CN102473483B - 绝缘复合电缆及其制造和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种绝缘复合电缆，其具有限定共同纵向轴线的线芯、围绕所述线芯的多个复合线材、以及包裹所述复合线材的绝缘外皮。在一些实施例中，第一多个复合线材在第一捻向上以相对于中心纵向轴线限定的第一捻角围绕所述线芯在第一捻距上螺旋绞合，且第二多个复合线材在第一捻向上以第二捻角围绕所述第一多个复合线材在第二捻距上螺旋绞合，所述第一捻角与第二捻角之间的相对差不大于约4°。所述绝缘复合缆线可用于地下或水下输电。本发明还描述了制备和使用所述绝缘复合缆线的方法。

Description

绝缘复合电缆及其制造和使用方法
相关专利申请的交叉引用
本专利申请要求于2009年7月16日提交的美国临时专利申请No.61/226,151和美国临时专利申请No.61/226,056的权益，这两个专利申请的全部公开内容以引用方式并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及绝缘复合电缆和它们的制造和使用方法。本发明还涉及包括螺旋绞合的复合线材的绝缘绞合电缆，以及它们的制造方法和用作地下或水下输电缆线的用途。
背景技术
近来，已经由复合且从而不易塑性变形产生新形状的材料引入了有用的缆线物品。这些材料的普通实例包括纤维强化复合材料，所述纤维强化复合材料由于其相对于金属具有改进的机械性能但在其应力应变响应方面主要为弹性而引人注意。包含纤维强化聚合物线材的复合缆线在本领域是已知的，包含陶瓷纤维强化金属线材的复合缆线也是已知的，参见例如美国专利No.6,559,385和No.7,093,416；以及公开的PCT申请WO97/00976。
复合缆线(例如含有聚合物基质复合材料或金属基质复合线材的缆线)的一个用途是作为用于地上输电的裸(即非绝缘的)缆线中的增强构件。尽管包括铝基质复合线材的裸输电缆线是已知的，但对于一些应用，存在着对于获得改进的缆线性质的持续需求。例如，通常认为裸输电缆线不适于在地下或水下输电应用中使用。
另外，在一些应用中，可能有利的是使用绞合复合缆线用于输电。缆线绞合是这样一种过程，其中各条可延展线材被合并(通常以螺旋方式合并)来产生成品缆线。参见(例如)美国专利No.5,171,942和No.5,554,826。螺旋绞合的输电缆线通常由诸如钢、铝、或铜之类的可延展金属制得。在一些情况下，例如裸露的架空输电缆线，螺旋绞合线芯被线材导体层包围。螺旋绞合线芯可包括由诸如钢的第一材料制成的可延展金属线材，并且外部动力传导层可包括由诸如铝的另外的材料制成的可延展金属线材。在一些情况下，螺旋绞合线芯可以是预绞合的缆线，所述预绞合的缆线用作制造更大直径的输电缆线的输入材料。螺旋绞合缆线通常可以包括少至七根单独的线材，到更通用的包括50根或更多线材的构造。
本技术领域在不断研发用于地下或水下(即潜水)输电的改进型复合缆线。本技术领域也在研发改进型绞合复合输电缆线以及制造和使用绞合复合缆线的改进方法。
发明内容
在一些应用中，需要进一步改进复合缆线的构造及其制造方法。在某些应用中，需要改善复合输电缆线对于电路短接、潮湿环境和/或化学侵蚀的耐受性。在一些应用中，需要提供包裹复合输电缆线的绝缘外皮，使得所述缆线适于在地下或水下输电应用中使用。
在其他应用中，需要改善绞合复合缆线的物理性质，例如其拉伸强度和缆线的断裂伸长率。在一些特定应用中，还需要提供便利的装置，用以在将螺旋绞合复合线材掺入随后的制品(如输电缆线)中之前保持螺旋绞合复合线材的螺旋配置。在预先芯具有能够塑性变形的可延展金属线材或者具有在螺旋地布置之后能够固化或硬化的线材时，这种用于保持螺旋布置的装置已没有必要。
本发明的某些实施例涉及提供包裹输电缆线的绝缘外皮。本发明的其他实施例涉及绞合复合缆线以及在共同捻向上螺旋绞合复合线材层的方法，相比于在每个复合线材层之间使用交替捻向螺旋绞合的复合缆线，可产生复合缆线的拉伸强度的意想不到的增加。对于采用共同捻向绞合的常规可延展的(例如，金属或其他非复合)线材而言，在抗拉强度方面不具有这种令人惊喜的增大。此外，通常还不容易想到对常规可延展线材缆线的绞合线材层使用共同的捻向，因为可延展线材可能易于塑性变形，并且这样的缆线通常使用较短的捻距，对此，针对保持缆线整体性而言，交替的捻向可能是优选的。
因此，本发明在一个方面提供了一种绝缘复合电缆，其包括限定共同纵向轴线的线芯、围绕所述线芯的多个复合线材和包裹多个复合线材的绝缘外皮。在一些示例性实施例中，所述多个复合线材的至少一部分围绕限定共同纵向轴线的单个线材在至少一个圆柱层中布置，所述至少一个圆柱层在径向横截面中看时环绕共同纵向轴线而形成。在其他示例性实施例中，所述线芯包括金属导线和复合线材中的至少一者。在某些示例性实施例中，所述线芯包括至少一个光纤。
在再一些示例性实施例中，围绕所述线芯的多个复合线材在至少两个圆柱层中布置，所述至少两个圆柱层在径向横截面中看时环绕共同纵向轴线而限定。在另外的示例性实施例中，所述至少两个圆柱层中的至少一个仅包括复合线材。在某些另外的示例性实施例中，所述至少两个圆柱层中的至少一个还包括至少一个可延展金属线材。
在另外的示例性实施例中，所述多个复合线材的至少一部分围绕共同纵向轴线而环绕线芯绞合。在一些另外的示例性实施例中，所述多个复合线材的至少一部分为螺旋绞合的。在其他另外的示例性实施例中，每个圆柱层在与每个邻接圆柱层的捻向相同的捻向上以某个捻角绞合。在某些当前优选的实施例中，每个邻接圆柱层的捻角之间的相对差不大于约4°。在其他示例性实施例中，所述复合线材具有选自圆形、椭圆形、卵形、矩形和梯形的截面形状。
在其他示例性实施例中，每个所述复合线材为纤维增强的复合线材。在一些示例性实施例中，所述纤维增强的复合线材的至少一个用纤维丝束和单丝纤维这二者之一增强。在某些示例性实施例中，每个所述复合线材选自金属基质复合线材和聚合物复合线材。在一些示例性实施例中，所述聚合物复合线材包括在聚合物基质中的至少一个连续纤维。在另外的示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括金属、碳、陶瓷、玻璃或它们的组合。
在另外的示例性实施例中，至少一个连续纤维包括钛、钨、硼、形状记忆合金、碳、碳纳米管、石墨、碳化硅、芳族聚酰胺、聚(对亚苯基-2，6-苯并双唑)或它们的组合。在一些示例性实施例中，所述聚合物基质包括选自如下各项的(共)聚合物：环氧树脂、酯、乙烯基酯、聚酰亚胺、聚酯、氰酸酯、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚醚醚酮、含氟聚合物(包括完全和部分氟化的(共)聚合物)以及它们的组合。
在其他示例性实施例中，所述金属基质复合线材包括在金属基质中的至少一个连续纤维。在一些示例性实施例中，所述金属基质包括铝、锌、锡、镁、其合金或它们的组合。在某些实施例中，所述金属基质包括铝，并且所述至少一个连续纤维包括陶瓷纤维。在一些示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括选自如下各项的材料：陶瓷、玻璃、碳纳米管、碳、碳化硅、硼、铁、钢、铁合金、钨、钛、形状记忆合金以及它们的组合。
在某些当前优选的实施例中，所述金属基质包括铝，并且所述至少一个连续纤维包括陶瓷纤维。合适的陶瓷纤维可以商品名NEXTEL陶瓷纤维(可得自3MCompany，St.Paul.MN)获得，并包括例如NEXTEL312陶瓷纤维。在某些当前优选的实施例中，所述陶瓷纤维包括多晶α-Al2O3。
在另外的示例性实施例中，所述绝缘外皮形成所述绝缘复合电缆的外表面。在一些示例性实施例中，所述绝缘外皮包括选自如下各项的材料：陶瓷、玻璃、(共)聚合物以及它们的组合。
在另一方面，本发明提供了一种制造绝缘复合电缆的方法，其包括(a)提供限定共同纵向轴线的线芯，(b)围绕所述线芯布置多个复合线材，和(c)用绝缘外皮包裹所述多个复合线材。在一些示例性实施例中，所述多个复合线材的至少一部分围绕限定共同纵向轴线的单个线材在至少一个圆柱层中布置，所述至少一个圆柱层在径向横截面中看时环绕共同纵向轴线而形成。在某些示例性实施例中，所述多个复合线材的至少一部分围绕共同纵向轴线而环绕线芯螺旋绞合。在某些当前优选的实施例中，每个圆柱层在与每个邻接圆柱层的捻向相反的捻向上以某个捻角绞合。在另外的当前优选的实施例中，每个邻接圆柱层的捻角之间的相对差不大于约4°。
在另一方面，本发明提供了一种使用如上所述的绝缘复合电缆的方法，所述方法包括将如上所述的绝缘复合电缆的至少一部分埋入地下。
根据本发明的绝缘复合电缆的示例性实施例具有各种特征和特性，使这些示例性实施例能够适用并在多种多样的应用中发挥优势。例如，在一些示例性实施例中，与其他复合缆线相比，根据本发明的绝缘复合电缆在制造或使用期间可表现出在较低的缆线拉伸应变值下发生过早断裂或失效降低的趋势。此外，与常规的绞合可延展金属线材缆线相比，根据一些示例性实施例的绝缘复合电缆可表现出具有改进的抗腐蚀性、环境耐久性(例如，抗紫外性和抗湿性)、在高温下对强度损失的抗性、抗蠕变性、以及相对较高的弹性模量、低密度、低热膨胀系数、高电导率、高抗下垂性、和高强度。
因此在一些示例性实施例中，相比于现有技术的复合缆线，根据本发明的实施例制得的绝缘绞合复合缆线可表现出具有10％或更大的拉伸强度的增加。根据本发明某些实施例的绝缘绞合复合缆线还能够以较低的成本制造，这是因为在满足用于某些重要应用中(例如用在架空输电缆线应用中)的最小拉伸强度要求的缆线绞合方法中成品率提高。
对本发明的示例性实施例的各个方面和优点进行了汇总。上述发明内容并非意图描述本发明呈现的某些示例性实施例的每一个图示实施例或每种实施方式。随后的附图和具体实施方式将更具体地举例说明了使用本文所公开的原理的某些优选实施例。
附图说明
参照附图进一步描述本发明的示例性实施例，在附图中：
图1A-1G为根据本发明的示例性实施例的示例性绝缘复合电缆的截面端视图。
图2A-2E为含有根据其他根据本发明的示例性实施例的示例性绝缘复合电缆的可延展金属导体的示例性绝缘复合电缆的截面端视图。
图3A为可用于制备本发明的绝缘绞合复合缆线的示例性实施例的示例性绞合复合缆线的侧视图，所述示例性绞合复合缆线包括围绕绞合复合线芯的保持材。
图3B-3D为可用于制备本发明的绝缘绞合复合缆线的示例性实施例的示例性绞合复合缆线的截面端视图，所述示例性绞合复合缆线包括围绕绞合复合线芯的各种保持材。
图4为可用于制备本发明的绝缘绞合复合缆线的示例性实施例的示例性绝缘绞合复合缆线的截面端视图，所述示例性绝缘绞合复合缆线包括围绕绞合复合线芯的保持材以及一个或多个层，所述层包括围绕绞合复合线芯绞合的多个可延展金属导体。
图5为根据本发明的另一示例性实施例的示例性绝缘绞合复合缆线的截面端视图，所述示例性绝缘绞合复合缆线包括一个或多个层，所述层包括围绕包含多个单独绝缘的非复合线材的芯绞合的多个单独绝缘的复合线材。
附图中的类似附图标记指示类似的元件。本文中的附图未按比例绘制，并且在附图中，复合缆线的构件被以强调选定特征的尺寸显示。
具体实施方式
在整个说明书和权利要求书中采用的某些术语大部分是人们所熟知的，但可能仍然需要作一些解释。应当了解，如本文所使用，称某“线材”为“易碎”意指该线材在拉伸载荷下会以最小塑性变形断裂。
术语“线材”通常用于包括可延展金属线材、金属基质复合线材、聚合物基质复合线材、光纤线材以及用于流体输送的中空管状线材。
术语“可延展”在用于涉及线材的变形时，指的是线材在弯曲而不断裂或破裂期间基本承受的塑性变形。
术语“复合线材”指由组成或形式不同的材料的组合形成的细线，所述材料被束缚在一起并表现出或非延展行为。
术语“金属基质复合线材”指包括结合到基质内的一种或多种纤维增强材料的复合线材，所述基质由一个或多个延性金属相组成。
术语“聚合物基质复合线材”类似地指包括结合到基质内的一种或多种纤维增强材料的复合线材，所述基质由一个或多个聚合物相组成。
术语“光纤线材”指包括至少一个用于光纤通信中的纵向透光纤维单元的细线。
术语“中空管状线材”指可用于流体输送的纵向中空导管或管状物。
术语“弯曲”在用来涉及线材的变形时包括二维和/或三维弯曲变形，例如在绞合期间使线材螺旋地弯曲。当涉及具有弯曲变形的线材时，这不排除线材还具有由于拉伸力和/或扭转力产生的变形的可能性。
“显著的弹性弯曲”变形指的是线材弯曲成曲率半径直到线材半径的10,000倍时发生的弯曲变形。当应用于圆形横截面的线材时，这个显著的弹性弯曲变形将在线材的外纤维处赋予至少0.01％的应变。
术语“卷缆”和“绞合”可以互换使用，“卷缆的”和“绞合的”也可以互换使用。
术语“捻制”说明了线材在螺旋绞合缆线的绞合层中被缠绕成螺旋的方式。
术语“捻向”涉及线材股线在螺旋绞合层中的绞合方向。为了确定螺旋绞合层的捻向，当缆线离开观察者时观察者看螺旋绞合线材层的表面。如果当股线离开观察者时股线看来在顺时针方向上转动，则该缆线被称为“右手捻制”。如果当股线离开观察者时股线看来在逆时针方向上转动，则该缆线被称为“左手捻制”。
术语“中心轴线”和“中心纵向轴线”可互换地用来表示径向地定位在多层螺旋绞合缆线的中心处的共同纵向轴线。
术语“捻角”涉及由绞合线材相对于螺旋绞合缆线的中心纵向轴线形成的角度。
术语“相交角度”指的是螺旋绞合线材缆线的相邻线材层的捻角之间的相对(绝对)差。
术语“捻距”涉及螺旋绞合层中的单个线材围绕螺旋绞合缆线的中心纵向轴线完成一个完全螺旋回转的绞合缆线长度。
术语“陶瓷”指的是玻璃、晶体陶瓷、玻璃陶瓷以及它们的组合。
术语“多晶”指的是主要具有多个结晶颗粒的材料，其中颗粒的尺寸小于颗粒所在的纤维的直径。
术语“连续纤维”指的是当与平均纤维直径相比长度相对无限大的纤维。通常，这意味着纤维的纵横比(即，纤维的长度与纤维平均直径的比)为至少1×105(在某些实施例中，为至少1×106，或者甚至为至少1×107)。通常，这种纤维具有至少约15cm到至少几米量级的长度，并且甚至可以具有几千米或者更长量级的长度。
在一些示例性实施例中，本发明提供了一种适合用作水下或地下输电缆线的绝缘复合缆线。在某些实施例中，所述绝缘复合缆线包括多个绞合复合线材。复合线材一般为脆性且不可延展，并因此可能在常规缆线绞合过程中不充分变形，从而保持其螺旋布置而不破坏线材。因此，本发明在某些实施例中提供一种较高抗拉强度的绞合复合缆线，并且在某些实施例中还提供一种用于保持绞合缆线中线材的螺旋布置的装置。这样，绞合缆线可以被便利地提供成中间制品或成品。当用作中间制品时，绞合复合缆线可在之后被加入到最终制品内，所述最终制品如绝缘复合输电缆线，例如水下或地下输电缆线。
现在将具体参照附图描述本发明的各种示例性实施例。本发明的示例性实施例可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行多种修改和更改。因此，应当理解，本发明的实施例不应限于以下所述的示例性实施例，但应受权利要求书及其任何等同物中示出的限制的控制。
本发明在一个方面提供了一种绝缘复合电缆，其包括限定共同纵向轴线的线芯、围绕所述线芯的多个复合线材和包裹多个复合线材的绝缘外皮。在一些示例性实施例中，所述多个复合线材的至少一部分围绕限定共同纵向轴线的单个线材在至少一个圆柱层中布置，所述至少一个圆柱层在径向横截面中看时环绕共同纵向轴线而形成。在其他示例性实施例中，所述线芯包括金属导线和复合线材中的至少一者。在另外的示例性实施例中，所述至少两个圆柱层中的至少一个仅包括复合线材。在某些另外的示例性实施例中，所述至少两个圆柱层中的至少一个还包括至少一个可延展金属线材。
图1A-1G示出了示例性复合缆线(例如分别为10、11、10’和11’)的截面端视图，所述示例性复合缆线可任选地为绞合的，或更优选地为螺旋绞合缆线，并可用于形成根据本发明的一些非限制性示例性实施例的潜水或地下绝缘复合缆线。如图1A和1C中所示的示例性实施例示出，绝缘复合缆线(10、10’)可包括限定中心纵向轴线的单个复合线材2；包括第一多个复合线材4(其可在第一捻向上围绕所述单个复合线材2任选地绞合，更优选地螺旋绞合)的第一层；包括第二多个复合线材6(其可在第一捻向上围绕所述第一多个复合线材4任选地绞合，更优选地螺旋绞合)的第二层；以及包裹多个复合线材的绝缘外皮9。
任选地，如图1C所示，可在施用绝缘外皮9之前，将包括第三多个复合线材8(其可在第一捻向上围绕所述第二多个复合线材6任选地绞合，更优选地螺旋绞合)的第三层包括以形成绝缘复合缆线10’。任选地，可在第一捻向上围绕所述第二多个复合线材6包括复合线材(其可任选地绞合，更优选地螺旋绞合)的第四层(未图示)或甚至更多附加层来形成复合缆线。
在图1B和1D中所示的其他示例性实施例中，复合缆线(11、11’)可包括限定中心纵向轴线的单个可延展金属线材1(其可为例如可延展金属线材)；包括第一多个复合线材4(其可在第一捻向上围绕所述单个可延展金属线材1任选地绞合，更优选地螺旋绞合)的第一层；包括第二多个复合线材6(其可在第一捻向上围绕所述第一多个复合线材4任选地绞合，更优选地螺旋绞合)的第二层；以及包裹多个复合线材的绝缘外皮9。
任选地，如图1D所示，包括第三多个复合线材8的第三层可在第一捻向上围绕所述第二多个复合线材6绞合以形成复合缆线11’。任选地，可在第一捻向上围绕所述第二多个复合线材6包括复合线材(其可任选地绞合，更优选地螺旋绞合)的第四层(未图示)或甚至更多附加层来形成复合缆线。
在如图1E-1F示出的另外的示例性实施例中，一个或多个单独的复合线材可单独地被绝缘外皮包围。
因此，如图1E所示，复合缆线11’包括限定中心纵向轴线的单个芯线1(其可为例如可延展金属线材、金属基质复合线材、聚合物基质复合线材、光纤线材、或用于流体输送的中空管状线材)；包括第一多个复合线材4(其可在第一捻向上围绕所述单个芯线1任选地绞合，更优选地螺旋绞合)的第一层；包括第二多个复合线材6(其可在第一捻向上围绕所述第一多个复合线材4任选地绞合，更优选地螺旋绞合)的第二层；以及包裹多个复合线材的绝缘外皮9，其中每个单个复合线材(4、6)单独地被绝缘外皮9包裹，且任选地其中所述单个芯线1也单独地被绝缘外皮9包裹。
或者，一个或多个单独的复合线材可单独地被绝缘外皮包裹并被任选的围绕所述复合线材整体的附加外皮包裹。因此，如图1F所示，复合缆线11″′包括限定中心纵向轴线的单个芯线1(其可为例如可延展金属线材、金属基质复合线材、聚合物基质复合线材、光纤线材、或用于流体输送的中空管状线材)；包括第一多个复合线材4(其可在第一捻向上围绕所述单个芯线1任选地绞合，更优选地螺旋绞合)的第一层；包括第二多个复合线材6(其可在第一捻向上围绕所述第一多个复合线材4任选地绞合，更优选地螺旋绞合)的第二层；以及包裹多个复合线材整体的绝缘外皮9′，和包裹每个单独的复合线材(4、6)及任选的单个芯线1的附加绝缘外皮9。另外，图1F示出了任选的绝缘填料(在图1G中标记为3，并参照图1G如下另外详细讨论)基本上填充在单独的线材(1、4、和6)与包裹所述多个线材(1、4、6)整体的绝缘外皮9′之间留下的任何空隙的用途。
在图1G示出的另外的示例性实施例中，复合线材(11″″)可包括限定中心纵向轴线的单个芯线1(其可为例如可延展金属线材)；包括第一多个复合线材4(其可在第一捻向上围绕所述单个可延展金属线材1任选地绞合，更优选地螺旋绞合)的第一层；包括第二多个复合线材6(其可在第一捻向上围绕所述第一多个复合线材4任选地绞合，更优选地螺旋绞合)的第二层；以及包括绝缘填料3(其可为以下参照图3D所述的粘结剂24，或其可为绝缘材料，如非导电固体或液体)的绝缘包封外皮，所述绝缘填料3围绕所述多个复合线材并基本上填充在单个线材(1、4和6)之间留下的任何空隙。
特别合适的固体填料3包括有机和无机粉末，更特别地包括陶瓷粉末(例如二氧化硅、氧化铝等)、玻璃珠、玻璃泡、(共)聚合物(例如含氟聚合物)粉末、纤维或膜等。特别合适的液体填料3包括表现出低导电率并具有约20或更小的介电常数的介电液体，更优选可用作低介电流体的油(例如硅油、全氟流体等)等。
如上所述，在示例性实施例中，所述绝缘复合缆线包括多个复合线材。在另外的示例性实施例中，所述多个复合线材的至少一部分环绕共同纵向轴线而围绕所述线芯绞合。合适的绞合方法、构造和材料公开于美国专利申请公布No.2010/0038112(Grether)中。
因此，在一些示例性实施例中，绞合复合缆线(例如分别在图1A和1B中的10、11)包括限定中心纵向轴线的单个复合线材2或芯线材1；在第一捻向上以相对于所述中心纵向轴线限定的第一捻角围绕单个复合线材2绞合并具有第一捻距的第一多个复合线材4；以及在第一捻向上以相对于所述中心纵向轴线限定的第二捻角围绕所述第一多个复合线材4绞合并具有第二捻距的第二多个复合线材6。
在另外的示例性实施例中，绞合复合缆线(例如分别在图1C和1D中的10’和11’)任选地还包括在第一捻向上以相对于所述中心纵向轴线限定的第三捻角围绕所述第二多个复合线材6绞合并具有第三捻距的第三多个复合线材8，所述第二捻角和第三捻角之间的相对差不大于约4°。
在另外的示例性实施例(未显示)中，绞合缆线还可包括复合线材的另外(例如后续)的层(例如第四、第五或其他后续层)，所述层在第一捻向上以相对于所述共同纵向轴线限定的捻角围绕所述第三多个复合线材8绞合，其中在每一层中的复合线材具有特征捻距，所述第三捻角和第四或后续捻角之间的相对差不大于约4°。采用四个或更多个绞合复合线材层的实施例优选地使用直径为0.5mm或更小的复合线材。
在一些示例性实施例中，所述第一捻距和第二捻角之间的相对(绝对)差大于0°且不大于约4°。在某些示例性实施例中，(一个或多个的)第一捻角和第二捻角之间、第二捻角和第三捻角之间的相对(绝对)差不大于4°、不大于3°、不大于2°、不大于1°或不大于0.5°。在某些示例性实施例中，有一个或多个属下列情况：第一捻角等于第二捻角、第二捻角等于第三捻角、和/或各个后续捻角等于之前紧接着的捻角。
在另一些实施例中，有一个或多个属下列情况：所述第一捻距小于或等于所述第二捻距，所述第二捻距小于或等于所述第三捻距，所述第四捻距小于或等于紧后续的捻距，和/或各个后续捻距小于或等于之前紧接着的捻距。在其他实施例中，有一个或多个属下列情况：第一捻距等于第二捻距、第二捻距等于第三捻距、和/或各个后续捻距等于之前紧接着的捻距。在一些实施例中，优选的是使用平行捻，这是现有技术中公知的。
在另外的示例性实施例中，所述绝缘复合缆线还可包括至少一个非复合线材，且在一些实施例中还可包括多个非复合线材。在一些特定的示例性实施例中，绞合缆线(无论其为完全复合的、部分复合的或完全非复合的)可为螺旋绞合的。在其他另外的示例性实施例中，每个圆柱层在与每个邻接圆柱层的捻向相同的捻向上以某个捻角绞合。在某些当前优选的实施例中，每个邻接圆柱层的捻角之间的相对差不大于约4°。在其他示例性实施例中，所述复合线材和/或非复合线材具有选自圆形、椭圆形、和梯形的截面形状。
在某些另外的示例性实施例中，所述绝缘复合缆线还可包括多个可延展金属线材。图2A-2E示出了绞合复合缆线(例如10’和10”)的示例性实施例，其中可延展线材(例如28，28’，28”)(举例来说可延展金属导体线材)的一个或多个附加层围绕图1A所示的示例性复合缆芯绞合，更优选螺旋绞合。然而，应了解本发明不限于这些示例性实施例，使用其他复合缆芯的其他实施例也在本发明的范围内。
因此，在图2A示出的特定实施例中，绝缘绞合复合缆线30包括围绕对应于图1A的绞合非绝缘复合缆芯10绞合的第一多个可延展线材28；以及包裹多个复合且可延展线材的绝缘外皮9。在图2B示出的另外的实施例中，绝缘绞合复合缆线40包括围绕含有对应于图1A的绞合非绝缘复合缆线10的第一多个可延展线材28绞合的第二多个可延展线材28’；以及包裹多个复合且可延展线材的绝缘外皮9。在图2C示出的另外的实施例中，绝缘绞合复合缆线50包括围绕含有对应于图1A的绞合非绝缘复合缆线10的第二多个可延展线材28′绞合的多个第三可延展线材28″；以及包裹多个复合且可延展线材的绝缘外皮9。
在图2A-2C示出的特定实施例中，各自的绝缘绞合复合缆线(例如30、40、50)含有对应于图1A的绞合的但非绝缘的复合缆线10的非绝缘复合芯10，其中包括：限定中心纵向轴线的单个线材2、包括在第一捻向上围绕单个复合线材2绞合的第一多个复合线材4的第一层、包括在第一捻向上围绕所述第一多个复合线材4绞合的第二多个复合线材6的第二层。在某些示例性实施例中，所述第一多个可延展线材28在与邻接径向层的捻向相反的捻向上绞合，所述邻接径向层例如是包括第二多个复合线材6的第二层。
在其他示例性实施例中，所述第一多个可延展线材28在与邻接径向层的捻向相同的捻向上绞合，所述邻接径向层例如是包括第二多个复合线材6的第二层。在另外的示例性实施例中，所述第一多个可延展线材28、第二多个可延展线材28’或第三多个可延展线材28”中的至少一者在与邻接径向层的捻向相反的捻向上绞合，所述邻接径向层例如是包括第二多个复合线材6的第二层。
在另外的示例性实施例中，各个可延展线材(28、28’、或28”)在基本上垂直于中心纵向轴线的方向上具有选自圆形、椭圆形、卵形、矩形、或梯形的截面形状。图2A-2C示出了实施例，其中各个可延展线材(28、28’)在基本上垂直于中心纵向轴线的方向上具有基本上为圆形的截面形状。在图2D示出的特定实施例中，绞合复合缆线60包括围绕对应于图1A的绞合复合缆芯10绞合的大致梯形的第一多个可延展线材28。在图2E示出的另外的实施例中，绞合复合缆线10”’还包括围绕对应于图1A的非绝缘绞合复合缆线10绞合的大致梯形的第二多个可延展线材28’。在另外的示例性实施例中，一些或所有的可延展线材(28、28’)在基本上垂直于中心纵向轴线的方向上可具有“Z”或“S”形(未示出)的截面形状。这种形状的线材是本领域公知的，并且是期望的，例如以形成缆线的互锁外层。
在另外的实施例中，可延展线材(28、28’)包括至少一种金属，其选自铜、铝、铁、锌、钴、镍、铬、钛、钨、钒、锆、锰、硅、这些金属的合金以及它们的组合。
尽管图3A-3E显示了限定中心纵向轴线的单个中心复合芯线材2，此外应知单个中心复合芯线材2也可选用可延展金属线材1，如之前图1B和1D所示出。还应了解复合线材的各个层均显示捻距，且复合线材的每一层的捻距可以不同，或者优选地可以为相同的捻距。
此外，应当理解，在一些示例性实施例中，每个复合线材都在沿与中心纵向轴线垂直的方向上具有截面形状，通常为圆形、椭圆形或梯形。在某些示例性实施例中，每一个复合线材具有大致圆形的截面形状，每一个复合线材的直径为至少约0.1mm，更优选至少0.5mm；还更优选至少1mm，更优选至少2mm，最优选至少3mm；且至多约15mm，更优选至多10mm，还更优选至多5mm，甚至更优选至多4mm，最优选至多3mm。在其他的示例性实施例中，每个复合线材的直径可以小于1mm，或大于5mm。
通常，具有大致圆形横截面形状的单个中心线材的平均直径的范围为从约0.1mm至约15mm。在一些实施例中，单个中心线材的平均直径期望地为至少0.1mm，至少0.5mm，至少1mm，至少2mm，至少3mm，至少4mm，或者甚至高达约5mm。在其他实施例中，单个中心线材的平均直径小于约0.5mm，小于1mm，小于3mm，小于5mm，小于10mm，或小于15mm。
在图2A-2E中未示出的另外的示例性实施例中，绞合复合缆线可包括围绕限定中心纵向轴线的单个线材的多于三个的复合线材绞合层。在某些示例性实施例中，在复合缆线的每一层中的每一个复合线材可具有相同的构造和形状；然而这并不是为了达成本文所述益处而要求的。
在另一方面中，本发明提供绞合输电缆线的各种实施例，所述绞合输电缆线包括复合芯和围绕复合芯的导体层，并且其中复合芯包括上述的绞合复合缆线中的任一种。在一些实施例中，所述输电缆线可用作架空输电缆线、地下输电缆线、海下输电缆线、或它们的组件。示例性的海下输电缆线和应用描述于共同待审的美国临时专利申请No.61/226,056，其于2009年7月16日提交，名称为“SUBMERSIBLECOMPOSITECABLEANDMETHODS”(潜水复合缆线和方法)。
在某些示例性实施例中，导体层包括金属层，所述金属层围绕复合缆芯的整个表面，且在一些实施例中接触复合缆芯的基本上整个表面。在其他的示例性实施例中，导体层包括围绕复合缆芯绞合的多个可延展金属导体线材。
对于包括多个复合线材(例如2、4、6)和任选的可延展金属线材(例如28、28’、28”)的绞合复合缆线，可取的方式是(在一些实施例中)：在绞合过程中或在绞合之后，使用保持材(例如，具有或不具有粘合剂的外包裹带，或者粘结剂(参见例如美国专利No.6,559,385B1(Johnson等人))将复合线材(例如至少在图1A-1D或2A-2E的第二层中的第二多个复合线材6)保持在一起。图3A-3D和4示出了在绞合之后使用条带18形式的保持材将复合线材保持在一起的各种实施例。在某些实施例中，条带18可充当包裹绞合复合线材的电绝缘外皮32。
图3A为示例性绞合复合缆线10(图1A)的侧视图，其中包括条带18的示例性保持材围绕复合线材(2、4、6)部分地缠绕在绞合复合缆线10上。如图3B所示，条带18可包括具有粘合剂层22的背衬20。或者，如图3C所示，条带18可仅包括背衬20而无粘合剂。在某些实施例中，条带18可充当包裹绞合复合线材的电绝缘外皮32。
在某些示例性实施例中，条带18可被缠绕成使得各个相继的带匝无间隙且无重叠地邻接之前的带匝，如图3A所示。或者，在一些实施例中，相继的带匝可以间隔开而在各个带匝之间留出间隙，或者与之前的带匝重叠。在一个优选实施例中，条带18被缠绕成使得各个带匝与之前的带匝重叠条带宽度的大约1/3至1/2。
图3B为图3A的绞合的条带缠绕的复合缆线32的截面端视图，其中所述保持材为包括具有粘合剂22的背衬20的条带18。在该示例性实施例中，合适的粘合剂包括，例如，(甲基)丙烯酸酯(共)聚合物基粘合剂、聚(α-烯烃)粘合剂、嵌段共聚物基粘合剂、天然橡胶基粘合剂、有机硅基粘合剂、和热熔粘合剂。在某些实施例中可优选压敏粘合剂。在一些示例性实施例中，条带18可充当包裹复合缆线的绝缘外皮。
在再一些示例性实施例中，用于条带18或背衬20的合适的材料包括：金属箔，特别是铝；聚酯；聚酰亚胺；含氟聚合物膜(包括含有完全或部分氟化(共)聚合物的那些)，玻璃增强的背衬；以及它们的组合；其条件是条带18的强度足以保持弹性弯曲变形，且本身能够保持其缠绕构造，或充分地受约束(如果需要)。一种特别优选的背衬20是铝。这种背衬优选地具有0.002至0.005英寸(0.05至0.13mm)的厚度，并具有基于绞合复合缆线10的直径选择的宽度。例如，对于具有两层绞合复合缆线(例如图3A所示出)并具有约0.5英寸(1.3cm)的直径的绞合复合缆线10，优选宽度为1.0英寸(2.5cm)的铝条带。
一些近期优选的商购的条带包括以下的金属箔条带(得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司)：条带438，0.005英寸厚(0.13mm)的铝背衬，具有丙烯酸粘合剂，总条带厚度为0.0072英寸(0.18mm)；条带431，0.0019英寸厚(0.05mm)的铝背衬，具有丙烯酸类粘合剂，总条带厚度为0.0031英寸(0.08mm)；以及条带Tape433，0.002英寸厚(0.05mm)的铝背衬，具有有机硅粘合剂，总条带厚度为0.0036英寸(0.09mm)。合适的金属箔/玻璃布条带为条带363(可得自3MCompany，St.Paul，MN)，如实例中所述。合适的聚酯背衬的条带包括聚酯条带8402(得自尼苏达州圣保罗市的3M公司)，具有0.001英寸厚(0.03mm)的聚酯背衬，有机硅基粘合剂，并且总条带厚度为0.0018英寸(0.03mm)。
图3C为根据图3A的绞合的条带缠绕的复合缆线32′的另一实施例的截面端视图，其中条带18包括不具有粘合剂的背衬20。当条带18为不具有粘合剂的背衬20时，用于背衬20的合适的材料包括刚作了描述的与粘合剂一起使用的那些的任何一种，其中优选的背衬为厚度为0.002至0.005英寸(0.05至0.13mm)且宽度为1.0英寸(2.54cm)的铝背衬。在某些实施例中，条带18可充当包裹绞合复合线材的电绝缘外皮，如以上就图1F-1G中的要素3所述。
当条带18用作保持材时，无论有还是没有粘合剂22，条带都可以采用本领域公知的常规条带缠绕设备而施加到绞合缆线上。合适的条带机包括得自新泽西州帕特森市的WatsonMachine，International的那些，例如型号为CT-300的同心条带头。外包裹带工位通常位于缆线绞合设备的出口处，并且在缆线10被缠绕到卷线轴上之前应用于螺旋绞合复合线材。条带18被选择成保持弹性变形的复合线材的绞合配置。
图3D示出了具有保持材的绞合包封复合缆线34的另一可选的示例性实施例，所述保持材为施用至如图1A所示的非绝缘绞合复合缆线10的粘结剂24的形式以将复合线材(2、4、6)保持为其绞合配置。在某些实施例中，粘结剂24可充当包裹绞合复合线材的电绝缘外皮3，如以上参照图1F-1G所述。在某些实施例中，粘结剂24可充当包裹绞合复合线材的电绝缘外皮，如以上就图1F-1G的要素3所述。
合适的粘结剂24(在一些示例性实施例中其可用作绝缘填料3，如图1F-1G所示)包括压敏粘合剂组合物，所述压敏粘合剂组合物包含衍生自含有6至20个碳原子的单体的一种或多种聚(α-烯烃)均聚物、共聚物、三元共聚物、和四元共聚物，以及光敏交联剂，如美国专利No.5,112,882(Babu等人)所描述。这些材料的辐射固化提供粘合剂膜，所述粘合剂膜具有剥离性能和剪切粘合剂性能的有利的平衡。
或者，粘结剂24可以包括热固性材料，包括(但不限于)环氧树脂。对于一些粘结剂，优选的是在线材离开如上所述的卷缆机时，将粘结剂24挤压或以其他方式涂敷在非绝缘绞合电缆10上。或者，粘结剂24可以以供应为传送条带的粘合剂的形式进行应用。在这种情况下，粘结剂24涂敷到传送或剥离片材(未示出)上。所述剥离片材围绕绞合复合缆线10的复合线材缠绕。然后去除背衬，留下粘合剂层作为粘结剂24。
在再一些实施例中，可任选地包裹每个单独的复合线材、或在复合且可延展的金属线材的任何合适的层之间(如所需)施用粘合剂22或粘结剂24。因此，在图4示出的特定实施例中，绞合复合缆线90包括围绕图3C示出的缠带复合芯32’绞合的第一多个可延展线材28，以及围绕所述第一多个可延展线材28绞合的第二多个可延展线材28’。条带18围绕图1A示出的非绝缘绞合复合芯10缠绕，所述非绝缘绞合复合芯10包括限定中心纵向轴线的单个复合线材2；包括第一多个复合线材4的第一层，所述第一多个复合线材4可在第一捻向上围绕所述单个复合线材2绞合；以及包括第二多个复合线材6的第二层，所述第二多个复合线材6可在第一捻向上围绕所述第一多个复合线材4绞合。条带18形成包裹绞合复合线材(例如2、4、6)的电绝缘外皮32’。第二绝缘外皮9包裹所述多个复合线材(例如2、4和6)和所述多个可延展线材(例如28和28”)。
在一个当前优选的实施例中，所述保持材不显著增加绞合复合缆线10的总直径。优选地，包括保持材的绞合复合缆线的外径不大于不包括保持材的多个绞合复合线材(2、4、6、8)的外径的110％，更优选地不大于105％，并且最优选地不大于102％。
将认识到，当复合线材在常规的卷缆设备上绞合时，其具有显著的弹性弯曲变形量。如果没有用于保持线材螺旋布置的保持材，那么这种显著的弹性弯曲变形将引起线材回到其未绞合或未弯曲形状。因此，在一些实施例中，选择保持材以保持多个绞合复合线材的显著的弹性弯曲变形。
此外，绞合复合缆线的预期应用可以表明某些保持材更适合于应用。例如，当绞合复合缆线用作潜水或地下输电缆线时，粘结剂24或不具有粘合剂22的条带18应被选择成不会不利地影响在该应用中所经受的温度、深度以及其他条件下的输电。当粘合剂条带18用作保持材时，粘合剂22和背衬20都应当被选择成适用于预期应用。
在图5示出的又一可选的示例性实施例中，绝缘复合缆线100包括一个或多个层，以及任选的包裹复合线材整体的附加外皮，所述一个或多个层包括围绕具有多个单独的绝缘线材的芯绞合的多个单独的绝缘复合线材。因此，如图5所示，绝缘复合缆线100包括限定中心纵向轴线的单个芯线1(其可为例如可延展金属线材、金属基质复合线材、聚合物基质复合线材、光纤线材、或用于流体输送的中空管状线材)；包括前述的第一多个复合线材5(其可在第一捻向上围绕所述单个芯线1任选地绞合，更优选地螺旋绞合)的至少第一层；包括第一多个复合线材4(其可在第一捻向上围绕所述单个芯线1任选地绞合，更优选地螺旋绞合)的第一层；包括第二多个复合线材6(其可在第一捻向上围绕所述第一多个复合线材4任选地绞合，更优选地螺旋绞合)的任选的第二层；以及包裹多个复合线材整体的绝缘外皮9′，和任选地包裹各单独线材(1、4、5、6等)的附加绝缘外皮9。
另外，图5示出了如上所述的任选的绝缘填料3(其可为以下参照图3D所述的粘结剂24，或可为绝缘材料，如非导电固体或液体)基本上填充单个线材(1、2、4、和6)与包裹所述多个线材(1、2、4、6等)整体的绝缘外皮9′之间留下的任何空隙的用途。
在某些示例性实施例中，每个绞合复合线材包括在基质中的多个连续纤维，下文将对此作更详细的讨论。由于线材为复合材料，在卷缆或绞合操作过程中它们通常不允许塑性变形，而塑性变形对于可延展金属线材是可能的。例如，在包括可延展线材的现有技术的布置中，可以执行常规的卷缆处理来使得其螺旋布置中的复合线材永久性地塑性变形。本发明允许使用这样的复合线材，相比于常规可延展金属线材，其能够提供优良的所需特性。在绞合复合缆线被加到后续的最终制品(如潜水或地下复合缆线)中时，保持材使得绞合复合缆线能够容易处理。
在一些示例性实施例中，每个所述复合线材为纤维增强的复合线材。在某些示例性实施例中，所述纤维增强的复合线材的至少一个用纤维丝束和单丝纤维这二者之一增强。
在另一些示例性实施例中，每个所述复合线材选自金属基质复合线材和聚合物复合线材。在再一些示例性实施例中，一些复合线材被选择为金属基质复合线材，一些复合线材被选择为聚合物基质复合线材。在其他示例性实施例中，所有复合线材可被选择为金属基质复合线材或聚合物基质复合线材。
在一些示例性实施例中，所述聚合物复合线材包括在聚合物基质中的至少一个连续纤维。在再一些示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括金属、碳、陶瓷、玻璃或它们的组合。在一些特定的示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括钛、钨、硼、形状记忆合金、碳、碳纳米管、石墨、碳化硅、芳族聚酰胺、聚(对亚苯基-2，6-苯并双唑)或它们的组合。在另一些示例性实施例中，所述聚合物基质包括(共)聚合物，所述(共)聚合物选自：环氧树脂、酯、乙烯基酯、聚酰亚胺、聚酯、氰酸酯、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚醚醚酮，以及它们的组合。
在其他示例性实施例中，所述金属基质复合线材包括在金属基质中的至少一个连续纤维。在再一些示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括选自如下各项的材料：陶瓷、玻璃、碳纳米管、碳、碳化硅、硼、铁、钢、铁合金、钨、钛、形状记忆合金以及它们的组合。在一些示例性实施例中，所述金属基质包括铝、锌、锡、镁、它们的合金、或上述各项的组合。在某些实施例中，所述金属基质包括铝，并且所述至少一个连续纤维包括陶瓷纤维。在某些当前优选的实施例中，所述陶瓷纤维包括多晶α-Al2O3。
在其中金属基质复合线材用于提供铠装和/或强度构件的某些实施例中，所述纤维优选选自聚(芳族聚酰胺)纤维、陶瓷纤维、硼纤维、碳纤维、金属纤维、玻璃纤维以及它们的组合。在某些示例性实施例中，所述铠装构件包括在圆柱层中围绕芯复合缆线的多个线材。优选地，所述线材选自金属铠装线材、金属基质复合线材、聚合物基质复合线材以及它们的组合。
在图6A-6C示出的某些示例性实施例中，包括芯(11、11’、11”)的绞合复合缆线和/或导电非复合缆线包括至少一个可延展金属线材，并且优选地包括多个可延展金属线材。在另一些示例性实施例中，在径向横截面中看时，所述多个金属线材各自具有选自圆形、椭圆形、梯形、S形、和Z形的截面形状。在一些特定的示例性实施例中，所述多个金属线材包括选自如下各项的至少一种金属：铁、钢、锆、铜、锡、镉、铝、锰、锌、钴、镍、铬、钛、钨、钒、它们彼此的合金、它们与其他金属的合金、它们的硅合金、以及上述各项的组合。
在一些特定的另外的示例性实施例中，至少一个复合缆线为绞合复合缆线，所述绞合复合缆线包括复合线材的多个圆柱层，在径向横截面中看时，所述复合线材的多个圆柱层围绕所述至少一个复合缆线的中心纵向轴线绞合。在某些示例性实施例中，所述至少一个绞合复合缆线为螺旋绞合。在某些当前优选的实施例中，每个圆柱层在与每个邻接圆柱层的捻向相同的捻向上以某个捻角绞合。在某些当前优选的实施例中，每个邻接圆柱层的捻角之间的相对差大于0°且不大于3°。
在另外的示例性实施例中，所述复合线材具有选自圆形、椭圆形、和梯形的截面形状。在一些示例性实施例中，每个所述复合线材为纤维增强的复合线材。在某些示例性实施例中，所述纤维增强的复合线材的至少一个用纤维丝束和单丝纤维这二者之一增强。在其他示例性实施例中，每个所述复合线材选自金属基质复合线材和聚合物复合线材。在某些其他示例性实施例中，所述聚合物复合线材包括在聚合物基质中的至少一个连续纤维。在一些示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括金属、碳、陶瓷、玻璃或它们的组合。
在一些示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括钛、钨、硼、形状记忆合金、碳、碳纳米管、石墨、碳化硅、聚(芳族聚酰胺)、聚(对亚苯基-2，6-苯并双唑)或它们的组合。在某些示例性实施例中，所述聚合物基质包括选自如下各项的(共)聚合物：环氧树脂、酯、乙烯基酯、聚酰亚胺、聚酯、氰酸酯、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚醚醚酮、含氟聚合物(包括完全和部分氟化的(共)聚合物)以及它们的组合。
在一些示例性实施例中，所述复合线材包括在金属基质中的至少一个连续纤维。在其他示例性实施例中，所述复合线材包括在聚合物基质中的至少一个连续纤维。在某些示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括选自如下各项的材料：陶瓷、玻璃、碳纳米管、碳、碳化硅、硼、铁、钢、铁合金、钨、钛、形状记忆合金以及它们的组合。在某些示例性实施例中，所述金属基质包括铝、锌、锡、镁、它们的合金、或上述各项的组合。在某些当前优选的实施例中，所述金属基质包括铝，并且所述至少一个连续纤维包括陶瓷纤维。在一些特定的当前优选的实施例中，所述陶瓷纤维包括多晶α-Al2O3。
在另外的示例性实施例中，所述绝缘外皮形成潜水或地下复合缆线的外表面。在一些示例性实施例中，所述绝缘外皮包括选自如下各项的材料：陶瓷、玻璃、(共)聚合物以及它们的组合。
在一些示例性实施例中，所述外皮可具有所需的特性。例如，在一些实施例中，所述外皮可为绝缘的(即电绝缘和/或热绝缘或声绝缘)。在某些示例性实施例中，所述外皮为其下面的芯缆线和任选的多个导电非复合缆线提供保护能力。所述保护能力可为(例如)改进的抗穿刺性、改进的耐腐蚀性、对极端高低温的改进的耐受性、改进的耐摩擦性等。
优选地，所述外皮包含热塑性聚合物材料，更优选地包含选自高密度聚烯烃(例如高密度聚乙烯)、中密度聚烯烃(例如中密度聚乙烯)、和/或热塑性含氟聚合物的热塑性聚合物材料。合适的含氟聚合物包括氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、乙烯氯三氟乙烯(ECTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、四氟乙烯聚合物(TFV)。特别合适的含氟聚合物为以商品名DYNEONTHVFLUOROPLASTICS、DYNEONETFEFLUOROPLASTICS、DYNEONFEPFLUOROPLASTICS、DYNEONPFAFLUOROPLASTICS和DYNEONPVDFFLUOROPLASTICS(全部可得自3MCompany，St.Paul，MN)销售的那些。
在一些示例性实施例中，所述外皮还可包括铠装构件，所述铠装构件优选地也用作强度构件。在其他当前优选的示例性实施例中，所述铠装和/或强度构件包括围绕芯缆线并在圆柱层布置中的多个线材。优选地，所述线材选自金属(例如钢)线材、金属基质复合线材、聚合物基质复合线材以及它们的组合。
在一些示例性实施例中，所述绝缘复合电缆还可包括铠装层或增强层。在某些示例性实施例中，所述铠装层包括围绕在至少复合芯上的一个或多个圆柱层。在一些示例性实施例中，所述铠装层或增强层可采取带材或纤维层的形式，所述带材或纤维层在绝缘复合电缆内径向形成，并优选地包括多个纤维，所述多个纤维围绕或包扎在至少复合芯上，因此也围绕或包扎在多个复合线材上。优选地，所述纤维选自聚(芳族聚酰胺)纤维、陶瓷纤维、硼纤维、碳纤维、金属纤维、玻璃纤维以及它们的组合。
在某些实施例中，所述铠装或增强层和/或外皮也可充当用于导电复合或非复合缆线的绝缘构件。在这类实施例中，所述铠装或增强层和/或外皮优选地包括绝缘材料，更优选地包括如上所述的绝缘聚合物材料。
虽然本发明可以实施为任何合适的复合线材，但是在某些示例性实施例中，复合线材中每个选择为纤维强化复合线材，所述纤维强化复合线材包括基质中的连续纤维丝束或连续单丝纤维中的至少一种。
复合线材的优选的实施例包括基质中的多个连续纤维。优选的纤维包括多晶α-Al2O3。复合线材的这些优选实施例优选地具有至少0.4％、更优选至少0.7％的断裂拉伸应变。在一些实施例中，金属基质复合芯中的纤维数的至少85％(在一些实施例中，至少90％、或者甚至至少95％)是连续的。
可用于本发明的其他复合线材包括玻璃/环氧树脂线材；碳化硅/铝复合线材；碳/铝复合线材；碳/环氧树脂复合线材；碳/聚醚醚酮(PEEK)线材；碳/(共)聚合物线材；以及这类复合线材的组合。
合适的玻璃纤维的实例包括A-玻璃、B-玻璃、C-玻璃、D-玻璃、S-玻璃、AR-玻璃、R-玻璃、玻璃纤维和仿玻璃，如本领域公知的。也可使用其他玻璃纤维；该列表是非限制性的，并且存在许多不同类型的市售玻璃纤维，例如购自CorningGlassCompany(Corning，NY)的玻璃纤维。
在一些示例性实施例中，连续玻璃纤维可以是优选的。通常，连续玻璃纤维的平均纤维直径在约3微米至约19微米的范围内。在一些实施例中，玻璃纤维的平均抗拉强度为至少3GPa、4GPa，或者甚至至少5GPa。在一些实施例中，玻璃纤维的弹性模量在约60GPa至95GPa的范围内，或者在约60GPa至约90GPa的范围内。
合适的陶瓷的纤维的实例包括金属氧化物(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任意组合。通常，氧化陶瓷纤维为结晶陶瓷和/或结晶陶瓷和玻璃的混合物(即纤维可包含结晶陶瓷和玻璃相)。通常，此类纤维的长度为大约至少50米，并且可能甚至为大约上千米或更长。通常，连续陶瓷纤维的平均纤维直径在约5微米至约50微米、约5至约25微米、约8微米至约25微米或者甚至约8微米至20微米的范围内。在一些实施例中，结晶陶瓷纤维的平均拉伸强度为至少1.4GPa、至少1.7GPa、至少2.1GPa或者甚至至少2.8GPa。在一些实施例中，结晶陶瓷纤维的弹性模量大于70GPa到大约不大于1000GPa，或者甚至不大于420GPa。
合适的单丝陶瓷纤维的实例包括碳化硅纤维。通常，碳化硅单丝纤维为结晶陶瓷和/或结晶陶瓷和玻璃的混合物(即纤维可包含结晶陶瓷和玻璃相)。通常，此类纤维的长度为大约至少50米，并且可能甚至为大约上千米或更长。通常，连续聚碳化硅单丝纤维的平均纤维直径在约100微米至约250微米的范围内。在一些实施例中，结晶陶瓷纤维的平均拉伸强度为至少2.8GPa、至少3.5GPa、至少4.2GPa或者甚至至少6GPa。在一些实施例中，结晶陶瓷纤维的弹性模量大于250GPa到大约不大于500GPa，或者甚至不大于430GPa。
合适的氧化铝纤维记载于例如美国专利No.4,954,462(Wood等人)和No.5,185,299(Wood等人)。在一些实施例中，氧化铝纤维是多晶α-氧化铝纤维，并且包含(根据理论氧化物)大于99重量％的Al2O3和0.2-0.5重量％的SiO2(基于氧化铝纤维的总重量)。在另一方面，一些可取的多晶α-氧化铝纤维包含平均粒度小于1微米(或者甚至在一些实施例中小于0.5微米)的α-氧化铝。在另一方面，在一些实施例中，多晶α-氧化铝纤维具有至少1.6GPa(在一些实施例中，为至少2.1GPa，或者甚至至少2.8GPa)的平均抗拉强度。示例性α-氧化铝纤维由明尼苏达州圣保罗市的3M公司以商品名“NEXTEL610”销售。
合适的硅铝酸盐纤维在(例如)美国专利No.4,047,965(Karst等人)中有所描述。示例性硅铝酸盐纤维由明尼苏达州圣保罗市的3M公司以商品名“NEXTEL440”、“NEXTEL550”和“NEXTEL720”售出。铝硼硅酸盐纤维在(例如)美国专利No.3,795,524(Sowman)中有所描述。示例性铝硼硅酸盐纤维由3M公司以商品名“NEXTEL312”售出。氮化硼纤维可以如例如美国专利No.3,429,722(Economy)和No.5,780,154(Okano等人)中所述的制成。示例性碳化硅纤维由(例如)加利福尼亚州圣地亚哥市的COI陶瓷公司(COICeramics)以商品名为“NICALON”的每束有500根纤维的纤维束销售，由宇部兴产株式会社(UbeIndustries)(日本)以商品名“TYRANNO”销售，以及由道康宁公司(密歇根州米德兰市)以商品名“SYLRAMIC”销售。
合适的碳纤维包括商购的碳纤维，例如名为PANEX和PYRON(得自密苏里州布里治顿市的ZOLTEK)、THORNEL(得自新泽西州西帕特森市的CYTEC工业公司)、HEXTOW(得自康乃迪克州绍斯伯里(Southbury)市的HEXCEL公司)、和TORAYCA(得自日本东京的TORAY工业公司)。这样的碳纤维可以衍生自聚丙烯腈(PAN)前体。其他合适的碳纤维包括PAN-IM、PAN-HM、PANUHM、PITCH或人造丝副产品，如本领域公知的。
另外合适商购的纤维包括ALTEX(得自日本大阪的Sumitomo化学公司)和ALCEN(得自日本东京的Nitivy有限公司)。
合适的纤维也包括形状记忆合金(即，经历了马氏体转变的合金，使得合金能够在转变温度下通过孪晶机制而变形，其中当孪生结构在加热到转变温度之上的情况下回复到初始相时，这种变形是可逆的)。商购的形状记忆合金纤维是可获取的，例如，获取自宾夕法尼亚州西怀特兰市的JohnsonMatthey公司。
在一些实施例中，陶瓷纤维是成束的。丝束在纤维领域中是已知的，并且是指收集成粗纱形式的多根(单独的)纤维(通常为至少100根纤维，更典型的是为400根纤维)。在一些实施例中，纤维束包括每束至少780根单纤维，并且在一些情况下，每束至少2600根单纤维，而在其他情况下，每束至少5200根单纤维。陶瓷纤维的丝束通常有多种长度可供选择，包括300米、500米、750米、1000米、1500米、2500米、5000米、7500米以及更长。纤维的横截面形状可以是圆形或椭圆形。
商购的纤维通常可以包括有机施胶材料，其在制造期间添加到纤维中，从而提供润滑性并且在处理期间保护纤维股线。胶料可以(例如)通过溶解或灼热胶料使之从纤维上脱离来移除。通常，希望在形成金属基质复合线材之前移除胶料。纤维还可以具有涂层，所述涂层用来例如提高纤维的可湿性，降低或抑制纤维和熔化的金属基质材料之间的反应。这样的涂层和提供这种涂层的技术是纤维和复合材料领域中公知的。
在另外的示例性实施例中，复合线材中每个选自金属基质复合线材和聚合物复合线材。合适的复合线材公开于例如美国专利Nos.6,180,232；6,245,425；6,329,056；6,336,495；6,344,270；6,447,927；6,460,597；6,544,645；6,559,385，6,723,451；和7,093,416中。
一个当前优选的纤维强化金属基质复合线材为陶瓷纤维强化铝基质复合线材。陶瓷纤维增强铝基质复合线材优选地包括多晶α-Al2O3的连续纤维，所述连续纤维被包封于基本上纯的元素铝的基质中，或者被包封于纯铝与至多约2重量％(以基质总重量计)的铜的合金的基质中。优选的纤维包括尺寸小于约100nm且纤维直径的范围为约1-50微米的等轴晶。纤维直径的范围为约5-25微米是优选的，而约5-15微米的范围是最优选的。
本发明优选的纤维强化复合线材的纤维密度在约每立方厘米3.90-3.95克之间。优选的纤维为描述于美国专利No.4,954,462(Wood等人，转让给MinnesotaMiningandManufacturingCompany，St.Paul，MN)中的那些。优选的纤维是商购自商品名“NEXTEL610”α氧化铝基纤维(得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司)。封装的基质选择成使其不会与纤维材料发生明显的化学反应(也就是，相对于纤维材料是较为化学惰性的)，从而不需要在纤维外部上提供保护性涂层。
在复合线材的某些当前优选实施例中，使用包括基本上纯的元素性铝或者根据基质的总重量纯铝与最多2重量％的铜的合金的基质，已经显示出形成成功的线材。本文所用的术语“基本上纯的元素铝”、“纯铝”和“元素铝”可互换，均用来意指杂质含量低于约0.05重量％的铝。
在一个当前优选的实施例中，在基本上为元素铝的基质中，复合线材包括以复合线材总体积计约30-70体积％的多晶α-Al2O3纤维。当前优选的是，根据基质的总重量，基质包含小于约0.03重量％铁，并且最优选地包含小于约0.01重量％的铁。纤维含量为约40-60％的多晶α-Al2O3纤维被优选。已经发现，形成有屈服强度小于约20MPa的基质和纵向拉伸强度为至少约2.8GPa的纤维的这样的复合线材具有优良的强度特性。
基质还可以由根据基质的总重量元素性铝与最多2重量％的铜的合金形成。如同其中使用基本上纯的元素铝基质的实施例中一样，具有铝/铜基质的复合线材优选地包括以复合材料总体积计约30-70体积％的多晶α-Al2O3纤维，并且因此更优选地包括约40-60体积％的多晶α-Al2O3纤维。此外，根据基质的总重量，基质优选地包含小于约0.03重量％的铁，并且最优选地包含小于约0.01重量％的铁。铝/铜基质优选地具有小于约90MPa的屈服强度，并且如上所述，多晶α-Al2O3纤维具有至少约2.8GPa的纵向拉伸强度。
复合线材优选由基本上连续的多晶α-Al2O3纤维形成，所述纤维包含于基本上纯的元素铝基质中或者包含于由元素铝和至多约2重量％的铜的合金形成的基质中，如上所述。这类线材一般通过这样的工序制备，其中将布置于纤维丝束中的基本上连续的多晶α-Al2O3纤维的线轴被拉引而通过熔融的基质材料浴。然后，所产生的区段凝固，从而提供封装在基质中的纤维。
示例性的金属基质材料包括铝(例如高纯度(例如大于99.95％)元素铝)、锌、锡、镁、及其合金(例如，铝和铜的合金)。通常，基质材料选择成使得基质材料与纤维不发生明显的化学反应(也就是说，相对于纤维材料呈化学惰性)，(例如)以消除在纤维外部上提供保护性涂层的需要。在一些实施例中，基质材料有利地包含铝及其合金。
在一些实施例中，金属基质包含至少98重量％的铝，为至少99重量％的铝，大于99.9重量％的铝，或者甚至大于99.95重量％的铝。示例性的铝和铜的铝合金包括至少98重量％的Al和高达2重量％的Cu。在一些实施例中，可用的合金是1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000和/或8000系列的铝合金(铝协会标号)。虽然制备高抗拉强度线材倾向于需要高纯度金属，但是低纯度形式的金属也是可用的。
适用的金属可商购获得。例如，铝可以用商品名“超纯铝；99.99％铝”(SUPERPUREALUMINUM；99.99％Al)得自美铝公司(宾夕法尼亚州匹兹堡)。铝合金(例如，Al-2重量％Cu(0.03重量％的杂质))可得自(例如)贝尔蒙特金属公司(BelmontMetals)(纽约州纽约市)。锌和锡可得自例如明尼苏达州圣保罗市的MetalServices(“纯锌”；99.999％的纯度，和“纯锡”；99.95％的纯度)。例如，镁可以用商品名“PURE”得自亿莱科特镁业公司(MagnesiumElektron)(英格兰曼彻斯特)。镁合金(例如，WE43A、EZ33A、AZ81A和ZE41A)可以得自例如科罗拉多州丹佛市的TIMET。
金属基质复合线材通常包括至少15体积％(在一些实施例中，为至少20、25、30、35、40、45或者甚至50体积％)的纤维(基于纤维和基质材料的总组合体积)。更常见的是，复合线芯和线材包含40至75(在一些实施例中，为45至70)体积％范围内的纤维(基于纤维和基质材料的总组合体积)。
金属基质复合线材可以使用本领域中公知的技术制造。例如，连续金属基质复合线材可采用连续金属基质浸渗方法制备。一种适用的方法在(例如)美国专利No.6,485,796(卡彭特(Carpenter)等人)中有所描述。包含聚合物和纤维的线材可通过本领域已知的挤拉成型法制备。
在另外的示例性实施例中，复合线材选择成包括聚合物复合线材。聚合物复合线材包括聚合物基质中的至少一个连续纤维。在一些示例性实施例中，所述至少一个连续纤维包括金属、碳、陶瓷、玻璃以及它们的组合。在某些当前优选的实施例中，所述至少一个连续纤维包括钛、钨、硼、形状记忆合金、碳纳米管、石墨、碳化硅、硼、聚(芳族聚酰胺)、聚(对亚苯基-2，6-苯并双唑)3以及它们的组合。在另外的当前优选的实施例中，所述聚合物基质包括选自如下各项的(共)聚合物：环氧树脂、酯、乙烯基酯、聚酰亚胺、聚酯、氰酸酯、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚醚醚酮、含氟聚合物(包括完全和部分氟化的(共)聚合物)以及它们的组合。
用于围绕复合芯绞合以提供复合缆线(例如，根据本发明某些实施例的输电缆线)的可延展金属线材是本领域已知的。优选的可延展金属包括：铁、钢、锆、铜、锡、镉、铝、锰、和锌；它们与其他金属和/或硅的合金；以及同类物质。铜线材可商购自例如佐治亚州卡洛顿市的Southwire公司。铝线材可以以商品名“1350-H19ALUMINUM”和“1350-H0ALUMINUM”商购自例如加拿大威伯恩市的Nexans或佐治亚州卡洛顿市的Southwire公司。
通常，在至少从约20℃至约800℃的温度范围内，铜线材的热膨胀系数处于从约12ppm/℃至约18ppm/℃的范围内。铜合金(例如铜青铜，如Cu-Si-X、Cu-Al-X、Cu-Sn-X、Cu-Cd；其中X＝Fe、Mn、Zn、Sn和或Si；可购自例如SouthwireCompany，Carrolton，GA.；氧化物弥散强化铜，以名称“GLIDCOP”得自例如OMGAmericasCorporation，ResearchTrianglePark，NC)线材。在一些实施例中，在至少从约20℃至约800℃的温度范围内，铜合金线材的热膨胀系数在从约10ppm/℃至约25ppm/℃的范围内。线材可以具有任意的各种形状(例如，圆形、椭圆和梯形)。
通常，在至少从约20℃至约500℃的温度范围内，铝线材的热膨胀系数在从约20ppm/℃至约25ppm/℃的范围内。在一些实施例中，铝线材(例如，“1350-H19ALUMINUM”)的抗拉断裂强度为至少138MPa(20ksi)、至少158MPa(23ksi)、至少172MPa(25ksi)或者至少186MPa(27ksi)或至少200MPa(29ksi)。在一些实施例中，铝线材(例如，“1350-H0ALUMINUM”)的抗拉断裂强度大于41MPa(6ksi)至不大于97MPa(14ksi)，或者甚至不大于83MPa(12ksi)。
铝合金线材是商购的，例如，铝-锆合金线材以商品名“ZTAL”、“XTAL”和“KTAL”(得自日本大阪的SumitomoElectricIndustries)，或“6201”(得自佐治亚州卡洛顿市的Southwire公司)销售。在某些实施例中，在至少从约20℃至约500℃的温度范围内，铝合金线材的热膨胀系数在从约20ppm/℃至约25ppm/℃的范围。
在绝缘复合缆线内复合线材的重量或面积百分比将取决于绝缘复合缆线的设计和其预期使用的条件。在一些其中绝缘的且最好为绞合的复合缆线拟用作绝缘复合缆线(其可为架空、地下或潜水复合缆线)的组件的应用中，优选的是所述绞合缆线不包含围绕多个复合缆线的电力导体层。在某些当前优选的实施例中，潜水或地下复合缆线表现出至少0.5％的断裂应变极限。
本发明可优选地加以实现，以提供非常长的潜水或地下复合缆线。另外优选的是，绞合复合缆线10自身内的复合线材在绞合缆线的整个长度上连续。在一个优选实施例中，复合线材基本上连续并且至少150米长。更优选地，在绞合复合缆线10中复合线材是连续的，并且为至少250米长，更优选地至少500米，更优选地至少750米，并且最优选地至少1000米长。
在另一方面，本发明提供了一种制造绝缘复合电缆的方法，其包括(a)提供限定共同纵向轴线的线芯，(b)围绕所述线芯布置多个复合线材，和(c)用绝缘外皮包裹所述多个复合线材。在一些示例性实施例中，所述多个复合线材的至少一部分围绕限定共同纵向轴线的单个线材在至少一个圆柱层中布置，所述至少一个圆柱层在径向横截面中看时环绕共同纵向轴线而形成。在某些示例性实施例中，所述多个复合线材的至少一部分围绕共同纵向轴线而环绕线芯螺旋绞合。在某些当前优选的实施例中，每个圆柱层在与每个邻接圆柱层的捻向相反的捻向上以某个捻角绞合。在另外的当前优选的实施例中，每个邻接圆柱层的捻角之间的相对差不大于约4°。
在另外的当前优选的方面，本发明提供了一种制备如上所述的绞合复合缆线的方法，所述方法包括围绕限定中心纵向轴线的单个线材绞合第一多个复合线材，其中绞合所述第一多个复合线材在第一捻向上以相对于所述中心纵向轴线限定的第一捻角进行，且其中所述第一多个复合线材具有第一捻距；以及围绕所述第一多个复合线材绞合第二多个复合线材，其中绞合所述第二多个复合线材在第一方向上以相对于所述中心纵向轴线限定的第二捻角进行，且其中所述第二多个复合线材具有第二捻距，并且其中所述第一捻角和第二捻角之间的相对差不大于4°。在一个当前优选的实施例中，所述方法还包括围绕复合线材绞合多个可延展线材。
绞合复合缆线(包括或不包括围绕复合芯的可延展线材)然后可用绝缘外皮覆盖。在另外的示例性实施例中，所述绝缘外皮形成所述绝缘复合电缆的外表面。在一些示例性实施例中，所述绝缘外皮包括选自如下各项的材料：陶瓷、玻璃、(共)聚合物以及它们的组合。
复合线材可以如本领域中已知的绞合或螺旋地缠绕在任何合适的缆线绞合设备上，例如得自意大利贝加莫的Cortinovis公司以及新泽西州帕特森市的WatsonMachineryInternational的行星缆线绞合器。在一些实施例中，可有利地采用本领域中公知的刚性绞合器。
虽然可以使用任何尺寸合适的复合线材，但是对于许多实施例和许多应用而言优选的是，复合线材的直径为从1mm至4mm，然而也可以使用更大的或更小的复合线材。
在一个优选实施例中，绞合复合缆线包括多个绞合复合线材，所述多个绞合复合线材在捻向上螺旋绞合以具有10至150的绞捻系数。绞合缆线的“绞捻系数”通过绞合缆线的长度(其中单个线材完成一个螺旋回转)除以包括该股线的层的标称外径而确定。
在缆线绞合过程中，具有一个或多个缠绕在其上的附加层的中心缆线或中间非成品绞合复合缆线被拉过各个滑架的中心，其中每个滑架向绞合缆线增加一个层。将作为一个层增加的单独线材被同时从其相应线轴上拉动，同时通过马达驱动的滑架围绕缆线的中心轴线转动。对于各个期望的层而言，这是顺序进行的。结果制成了螺旋绞合线芯。任选地，保持材(如上述的条带)例如可被施加于所得到的绞合复合芯上，以有助于将绞合线材保持在一起。
通常，根据本发明的绞合复合缆线可通过在相同捻向上围绕单个线材绞合复合线材而制得，如上所述。单个线材可以包括复合线材或可延展线材。至少两个复合线材层是通过将复合线材环绕单个线芯绞合而形成的，例如，围绕单个中心线材在至少两个层中形成的19或37根线材。
在一些示例性实施例中，绞合复合缆线包括绞合复合线材，所述绞合复合线材的长度为至少100米、至少200米、至少300米、至少400米、至少500米、至少1000米、至少2000米、至少3000米或者甚至至少4500米或更长。
处理绞合缆线的能力是期望的特征。虽然不想受到理论的限制，但是缆线保持其螺旋绞合的布置，这是因为在制造期间，金属线材受到超过线材材料的屈服应力但是低于极限或失效应力的应力(包括弯曲应力)。随着线材螺旋地缠绕在半径更小的前一层或中心线材上，所述应力便被施加。通过闭合模具而施加附加应力，所述模具在制造过程中向缆线施加径向力和剪切力。因此，线材塑性变形并且保持其螺旋绞合形状。
在一些实施例中，本领域中公知的用于矫直缆线的技术可能是期望的。例如，成品缆线可以穿过矫直装置，所述矫直装置包括辊(每个辊都为例如10-15cm(4-6英寸)，直线地布置成两层，每层中有例如5-9辊。两层辊之间的距离可以改变成使得辊正好撞击在缆线上或者引起缆线的严重弯曲。两层辊定位在缆线的相对侧上，同时一层中的辊与另一层中相对的辊产生的空间匹配。从而，两个层可以彼此偏移。随着缆线穿过矫直装置，缆线在所述辊上来回弯曲，以允许导体中的股线拉伸至相同长度，从而减少或消除股线松散。
在一些实施例中，可能有利的是在环境温度(例如22℃)之上的高温(例如至少25℃、50℃、75℃、100℃、125℃、150℃、200℃、250℃、300℃、400℃，或者甚至，在一些实施例中，至少500℃)下提供单个中心线材。单个中心线材可以通过加热成卷的线材(例如，在烘箱中加热几个小时)而加热到期望的温度。经加热的绕于线轴上的线材置于绞合机的放线卷轴上。有利地，高温下的线轴处于绞合过程中，同时线材仍然处于或接近期望的温度(通常在约2个小时内)。
还期望的是，在形成缆线外层的放线线轴上的复合线材处于环境温度下。即，在一些实施例中，可能有利的是在绞合处理过程中在单个线材和形成外复合层的复合线材之间具有温差。在一些实施例中，可能有利的是利用至少为100kg、200kg、500kg、1000kg或甚至至少5000kg的单个线材张力进行绞合。
在再一方面，本发明提供了一种使用如上所述的绝缘复合电缆的方法，所述方法包括将如上所述的绝缘复合电缆的至少一部分埋入地下。
整个说明书中提及的“一个实施例”、“某些实施例”、“一个或多个实施例”或“实施例”，无论在术语“实施例”前是否包括术语“示例性的”，都意指结合该实施例描述的特定特征、结构、材料或特性包括在本发明的某些示例性实施例中的至少一个实施例内。因此，在整个说明书的各处出现的如“在一个或多个实施例中”、“在某些实施例中”、“在一个实施例中”或“在实施例中”等短语未必是指本发明的某些示例性实施例中的同一实施例。另外，具体的特征、结构、材料或特点可以任何适合的方式结合到一个或多个实施例中。
虽然本说明书详细描述了某些示例性实施例，但应当理解，本领域的技术人员在理解上述内容后，可以易于设想这些实施例的更改形式、变型形式和等同形式。因此，应当理解，本发明不应不当地受限于以上示出的示例性实施例。具体而言，本发明中，数值范围以端值记载旨在包括纳入该范围内的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。另外，本文所用的所有数都被认为是被术语“约”修饰。
此外，本文引用的所有出版物和专利全文以引用方式并入本文，犹如被特别地和单独地指出的各个出版物或专利，都以引用方式并入。各种示例性实施例已经进行了说明。这些以及其他实施例都归于以下权利要求的范围以内。

Claims (18)

1.一种绝缘复合电缆，包括：
限定共同纵向轴线的第一复合线材；
围绕所述第一复合线材螺旋地绞合的多个第二复合线材；以及
单独地包裹所述第一复合线材的整体以及所述第二复合线材中每一个的绝缘外皮，其中各绝缘外皮包括热塑性聚合物材料，和
围绕所述多个第二复合线材螺旋地绞合并且包裹所述多个第二复合线材的第一多个铝或铝合金线材；
其中所述第一复合线材和每个所述第二复合线材包括在聚合物基质中的多个连续碳纤维，其中每个连续碳纤维具有长度和平均直径，并且对于每个连续碳纤维，所述长度和所述平均直径的比为至少1×105。
2.一种绝缘复合电缆，包括：
限定共同纵向轴线的第一复合线材；
围绕所述第一复合线材螺旋地绞合的多个第二复合线材；以及
单独地包裹所述第一复合线材的整体以及所述第二复合线材中每一个的绝缘外皮，其中各绝缘外皮包括含氟聚合物，和
围绕所述多个第二复合线材螺旋地绞合并且包裹所述多个第二复合线材的第一多个铝或铝合金线材；
其中所述第一复合线材和每个所述第二复合线材包括在聚合物基质中的多个连续碳纤维，其中每个连续碳纤维具有长度和平均直径，并且对于每个连续碳纤维，所述长度和所述平均直径的比为至少1×105。
3.根据权利要求1或2所述的绝缘复合电缆，其中所述多个第二复合线材的至少一部分围绕限定所述共同纵向轴线的单个线材在至少一个圆柱层中布置，所述至少一个圆柱层在径向横截面中看时环绕所述共同纵向轴线而形成。
4.根据权利要求1或2所述的绝缘复合电缆，其中围绕所述线材的所述多个第二复合线材在至少两个圆柱层中布置，所述至少两个圆柱层在径向横截面中看时围绕所述共同纵向轴线而限定。
5.根据权利要求4所述的绝缘复合电缆，其中所述多个第二复合线材的至少一部分围绕所述共同纵向轴线而环绕所述线材螺旋地绞合。
6.根据权利要求5所述的绝缘复合电缆，其中每个圆柱层在与每个邻接圆柱层的捻向相同的捻向上以某个捻角绞合。
7.根据权利要求4所述的绝缘复合电缆，其中所述至少两个圆柱层中的至少一个仅包括所述复合线材。
8.根据权利要求4所述的绝缘复合电缆，其中所述至少两个圆柱层中的至少一个还包括至少一个可延展金属线材。
9.根据权利要求6所述的绝缘复合电缆，其中各个邻接圆柱层的捻角之间的相对差大于0°且不大于约4°。
10.根据权利要求1或2所述的绝缘复合电缆，其中所述第一和第二复合线材具有选自圆形、椭圆形和梯形的截面形状。
11.根据权利要求1或2所述的绝缘复合电缆，其中所述聚合物基质包括(共)聚合物，所述(共)聚合物选自环氧树脂、酯、乙烯基酯、聚酰亚胺、聚酯、氰酸酯、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚醚醚酮以及它们的组合。
12.根据权利要求1或2所述的绝缘复合电缆，其中所述绝缘外皮包括选自如下各项的材料：陶瓷、玻璃、(共)聚合物以及它们的组合。
13.一种制备根据权利要求1或2所述的绝缘复合电缆的方法，所述方法包括：
提供限定共同纵向轴线的单个的线材；
围绕所述线材布置多个复合线材；以及
用绝缘外皮包裹所述多个复合线材中的每一个。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述多个复合线材的至少一部分围绕限定所述共同纵向轴线的单个线材在至少一个圆柱层中布置，所述至少一个圆柱层在径向横截面中看时环绕所述共同纵向轴线而形成。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个复合线材的至少一部分围绕所述共同纵向轴线而环绕所述线材螺旋地绞合。
16.根据权利要求15所述的方法，其中每个圆柱层在与每个邻接圆柱层的捻向相反的捻向上以某个捻角绞合。
17.根据权利要求16所述的方法，其中各个邻接圆柱层的捻角之间的相对差大于0°且不大于约4°。
18.一种使用根据权利要求1或2所述的绝缘复合电缆的方法，所述方法包括将根据权利要求1或2所述的绝缘复合电缆埋入地下。
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