BRPI0415724B1

BRPI0415724B1 - Cabo reforçado de núcleo de compósito condutor de alumínio

Info

Publication number: BRPI0415724B1
Application number: BRPI0415724-9A
Authority: BR
Inventors: Clement Hiel; George Korzeniowski; David Bryant
Original assignee: Composite Tech Corp
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2004-10-22
Publication date: 2015-06-23
Also published as: AP2251A; CN1898085B; US20130101845A9; WO2005040017A3; EA200600813A1; AU2004284079A1; US20070128435A1; CN102139543B; CA2543111A1; AU2004284079B2; KR20070014109A; CN102139544A; EP1678063A4; KR20140053398A; CN102139543A; US20100163275A1; NO20062079L; WO2005040017A2; JP5066363B2; CN102139545B

Description

"Cabo Reforçado de Núcleo de Compôsito Condutor de Alumínio" Campo Técnico A presente invenção refere-se a um cabo reforçado de núcleo de compósito condutor de alumínio (ACCC) e método de fabricação. Mais particularmente, a presente invenção se relaciona com um cabo para o fornecimento de potência elétrica dotado de um núcleo de compósito, formado por reforços de fibra e uma matriz, circundada por cabos condutores de alumínio capazes de transportar ampacidade crescente e operar em elevadas temperaturas. Técnica Anterior Os documentos encontrados do estado da técnica (i) US3717720 de 20/02/73; (ii) JP03129606 de 03/06/91; e (iii) US5626700 de 06/05/97 apresentam algumas deficiências que serão relatadas a seguir.

Nos documentos citados, especificamente no US3717720 foram feitas tentativas para o desenvolvimento de um núcleo de compósito compreendido por um único tipo de fibra e resina termoplástica. O objetivo era prover um cabo para transmissão elétrica que utilizasse um núcleo de compósito plástico reforçado como elemento portador de carga no cabo e prover um método para transporte de corrente elétrica por um cabo de transmissão elétrica que utilizasse um núcleo interno de plástico reforçado. 0 núcleo de compósito fibra/termoplástico únicos não cumpriu esses objetivos. O sistema de fibra/termoplástico único não possui as características físicas necessárias para a transferência efetiva da carga enquanto mantém o cabo sem deflexâo. Segundo, um núcleo de compósito que compreende fibra de vidro e resina termoplástica não observa as características operacionais exigidas para crescente ampacidade, a saber, entre 90° C e 240° C, ou superior. O documento US5626700 revela um aparelho para formar rebarra estrutural de reforço compreendendo um núcleo de uma:resina termofixável contendo material de reforço e uma camada externa de composto de moldagem em folha, o aparelho compreende um suprimento, de material de reforço de camada, um meio de suprimento de resina termof.ixável, um molde conformador, meios para impregnar o material de reforço com resina, meios para puxar o material de reforço através do molde conformador, para formar o núcleo da resina termofixável contendo material de reforço, suprimento de composto de moldagem em folha, meios de guia para guiar o composto de moldagem em folha para cima do núcleo e meios de molde para moldar a canada externa do composto de moldagem em folha sobre o núcleo. O ensinamento do documento US5626700 acima demonstra que as propriedades físicas dos núcleos compósitos termoplásticos são ainda limitadas pelos métodos de processamento. Os métodos de processamento anteriores não atingem um alto índice de fibra/resina em volume ou em peso. Esses processos não permitem a criação de um núcleo rico em fibras que alcance a resistência necessária para cabos elétricos. Além disso, a velocidade de processamento dos métodos anteriores de processamento é limitada pelas características inerentes do próprio processo. Por exemplo, os moldes tradicionais de extrusão/pultrusão têm comprimentos aproximados de 36 polegadas, e seção transversal constante. Quanto mais longo o molde, é criado um aumento de fricção entre o compósito e o molde, tornando mais lento o tempo de processamento. Os tempos de processamento nesses sistemas de resinas termoplásticas/termoestáveis variam de 3 polegadas/minuto a cerca de 12 polegadas/minuto. As velocidades de processamentos que usam resinas éster vinilicas e poliéster podem produzir compósitos em até 72 polegadas/minuto. Devido à necessidade de milhares de milhas de cabos, essas lentas velocidades de processamento não suprem a necessidade de maneira financeiramente aceitável. É portanto desejável projetar um cabo viável economicamente que facilite o aumento de ampacidade sem a correspondente deflexão do cabo. É ainda desejável processar os núcleos compósitos usando um processo que permita a configuração e a sintonia dos núcleos compósitos durante o processamento e que permita o processamento em velocidade de até, ou superiores a 60 pés/minuto.

Revelação da Invenção Problema Técnico Em um cabo tradicional de aço reforçado com condutor de alumínio (ACSR), o condutor de alumínio transmite a potência e o núcleo de aço dá o membro de resistência.

Os cabos condutores são sujeitos pelas inerentes características físicas dos componentes; esses componentes limitam a ampacidade. A ampacidade é uma medida da capacidade de enviar potência pelo cabo. O aumento de corrente ou de potência no cabo provoca um correspondente aumento da temperatura de operação do condutor. 0 calor excessivo faz o cabo fletir abaixo dos níveis permitidos, já que um coeficiente relativamente alto de expansão térmica do núcleo estrutural faz a expansão desse membro estrutural, fazendo o cabo fletir. Os cabos ACSR comuns podem ser operados em temperaturas de até 75°C continuadamente, sem qualquer alteração significativa nas propriedades físicas do condutor com referência à flexão. Operados acima de 100°C, por qualquer período significativo de tempo, os Cabos ACSR podem sofrer alongamento permanente do tipo plástico, assim como uma significativa redução de resistência. Essas mudanças físicas provocam a excessiva flexão da linha. Essa flexão de linha foi identificada como uma das causas primárias do blackout de energia no Nordeste dos Estados Unidos em 2003. Os limites de temperaturas restringem o índice de carga elétrica de uma linha típica de 230 kV dotada de condutor ACSR ' Drake' com 795 kcmil, a cerca de 400 MVA, correspondendo a uma corrente de 1000 A. Portanto, para aumentar a capacidade de transporte de carga dos cabos de transmissão, o próprio cabo deve ser projetado usando componentes dotados de propriedades inerentes que permitam um aumento de ampacidade sem a indução de excessiva flexão de linha.

Apesar de ganhos de ampacidade poderem ser obtidos, aumentando assim a área do condutor que envolve o núcleo de aço do cabo de transmissão, o aumento do volume do condutor aumenta o peso do cabo e contribui para a flexão. Além disso, o aumento de peso exige que o cabo provoque um aumento de tensão em sua infraestrutura de sustentação.

Esses aumentos de peso exigiríam comumente a substituição ou o reforço estrutural das torres de transmissão elétrica e dos postes dos cabos. Essas modificações de infraestrutura não são viáveis financeiramente. Portanto, existe uma motivação financeira para aumentar a capacidade de carga dos cabos de transmissão elétrica, com a utilização das estruturas e das ligações de transmissão existentes.

Solução Técnica Um cabo reforçado de núcleo de compósito condutor de alumínio (ACCC) pode reduzir os problemas na técnica anterior. 0 cabo ACCC é um cabo elétrico com um núcleo de compósito que compreende um ou mais reforços do tipo fibra integrados em uma matriz. O núcleo de compósito é envolvido por cabos elétricos condutores. Um cabo reforçado ACCC é um condutor de alta temperatura e baixa flexão, que pode ser operado a temperaturas acima de 100°C, enquanto exibe resistência estável à tração e propriedades de alongamento por fluência. Nas configurações exemplares, o cabo ACCC pode operar em temperaturas acima de 100°C e, em determinadas configurações, acima de 240°C. Um cabo ACCC com diâmetro externo similar pode aumentar o índice de linha com relação ao cabo da técnica anterior em pelo menos 50%, sem quaisquer alterações significativas no peso total do condutor.

De acordo com a invenção, em uma configuração, um cabo ACCC compreende um núcleo dotado de material compósito, envolvido por um revestimento protetor. 0 material compósito é compreendido por uma pluralidade de fibras selecionadas entre um ou mais tipos de fibras e integrado em uma matriz. As características importantes do cabo ACCC são um módulo de elasticidade relativamente alto e um coeficiente de expansão térmica relativamente baixo do núcleo estrutural. 0 núcleo ACCC, que também tem menor diâmetro, menor peso e é mais robusto do que os projetos dos núcleos anteriores, permite um aumento de ampacidade do cabo condutor, permitindo a adição de mais material condutor na mesma área total, com um peso aproximadamente igual. É ainda desejável projetar núcleos de compósito dotados de durabilidade de longo prazo. 0 membro de resistência do compósito deve operar pelo menos 40 anos, e mais preferivelmente o dobro disso, em elevadas temperaturas de operação e nas demais condições ambientais às quais estará exposto.

Em uma configuração, a invenção revela um núcleo de compósito de um cabo elétrico, compreendendo um núcleo interno que consiste de material compósito avançado, compreendendo pelo menos um tipo de fibra reforçada substancialmente continua e longitudinalmente orientada em uma resina termoestável; um núcleo externo que consiste de material compósito de baixo módulo, compreendendo pelo menos um tipo de fibra reforçada substancialmente continua e longitudinalmente orientada em uma resina termoestável; e um filme externo que envolve o núcleo de compósito, caracterizado pelo fato de que o núcleo de compósito compreende uma resistência à tração de pelo menos 160 Ksi.

Em uma outra configuração, é revelado um método para o processamento de um núcleo de compósito para um cabo elétrico. As etapas compreendem a colocação de um ou mais tipos de fibras substancialmente continuas e longitudinalmente orientadas em uma resina para a formação de uma matriz de resina e fibra; remover o excesso de resina da matriz de resina e fibra; processar a matriz de resina e fibra em pelo menos um primeiro tipo de molde para comprimir as fibras em um formato geométrico determinado por pelo menos um molde; introduzir um filme externo; envolver o filme externo à volta do núcleo de compósito; processar a matriz de resina e fibra em pelo menos um segundo tipo de molde para comprimir o núcleo de compósito e o revestimento; e curar o núcleo de compósito e o revestimento.

Em várias configurações, o revestimento protetor ajuda na pultrusão do núcleo durante a fabricação e funciona para proteger o núcleo contra vários fatores, incluindo por exemplo, as condições ambientais e os efeitos na resina compreendendo o núcleo.

Descrição dos Desenhos Estas e outras características da invenção são mais bem entendidas referindo-se à descrição detalhada da invenção, lida à luz dos desenhos de acompanhamento, nos quais: A FIG. 1 é uma vista esquemática de uma configuração de um cabo reforçado (ACCC) de núcleo de compósito condutor de alumínio, mostrando um núcleo de compósito interno e um núcleo de compósito externo circundados por duas camadas de condutor de alumínio de acordo com a invenção. A FIG. 1B é uma vista esquemática de uma configuração de um cabo reforçado (ACCC) de núcleo de compósito condutor de alumínio, mostrando um núcleo de compósito interno e um núcleo de compósito externo circundados por uma camada protetora externa e duas camadas de condutor de alumínio, conforme a invenção. A FIG. 2 mostra uma vista transversal de cinco possíveis geometrias em seção cruzada de núcleos de compósito de acordo com a invenção. A FIG. 3 mostra uma vista transversal de uma configuração do método para o processamento de um núcleo de compósito de acordo com a invenção.

Para esclarecer, cada desenho inclui números de referência. Esses números de referência seguem uma nomenclatura comum. 0 número de referência terá três dígitos. O primeiro dígito representa o número do desenho em que o número de referência foi usado pela primeira vez. Por exemplo, o número de referência que foi usado pela primeira vez no desenho um terá um número como 1XX, enquanto que o número que foi usado pela primeira vez no desenho quatro terá um número como 4XX. Os outros dois números representam um item específico do desenho. Um item na FIG. 1 pode ser 101 enquanto outro item pode ser 102. Números de referência iguais usados no desenho anterior representam o mesmo item. Por exemplo, o número de referência 102 na FIG. 3 é o mesmo item mostrado na FIG. 1. Além disso, os desenhos não estão necessariamente em escala, mas estão configurados para ilustrar a invenção com clareza.

Melhor Modo Segue um exemplo de um cabo reforçado ACCC de acordo com a presente invenção. Um cabo reforçado ACCC compreendendo quatro camadas de componentes, consistindo de uma camada interna de carbono/epóxi, uma outra camada de fibra de vidro/epóxi, um material superficial Kapton e duas ou mais camadas de fios de alumínio com formato tetraédrico. O membro de resistência consiste de um compósito avançado T700S carbono/epóxi, dotado de um diâmetro de cerca de 0,28 polegadas, envolvido por uma camada externa de 250 yield Advantex E-fibra de vidro/epóxi tendo um diâmetro de camada cerca de 0,375 polegadas. A camada de fibra de vidro/epóxi é envolvida por uma camada interna de nove fios de alumínio com formato trapezoidal com um diâmetro cerca de 0,7415 polegadas e um diâmetro externo de treze fios de alumínio com formato trapezoidal e um diâmetro cerca de 1,1080 polegadas. A área total de carbono é cerca de 0,06 pol2, a de vidro é cerca de 0,05 pol2, de alumínio interno é cerca de 0,315 pol2 e de alumínio externo é cerca de 0,53 pol2. O índice de fibra/resina do membro de resistência de carbono interno é 65/35 em peso e o índice de fibra/resina da camada de vidro externa é 60/40 em peso.

As especificações estão sumarizadas na tabela a seguir: _________________Tabela 1 - Valores do E-Glass_______________ Em uma configuração alternativa, o S-Glass pode ser substituído total ou em parte pelo E-glass do exemplo acima. Os valores do S-Glass estão apresentados na tabela abaixo.

Tabela 2 - Valores do S-Glass Modo da Invenção A presente invenção será agora descrita mais completamente com referência aos desenhos de acompanhamento, nos quais estão mostradas configurações exemplares da invenção. Entretanto, esta invenção pode ser configurada de várias formas diferentes e não deve ser interpretada como limitada às configurações ora apresentadas; ao invés disso, essas configurações são providas de maneira que a revelação demonstre completamente o escopo da invenção para aqueles peritos na técnica.

Cabo Reforçado ACCC A presente invenção se refere a um membro do núcleo de compósito reforçado, caracterizado pelo fato de que o referido membro ainda compreende um revestimento superficial externo. Em uma configuração, o núcleo de compósito compreende um material compósito feito de uma pluralidade de reforços de fibra de um ou mais tipos de fibras integradas em uma matriz. Uma outra configuração da invenção usa o núcleo de compósito em um cabo reforçado de núcleo de compósito condutor de alumínio (ACCC). Esses cabos ACCC podem prover distribuição de energia elétrica, caracterizada pelo fato de que a distribuição de energia elétrica inclui cabos de distribuição e de transmissão. A FIG. 1 ilustra uma configuração de um cabo reforçado ACCC 300. A configuração da FIG. 1 ilustra um cabo reforçado ACCC compreendendo um núcleo de compósito 303 ainda compreendendo um reforço de fibra de carbono e um núcleo interno de compósito de resina epóxi 302 e um reforço de fibra de vidro e um núcleo interno de compósito de resina epóxi 304, circundado por uma primeira camada de condutor de alumínio 306. O condutor, nessa configuração, compreende uma pluralidade de fios de alumínio com formato trapezoidal que circundam o núcleo de compósito em formato de hélice. A primeira camada de alumínio é ainda circundada por uma segunda camada de condutor de alumínio com formato trapezoidal 308.

Uma outra configuração da invenção ilustrada na FIG. 1B mostra um cabo reforçado ACCC 300 compreendendo um núcleo de compósito 303 ainda compreendendo um reforço de fibra de carbono e um núcleo interno de compósito de resina epóxi 302 e um reforço de fibra de vidro e um núcleo externo de compósito de resina epóxi 304, circundado por um revestimento ou filme protetor 305. 0 revestimento protetor será mais discutido abaixo. 0 revestimento protetor é ainda circundado por uma primeira camada de condutor 306. A primeira camada é ainda circundada por uma segunda camada de condutor 308. 0 núcleo de compósito da invenção pode ter uma resistência à tração acima de 200 Ksi, e mais preferivelmente dentro da faixa de 200 Ksi a 380 Ksi; um módulo de elasticidade acima de 7 Msi, e mais preferivelmente dentro da faixa de 7 Msi a 37 Msi; uma capacidade operacional de temperatura acima de -45° C, e mais preferivelmente dentro da faixa de -45° C a 240° C ou superior; e um coeficiente de expansão térmica abaixo de 1,0 x IO”5 /° C, e mais preferivelmente dentro da faixa de 1,0 x 10 ”5 a -0,6 x IO”6 /°C.

Para obter um núcleo de compósito nas faixas acima mencionadas, podem ser usados diferentes materiais de matriz e tipos de fibras. As propriedades da matriz e da fibra são mais explicadas abaixo. Primeiro, os materiais da matriz acolhem as fibras.· Em outras palavras, a matriz forma um feixe e mantém as fibras unidas em uma forma unitária - um membro de carga. A matriz ajuda as fibras a atuarem como uma simples unidade para suportarem as forças físicas no cabo ACCC. O material da matriz pode ser qualquer tipo de material orgânico ou inorgânico que possa receber e enfeixar as fibras em um núcleo de compósito. A matriz pode incluir, não se limitando, os materiais como cola, cerâmica, matrizes metálicas, resinas, epóxis, epóxis modificados, espumas, elastômeros, misturas epóxi fenólicas ou outros polímeros de alto desempenho. Os peritos na técnica reconhecerão outros materiais que podem ser usados como materiais matriz.

Apesar de outros materiais poderem ser usados, uma configuração exemplar da invenção usa resinas epóxi modificadas. Por todo o restante da invenção, o termo resina ou epóxi poderá ser usado para identificar a matriz. Entretanto, o uso dos termos epóxi e resina não devem limitar a invenção a essas configurações, mas todos os demais materiais de matriz estão incluídos na invenção. O núcleo de corapósito da presente invenção pode compreender resinas que tenham propriedades físicas ajustáveis de modo a alcançar os objetivos da presente invenção. Além disso, as resinas de acordo com a presente invenção compreendem uma pluralidade de componentes que podem ser ajustados e modificados de acordo com a invenção. A presente invenção pode usar qualquer resina adequada. Além disso, em várias configurações, são indicadas resinas para facilidade de fabricação. De acordo com a invenção, várias viscosidades de resinas podem ser otimizadas para alta reatividade e maiores velocidades de linha de produção.Em uma configuração, pode seu usado um sistema anidrido epóxi.

Um importante aspecto da otimização do sistema de resina para as propriedades desejadas do núcleo, assim como da fabricação é a seleção de um pacote de catálise ideal. De acordo com a invenção, o catalisador (ou 'acelerador'' ) deve ser otimizado para gerar a maior quantidade de cura dos componentes da resina em um curto tempo, com a menor quantidade de reações colaterais que possam provocar, por exemplo, uma trinca. Além disso, é ainda desejável que o catalisador seja inativo em baixa temperatura para um maior tempo de trabalho (pot life) e muito ativo em altas temperaturas para mais rápidos tempos de tiragem durante a fabricação.

Em uma configuração, pode ser projetada especificamente uma resina éster vinilica para processos de cura de alta temperatura. Outro exemplo é uma resina epóxi liquida, que é um produto de reação de epiclorohidrina e bisfenol-A. Ainda outro exemplo é um éter diglicidil bisfenol-A de alta pureza. Outros exemplos incluiriam as polieteramidas, as bis-malimidas, vários anidridos ou imidas. Além disso, os agentes de cura podem ser escolhidos de acordo com as propriedades desejadas do membro final de núcleo de compósito e o método de processamento. Por exemplo, os agentes de cura podem ser poliaminas alifáticas, poliamidas e versões modificadas destas. Outras resinas adequadas podem incluir resinas termoestáveis, resinas termoplásticas ou resinas termoplasticamente modificadas, resinas endurecidas, resinas elastomericamente modificadas, resinas multifuncionais, resinas modificadas de borracha, ésteres cianato ou resinas de policianato. Algumas resinas termoestáveis e termoplásticas podem incluir, não estando limitadas, fenóis, epóxis, poliésteres, polímeros de alta temperatura (poliimidas), nylons, fluoropolímeros, polietilenos, ésteres vinílicos e similares. Os peritos na técnica verão outras resinas que podem ser usadas na presente invenção.

Dependendo da aplicação pretendida do cabo, são selecionadas resinas adequadas como função das propriedades desejadas do cabo para permitir que o núcleo de compósito tenha uma longa durabilidade de grande prazo na operação em altas temperaturas. As resinas adequadas também podem ser selecionadas de acordo com o processo de formação do núcleo de compósito para minimizar a fricção durante o processamento, para aumentar a velocidade de processamento, e para alcançar o adequado índice de fibra/resina no núcleo de compósito final. De acordo com a invenção, as resinas podem compreender uma viscosidade preferível na faixa de aproximadamente 50 a aproximadamente 10.000 cPs e preferivelmente na faixa de aproximadamente 500 a aproximadamente 3.000 cPs e ainda mais preferivelmente na faixa de aproximadamente 800 a aproximadamente 1800 cPs. O núcleo de compósito da presente invenção compreende resinas com boas propriedades mecânicas e resistência química. Essas resinas podem funcionar com exposição ambiental prolongada por pelo menos 40 anos de utilização. Mais preferivelmente, o núcleo de compósito da presente invenção pode compreender resinas com boas propriedades mecânicas e químicas, resistência à água e ao UV em exposição prolongada por pelo menos 80 anos de uso. Além disso, o núcleo de compósito da presente invenção compreende resinas que podem operar em qualquer lugar entre -45°C a 240°C ou acima, com redução mínima de características de desempenho funcional em temperaturas extremas.

De acordo com a presente invenção, as resinas podem compreender uma pluralidade de componentes de maneira a otimizar as propriedades do núcleo de compósito e do processo de fabricação. Em várias configurações, a resina compreende um ou mais endurecedores / aceleradores para auxiliar no processo de cura. Os aceleradores escolhidos dependem das temperaturas da resina e do molde no processo de fabricação. Além disso, a resina pode compreender surfactantes para auxiliar na redução da tensão superficial para a melhoria das velocidades da linha de produção e da qualidade superficial. A resina pode ainda compreender gesso e outras cargas. Esses componentes adicionam volume à resina e funcionam para reduzir os custos enquanto mantêm as propriedades físicas da resina. Podem ainda ser adicionados outros aditivos. Por exemplo, os aditivos resistentes ao UV para tornar a resina resistente ao UV e aditivos de coloração.

Em geral, as propriedades de alongamento do sistema de resina devem ultrapassar às do vidro, do carbono ou de outras fibras utilizadas. Por exemplo, uma configuração de um sistema epóxi pode incluir uma resina epóxi multifuncional de baixa viscosidade que utilize um endurecedor anidrido e um acelerador imidazol. Um exemplo desse tipo de sistema epóxi pode ser o sistema de matriz epóxi Araldite® MY 721/Hardener 99-023/Accelerator DY 070 de cura a quente, produzido pela Huntsman Inc. e especificado na folha de dados de denominação similar datada de setembro de 2002. A resina tem a descrição química N,N,N',N'-Tetraglicidil-4,4'-metilenobisbenzenamina. O endurecedor é descrito como ÍH-Imidazol, 1-metil-l-Metilimidazol. Esse sistema exemplar de resina epóxi, modificado especialmente para a aplicação ACCC, pode ter as seguintes propriedades: alongamento à tração cerca de 3,0% a 5%; resistência à flexão cerca de 16,5 Ksi a 19,5 Ksi; resistência de tração na ruptura cerca de 6,0 Ksi a 7,0 Ksi; módulo de elasticidade à tração cerca de 450 Ksi a 500 Ksi; e alongamento na flexão cerca de 4,5% a 6,0%. Outra configuração de um sistema de resina epóxi pode ser um epóxi multifuncional com um endurecedor de mistura amino-cicloalifática.

Um exemplo desse tipo de sistema epóxi pode ser o sistema epóxi JEFFCO 1401-16/4101-17 para infusão produzido pela JEFFCO Products Inc. e especificado na folha de dados de denominação similar datada de julho de 2002. Esse sistema exemplar de resina epóxi pode ter as seguintes propriedades: Dureza Shore D cerca de 88D; tensão de ruptura de 9,7 Ksi; alongamento de tração no escoamento cerca de 4,5% a 5,0%; um limite de alongamento cerca de 7,5% a 8,5%; resistência à flexão cerca de 15,25 Ksi; e uma tensão de compressão cerca de 14,5 Ksi. Essas configurações de sistema de resina epóxi são exemplares e não significam limitações para a invenção a esses sistemas particulares de resinas epóxi. Os peritos na técnica reconhecerão outros sistemas de resina epóxi que produzem núcleos de compósitos dentro do escopo da presente invenção. 0 núcleo de compósito da presente invenção pode compreender uma resina que seja suficientemente resistente para resistir operações de emendas sem permitir a ruptura do corpo de compósito. O núcleo de compósito da presente invenção pode compreender resinas com resistência à fratura [neat resin fracture toughness] de pelo menos 0,96 MPa-m1/2 . 0 núcleo de compósito da presente invenção pode compreender uma resina com um baixo coeficiente de expansão térmica. Um baixo coeficiente de expansão térmica reduz a quantidade de flexão do cabo. A resina da presente invenção pode ter um coeficiente de expansão térmica abaixo de 4,2 x 10~5 /°C e possivelmente abaixo de 1.5 x 1CT5 /°C. O núcleo de compósito da presente invenção pode compreender uma resina com um alongamento maior que 3% ou mais, preferivelmente cerca de 4,5%.

Segundo, o núcleo de compósito compreende uma pluralidade de reforços de fibra, de um ou mais tipos de fibras. Os tipos de fibras podem ser selecionados entre: fibras de carbono (grafite) - tanto HM como HS (pitch based), fibras Kevlar, fibras de basalto, fibras de vidro, fibras Aramid, fibras de boro, fibras de cristal liquido, fibras de polietileno de alto desempenho ou nanofibras de carbono, filamentos rígidos de aço, cabos de aço, fibras de aço, filamento de aço de alto carbono com ou sem revestimentos otimizados de adesão ou nanotubos. Existem no comércio vários tipos de fibras de carbono, boro, Kevlar e fibras de vidro. Cada tipo de fibra pode ter subtipos que podem ser combinados de várias formas para obter um compósito com determinadas características. Por exemplo, as fibras de carbono podem ser de qualquer tipo das famílias de produtos Zoltek Panex®, Zoltek Pyron®, Hexcel, Toray ou Thornel. Essas fibras de carbono podem provir de uma Fibra de carbono PAN ou de Precursor (PÀN) Poliacrilinitrila. Outras fibras de carbono incluem PAN-IM, PÀN-HM, PAN-UHM, PITCH ou subprodutos de rayon, entre outros. Existem dúzias de tipos diferentes de fibras de carbono, e aqueles peritos na técnica reconhecerão as numerosas fibras de carbono que podem ser usadas na presente invenção. Existem também vários tipos diferentes de fibras de vidro. Por exemplo, fibras A-Glass, ; B-Glass, C-Glass, D-Glass, E-Glass, S-Glass, AR-Glass, R-Glass | ou fibras de basalto podem ser usadas na presente invenção. As fibras de vidro e o paraglass também podem ser usados.

Como as fibras de carbono, existem dúzias ide diferentes tipos de fibras de vidro e, os peritos na técnica reconhecerão as várias fibras de vidro que podem ser usadas i na presente invenção. Ressalte-se que esses são somente exemplos de fibras que podem se adequar às características especificadas da invenção, de maneira que a invenção não se limita somente a essas fibras. Podem ser usadas outras fibras que estejam em conformidade com as características físicas exigidas da invenção.

Para obter essas características físicas, os núcleos de compósito de acordo com a presente invenção podem compreender somente um tipo de fibra. O núcleo de compósito pode ser uma seção uniforme ou camada formada por um tipo de fibra e um tipo de matriz. Por exemplo, o núcleo de compósito pode ser uma fibra de carbono integrada em resina. O núcleo pode também ser uma fibra de vidro integrada em um polímero e o núcleo também pode ser basalto integrado em éster vinílico. Entretanto, a maioria dos cabos dentro do escopo desta invenção, pode compreender pelo menos dois tipos distintos de fibras.

Os dois tipos de fibras podem ser fibras do tipo geral, classes de fibras, subtipos de fibras ou tipos genéricos de fibras. Por exemplo, o núcleo de compósito pode ser formado usando carbono e vidro. Ainda assim, quando uma configuração menciona dois ou mais tipos de fibras, os tipos de fibras não precisam ser de classes diferentes de fibras, como de carbono e de vidro. Ao invés disso, os dois tipos de fibra podem estar dentro de uma classe de fibras ou família de fibras. Por exemplo, o núcleo pode ser formado por E-glass e S-glass, que são dois tipos de fibras ou subtipos de fibras dentro da família das fibras de vidro ou classe de fibras. Em outra configuração, o compósito pode compreender dois tipos de fibras de carbono. Por exemplo, o compósito pode ser formado por fibra de carbono IM6 e IM7. Os peritos na técnica reconhecerão outras configurações que utilizariam dois ou mais tipos de fibras. A combinação de dois ou mais tipos de fibras no membro do núcleo de compósito oferece avanços substanciais no índice resistência/peso com relação aos materiais convencionais, como os tradicionais não compósitos de aço comumente usados para cabos no sistema de transmissão e distribuição de energia elétrica. A combinação de tipos de fibras pode também permitir que o núcleo de compósito tenha rigidez e resistência suficientes, mantendo alguma flexibilidade.

Os núcleos de compósito da presente invenção podem compreender a sirga de fibras de produção relativamente alta ou pequenos números K. Uma sirga de fibras é um feixe de microfibras contínuas, caracterizadas pelo fato de que a composição da sirga é indicada por seu número de produção ou K. Por exemplo, uma sirga de carbono 12K tem 12.000 microfibras individuais e uma sirga de vidro de produção 900 tem 900 jardas de comprimento para cada libra de peso. Idealmente, as microfibras umedecidas com resina, de maneira que a resina revista a circunferência de cada microfibra dentro do feixe ou da sirga. O umedecimento e infiltração das sirgas de fibras nos materiais compósitos é de crítica importância para o desempenho do compósito resultante. O umedecimento incompleto resulta em defeitos ou pontos secos dentro do compósito de fibra que reduzem a resistência, a durabilidade e a longevidade do produto compósito. As sirgas de fibras também podem ser selecionadas de acordo com a dimensão da sirga de fibras que o processo pode conduzir.

As sirgas de fibras da presente invenção para carbono podem ser selecionadas a partir de 2K e para cima, mas mais preferivelmente a partir de 4K a 50K. As sirgas de fibras de vidro podem ser de 50 K e mais, mas mais preferivelmente entre produção 115 á produção 1200.

Para as fibras de vidro, os diâmetros individuais das fibras de acordo com a presente invenção podem estar abaixo de 15 mm, ou mais preferivelmente na faixa de 8 mm a 15 mm, e mais preferivelmente 10 mm de diâmetro. Os diâmetros das fibras de carbono podem se situar abaixo de 10 mm, ou mais preferivelmente entre 5 mm a 10 mm, e mais preferivelmente em 7 mm. Para outros tipos de fibras, a faixa de dimensões adequadas é determinada de acordo com as propriedades físicas desejadas. As faixas são selecionadas com base nas características ideais de umedecimento e a possibilidade de uso. A quantidade relativa de cada tipo de fibra pode variar dependendo das características físicas desejadas do núcleo de compósito. Por exemplo, fibras com maiores módulos de elasticidade permitem a formação de núcleo de compósito de alta resistência e alta rigidez. Como exemplo, as fibras de carbono com módulos de elasticidade de 15 Msi e acima, mas mais preferivelmente, entre 22 Msi e 45 Msi; as fibras de vidro são consideradas como de baixo módulo quando possuem módulo de elasticidade entre 6 e 15 Msi, e mais preferivelmente na faixa de 9 a 15 Msi. Como verão os peritos na técnica, podem ser escolhidas outras fibras que atinjam as propriedades físicas desejadas do núcleo de compósito. Em um exemplo, um núcleo de compósito pode compreender uma parte substancial de compósito avançado interno circundado por uma camada externa substancialmente menor de fibra de vidro com baixo módulo. Variar as combinações e os índices específicos de tipos de fibras, pré-tensionando o núcleo acabado pode ser eficaz para prover um aperfeiçoamento do composto no limite de resistência do núcleo. As Fibras de Carbono, por exemplo, um coeficiente muito baixo de expansão térmica e um alongamento relativamente pequeno, podem ser combinadas com e-glass (como exemplo), que tem um maior coeficiente de expansão térmica e um maior alongamento. Variando a química da resina e as temperaturas de processamento, o produto resultante 'curado' pode ser 'sintonizado' para proporcionar maior resistência do que a soma das resistências individuais de cada tipo de fibra. Em temperaturas maiores de processamento, as fibras de vidro expandem, enquanto as fibras de carbono basicamente não se expandem. Na geometria controlada de um molde de processamento, o resultado é que, quando produto sai do molde e começa a resfriar em temperatura ambiente, o vidro, em sua tentativa de retornar a seu comprimento original, começa a comprimir as fibras de carbono mantendo alguma pré-tensão, com base no índice de mistura de fibras e nas características físicas da resina. 0 produto resultante tem uma característica mensurável de melhor resistência à tração e à flexão.

Os núcleos de compósito da presente invenção podem compreender fibras com resistência à tração relativamente alta. O grau de deflexão inicial instalada de um cabo aéreo para a transmissão de tensão varia com o quadrado do vão e inversamente com a resistência à tração do cabo. Um aumento na resistência à tração pode efetivamente reduzir a deflexão de um cabo ACCC. Como exemplo, fibras de carbono ou de grafite podem ser selecionadas tendo resistência à tração de pelo menos 250 Ksi, e mais preferivelmente na faixa de 350 Ksi a cerca de 1000 Ksi, mas mais preferivelmente na faixa entre 710 Ksi e 750 Ksi. Também como exemplo, as fibras de vidro podem ser selecionadas tendo uma resistência à tração de pelo menos 180 Ksi, e mais preferivelmente na faixa de 180 Ksi a cerca de 800 Ksi. A resistência à tração do núcleo de compósito pode ser ajustada combinando as fibras de vidro de baixa resistência à tração com fibras de carbono de alta resistência à tração. As propriedades de ambos os tipos de fibras podem ser combinadas para formarem um novo cabo dotado de um conjunto de características físicas mais desejáveis.

Os núcleos de compósito da presente invenção podem ter várias frações de volume fibra/resina. A fração de volume é a área de fibras dividida pela área total da seção transversal. O núcleo de compósito da presente invenção pode compreender fibras integradas em uma resina com pelo menos 50% de fração de volume, e preferivelmente pelo menos 60%. O índice de fibra/resina afeta as propriedades físicas do membro do núcleo de compósito. Em particular, a resistência à tração, a resistência à flexão e o coeficiente de expansão térmica são funções do volume fibra/resina. Em geral, uma maior fração de volume de fibras no compósito resulta em um compósito de maior desempenho. O peso da matriz de fibra e resina determinará o índice de fibra/resina por peso.

Qualquer camada ou seção do núcleo de compósito pode ter um diferente índice de fibra/resina em peso com relação a outras camadas ou seções. Essas diferenças podem ser conseguidas selecionando e escolhendo um número adequado de fibras para o tipo adequado de resina, de maneira a obter o desejado índice de fibra/resina. Por exemplo, um membro do núcleo de compósito com seção transversal de diâmetro 3/8', consistindo de fibra de carbono circundada por uma camada externa de vidro e epóxi pode compreender 28 carretéis e fibra de vidro 250 yield e uma resina epóxi com viscosidade cerca de 1000 cPs a cerca de 2000 cPs a 50°C. Essa seleção fibra/resina pode produzir um índice de fibra/resina de 65/45 em peso. Preferivelmente, a resina pode ser modificada para se obter a viscosidade desejada para o processo de formação. O compósito exemplar também pode ter 28 carretéis de fibra de carbono 24K e uma resina epóxi com viscosidade cerca de 1000 cPs a cerca de 2000 cPs a 50°C. Essa seleção pode produzir um índice de fibra/resina de cerca de 65/35 em peso. A alteração do número de carretéis de fibras altera o índice de fibra/resina em peso, e assim pode mudar as características físicas do núcleo de compósito. Alternativamente, a resina pode ser ajustada para aumentar ou reduzir a viscosidade da resina para melhorar a impregnação das fibras pela resina.

Em várias configurações, o núcleo de compósito pode compreender qualquer uma da pluralidade de geometrias. Algumas das diferentes configurações das várias geometrias serão explicadas abaixo. Além disso, o núcleo de compósito pode ainda compreender fibras com vários alinhamentos e orientações. A sirga contínua pode orientar longitudinalmente as fibras ao longo do cabo. O núcleo pode ter um eixo longitudinal que percorre todo o comprimento do cabo. Na técnica, esse eixo longitudinal é denominado como tendo orientação 0o. Na maioria dos núcleos, o eixo longitudinal percorre o centro do núcleo. As fibras podem ser dispostas paralelamente ao eixo longitudinal; essa orientação é geralmente denominada de orientação 0o ou orientação unidirecional. Entretanto, outras orientações podem ser integradas para vários propósitos de otimização, para obter variáveis como resistência à flexão, por exemplo.

As fibras do núcleo de compósito podem ser dispostas de várias maneiras dentro do núcleo. Além da orientação 0o, as fibras podem ter outras disposições. Algumas das configurações podem incluir geometrias fora de eixo. Uma configuração do núcleo de compósito pode ter as fibras enroladas em hélice no eixo longitudinal do núcleo de compósito. O enrolamento das fibras pode ser feito em qualquer ângulo, entre cerca de 0o a cerca de 90° a partir da orientação 0o. O enrolamento pode ser na direção + e - ou na direção + ou -. Em outras palavras, as fibras podem ser enroladas na direção horária ou anti-horária. Em uma configuração exemplar, as fibras seriam enroladas em hélice no eixo longitudinal, formando um ângulo com esse eixo. Em algumas configurações, o núcleo pode não ser formado em camadas radiais. Ao invés disso, o núcleo pode ter duas ou mais camadas planas compactadas em conjunto em um núcleo. Nessa configuração, as fibras podem ter outras orientações além da orientação 0o. As fibras podem ser colocadas em um ângulo com a orientação 0° em qualquer camada. Novamente, o ângulo pode ser qualquer ângulo + ou - de cerca de 0o a cerca de 90°. Em algumas configurações, uma fibra ou grupo de fibras pode ter uma direção enquanto outra fibra ou grupo de fibras pode ter uma segunda direção. Assim, a presente invenção inclui todas as geometrias multidirecionais. Os peritos na técnica reconhecerão outras possíveis orientações angulares.

Em várias configurações, as fibras podem ser interlaçadas ou trançadas. Por exemplo, um conjunto de fibras pode ser enrolado em hélice em uma direção enquanto um segundo conjunto de fibras é enrolado na direção oposta. Com o enrolamento das fibras, um conjunto de fibras pode mudar de posição com o outro conjunto de fibras. Em outras palavras, as fibras seriam tecidas ou intercruzadas. Esses conjuntos de fibras enroladas em hélice também podem não ser trançadas ou interlaçadas, mas podem formar camadas concêntricas no núcleo. Em outra configuração, uma luva trançada pode ser colocada sobre o núcleo e integrada na configuração final do núcleo. Também, as fibras podem ser dobradas sobre si mesmas ou em grupos de fibras. Os peritos na técnica reconhecerão outras configurações onde a orientação das fibras é diferente. Essas configurações diferentes estão incluídas no escopo da invenção. São possíveis outras geometrias além da orientação das fibras. 0 núcleo de compósito pode ser formado por diferentes camadas e seções. Em uma configuração, o núcleo de compósito compreende duas ou mais camadas. Por exemplo, uma primeira camada pode ter um primeiro tipo de fibra e um primeiro tipo de matriz. As camadas subseqüentes podem compreender diferentes tipos de fibras e diferentes matrizes da primeira camada. As diferentes camadas podem ser enfeixadas e compactadas em um núcleo de compósito final. Como exemplo, o núcleo de compósito pode consistir de uma camada feita de carbono e epóxi, uma fibra de vidro e uma camada de epóxi, e depois uma fibra de basalto e camada epóxi. Em outro exemplo, o núcleo pode compreender quatro camadas; uma camada interna de basalto, uma próxima camada de carbono, uma próxima camada de vidro e uma camada externa de basalto.

Todas essas diferentes disposições podem produzir diferentes propriedades físicas do núcleo de compósito. Os peritos na técnica reconhecerão várias outras configurações de camadas que são possíveis.

Ainda outro arranjo de núcleo pode incluir diferentes seções no núcleo, o invés de nas camadas. A FIG. 2 mostra outras cinco possíveis configurações do núcleo de compósito. Essas seções transversais demonstram que o núcleo de compósito pode ser arranjado em duas ou mais seções, sem que essas seções sejam em camadas. Assim, dependendo das características físicas desejadas, o núcleo de compósito pode ter uma primeira seção do núcleo com um determinado compósito e uma ou mais outras seções com um compósito diferente. Essas seções podem ser cada qual feita de uma pluralidade de fibras de um ou mais tipos de fibras integradas em um ou mais tipos de matrizes. As diferentes seções podem ser enfeixadas e compactadas em uma configuração final de núcleo.

Em várias configurações, as camadas ou seções podem compreender diferentes fibras ou diferentes matrizes. Por exemplo, uma seção do núcleo pode ser uma fibra de carbono integrada em uma resina termoestável. Outra seção pode ser fibra de vidro integrada em seção termoplástica. Cada seção pode ser uniforme no tipo de matriz e de fibra.

Entretanto, as seções e camadas podem ser hibridizadas. Em outras palavras, qualquer seção ou camada pode ser formada por dois ou mais tipos de fibras. Assim, a seção ou camada pode ser, como exemplo, um compôsito feito de fibra de vidro e fibra de carbono integradas em uma resina. Assim, os núcleos de compósitos da presente invenção podem formar um núcleo de compósito com somente um tipo de fibra e uma matriz, um núcleo de compósito com somente uma camada ou seção, com dois ou mais tipos de fibras e uma ou mais matrizes, ou um núcleo de compósito formado por duas ou mais camadas ou seções, cada qual com um ou mais tipos de fibras e um ou mais tipos de matrizes. Os peritos na técnica reconhecerão outras possibilidades de geometria do núcleo de compósito.

As características físicas do núcleo de compósito também podem ser ajustadas, ajustando-se a porcentagem de área de cada componente dentro do membro do núcleo compósito. Por exemplo, reduzindo a área total de carbono no núcleo de compósito anteriormente mencionado de 0,0634 polegadas quadradas e aumentando a área da camada de vidro de 0,0469 polegadas quadradas, o produto do membro do núcleo de compósito pode reduzir a rigidez e aumentar a flexibilidade.

Podem ser selecionadas fibras avançadas de compósito a partir do grupo com as seguintes características: resistência à tração de pelo menos 250 Ksi, e preferivelmente na faixa de 350 Ksi a cerca de 1000 Ksi; módulo de elasticidade de pelo menos 15 Msi e preferivelmente dentro da faixa de 22 Msi a cerca de 45 Msi; coeficiente de expansão térmica pelo menos dentro da faixa de -0,6 x 10“6 /°C a 1,0 x 10'5 /°C; porcentual de alongamento de escoamento dentro da faixa de 2% a 4%; dielétrico dentro da faixa de 0,31 W/nuK a cerca de 0,04 W/m-K; e uma densidade dentro da faixa de 0,065 lb/pol3 a 0,13 lb/pol3.

Podem ser selecionadas fibras de baixo módulo no grupo com as seguintes características: resistência à tração dentro da faixa de 180 Ksi a 800 Ksi; módulo de elasticidade cerca de 6 a 15, mais preferivelmente cerca de 9 a 15 Msi; coeficiente de expansão térmica dentro da faixa de 5 x IO-6 /°C a 10 x 10"6 /°C; porcentual de alongamento de escoamento dentro da faixa de 3% a 6%; dielétrico dentro da faixa de 0,034 W/m χΚ a 0,04 W/m *K; e uma densidade de 0,060 lbs/pol3 e mais, mas mais preferivelmente de 0,065 lbs/pol3 a 0,13 lbs/pol3.

Em uma configuração um núcleo de compósito pode compreender fibras com alto módulo de elasticidade dispersas entre fibras de baixo módulo de elasticidade. Dependendo do índice de deformação na ruptura, esse tipo de núcleo pode ser uma seção única ou camada de compósito hibridizado ou pode ser formado em várias seções de compósito de fibra simples.

De acordo com a presente invenção, as resinas que compreendem a matriz de compósito podem ser customizadas para se obter determinadas propriedades para o processamento e para atingir as propriedades físicas desejadas do produto final. Assim, pede ser determinado o índice de deformação na ruptura da fibra e da resina customizada. O núcleo de compósito pode também incluir outras aplicações superficiais ou tratamentos superficiais do núcleo de compósito ou do filme à volta do núcleo de compósito. Com referência a FIG. 1B, por exemplo, um filme 305 ou revestimento envolve o núcleo de compósito 303. O filme pode incluir qualquer aplicação química ou material ao núcleo que protege o núcleo 303 contra fatores ambientais, protege o núcleo 303 contra o desgaste ou prepara o núcleo 303 para mais processamento. Alguns desses tipos de tratamento podem incluir, sem limitação, revestimentos gel, pinturas protetoras ou outros acabamentos pós ou pré-aplicados, ou filmes como Kapton, Teflon, Tefzel, Tedlar, Mylar, Melonex, Tednex, PET, PEN ou outros.

De acordo com a invenção, o filme protetor provoca pelo menos dois efeitos. Primeiro, o filme adere ao núcleo para proteger o núcleo contra fatores ambientais, potencializando assim o aumento da longevidade. Segundo, o filme lubrifica a parte externa do núcleo que está em contato com o molde para facilitar a fabricação e aumentar as velocidades de processamento. Em várias configurações este material evitaria a matriz de resina geralmente aderente de entrar em contato com a superfície interna do molde, permitindo assim consistentes aumentos das velocidades de processamento. O efeito, essencialmente, é que o filme cria um ambiente de processamento estático dentro de um que é realmente dinâmico. Em várias configurações, o filme pode ser um monofilme ou um filme de múltiplas camadas, caracterizado pelo fato de que as múltiplas camadas compreendem múltiplas dimensões e/ou características físicas. Por exemplo, as propriedades físicas da camada interna podem ser compatíveis em termos de ligação ao núcleo 303, enquanto a(s) camada(s) externa(s) podem simplesmente ser utilizadas como um auxílio de processamento não compatível.

Algumas aplicações de material podem incluir, sem limitação, véus superficiais aplicados ao núcleo, mantas aplicadas ao núcleo ou fitas protetoras ou condutivas enroladas no núcleo. A fita pode ser seca ou úmida. As fitas podem incluir, sem limitação, fitas de papel ou de produtos de papel, fita metálica (como fita de alumínio), fitas poliméricas, fitas de borracha ou semelhantes. Qualquer desses produtos pode proteger o núcleo contra forças ambientais como a umidade, calor, frio, radiação ÜV, ou elementos corrosivos. Alguns exemplos de filmes podem incluir Kapton, Tefzel (uma mistura de Teflon e Kapton), VB-3, Teflon, PEN e PET (mylar, poliéster, etc.). Outras aplicações e tratamentos do núcleo serão reconhecidos pelos peritos na técnica e estão incluídos na presente invenção.

Ocorre outro problema em alguns cabos reforçados metálicos ou reforçados de aço. Os cabos reforçados de aço exigem uma medida de flexão no cabo entre torres consecutivas ou estruturas de postes. A deflexão da linha permite a vibração ou o balanço do cabo e, em algumas situações, a deflexão pode estar submetida a vibração harmônica, vibração eólica (induzida pelo vento) ou balanço excessivo no cabo. Em determinadas velocidades de vento ou devido a forças ambientais, o cabo pode vibrar em freqüência harmônica ou com tal força que o cabo ou as estruturas de sustentação se desgastam ou enfraquecem devido aos esforços e deformações. Algumas forças ambientais que podem provocar vibrações danosas podem incluir, sem limitação, o vento, chuva, terremotos, ação de marés, ação de ondas, ação de fluxo de rios, tráfego próximo de automóveis, transportes aquáticos próximos ou aeronave próxima. Os peritos na técnica reconhecerão outras forças que podem causar vibrações prejudiciais. Além disso, os peritos na técnica reconhecerão que as vibrações harmônicas ou danosas são uma função do material do cabo, da deflexão, do comprimento do vão e da força indutora da vibração.

Um problema particular ocorre em vão de cabos que percorrem ou que se situam perto de linhas férreas. Os movimentos de trens nas linhas férreas e as vibrações dos potentes motores diesel provocam vibrações nas linhas férreas e no solo em volta dessas linhas.

As vibrações de solo induzem vibrações nos postes de eletricidade e nas estruturas de sustentação que dão apoio aos cabos elétricos. Os cabos, por sua vez, vibram devido às vibrações das estruturas de sustentação. Em alguns casos, as vibrações dos cabos ocorrem em harmônicos que provocam violentas e danosas vibrações e balanços. Essa vibração harmônica ou danosa provoca esforços nos cabos e nas estruturas de sustentação. A deflexão em cabos ACSR ou similares amplifica os efeitos das vibrações. Em determinados casos, a deflexão permite a ocorrência de vibrações harmônicas provenientes dos trens. 0 cabo ACCC na proximidade das linhas férreas não é afetado pelos mesmos efeitos de vibrações. Ao invés disso, o cabo ACCC que corre paralelo ou próximo às linhas ou que as cruzam podem ter menores deflexões de linha. A deflexão reduzida de linha ou as diferentes propriedades do núcleo de compósito reduzem, amortecem ou diminuem os efeitos das vibrações provocadas pelos trens. A presente invenção ajuda a evitar as vibrações ou o balanço harmônico ou danoso dos cabos elétricos devidos ao vento ou a outras forças, tais como pela passagem de trens. Primeiro, o cabo ACCC pode ser instalado de maneira diferente devido à sua maior resistência às características de peso. 0 cabo ACCC pode percorrer distâncias com menor deflexão. Os cabos ACCC podem ser construídos mais leves e mais rígidos do que os cabos reforçados de aço devido às propriedades aperfeiçoadas do núcleo interno explicado acima. Portanto, as freqüências problemáticas podem ser diferentes para um cabo ACCC quando comparados com os cabos reforçados de aço. A quantidade de deflexão pode ser modificada par ajustar as freqüências no cabo que podem causar vibrações ou balanços prejudiciais. A deflexão do cabo pode ser reduzida para alterar as freqüências harmônicas ou prejudiciais que possam ser induzidas no cabo. Além disso, os vãos dos cabos podem ser alterados. Devido ao aumento de resistência de alguns cabos ACCC, a distância entre postes pode ser alterada para ajustar as freqüências prejudiciais. Os peritos na técnica reconhecerão outras possibilidades de instalação que os cabos ACCC proporcionam que podem ajudar a reduzir ou eliminar as vibrações ou balanços, especialmente os harmônicos ou as vibrações prejudiciais.

Segundo, os materiais usados nos núcleos de compósito podem ser ajustados para amortecerem as vibrações dentro do cabo. Por exemplo, um elastômero ou outro material pode ser usado em uma camada, em uma seção ou como parte do material matriz do núcleo de compósito. A presença do elastômero ou de outro material pode funcionar como componente de amortecimento que absorve as vibrações ou dissipa as vibrações. Além disso, os tipos de fibras podem ser ajustados para amortecer as vibrações. Por exemplo, um tipo mais elástico de fibra, como uma fibra de polímero, pode ser usado para absorver ou dissipar as vibrações. Assim, a composição do núcleo de compósito pode evitar ou mitigar as forças de vibração. Os peritos na técnica reconhecerão outras alterações do núcleo de compósito que podem reduzir ou eliminar as vibrações ou o balanço, especialmente as vibrações harmônicas ou prejudiciais.

Terceiro, a geometria do núcleo, como perfil simples ou múltiplo pode servir para prover características de auto-amortecimento suavizando a interação de superfícies entre si e/ou os fios de condutor de alumínio. Essa interação 'absorve' as vibrações em uma grande faixa de freqüências e amplitudes que ainda podem ser ajustadas variando as geometrias dos componentes do núcleo e/ou a tensão da instalação do cabo ACCC.

Os cabos de compósito feitos de acordo com a presente invenção demonstram propriedades físicas caracterizadas pelo fato de que essas determinadas propriedades físicas podem ser controladas pela alteração dos parâmetros durante o processo de formação do núcleo de compósito. Mais especificamente, o processo de formação do núcleo de compósito é ajustável para se obter as desejadas características físicas no cabo ACCC final.

Um Método de Fabricação de um Núcleo de Compósito para um Cabo ACCC Reforçado: Podem existir vários processos de formação para a criação de um núcleo de compósito, mas um processo exemplar será doravante descrito. Esse processo exemplar é um processo de fabricação de alta velocidade para núcleos de compósito. Muitos dos processos, incluindo processos exemplares, podem ser usados para a formação dos vários diferentes núcleos de compósito com as várias diferentes estruturas de núcleo mencionadas ou descritas anteriormente. Entretanto, a descrição que segue prefere descrever o processo de alta velocidade em termos de criação de um núcleo de fibra de carbono com uma camada externa de fibra de vidro, dotada de fibras unidirecionais e um núcleo de compósito concêntrico e com camadas uniformes. A invenção não deve ser limitada a esta configuração, mas engloba todas as modificações necessárias para o uso do processo de alta velocidade para a formação dos núcleos de compósito anteriormente mencionados. Essas modificações serão reconhecidas pelos peritos na técnica.

De acordo com a invenção, um processo multifásico de formação produz um membro do núcleo de compósito a partir de comprimentos substancialmente contínuos de adequadas sirgas de fibras e resinas processáveis por calor. Após produzir um núcleo adequado, o membro do núcleo de compósito pode ser envolvido com material de alta condutividade.

Será descrito a seguir um processo para a fabricação de núcleos de compósito para cabos ACCC de acordo com a invenção. Com referência à FIG. 3, o processo de formação de núcleo de condutor da presente invenção está mostrado e indicado geralmente pelo número de referência 400. O processo de formação 400 é empregado para a fabricação de comprimentos contínuos de membros de núcleo de compósito a partir de adequadas sirgas de fibras ou preparações e resinas. O membro do núcleo de compósito resultante compreende um núcleo concêntrico hibridizado dotado de uma camada interna e externa de fibras substancialmente paralelas e uniformemente distribuídas. O início da operação será somente descrito de forma breve, já que é discutido em detalhes na US CIP No. 10/691,447 e US CIP No. 10/692,304 e PCT/US03/12520, cada uma das quais está incorporada para referência à presente. Ao iniciar a operação, o mecanismo carretei de tração e bobinamento é ativado para o inicio da tração. Em uma configuração, as sirgas iniciais de fibras não impregnadas, compreendendo uma pluralidade de fibras que se estende da extremidade de saida do processo serve como guia no início da operação para puxar as sirgas de fibras 402 (e 401) dos carretéis (não mostrados) pela guia de sirga de fibras e o sistema de processamento de núcleo de compósito 400. As sirgas de fibras 402, como mostradas, compreendem uma parte central de fibras de carbono 401 circundadas por sirgas de fibras externas de fibra de vidro 402.

Com referência à FIG. 3, múltiplos carretéis de sirgas de fibras 401 e 402 estão contidos dentro de um sistema de rack dosador e são tecidos em uma guia de sirga de fibras (não mostrada). As fibras podem ser desenroladas e, dependendo das características desejadas do núcleo, as fibras podem ser mantidas paralelas ou podem ser dobradas durante o processo. Preferivelmente, um puxador (não mostrado) no final do equipamento puxa as fibras pelo equipamento.

Cada rack dosador pode compreender um dispositivo que permite o ajuste da tensão de cada carretei. Por exemplo, cada rack tem um pequeno freio no rack dosador para ajustar individualmente a tensão de cada carretei. O ajuste de tensão minimiza a catenária e o cruzamento das fibras em seus trajetos e ajuda no processo de umedecimento. Em uma configuração, as sirgas 401 / 402 podem ser puxadas pela guia (não mostrada) e para um forno de pré-aquecimento que evacua a umidade. Preferivelmente, o forno de pré-aquecimento usa fluxo de ar circular contínuo e um elemento aquecedor para manter a temperatura constante. O forno de pré-aquecimento tem preferivelmente temperatura acima de 100°C.

As sirgas 401 / 402 em uma configuração são puxadas para um sistema de umedecimento. 0 sistema de umedecimento pode ser qualquer processo ou dispositivo que possa umedecer as fibras ou impregnar as fibras com resina. Os sistemas de umedecimento podem incluir a incorporação da resina em forma sólida e que será liquefeita durante o aquecimento posterior. Por exemplo, uma resina termoplástica pode ser formada por várias fibras. Essas fibras podem ser interdispersas com as fibras de carbono e de vidro da configuração exemplar. Quando é aplicado calor ao feixe de fibras, as fibras termoplásticas liquefazem ou se fundem e impregnam, ou umedecem as fibras de carbono e de vidro.

Em uma outra configuração, as fibras de carbono e de vidro podem ter uma casca ou pele que envolve a fibra; a casca retém ou contém um termoplástico ou um outro tipo de resina em formato de pó. Quando é aplicado calor às fibras, a casca se funde ou evapora, a resina em pó funde, e a resina fundida umedece as fibras. Em outra configuração, a resina é um filme aplicado às fibras e então fundido para umedecer as fibras. Em ainda outra configuração, as fibras já estão impregnadas com a resina - essas fibras são conhecidas na técnica como sirgas pre-preg. Se forem usadas as sirgas pre-preg, não são usados tanques ou dispositivos de umedecimento. Uma configuração do sistema de umedecimento é um tanque de umedecimento. Doravante, será usado um tanque de umedecimento na descrição, mas a presente invenção não se limita à esta configuração. Ao invés disso, o sistema de umedecimento pode ser qualquer dispositivo para umedecer as fibras. O tanque de umedecimento é preenchido com resina para impregnar as sirgas de fibras 401 / 402. O excesso de resina é removido das sirgas de fibras 401 / 402 na saída do tanque de umedecimento e, finalmente os materiais são puxados para o molde de cura inicial.

Podem ser empregadas várias técnicas alternativas para aplicar ou para impregnar as fibras com resina. Essas técnicas incluem, por exemplo, o spray, a imersão, o revestimento reverso, a escovação e a injeção de resina. Em uma configuração alternativa, a ativação ultra-sônica usa vibrações para melhorar a capacidade de umedecimento das fibras. Em outra configuração, um tanque de imersão pode ser usado para umedecer as fibras. 0 tanque de imersão imerge as fibras em um tanque cheio de resina. Quando as fibras emergem do tanque cheio de resina, as fibras estão umedecidas. Ainda outra configuração pode incluir um conjunto de molde de injeção. Nessa configuração, as fibras entram em um tanque pressurizado cheio de resina. A pressão no tanque ajuda a umedecer as fibras. As fibras podem entrar no molde para formarem o compósito enquanto ainda estiverem dentro do tanque pressurizado. Os peritos na técnica reconhecerão outros tipos de tanques e de sistemas de umedecimento que podem ser usados.

Em geral, quaisquer das várias composições conhecidas de resinas podem ser usadas na invenção. Em uma configuração exemplar, pode ser usado um polímero termoestável curável por calor. A resina pode ser, por exemplo, PEAR (PolyEther Amide Resin), Bis-maleimida, Poliimida, polímero cristal líquido (LCP), éster vinílico, epóxi de alta temperatura baseado na tecnologia de cristal líquido ou materiais resinicos similares. Os peritos na técnica reconhecerão outras resinas que podem ser usadas na presente invenção. As resinas são selecionadas com base no processo e nas características físicas do núcleo de compósito desejado.

Além disso, a viscosidade da resina afeta o índice de formação. Para obter a proporção desejada de fibra/resina para a formação do membro do núcleo de compósito, preferivelmente, a faixa de viscosidade da resina fica em cerca de 50 Centipoise a cerca de 3000 Centipoise a 20° C. Mais preferivelmente, a viscosidade se situa na faixa de 800 Centipoise a cerca de 1200 Centipoise a 20° C. Um polímero preferido dá resistência a um amplo espectro de produtos químicos agressivos e possui propriedades isolantes e dielétricas muito estáveis. É ainda preferível que o polímero esteja em conformidade com as exigências de retirada de gases da ASTME595 e com os testes de flamabilidade UL94, sendo capaz de operar de maneira intermitente em temperaturas variando entre 180°C e 240°C ou maiores, sem danificar termicamente ou mecanicamente a resistência do membro.

Para se obter o desejado índice de umedecimento fibra/resina, o lado a montante do tanque de umedecimento pode compreender um dispositivo para extrair o excesso de resina das fibras. Em uma configuração, um conjunto de limpadores pode ser colocado após a extremidade do sistema de umedecimento, preferivelmente feito de barras de limpeza de aço cromado. Os limpadores podem ser 'lâminas especiais' ou outro dispositivo para a remoção de excesso de resina.

Durante o processo de umedecimento, cada feixe de fibras contém até três vezes a resina desejada para o produto final. Para se obter a proporção certa de fibra e resina na seção transversal dos membros do núcleo de compósito, é calculada a quantidade de fibra pura d. Um molde ou uma série de moldes ou limpadores são projetados para remover a resina em excesso e controlar o índice de fibra/resina em volume. De maneira alternativa, o molde e os limpadores podem ser projetados para permitirem a passagem de qualquer índice de fibra/resina em volume. Em outra configuração, o dispositivo pode ser um conjunto de barras ou de buchas de extração que extraem a resina. Esses dispositivos de extração de resina também podem ser usados em outros sistemas de umedecimento. Além disso, os peritos na técnica reconhecerão outros dispositivos que podem ser usados para a extração do excesso de resina.

Preferivelmente, o excesso de resina é colhido e reciclado em um tanque de umedecimento.

Preferivelmente, uma bandeja de reciclagem se estende no comprimento sob o tanque de umedecimento para receber a resina de transbordo. Ainda de maior preferência, o tanque de umedecimento tem um tanque auxiliar com capacidade de transbordamento. A resina que transborda é devolvida ao tanque auxiliar por gravidade pela tubulação. De maneira alternativa, o transbordo do tanque pode ser coletado por um canal de transbordamento e devolvido para o tanque por gravidade. Em uma outra alternativa, o processo pode usar um sistema de bomba de dreno para reciclar a resina do tanque auxiliar para o tanque de umedecimento.

Preferivelmente, um sistema computadorizado controla o nível de resina dentro do tanque. Os sensores detectam os baixos níveis de resina e ativam a bomba para bombear resina para o tanque a partir do tanque auxiliar de mistura para o tanque de processamento. Ainda mais preferivelmente, existe um tanque de mistura localizado dentro da área do tanque de umedecimento. A resina é misturada no tanque de mistura e bombeada para o tanque de umedecimento de resina.

As sirgas de fibra 401 /402 são puxadas para um molde 406 para compactar e configurar as sirgas 401 e 402. Podem ser usados um ou mais moldes para compactar, para retirar ar do compósito e para formatar as fibras dentro de um núcleo de compósito. Em uma configuração exemplar, o núcleo de compósito é feito de dois conjuntos de sirgas de fibras - os segmentos internos são feitos de carbono, enquanto os segmentos externos são feitos de vidro. 0 primeiro molde 406 funciona ainda para remover o excesso de resina da matriz fibra/resina e pode iniciar a catalisação (ou 'B-Staging') da resina. 0 comprimento do molde é uma função das características desejadas da fibra e da resina. De acordo com a invenção, o comprimento do molde 406 pode variar de 1/2 polegada a 6 pés. Preferivelmente, o molde 406 varia entre 3 polegadas a 36 polegadas de comprimento, dependendo da velocidade desejada da linha. O molde 406 ainda compreende um elemento de aquecimento para permitir a variação de temperaturas do molde 406. Por exemplo, em vários sistemas de resinas é desejável ter uma ou mais zonas de aquecimento dentro do molde para a ativação de vários endurecedores ou aceleradores.

As resinas usadas de acordo com a invenção podem permitir que o processo atinja velocidades de até e acima de 60 pés/minuto. Em uma configuração da invenção, o núcleo é puxado a partir do primeiro molde 406 e envolvido com uma fita, revestimento ou filme protetor. Apesar da fita, revestimento e filme poderem ser usados para descrever as diferentes configurações, o termo filme é usado no presente para simplificar a descrição e não tem sentido de limitação.

Na FIG. 3 dois grandes rolos de fita 408 introduzem a fita em uma primeira placa de cardagem 410. A placa de cardagem 410 alinha as fitas paralelas entre si circundando o núcleo. O núcleo 409 é puxado para uma segunda placa de cardagem 412. A função da placa de cardagem 412 é dobrar progressivamente a fita na direção do núcleo central 409. 0 núcleo 409 é puxado através de uma terceira placa de cardagem 414. A placa de cardagem 414 funciona para dobrar a fita na direção do núcleo central 409. Referindo-se novamente à FIG. 3, o núcleo 409 é puxado através de uma quarta placa de cardagem 416 que funciona para ainda envolver a fita à volta do núcleo 409. Apesar dessa configuração exemplar compreender quatro placas de cardagem, a invenção pode englobar qualquer pluralidade de placas para compreender o envolvimento. A área entre cada molde também pode ter controle de temperaturas para assistir a catalisação e o processamento da resina.

Em uma outra configuração alternativa, a fita é substituída por um mecanismo de revestimento. Esse mecanismo funciona para revestir o núcleo 409 com um revestimento protetor. Em várias configurações, o revestimento pode ser feito por spray ou por um rolo por um equipamento ajustado para aplicar o revestimento a partir de uma pluralidade de ângulos em relação ao núcleo de compósito. Por exemplo, pode ser aplicado Gelcoat como uma tinta usando revestimento reverso. É preferível que o revestimento tenha um curto tempo de cura de maneira a estar seco quando o núcleo e o revestimento atingirem a bobina de enrolamento no final do processo.

Uma vez o núcleo 409 estando envolvido pela fita, o núcleo 409 é puxado através de um segundo molde 418. 0 Segundo molde 418 funciona para comprimir ainda mais e dar forma ao núcleo 409. A compactação de todas as sirgas de fibras 401 / 402 cria um núcleo de compósito final uniformemente distribuído, em camadas e concêntrico com o diâmetro externo necessário. O segundo molde também permite a finalização do processo de catalisação.

De maneira alternativa, o núcleo de compósito 409 pode ser puxado através de um segundo forno de estágio B para um próximo sistema de processamento de forno caracterizado pelo fato de que o membro do núcleo de compósito está curado. O processo determina o aquecimento de cura. O aquecimento de cura permanece constante por todo o processo de cura. Na presente invenção, a temperatura de cura preferida varia de cerca de 350° F a cerca de 500° F. O processo de cura, preferivelmente se desenvolve na faixa de cerca de 3 pés a cerca de 60 pés. Ainda mais preferivelmente, o processo de cura se desenvolve na faixa de cerca de 10 pés de comprimento.

Após a cura, o núcleo de compósito é puxado para uma fase de resfriamento. Preferivelmente, o membro do núcleo de compósito resfria em uma distância que varia entre 8 pés a cerca de 15 pés por convecção de ar antes que o puxador atinja o final do processo. De maneira alternativa, o núcleo pode ser puxado até um próximo sistema de processamento de forno para uma pós-cura em temperatura elevada. O processo de pós-cura promove um aumento de ligações cruzadas dentro da resina, resultando em melhores características físicas do membro do compósito. 0 processo geralmente pode permitir um intervalo entre o processo de aquecimento e resfriamento e um equipamento de estiramento no final do processo para resfriar naturalmente o produto ou por convecção, de maneira que o equipamento de estiramento usado para reter e puxar o produto não danifique o produto. 0 equipamento de estiramento puxa o produto pelo processo com velocidade precisamente controlada.

Depois que o núcleo 409 é puxado pelo processo, pode ser enrolado usando um sistema de bobinamento onde o núcleo de fibra é envolvido em uma roda para armazenamento e transporte. É importante reforçar o membro do núcleo de maneira que o bobinamento não esforce em excesso o núcleo por flexão. Em uma configuração, o núcleo não tem nenhuma torção, mas as fibras são unidirecionais. Uma roda padrão de bobinamento tem um diâmetro de 3,0 pés, com a capacidade de armazenar até 100.000 pés de material de núcleo. A roda é projetada para acomodar a rigidez do membro do núcleo de compôsito sem forçar o membro do núcleo em uma configuração muito apertada. A roda de bobinamento também tem que observar as exigências de transporte. Assim, a roda deve ser dimensionada para se adaptar sob pontes e ser transportada em leitos de semitrailers ou em leitos de trem. Em uma outra configuração, o sistema de bobinamento compreende um meio para evitar que a roda reverta o fluxo de bobinamento para desbobinamento. O meio pode ser qualquer dispositivo que evite a reversão da direção da roda, por exemplo, uma embreagem ou um sistema de freios.

Em uma outra configuração, o processo inclui um sistema de controle de qualidade que compreende um sistema de inspeção de linha. 0 processo do controle de qualidade garante um produto consistente.0 sistema de controle de qualidade pode incluir a inspeção ultra-sônica dos membros dos núcleos de compósitos; registrar o número de sirgas no produto final; monitorar a qualidade da resina; monitorar a temperatura dos fornos e do produto durante as várias fases; medir a formação; ou medir a velocidade do processo de estiramento. Por exemplo, cada lote de membro do núcleo de compósito tem dados de sustentação para manter o processo funcionando de maneira ideal.

De maneira alternativa, o sistema de controle de qualidade também pode compreender um sistema de marcação. 0 sistema de marcação pode incluir um sistema, do tipo de fibra integrada única, para marcar os membros do núcleo de compósito com as informações do produto do lote em particular. Além disso, os membros do núcleo de compósito podem ser colocados em classes diferentes de acordo com as qualidades específicas, por exemplo, Classe A, Classe B e Classe C.

As fibras usadas para processar os membros do núcleo de compósito também podem ser intercambiadas para estar de acordo com as especificações exigidas pelo produto de membro do núcleo de compósito final. Por exemplo, o processo permite a substituição de fibras em um membro do núcleo de compósito com núcleo de carbono e um núcleo externo de fibra de vidro com carbono e vidro de alta qualidade. O processo permite o uso de fibras mais caras e de melhor desempenho no lugar das fibras mais baratas devido à combinação de fibras e à pequena dimensão necessária do núcleo. Em uma configuração, a combinação de fibras cria um núcleo interno de alta resistência com condutividade mínima, circundado por uma camada isolante externa não condutora de baixo módulo. Em uma outra configuração, a camada isolante externa contribui para a flexibilidade do membro do núcleo de compósito e permite que o membro do núcleo seja enrolado, armazenado e transportado em uma roda de transporte. 0 material do núcleo não ferroso externo também mitigará o tipo de eletrólise comumente encontrada entre um núcleo metálico convencional e o fio condutor dissimilar (tipicamente uma liga de alumínio).

Alterar o projeto do núcleo de compósito pode afetar a rigidez e a resistência do núcleo interno. Como vantagem, a geometria do núcleo pode ser projetada para alcançar as características físicas ideais no cabo final ACCC. Outra configuração da invenção, permite o novo projeto da seção transversal do núcleo de compósito para acomodar várias propriedades físicas e aumentar a flexibilidade do membro do núcleo de compósito. Referindo-se novamente à FIG. 2, os diferentes formatos do compósito alteram a flexibilidade do membro do núcleo de compósito. A configuração do tipo de fibra e do material da matriz pode também alterar a flexibilidade. A presente invenção inclui núcleos de compósito que podem ser enrolados em uma roda de bobinamento. A roda de bobinamento ou roda de transporte pode ser uma roda de bobinamento existente no comércio ou um tambor de bobinamento. Essas rodas são tipicamente formadas de Madeira ou de metal, com um diâmetro interno de 30 a 48 polegadas. Núcleos mais rígidos podem exigir um maior diâmetro de roda, que não são viáveis comercialmente. Além disso, uma maior roda de bobinamento pode não concordar com os padrões de transporte para a passagem sob pontes ou adaptar-se em semitrailers. Assim, núcleos mais rígidos não são práticos. Para aumentar a flexibilidade do núcleo de compósito, o núcleo pode ser dobrado ou segmentado para atingir um diâmetro de bobinamento aceitável. Em uma configuração, o núcleo pode incluir uma dobra de 360 graus da fibra a cada volta do núcleo na roda para evitar a quebra. A fibra dobrada está incluída no escopo desta invenção e inclui fibras que são dobradas individualmente ou fibras que são dobradas em grupo. Em outras palavras, as fibras podem ser dobradas como uma preparação, enfeixadas ou uma parte das fibras. De maneira alternativa, o núcleo pode ser uma combinação de fibras dobradas e retas. A dobradura pode ser determinada pelo limite do diâmetro da roda. Os esforços de tensão e de compactação nas fibras são balanceados por uma única dobra por volta. O esforço do bobinamento é reduzido produzindo um núcleo segmentado. A FIG. 2 ilustra alguns exemplos de configurações de núcleos diferentes da configuração do núcleo mostrada na FIG. 1, a saber, um núcleo concêntrico interno circundado por um núcleo concêntrico externo. O núcleo segmentado do processo é formado pela cura da seção como peças separadas, caracterizadas pelo fato de que as peças separadas são então agrupadas. A segmentação do núcleo permite que o produto do membro de compósito tenha um núcleo maior que 0,375 polegadas para alcançar um diâmetro desejável de bobinamento sem esforços adicionais no produto do membro. A geometria variável das seções transversais nos membros do núcleo de compósito pode ser processada como um fluxo múltiplo. O sistema de processamento é projetado para acomodar a formação de cada segmento em paralelo. Preferivelmente, cada segmento é formado pela troca de séries de embuchamentos consecutivos ou moldes para buchas ou moldes dotados de configurações predeterminadas para cada passagem. Em particular, a dimensão das 'passagens pode variar para acomodar mais ou menos fibras, a disposição das passagens pode variar para permitir a combinação das fibras em uma diferente configuração do produto final, podendo ainda ser adicionadas buchas dentro da pluralidade de embuchamentos consecutivos ou moldes para facilitar a formação de variadas seções transversais geométricas do membro do núcleo de compósito. No final do sistema de processamento, as várias seções são combinadas no final do processo para formarem o núcleo terminado do cabo de compósito que forma um corpo unitário (em uma peça) . De maneira alternativa, os segmentos podem ser torcidos para aumentar a flexibilidade e facilitar o enrolamento. 0 núcleo do compósito final pode ser enrolado em alumínio leve de alta condutividade, formando um cabo de compósito. Apesar de ser usado alumínio no título da invenção e nessa descrição, o condutor pode ser formado por qualquer substância altamente condutora. Em particular, o condutor pode ser qualquer metal ou liga metálica adequada para cabos elétricos. Apesar do alumínio ser o mais prevalente, também pode ser usado o cobre. Pode-se também imaginar usar um metal precioso, como a prata, o ouro ou a platina, mas esses metais são muito dispendiosos para esse tipo de aplicação. Em uma configuração exemplar, o cabo de núcleo de compósito compreende um núcleo interno de carbono dotado de uma camada externa isolante de compósito de fibra de vidro e duas camadas de fios de alumínio de formato trapezoidal.

Em uma configuração, a camada interna de alumínio compreende uma pluralidade de segmentos de alumínio com formato trapezoidal, enrolados em forma de hélice ou embalados no sentido anti-horário à volta do membro do núcleo de compósito. Cada seção trapezoidal é projetada para otimizar a quantidade de alumínio e aumentar a condutividade. A geometria dos segmentos trapezoidais permite que cada segmento se adapte firmemente à volta do membro do núcleo de compósito.

Em uma outra configuração, a camada externa de alumínio compreende uma pluralidade de segmentos de alumínio em formato trapezoidal, envolvidos em forma de hélice ou enrolados no sentido horário à volta do membro do núcleo de compósito. Uma direção oposta de envolvimento evita a torção do cabo final. Cada elemento trapezoidal de alumínio se adapta de maneira justa aos elementos trapezoidais de alumínio enrolados à volta da camada interna de alumínio. 0 ajuste apertado otimiza a quantidade de alumínio e reduz o alumínio necessário para alta condutividade. 0 cabo reforçado final ACCC é criado circundando o núcleo de compósito com um condutor elétrico.

Aplicabilidade Industrial A invenção é dirigida para os cabos de transmissão de eletricidade. Os cabos reforçados de núcleo de compósito de condutor de alumínio de acordo com a invenção, permitem um aumento da capacidade de transmissão de carga, usando materiais dotados de propriedades inerentes que permitem um aumento de ampacidade sem a indução de excessiva deflexão de linha. Além disso, o cabo de acordo com a invenção ainda pode usar as estruturas de transmissão e as ligações existentes, facilitando assim a substituição das linhas de transmissão por cabos.

Claims

1. "Cabo Reforçado de Núcleo de Compósito Condutor de Alumínio", sendo que o núcleo de compósito (303) compreende: um material de matriz, o material de matriz compreendendo ainda, uma formulação química compreendendo pelo menos uma resina (302, 304), pelo menos um agente de endurecimento e um ou mais aceleradores, a referida formulação tendo propriedades de alongamento maiores que as propriedades de alongamento da fibra de vidro (304); e uma pluralidade de fibras (302,304) que se estendem longitudinalmente de um ou mais tipos de fibra embutidos no material de matriz para formar uma matriz de fibra/resina; caracterizado pelo fato de que a matriz de fibra/resina é curada para formar o núcleo de compósito (303).

2. "Cabo Reforçado de Núcleo de Compósito Condutor de Alumínio", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o núcleo de compósito (303) compreende dois ou mais tipos de fibra (302,304).

3. "Cabo Reforçado de Núcleo de Compósito Condutor de Alumínio", de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que um tipo de fibra é vidro (304).

4. "Cabo Reforçado de Núcleo de Compósito Condutor de Alumínio", de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que um tipo de fibra é carbono (302).

5. "Cabo Reforçado de Núcleo de Compósito Condutor de Alumínio", de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o núcleo de compósito (303) compreende fibras de carbono (302) envolvidas por fibras de vidro (302), o núcleo tendo uma razão entre fibra de carbono/vidro que produz um núcleo de compósito (303) tendo um conjunto predeterminado de propriedades mecânicas.

6. "Cabo Reforçado de Núcleo de Compósito Condutor de Alumínio", de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a razão entre fibra de carbono/vidro pode ser ajustada para alterar as propriedades mecânica do núcleo.

7. "Cabo Reforçado de Núcleo de Compósito Condutor de Alumínio", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos tipos de fibra compreende um módulo de elasticidade maior que o da fibra de vidro (304) .

8. "Cabo Reforçado de Núcleo de Compósito Condutor de Alumínio", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o núcleo de compósito compreende um tipo de fibra tendo um módulo de elasticidade na faixa de 6 a 15 Msi.

9. "Cabo Reforçado de Núcleo de Compósito Condutor de Alumínio", de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o tipo de fibra é vidro S.

10. "Cabo Reforçado de Núcleo de Compósito Condutor de Alumínio", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos tipos de fibra compreende um módulo de elasticidade maior que o da fibra de vidro e pelo menos um dos tipos de fibra é vidro.

11. "Cabo Reforçado de Núcleo de Compósito Condutor de Alumínio", de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda um revestimento (305) protetor que envolve o núcleo.

12. "Cabo Reforçado de Núcleo de Compósito Condutor de Alumínio", de acordo com a reivindicação 11, compreendendo ainda uma ou mais camadas de condutor (306,308) que envolve o núcleo.

13. "Cabo Reforçado de Núcleo de Compósito Condutor de Alumínio", de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda uma ou mais camadas de condutor (306,308) que envolve o núcleo.