TWI656183B - 用於導線之可固化兩部份塗層 - Google Patents

用於導線之可固化兩部份塗層 Download PDF

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Vitthal Sawant
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Satish Narayan Patil
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Abstract

本發明提供一種用於形成一組合物之組合物套組，該套組包含分開的一第一組合物及一第二組合物。該第一組合物包含一填充劑、一交聯劑及一放射劑；且該第二組合物包含一矽酸鹽黏合劑。本發明亦提供一種用於製造一組合物套組及用於製造一經塗佈架空導線之方法。

Description

用於導線之可固化兩部份塗層 [相關申請案之參考]
本申請案主張2014年6月10日申請之名稱為CURABLE TWO-PART COATINGS FOR CONDUCTORS之美國臨時申請案序號第62/010,144號之優先權，且該申請案之全部內容以引用的方式併入本文中。
本發明係關於一表面改質架空導線，其具有一允許該導線在更低溫度下操作之塗層。
當電力之需要繼續增長，更高容量輸配線之需要亦增長。一輸電線可輸送之電力係取決於該電線之電流負載容量(載流量)。然而，一電線之載流量係由負載該電流之該裸導線之最大安全操作溫度所限制。超過此溫度可導致損害該導線或損害該等輸配線配件。該導線溫度藉由該電線上之加熱及冷卻之該累積效應確定。該導線藉由歐姆損耗及太陽熱能加熱且藉由傳導、對流及輻射冷卻。由於歐姆損耗產生之熱量取決於該導線之該電流(I)及該電阻(R)且藉由歐姆損耗=I2R之關係確定。電阻(R)自身係進一步取決於溫度。更高電流及溫度導致更高電阻，此接著將導致該導線中之更大電損耗。
本技術中已提出多種解決方案以創造更高容量輸配線。例如，使用光譜選擇性表面塗層進行塗佈之架空導線係已知。此等塗層可具 有高於0.7之一熱放射(E)係數及小於0.3之太陽能吸收(A)係數。此等塗層在顏色上可為白色以降低太陽能吸收。
具有一黑色塗料塗佈(其具有一大於0.6之放射率)之架空電纜亦已知。此等塗料可由一塑膠(例如，聚胺酯)及黑色顏料製成。
使用一聚合物層(其放射係數係0.7或更大且太陽能吸收係數係0.3或更小)塗佈之電導線亦已知。可從聚偏二氟乙烯(PVDF)及一白色顏料添加劑製造此聚合物層。
然而，諸多此等已知塗層係白色塗層，但由於其會隨著時間發生之反光及脫色而不適用。此外，由於聚合物塗層有問題的熱量及濕潤老化特性而使其亦不適用。
熱保護塗層亦通常已知。然而，此等塗層係用以保護一基板以隔離該基板外部的熱，且無法藉由輻射熱至該外部環境來冷卻該基板。
因此，仍有需要用於架空導線之一耐用、無機塗層，其允許該等導線可在降低的溫度下操作。
根據一實施例，用於製造一組合物套組以形成一可固化塗層組合物之一方法包括混合一第一組合物且混合一第二組合物，其中該第一組合物及該第二組合物係分開的。該第一組合物包含自大約該組合物套組乾重之2%至大約該組合物套組乾重之55%之一填充劑、大約該組合物套組乾重之5%至大約該組合物套組乾重之20%之一交聯劑及大約該組合物套組乾重之6%至大約該組合物套組乾重之42%之一放射劑。該第二組合物包含一金屬矽酸鹽黏合劑。該金屬矽酸鹽黏合劑之金屬係一鹼土金屬或一鹼金屬之一者。
根據另一實施例，提供用於製造一架空導線之一方法。該方法包含藉由混合一第一組合物且混合一第二組合物提供一組合物套組， 其中該第一組合物及該第二組合物互相分隔；接著，將該第一組合物及該第二組合物混合在一起以形成一塗佈組合物，且接著，在一裸導線之一表面上施加該塗佈組合物以形成該架空導線。該第一組合物包含自大約該組合物套組乾重之2%至大約該組合物套組乾重之55%之一填充劑、大約該組合物套組乾重之5%至大約該組合物套組乾重之20%之一交聯劑及大約該組合物套組乾重之6%至大約該組合物套組乾重之42%之一放射劑。該第二組合物包含大約該組合物套組乾重之20%至大約該組合物套組乾重之65%之一金屬矽酸鹽黏合劑。該金屬矽酸鹽黏合劑之金屬係一鹼土金屬或一鹼金屬之一者。
100‧‧‧架空導線
110‧‧‧芯
112‧‧‧導線
120‧‧‧導線
130‧‧‧塗層
200‧‧‧架空導線
210‧‧‧導線
220‧‧‧塗層
300‧‧‧架空導線
310‧‧‧芯
320‧‧‧導線
330‧‧‧塗層
400‧‧‧架空導線
410‧‧‧導線
420‧‧‧塗層
502‧‧‧引入繞線輥
504‧‧‧預處理單元
506‧‧‧塗佈單元
508‧‧‧乾燥/固化單元
511‧‧‧滾筒
512‧‧‧導線
601‧‧‧圓柱形浸沒式鑄模
602‧‧‧開放端口
604‧‧‧中心開口
606‧‧‧管
圖1描繪根據一實施例之具有複數個芯線之一裸導線之一橫截面圖。
圖2描繪根據一實施例之無芯線之一裸導線之一橫截面圖。
圖3描繪根據一實施例之由梯形形狀導線形成且具有複數個芯線之一裸導線之一橫截面圖。
圖4描繪根據一實施例之自梯形形狀導線形成且無芯線之一裸導線之一橫截面圖。
圖5描繪根據一實施例之一導線之一連續塗佈程序。
圖6描繪根據一實施例之一浸沒式鑄模之一橫截面圖。
圖7描繪圖6之該浸沒式鑄模之一透視圖。
圖8描繪圖6之該浸沒式鑄模之一剖面視圖。
圖9描繪用以測試一給定施加電流之金屬基板之溫度之一測試配置。
一導線之溫度取決於多種因素，包含該導線之電性質、該導線之物理性質及本地天氣條件。例如，一導線之溫度會因太陽輻射而吸 收來自太陽的熱而增加。吸收的熱量取決於該導線之該表面，即，該表面之吸收係數(「吸收率」)。一低吸收率表示該導線僅吸收少量來自於太陽輻射的熱。
一導線可通常藉由通過輻射放射熱而降低其溫度。輻射之熱量取決於該導線表面之放射係數(「放射率」)。一高放射率表示該導線比具有一較低放射率之一導線輻射更多熱。
相應地，在特定實施例中，當根據ANSI C119.4-2004測試時，包含一熱輻射劑之一架空導線可在比無該熱輻射劑之相同導線之溫度還低之一溫度下操作。該熱輻射劑可直接併入該導線或可塗佈於該導線上。在一實施例中，該操作溫度可降低大約5℃或更多。
此外，本文亦描述用於在一架空導線上塗佈一無機、非白色、撓性塗層之方法，相較於無該熱輻射劑之相同導線之溫度，該塗層可降低該導線之該操作溫度。
在特定實施例中，放置在一架空導線上之一塗佈層可具有其他有益性質，包含該導線之抗腐蝕、該導線之抗電暈、該導線之生命全期之一個或多個改進及減少該導線上之冰及粉塵。
在特定實施例中，當塗佈於一架空導線上且根據ANSI C119.4-2004測試時，相較於無該熱輻射劑之相同導線之溫度，一兩部份塗佈組合物(本文亦稱為一組合物套組)可降低該導線之該操作溫度。在一實施例中，當經測量之該等操作溫度係大約60℃或更高時，當相較於一未經塗佈架空導線之操作溫度，該操作溫度可降低大約5℃或更多。在特定實施例中，當經測量之該等操作溫度係大約100℃或更高時，當相較於一未經塗佈架空導線之該操作溫度，該操作溫度可降低大約10℃或更多。如應瞭解，針對一給定電流負載容量，減少操作溫度可允許利用更薄導線或針對傳統大小之導線可增加電流負載容量。例如，使用該兩部份塗佈組合物塗佈之一電纜可在一低於僅傳導 1500amp之一相類似、未塗佈之電纜之溫度下操作且可傳導1900amp。
根據特定實施例，一兩部份塗佈組合物或組合物套組可包含一第一組合物部份，該組合物部份包含一填充劑、一交聯劑(例如，反應性劑)及一放射劑；及包含一矽酸鹽黏合劑之一第二組合物部份。直到要使用前，該等兩部份(例如，該第一組合部份及該第二組合部份)可保持分開。該等發明者已意外地發現在混合該等兩部份後，所得塗佈組合物可開始固化且展現隨時間增加之一黏度。無需受限於任何特殊理論，據推理，由於該交聯劑與該矽酸鹽黏合劑之間的一反應發生該固化。如應瞭解，當該黏度增加時，該塗佈組合物塗佈一架空導線之能力變得更困難。如此一來，直到要使用前，可有利地保持該等兩個組合物部份分開。
如本文中使用，除非特別指出，否則所有百分比(%)係整個組合物之重量百分比，亦表示為重量/重量%、%(w/w)、w/w、w/w%或僅以%表示。此外，如本文中使用，術語「溼潤」指該塗佈組合物在一分散劑介質(例如，水)中之相對百分比；「乾燥」指增加該分散劑介質之前之該乾燥塗佈組合物之相對百分比。換言之，該等乾燥百分比係此等無需考慮該分散劑介質而出現之百分比。溼性混合物指增加該分散劑介質之該塗佈組合物。「淨重百分比」，或其類似者，係在一溼性混合物中之重量；且「乾重百分比」，或其類似者，係在一無需該分散劑介質之乾燥組合物。除非特別指出，否則本文使用之百分比(%)係基於整個組合物之重量之乾重百分比。
根據特定實施例，一第一組合物之一合適填充劑可係一金屬氧化物，包含(但不限於)石英、氧化鋁、雲母、煅燒高嶺土、矽灰石、方解石、氧化鋯、鋯英石、雲母氧化鐵、氧化鐵、矽酸鋁、滑石(有時稱為水合矽酸鎂)、硫酸鋇、鋅鋇白及其組合。在特定實施例中， 一合適填充劑之更多具體實例可選自滑石、煅燒高嶺土、氧化鋁及/或石英。在特定實施例中，一合適填充劑可具有大約50微米或更小之一平均顆粒大小，在特定實施例中，係大約20微米或更小，且在特定實施例中，係大約5微米或更小。一組合物套組中之填充劑之總量可係大約2%至大約55%，在特定實施例中，係大約10%至大約40%，且在特定實施例中，係大約15%至大約30%。
根據特定實施例，一合適交聯劑(例如，反應性劑)可係一化合物(當與一黏合劑混合時，特別是在一含水漿液中，可促進該組合物之固化)。合適交聯劑之實例可包含(但不限於)氫氧化鎂、氧化鎂、氧化鋅或其組合。在特定實施例中，一合適交聯劑之具體實例可包含氫氧化鎂及/或氧化鎂。在特定實施例中，一組合物套組中出現之交聯劑之總量可自大約5%至大約20%之間不等，且在特定實施例中自大約7%至大約15%之間不等。
一放射劑可改進一組合物自該架空導線輻射熱之能力。合適放射劑之實例可包含(但不限於)氧化錄、氧化鈰、氧化鋯、六硼化矽、四硼化碳、四氯化矽、碳化矽、二矽化鉬、二矽化鎢、二硼化鋯、氧化鋅、亞鉻酸銅、氧化鎂、二氧化矽、氧化鉻、氧化鐵、碳化硼、矽化硼、銅鉻氧化物、二氧化鈦、氮化鋁、氮化硼、氧化鋁及其組合。在特定實施例中，一合適放射劑之具體實例可選自氧化硼、氧化鈰及/或二氧化鈦。在特定實施例中，一組合物套組中之放射劑之總量可係大約6%至大約42%，在特定實施例中，係大約10%至大約32%，且在特定實施例中，係大約15%至大約28%。
一合適矽酸鹽黏合劑可係鹼/鹼土金屬矽酸鹽，諸如(但不限於)矽酸鉀、矽酸鈉、矽酸鋰、矽酸鈣或其組合。在特定實施例中，一矽酸鹽黏合劑亦可係水合膠體氧化矽。在特地實施例中，該黏合劑可係矽酸鉀。在特定實施例中，亦可提供一合適金屬矽酸鹽充當一水 溶液。如熟悉技術者應瞭解，一合適水溶液(諸如由矽酸鉀及氧化硼形成之一溶液)可具有(例如)：在特定實施例中，大約1：1至大約1：6之金屬氧化物對矽酸比率，或在特定實施例中，大約1：2至大約1：4之金屬氧化物對矽酸比率。該矽酸鹽黏合劑可出現在一組合物套組中佔比大約20%至大約65%，在特定實施例中，佔比大約20%至大約50%，且在特定實施例中，佔比大約25%至大約35%。
如應瞭解，一組合物套組可額外包含其他添加劑(包含一穩定劑、一消泡劑及一乳化劑之一或多者)，此等添加劑可添加至該組合物套組之該第一組合物部份或該第二組合物部份。合適穩定劑之實例可包含(但不限於)膨潤土、高嶺土、鎂鋁矽酸鹽黏土及穩定的氧化鋯。此外，或者，亦可包含其他球狀黏土穩定劑充當一合適穩定劑。在特定實施例中，該穩定劑可係膨潤土。可以大約0.1至大約2%添加該穩定劑。
當水添加至一乾燥組合物時，可包含一消泡劑以抑制或延緩泡沫之形成。消泡劑之合適實例可包含矽基阻沫劑及非矽基阻沫劑。亦可使用特定表面活性劑充當一消泡劑。此等表面活性劑之實例可包含(但不限於)陽離子、陰離子或非離子表面活性劑及脂肪酸鹽。可以大約0.2%至大約1.5%添加一消泡劑。
當水添加至一乾燥組合物時，可包含一乳化劑以維持一平坦分散劑。乳化劑之合適實例可包含硫酸月桂酯鈉、十二烷基苯酚磺酸鈉、硬脂酸鉀、丁二酸辛脂磺酸鈉、十二烷基二苯二磺酸、壬基苯氧基聚氨(1)硫酸乙二醇乙醚、苯乙烯基磺酸鈉、十二烷基烯丙基磺酸鈉、亞麻籽油脂肪酸、聚氧乙烯壬基酚磷酸酯鈉鹽或聚氧乙烯壬基酚磷酸酯銨鹽、辛苯昔醇-3-磺酸鈉、椰子肌氨酸鈉、1-烷氧基-2-羥丙基磺酸鈉、α-烯烴(C14-C16)磺酸鈉、羥基鏈烷醇硫酸鹽、磺基水楊醯N-(1,2-二硫羧乙基)-N-十八基銨鹽四鈉、N-十八基磺基水楊醯胺酸二 鈉鹽、磺琥珀酸聚乙氧基烷基醯二鈉、半酯壬基苯酚乙氧基磺琥珀酸二鈉、乙氧基乙基硫酸鈉。使用的該乳化劑之總量可係大約2%至大約3%。
施加至一基板之後，一組合物套組可額外地包含一塑化劑以改進該塗佈層之撓性。一塑化劑之合適實例包含甘油、糖及纖維素之一或多者。
在特定實施例中，該第一組合物部份可包含大約1%至大約18%的滑石、大約1%至大約15%的煅燒高嶺土、大約0%至大約10%的氧化鋁、大約0%至大約12%的石英、大約5%至大約20%的氫氧化鎂及/或氧化鎂、大約1%至12%的氧化硼、碳化矽及/或氧化鈰及大約5%至大約30%的二氧化鈦；且該第二部份含有大約20%至大約65%的矽酸鉀。
如應瞭解，該第一組合部份及該第二組合部份可單獨混合且直至恰要使用之前係保持分開的。該第一組合部份之該等組件可經混合，接著，乾燥儲存或溼潤儲存。當溼潤(儲存)時，該分散劑介質可係水。所得第一組合部份，(作為一溼性混合物)，可係具有大約30%至大約55%之一總固體含量之一懸浮液，在特定實施例中大約35%至大約50%，且在特定實施例中，係大約43%至大約50%。亦可使用有機分散劑充當該分散劑介質。此等有機分散劑之合適實例可包含(但不限於)酒精、酮、酯、烴及其組合。在特定實施例中，該等有機分散劑可係與水互溶。可類似地製備一溼性第二組合部份。該第二組合部份，(作為一溼性混合物)，可係具有大約20%至大約50%之一總固體含量之一懸浮液，在特定實施例中大約25%至大約45%，且在特定實施例中，係大約30%至大約38%。當儲存時，該組合物套組之該等兩部份，無論乾燥或溼潤，都不應該互相接觸。該等兩個組合部份一混合，該組合物套組就可開始固化。由於該固化程序，該塗佈組合物 之黏度可隨時間增加。因為當該塗佈組合物塗佈於該裸導線上時高黏度對該塗佈組合物有負面影響，可延遲該第一部份及該第二部份之混合(組合物)直至恰在施加之前。
在混合該等兩個組合部份後，該塗佈組合物可用以塗佈一裸導線。在特定實施例中，該塗佈組合物可在混合之後大約24小時內使用，在特定實施例中，係大約12小時內，且在特定實施例中，係大約8小時內。在一溼性混合物中混合該等兩部份後，藉由根據ASTM D1200(2010)使用一B4福特杯測量，該溼性混合物之黏度可自大約10秒至大約30秒，在特定實施例中，自大約13秒至大約25秒，且在特定實施例中，自大約15秒至大約20秒。此外，該溼性混合物之黏度可在將該第一組合部份及該第二組合部份一起混合大約8秒內增加不多於65%。該溼性混合物可在一高速分散劑(「HSD」)、球磨機、珠磨機中製備或使用本發明中已知之其他技術製備。如繪示，一HSD可用以使得該第一組合物部份及該第二組合物部份緩慢地一起添加該塗佈組合物且相互混合直至達成該等組件之該期望分散。在特定實施例中，該混合器速度可係大約10rpm或更快以達成該期望塗佈組合物。
一旦施加且固化於一導線上，當彎曲一心軸大約5英寸或更小之直徑時，該塗層可提供不展示可見裂縫之一撓性塗層。在特定實施例中，當彎曲心軸直徑0.5英寸至5英寸時，該撓性塗層可不展示可見裂縫。該固化塗層亦可係抗熱且可在90℃下熱老化7天之後通過相同心軸彎曲測試。該固化塗層亦可係抗外部天氣且可在暴露於外部風化條件(例如，紫外線、噴霧水及熱應用之一組合)下4000小時之後通過相同心軸彎曲測試。
一塗佈可在包含高電壓架空輸電線之多種電纜周圍施加。如應瞭解，此等架空輸電線可以多種結構形成且可通常包含自複數個導線形成之一芯。例如，鋼芯鋁線(「ACSR」)電纜、鋼支鋁線 (「ACSS」)電纜、碳纖維複合芯鋁線(「ACCC」)電纜及全鋁合金導線(「AAAC」)電纜。ACSR電纜係高強度束狀導線且包含外部導線束及中心支撐束。該等外部導線束可自具有一高傳導性及低重量之高純度鋁合金形成。該等中心支撐束可係鋼且可具有支撐更具延性之外部導線束所需之強度。ACSR電纜可具有一總高拉伸強度。ACSS電纜係電纜且包含同心放置束狀電纜且包含一鋼芯中心(其周圍係鋁層、或鋁合金、線之一或多者)。相反地，ACCC電纜可藉由自碳、玻璃纖維、氧化鋁纖維或聚合材料之一或多者形成之一芯牆加固。一複合芯可提供多種優於一全鋁電纜或鋼芯習知電纜之優點，如該複合芯之高拉伸強度及低熱下陷組合能使跨度更長。ACCC電纜可使新電線由更少支撐結構建成。AAAC電纜只用鋁導線或鋁合金導線製成。由於AAAC電纜係大部分為鋁或完全為鋁，AAAC電纜可具有一更好抗腐蝕性。可使用ACSR、ACSS、ACCC及AAAC電纜充當用於架空輸配線之架空電纜。
如應瞭解，一電纜亦可係一間隙導線。一間隙導線可係由圍繞一高強度鋼芯之梯形耐溫鋁鋯導線形成之一電纜。
圖1、圖2、圖3及圖4各自繪示根據特定實施例之各種裸架空導線。架空導線100、架空導線200、架空導線300及架空導線400可通常僅包含一個或多個如圖2及圖4中之導線210及導線410，或如圖1及圖3中之圍繞芯110及芯310之導線120、導線210、導線320及導線410。圖1至圖4中描繪之各個架空導線可包含自該等兩個組合部份形成之一塗層(130、220、330及420)。此外，在特定實施例中，圖1及圖3可通過選擇鋼作為該芯且選擇鋁作為該等導線而形成為ACSR電纜。同樣地，在特定實施例中，圖2及圖4可通過適當選擇鋁或鋁合金作為該等導線而形成為AAAC電纜。
在替代實施例中，芯110、芯310可係鋼、殷鋼、複合材料、任何 其他可提供強度至該導線之材料。在其他替代實施例中，導線120、導線210、導線320、導線410可由任何合適導電材料(包含銅、一銅合金、鋁、一鋁合金、包含鋁型1350、6000系列鋁合金、鋁-鋯合金、碳奈米管、石墨烯或任何其他導電材料所製成。
由於在更高操作溫度下具有更低下陷且在重量比率中強度佔比更高，複合芯導線較有用。複合材料基於玻璃纖維、碳纖維、聚合纖維、在鋁中加固之氧化鋁纖維或任何其他可提供強度及更低下陷至該導線之材料。亦可，或者，在複合芯導線設計中利用一聚合塗層。如應瞭解，由於該塗層，具有自一組合物套組之塗層之一複合芯導線可具有導線操作溫度之一進一步減少且在自該等降低的操作溫度之該組合物中可具有特定聚合樹脂之一更低下陷及更低降解。複合芯之非限制性實例可見於美國專利第7,015,395號、美國專利第7,438,971號、美國專利第7,752,754號、美國專利申請案第2012/0186851號、美國專利第8371028號、美國專利第7,683,262號及美國專利申請案第2012/0261158號，其各者以引用的方式併入本文中。
在特定實施例中，該架空導線之表面可在施加該塗佈組合物之前製備。該製備程序可包含化學處理、加壓空氣淨化、熱水或蒸汽清潔、毛刷清潔、熱處理、噴砂、超音波、去反光、溶劑擦拭、電漿處理及其類似者之一或多者。在特定程序中，該架空導線之表面可藉由噴砂去反光。
根據特定實施例，一塗佈組合物可藉由噴槍在大約10psi至大約45psi壓力下使用控制的大氣壓力施加。在此等實施例中，該噴槍噴嘴可垂直於該導線之方向(例如，一大約90°角度)放置以獲取導線產品上之一均勻塗佈。在特定情況中，兩個或更多個槍亦可用以獲取更多有效塗佈。該塗佈厚度及密度藉由該混合物黏度、槍壓力及導線直線速度控制。在該塗佈施加期間，依該導線之材料，該架空導線溫度可 維持在10℃至90℃之間。
或者，在特定實施例中，一塗佈組合物可藉由浸漬、一毛刷或藉由滾筒之一或多者施加至一架空導線。例如，在一浸漬程序中，一清潔及乾燥導線可浸漬至一塗佈組合物以允許該塗佈組合物完全塗佈該導線。接著，該導線可自該塗佈組合物中移除且可經允許乾燥。
施加該塗佈之後，該架空導線上之該塗層可經允許藉由在室溫下或在高溫下蒸鍍而固化/乾燥。在特定實施例中，一塗層可藉由烤箱加熱乾燥。在特定實施例中，該烤箱可係大約325℃，在特定實施例中，自大約200℃至大約250℃。在特定實施例中，一塗層亦可，或者，經受直接燃燒暴露(其暴露該塗層至劇烈加熱)。例如，在特定實施例中，直接燃燒可施加大約0.1秒至大約60秒，且在特定實施例中，自大約0.5秒至大約30秒。在又一進一步實施例中，該電纜可係烤箱加熱，隨後直接燃燒暴露。此處，可發生該等兩個加熱程序：連續線上作業，即，該電纜可退出該烤箱且接著可直接引導至該火焰，或者，可以一分批方式發生。例如，在烤箱加熱之後，一電纜可纏繞至一捲線軸，其可接著被轉移至一燃燒裝置(其中該電纜未自該捲線軸展開且通過一火焰以進一步固化/乾燥該塗層)。在特定實施例中，在經烤箱加熱及燃燒加熱之後，一電纜可纏繞至一捲線軸(其可在一烤箱中進一步加熱)。在此等實施例中，(在特定實施例中)該烤箱可係大約200℃至大約325℃，且在特定實施例中，係大約200℃至大約250℃。在特定實施例中，該捲線軸可在該烤箱中加熱大約0.1小時至大約24小時，且在特定實施例中，係大約1小時至大約15小時。
如應瞭解，一塗佈亦可施加至已安裝且當前使用中之導線。可使用用於自動化或半自動化塗佈之一機械系統塗佈現有導線。該自動化系統按三個步驟運行：(1)清潔該導線表面；(2)施加該塗佈於該導線表面上；及(3)乾燥該塗層。
此外，一塗佈可施加至架空輸電線配件。例如，一變電站可包含多種產生熱之配件(包含一斷路器及諸如一電流耦合變壓器之一變壓器)。本文描述之該塗佈可施加至此等配件之一或多者以減少相較於一相類似但未塗佈配件之該塗佈配件之操作溫度。如應瞭解，額外輸電線配件亦可得益於包含(如非限制性實例)截斷/端接產品、編接部/接頭、懸浮液及支撐產品、運動控制/振動產品(有時稱為阻尼器)、拉索產品、野生動植物保護及阻嚇產品、導線及壓縮裝具修復零件、變電站產品、夾鉗及電暈環之此塗層。例如，一塗佈可在清潔該配件之表面之後施加至一新配件。或者，一塗佈亦可在清潔該配件之表面之後施加至一現有配件。在每個此實施例中，該塗層可藉由暴露至藉由(例如)一直接燃燒提供之周圍溫度或高溫而乾燥及固化。
一塗佈可以若干方式施加至一導線。例如，可藉由在導線之總成在該裸架空導線中之前塗佈個別導線而施加一塗佈。如應瞭解，可塗佈該導線之所有導線，或，更經濟地，僅塗佈一導線之最外部導線。或者，一塗佈可僅施加至該裸架空導線之外部表面而非個別導線之外部表面。在特定實施例中，可塗佈一裸導線之完整外部表面。在其他實施例中，可僅塗佈該裸導線之一部分。
如應瞭解，一塗佈可在一分批程序、一半分批程序或一連續程序中施加。圖5繪示一連續塗佈程序且描繪自一引入繞線輥502穿過進入一預處理單元504及塗佈單元506之一導線512。預處理單元504製備該導線之表面以在塗佈單元506中施加該塗佈。施加該塗佈之後，該導線可經由一乾燥/固化單元508乾燥。一旦乾燥，該電纜可纏繞至一滾筒511。
在預處理單元504中，導線512之表面可藉由介質噴砂製備。此介質可包含砂、玻璃珠、鈦鐵礦、鋼丸及其他合適介質。該介質噴砂可後續接著空氣擦拭以從導線512上吹掉該等粒狀材料。一空氣擦拭 使用噴口以一角度及在相對於導線112之行程方向之一方向中將空氣吹進導線512。該等空氣噴口形成附接至導線512之圓周之一360°空氣環且使用高速度空氣擦拭該表面。在此實施例中，當該導線退出預處理單元504時，可擦拭任何黏合於導線512之顆粒且將顆粒吹回至預處理單元504。在特定實施例中，一合適空氣噴口可在大約60PSI至大約100PSI下操作，在特定實施例中，係大約70PSI至大約90PSI，且在特定實施例中，係大約80PSI。在特定實施例中，該空氣噴口可具有大約125mph至大約500mph之一速度(流出該等噴嘴)，在特定實施例中，係大約150mph至大約400mph，且在特定實施例中，係大約250mph至大約350mph。在特定實施例中，空氣擦拭之後，餘留在該導線之表面上之大於大約10微米大小之顆粒之數量可係每平方英尺大約1000顆粒或更少，在特定實施例中，係每平方英尺大約100顆粒或更少。空氣擦拭之後，該導線可藉由(例如)一加熱烤箱、紫外線、紅外線、電子束、感應加熱、加壓蒸汽加熱、明火及其類似者加熱。可藉由單個或多個單元完成該加熱。在一實施例中，該直接燃燒應用可用於預加熱該導線。此處，該電纜可直接通過一火焰以加熱該電纜表面至超過周圍溫度之一溫度。預處理中之一高加熱溫度可允許在該乾燥/固化單元中利用一較低加熱溫度。然而，加熱不應該太劇烈，以致影響該塗佈之質量(例如，通過黏合、均勻化、起泡等等)。在特定實施例中，導線512不應該加熱超過大約140℃，且在特定實施例中，係不超過大約120℃。
一旦製備導線512之表面，可準備塗佈。該塗佈程序可在該塗佈單元(其中該電纜通過沈積該塗佈組合物之一液體懸浮液於該製備表面上之一浸沒式鑄模)中發生。圖6至圖8描繪一環形浸沒式鑄模601。該塗佈懸浮液可經由一管606進料至鑄模601。當導線512通過浸沒式鑄模601之中心開口604時，該塗佈組合物經由鑄模601之內部表面中 之一個或多個開放端口602塗佈導線512。在特定實施例中，浸沒式鑄模601可包含兩個或更多個、四個或更多個、或六個或更多個均勻地在該內部表面之圓周隔開之開放端口602。一旦導線512退出該浸沒式鑄模，導線512可通過另一空氣擦拭以移除過量塗佈懸浮液且將該塗佈組合物平均地散佈在該導線周圍。在一束狀導線之情況中，該空氣擦拭可允許該塗層穿透該導線之表面上之該等束之間之槽。此空氣擦拭可使用如預處理單元504中之該空氣擦拭之相類似條件操作。
如圖5中描繪，一旦導線512塗佈，其可通過乾燥/固化單元508。可藉由使用空氣或加熱空氣完成乾燥/固化。例如，在特定實施例中，合適空氣可加熱至大約1000℃且在特定實施例中，該乾燥/固化單元可使用自大約9英尺/分鐘至大約500英尺/分鐘之一直線速度操作，其在特定實施例中，係大約10英尺/分鐘至大約400英尺/分鐘之一直線速度。可基於導線512中使用之金屬合金選擇該空氣之溫度及該直線速度。該乾燥程序可係一逐漸乾燥程序、一迅速乾燥程序及/或一直接燃燒應用程序。如應瞭解，亦可藉由其他技術(包含使用一加熱烤箱、紫外線輻射、紅外線輻射、電子束固化、感應加熱、化學應用、二氧化碳氣體或液體噴霧及其類似者之一或多者)完成乾燥或固化。該乾燥程序可在一單個單元中發生或在多個單元中發生。亦可係垂直或水平或以一特定角度發生。在特定實施例中，乾燥/固化可藉由加熱且接著以直接火焰施加來進行。例如，一電纜可首先通過一加熱烤箱，且接著，直接通過一火焰以加熱該電纜表面至大約150℃或更低之一溫度，且在特定實施例中，加熱至大約120℃或更低之一溫度。一旦乾燥或固化，該塗佈導線可纏繞至一滾筒511用於儲存。
如果為一個別束(而非一束狀電纜)操作，在特定實施例中，該連續程序可以大約2500英尺/每分鐘或更小之一直線速度操作，在特地實施例中，係自大約9英尺/每分鐘至大約2000英尺/每分鐘，在特定實 施例中，係自大約10英尺/每分鐘至大約500英尺/每分鐘，且在特定實施例中，係自大約30英尺/每分鐘至大約300英尺/每分鐘。
在特定實施例中，一旦塗佈於一導線512上且乾燥/固化，該塗佈層可小於100微米，且在特定實施例中，係大約10微米至30微米。所產生的該等塗層可係具有大約20或更大之一L值之非白色(塗層)。該等塗層可非導電、半導電或導電。
該塗佈導線可展現改進的熱消散。放射率係一表面藉由輻射放射熱之相對功率，且在相同溫度下藉由一表面放射之輻射能量對藉由一黑體放射之輻射能量之比率。放射物係每單元區域藉由一體之表面輻射之能量。放射率可藉由(例如)Lawry等人申請之美國專利公開申請案第2010/0076719號(其以引用的方式併入本文中)中揭示之方法測量。在特定實施例中，該塗佈導線可具有大約0.3或更大之一放射係數，在特定實施例中，係大約0.5或更大，且在特定實施例中，係大約0.75或更大。
無需進一步描述，據信，一般技術者可使用先前描述及以下繪示性實例製造且利用本發明之該等組合物及方法。給定以下實例以繪示本發明及發明申請專利範圍。應理解本發明及發明申請專利範圍不限於該等實例中描述之具體條件或細節。
實例 測試程序
黏度：使用根據ASTM D 1200(2010)之B4福特杯黏度計測量該等組合物之黏度。
帶狀黏合：根據ASTM D 3359(2009)在塗佈鋁條帶上執行帶狀黏合測試。
塗佈可施加性：為確定塗佈可施加性，在塗佈樣品中評價兩個塗佈缺陷、銷孔缺陷及乾燥點缺陷。確定每平方釐米塗佈條狀之此等 缺陷之數量。每平方釐米六個或更多個缺陷表示「差」可施加性；每平方釐米兩個缺陷至五個缺陷表示「中等」可施加性；且一個缺陷或無缺陷表示「良好」可施加性。具有「中等」可施加性或「良好」可施加性之組合物考慮為可接受用於塗佈目的。
心軸彎曲測試：使用心軸彎曲測試測試該塗層之撓性。在該心軸彎曲測試中，塗佈樣品按不同圓柱體心軸大小(自較大直徑至小直徑)彎曲以觀察該等塗層之任何可見裂縫。出現可見裂縫表示該樣品失敗。
加熱老化：為研究該塗層之熱穩定性，塗佈樣品放置在90℃之一溫度下之一空氣循環烤箱中達7天。完成該熱老化之後，該等樣品放置在室溫下達24小時。該等樣品按不同圓柱體心軸大小(自較大直徑至小直徑)彎曲且關注該等心軸大小之各者之任何可見裂縫。
水老化測試：為研究該塗層之熱水穩定性，塗層樣品在維持在90℃之一熱水浴中7天老化。完成該老化程序之後，移除該等樣品其且允許樣品在測試之前在室溫下停留24小時。接著，藉由在一系列具有減小的圓柱體大小之心軸上彎曲該等樣品而測試該等老化樣品且關注該等心軸大小之各者之任何可見裂縫。亦在老化之前及老化之後稱重該等樣品以確定自該沸水老化獲得/損耗之任何重量。
溫度減少：根據電流循環測試方法，ANSI C119.4-2004引導測試以測量該塗佈之有效性以減少導線樣品之操作溫度，除非為減少數量之熱循環(至少執行五十個循環)執行該測試。如圖9中所描繪準備一實驗裝置且在下文中描述。
如圖9中所描繪，使用六個相同大小之四英尺導線樣品(三個未塗佈且三個已塗佈)形成一串列迴路，且一額外合適導線路由通過該電流變壓器。該串列迴路由兩路三個相同大小之導線樣品組成。該等裸且塗佈導線樣品以一交替方式熔焊。一平衡器安裝在導線樣品之間以 為電阻測量提供等勢平面。該等平衡器確保在所有導線束之間永久接觸。自鋁母線製造平衡器(對於2/0固體氧化鋁係2"x 3/8"x 1.75"而對於795 AAC楊梅屬(Arbutus)係3"x 3/8" x 3.5")。在該等平衡器中鑽鑿連接導線大小之孔。該等相鄰導線之末端熔焊至該等平衡器以完成該串列迴路。在一末端使用一較大平衡器(對於2/0固體氧化鋁係10"x 3/8"x 1.75"而對於795 AAC楊梅屬係12"x 3/8" x 3.5")以連接該等兩路，同時另一末端連接至路由通過該電流變壓器之一額外導線。
放射率及太陽能吸收率：各自根據ASTM E408(2013)及ASTM E903(2012)測量該等塗佈樣品及未塗佈樣品之放射率及太陽能吸收率。
風化測試：根據ASTM G155-05a(2013)，藉由將該等樣品放置在一室中且循環暴露該等樣品至光、水氣及熱風化樣品。每個循環係120分鐘且包含在63℃下自一日光析出氙弧燈之光照達102分鐘及光照及水噴霧達18分鐘。樣品暴露達10000小時且每2000小時移除用於測試。
鹽噴霧測試：根據ASTM 5 117-11/ISO-10289執行鹽噴霧測試。使用ASCR導線之一英尺樣品。該等樣品暴露至一鹽噴霧室中之含5% NaCl之一鹽溶液且每天觀察是否出現生鏽、腐蝕或任何其他可見變化。
實例
產生三個(3)塗佈組合物且測試其黏度、可施加性及帶狀黏合。基於一乾重提供該等三個塗佈組合物(比較實例1及發明實例1與發明實例2)且羅列在表1中。亦提供比較實例1及發明實例1與發明實例2各者之測試結果且記錄在表1中。
在兩部份混合在一起之後，發明實例1之黏度隨時間測試。表2中展示隨時間增加之黏度。
使用發明實例1充當用於架空導線電纜之一塗佈組合物。評價該等電纜之各種性質(包含溫度減少、放射率及太陽能吸收率)。表3中呈現比較該塗佈基板及該未塗佈基板之測試結果。
發明實例1亦可用以製備額外樣品以使用心軸彎曲測試評價。表4中描繪比較一塗佈樣品及一未塗佈樣品之測試結果。心軸彎曲測試之通過結果意味著未觀察到剝落、損害或移除該塗佈。
本文揭示之該等尺寸及值不理解為嚴格限於敘述之精確數值。相反，除非特別指出，每個此尺寸意欲表示該敘述值及在該值附近之功能等效範圍。
應瞭解在遍及本說明書中給定之每個最大數值限制包含每個較低數值限制，如同此等較低數值限制在本文中係清楚地寫明。本說明書中給定之每個最小數值限制將包含每個較高數值限制，如同此等較高數值限制係在本文中清楚地寫明。本說明書中給定之每個數值範圍將包含落入此等較寬數值範圍內之每個較窄數值範圍，如同此等較窄數值範圍係在本文中全部清楚地寫明。
除非明確排除或另有限制，否則本文引用之每個文獻(包含任何交叉引用或相關專利或申請案)之全部內容以引用的方式併入本文中。任何文獻之引用並非一許可，而係有關本文申請或揭示之任何發明之先前技術，或單獨，或與任何其他引用或參考、教示、建議之任何組合，或揭示任何此發明。進一步，就在此文獻中之一術語之任何意思或定義與以引用的方式併入之一文獻中之相同術語之任何意思或定義不一致來說，應該規定該文獻中指定該術語之意思或定義。
實施例及實例之先前描述已為描述目的而呈現。不意欲詳盡或限於描述之形式。根據以上教示可能有多個修改。一些該等修改已討論而其他修改將藉由熟習技術者瞭解。選擇且描述該等實施例用於繪示各種實施例。當然，範圍不限於本文中提出實例或實施例，而是可在任何數量之應用及等效物件中由該等一般技術者採用。因而，該範圍意欲藉由內附之專利申請範圍界定。

Claims (10)

  1. 一種製造一組合物套組以形成一可固化塗佈組合物之方法，該方法包括：a.混合一第一組合物，該第一組合物包括自該組合物套組乾重之2%至該組合物套組乾重之55%之一填充劑、該組合物套組乾重之5%至該組合物套組乾重之20%之一交聯劑及該組合物套組乾重之6%至該組合物套組乾重之42%之一放射劑；且b.混合一第二組合物，該第二組合物包括該組合物套組乾重之20%至該組合物套組乾重之65%之金屬矽酸鹽黏合劑，其中該金屬矽酸鹽黏合劑之金屬係一鹼土金屬或一鹼金屬之一者；且其中該第一組合物及該第二組合物係分開的；及其中i)該填充劑包括1%至18%的滑石、1%至15%的煅燒高嶺土、0%至10%的氧化鋁及0%至12%的石英；ii)該交聯劑包括5%至20%的氫氧化鎂及氧化鎂之一或多者；iii)該放射劑包括1%至12%的氧化硼、碳化矽及氧化鈰之一或多者及5%至30%的二氧化鈦；且iv)該金屬矽酸鹽黏合劑包括20%至65%的矽酸鉀。
  2. 如請求項1之方法，其中該填充劑具有50微米或更小之一平均顆粒大小。
  3. 如請求項1之方法，其中該交聯劑進一步包括氧化鋅。
  4. 如請求項1之方法，其中該放射劑進一步包括氧化鎵、氧化鋯、六硼化矽、四硼化碳、四硼化矽、二矽化鉬、二矽化鎢、二硼化鋯、氧化鋅、亞鉻酸銅、二氧化矽、氧化錳、氧化鉻、氧化鐵、碳化硼、矽化硼、銅鉻氧化物、氮化鋁、氮化硼、氧化鋁及氧化鎂之一或多者。
  5. 如請求項1之方法，其中該金屬矽酸鹽黏合劑進一步包括矽酸鈉、矽酸鋰、矽酸鈣及矽酸鋁鎂之一或多者。
  6. 如請求項1之方法，其中該第一組合物及該第二組合物之至少一者進一步包括一穩定劑、一乳化劑及一消泡劑之一或多者。
  7. 如請求項1之方法，進一步包括添加水至該第一組合物及該第二組合物之至少一者且混合該水以形成一濕性混合物。
  8. 如請求項7之方法，其中水添加至該第一組合物及該第二組合物，且其中該第一組合物具有範圍30%至55%之一總固體含量，且該第二組合物具有範圍20%至50%之一總固體含量。
  9. 如請求項1之方法，進一步包括：將該第一組合物及該第二組合物一起混合以形成該可固化塗佈組合物；將該可固化塗佈組合物施加至一基板以形成一塗佈表面；且使用熱來乾燥該可固化塗佈組合物。
  10. 如請求項1之方法，其中該填充劑進一步包括雲母、矽灰石、方解石、氧化鋯、鋯英石、雲母氧化鐵、氧化鐵、矽酸鋁、硫酸鋇及鋅鋇白之一或多者。
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