(57) 1. Композитный сердечник для электрического кабеля, содержащий внутренний сердечник, включающий множество продольно ориентированных и в основном непрерывных волокон с модулем упругости, превышающим модуль упругости стекловолокна, внешний сердечник, включающий множество продольно ориентированных и в основном непрерывных волокон другого типа, имеющих модуль упругости, по существу, равный модулю упругости стекловолокна, и смолу, в которой размещены волокна внутреннего и внешнего сердечников, характеризующийся тем, что указанная смола отверждена, образуя композитный сердечник.
2. Композитный сердечник для электрического кабеля, содержащий два или более типов продольно ориентированных и в основном непрерывных армирующих волокон, уложенных в связующее из термореактивной смолы, характеризующийся тем, что указанный сердечник имеет предел прочности на разрыв, составляющий по меньшей мере приблизительно 160 тыс. фунтов на кв.дюйм (1103 МПа), и модуль упругости в диапазоне от приблизительно 7 млн фунтов на кв.дюйм (48 ГПа) до приблизительно 30 млн фунтов на кв.дюйм (206 ГПа).
3. Композитный сердечник по любому из пп.1 или 2, характеризующийся тем, что он содержит сердечник с внутренним углеродным слоем и внешним слоем из стекловолокна.
4. Композитный сердечник для электрического кабеля, содержащий внутренний сердечник, включающий множество продольно ориентированных и в основном непрерывных углеродных волокон, внешний сердечник, включающий множество продольно ориентированных и в основном непрерывных стеклянных волокон, и смолу, в которой размещены волокна внутреннего и внешнего сердечников, характеризующийся тем, что указанная смола отверждена, образуя композитный сердечник.
5. Композитный сердечник для электрического кабеля, содержащий внутренний сердечник, включающий углеродные волокна и по меньшей мере часть из одного или более волокон, имеющих модуль упругости, превышающий модуль упругости стекловолокна, внешний сердечник, содержащий стеклянные волокна, и смолу, в которой размещены волокна внутреннего и внешнего сердечников, характеризующийся тем, что указанная смола отверждена, образуя композитный сердечник.
6. Композитный сердечник по п.5, характеризующийся тем, что волокно, имеющее модуль упругости, превышающий модуль упругости стекловолокна, представляет собой базальт.
7. Композитный сердечник по любому из пп.1, 2 или 5, характеризующийся тем, что волокна имеют скрученную ориентацию.
8. Композитный сердечник по любому из пп.1, 2, 4 или 5, характеризующийся тем, что он содержит термореактивную смолу с суммарной прочностью на растрескивание по меньшей мере приблизительно 0,87 INS-фунтов/дюйм (0,96 МПа×м1/2).
9. Композитный сердечник по п.1, характеризующийся тем, что по меньшей мере один тип волокон во внутреннем сердечнике имеет модуль упругости в диапазоне приблизительно от 22 млн фунтов на кв.дюйм (151 ГПа) до 37 млн фунтов на кв.дюйм (255 ГПа), и по меньшей мере одним из типов волокон во внешнем сердечнике являются стекловолокна.
10. Композитный сердечник по любому из пп.1, 2, 4 или 5, характеризующийся тем, что объемное соотношение фракций волокно/смола составляет по меньшей мере приблизительно 50%.
11. Композитный сердечник по любому из пп.1, 2, 4 или 5, характеризующийся тем, что весовое соотношение волокна и смолы составляет по меньшей мере приблизительно 62%.
12. Композитный сердечник по любому из пп.1, 4 или 5, характеризующийся тем, что указанные внутренний и внешний сердечники образуют концентрический сердечник.
13. Композитный сердечник по любому из пп.1, 4 или 5, характеризующийся тем, что указанные внешний и внутренний сердечники образуют сегментированный концентрический сердечник.
14. Композитный сердечник для электрического кабеля, содержащий один или более типов продольно ориентированных и в основном непрерывных волокон и матрицу из смолы, в которой размещен один или более типов волокон, причем волокна по меньшей мере одного из типов имеют модуль упругости, превышающий модуль упругости стекловолокна, характеризующийся тем, что смола с размещенными в ней волокнами отверждена, образуя сердечник.
15. Композитный сердечник по п.14, характеризующийся тем, что волокна одного из типов являются углеродными волокнами.
16. Композитный сердечник по п.14, характеризующийся тем, что волокна одного из типов являются углеродными волокнами, а волокна другого - стеклянными.
17. Композитный сердечник по п.14, характеризующийся тем, что он содержит внутреннюю часть из углеродных волокон и внешнюю часть из стекловолокна.
18. Способ передачи электроэнергии, включающий использование кабеля, содержащего композитный сердечник и по меньшей мере один слой алюминиевого проводника, окружающего композитный сердечник, причем композитный сердечник содержит внутренний сердечник, включающий множество продольно ориентированных и в основном непрерывных волокон с модулем упругости, превышающим модуль упругости стекловолокна, внешний сердечник, включающий множество продольно ориентированных и в основном непрерывных волокон другого типа, имеющих модуль упругости, по существу, равный модулю упругости стекловолокна, и смолу, в которой размещены волокна внутреннего и внешнего сердечников, характеризующийся тем, что указанная смола отверждена, образуя композитный сердечник, а электроэнергию передают по композитному кабелю.
19. Способ по п.18, характеризующийся тем, что внутренний сердечник содержит углеродные волокна, а внешний сердечник содержит стеклянные волокна.
20. Способ по п.18, характеризующийся тем, что в композитном сердечнике весовое соотношение волокна и смолы составляет по меньшей мере приблизительно 62%.
21. Способ изготовления композитного сердечника, включающий подготовку заданного количества жгутов волокон, проведение жгутов волокон через процесс смачивания, использование печи В-фазы и множества расположенных на некотором расстоянии друг от друга вкладышей для придания формы и сжатия указанных жгутов волокон и отверждение композитного сердечника.
22. Способ по п.21, характеризующийся тем, что указанное проведение жгутов осуществляют посредством использования пластины с множеством проходов, ориентация которых определяется требуемой конфигурацией поперечного сечения композитного сердечника.
23. Способ по п.21, характеризующийся тем, что количество и типы жгутов волокон определяют для удовлетворения физических характеристик конечного композитного сердечника, включая предел прочности на разрыв по меньшей мере 160 тыс. фунтов на кв.дюйм (1103 МПа), модуль упругости в диапазоне по меньшей мере от приблизительно 7 млн фунтов на кв.дюйм (48 ГПа) до приблизительно 30 млн фунтов на кв.дюйм (206 ГПа), рабочую температуру в диапазоне от приблизительно 90 до приблизительно 230°С и коэффициент теплового расширения в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 6´10-6 м/м/°С.
24. Способ по п.21, характеризующийся тем, что проведение жгутов волокон через процесс смачивания осуществляют посредством использования резервуара, заполненного смолой, и предварительного нагрева, выполняемого перед смачиванием, для испарения влаги из жгутов волокон.
25. Способ по п.21, характеризующийся тем, что процесс смачивания осуществляют с использованием резервуара, заполненного смолой, и устройства, облегчающего смачивание волокон.
26. Способ по п.25, характеризующийся тем, что резервуар, заполненный смолой, содержит набор вытирающих элементов, предназначенных для удаления излишков смолы из волокон.
27. Способ по п.21, характеризующийся тем, что этап придания формы и сжатия жгутов волокон дополнительно включает направление жгутов волокон в первую печь с температурой В-фазы, направление жгутов волокон во вторую печь с температурой В-фазы, содержащую последовательность вкладышей, каждый из которых содержит множество проходов, направление жгутов волокон через последовательность вкладышей и проходов и использование вкладышей для формирования композитного сердечника.
28. Способ по п.27, характеризующийся тем, что размер по меньшей мере части проходов уменьшается в последующих вкладышах.
29. Способ по любому из пп.27 или 28, характеризующийся тем, что по меньшей мере в части последующих вкладышей положение проходов изменяется.
30. Способ по п.27, характеризующийся тем, что диапазон температур в первой печи с температурой В-фазы составляет от приблизительно 200°F (93°С) до приблизительно 250°F (121°C).
31. Способ по п.27, характеризующийся тем, что диапазон температур во второй печи с температурой В-фазы составляет от приблизительно 200°F (93°С) до приблизительно 250°F (121°C).
32. Способ по п.21, характеризующийся тем, что этап отверждения композитного сердечника дополнительно включает направление композитного сердечника из второй печи с температурой В-фазы в печь отверждения, температура в которой находится в диапазоне от приблизительно 330°F (165°C) до приблизительно 370°F (188°C), направление композитного сердечника из печи отверждения в зону охлаждения, температура в которой находится в диапазоне от приблизительно 30°F (-1°C) до приблизительно 100°F (37°C), направление композитного сердечника из зоны охлаждения в печь последующего отверждения, температура в которой находится в диапазоне от приблизительно 330°F (165°C) до приблизительно 370°F (188°C), и направление композитного сердечника из печи последующего отверждения через зону охлаждения, в которой сердечник охлаждают воздухом с температурой в диапазоне от приблизительно 170°F (76°C) до приблизительно 180°F (82°С).
33. Способ по п.21, характеризующийся тем, что жгуты волокна композитного сердечника выбирают из группы, состоящей из углерода, материала Kevlar, базальта, стекла, арамида, борного волокна, жидкокристаллического волокна, полиэтилена с высокими рабочими характеристиками и углеродного нановолокна.
34. Способ по п.21, характеризующийся тем, что скорость изготовления композитного сердечника находится в диапазоне от приблизительно 9 футов/мин (2,7 м/мин) до приблизительно 50 футов/мин (15,2 м/мин).
35. Способ по п.21, характеризующийся тем, что этап придания формы и сжатия жгутов волокон дополнительно содержит формирование одного или больше сегментов, составляющих композитный сердечник.
36. Способ по п.21, характеризующийся тем, что этап направления жгутов волокон дополнительно включает скручивание волокон.
37. Композитный сердечник, характеризующийся тем, что он изготовлен способом по любому из пп.21-36.
38. Электрический кабель, содержащий композитный сердечник, включающий внутренний сердечник, состоящий из множества продольно ориентированных и в основном непрерывных углеродных волокон, внешний сердечник, состоящий из множества продольно ориентированных и в основном непрерывных стеклянных волокон, и смолу, в которой размещены волокна внутреннего и внешнего сердечников, характеризующийся тем, что указанная смола с волокнами отверждена, образуя композитный сердечник, при этом композитный сердечник окружен по меньшей мере одним слоем алюминиевого проводника.
39. Электрический кабель по п.38, характеризующийся тем, что по меньшей мере один слой, состоящий из множества алюминиевых сегментов, обернут вокруг композитного сердечника.
40. Электрический кабель по п.39, характеризующийся тем, что второй слой, состоящий из множества алюминиевых сегментов, обернут вокруг композитного сердечника.
|
