背景技术

通常复合物(包括金属基复合材料(MMCs))是已知的。复合物通常包括用微粒、晶须、或纤维(例如短纤维或长短纤维)强化的基质。金属基复合材料的例子包括铝基复合金属丝(例如嵌入碳化硅、碳、硼、或多晶的α氧化铝纤维的铝基质)、钛基复合带(例如嵌入碳化硅纤维的钛基质)、以及铜基复合带(例如，嵌入碳化硅或硼纤维的铜基质)。聚合物基复合物的例子包括在环氧树脂基质中的碳或石墨纤维，在聚酯树脂中的玻璃或聚芳基酰胺纤维，以及环氧树脂中的碳以及玻璃纤维。 

复合金属丝(例如，金属基复合金属丝)的一种用途是作为裸露的高架电力输送电缆强化构件。电缆的一种常见需求是由于需要增加现有传输基础结构的电力传输容量而引起的。 

对于高架的电力传输应用的电缆希望的性能要求包括耐腐蚀性、环境的耐久性(例如UV和湿气)，在高温耐强度损失，抗蠕变性，和比较高的弹性模数，低密度，低的热膨胀系数，高导电性，以及高强度。虽然包括铝基复合金属丝在内的高架电力传输电缆是已知的，对于一些应用，仍存在例如对于更希望的下垂性能要求。 

发明内容

一方面，本发明提供电缆，包括： 

具有热膨胀系数的纵向的芯，和 

聚集在一起的多个导线，其热膨胀系数大于芯的热膨胀系数；其中多个导线包括至少一种铝导线，铜导线，铝合金导线，或铜合金导线，和其中所述导线绞合在芯的周围， 

其中电缆的应力参数小于0MPa(在一些实施方式中，高达-5MPa，-10MPa，-15MPa，-20MPa，-25MPa，-30MPa，-35MPa，-40MPa，-45MPa，或甚至高达-50Mpa，在一些实施方式中，为从小于0到-50MPa，0～-40MPa，0～-30MPa，0～-25MPa，0～-20MPa，或甚至0～-10MPa)。在一些实施方式中，多个导线的抗拉断裂强度至少90MPa，或甚至至少100MPa(按照ASTM B557/B557M(1999)计算)。 

另一个方面中，本发明提供制造根据本发明的电缆的方法，所述方法包括： 

围绕纵向的芯绞合多个导线，其中多个导线包含至少一种铝导线、铜导线、铝合金线、或铜合金导线，以提供初步的绞合电缆；和 

使所述初步的绞合电缆进入闭式模具以提供电缆，其中所述闭式模具具有内径，其中电缆具有外径，和其中模具的内径为电缆外部直径的1.00～1.02倍。 

本发明中，除非另作说明，下列术语如下定义： 

″陶瓷″表示玻璃，晶体陶瓷，玻璃-陶瓷，和其组合。 

″连续纤维″表示与纤维平均直径相比长度是相对无限的纤维。典型地，这表示纤维的纵横比(即纤维的长度与纤维平均直径的比)为至少1×105(一些实施方式中，至少1×106，乃至至少1×107)。通常这样的纤维的长度为至少50米级别的，和长度甚至可以为千米或以上的级别。 

″形状记忆合金″指进行Martensitic转变的金属合金，使得金属合金在低于转变温度下通过双晶机理(twinning mechanism)是可变形的，其中在加热到转变温度以上双晶结构恢复原来的位相时，这样的变形是可恢复的。 

根据本发明的电缆可例如用作电力输送电缆。通常，本发明的电 缆显示出改善的下垂性能(即，减少下垂)。 

附图说明

图1-5是本发明的电缆的示例性实施方式的横截面示意图。 

图6是根据本发明的用于用熔融金属浸渗纤维的示例性超声渗入装置的示意图。 

图7，7A，和7B是用于制备本发明的电缆的示例性绞合装置的示意图。 

图8是说明性实施例的电缆下垂数据图。 

图9是说明性实施例和预示性实施例1的电缆下垂数据图。 

图10是对比例和实施例1的电缆下垂数据图。 

图11是本发明的电缆的示例性实施方式的剖视示意图。 

详细说明

本发明涉及电缆和制造电缆的方法。本发明的一个示例性电缆10的剖视图见图1。电缆10包括芯12和双层的绞合圆线14，其中芯12包括导线16(如所示的金属基复合导线)。 

本发明的另一种示例性电缆20的剖视图见图2。电缆20包括芯22和三层绞合线24，其中芯22包括导线26(如所示的金属基复合导线)。 

本发明的另一种示例性电缆30的剖视图见图3。电缆30包括芯32和梯形的绞合线34，其中芯32包括导线36(如所示的金属基复合导线)。 

本发明的另一种示例性电缆40的剖视图见图4。电缆40包括芯42和绞合线44。 

一些实施方式中，芯的纵向的热膨胀系数在至少约-75℃～约450 ℃的温度范围内，为约5.5ppm/℃～约7.5ppm/℃。 

组成所述芯的材料的例子包括，芳族聚酰胺，陶瓷，硼，聚(p-亚苯基-2，6-苯并二噁唑)，石墨，碳，钛，钨，和/或形状记忆合金。一些实施方式中，所述材料以纤维的形式(通常为连续丝)。一些实施方式中，包括芳族聚酰胺的芯的纵向的热膨胀系数在至少约20℃～约200℃的温度范围内，为约-6ppm/℃～约0ppm/℃。一些实施方式中，包括陶瓷的芯的纵向的热膨胀系数在至少约20℃～约600℃的温度范围内，为约3ppm/℃～约12ppm/℃。一些实施方式中，包括硼的芯的纵向的热膨胀系数在至少约20℃～约600℃的温度范围内，为约4ppm/℃～约6ppm/℃。一些实施方式中，包括聚(p-亚苯基-2，6-苯并二噁唑)的芯的纵向热膨胀系数在至少约20℃～约600℃的温度范围内，为约-6ppm/℃～约0ppm/℃。一些实施方式中，包括石墨的芯的纵向的热膨胀系数在至少约20℃～约600℃的温度范围内，为约-2ppm/℃～约2ppm/℃。一些实施方式中，包括碳的芯的纵向的热膨胀系数在至少约20℃～约600℃的温度范围内，为约-2ppm/℃～约2ppm/℃。一些实施方式中，包括钛的芯的纵向的热膨胀系数在至少约20℃～约800℃的温度范围内，为约10ppm/℃～约20ppm/℃。一些实施方式中，包括钨的芯的纵向的热膨胀系数在至少约20℃～约1000℃的温度范围内，为约8ppm/℃～约18ppm/℃。一些实施方式中，包括形状记忆合金的芯的纵向的热膨胀系数在至少约20℃～约1000℃的温度范围内，为约8ppm/℃～约25ppm/℃。一些实施方式中，包括玻璃的芯的纵向的热膨胀系数在至少约20℃～约600℃的温度范围内，为约4ppm/℃～约10ppm/℃。 

用于芯的纤维的例子包括聚芳基酰胺纤维，陶瓷纤维，硼纤维，聚(p-亚苯基-2，6-苯并二噁唑)纤维，石墨纤维，碳纤维，钛纤维，钨纤维，和/或形状记忆合金纤维。 

示例性硼纤维是可商业得到的，例如从Lowell，MA的Textron Specialty Fibers，Inc.得到。通常，这些纤维的长度在至少50米的级别，和长度甚至可以在千米或以上的级别。通常，连续的硼纤维的纤维平均直径为约80微米～约200微米。更通常，纤维平均直径不大于150微米，最通常为95微米～145微米。一些实施方式中，硼纤维的平均抗拉强度为至少3GPa，或甚至至少3.5GPa。一些实施方式中，硼纤维的模量为约350GPa～约450GPa，或甚至为约350GPa～约400GPa。 

一些实施方式中，陶瓷纤维的平均抗拉强度为至少1.5GPa，2GPa，3GPa，4GPa，5GPa，6GPa，或甚至至少6.5GPa。一些实施方式中，陶瓷纤维的模量为140GPa～约500GPa，或甚至为140GPa～约450GPa。 

示例性碳纤维是市场上有售的，例如由Alpharetta，GA的AmocoChemicals，以商标″THORNEL CARBON″，以2000，4000，5,000，和12,000的纤维束，Stamford，CT的Hexcel Corporation，由Sacramento，CA的Grafil，Inc.(Mitsubishi Rayon Co.的子公司)以商标″PYROFIL″，Tokyo，Japan的Toray，以商标″TORAYCA″，Toho Rayon of Japan，Ltd.以商标″BESFIGHT″，St.Louis，-MO的Zoltek Corporation以商标″PANEX″和″PYRON″，和Wyckoff，NJ的Inco Special Products(涂覆镍的碳纤维)，以商标″12K20″和″12K50″出售。通常，这些纤维长度在至少50米的级别，和长度甚至可以在千米或以上的级别。通常，连续的碳纤维的纤维平均直径为约4微米～约12微米，约4.5微米～约12微米，甚至约5微米～约10微米。一些实施方式中，碳纤维的平均抗拉强度为至少1.4GPa，至少2.1GPa，至少3.5GPa，或甚至至少5.5GPa。一些实施方式中，所述碳纤维的模量大于150GPa～不大于450GPa，或甚至不大于400GPa。 

示例性石墨纤维是市场有售的，例如，由Alpharetta，GA的BPAmoco，以商标″T-300″，以1000，3000，和6000的纤维束销售。通常，这些纤维长度在至少50米的级别，和长度甚至可以在千米或以上 的级别。通常，连续的石墨纤维的纤维平均直径为约4微米～约12微米，约4.5微米～约12微米，甚至约5微米～约10微米。一些实施方式中，石墨纤维的平均抗拉强度为至少1.5GPa，至少2GPa，至少3GPa，或甚至至少4GPa。一些实施方式中，所述石墨纤维的模量为约200Gpa～约1200GPa，或甚至约200GPa～约1000GPa。 

示例性钛纤维，例如由TIMET，Henderson，NV得到。通常，这些纤维长度在至少50米的级别，和长度甚至可以在千米或以上的级别。通常，连续的钛纤维的纤维平均直径为50微米～约250微米。一些实施方式中，所述钛纤维的平均抗拉强度为至少0.7GPa，1GPa，1.5GPa，2GPa，或甚至至少2.1GPa。一些实施方式中，所述陶瓷纤维的模量为约85Gpa～约100GPa，或甚至约85～约95GPa。 

示例性钨纤维，例如从California Fine Wire Company，GroverBeach，CA得到。通常，这些纤维长度在至少50米的级别，和长度甚至可以在千米或以上的级别。通常，所述连续的钨纤维的纤维平均直径为约100微米～约500微米，约150微米～约500微米，或甚至约200微米～约400微米。一些实施方式中，所述钨纤维的平均抗拉强度为至少0.7GPa，1GPa，1.5GPa，2GPa，或甚至至少2.3GPa。一些实施方式中，所述钨纤维的模量大于400GPa～约不大于420GPa，或甚至不大于415GPa。 

形状记忆合金纤维例如从Johnson Matthey，West Whiteland，PA得到。通常，这些纤维长度在至少50米的级别，和长度甚至可以在千米或以上的级别。通常，所述连续的形状记忆合金纤维的纤维平均直径为约50微米～约400微米，约50～约350微米，或甚至约100微米～约300微米。一些实施方式中，形状记忆合金纤维的平均抗拉强度为至少0.5GPa，或甚至至少1GPa。一些实施方式中，所述形状记忆合金纤维的模量为约20GPa～约100GPa，或甚至约20～约90GPa。 

示例性聚芳基酰胺纤维例如从DuPont，Wilmington，DE以商标″KEVLAR″得到。通常，这些纤维长度在至少50米的级别，和长度甚至可以在千米或以上的级别。通常，连续的聚芳基酰胺纤维的纤维平均直径为10微米～约15微米。一些实施方式中，聚芳基酰胺纤维的平均抗拉强度为至少2.5GPa，3GPa，3.5GPa，4GPa，或甚至至少4.5GPa。一些实施方式中，所述聚芳基酰胺纤维的模量为约80GPa～约200GPa，或甚至约80GPa～约180GPa。 

示例性聚(p-亚苯基-2，6-苯并二噁唑)纤维，例如从Toyobo Co.，Osaka，Japan以商标″ZYLON″得到。通常，这些纤维长度在至少50米的级别，和长度甚至可以在千米或以上的级别。通常，连续的聚(p-亚苯基-2，6-苯并二噁唑)纤维的纤维平均直径为8微米～约15微米。一些实施方式中，所述聚(p-亚苯基-2，6-苯并二噁唑)纤维的平均抗拉强度为至少3GPa，4GPa，5GPa，6GPa，或甚至至少7GPa。一些实施方式中，所述聚(p-亚苯基-2，6-苯并二噁唑)纤维的模量为约150GPa～约300GPa，或甚至约150～约275GPa。 

陶瓷纤维的例子包括金属氧化物(例如氧化铝)纤维，氮化硼纤维，碳化硅纤维，和任何这些纤维的组合。通常，氧化陶瓷纤维是结晶陶瓷和/或结晶陶瓷和玻璃的混合物(即纤维可含有结晶陶瓷和玻璃两相)。通常，这些纤维长度在至少50米的级别，和长度甚至可以在千米或以上的级别。通常，所述连续的结晶陶瓷纤维的纤维平均直径为约5微米～约50微米，约5微米～约25微米，约8微米～约25微米，或甚至约8微米～约20微米。一些实施方式中，结晶陶瓷纤维的平均抗拉强度为至少1.4GPa，至少1.7GPa，至少2.1GPa，或甚至至少2.8GPa。一些实施方式中，所述结晶陶瓷纤维的模量大于70GPa～约不大于1000GPa，或甚至不大于420GPa。 

单丝陶瓷纤维的例子包括碳化硅纤维。通常，碳化硅单丝纤维是结晶陶瓷和/或结晶陶瓷和玻璃的混合物(即纤维可含有结晶陶瓷和玻 璃两相)。通常，这些纤维长度在至少50米的级别，和长度甚至可以在千米或以上的级别。通常，连续的碳化硅单丝纤维的纤维平均直径为100微米～约250微米。一些实施方式中，结晶陶瓷纤维的平均抗拉强度为至少2.8GPa，至少3.5GPa，至少4.2GPa，或甚至至少6GPa。一些实施方式中，所述结晶陶瓷纤维的模量大于250GPa～约不大于500GPa，或甚至不大于430GPa。 

另外，示例性玻璃纤维例如从Corning Glass，Corning，NY得到。通常，连续玻璃纤维的纤维平均直径为约3微米～约19微米。一些实施方式中，玻璃纤维的平均抗拉强度为至少3GPa，4GPa，或甚至至少5GPa。一些实施方式中，玻璃纤维的模量为约60GPa～95GPa，或约60～约90GPa。 

一些实施方式中陶瓷和碳纤维是以束的形式。束在纤维领域是已知的，表示多个(单独的)纤维(通常至少100个纤维，更通常至少400个纤维)以粗纱状的形式集中在一起。一些实施方式中，束包括每束至少780单根纤维，和有时，每束至少2600个单根纤维。可以得到各种长度的陶瓷纤维束，包括300米，500米，750米，1000米，1500米，1750米，和更长的。纤维的横截面形状可是圆形的或椭圆的。一些碳纤维的实施方式中，束包括每束至少2,000，5,000，12,000，或甚至至少50,000单根纤维。 

氧化铝纤维例如记载在美国专利4,954,462(Wood等人)和5,185,29(Wood等人)。一些实施方式中，氧化铝纤维是多晶的α氧化铝纤维，并在理论的氧化物基础上，基于氧化铝纤维的总重量，包括大于99wt％的Al2O3和0.2-0.5wt％的SiO2。另一个方面中，一些所需的多晶的α氧化铝纤维，包括平均粒度小于1微米(或甚至一些实施方式中小于0.5微米)的α氧化铝。另一个方面中，一些实施方式中，多晶的α氧化铝纤维的平均抗拉强度为至少1.6GPa(一些实施方式中，至少2.1GPa，或甚至，至少2.8GPa)。示例性的α氧化铝纤维由3M Company，St.Paul，MN.以商标″NEXTEL 610″销售。 

铝硅酸盐纤维记载在例如美国专利4,047,965(Karst等人)中。示例性铝硅酸盐纤维由3M Company of St.Paul，MN.以商标″NEXTEL440″，″NEXTEL 550″，和″NEXTEL 720″销售。 

铝硼硅酸盐纤维记载在例如美国专利3,795,524(Sowman)中。示例性铝硼硅酸盐纤维由3M Company.以商标″NEXTEL 312″销售。 

氮化硼纤维可例如，如美国专利3,429,722(Economy)和5,780,154(Okano等人)所述的制备。 

示例性碳化硅纤维，例如由San Diego，CA的COI Ceramics以商标″NICALON″，以500纤维束，由Japan的Ube Industries，以商标″TYRANNO″，和由Midland，MI的Dow Corning以商标″SYLRAMIC″销售。 

示例性碳化硅单丝纤维例如由Lowell，MA的Textron SpecialtyMaterials以商标″SCS-9″，″SCS-6″和″Ulra-SCS″，和由Gainesville，VA的Atlantic Research Corporation以商标″Trimarc″销售。 

可商业得到的纤维通常包括在制造期间加入纤维的有机胶料，以提供润滑性能和在处理期间保护保护纤维束。所述胶料在与聚合物的拉挤成型期间可有助于处理，以制备聚合物复合芯导线。例如，通过从所述纤维溶解或燃烧掉胶料可以除去所述胶料。通常，希望在形成金属基复合导线以前除去胶料。 

纤维可具有涂层，例如，以提高纤维的可湿性，减少或防止纤维和熔融金属基质材料之间的反应。提供这些涂层的这类涂料和方法在纤维和复合物技术领域中是已知的。 

一些实施方式中，芯中至少85％(一些实施方式中，至少90％，或甚至至少95％)数目的纤维是连续的。 

用于复合芯和导线的示例性基质材料包括聚合物(例如，环氧树脂，酯，乙烯基酯，聚酰亚胺，聚酯，氰酸盐酯，酚树脂，双马来酰亚胺树脂和热塑性树脂)，和金属(例如高纯的(例如大于99.95％)的铝元素或纯铝与其他的元素的合金，比如铜)。通常，选择金属基质材料使得基质材料不会明显地与纤维发生化学反应(即对于纤维材料是相对化学惰性的)，例如，以避免在纤维外部上提供防护层的需要。示例性金属基材料包括铝，锌，锡，镁，和其合金(例如铝和铜的合金)。一些实施方式中，基质材料最好包括铝和其合金。 

一些实施方式中，金属基质包括至少98wt％的铝，至少99wt％的铝，大于99.9wt％的铝，或甚至大于99.95wt％的铝。示例性铝和铜的铝合金包括至少98wt％的铝和高达2wt％的铜。一些实施方式中，有用的合金是1000，2000，3000，4000，5000，6000，7000和/或8000系列的铝合金(Aluminum Association指定)。尽管高纯金属对于制备高抗张强度导线往往是希望的，较低纯度形式的金属也是有用的。可商业得到适当的金属。例如，以商标″SUPER PUREALUMINUM；99.99％Al″从Pittsburgh，PA.的Alcoa得到的铝。可以，例如，从New York NY.的Belmont Metals得到铝合金(例如，铝-2wt％铜(0.03wt％杂质))。例如从Metal Services，St.Paul，MN(″纯锌″；99.999％纯度和″纯锡″；99.95％纯度)得到锌和锡。例如，以商标″PURE″从Magnesium Elektron，Manchester，England得到镁。可以例如从TBVIET，Denver，CO.得到镁合金(例如，WE43A，EZ33A，AZ81A，和ZE41A)。 

基于纤维和基质材料的总体积计，复合芯和导线通常包括至少15 体积百分数(一些实施方式中至少20，25，30，35，40，45，或甚至50体积百分数)的纤维。基于纤维和基质材料的总体积计，复合芯和导线更通常包括40～75(一些实施方式中，45～70)体积百分数的纤维。 

通常芯的平均直径是约1毫米～约15毫米。一些实施方式中，芯的平均直径最好是至少1毫米，至少2毫米，或甚至高达约3毫米。通常复合导线的平均直径是约1毫米～12毫米，1毫米～10毫米，1～8毫米，或甚至1毫米～4毫米。一些实施方式中，复合导线的平均直径最好是至少1毫米，至少1.5毫米，2毫米，3毫米，4毫米，5毫米，6毫米，7毫米，8毫米，9毫米，10毫米，11毫米，或甚至至少12毫米。 

可使用现有技术已知的方法制备复合芯和导线。例如可通过连续的金属基质浸渗方法制备连续的金属基复合导线。一种适当的方法例如记载于美国专利6,485,796(Carpenter等人)中。包括聚合物和纤维的导线可以通过现有技术已知的拉挤成型方法制备。 

制备连续的金属基导线的一个示例性装置60的示意图见图6。从供应线轴62提供连续纤维束61，并校准成环状束，并且在通过管式炉63同时对纤维热清洗。然后在进入含有熔融金属基体材料65的熔融体65(本发明也称为“熔融金属”)的坩埚67以前，在真空室64中对纤维束61抽真空。通过引出装置(caterpuller)70从供应线轴62拉出纤维束61。超声波探头66位于熔融体65中，在纤维邻近，以有助于熔融体65对纤维束61的浸渗。导线71的熔融金属通过出口模68退出坩埚67之后冷却和固化，尽管可能在导线71完全退出坩埚67以前发生一些冷却。通过经由冷却装置69传送的冲击导线71的气体或液体流，增强导线71的冷却。导线71收集到线轴72上。 

正如以上的讨论，热清洗纤维有助于除去或降低胶料，吸附的水， 及可能存在于纤维表面上的其它不稳定的或挥发性的材料的量。通常，希望热清洗纤维，直到纤维表面上的碳含量小于22％面积份数。通常，管式炉63的温度至少300℃，更通常，至少1000℃，和在该温度纤维驻留于管式炉63内至少几秒，尽管具体的温度和时间可基于，例如使用的具体的纤维的清洗需要而定。 

在一些实施方式中，在进入熔融体67之前对纤维束61抽真空，已经发现这种抽空往往可以降低或消除缺陷的形成，例如局部区域的干纤维(即，没有浸渗基质的纤维区域)。通常，在一些实施方式中在不大于20托，不大于10托，不大于1托，或甚至不大于0.7托的真空下对纤维束61抽真空。 

示例性的适当的真空系统64具有尺寸与纤维束61束的直径相配的入口管。入口管可以，例如为不锈钢或氧化铝管，和通常是至少约20-30厘米长。适当的真空室64通常直径为约2-20厘米，长度为约5-100厘米。在一些实施方式中，真空泵的功率至少为约0.2-1立方米/分钟。抽真空后的纤维束61经由真空系统64上的插入金属浴中的管插入熔融体65中(即抽真空后的纤维束61束在被引入熔融体65中时处于真空状态)，尽管熔融体65通常处于大气压力下。出口管的内径基本上与纤维束61束相配。部分出口管浸于熔融金属中。在一些实施方式中，约0.5-5厘米的管浸于熔融金属中。选择在熔融金属材料中稳定的管。常见的适当的管的例子包括氮化硅和氧化铝管。 

通常通过利用超声波来增强熔融金属65对纤维束61束的浸渗。例如，将振动探头66置于熔融金属65中，以使得其非常接近于纤维束61束。 

在一些实施方式中，驱动探头66以约19.5-20.5kHz和在空气中约0.13-0.38毫米(0.005-0.015英寸)的振幅振动。另外，在一些实施方式中，将探头连接到钛波导，其反过来连接到超声换能器(例如从 Sonics & Materials，Danbury CT得到)。 

在一些实施方式中，纤维束61束在探头端部约2.5毫米之内(在一些实施方式中约1.5毫米之内)。在一些实施方式中，探头端部由铌，或铌合金，比如95wt.％Nb-5wt.％Mo和91wt.％Nb-9wt.％Mo制成，并且可以例如从PMTI，Pittsburgh，PA.得到。合金可以制成长度12.7厘米(5英寸.)直径为2.5厘米(1英寸)的圆筒。通过改变其长度，可以将圆筒调到需要的振动频率(例如，约19.5-20.5kHz)。对于关于使用超声波制备金属基复合制品的另外的细节，参见，例如美国专利4,649,060(Ishikawa等人.)，4,779,563(Ishikawa等人.)，和4,877,643(Ishikawa等人.)，6,180,232(McCullough等人.)，6,245,425(McCullough等人.)，6,336,495(McCullough等人.)，6,329,056(Deve等人)，6,344,270(McCullough et al.)，6,447,927(McCullough等人.)，6,460,597(McCullough等人.)，6,485,796(Carpenter等人.)，和6,544,645(McCullough等人.)；2000年7月14日提交的美国申请09/616,741，和2002年1月24日公开的，公开号为WO02/06550的PCT申请。 

通常，熔融金属65是脱气的(例如，降低在浸渗期间和/或之前溶于熔融金属65的气体的量(例如，铝中的氢))。脱气熔融金属65的方法在金属加工技术领域中是为大家所熟知的。熔融体65的脱气往往可降低导线中的气体空隙。对于熔融铝，在一些实施方式中熔融体65的氢浓度小于约0.2，0.15，或甚至小于约0.1cm3/100克铝。 

设置出口模68以提供需要的导线直径。通常，希望沿其长度为均匀的圆线。例如，对于含有58vol％氧化铝纤维的铝复合导线的氮化硅出口模的直径与导线71的直径相同。在一些实施方式中，出口模68最好由氮化硅制成，尽管也可使用其他的材料。现有技术中已经用于出口模的其他的材料包括常规的氧化铝。然而，申请人已经发现，氮化硅出口模的磨损明显地小于常规的氧化铝模，由此对于提供所要直径和形状的导线是更有用的，尤其是相对于长的导线长度而言。 

通常，在导线71退出出口模68之后，通过使导线71与经由冷却装置69传送的液体(例如，水)或气体(例如，氮气，氩气，或空气)接触而冷却。这些冷却有助于提供希望的圆度和均匀特性，和避免空隙。导线71收集在线轴72上。 

众所周知，金属基复合导线中缺陷的存在可能导致性能，比如导线强度的降低，所述缺陷比如金属间相；干纤维；例如由收缩或内部气体(例如氢或水汽)空隙导致的孔隙度等，。因此，希望减少或最小化这些特征的存在。 

对于包括导线的芯，在一些实施方式中希望使导线保持在一起，例如通过有或者没有粘合剂或粘结剂的带材进行外包裹(见，例如美国专利6,559,385 B1(Johnson等人))。例如，本发明的另一种具有带材包裹的芯的示例性电缆50的剖视图见图5。电缆50包括芯52和双层绞合线54，其中芯52包括用带材55包裹的导线56(如所示的复合导线)。例如可通过使用现有技术已知的方法，在中心导线的周围绞合(例如，成螺旋形缠绕)第一层导线而制备芯。通常，成螺旋形绞合的芯往往包括少至7个单独的导线到50个或以上的导线。绞合装置是现有技术已知的(例如，行星式电缆扭绞机比如得自Bergamo，Italy的Cortinovis，Spa的那些，和得自Watson Machinery International，Patterson，NJ的那些)。在被成螺旋形缠绕在一起之前，将单独的导线提供到分离的线轴上，然后将线轴放入多个电机驱动的绞合装置滑架中。通常，对于成品绞合电缆的每层均具有一个滑架。各个层的导线在各个滑架的出口聚集，并且在第一中心导线或在以前的层上排列。在所述电缆的绞合过程期间，将中心金属线，或中间的未完成的、仍将具有缠绕于其上的一个或多个附加层的绞合电缆，拉动通过不同滑架的中心，每个滑架对绞合电缆加入一层。同时从它们各自的线轴拉出作为一层加入的单独的导线，同时通过电机驱动的滑架被旋转绕在电缆的中心轴上。对于每个需要的层依次进行该步骤。得到螺旋形绞合的芯。例如，可以将带材施加到得到的绞合芯上，以帮助将绞合线 保持在一起。施加带材的一种示例性机械是可从Watson MachineInternational商业得到的(例如，型号300 Concentric Taping Head)。示例性带材包括金属箔带材(例如，铝箔带材(例如可从3M Company，St Paul，MN以商标″Foil/Glass Cloth Tape 363″))得到)，聚酯背衬的带材；和玻璃加固背衬的带材。在一些实施方式中，带材的厚度为0.05毫米～0.13毫米(0.002～0.005英寸)。 

在一些实施方式中，这样包裹带材：使每个连续的包裹邻接以前的包裹，而没有间隙和没有重叠。在一些实施方式中，例如，可以包裹带材使得连续的包裹是间隔的，以在每个包裹之间留下间隙。 

芯，复合导线，电缆等的长度，至少为100米，至少为200米，至少为300米，至少400米，至少500米，至少600米，至少700米，至少800米，或甚至至少900米。 

围绕芯绞合以提供本发明电缆的导线是现有技术中已知的。铝导线是可商业得到的，例如从Nexans，Weyburn，Canada或SouthwireCompany，Carrolton，GA以商标″1350-H19 ALUMINUM″和″1350-H0ALUMINUM″得到。通常，铝导线的热膨胀系数在至少约20℃～约500℃的温度范围内，为约20ppm/℃～约25ppm/℃。在一些实施方式中，铝导线(例如，″1350-H19铝″)具有的抗拉断裂强度为至少138MPa(20ksi)，至少158Mpa(23ksi)，至少172Mpa(25ksi)或至少186Mpa(27ksi)或至少200Mpa(29ksi)。在一些实施方式中，铝导线(例如，″1350-H0 ALUMINUM″)的抗拉断裂强度大于41MPa(6ksi)～不大于97MPa(14ksi)，或甚至不大于83MPa(12ksi)。铝合金导线是可商业得到的，例如从Sumitomo Electric Industries，Osaka，Japan以商标″ZTAL″，或从Southwire Company，Carrolton，GA以标记″6201″得到。在一些实施方式中，铝合金导线的热膨胀系数在至少约20℃～约500℃的温度范围内，为约20ppm/℃～约25ppm/℃。铜导线是可商业得到的，例如从Southwire Company，Carrolton，GA.。 通常，铜导线的热膨胀系数在至少约20℃～约800℃的温度范围内，为约12ppm/℃～约18ppm/℃。铜合金导线(例如，铜青铜比如Cu-Si-X，Cu-Al-X，Cu-Sn-X，Cu-Cd；其中X＝Fe，Mn，Zn，Sn和或Si；例如从Southwire Company，Carrolton，GA.可商业得到；氧化物分散强化的铜例如从OMG Americas Corporation，Reasearch Triangle Park，NC以名称″GLIDCOP″得到)。在一些实施方式中，铜合金导线的热膨胀系数在至少约20℃～800℃的温度范围内，为约10ppm/℃～约25ppm/℃。所述导线可以以任何的各种形状(例如，环状的，椭圆的，和梯形的)。 

通常，本发明的电缆可通过在芯上铰合导线制备。芯可包括，例如单线，或绞合线(例如成螺旋形缠绕的导线)。在一些实施方式中，例如有7，19或37个导线。制备本发明的电缆的示例性装置80见图7，7A和7B。在常规的行星式行星式绞合机80的端部设有芯材料的线轴81，其中线轴81自由地旋转，通过制动系统能施加应力，其中可以在放线期间施加到所述芯上的应力为0-91kg(0-200lbs.)。芯90通过线轴滑架82，83，通过闭式模具84，85，绕过绞盘轮86连接到卷带轴87。 

在施加外部绞合层之前，将单独的导线提供到分离的线轴88上，所述线轴置于绞合装置的若干电机驱动的滑架82，83中。在一些实施方式中，从线轴88拉出导线89A，89B需要的应力通常为4.5-22.7kg(10-50lbs.)。通常，对于成品绞合电缆的每个层具有一个滑架。各层的导线89A，89B在各滑架的出口在闭式模具84，85处汇集，并在中心金属线之上或在以前的层之上排列。以相反的方向成螺旋形绞合层以使得外层得到右转扭绞。在所述电缆的绞合过程期间，通过各种的滑架的中心拉出中心金属线，或中间的未完成的、仍将具有缠绕于其上的一个或多个附加层的绞合电缆，每个滑架对绞合电缆加入一层。从它们各自的线轴同时拉出作为一层加入的单独的导线，同时通过电机驱动的滑架被旋转绕在电缆的中心轴上。对于每个需要的层依次进行该步骤。结果得到成螺旋形绞合的电缆91，其可以切割和便利地处理 而不会损失形状或散开。 

绞合电缆的处理能力是所需的特征。尽管不希望限于理论，认为电缆可保持其螺旋形绞合结构是因为在制造期间，金属导线受到应力，包括弯曲应力的作用，所述的应力超过导线材料的屈服应力但是低于极限应力或破坏应力。因为导线绕中心导线或以前的层的相对小的半径成螺旋形缠绕，所以赋予该应力。在闭式模具84，85处赋予其另外的应力，该闭式模具在制造期间对电缆施加径向力和剪切力。因此导线发生塑性变形并保持螺旋形绞合形状。 

通过闭式模具使给定层的芯材料和导线紧密接触。参照图7A和7B，通常设计闭式模具84A，85A的尺寸以最小化缠绕层的导线时的变形应力。闭式模具的内径设计成适合于外层直径的大小。为最小化层的导线的应力，设计闭式模具的使得其相对于电缆的外径大0-2.0％(即模内径是电缆外径的1.00比1.02倍)。 

图7A和7B所示的示例性的闭式模具是圆筒，并例如使用螺栓或其他的适当的连接方法保持在适当的位置。所述模可例如由硬化工具钢制备。 

如果需要，可使得到的电缆通过其他的绞合站，并最终缠绕到具有足够的直径以避免电缆损伤的卷带轴87上。在一些实施方式中，可能希望使用现有技术已知的矫直电缆的方法。例如，成品电缆可以通过矫直机设备，其由线性地分两排排列的辊(每个辊是例如，10-15厘米(4-6英寸))组成，每排中例如具有5-9个辊。两排辊之间的距离可以改变，使得辊刚好碰到电缆，否则导致电缆严重的弯曲。两排辊位于电缆的相对侧，一排中的辊与由其他的排中相对的辊产生的间隔相配合。因此，这两排可以彼此补偿。电缆通过矫直装置时，电缆在辊上来回弯曲，使得传导体中的绞合线拉伸到相同的长度，从而降低或消除绞合线松弛。 

在一些实施方式中，最后在高于环境温度(例如上，22℃)的高温(例如，至少25℃，50℃，75℃，100℃，125℃，150℃，200℃，250℃，300℃，400℃，或甚至，在一些实施方式中，至少500℃)下提供芯。芯可以加热到需要的温度，例如这通过加热线轴芯(例如使芯置于烘箱中的金属(例如钢)上几个小时)。加热的线轴芯位于绞合机的放线线轴(参见例如图7的放线线轴81)上。希望高温线轴在绞合工艺中的同时，芯仍处于或接近需要的温度(通常在约2小时之内)。另外，希望放线线轴上形成电缆外层的导线处于环境温度。即在某些实施方式中，希望在绞合工艺期间，芯与形成外层的导线之间具有温差。 

在一些实施方式中，希望在至少100kg，200kg，500kg，1000kg，或甚至至少5000kg的芯应力下进行绞合。 

在本发明电缆的一些实施方式中，希望能将绞合在芯周围的导线保持在一起，例如通过有或者没有粘合剂或粘结剂的带材进行外包裹。例如，包括具有导线芯116的芯112和双层绞合线114的另一种示例性剖视图，其中电缆110包裹有带材118。例如，可以施加带材以得到绞合电缆，以有助于将绞合线保持在一起。在一些实施方式中，使用常规的缠绕设备用胶带包裹电缆。施加带材的一种示例性机械是可从Watson Machine International商业得到的(例如，型号300 ConcentricTaping Head)。示例性带材包括金属箔带材(例如，铝箔带材(例如从3M Company，St Paul，MN以商标″Foil/Glass Cloth Tape 363″)得到)，聚酯背衬的带材；和玻璃加固背衬的带材。在一些实施方式中，带材的厚度为0.05毫米～0.13毫米(0.002～0.005英寸)。 

在一些实施方式中，这样包裹带材，使得每个连续的包裹与以前的重叠。在一些实施方式中，包裹带材以使得每个连续的包裹邻接以前的包裹，而没有间隙和没有重叠。在一些实施方式中，例如，可以 包裹带材使得连续的包裹是间隔的，以在每个包裹之间留下间隙。 

在一些实施方式中，在绞合工艺期间在电缆处于应力下时包裹电缆。参照图7，例如，缠绕设备将位于最后的闭式模具85和成品卷筒86之间。 

下垂的测定方法

选择传导体的长度为30-300米，末端是常规的环氧树脂接头，确保各层基本上保持相同如在制造状态时的相对位置。外部导线贯穿所述环氧树脂接头并由另一侧伸出，然后重构，以使得使用常规的终端连接器能连通AC电源。环氧树脂接头浇铸在铝粗锌插座中，所述插座其连接到用于保持应力的螺旋扣。在一侧，将测力计连接到螺丝扣，然后在两端该螺旋扣连接到拉眼。拉眼连接到大的混凝土柱，其足够大以最小化应力作用下的体系的端部偏移。对于该试验，把应力拉到传导体标定断裂强度的10～30％。使用九个热电偶，在沿传导体长度的三个位置测量温度(在总的(到拉眼拉眼)间隔距离的1/4，1/2和3/4位置处)。在各个位置，该三个热电偶位于传导体之内的三个不同的径向位置；在外部导线绞合线之间，内部导线绞合线之间，和邻近于(即接触)外部芯导线的位置。使用拉线电位计(得自SpaceAgeControl，Inc Palmdale，CA)，在沿传导体长度的三个位置(间隔距离的1/4，1/2和3/4处)测量下垂值。设置这些位置是为了测量三个位置的垂直位移。将AC电流施加到传导体，以使温度增加到希望值。传导体的温度从室温(约20℃(68))上升到约240℃(464)，上升速度为60-120℃/分钟(140-248/分钟)。所有热电偶的最高温度被用作对照。 

在从室温(约20℃(68))  到约240℃(464)之间间隔一度的各种温度下，使用以下等式计算传导体(Sagtotal)的下垂值： 

${\mathrm{Sag}}_{\mathrm{total}}={\mathrm{Sag}}_{1/2}-\left(\frac{{\mathrm{Sag}}_{1/4}+{\mathrm{Sag}}_{3/4}}{2}\right)---\left(1\right)$

其中： 

Sag1/2＝在传导体间距的1/2处测量的下垂 

Sag1/4＝在传导体间距的1/4处测量的下垂 

Sag3/4＝在传导体间距的3/4处测量的下垂 

有效的″内部间隔″长度是1/4和3/4位置之间的水平距离。这些是用于计算下垂的间隔长度。 

应力参数的推导

将测得的下垂和温度数据以下垂相对于温度作图。使用AlcoaFujikura Ltd.Greenville，SC的商标为″SAG10″(版本3.0更新3.9.7)的软件程序中可得到的Alcoa Sagl0图解法，拟合计算曲线和测量数据。在″SAG10″中以″嵌入的铝应力″标注的应力参数是拟合参数，其可以改变以拟合其他的参数，如果使用铝以外的材料(例如铝合金)的话，并且其调节预示图表上膝点的位置以及在高温下后膝点区域的下垂量。应力参数理论的说明提供在Alcoa Sagl0 Users Manual(Version2.0)：Theory of Compressive Stress in Aluminum of ACSR。需要将以下的传导体参数输入Sagl0软件；面积，直径，单位长度重量和标定断裂强度。需要将以下的线负荷条件输入Sagl0软件；间隔长度，在室温下(20-25℃)的初始张力。需要将以下的参数输入Sagl0软件以执行压缩应力计算：插入导线应力，导线面积(作为总面积的份数)，传导体中导线层的个数，传导体中绞线股数，芯绞合线的个数，每个导线层的绞合扭绞系数。需要将应力-应变系数输入″SAG10″软件，如表(见下表1)。 

表1 

也指定参数TREF，其是参考系数的温度。 

应力-应变曲线多项式的定义 

首先五个数值A0-A4是第4级多项式的系数，其表示初始的导线曲线乘以面积比： 

$\frac{A_{\mathrm{Wire}}}{A_{\mathrm{tptal}}}·{\sigma }_{\mathrm{InitialWire}}=A0+A1ϵ+A2{ϵ}^2+A3{ϵ}^3+A4{ϵ}^4---\left(2\right)$

AF是导线的最终模量 

$\frac{A_{\mathrm{Wire}}}{A_{\mathrm{total}}}·{\sigma }_{\mathrm{FinalWire}}=\mathrm{AFϵ}---\left(3\right)$

其中ε是以％表示的传导体伸长，和σ是以psi表示的应力 

B0-B4是第4级多项式的系数，其表示导线的最后10年的蠕变曲线乘以面积比： 

$\frac{A_{\mathrm{Wire}}}{A_{\mathrm{total}}}·{\sigma }_{\mathrm{FinalWire}}=B0+B1ϵ+B2{ϵ}^2+B3{ϵ}^3+B4{ϵ}^4---\left(4\right)$

Cα(A1)是导线的热膨胀系数。C0-C4是第4级多项式的系数，表示初始的曲线仅乘以复合芯的面积比。 

CF是复合芯的最终模量 

D0-D4是第4级多项式的系数，其表示复合芯的最后10年的蠕变曲线乘以面积比 

α(芯)是复合芯的热膨胀系数。 

拟合计算的和测量的数据时，最佳拟合(i)通过改变应力参数值，拟合计算曲线与测量数据，以在高温下(140-240℃)使曲线拟合，和(ii)实测曲线的拐点(膝点)近似拟合计算曲线，和(iii)要求初始的计算下垂拟合初始的测量下垂。因此导出与测量数据最佳拟合的应力参数的值。这些结果是电缆的″应力参数″。 

根据本发明的电缆可被用于各种应用，包括高架电力输送电缆。 

通过下列实施例进一步说明本发明的实施方式合优点，但是这些实施例所述的特定材料和数量及其他的条件和细节，不应该解释为对本发明的不当限制。所有的份数合百分比以重量计，除非另外指出。 

实施例

说明件的实施例

如下制备用于说明性实施例电缆的导线。使用图6所示的装置60制备导线。由供应线轴62提供十一(11)束10,000旦的α氧化铝纤维(由3M Company，St.Paul以商标″NEXTEL 610″销售)，校准成环状的束，以305cm/min(120in./min)的速度，通过加热到1100℃的1.5m(5英尺.)长的氧化铝管63进行热清洗。然后在进入含有熔融的金属铝(99.99％铝)基质材料65(熔融金属)  (得自Beck Aluminum Co.，Pittsburgh，PA)的坩埚67以前，在真空室64中对热清洗的纤维61抽真空。通过引出装置70从供应线轴62拉出纤维。超声波探头66位于熔融体65中，在纤维邻近，以有助于熔融体65浸渗入纤维61的束。导线71的熔融金属在通过出口模68退出坩埚67之后冷却和固化，尽管一些冷却或许发生在导线71完全退出坩埚67以前。另外，通过经由冷却装置69传送的冲击导线71的氮气流增强导线71的冷却。导线71收集到线轴72上。 

在进入熔融体67以前对纤维61抽真空。真空室的压力大约20托。真空系统64具有尺寸与纤维束61的直径相配的25厘米长的氧化铝入口管。真空室64为21厘米长，和直径为10厘米。真空泵的功率是0.37m3/分钟。抽真空的纤维束61经由真空系统64上的插入金属浴的管，插入熔融体65中(即抽真空的纤维61在被引入熔融体54的时候处于真空状态下)。出口管的内径与纤维束61的直径相配。一部分出口管浸入熔融金属内的深度为5厘米。 

通过利用位于熔融金属65中的非常接近于纤维61的振动探头66，增强熔融金属65对纤维61的浸渗。驱动探头66在19.7kHz下和空气中0.18毫米的(0.007英寸)的振幅振动。另外，将探头连接到钛波导，其反过来连接到超声换能器(例如从Sonics & Materials，Danbury CT得到)。 

纤维61在探头端部的2.5毫米之内。探头端部是由铌合金组合物91wt.％Nb-9wt.％Mo(得自PMTI，Pittsburgh，PA)制成的。合金可以制 成长度12.7厘米(5英寸)直径为2.5厘米(1英寸)的圆筒。圆筒通过改变其长度调到需要的19.7kHz的振动频率。 

熔融金属65在浸渗之前被脱气(例如，减少溶于熔融金属65中的气体的量(例如，氢))。使用轻便的旋转脱气装置，得自BrummundFoundry Inc，Chicago，IL。使用的气体是氩气，氩气流速是1050升每分钟，通过设定在50升每分钟的马达的空气流速提供速度，持续时间是60分钟。 

设置氮化硅出口模68以提供需要的直径。出口模的内径是2.67毫米(0.105英寸)。 

在Wire Rope Company in Montreal，Canada.的绞合装置上绞合所述绞合芯。电缆在中心具有一个导线，和在第一层具有右转扭绞的六个导线。在被成螺旋形共同缠绕之前，将单独的导线提供到分离的线轴上，然后将所述线轴放入绞合装置的电机驱动滑架中。滑架具有六个用于成品绞合电缆的层的线轴。该层的各导线在滑架的出口聚集，并且在中心金属线上排列。在电缆绞合工艺期间，拉动中心金属线通过滑架中心，该滑架给绞合电缆加入一层。作为一层加入的单独的导线从它们各自的线轴同时拉出，同时通过电机驱动的滑架旋转绕到电缆的中心轴上。得到的是成螺旋形的绞合芯。 

使用常规缠绕设备(型号300 Concentric Taping Head得自WatsonMachine International，Paterson，NJ)，用胶带包裹绞合芯。带状背衬是具有玻璃纤维的铝箔带材，并且具有压敏聚硅氧烷粘合剂(以商标″Foil/Glass.Cloth Tape 363″得自3M Company，St.Paul，MN)。带材18的总厚是0.18毫米(0.0072英寸)。带材宽1.90厘米(0.75英寸)。 

成品芯的平均直径是8.23毫米(0.324英寸)，绞合线层的捻距是54.1厘米(21.3英寸)。 

第一梯形铝合金导线由铝/锆棒制备，所述铝/锆棒直径为9.53毫米(0.375英寸)得自Lamifil N.V.，(Hemiksem，Belguim，商品名为″ZTAL″)，抗拉强度153.95Mpa(22,183psi)，伸长13.3％，导电性为60.4％IACS。第二梯形导线由铝/锆棒制备，所述铝/锆棒直径为9.53毫米(0.375英寸)(″ZTAL″)，拉伸强度132.32MPa(19,191psi)，伸长10.4％，导电性60.5％IACS。在室温下使用现有技术已知的五媒介冲模，并且最后使用梯形的曲线形成模压延棒。拉丝模由碳化钨组成。碳化钨拉模的几何形状为60°入射角，16-18°缩小角，轴承长度为模直径的30％，和60°后间隙角。该模面是高度抛光的。使用拉制用油润滑和冷却冲模。牵引系统以设定在60-100升每分钟每冲模的速度、设定为40-50℃的温度下，传送该油。最后的成形模包括两个水平的硬化钢(硬度60RC)成型辊，具有高度抛光的工作面。辊槽的设计基于需要的梯形断面。辊安装在辊台上，位于拉盒和外侧拉块之间。最后的成形辊减小降低了导线的面积约23.5％。面积缩小的量足够将金属移动进入辊槽的角，和足够地填充成型辊之间的距离。排列和安装成型辊使得梯形导线的管帽面对拉块和线轴转筒的表面。形成之后，使用模板检查和检验导线的剖面。 

然后将导线缠绕到线轴上。得到导线的各种性能列于下表2。梯形形状的″有效直径″指与梯形形状的横截面积具有相同面积的圆的直径。绞合装置安装有20个线轴(第一导线的8个用于绞合第一内层)，第二导线的12个用于绞合第二外层)，从这些的子集中取出导线用于试验，其是″样品线轴″。 

表2 

由Nexans，Weyburn，SK使用常规的行星式绞合机和如上所述的芯和(内部和外部)导线制备电缆，用作对比例。用于制备电缆的装置80的示意图见图7，7A，和7B。 

在常规的行星式绞合机80的端部提供芯的线轴81，其中线轴81自由地旋转，能通过制动系统施加应力。在放线期间施加到芯的应力是45kg(100lbs.)。芯在室温下(约23℃(73))输入。该芯通过线轴滑架82，83的中心，通过闭式模具84，85，绕绞盘轮86并连接到常规的卷线轴87(直径152厘米(60英寸))。 

在应用外部绞合层89之前，将单独的导线提供到分离的线轴88上，所述的线轴置于绞合装置的若干电机驱动的滑架82，83中。从线轴88拉导线89需要的应力设定为11-14kg(25-30lbs.)。绞合站由滑架和闭式模具组成。在各个绞合站，每个层的导线89分别在每个滑架的出口、在闭式模具84，85处汇集，并分别在中心金属线之上或在以前的层之上排列。这样，该芯通过两个绞合站。第一站中，8股导线在芯上左捻绞合。在第二站中，12股导线在以前的层上右捻绞合。 

通过应用闭式模具84，85，使给定层的芯材料和导线接触。闭式模具是圆筒(见7A和7B)，并使用螺钉固定位置。模由硬化工具钢组成，并能够完全闭合的。 

成品电缆通过绞盘轮86，并最终缠绕到卷带轴87(直径91厘米(36英寸))上。成品电缆通过由辊组成的矫直机设备(各个辊是12.5厘米(5英寸))，所述辊线性地排列于两排，每排7个辊。设定两排辊之间的距离，使得辊刚好碰到电缆。两排辊位于电缆的相对侧，一排中的辊与由其他的排中相对辊产生的间隔相配合。因此，这两排可以彼此补偿。电缆通过矫直装置时，电缆在辊上来回弯曲，使得传导体中的绞合线拉伸到相同的长度，从而消除松弛绞合线。 

内层由8个梯形导线组成，外侧层直径为15.4毫米(0.608英寸)，单位长度质量353kg/km(237lbs/kft.)，左转扭绞20.3厘米(8英寸)。内层的封闭单元(由硬化工具钢制造；硬度60Rc)设定在15.4毫米(0.608英寸的内径)。因此该封闭单元设定在与电缆直径准确相同的直径。 

外层由12个梯形导线组成，外侧层直径为22.9毫米(0.9015英寸)，单位长度质量507.6kg/km(341.2lbs/kft)，右转扭绞25.9厘米(10.2英寸)。铝合金导线的单位长度的总质量是928.8kg/km(624.3 lbs./kft.)，芯的单位长度的总质量是136.4kg/km(91.7lbs./kft.)和单位长度的总传导体质量是1065kg/km(716.0lbs./kft.)。外层的封闭单元(由硬化工具钢制造；硬度60Re)设定在内径22.9毫米(0.9015英寸)。因此该封闭单元设定在与成品电缆直径准确相同的直径。 

使用手持式测力计(得自McMaster-Card，Chicago，IL)测量内部导线和外部导线应力(如放线线轴)，并调整到13.5-15kg(29-33lbs.)，用与线轴相同的测量方法，将芯的放线应力通过闸调整到大约90kg(198lbs.)。另外，不使用矫直机，电缆不缠绕，而是径直前进并置于地板上。芯在室温下(约23℃(73))输入。 

绞合机以15m/min(49ft/分钟)运转。使用常规的绞盘轮驱动，标准矫直装置，和常规的152厘米直径(60英寸)卷带轴。 

使用以下的″Cut-end Test Method″测试得到的传导体。将待试验一部分传导体直接置于地板上，在两端夹持3.1-4.6m(10-15ft.)长的子部分。然后切割传导体分离该部分，仍在两端夹持。然后释放一个夹持器，并且没有发现层的移动。然后检查传导体的该部分的层之间的相对移动。使用直尺测量每个层的移动，以确定相对于芯的移动的量。外部的铝层相对于复合芯缩进；以芯作为零点位置，内部铝层缩回0.16英寸(4毫米)和外层缩回0.31英寸(8毫米)。 

说明性的实施例的电缆也由Kinectrics，Inc.Toronto，Ontario，Canada使用以下″Sag Test Method I″评价。传导体的长度用常规的环氧树脂接头封端，除铝/锆导线贯穿该环氧树脂接头并且从另一侧伸出、然后重构以使用常规的终端连接器连接到AC电源之外，确保该层基本上保持于制造状态的相同的相对位置。环氧树脂接头浇铸在铝粗锌插座中，所述插座连接到用于保持张力的螺旋扣。在一侧，测力计连(负荷量5000千克(kg))接到螺丝扣，然后在两端将螺旋扣连接到拉眼。拉眼连接到大的混凝土柱，其足够大以最小化在应力作用下的体系的 端部偏移。用于该试验，把应力拉到传导体标定断裂强度的20％。因此2082kg(4590lb)的力施加到电缆。在沿传导体长度的三个位置(在总的(拉眼到拉眼)间距的1/4，1/2和3/4处)，使用九个热电偶(每个位置三个；J-型得自Omega Corporation，Stamford，CT)测量温度。在各个位置，该三个热电偶位于传导体之内的三个不同的径向位置；在外部铝绞合线之间，内部铝绞合线之间，和邻近于(即接触)外部芯的位置。使用拉线电位计(得自SpaceAge Control，Inc Palmdale，CA)，在沿传导体长度的三个位置(间隔距离的1/4，1/2和3/4处)测量下垂值。设置这些位置以测量三个位置的垂直位移。将AC电流施加到传导体，以使温度增加到希望值。传导体的温度从室温(约20℃(68))上升到约240℃(464)，上升速度为60-120℃/分钟(140-248 /分钟)。所有热电偶的最高温度被用作对照。为实现240℃(464)需要约1200安培。 

使用以下等式在各种温度计算传导体(Sagtotal)的下垂值： 

${\mathrm{Sag}}_{\mathrm{total}}={\mathrm{Sag}}_{1/2}-\left(\frac{{\mathrm{Sag}}_{1/4}+{\mathrm{Sag}}_{3/4}}{2}\right)$

其中： 

Sag1/2＝在传导体间距的1/2处测量的下垂 

Sag1/4＝在传导体间距的1/4处测量的下垂 

Sag3/4＝在传导体间距的3/4处测量的下垂 

表3(以下)总结了固定输入的试验参数。 

表3 

对得到的下垂和温度数据(说明性的实施例的″结果数据″)作图，然后使用由Alcoa Fujikura Ltd.，Greenville，SC以商标″SAG10″(版本3.0更新3.9.7)得到的软件程序中具有的Alcoa Sagl0图解法拟合计算的曲线。应力参数是″SAG10″中标称为″嵌入的铝应力″的拟合参数，其在预期图中调节膝点的位置以及在高温下后膝点区域的下垂的量。应力参数理论的说明提供于Alcoa Sagl0 Users Manual(Version 2.0)：Theory of Compressive Stress in Aluminum of ACSR。用于675kcmil电缆的传导体参数如表4-7(以下)所示，将其输入Sagl0软件。最佳拟合(i)通过改变应力参数值，拟合计算曲线曲线与″结果数据″，使得在高温下(140-240℃)拟合曲线，和(ii)″结果数据″曲线的拐点(膝点)近似拟合计算曲线，和(iii)要求初始的计算下垂拟合初始的″结果数据″下垂(即初始应力在22℃(72)是2082kg，产生27.7cm(10.9英寸)的下垂)。对于这些实施例，3.5MPa值(500psi)的应力参数提供对″结果数据″的最佳拟合。图8显示由Sagl0(线82)计算的下垂(线82)，和测量的下垂(绘图数据83)。 

将以下的传导体数据输入″SAG10″软件： 

表4 

SAG10中的传导体参数 

面积                      381.6mm2(0.5915in2) 

直径                      2.3cm(0.902in) 

重量                      1.083kg/m(0.726lb./ft.) 

RTS：                     10,160kg(22,400lbs.) 

表5 

线负荷条件 

间隔长度                  65.5m(215ft.) 

初始应力(在22℃(72))    2082kg(4,590lbs.) 

表6 

压缩应力计算的选项 

Sagl0的应力应变参数；TREF＝22℃(71) 

软件执行的输入参数(见下表7) 

表7 

应力-应变曲线多项式的定义 

首先五个数值A0-A4是第4级多项式的系数，其表示初始的铝曲线乘以面积比： 

$\frac{A_{\mathrm{Wire}}}{A_{\mathrm{total}}}·{\sigma }_{\mathrm{InitialWire}}=A0+A1ϵ+A2{ϵ}^2+A3{ϵ}^3+A4{ϵ}^4$

AF是铝的最终模量 

$\frac{A_{\mathrm{Wire}}}{A_{\mathrm{total}}}·{\sigma }_{\mathrm{FinalWire}}=\mathrm{AFϵ}$

其中ε是以％表示的传导体伸长，和σ是以psi表示的应力 

B0-B4是第4级多项式的系数，其表示铝的最后10年的蠕变曲线乘以面积比： 

$\frac{A_{\mathrm{Wire}}}{A_{\mathrm{total}}}·{\sigma }_{\mathrm{FinalWire}}=B0+B1ϵ+B2{ϵ}^2+B3{ϵ}^3+B4{ϵ}^4$

cα(Al)是铝的热膨胀系数 

C0-C4是第4级多项式的系数，表示初始曲线仅乘以复合芯的面积比。 

CF是复合芯的最终模量 

D0-D4是第4级多项式的系数，其表示复合芯的最后10年的蠕变曲线乘以面积比 

α(芯)是复合芯的热膨胀系数。 

预期的实施例1

如说明性的实施例1所述的制备电缆，除对绞合方法进行如下的改变外。参照图7，在开卷机81和滑架82之间加入第二绞盘86A。使用绞盘的应力控制机构，将第二绞盘86A和滑架82之间的应力调整到240kg(530lbs.)))，以产生应力参数为约-3.5MPa(-500psi)的电缆。 

使用常规的缠绕设备(型号300 Concentric Taping Head得自Watson Machine International，Paterson，NJ)，用胶带包裹电缆。再次参照图7，缠绕设备95将位于最后的闭式模具85和绞盘86之间。带状背衬为具有玻璃丝的铝箔带材，并具有压敏聚硅氧烷粘合剂(以商标″Foil/Glass Cloth Tape 363″得自3M Company，St.Paul，MN)。带材18的总厚度为0.18毫米(0.0072英寸)。带材宽度为1.90厘米(0.75英寸)。 

预期的实施例2 

除对绞合方法进行如下的改变外，如预期的实施例1所述的制备电缆。使用绞盘的应力控制机构，  将第二绞盘86A和滑架82之间的应力调整到1202kg(2650lbs.)，以产生应力参数为约-34MPa(-5000 psi)的电缆。 

预期的实施例3 

除对绞合方法进行如下的改变外，如说明性的实施例1所述的制备电缆。将芯提供到钢线轴上，并放入烘箱8小时，以确保芯温度达到高于绞合装置周围的大气温度44℃(例如如果环境温度是24℃，烘箱中的所述芯达到68℃的温度)。然后将线轴移出并置于绞合机80的放线线轴81上，(见图7，显示了所有特征)，再次确保在绞合试验开始时芯仍处在高温下(因为线轴较大，芯不会迅速散热；然而，绞合试验应该在将线轴从炉中移出约2小时之内进行)。另外放线线轴上形成电缆外层的导线应该在环境温度(例如24℃)下。该方法将提供应力参数为-3.5MPa(-500psi)的电缆。 

预期的实施例4 

除对绞合方法进行如下的改变，如预期的实施例3所述的制备电缆。绞合试验开始时芯的温度将高于周围大气的温度131℃。因此对于24℃的环境温度，芯将是155℃。该方法将提供应力参数为-17MPa(-2500psi)的电缆。 

预期的实施例5 

除对绞合方法进行如下的改变，如预期的实施例3所述的制备电缆。绞合试验开始时芯的温度将高于周围大气的温度239℃。因此对于24℃的环境温度，芯将是263℃。该方法将提供应力参数为-34MPa(-5000psi)的电缆。 

预期的实施例1-5的下垂的计算和与说明性的实施例的比较

利用记载于说明性的实施例的Alcoa Sag 10图解法模型，以预计记载于预期的实施例1和2的电缆的下垂相对温度的表现。使用Sagl0模型和说明性的实施例的方法生成下垂曲线。将如表8-11(以下)所示的传导体参数，输入Sagl0软件。压缩应力参数值是-3.5MPa(-500 psi)和-34MPa(-5000psi)。图9显示说明性的实施例和预期的实施例1，2，3，和5的下垂相对温度的曲线。说明性的实施例的测量数据显示为作图数据93，和说明性的实施例的计算曲线显示为线98。使用应力参数-3.5MPa(-500psi)的预期的实施例1和3的计算曲线显示为线94。使用应力参数-34MPa(-5000psi)的预期的实施例2和5的计算曲线显示为线96。 

以下的传导体数据输入″SAG10″软件： 

表8 

SAG10中的传导体参数 

面积                      381.6mm2(0.5915in2) 

直径                      2.3cm(0.902in.) 

重量                      1.083kg/m(0.726lb/ft.) 

RTS：                     10,160kg(22,400lbs.) 

表9 

线负荷条件 

间隔长度                  65.5m(215ft.) 

初始应力(在22℃(72))    2082kg(4,590lbs.) 

表10 

压缩应力计算的选项 

嵌入铝应力值+500(与测量数据拟合) 

                          -500(预期的实施例1) 

                          -5000(预期的实施例2) 

铝面积(作为总面积的份数)  0.8975 

铝层的个数：              2 

铝绞合线的个数            20 

芯绞合线的个数            7 

绞合线扭绞系数 

外层                  11 

内层                  13 

Sagl0的应力应变参数；TREF＝22℃(71) 

输入软件执行的参数(见下表11) 

表11 

对比例1

70米(230英尺)的钢强化电缆的样品(″Steel Reinforced ACSRCable(3/0ACSR 6/1PIGEON″得自King Wire Inc，Number One CablePlace，North Chicago，IL)。样品的规格如下表12所示。 

表12 

实施例1

以下的方式改变45.7厘米(18英寸)长的对比例1中的电缆，以得到负的铝预应力。从每一侧均除去7.6cm(3英寸)的铝导线，使中心芯导线暴露出来。使用13丝每厘米(32丝每英寸)的#10模头，对中心芯导线的端部绞丝约2.5厘米(1英寸)。加入隔离物以填充样品的绞丝部分和铝导线之间的间隙。将13丝每厘米(32丝每英寸)的#10联接螺母螺旋在待用隔离物填实的绞丝钢芯导线上。使用2.5厘米(1英寸)宽的纤维强化包装带手工包裹紧样品，所述包装带以商标″SCOTCH 898″得自3M Company St.Paul，MN。带材以其约1/4宽度重叠。将一个连接螺母固定于台钳，其他的螺母使用转矩扳手张紧到0.29千克力·米(25英寸-磅)的扭矩。一旦完成钢的张紧，测量带材包裹的电缆直径为13.7毫米厘米(0.54英寸)。保持铝导线紧紧地包裹在中心芯导线周围。没有观察到铝导线的散开。在铝导线和中心芯导线之间没有发现间隙。铝导线没有成鸟笼状，或没有扩展离开中心芯导线。 

为计算铝中产生的压缩应力，使用Krone Socket Screw Selector(得自Holo-Krome Company，West Hartford，CT)中的数据，由扭矩值计算钢芯导线的应力。对于#10螺杆，1.4千克-力米(120英寸-磅)的扭矩将在绞丝的钢丝中产生1270(2800lbs.)的拉伸载荷。通过绷紧到0.29千克力·米(25英寸-磅)在钢芯导线中产生的拉伸载荷计算为264kg(583lbs.；25/120*2800lbs)。认为钢中的拉伸载荷与铝中相当的压缩载荷，大小相等方向相反。因此算得铝应经受-264kg(-583lbs.)的压缩载荷。由此，算得铝中的压缩应力是-30.5MPa(-4425psi；583lbs./1317in2)。 

对比例1和实施例1的下垂的计算

参照表13-15，将如实施例1所述的算出的电缆的下垂相对于温度的特性与如对比例1所述的算出的电缆的下垂相对于温度的特性相比。利用以前记载于说明性的实施例1中的Alcoa Sagl0软件模型，使用17.2MPa(2500psi)的正应力参数值，确定对比例1中电缆的下垂相对于温度的表现。类似地，使用Alcoa Sagl0软件模型，以确定具有实施例1中的铝预应力为-30.5(-4425psi)的一定长度电缆的下垂相对于温度的表现。使用与实施例1的相同的65.5m(215ft.)的间隔长度参数，生成下垂对温度的曲线。样品电缆中的初始应力是断裂强度的20％。图10的线101表示对于对比例电缆的+17.2MPa(+2500psi)的值计算得到的曲线。图10的线103表示对于实施例1电缆的-30.5MPa(-4425psi)的值计算得到的曲线。 

以下的传导体数据输入″SAG10″软件： 

表13 

SAG10中的传导体参数 

代码字      Pigeon 

面积        99.3mm2(0.1537in2) 

直径        12.8cm(0.502in.) 

重量                     0.353kg/m 

                         (0.231lb/ft.) 

RTS：                    3003kg(6,620lbs.) 

应力应变图表             1-938 

表14 

线负荷条件 

间隔长度                 65.5m(215ft.) 

初始应力(在2℃(72))    600kg(1324lbs.) 

表15 

压缩应力计算的选项 

嵌入铝应力值 

                         17.2MPa(2500psi)(实施例2) 

                         -30.5MPa(-4425psi)(实施例3) 

铝面积(总面积的份数)     0.857 

铝层的个数：             1 

铝绞合线的个数           6 

芯绞合线的个数           1 

外层的绞合线扭绞系数     13 

显然本领域技术人员可不偏离本发明的范围和原则对本发明进行各种修改和变更，不应理解为本发明不当地限于本发明中的说明性的实施方式。