Скрученные термопластичные полимерные композитные кабели, способ их изготовления и использования

Скрученные термопластичные полимерные композитные кабели, способ их изготовления и использования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Ссылка на патентную заявку, имеющую отношение к настоящей

Настоящая заявка претендует на приоритет предварительной патентной заявки США 61/291665, поданной 1 февраля 2010 года, которая включена в данную заявку посредством ссылки в полном объёме.

Область применения

Настоящее изобретение, в общем, относится к скрученным кабелям и способу их изготовления и использования. Настоящее изобретение дополнительно относится к скрученным кабелям, со спирально скрученными полимерными композитными проводами, способам их изготовления и использования. Такие спирально скрученные полимерные композитные кабели могут использоваться в качестве кабелей линий электропередачи, подводных кабелей привязи, подводных шлангокабелей и в других приложениях.

Уровень техники

Скручивание кабеля представляет собой процесс, при котором отдельные провода укладывают друг с другом, как правило, спирально, в результате чего получается готовый кабель (см., например, патенты США 5171942 и 5554826). Полученный скрученный кабель (трос) имеет значительно большую гибкость, чем сплошной прут эквивалентного поперечного сечения. Дополнительным преимуществом спирально скрученного кабеля является то, что его круглое поперечное сечение практически сохраняется при изгибе кабеля, который может иметь место при его обработке, установке или использовании. Такие спирально скрученные кабели используются в самых различных приложениях, например в тросах лебёдок, кабелях для самолётов и кабелях линий электропередачи.

Спирально скрученные кабели обычно изготавливаются из пластичных металлов, таких как сталь, алюминий или медь. В некоторых случаях, например, в не изолированных кабелях для воздушных линий электропередачи, сердцевина из спирально скрученных проводов окружена слоем проводящих проводов. Сердцевина из спирально скрученных проводов в таких кабелях содержит провода из пластичного металла, изготовленные из первого материала, такого как, например, сталь, а внешний проводящий слой, обеспечивающий передачу электрической мощности, может содержать провода из пластичного металла, изготовленные из второго материала, например алюминия. В некоторых случаях сердцевина из спирально скрученных проводов может быть предварительно изготовленным скрученным кабелем, используемым как заготовка для последующего изготовления кабеля для передачи электрической мощности большего диаметра. Спирально скрученные кабели могут содержать от 7 отдельных проводов до (что используется наиболее часто) 50 и даже более проводов.

В процессе скручивания кабеля его пластичные металлические провода подвергаются напряжениям, превышающим пределы упругой деформации, но не превышающим предела растяжения, при котором наступает разрыв. Напряжения такой величины вызывают пластическую деформацию металлического провода при его спиральном закручивании с относительно малым радиусом вокруг предыдущего слоя проводов или центрального провода. В последнее время были разработаны и внедрены в практику кабели с проводами, изготовленными из материалов, которые относительно плохо поддаются пластической деформации или даже являются хрупкими.

Одним из примеров таких композитных кабелей являются композитные кабели с металлической матрицей, содержащие композитные провода с металлической матрицей, армированной волокнами. Такие композитные провода с металлической матрицей обладают таким преимуществом, как улучшенная механическая прочность по отношению к проводам из пластичных металлов, но при этом они являются более упругими на растяжение. Известны также полимерные композитные кабели, содержащие провода с полимерной матрицей, армированной волокнами, включая композитные провода с термоотверждаемой полимерной матрицей (см., например, патенты США 6559385 и 7093416, а также публикацию WO 97/00976). Одним из примеров использования скрученных композитных кабелей (например, кабелей, содержащих композитные провода с полимерной матрицей или металлической матрицей) является их использование в качестве армирующего элемента в неизолированных кабелях воздушных линий электропередачи.

Сущность изобретения

В одном из типов воплощений изобретения предлагается улучшенный скрученный термопластичный полимерный композитный кабель. В некоторых воплощениях скрученный термопластичный полимерный композитный кабель содержит одиночный провод, определяющий центральную продольную ось кабеля, первое множество термопластичных полимерных композитных проводов, скрученных вокруг первого композитного провода в первом направлении укладки, под первым углом укладки относительно центральной продольной оси и с первым шагом укладки, и второе множество термопластичных полимерных композитных проводов, скрученных вокруг первого множества термопластичных полимерных композитных проводов во втором направлении укладки, под вторым углом укладки и со вторым шагом укладки.

В дополнительных воплощениях изобретения скрученный кабель дополнительно содержит третье множество термопластичных полимерных композитных проводов, скрученных вокруг второго множества термопластичных полимерных композитных проводов в третьем направлении укладки, под третьим углом укладки и с третьим шагом укладки. В дополнительных воплощениях изобретения скрученный кабель дополнительно содержит четвёртое множество термопластичных полимерных композитных проводов, скрученных вокруг третьего множества термопластичных полимерных композитных проводов в четвёртом направлении укладки, под четвёртым углом укладки и с четвёртым шагом укладки. В дополнительных воплощениях изобретения закрученный кабель может дополнительно содержать дополнительные термопластичные полимерные композитные провода, скрученные вокруг четвёртого множества термопластичных полимерных композитных проводов.

В любом из вышеупомянутых воплощений первое направление укладки может быть таким же, как второе направление укладки, третье направление укладки может быть таким же, как второе направление укладки, четвёртое направление укладки может быть таким же, как третье направление укладки, и в целом, направление укладки любого последующего слоя может быть таким же, как направление укладки предшествующего слоя.

В других воплощениях второе направление укладки является противоположным первому направлению укладки, третье направление укладки является противоположным второму направлению укладки (то есть совпадет с первым направлением укладки), четвёртое направление укладки является противоположным третьему направлению укладки (то есть совпадет со вторым направлением укладки), и в целом, направление укладки любого последующего слоя может быть противоположным направлению укладки предыдущего слоя. Кроме того, в определённых предпочтительных воплощениях изобретения разность между первым углом укладки и вторым углом укладки может составлять более чем 0° и не более чем примерно 4°, разность между вторым углом укладки и третьим углом укладки может составлять более чем 0° и не более чем примерно 4°, разность между третьим углом укладки и четвёртым углом укладки может составлять более чем 0° и не более чем примерно 4°, и в целом, разность между углом укладки любого предыдущего слоя и углом укладки последующего слоя может составлять более чем 0° и не более чем примерно 4°, более предпочтительно - не более чем 3°, и наиболее предпочтительно - не более чем 0,5°.

В дополнительных воплощениях изобретения первый шаг укладки меньше или равен второму шагу укладки, и/или второй шаг укладки меньше или равен третьему шагу укладки, четвёртый шаг укладки меньше или равен шагу укладки следующего слоя, и/или шаг укладки каждого предыдущего слоя меньше или равен шагу укладки следующего слоя. В других воплощениях первый шаг укладки равен второму шагу укладки, и/или второй шаг укладки равен третьему шагу укладки, и/или шаг укладки каждого предыдущего слоя равен шагу укладки следующего слоя. В некоторых воплощениях может быть предпочтительно использовать параллельную укладку, как известно сведущим в данной области техники.

В следующем типе воплощений настоящего изобретения предлагается скрученный кабель для передачи электрической мощности, содержащий сердцевину и проводящий слой вокруг сердцевины, и при этом сердцевина содержит любой из описанных выше скрученных термопластичных полимерных композитных кабелей. В некоторых воплощениях скрученный кабель дополнительно содержит множество пластичных металлических проводников, закрученных вокруг скрученных термопластичных полимерных проводов сердцевины из скрученного термопластичного полимерного композитного кабеля.

В некоторых воплощениях множество пластичных металлических проводов скручено вокруг центральной продольной оси в виде множества радиальных слоёв, окружающих термопластичные полимерные провода скрученного термопластичного полимерного композитного кабеля сердцевины. В дополнительных воплощениях по меньшей мере часть множества пластичных металлических проводов закручена в первом направлении укладки, под определённым углом относительно центральной продольной оси и с первым шагом укладки пластичных металлических проводов. В других воплощениях по меньшей мере часть множества пластичных металлических проводов закручена во втором направлении укладки, под определённым углом относительно центральной продольной оси, и со вторым шагом укладки пластичных металлических проводов.

В любом из упомянутых выше типов воплощений спирально скрученных полимерных композитных кабелей и соответствующих им воплощений скрученных кабелей для передачи электрической мощности могут успешно использоваться следующие воплощения. Так, в одном из воплощений одиночный провод имеет сечение в плоскости, в сущности перпендикулярной центральной продольной оси, которое является круглым или эллиптическим. В некоторых воплощениях одиночный провод является полимерным композитным проводом. В некоторых предпочтительных воплощениях одиночный провод является проводом из пластичного металла или термопластичным полимерным композитным проводом. В дополнительных воплощениях каждый из полимерных композитных проводов и/или проводов из пластичного металла имеет сечение в плоскости, в сущности перпендикулярной центральной продольной оси, выбранное из группы из круглого, эллиптического и трапециевидного.

В следующем типе воплощений настоящего изобретения предлагается способ изготовления скрученного кабеля в соответствии с любым из упомянутых выше типов воплощений. Предлагаемый способ содержит этапы: спирального скручивания первого множества термопластичных полимерных композитных проводов вокруг одиночного провода, определяющего центральную продольную ось, и при этом спиральное скручивание первого множества термопластичных полимерных композитных проводов осуществляется в первом направлении укладки, под первым углом укладки относительно центральной продольной оси и с первым шагом укладки; спирального скручивания второго множества термопластичных полимерных композитных проводов вокруг первого множества термопластичных полимерных композитных проводов, и при этом спиральное скручивание второго множества термопластичных полимерных композитных проводов осуществляется в первом направлении укладки, под вторым углом укладки относительно центральной продольной оси и со вторым шагом укладки; и нагревания спирально скрученных первого и второго множества термопластичных полимерных композитных проводов до температуры и в течение времени, достаточных для того, чтобы спирально скрученные полимерные композитные провода остались в спирально закрученном состоянии после их охлаждения до 25°С. Предпочтительной является температура 300°С.

В некоторых предпочтительных воплощениях разность между первым углом укладки и вторым углом укладки составляет более чем 0° и не более чем примерно 4°. В одном предпочтительном воплощении способ дополнительно содержит закручивание пластичных металлических проводов вокруг термопластичных полимерных композитных проводов.

Скрученные термопластичные полимерные композитные кабели в соответствии с воплощениями настоящего изобретения имеют различные черты и характеристики, позволяющие использовать их в различных приложениях и обеспечивающие те или иные преимущества. Так, например, скрученные термопластичные полимерные композитные кабели в соответствии с некоторыми воплощениями настоящего изобретения могут быть менее подвержены преждевременным разломам или разрывам при малых силах растяжения, приложенных к кабелю, например, в процессе его производства, по сравнению с прочими композитными кабелями. Кроме того, скрученные термопластичные полимерные композитные кабели в соответствии с некоторыми воплощениями настоящего изобретения могут обладать большей устойчивостью к коррозии и различным факторам окружающей среды (например, ультрафиолетовому излучению или влажности), могут быть менее подвержены потере прочности при высоких температурах, имеют более высокую устойчивость против ползучести, а также относительно высокий модуль упругости, низкий удельный вес, низкий коэффициент теплового расширения, высокую электрическую проводимость, более высокую устойчивость против провисания и более высокую прочность по сравнению с обычными кабелями со скрученными проводами из пластичных металлов.

Так, спирально скрученные термопластичные полимерные композитные кабели, изготовленные в соответствии с некоторыми воплощениями настоящего изобретения, могут иметь модуль упругости на растяжение, на 10% или даже более превосходящий модуль упругости композитных кабелей в соответствии с существующим уровнем техники. Спирально скрученные термопластичные полимерные композитные кабели в соответствии с некоторыми воплощениями настоящего изобретения могут быть изготовлены при меньших производственных затратах, например, за счёт большей лёгкости скручивания кабеля при сохранении требуемой прочности на растяжение, что важно в некоторых критических приложениях, например при использовании кабеля в приложениях, связанных с передачей электрической мощности. В некоторых воплощениях спирально скрученные термопластичные полимерные композитные кабели в соответствии с настоящим изобретением могут использоваться в качестве кабелей для воздушных линий электропередачи, подземных линий электропередачи и подводных линий электропередачи, включая подводные кабели привязи и шлангокабели.

В некоторых воплощениях спирально скрученные термопластичные полимерные композитные кабели, изготовленные в соответствии с настоящим изобретением, могут быть скручены с шагом укладки, значительно меньшим, чем это было возможно ранее, и без существенного уменьшения прочности кабеля, что характерно для обычных композитных кабелей с упруго скрученными проводами. Дело в том, что обычные кабели с упруго скрученными композитными проводами характеризуются падением прочности, в целом пропорциональным отношению радиуса композитного провода к радиусу его изгиба при закручивании. Поэтому падение прочности из-за напряжения изгиба пропорционально отношению напряжения изгиба к пределу прочности композитного материала на растяжение. Поскольку напряжение изгиба обратно пропорционально шагу укладки, то при уменьшении шага укладки напряжение изгиба в обычном кабеле из упруго скрученных композитных проводов возрастает и прочность кабеля уменьшается.

Обычные упруго скрученные провода не могут иметь длину укладки, меньшую чем примерно 1000 радиусов провода, что соответствует относительному изгибу провода, составляющему 0,05%. Типичные композитные материалы, используемые в композитных проводах, имеют предел растяжения на разрыв, составляющий от 0,5% до 2%, что соответствует падению прочности при скручивании, составляющему 20% для провода с пределом растяжения 0,5%, и падению прочности, составляющему 5% для провода с пределом растяжения 2%.

Композитные кабели в соответствии с воплощениями настоящего изобретения могут быть скручены со значительно меньшими углами укладки, более типичными для некомпозитных кабелей, изготовленных из пластически деформируемых, то есть пластичных (например, металлических) проводов. Получение таких коротких шагов укладки в кабелях с упруго скрученными композитными проводами в соответствии с существующим уровнем техники было невозможно, так как напряжение при изгибе превысило бы предел прочности композитного материала, что привело бы к разрыву проводов. В то же время термопластичные полимерные композитные кабели с меньшими шагами укладки и/или чередующимися углами укладки от слоя к слою являются более предпочтительными, так как они обеспечивают большую прочность кабеля, лучший баланс скручивающих напряжений в нём и повышенную его гибкость.

Выше были кратко описаны основные типы воплощений настоящего изобретения и их преимущества. В приведённом выше кратком описании не подразумевалось описать каждое из возможных воплощений настоящего изобретения. Для более подробного объяснения различных предпочтительных воплощений настоящего изобретения, общие принципы которых описаны выше, ниже приводится подробное описание изобретения, сопровождаемое прилагаемыми к нему чертежами.

Краткое описание чертежей

Ниже приводится более подробное описание воплощений настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1А. Аксонометрический вид спирально скрученного термопластичного полимерного композитного кабеля в соответствии с некоторыми воплощениями настоящего изобретения.

Фиг. 1В. Аксонометрический вид спирально скрученного термопластичного полимерного композитного кабеля в соответствии с ещё некоторыми воплощениями настоящего изобретения.

Фиг. 2A-2F. Поперечные сечения спирально скрученных термопластичных полимерных композитных кабелей в соответствии с различными воплощениями настоящего изобретения.

Фиг. 3. Воплощение скручивающего устройства для изготовления кабеля в соответствии с воплощениями настоящего изобретения.

Аналогичные номера позиций на чертежах обозначают аналогичные элементы. Чертежи не обязательно выполнены в масштабе, и размеры тех или иных компонентов термопластичных полимерных композитных кабелей на чертежах могут быть изменены для того, чтобы подчеркнуть те или иные их особенности.

Подробное описание изобретения

Некоторые термины, используемые в настоящем описании и в формуле изобретения, несмотря на то что большинство из них является хорошо известными, тем не менее, требуют некоторого разъяснения. В частности, следует понимать, что термин "хрупкий" в отношении термина "провод" означает, что провод под растягивающей нагрузкой допускает минимальную пластическую деформацию растяжения и терпит разрыв.

Термин "пластичный", употребляемый в отношении деформации провода, означает, что провод при его изгибании в сущности претерпевает пластическую деформацию, не разрываясь и не разламываясь.

Термин "(со)полимер" означает гомополимер или сополимер.

Термин "(мет)акрилат" означает акрилат или метакрилат.

Термин "композитный провод"означает провод, сформированный из сочетания материалов, различающихся по составу или по форме, скреплённых друг с другом.

Термин "полимерный композитный провод"означает композитный провод, содержащий один или более армирующих материалов, скреплённых в матрицу, включающую одну или более полимерных фаз, которые могут содержать термоотверждаемые полимеры или термопластичные полимеры.

Термин "термопластичный полимерный композитный провод"означает композитный провод, содержащий один или более армирующих волокнистых материалов, закреплённых в матрице, включающей одну или более термопластичных полимерных фаз, и который может вести себя как тягучий, при нагревании его до температуры, достаточной для размягчения термопластичной полимерной фазы.

Термин "керамико-полимерный композитный провод"означает композитный провод, содержащий один или более армирующих материалов из керамических волокон, закреплённых в матрице, включающей одну или более полимерных фаз.

Термин "композитный провод с металлической матрицей"означает композитный провод, содержащий один или более армирующих материалов, закреплённых в матрице, содержащей одну или более металлических фаз, и которая является не пластичной, а хрупкой.

Термины "изгиб" или "изгибание", употребляемые в отношении деформации провода, включают двухмерную и/или трёхмерную деформацию изгиба, которую он претерпевает, например, при скручивании по спирали. Если упоминается, что провод претерпевает деформацию изгиба, это не исключает возможности, что он одновременно претерпевает также деформацию под действиями сил растяжения или скручивания.

Термин "в значительной мере упругий изгиб"означает деформацию, которая происходит при изгибе провода до радиуса кривизны, составляющего до 10 000 радиусов сечения провода. В отношении провода круглого сечения деформация "в значительной мере упругого изгиба" соответствует относительному растяжению внешнего волокна провода по меньшей мере на 0,01%.

Термины "закручивание" и "скручивание" используются как взаимно заменяющие друг друга, равно как и термины "закрученный" и "скрученный".

Термин "укладка" означает расположение проводов, при котором провода скрученного слоя спирально скрученного кабеля наматываются по спирали.

Термин "направление укладки" означает направление закручивания проводов в спирально скрученном слое. Направление укладки проводов в слое спирально скрученных проводов определяется следующим образом: необходимо посмотреть на спирально скрученные провода, уходящие от обозревателя. Если скрученные провода, уходя от обозревателя, поворачивают по часовой стрелке, такой кабель именуется кабелем "правосторонней укладки". Если скрученные провода, уходя от обозревателя, поворачивают против часовой стрелке, такой кабель именуется кабелем "левосторонней укладки".

Термины "центральная ось" и "центральная продольная ось" используются как взаимно заменяющие друг друга для обозначения общей продольной оси многослойного спирально скрученного кабеля, проходящей через центр любого его поперечного сечения.

Термин "угол укладки" означает угол между касательной к закрученному по спирали проводу и центральной продольной осью спирально закрученного кабеля.

Термин "угол пересечения" означает относительную (абсолютную) разность между углами укладки смежных слоев проводов кабеля, содержащего спирально закрученные провода.

Термин "шаг укладки" означает длину кабеля, содержащего закрученные провода, на которой единичный провод слоя из спирально закрученных проводов образует один полный виток спирали вокруг центральной продольной оси кабеля, содержащего спирально закрученные провода.

Термин "керамический" означает стекло, кристаллическую керамику, стеклокерамику и их сочетания.

Термин "поликристаллический" означает материал, имеющий преобладающую структуру из множества кристаллических зёрен, размер которых меньше диаметра волокна, в котором данные зёрна присутствуют.

Термин "непрерывное волокно" означает волокно, имеющее длину, бесконечно большую по отношению к среднему диаметру волокна. Как правило, это означает, что отношение длины волокна к среднему диаметру волокна составляет по меньшей мере 1×10⁵ (в некоторых воплощениях по меньшей мере 1×10⁶ или даже по меньшей мере 1×10⁷). Как правило, такие волокна имеют длину от по меньшей мере примерно 15 см до по меньшей мере нескольких метров и даже могут иметь длину в несколько километров или даже более.

В некоторых приложениях существует потребность в дальнейшем совершенствовании конструкции композитных кабелей и способов их изготовления. Так, например, в некоторых приложениях требуется дальнейшее улучшение физических характеристик спирально скрученных композитных кабелей, например повышение их прочности на растяжение и предела удлинения на разрыв. В некоторых приложениях существует потребность в удобном средстве для удержания скрученных композитных проводов в спирально скрученном состоянии до их включения в готовое изделие, например в кабель для передачи электрической мощности. Такого средства для удержания проводов в спирально скрученном состоянии не требовалось при существующем уровне техники, например, при изготовлении скрученных кабелей из пластически деформируемых пластичных металлических проводов или при использовании композитных проводов, которые можно было удерживать в скрученном положении посредством отверждения, полимерной матрицы или обмотки скрученных композитных проводов клейкой лентой после формирования кабеля.

В некоторых воплощениях настоящего изобретения предлагаются термопластичные полимерные композитные провода, включающие термопластичную полимерную матрицу, которая может удерживать термопластичные полимерные композитные провода в спиральном положении после формирования кабеля без использования удерживающих средств, описанных выше. В других воплощениях настоящего изобретения предлагаются скрученные термопластичные полимерные композитные кабели и способы спирального скручивания слоёв из термопластичных полимерных композитных проводов в общем направлении укладки, что даёт удивительное повышение прочности полимерного композитного кабеля на растяжение, по сравнению с обычными композитными кабелями, в которых слои полимерных композитных проводов спирально скручены в попеременных направлениях. Такое неожиданное повышение прочности на растяжение не наблюдается в случае использования обычных пластичных проводов (например, металлических или прочих неполимерных композитных проводов), скрученных в общем направлении укладки. Кроме того, как правило, нет особого смысла для использования общего направления укладки слоёв обычного кабеля со скрученными пластичными проводами, потому что такие пластичные, например, металлические провода достаточно легко пластически деформируются, в таких кабелях используются меньшие шаги укладки и для обеспечения достаточной структурной прочности такого кабеля укладка слоёв в чередующихся направлениях может быть более предпочтительна.

Ниже описаны различные воплощения настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. В различные воплощения настоящего изобретения могут быть внесены различные изменения без отхода от идеи и масштабов настоящего изобретения. Соответственно, следует понимать, что воплощения настоящего изобретения не ограничены описанными ниже примерами, а ограничены воплощениями, сформулированными в формуле изобретения, и их эквивалентами.

В одном из типов воплощений настоящего изобретения предлагается спирально скрученный термопластичный полимерный композитный кабель. Так, на фиг. 1 показан аксонометрический вид спирально скрученного термопластичного полимерного композитного кабеля 10 в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения. Как показано на данном чертеже, спирально скрученный термопластичный полимерный композитный кабель 10 включает одиночный провод 2, определяющий центральную продольную ось, первый слой 20, содержащий первое множество термопластичных полимерных композитных проводов 4, закрученных вокруг одиночного провода 2 в первом направлении укладки (по часовой стрелке на данном чертеже, что соответствует правому направлению укладки), и второй слой 22, содержащий второе множество термопластичных полимерных композитных проводов 6, закрученных вокруг первого множества термопластичных полимерных композитных проводов 4 в первом направлении укладки.

Как показано на фиг. 1А, вокруг второго множества термопластичных полимерных композитных проводов 6 в первом направлении укладки может быть дополнительно закручен третий слой 24, содержащий третье множество термопластичных полимерных композитных проводов 8, и таким образом может быть сформирован полимерный композитный кабель 10. В других воплощениях может дополнительно иметься четвёртый слой (не показан) или даже более слоёв полимерных проводов, закрученных вокруг соответственно третьего (6) и последующих множеств термопластичных полимерных композитных проводов в первом направлении укладки.

В данном воплощении одиночный провод 2 является термопластичным полимерным композитным проводом, но в других воплощениях одиночный провод 2 может быть нетермопластичным проводом, например металлическим проводом, или нетермопластичным композитным проводом, например композитным проводом с термоотверждаемым полимером или композитным проводом с металлической матрицей.

В некоторых предпочтительных воплощениях изобретения два или более скрученных слоёв (например, 20, 22, 24 и так далее) термопластичных полимерных композитных проводов (например, 4, 6, 8 и так далее) могут быть спирально намотаны вокруг одиночного центрального провода 2, определяющего центральную продольную ось, так, что каждый последующий слой термопластичных полимерных композитных проводов будет намотан в том же направлении, что и предыдущий слой проводов. Кроме того, подразумевается, что хотя на фиг. 1А все слои (20, 22 и 24) показаны намотанными в правом направлении, на самом деле все слои (20, 23, 24 и так далее) могут быть намотаны и в левом направлении, как в воплощении спирально скрученного термопластичного полимерного композитного кабеля, изображённом на фиг. 1В.

Так, на фиг. 1В показан аксонометрический вид спирально скрученного термопластичного полимерного композитного кабеля 10' в соответствии с ещё одним воплощением настоящего изобретения. Как показано на данном чертеже, спирально скрученный термопластичный полимерный композитный кабель 10' включает одиночный провод 1 (который может быть, например, термопластичным полимерным композитным проводом или нетермопластичным проводом, например, металлическим проводом, композитным проводом с термоотверждаемым полимером или композитным проводом с металлической матрицей), определяющий центральную продольную ось, первый слой 20, содержащий первое множество термопластичных полимерных композитных проводов 4, закрученных вокруг одиночного провода 1 в первом направлении укладки (в данном воплощении - против часовой стрелки, то есть в левом направлении укладки), второй слой 23, содержащий второе множество нетермопластичных полимерных композитных проводов 5 (которые могут быть, например, металлическими проводами, композитными проводами с термоотверждаемым полимером или композитными проводами с металлической матрицей), закрученных вокруг первого множества термопластичных полимерных композитных проводов 4 во втором направлении укладки, противоположном первому направлению укладки, и третий слой 24, содержащий третье множество термопластичных полимерных композитных проводов 8, закрученных вокруг второго множества нетермопластичных проводов 5 в первом направлении укладки, в результате чего формируется полимерный композитный кабель 10'.

В других воплощениях вокруг второго множества нетермопластичных полимерных композитных проводов 5 во втором направлении укладки дополнительно может быть закручен четвёртый слой (не показан). С другой стороны, два или более слоёв термопластичных полимерных композитных проводов (например, 4 и 8) и нетермопластичных полимерных композитных проводов (например, 5), которые в данном воплощении закручены в чередующихся направлениях, на самом деле могут быть спирально закручены вокруг одиночного центрального провода 1, образующего центральную продольную ось, таким образом, что каждый последующий слой термопластичных полимерных композитных проводов будет намотан в том же направлении укладки, что и предшествующий слой проводов, как показано на фиг. 1А. Кроме того, подразумевается, что хотя в воплощении на фиг. 1В слой 5 имеет левое направление укладки, а слои 4 и 8 имеют правое направление укладки, на самом деле слой 5 также может быть уложен в правом направлении, а слои 15 и 16 могут быть уложены в левом направлении и так далее.

В любом из упомянутых выше воплощений одиночный провод 2 может быть термопластичным полимерным композитным проводом, или, в других воплощениях, одиночный провод 2 может быть нетермопластичным проводом, например металлическим проводом, или нетермопластичным композитным проводом, например композитным проводом с термоотверждаемым полимером или композитным проводом с металлической матрицей.

В упомянутых выше воплощениях первое направление укладки предпочтительно совпадает со вторым направлением укладки, третье направление укладки предпочтительно совпадает со вторым направлением укладки, четвёртое направление укладки предпочтительно совпадает с третьим направлением укладки, и в целом направление укладки каждого последующего слоя предпочтительно совпадает с направлением укладки предшествующего слоя. Однако в других воплощениях первое направление укладки может быть противоположным второму направлению укладки, третье направление укладки может быть противоположным второму направлению укладки, четвёртое направление укладки может быть противоположным третьему направлению укладки, и в целом направление укладки каждого последующего слоя может быть противоположным направлению укладки предшествующего слоя.

В любых упомянутых выше воплощениях изобретения разность между первым углом укладки и вторым углом укладки предпочтительно составляет более чем 0° и не более чем примерно 4°, разность между вторым углом укладки и третьим углом укладки предпочтительно составляет более чем 0° и не более чем примерно 4°, разность между третьим углом укладки и четвёртым углом укладки предпочтительно составляет более чем 0° и не более чем примерно 4°, и в целом разность между углом укладки любого предыдущего слоя и углом укладки последующего слоя предпочтительно составляет более чем 0° и не более чем примерно 4°, более предпочтительно - не более чем 3°, и наиболее предпочтительно - не более чем 0,5°.

В некоторых воплощениях изобретения первый шаг укладки предпочтительно меньше или равен второму шагу укладки, и/или второй шаг укладки предпочтительно меньше или равен третьему шагу укладки, четвёртый шаг укладки предпочтительно меньше или равен шагу укладки третьего слоя, и/или шаг укладки каждого последующего слоя предпочтительно меньше или равен шагу укладки предыдущего слоя. В других воплощениях первый шаг укладки равен второму шагу укладки, и/или второй шаг укладки равен третьему шагу укладки, и/или шаг укладки третьего слоя равен шагу укладки четвертого слоя. В некоторых воплощениях может быть предпочтительно использовать параллельную укладку, как известно сведущим в данной области техники.

В дополнительных воплощениях изобретения (не показаны на чертежах) спирально скрученный термопластичный полимерный композитный кабель может дополнительно содержать дополнительные (например, четвёртый, пятый, шестой и так далее) слои термопластичных полимерных композитных проводов, закрученных вокруг третьего множества композитных проводов 8 в первом направлении укладки, которые характеризуются своими углами укладки относительно центральной продольной оси и своими шагами укладки, причём разность между третьим углом укладки и четвёртым углом укладки (или углами укладки любых двух последующих слоёв) не превышает примерно 4°. В воплощениях с четырьмя или более слоями закрученных полимерных композитных проводов предпочтительно используются полимерные композитные провода диаметром 0,5 мм или менее.

На фиг. 2A-2F показаны сечения различных примеров спирально скрученных термопластичных полимерных кабелей. Подразумевается, что данные примеры являются лишь иллюстративными и в масштаб настоящего изобретения входят и прочие конфигурации. В каждом из воплощений, изображённых на фиг. 2A-2F, подразумевается, что термопластичные полимерные композитные провода (например 4, 6 и 8) закручены вокруг одиночного провода (2 на фиг. 2А и 2С; 1 на фиг. 2В и 2D),