，可量測垂度及溫度並繪製為垂度對溫度之圖形。可使用以商標名SAG10(3.0版本更新3.10.10)購自Southwire公司(Carrolllton,GA)之軟體程式可用之Alcoa Sag10圖解法將所計算曲線擬合至所量測數據。應力參數係SAG10中之擬合參數，標記為「內部鋁應力」，若使用除鋁以外之材料(例如，鋁合金)，則其可經改變以擬合其他參數，且在高溫後拐點方案中，其調節預計圖形上拐點之位置以及垂度之量。應力參數之說明亦可提供於Sag10用戶手冊(2.0版本)中，其全文以引用方式併入本文中。

關於本文所揭示標的物，蠕變通常視為電纜在長期負載下永久伸長。除其他因素以外，電纜長度之蠕變量可受使用時間之長度、電纜上之負載、電纜上之張力、所面對溫度條件影響。預計在15%、20%、25%及/或30% RBS(額定斷裂應力)下，本文所揭示電纜可具有小於約0.25%、小於約0.2%或小於約0.175%之10年蠕變值。例如，在15% RBS下，10年蠕變值可小於約0.25%；另一選擇為，小於約0.2%；另一選擇為，小於約0.15%；另一選擇為，小於約0.1%；或另一選擇為，小於約0.075%。在30% RBS下，10 年蠕變值可小於約0.25%；另一選擇為，小於約0.225%；另一選擇為，小於約0.2；或另一選擇為，小於約0.175%。此等蠕變值係根據10年ACSR導體蠕變測試(Aluminum Association Creep Test rev.1999)測定，其全文以引用方式併入本文中。

本發明實施例之電纜可具有高達約300℃、高達約275℃或高達約250℃之最大操作溫度。本文所提供之某些電纜可具有可高達約225℃之最大操作溫度；另一選擇為，高達200℃；另一選擇為，高達180℃；或另一選擇為，高達175℃。在本發明之各實施例中，最大操作溫度可在約100℃至約300℃、約100℃至約250℃、約110℃至約250℃、約120℃至約200℃或約120℃至約180℃範圍內。

根據一些實施例，該電纜可有益地具有某些抗疲勞及/或抗振性質。例如，該電纜可在1×10⁸次循環下通過(滿足或超過)IEEE 1138中所指定之Aeolian振動測試，其以引用方式併入本文中。

在一些實施例中，該電纜可在電纜核心與導電元件之間包含部分或完整材料層。例如，該材料可為導電或非導電，且可為部分地或完全捲繞/包覆電纜核心之帶。該材料可經組態以將電纜核心之個別複合核心元件固持或固定在一起。

在一些實施例中，該材料可包含金屬或鋁箔帶、聚合物帶(例如，聚丙烯帶、聚酯帶、鐵氟龍(Teflon)帶等)、玻璃增強帶及諸如此類。通常，該材料(例如，帶)之厚度可在 約0.025 mm至約0.25 mm範圍內，但厚度不僅限於此範圍。

在一實施例中，可施加帶或其他材料以使每一後續捲繞與前一捲繞重疊。在另一實施例中，可施加帶或其他材料以使每一後續捲繞與前一捲繞之間留有空隙。在又一實施例中，可施加帶或其他材料以便鄰接前一捲繞而無重疊且無空隙。在此等及其他實施例中，可將帶或其他材料以螺旋方式施加在電纜核心周圍。

在一些實施例中，電纜可在電纜核心與導電元件之間包含材料之部分或完整塗層。例如，該材料可為或可包含聚合物。適宜聚合物可包括但不限於聚烯烴(例如，聚乙烯及聚丙烯均聚物、共聚物等)、聚酯(例如，聚對苯二甲酸丁二酯(PBT))、聚碳酸酯、聚醯胺(例如，Nylon^TM)、聚醚酮(例如，聚醚醚酮(PEEK))、聚醚醯亞胺、聚伸芳基酮(例如，聚苯二酮(PPDK))、液晶聚合物、聚芳硫醚(例如，聚苯硫醚(PPS)、聚(聯苯硫醚酮)、聚(苯硫醚二酮)、聚(聯苯硫醚)等)、氟聚合物(例如，聚四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚聚合物、全氟-烷氧基烷烴聚合物、四氟乙烯聚合物、乙烯-四氟乙烯聚合物等)、聚縮醛、聚胺基甲酸酯、苯乙烯系聚合物(例如，丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS))、丙烯酸系聚合物、聚氯乙烯聚合物(PVC)及諸如此類，包括其組合。此外，該聚合物可為彈性聚合物。該塗層可為導電或非導電，且可含有電線及電纜應用中常用之各種添加劑。在一些實施例中，該塗層可充當電纜核心之保護塗層。另 外，在複合核心不含覆蓋層且該塗層部分地或完全包覆棒(或纖維核心)之情況下，該塗層可用作(例如)棒之保護塗層。

在電纜核心包含兩個或更多個複合核心(例如，複合絞合線)之情況下，該塗層可部分地或完全充滿個別核心元件之間之間隔。

本發明亦涵蓋製造電纜之方法，該電纜包含電纜核心及複數個環繞該電纜核心之導電元件。通常，本文所揭示使用各種電纜核心組態及導體元件組態之電纜可藉由熟習此項技術者已知之任一適宜方法來製造。例如，可使用剛性架絞線機，其可旋轉複合核心或絞合線之線軸以組裝電纜核心。在一些實施例中，剛性架絞線機之每次機器旋轉可使除中心複合核心(其未經扭轉)以外之所有複合核心或絞合線扭轉一次。可藉由圓形模具來密封中心複合核心上之每一連續層。在施加最終層後，可用帶或其他材料固定含有複合核心或絞合線之電纜核心。若使用帶，則可使用同心包帶機來施加。可將所得具有帶之電纜核心接收於捲軸上。然後可將該電纜核心送回至相同剛性架絞線機中以將複數個導電元件施加在電纜核心周圍。

與本發明之實施例一致，本文提供傳輸電之方法。一種該傳輸電之方法可包含(i)安裝如本文所揭示之電纜，例如，包含電纜核心及複數個環繞該電纜核心之導電元件；及(ii)在該電纜上傳輸電。另一傳輸電之方法可包含(i)提供如本文所揭示之電纜，例如，包含電纜核心及複數個環 繞該電纜核心之導電元件，及(ii)在該電纜上傳輸電。在此等及其他實施例中，電纜、電纜核心及導電元件可為本文所述之任何電纜、電纜核心及導電元件。例如，電纜核心可包含任一本文所述複合核心，即，一或多個複合核心或絞合線。

實例

本發明進一步藉由下列實例來闡釋，此不欲理解為以任何方式對本發明之範疇加以限制。在閱讀本文說明後，業內一般技術人員可提出各種其他態樣、實施例、修改及其等效物，此不背離本發明之精神或隨附申請專利範圍之範疇。

實例1

首先如上文大致所述使用擠出系統來形成兩(2)個連續纖維條帶。對連續纖維使用碳纖維粗紗(Toray T700SC，其含有12,000根抗拉強度為4,900 MPa且每單位長度質量為0.8 g/m之碳長絲)，其中每一個別條帶含有4根粗紗。用於浸漬纖維之熱塑性聚合物係聚苯硫醚(PPS)(FORTRON® PPS 205，購自Ticona有限責任公司)，其具有約280℃之熔點。每一條帶含有50 wt.%碳纖維及50 wt.% PPS。該等條帶具有約0.18 mm之厚度及小於1.0%之空隙分率。在成型後，然後將條帶以20 ft/min之速度進給至拉擠成形線操作。在定型前，在紅外烘箱(功率設定為305)內加熱條帶。然後將經加熱條帶供應至具有圓形通道之固結模具，該圓形通道接收條帶並將其壓縮在一起，同時形成棒之初始形 狀。在模具內，條帶保持在約177℃之溫度下。在固結後，然後在1 psig壓力下用供應環境空氣之風環/隧道器件將所得預成型件短暫冷卻。然後使預成型件穿過於兩個輥之間形成之輥隙，且然後達到校準模具以進行最終定型。在校準模具內，預成型件保持在約140℃之溫度下。在離開此模具後，用熔點為350℃之聚醚醚酮(PEEK)覆蓋輪廓。覆蓋層具有約0.1 mm至0.15 mm之平均厚度。然後用空氣流冷卻所得部件。所得複合核心具有約3.4 mm至3.6 mm之平均外徑，且含有45 wt.%碳纖維、50 wt.% PPS及5 wt.%覆蓋材料。

為測定複合核心之強度性質，根據ASTM D790-10程序A實施三點撓曲測試。支撐及刀鼻半徑為0.25英吋，支撐跨距為30 mm，試樣長度為2英吋，且測試速度為2 mm/min。所得撓曲模數為約31 GPa且撓曲強度為約410 MPa。部件之密度為1.48 g/cm³且空隙含量小於約3%。彎曲半徑為3.27 cm。

實例2

首先如上文大致所述使用擠出系統來形成兩(2)個連續纖維條帶。對連續纖維使用碳纖維粗紗(Toray T700SC)，其中每一個別條帶含有4根粗紗。用於浸漬纖維之熱塑性聚合物係FORTRON® PPS 205。每一條帶含有50 wt.%碳纖維及50 wt.% PPS。該等條帶具有約0.18 mm之厚度及小於1.0%之空隙分率。在成型後，然後將條帶以20 ft/min之速度進給至拉擠成形線操作。在定型前，在紅外烘箱(功率 設定為305)內加熱條帶。然後將經加熱條帶供應至具有圓形通道之固結模具，該圓形通道接收條帶並將其壓縮在一起，同時形成棒之初始形狀。在模具內，條帶保持在約343℃之溫度下。在固結後，然後在1 psig壓力下用供應環境空氣之風環/隧道器件將所得預成型件短暫冷卻。然後使預成型件穿過於兩個輥之間形成之輥隙，且然後達到校準模具以進行最終定型。在校準模具內，預成型件保持在約140℃之溫度下。在離開此模具後，用熔點為280℃之FORTRON® PPS 320覆蓋輪廓。覆蓋層具有約0.1 mm至0.15 mm之平均厚度。然後用空氣流冷卻所得部件。所得複合核心具有約3.4 mm至3.6 mm之平均外徑，且含有45 wt.%碳纖維、50 wt.% PPS及5 wt.%覆蓋材料。

為測定複合核心之強度性質，根據ASTM D790-10程序A實施三點撓曲測試。支撐及刀鼻半徑為0.25英吋，支撐跨距為30 mm，試樣長度為2英吋，且測試速度為2 mm/min。所得撓曲模數為20.3 GPa且撓曲強度為約410 MPa。部件之密度為1.48 g/cm³且空隙含量小於約3%。彎曲半徑為4.37 cm。

實例3

首先如上文大致所述使用擠出系統來形成兩(2)個連續纖維條帶。對連續纖維使用玻璃纖維粗紗(來自PPG之TUFRov® 4588，其含有抗拉強度為2,599 MPa且每單位長度質量為0.0044 lb/yd(2.2 g/m)之E-玻璃長絲)，其中每一個別條帶含有2根粗紗。用於浸漬纖維之熱塑性聚合物係 聚苯硫醚(PPS)(FORTRON® 205，購自Ticona有限責任公司)，其具有約280℃之熔點。每一條帶含有56 wt.%玻璃纖維及44 wt.% PPS。該等條帶具有約0.18 mm之厚度及小於1.0%之空隙分率。在成型後，然後將條帶以20 ft/min之速度進給至拉擠成形線操作。在定型前，在紅外烘箱(功率設定為330)內加熱條帶。然後將經加熱條帶供應至具有圓形通道之固結模具，該圓形通道接收條帶並將其壓縮在一起，同時形成棒之初始形狀。在固結後，然後用環境空氣將所得預成型件短暫冷卻。然後使預成型件穿過於兩個輥之間形成之輥隙，且然後達到校準模具以進行最終定型。在校準模具內，預成型件保持在約275℃之溫度下。在離開此模具後，用FORTRON® 205覆蓋輪廓。覆蓋層具有約0.1 mm至0.15 mm之平均厚度。然後用空氣流冷卻所得部件。所得複合核心具有約3.4 mm至3.6 mm之平均外徑，且含有50 wt.%玻璃纖維及50 wt.% PPS。

為測定複合核心之強度性質，根據ASTM D790-10程序A實施三點撓曲測試。支撐及刀鼻半徑為0.25英吋，支撐跨距為30 mm，試樣長度為2英吋，且測試速度為2 mm/min。所得撓曲模數為約18 GPa且撓曲強度為約590 MPa。空隙含量為約0%，且彎曲半徑為1.87 cm。

實例4

首先如上文大致所述使用擠出系統來形成兩(2)個連續纖維條帶。對連續纖維使用玻璃纖維粗紗(TUFRov® 4588)，其中每一個別條帶含有2根粗紗。用於浸漬纖維之 熱塑性聚合物係熔點為約250℃之耐綸(Nylon)66(PA66)。每一條帶含有60 wt.%玻璃纖維及40 wt.%耐綸66。該等條帶具有約0.18 mm之厚度及小於1.0%之空隙分率。在成型後，然後將條帶以10 ft/min之速度進給至拉擠成形線操作。在定型前，在紅外烘箱(功率設定為320)內加熱條帶。然後將經加熱條帶供應至具有圓形通道之固結模具，該圓形通道接收條帶並將其壓縮在一起，同時形成棒之初始形狀。在固結後，然後用環境空氣將所得預成型件短暫冷卻。然後使預成型件穿過於兩個輥之間形成之輥隙，且然後達到校準模具以進行最終定型。在校準模具內，預成型件保持在約170℃之溫度下。在離開此模具後，用耐綸66覆蓋輪廓。覆蓋層具有約0.1 mm至0.15 mm之平均厚度。然後用空氣流冷卻所得部件。所得複合核心具有約3.4 mm至3.6 mm之平均外徑，且含有53 wt.%玻璃纖維、40 wt.%耐綸66及7 wt.%覆蓋材料。

為測定複合核心之強度性質，根據ASTM D790-10程序A實施三點撓曲測試。支撐及刀鼻半徑為0.25英吋，支撐跨距為30 mm，試樣長度為2英吋，且測試速度為2 mm/min。所得撓曲模數為約19 GPa且撓曲強度為約549 MPa。空隙含量為約0%，且彎曲半徑為2.34 cm。

實例5

形成三(3)個批次(每批次八(8)個)之具有不同空隙分率值之核心。對於每一棒，首先如上文大致所述使用擠出系統來形成兩(2)個連續纖維條帶。對連續纖維使用碳纖維粗紗 (Toray T700SC，其含有12,000根抗拉強度為4,900 MPa且每單位長度質量為0.8 g/m之碳絲)，其中每一個別條帶含有4根粗紗。用於浸漬纖維之熱塑性聚合物係聚苯硫醚(「PPS」)(FORTRON® PPS 205，購自Ticona有限責任公司)，其具有約280℃之熔點。每一條帶含有50 wt.%碳纖維及50 wt.% PPS。該等條帶具有約0.18 mm之厚度及小於1.0%之空隙分率。在成型後，然後將條帶以20 ft/min之速度進給至拉擠成形線操作。在定型前，在紅外烘箱(功率設定為305)內加熱條帶。然後將經加熱條帶供應至具有圓形通道之固結模具，該圓形通道接收條帶並將其壓縮在一起，同時形成棒之初始形狀。在模具內，條帶保持在約177℃之溫度下。在固結後，然後在1 psi壓力下用供應環境空氣之風環/隧道器件將所得預成型件短暫冷卻。然後使預成型件穿過於兩個輥之間形成之輥隙，且然後達到校準模具以進行最終定型。在校準模具內，預成型件保持在約140℃之溫度下。在離開此模具後，用熔點為350℃之聚醚醚酮(「PEEK」)覆蓋輪廓。覆蓋層具有約0.1 mm之厚度。然後用空氣流冷卻所得複合核心。所得複合核心具有約3.5 mm之直徑，且含有45 wt.%碳纖維、50 wt.% PPS及5 wt.%覆蓋材料。

第一批次複合核心之平均空隙分率為2.78%。第二批次複合核心之平均空隙分率為4.06%。第三批次複合核心之平均空隙分率為8.74%。使用CT掃描來實施空隙分率量測。使用Metrotom 1500(2k×2k)高解析檢測器來掃描核心 試樣。使用具有低概率閾值之增強分析模式來實施檢測。在掃描試樣之空隙分率後，使用Volume Graphics軟體來解釋來自3D掃描之數據，並計算每一試樣中之空隙含量。

為測定棒之撓曲疲勞壽命及殘餘撓曲強度，根據ASTM D790實施三點撓曲疲勞測試。支撐跨距為2.2英吋且試樣長度為3英吋。分別在160牛頓(「N」)負載量下測試每一批次之四(4)個複合核心並在180 N負載量下測試每一批次之四(4)個複合核心，由此代表核心之原始(靜態)撓曲強度的約50%及55%。在10赫茲(Hz)頻率下經1×10⁶次循環後測試每一試樣。

在疲勞測試之前及之後，為測定棒之各別原始及殘餘撓曲強度性質，根據ASTM D790-10程序A實施三點撓曲測試。記錄在每一負載量下每一批次之平均原始及殘餘撓曲強度。所得第三批次之原始撓曲強度為107 ksi，且所得第三批次之殘餘撓曲強度為75 ksi，因此降低約29%。所得第二批次之原始撓曲強度為108 ksi，且所得第二批次之殘餘撓曲強度為72 ksi，因此降低約33%。所得第一批次之原始撓曲強度為106 ksi，且所得第一批次之殘餘撓曲強度為105 ksi，因此降低約1%。

實例6

圖15圖解說明於實例6中製造之電纜520。26個導電元件522形成第一層526及第二層528。電纜核心500係具有7個複合核心之絞合線。位於電纜核心500與導電元件522之間之帶530以螺旋佈置部分地包覆電纜核心500。

電纜係如下製造。將七(7)個直徑為約3.5 mm之複合核心絞合以形成具有508 mm絞距長度之絞合電纜核心。該等複合核心類似於彼等於上文實例1中所製造者。將電纜核心與層壓至玻璃纖維稀鬆布之鋁箔帶及基於聚矽氧之黏著劑固定。將26根導體電線以兩層置於電纜核心及帶的上方及周圍，如圖15中所顯示。導體電線具有約4.5 mm之直徑且係自完全退火1350鋁製作而成。電纜之極限抗拉強度為約19,760 psi(136 MPa)。

實例7

圖15圖解說明於實例7中製造之電纜520。26個導電元件522形成第一層526及第二層528。電纜核心500係具有7個複合核心之絞合線。位於電纜核心500與導電元件522之間之帶530以螺旋佈置部分地包覆電纜核心500。

電纜係如下製造。將七(7)個直徑為約3.5 mm之複合核心絞合以形成具有508 mm絞距長度之絞合電纜核心。該等複合核心類似於彼等於上文實例1中所製造者。將電纜核心與層壓至玻璃纖維稀鬆布之鋁箔帶及基於聚矽氧之黏著劑固定。將26個導體電線以兩層置於電纜核心及帶的上方及周圍，如圖15中所顯示。導體電線具有約4.5 mm之直徑且係自含有鋯之鋁合金(約0.2%至0.33%鋯)製作而成。圖16圖解說明實例7之電纜之應力-應變數據。

根據IEEE 1138中指定之Aeolian振動測試來測試實例7之電纜之抗疲勞及/或抗振性質。實例7之電纜在1×10⁸次循環下通過Aeolian振動測試。

使用基於類似於實例7之架空傳輸電纜之數學建模來估算實例7之電纜之10年蠕變(伸長率)值。在15%、20%、25%及30% RBS(額定斷裂應力)下，所計算10年蠕變值分別為約0.054%、約0.081%、約0.119%及約0.163%。

構造性實例8

圖17圖解說明可於構造性實例8中製造之電纜620。26個導電元件622可形成第一層626及第二層628。電纜核心600可為具有7個複合核心之絞合線。位於電纜核心600與導電元件622之間之帶630可以螺旋佈置部分地包覆電纜核心600。

圖17之電纜可如下製造。可將七(7)個直徑為約3.5 mm之複合核心絞合以形成具有508 mm絞距長度之絞合電纜核心。該等複合核心可類似於彼等於上文實例1中所製造者。可將電纜核心與層壓至玻璃纖維稀鬆布之鋁箔帶及基於聚矽氧之黏著劑固定。可將26個導體電線以兩層置於電纜核心及帶的上方及周圍，如圖17中所顯示。該等導體可為橫截面面積為約15 mm²至17 mm²之梯形電線，且可自退火1350鋁(或另一選擇為，含有鋯之鋁合金)製作而成。

4‧‧‧固結條帶

5‧‧‧粗紗

12‧‧‧條帶

14‧‧‧預成型件

15‧‧‧定型部件

16‧‧‧精整複合核心

20‧‧‧紗架

22‧‧‧心軸

30‧‧‧入口板

40‧‧‧張力調整器件

41‧‧‧桿

45‧‧‧烘箱

50‧‧‧固結模具

51‧‧‧流動通路

53‧‧‧入口

55‧‧‧出口

60‧‧‧校準模具

62‧‧‧入口

64‧‧‧出口

72‧‧‧覆蓋模具

80‧‧‧冷卻系統

82‧‧‧牽引器件

90‧‧‧成型輥

92‧‧‧表面特徵

120‧‧‧擠出機

122‧‧‧桶

124‧‧‧螺桿軸

126‧‧‧進料斗

127‧‧‧熱塑性聚合物原料

128‧‧‧桶凸緣

130‧‧‧加熱器

132‧‧‧模具凸緣

133‧‧‧加熱器

137‧‧‧壓力感測器

142‧‧‧連續纖維粗紗

144‧‧‧捲軸

150‧‧‧浸漬模具

152‧‧‧擠出物

156‧‧‧固結條帶

162‧‧‧履帶

164‧‧‧履帶

171‧‧‧區段

190‧‧‧輥

214‧‧‧聚合物樹脂

220‧‧‧歧管總成

222‧‧‧通道/分支流道

224‧‧‧中心軸

232‧‧‧第一分支流道組

234‧‧‧第二分支流道組

236‧‧‧第三分支流道組

242‧‧‧出口區域

250‧‧‧浸漬區

252‧‧‧接觸表面

256‧‧‧第一板

257‧‧‧第一內表面

258‧‧‧第二板

259‧‧‧第二內表面

270‧‧‧閘門通路

280‧‧‧出料區

290‧‧‧面板

400‧‧‧電纜核心

420‧‧‧電子傳輸電纜

422‧‧‧導電元件

426‧‧‧第一同心層

428‧‧‧第二同心層

500‧‧‧電纜核心

514‧‧‧棒/纖維核心

516‧‧‧元件/複合核心

519‧‧‧覆蓋層

520‧‧‧電纜

522‧‧‧導電元件

526‧‧‧連續纖維/第一層

528‧‧‧熱塑性基質/第二層

530‧‧‧帶

600‧‧‧電纜核心

620‧‧‧電纜

622‧‧‧導電元件

626‧‧‧第一層

628‧‧‧第二層

630‧‧‧帶

L‧‧‧縱向中心軸

圖1係用於本發明之固結條帶之一實施例之透視圖；圖2係用於本發明之固結條帶之另一實施例之剖視圖；圖3係用於本發明之浸漬系統之一實施例之示意圖；圖4係圖3中所顯示浸漬模具之剖視圖；圖5係可用於本發明之浸漬模具之歧管總成及閘門通路 之一實施例的分解圖；圖6係可用於本發明之至少部分地界定浸漬區之板之一實施例的透視圖；圖7係可用於本發明之拉擠成形系統之一實施例之示意圖；圖8係本發明複合核心之一實施例之透視圖；且圖9係本發明之電子傳輸電纜之一實施例之透視圖；圖10係本發明之電子傳輸電纜之另一實施例之透視圖；圖11係可根據本發明使用之各種校準模具之一實施例之俯視剖視圖；圖12係可根據本發明使用之校準模具之一實施例之側面剖視圖；圖13係可根據本發明使用之校準模具之一實施例之一部分的正視圖；圖14係可根據本發明使用之成型輥之一實施例之正視圖；圖15係實例6-7之電纜之透視圖；圖16係實例7之電纜之應力-應變圖；且圖17係構造性實例8之電纜之透視圖。

514‧‧‧棒/纖維核心

516‧‧‧元件/複合核心

519‧‧‧覆蓋層

526‧‧‧連續纖維/第一層

528‧‧‧熱塑性基質/第二層

L‧‧‧縱向中心軸

Claims (19)

1. 一種電纜，其包含：(a)包含至少一個複合核心之電纜核心，該複合核心包含：(i)至少一個包含複數根固結熱塑性浸漬粗紗之棒，該等粗紗包含在縱向方向上定向之連續纖維及包埋該等纖維之熱塑性基質，該等纖維具有大於1,000MPa/g/m之極限抗拉強度與每單位長度質量之比率，其中該棒包含25wt.%至80wt.%纖維及20wt.%至75wt.%熱塑性基質，及其中該熱塑性基質包含一聚芳硫醚；及(ii)環繞該至少一個棒之覆蓋層，其中該覆蓋層包含一聚醚醚酮且實質上不含連續纖維；其中該複合核心具有至少10GPa之撓曲模數；及(b)複數個環繞該電纜核心之導電元件。
2. 如請求項1之電纜，其中：該棒包含30wt.%至75wt.%纖維；該等纖維包含碳纖維；及該聚芳硫醚包含一聚苯硫醚。
3. 如請求項1或2之電纜，其中該等纖維具有5,500MPa/g/m至20,000MPa/g/m之極限抗拉強度與每單位長度質量之比率。
4. 如請求項1或2之電纜，其中該複合核心具有：15GPa至200GPa之一撓曲模數；及500MPa至3,500MPa之一極限抗拉強度。
5. 如請求項1或2之電纜，其中該複合核心具有：在70GPa至300Gpa之一範圍內之一彈性模數；或在1.2g/cc至1.8g/cc之一範圍內之一密度；或在500MPa/(g/cc)至1,100MPa/(g/cc)之一範圍內之一強度對重量比；或在1%至2.5%之一範圍內之一斷裂伸長率百分比；或在縱向方向上在-0.4ppm/℃至5ppm/℃之一範圍內之一線性熱膨脹係數；或在1cm至50cm之一範圍內之一彎曲半徑；或小於6%之一空隙分率；或以上任何組合。
6. 如請求項1或2之電纜，其中：該棒包含2至20根粗紗；及每一粗紗包含1,000根至100,000根個別連續纖維。
7. 如請求項1或2之電纜，其中該電纜核心包含兩個或更多個複合核心。
8. 如請求項1或2之電纜，其中該電纜核心係包含2至37個複合核心之一絞合核心，每一複合核心具有一大致圓形的橫截面形狀。
9. 如請求項1或2之電纜，其中該電纜包含至多84個導電元件，及其中該等導電元件之一總面積在167kcmil至3500kcmil之一範圍內。
10. 如請求項1或2之電纜，其中：該等導電元件包含銅、一銅合金、鋁、一鋁合金或其 任何組合；或該等導電元件係以2個、3個或4個層佈置在該電纜核心周圍；或該等導電元件具有一大致圓形的橫截面形狀或一大致梯形的橫截面形狀；或以上任何組合。
11. 如請求項1或2之電纜，其中該等導電元件包含一IACS導電率在59%至65%之一範圍內之鋁或一鋁合金。
12. 如請求項1或2之電纜，其中該電纜具有：在180℃之額定溫度下，對於一300米水平跨距及一NESC輕負載而言在3m至9.5m之一範圍內之一垂度；及在180℃之額定溫度下，對於一300米水平跨距及一NESC重負載而言，在3m至7.5m之一範圍內之一垂度。
13. 如請求項1或2之電纜，其中該電纜具有：在20MPa至50MPa之一範圍內之一應力參數；或在15% RBS(額定斷裂應力)下，小於0.2%之一10年蠕變值；或在30% RBS下，小於0.25%之一10年蠕變值；或在100℃至250℃之一範圍內之一最大操作溫度；或以上任何組合。
14. 如請求項1或2之電纜，其中在1×10⁸次循環下，該電纜通過一Aeolian振動測試。
15. 如請求項1或2之電纜，其進一步包含位於該電纜核心與該複數個導電元件之間之一部分的或完整的帶層。
16. 如請求項1或2之電纜，其中該電纜係一高電壓架空(overhead)傳輸電纜。
17. 一種製造如請求項1至16中任一項之電纜之方法，該方法包含：(A)提供包含至少一個複合核心之該電纜核心；及(B)用該複數個導電元件環繞該電纜核心。
18. 如請求項17之方法，其進一步包含在步驟(B)之前用一帶部分地或完全地捲繞該電纜核心之一步驟。
19. 如請求項17之方法，其進一步包含在步驟(B)之前用一聚合材料部分地或完全地塗佈該電纜核心之一步驟。