CN119234282A - 包含辐射涂层和/或硬质涂层的复合导体及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种装置包括强度构件,所述强度构件包括由复合材料形成的芯体和围绕所述芯体布置的封装层。围绕所述强度构件布置导体层。在所述导体层上布置涂层。所述涂层被配制为在60℃~250℃范围内的工作温度下,在小于2.5微米的波长下具有小于0.5的太阳能吸收率,以及在2.5微米~15微米范围内的波长下具有大于0.5的辐射发射率。所述涂层可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高5%的抗侵蚀性。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2022年3月28日提交的题为“Composite Conductors IncludingRadiative Coatings and Methods of Manufacture Thereof”的美国临时申请No.63/324,468,以及2022年6月17日提交的题为“Composite Conductors Including Radiativeand/or Hard Coatings and Methods of Manufacture Thereof”的美国临时申请No.63/353,390的优先权,上述申请的全部公开内容通过引用并入本文中。
技术领域
本文中描述的实施例一般涉及电网输配电应用中使用的导体。
背景技术
电网是温室气体排放和全球变暖的主要因素。美国电网已有超过25年的历史,全球每年约有2000TWh的电力被浪费,并且仅补偿性发电就关联了约10亿公吨的GHG排放。随着电力需求的增长,对更高容量输配电线路的需求也在增加。电导体输送的电量取决于传输电流的导体的载流能力(也称为载流量)。然而,此类导体的载流能力受到导体的工作温度和线路弧垂的限制。温度过高不仅会增加线路弧垂,还会损坏导体或输电系统的其他组件。导体的固有电阻导致导体产生热量,进一步提高导体的工作温度。此外,由于导体通常由金属材料形成,因此用于电网输配电的导体是太阳辐射的良好吸收体。太阳辐射的吸收也提高此类导体的工作温度,从而进一步提高导体的工作温度,降低电导体的载流能力。另外,许多导体由铝或其他软质材料形成,这些软质材料易被切割或侵蚀,导致事故和失去服务。
发明内容
本文中描述的实施例一般涉及使用涂层导体的输电系统和方法,特别涉及包括强度构件和导体层的电导体,所述强度构件包括复合芯体和围绕所述复合芯体布置的封装层,所述导体层可以包括围绕所述强度构件布置的多股导电材料。围绕至少导体表面层布置具有低太阳能吸收率和高辐射发射率的涂层,以减少导体的太阳能吸收和/或提高导体的辐射发射率,从而相对于非涂层导体,降低所述导体在传输特定电流时的工作温度,或提高所述导体在特定工作温度下的载流量。降低的工作温度也降低导体电阻以及电网中的相关线路损耗。另外,涂层可以具有高抗侵蚀性,以防止导体层的意外切割,例如被风筝线剪切。此外,封装层可以另外或可替选地被配置为具有高反射率,和/或导体层的外表面可被配置为具有低反射率。本文中描述的实施例也适用于比如69kV以下的工作电压之类的低电压下的配电。本文中描述的涂层可被配置为包括本文中描述的性质和/或功能的任何组合,包括但不限于导体的降低的太阳能吸收率、提高的辐射发射率和/或改善的抗侵蚀性或耐腐蚀性。
在一些实施例中,一种装置包括强度构件,所述强度构件包括由复合材料形成的芯体和围绕所述芯体布置的封装层。围绕所述强度构件布置导体层。在所述导体层上布置涂层。所述涂层被配制为在60℃~250℃范围内的工作温度下,在小于2.5微米的波长下具有小于0.5的吸收率,在2.5微米~15微米范围内的波长下具有大于0.5的辐射发射率。
在一些实施例中,一种装置包括强度构件,所述强度构件包括由复合材料形成的芯体和围绕所述芯体布置的封装层。所述封装层的外表面被配置为在对应于大于90℃的工作温度的热辐射波长下具有大于50%的反射率。在一些实施例中,所述外表面被处理为具有大于50%的反射率。在一些实施例中,所述外表面被涂覆有反射率大于50%的涂层。在一些实施例中,围绕所述强度构件可选地布置导体层。
在一些实施例中,一种装置包括强度构件,所述强度构件包括:
由复合材料形成的芯体和围绕所述芯体布置的封装层。围绕所述强度构件布置导体层。在所述导体层上布置涂层。所述涂层被配制为具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高5%的抗侵蚀性。
在一些实施例中,一种组合件包括导体,所述导体包括:强度构件和导体层,所述强度构件包括由复合材料形成的芯体和和围绕所述芯体布置的封装层;围绕所述强度构件布置所述导体层。耦合器被耦合到所述导体的轴向端部。在所述耦合器的外表面上布置涂层,所述涂层被配制为在60℃~250℃范围内的工作温度下,在小于2.5微米的波长下具有小于0.5的太阳能吸收率和/或在2.5微米~15微米范围内的波长下具有大于0.5的辐射发射率。
应当意识到的是,上述构思和下面更详细讨论的附加构思的所有组合(只要此类构思不相互矛盾)都被视为本文中公开的发明主题的一部分。特别地,在本公开的最后出现的要求保护的主题的所有组合都被视为本文中公开的发明主题的一部分。
附图说明
结合附图,根据以下描述和所附权利要求书,本公开的上述和其他特征将变得更加明显。要理解的是,这些附图仅描绘了根据本公开的几种实现,于是不应被视为对其范围的限制,将通过使用附图额外具体和详细地描述本公开。
图1是按照实施例的电网输电中使用的导体的示意图,该导体包括布置在导体的导体层上的外涂层,该外涂层具有低太阳能吸收率和高辐射发射率,并且还可以具有高抗侵蚀性、高耐腐蚀性,并且该导体可以可选地包括涂覆在导体的强度构件上的具有高反射率的内涂层。
图2是按照实施例的包括外涂层的导体的侧剖视图。
图3是按照实施例的包括外涂层和内涂层的导体的侧剖视图。
图4是按照实施例的用于涂覆在导体上的具有低太阳能吸收率和高辐射发射率的涂层的示意图。导体上的这种涂层也可以可选地具有高抗侵蚀性。
图5是按照实施例的用于涂覆在导体上的具有低太阳能吸收率和高辐射发射率的多层涂层的示意图,该多层涂层可以可选地包括具有高抗侵蚀性的附加层。
图6A是按照实施例的压接到导体的强度构件的轴向端部并涂覆有涂层的耦合器的侧剖视图,该涂层具有低太阳能吸收率和高辐射发射率,并且可选地具有高抗侵蚀性、高耐腐蚀性。
图6B是按照实施例的压接到两个导体的强度构件的轴向端部以将这两个导体拼接在一起并涂覆有涂层的耦合器的侧剖视图,该涂层具有低太阳能吸收率和高辐射发射率,并且可选地具有高抗侵蚀性。
图7是按照实施例的方法的示意流程图,该方法用于制备包括强度构件和导体层的导体,并通过在导体上布置具有低太阳能吸收率、高辐射发射率和可选地具有高抗侵蚀性的涂层来降低导体的太阳能吸收率并提高导体的辐射发射率。
以下具体实施方式自始至终参考了附图。附图中,除非上下文另有指示,否则类似的符号通常标识类似的组件。在具体实施方式、附图和权利要求书中描述的例证性实现并不意味着是限制性的。在不脱离这里呈现的主题的精神或范围的情况下,可以利用其他实现,并且可以进行其他更改。易于理解的是,如本文中一般所述和附图中图解所示的本公开的各个方面可以以各种不同的配置来排列、替换、组合和设计,所有这些配置都被明确地设想并成为本公开的一部分。
具体实施方式
本文中描述的实施例一般涉及使用涂层导体或导体表面改性的输配电系统和方法,特别涉及包括强度构件和导体层的电导体,该强度构件包括复合芯体和围绕复合芯体布置的封装层,该导体层可以包括围绕强度构件布置(例如,缠绕或绞合)的多股导电材料。围绕至少导体层布置具有低太阳能吸收率和高辐射发射率的涂层,以减少导体的太阳能吸收并提高导体的辐射发射率,从而相对于非涂层导体,降低导体在传输特定电流时的工作温度和/或提高导体在特定工作温度下的载流量。降低的工作温度也降低导体电阻以及电网中的相关线路损耗。
另外,涂层还可以具有高抗侵蚀性,以防止导体层的意外切割,例如被风筝线剪切。此外,封装层可以另外或可替选地被配置为具有高反射率,和/或导体层的外表面可被配置为具有低反射率。本文中描述的实施例适用于如下导体:该导体具有包括复合材料但没有封装的强度构件,或者具有不包括复合材料的强度构件,例如,导体中包括钢绞线、或者铝或铝合金绞线的强度构件。本文中描述的实施例也适用于比如69kV以下的工作电压之类的低电压下的配电。本文中描述的涂层可被配置为包括本文中描述的性质和/或功能的任何组合,包括但不限于导体的降低的太阳能吸收率、提高的辐射发射率和/或改善的抗侵蚀性或耐腐蚀性。本文中描述的任何强度构件都可以是金属或纤维增强的无机或金属基复合材料,并且可以是绝缘的或导电的。
随着电力需求的增长,对更高容量输配电线路的需求也在增加。电导体输送的电量取决于传输电流的导体的载流量。然而,此类导体的载流量受到导体的工作温度的限制。过高的温度会损坏导体或电网系统的其他组件。导体的固有电阻导致导体产生热量,进一步提高导体的工作温度。此外,由于导体通常由金属材料形成,因此用于电网输配电的导体是太阳辐射的良好吸收体。例如,入射到架空导线上的太阳辐射可达到1000W/ft2甚至更高。太阳辐射的吸收也提高此类导体的工作温度,从而进一步提高导体的工作温度,降低电导体的载流能力。
导体吸收的太阳辐射量取决于导体表面的吸收率(“太阳能吸收率”)系数,低吸收率指示导体只吸收少量的太阳辐射。此外,导体可以通过传导、对流或辐射(例如,以光子的形式发射热量)来散热。导体辐射到环境中的热量取决于导体表面的发射率(“辐射发射率”)系数,高辐射发射率指示导体相对于低辐射发射率的导体发射更高的热量。
另外,许多导体由诸如铝之类的软质材料制成,这些软质材料容易受到侵蚀和切割。例如,在巴西、印度和巴基斯坦等国家,放风筝是一种常见的娱乐活动。虽然风筝线通常由织物制成,但许多放风筝的人使用充满玻屑或金属锉的线,或者使用金属线来放风筝。这样的线可以切穿有时围绕导体绞线布置的绝缘套,如果这样的线包括导电材料,则可能导致放风筝的人触电。此外,这样的线还可以切穿导体层,从而切断导体,这会导致带电电线掉落,也会造成触电危险,并导致电力传输中断。仅在巴西,在过去七年中就报告了30起与风筝切割相关的事故,包括2020年的5人死亡。印度和巴基斯坦也报告了类似事件。
一些导体具有闪亮的外导体层,这使得它们具有高反射率。这是不期望的,因为从此类电导体反射的光会分散在此类导体所在附近的道路上行驶的驾驶员的注意力,或导致他们的视力受损。这可能是严重的安全隐患,并且可能导致事故。
本文中描述的导体的实施例包括强度构件和围绕强度构件布置的导体层,以及包括围绕导体层布置的低太阳能吸收率和高辐射发射率涂层,该涂层可以另外或可替选地还具有足够的硬度,从而具有实质性的抗侵蚀性或抗切割性,并且可选地,还包括围绕强度构件的高反射表面处理,这些实施例可以提供一个或多个好处,包括,例如:1)减少太阳能吸收并增加从包括在导体中的导体层的辐射发射,从而使得导体能够在更低的温度下工作,或者在相同的工作温度下传导更大的电流量(即,具有更大的载流量);2)通过在强度构件上另外提供低吸收率或高反射率的表面处理来减少强度构件的热吸收,从而降低强度构件在暴露于高于温度阈值的温度的情况下的易于退化的温度;3)保护导体的表面不被划伤,从而减少电晕效应,提供耐紫外线性,并提高耐用性;4)抑制风筝线或其他环境因素对导体的切割和/或侵蚀,从而提高安全性并降低传输损耗;5)保护强度构件的复合芯体免受可能损坏复合芯体的水分和/或溶剂的影响;6)增强导体的复合芯体的封装层的反射率,从而减少向复合芯体的热传递,使得导体能够在更高的温度下工作;7)降低导体的外导体层的反射率,从而通过减少来自此类导体的可能影响驾驶员的能见度的反射来提高道路安全;以及8)在不影响导体的功能性、可靠性和/或性能的情况下改善导体的性能。
图1是按照实施例的导体100的示意图。导体100包括强度构件110、围绕强度构件110布置的导体层120和围绕导体层120布置的外涂层130。
强度构件110包括芯体112和围绕芯体112布置(例如,围绕芯体112周向布置)的封装层114。芯体112可以由复合材料形成。在一些实施例中,复合材料可以包括非金属纤维增强金属基复合材料,热塑性或热固性基体甚至金属基体的碳纤维增强复合材料,或用诸如石英、AR玻璃、E玻璃、S玻璃、H玻璃、碳化硅、氮化硅、氧化铝、玄武岩纤维、特殊配方的二氧化硅纤维之类的其他类型的纤维增强的复合材料,任何其他合适的复合材料或它们的任何组合。在一些实施例中,复合材料包括热塑性或热固性树脂的碳纤维增强复合材料。复合强度构件中的增强物可以是不连续的,诸如晶须或短切纤维;或基本对齐的构造(例如,平行于轴向方向)或随机分散(包括螺旋缠绕或交织构造)的连续纤维。在一些实施例中,复合材料可以包括由碳纤维、玻璃纤维、石英、诸如氧化铝纤维之类的陶瓷纤维或其他增强材料增强的连续或不连续的聚合物基复合材料,并且还可以包括填料或添加剂(例如,纳米添加剂)。在一些实施例中,芯体112可以包括碳复合材料,该碳复合材料包括用酸酐固化剂固化的环氧树脂的聚合物基体。
芯体112可以具有任何合适的横截面宽度(例如,直径)。在一些实施例中,芯体112具有在约2mm(含)~约15mm(含)范围内(例如,2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15mm(含))的直径。在一些实施例中,芯体112可以具有在约5mm(含)~约10mm(含)范围内的直径。在一些实施例中,芯体112可以具有在约10mm(含)~约15mm(含)范围内的直径。在一些实施例中,芯体112可以具有约在7mm(含)~约12mm(含)范围内的直径。在一些实施例中,芯体112可以具有约9mm的直径。在一些实施例中,芯体112可以具有至少约70℃(例如,至少75℃、至少80℃、至少90℃、至少100℃、至少120℃、至少140℃、至少150℃、至少160℃、至少180℃、至少200℃、至少220℃、至少240℃或至少250℃(含))的玻璃化转变温度(例如,对于热固性复合材料)或熔点。芯体112的玻璃化转变温度或熔点可以对应于导体100的阈值工作温度,这可以限制导体100的载流量。换句话说,可以通过导体100输送的最大电流量是在导体100的工作温度或者至少芯体112的温度低于复合芯体112的玻璃化转变温度或熔点下的电流。
在一些实施例中,芯体112限定圆形横截面。在一些实施例中,芯体112可以限定卵形、椭圆形、多边形或不对称的横截面。在一些实施例中,强度构件110可以包括单个芯体112。在其他实施例中,强度构件110可以包括多个芯体,例如2个、3个、4个甚至更多,同时围绕多个芯体或围绕每个单独的芯体布置封装层114。在这样的实施例中,多个芯体中的每个芯体可以基本上彼此相似,或者多个芯体中的至少一个芯体可以与其他芯体不同(例如,具有不同的尺寸、不同的形状、由不同的材料形成、具有嵌入其中的组件等)。
在一些实施例中,芯体112是实心的,即,其中除了在芯体112的制造过程中可能形成的微量自然出现的空隙或孔隙以外,不包括任何孔洞或空隙。在一些实施例中,芯体112可以是中空的,例如,限定在其中或穿过其中的(例如,沿着强度构件110的纵轴轴向延伸的和/或围绕强度构件110的纵轴限定的)一个或多个有意形成的通道或空隙。感测或传输组件可以嵌入在芯体112中限定的空隙或通道内。例如,在一些实施例中,诸如应变计、加速度计或光纤传感器之类的传感器可以布置在芯体112内或贯穿芯体112。传感器可被配置为感测导体100的各种工作参数,例如机械应变、弧垂(即,导体100的支撑点与导体100的最低点之间的垂直差)、工作温度、电压或通过导体100的电流、任何其他合适的工作参数或它们的组合。在一些实施例中,贯穿芯体112延伸的光纤可以包括通信光纤。在这样的实施例中,光纤可以通过其传送光信号(例如,传输传感器数据、因特网或媒体信号等)。
封装层114围绕芯体112布置,例如,围绕芯体112周向布置。在一些实施例中,可以可选地在芯体112和封装层114之间插入内绝缘层(未示出)。内绝缘层可以由任何合适的绝缘材料形成,例如,由玻璃纤维(基本上平行于轴向方向布置或者交织或编结的玻璃)、树脂层、绝缘涂层、任何其他合适的绝缘材料或它们的组合形成。在一些实施例中,还可以在芯体112的轴向端部上布置内绝缘层,例如,以保护芯体112的轴向端部免受腐蚀性化学物质、环境破坏等。
封装层114可以由任何合适的导电或非导电材料形成。在一些实施例中,封装层114可以由导电材料形成,该导电材料包括但不限于铝(例如,1350-H19)、退火铝(例如,1350-0)、铝合金(例如,Al-Zr合金、诸如6201-TSl、-T82、-T83之类的6000系列铝合金、7000系列铝合金、8000系列铝合金等)、铜、铜合金(例如,铜镁合金、铜锡合金、铜微合金等)、任何其他合适的导电材料,或它们的任何组合。在一些实施例中,封装层114由Al形成,并且可选地被预张紧,即,在布置在芯体112上之后处于张应力下。
可以使用任何合适的工艺将封装层114布置在芯体112上。在一些实施例中,用于围绕芯体112布置封装层114的封装工艺114使用适形机器。例如,封装工艺可以利用除适形机器以外的类似功能的机器来进行,并且可以可选地进一步拉伸以实现封装层114的目标特性(例如,期望的几何形状或应力状态)。用于布置封装层114的适形机器或类似机器可以允许封装层114的淬火。适形机器可以与用于制造纤维增强复合材料强度构件的拉挤机器或者绞合机器集成。虽然图1示出了围绕芯体112布置的单个封装层114,但是在一些实施例中,可以围绕芯体112布置多个封装层114。在此类实施例中,多个封装层114中的每一个可以基本上彼此相似,或者可以彼此不同(例如,由不同的材料形成,具有不同的厚度,具有不同的抗拉强度等)。在一些实施例中,芯体112可以包括碳纤维增强复合材料,并且封装层114可以包括铝,例如预张紧或预压缩的铝。
在一些实施例中,芯体112和封装层114之间的界面可以可选地包括表面特征,例如凹槽、狭槽、切口、凹痕、棘爪等,以增强芯体112的径向外表面和封装层114的径向内表面之间的粘附、结合和/或界面锁定。此类表面特征可以便利封装层114中源于预张紧的应力的保持和保存。在一些实施例中,复合芯体112可以具有围绕其外表面布置的玻璃纤维丝束,以形成螺旋形状或扭曲表面。在一些实施例中,在芯体112的外层中施加编结或交织纤维层,以促进芯体112和封装层114之间的互锁或结合。
在一些实施例中,封装层114可以具有在约0.3mm(含)~约5mm(含)范围内甚至更高(例如,0.3、0.5、1、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0mm(含),甚至更高)的厚度。在一些实施例中,封装层114的外径与芯体112的外径的比率为在约1.2:1(含)~约5:1(含)范围内(例如,1.2:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1或5:1(含))。
在一些实施例中,强度构件可以具有最低水平的抗拉强度,例如至少600MPa(例如,至少600、至少700、至少800、至少1000、至少1200、至少1400、至少1600、至少1800或至少2000MPa)。在一些实施例中,取决于强度构件的类型和拐点降低的程度,强度构件110在预张紧期间的伸长率可以包括至少0.01%应变(例如,至少0.01%、至少0.05%、至少0.1%、至少0.15%、至少0.2%、至少0.25%、至少0.3%、至少0.35%、至少0.4%、至少0.45%或至少0.5%应变(含))的伸长率,并且强度构件110可以在进入适形机器之前或之后被预张紧。此外,强度构件110可被配置为例如为塑性变形很小到基本上没有塑性变形的复合芯体112承受来自常规配件的压接的径向压缩,以及下拉工艺或折叠成型的适形期间的至少3kN(例如,至少3、至少4、至少5、至少10、至少15、至少20或至少25kN(含))的径向压力。
在一些实施例中,封装层114可以具有被配置为光滑且闪亮的(例如,表面处理的)外表面,以便降低吸收率(即,增强反射率),从而降低芯体112的工作温度。具体地,封装层114的光滑外表面可被配置为反射由导体层120(例如,形成导体层120的导电绞线)产生的热量,该热量归因于导体层120由于电流通过其中而导致的电阻加热。由于AC电路中电子靠近外表面流动而引起的趋肤效应,电阻加热在形成导体层或靠近导体层120的外表面(例如,靠近形成导体层120的每个导电绞线的外表面)的外层上可能特别突出。
通过抑制朝向芯体的热传递,闪亮的封装层可以防止芯体112的温度超过其玻璃化转变温度或熔点。如本文中进一步详细所述,外涂层130可被配制为在热辐射的2.5微米(含)~15微米(含)的波长内具有高辐射发射率。虽然这可能导致导体层120的冷却,但是辐射的热量也会朝着强度构件110传播,并导致芯体112的加热,例如,导致芯体112处于比导体层120更高的工作温度,这是不期望的。为了减少对这种发射辐射的吸收,封装层114的外表面可以是充分反射的,以便在导体100的在90℃(含)~250℃(含)范围内(例如,90、100、120、140、160、180、200、220、240或250℃(含))的工作温度下,在2.5微米(含)~15微米(含)范围内(例如,2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、11、12、13、14或15微米(含))的波长下具有小于0.6(例如,小于0.55、小于0.5、小于0.45、小于0.4、小于0.35、小于0.3、小于0.25、小于0.2、小于0.15或小于0.1(含))的吸收率。
在一些实施例中,封装层114的外表面为至少下列之一:经过处理、涂覆有涂层(例如,内涂层116)或以其他方式配置,以便具有在与大于约90℃的工作温度对应的热辐射波长下大于约50%(例如,大于50%、大于60%、大于65%、大于70%、大于75%、大于80%、大于85%、大于90%或大于95%(含))的反射率。在一些实施例中,外表面具有大于约55%的反射率。在一些实施例中,外表面具有大于约60%的反射率。在一些实施例中,外表面具有大于约65%的反射率。在一些实施例中,外表面具有大于约70%的反射率。在一些实施例中,外表面具有大于约75%的反射率。在一些实施例中,外表面具有大于约80%的反射率。在一些实施例中,外表面具有大于约85%的反射率。在一些实施例中,外表面具有大于约90%的反射率。在一些实施例中,外表面具有大于约95%的反射率。
在一些实施例中,封装层114的外表面可以被表面处理(例如,等离子体处理、纹理化等)以具有如上所述的吸收率或反射率。在一些实施例中,强度构件110(即,封装层114的外表面)可以可选地涂覆有内涂层116,以降低太阳能吸收率。例如,内涂层116可以被布置在封装层114和导体层120之间。在一些实施例中,内涂层116可被配制为在导体100的在90℃(含)~250℃(含)范围内(例如,90、100、120、140、160、180、200、220、240或250℃(含))的工作温度下,在2.5微米(含)~15微米(含)范围内(例如,2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、11.0、12.0、13.0、14.0或15.0微米(含))的波长下具有小于0.6(例如,小于0.6、小于0.55、小于0.5、小于0.45、小于0.4、小于0.35、小于0.3、小于0.25、小于0.2、小于015或小于0.1(含))的吸收率。内涂层116可被配置为反射波长等于或大于2.5微米的大量辐射(例如,从导体层120辐射到封装层114的热量)(例如,入射到封装层114的波长等于或大于2.5微米的辐射的至少50%)。在一些实施例中,内涂层116的厚度可以为在1微米(含)~500微米(含)范围内(例如,1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、350、400、450或500微米(含))。在一些实施例中,内涂层116可以具有在与大于约90℃的工作温度对应的热辐射波长下大于约50%(例如,大于50%、大于60%、大于65%、大于70%、大于75%、大于80%、大于85%、大于90%或大于95%(含))的反射率。在一些实施例中,内涂层116可以具有大于约55%的反射率。在一些实施例中,内涂层116可以具有大于约60%的反射率。在一些实施例中,内涂层116可以具有大于约65%的反射率。在一些实施例中,内涂层116可以具有大于约70%的反射率。在一些实施例中,内涂层116可以具有大于约75%的反射率。在一些实施例中,内涂层116可以具有大于约80%的反射率。在一些实施例中,内涂层116可以具有大于约85%的反射率。在一些实施例中,内涂层116可以具有大于约90%的反射率。在一些实施例中,内涂层116可以具有大于约95%的反射率。
在一些实施例中,内涂层116可以包括纳米孔隙,例如,尺寸等于或小于700nm(例如,在10nm(含)~700nm(含)范围内)的空隙或孔洞,以使内涂层116具有小于0.5的吸收率,如本文中所述。内涂层116可以由任何合适的材料形成,并且可以包括任何合适的添加剂,以使内涂层116具有小于0.5微米的吸收率,如本文中所述。在一些实施例中,内涂层116可以包括粘合剂和反射剂。在一些实施例中,内涂层116还可以包括填料、稳定剂、着色剂、表面活性剂和反射剂,该反射剂被配置为增强在2.5微米(含)~15微米(含)范围内的反射。在一些实施例中,内涂层116可以包括无机材料,并且可以基本上不含有机材料(例如,具有小于10%的有机材料)。
在一些实施例中,内涂层116中的粘合剂的浓度可以为在20%(含)~60%(含)范围内(例如,20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%或60%,包括其间的所有范围和值)。在一些实施例中,内涂层116中的粘合剂的浓度可以为至少20%。在一些实施例中,内涂层116中的粘合剂的浓度可以为最多60%。
在一些实施例中,粘合剂可以包括官能团,比如羟基、环氧基、胺、酸、氰酸酯、硅酸盐、硅酸脂、醚、碳酸盐、马来酸等。无机粘合剂可以包括但不限于诸如硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂和硅酸镁铝之类的金属硅酸盐、胶溶一水合氧化铝、胶体二氧化硅、胶体氧化铝、磷酸铝及它们的组合。在一些实施例中,内涂层116可以包括一种或多种反射添加剂,包括但不限于钴、铝、铋、镧、锂、镁、钕、铌、钒、铁、铬、锌、钛、锰和镍基金属氧化物和陶瓷。在一些实施例中,反射添加剂可以单独使用或者与着色剂混合使用,浓度在约0.1%(含)~约5%(含)范围内(按内涂层的干成分的总重量计)。
在一些实施例中,内涂层116中可以包含一种或多种稳定剂,例如,浓度在约0.1%(含)~约2%(含)范围内(按干成分的总重量计)。稳定剂的例子包括但不限于分散稳定剂,诸如膨润土。可以在内涂层116中使用一种或多种着色剂,例如,浓度在约0.02%(含)~0.2%(含)范围内(按干成分的总重量计)。着色剂可以是有机或无机颜料,包括但不限于二氧化钛、金红石、钛、锐钛矿(anatine)、板钛矿、镉黄、镉红、镉绿、橙色钴、钴蓝色、青蓝色、金黄色、钴黄、铜颜料、蓝铜矿、汉紫、汉蓝、埃及蓝、孔雀石、巴黎绿、酞菁蓝BN、酞菁绿G、铜绿、铬绿、氧化铁颜料、血红、木乃伊棕、氧化红、红赭、威尼斯红、普鲁士蓝、粘土颜料、黄赭、生赭、烧赭、生褐色、熟褐色、海洋颜料(群青色、群青绿色)、锌颜料(锌白、铁酸锌)及它们的组合。在一些实施例中,在内涂层116中还可以使用一种或多种表面活性剂,例如,浓度在约0.05%(含)~约0.5%(含)范围内(按干成分的总重量计)。合适的表面活性剂包括但不限于阳离子、阴离子或非离子表面活性剂以及脂肪酸盐。
在一些实施例中,内涂层116可以包括聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)、共聚物或它们的任何合适的组合,这些材料可以被配制为涂料,并且可以包括添加剂以提高太阳反射率,即,降低2.5微米(含)~15微米(含)范围内的吸收率。在一些实施例中,内涂层116可以包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP),其纳米孔隙率在50%或更高的范围内,导致内涂层116在60℃(含)~250℃(含)范围内的工作温度下,在2.5微米(含)~15微米(含)范围内的波长下具有小于0.5的吸收率,如本文中前面所述。在一些实施例中,内涂层116可以包括具有介孔结构的纳米纤维素纤维。在一些实施例中,内涂层116可以包括氧化铝、SiO2和多孔PTFE。
在一些实施例中,内涂层116可以包括颗粒,例如,具有被配置为降低吸收率的宽带隙的核壳颗粒。此类颗粒可以包括比如Al2O3、BaSO4之类的无机材料的颗粒。虽然可以使用TiO2,但是它可能具有更高的吸收率,导致降低了其效用。在一些实施例中,内涂层116可以包括PVDF-HFP,该PVDF-HFP可以在例如球磨操作中溶解在少量溶剂(例如,丙酮)中,然后溶解在水中,使得内涂层116具有在约10nm(含)~约700nm(含)范围内(例如10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650或700nm(含))的纳米孔隙。在一些实施例中,此类内涂层116的厚度可以在50微米(含)~300微米(含)内(例如,50、100、150、200、250或300微米(含))。在一些实施例中,内涂层116可以包括一层或多层硅、ZnO、HfO2、TiO2、MgF2、Si3N4、Ta2O5和/或ZnO2。在一些实施例中,内涂层116可以包括银。
在一些实施例中,可以将涂料的底涂层、清漆或粘合剂施加到封装层114的外表面,以便利内涂层116粘附到封装层114。可以使用任何合适的方法,例如刷涂、浸渍、喷涂、蒸发、沉积后固化或交联、或收缩包装,以涂料或浆料的形式施加内涂层116。在一些实施例中,可以例如通过溶剂或使用机械手段(例如,喷砂)来清洁封装层114的外表面,以便利内涂层116粘附到封装层114的外表面。在一些实施例中,还可以可选地在导体层120的内表面(例如,靠近封装层114的外表面布置的包括在导体层120中的导电绞线的一部分的内表面)上布置内涂层116。在一些实施例中,内涂层116可以是基本上耐用的、坚韧的和/或耐刮擦的,以便保护封装层114的外表面免受损坏,例如,在围绕强度构件110安装导体层120期间。
如前所述,强度构件110可以包括颜色可以为黑色的复合芯体112(例如,包括碳复合材料)。于是,芯体112可以充当吸收辐射的黑体,导致芯体112相对于导体层120另外或者封装层114具有更高的温度。这可以进一步将导体100的工作温度的上限降低高达10℃,从而限制导体100的载流量。相反,具有高反射性外表面的封装层110和/或具有低吸收率的内涂层116将导体层120发出的相当大的一部分热量反射回环境中。这可以便利降低芯体112的工作温度,从而保护芯体112,并且使得导体100能够在相对于芯体112更高的温度下工作,以便抑制芯体112的温度超过阈值温度(例如,其玻璃化转变温度或熔点)。
在一些实施例中,内涂层116可以包括使用比如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、微弧氧化(MAO)、等离子弧氧化(PAO)或任何其他合适的涂覆技术之类的任何合适的沉积方法沉积的多层涂层。以这种方式,在封装层114上沉积高效反射涂层,该涂层在约2微米(含)~约15微米(含)的波长下具有高反射性,并且抑制封装层114从导体层120的外部绞线吸热。在一些实施例中,多层构造可以包括具有不同折射率并具有定制厚度的层,以便在约90℃~约250℃的温度范围内为辐射波长提供近乎完美的反射涂层。在一些实施例中,可以将相同的内涂层插入到封装层114和芯体112之间,例如,以实现将芯体112保持在较低工作温度的相同目的。此外,内涂层116可以使封装层114具有低热导率,以抑制向芯体112的传导性热传递。
导体层120围绕强度构件110被布置,并被配置为在60℃(含)~250℃(含)范围内的工作温度下通过其传输电信号。在一些实施例中,导体层120可以包括围绕强度构件110布置的多股导电材料。例如,导体层120可以包括沿第一缠绕方向围绕强度构件110布置(例如,沿第一旋转方向螺旋缠绕强度构件110)的第一组导电绞线,沿第二缠绕方向围绕第一组绞线布置(例如,沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向螺旋缠绕第一组导电绞线)的第二组导电绞线,并且还可以包括沿第一缠绕方向缠绕第二组绞线的第三组绞线,并且根据需要可以进一步包括任何数量的附加绞线。
在一些实施例中,导体层120(例如,多股导电材料)例如可以包括铝、铝合金、铜或包括微合金作为导电介质的铜合金等。在一些实施例中,导体层120可以包括导电绞线,该导电绞线包括Z、C或S线,以将外绞线保持就位。导体层120可以具有任何合适的横截面形状,例如圆形、三角形、梯形等。在一些实施例中,导体层120可以包括可以是圆形或梯形的绞合铝层。在一些实施例中,导体层120可以包括Z形铝绞线。在一些实施例中,导体层120可以包括S形铝绞线。在一些实施例中,导体100可以包括在2015年9月23日提交的题为“Energy Efficient Conductors with Reduced Thermal Knee Points and the Methodof Manufacture Thereof”的美国专利No.9,633,766中描述的任何导体层,该专利的全部公开内容通过引用并入本文中。
在一些实施例中,可以可选地使强度构件110张紧,同时可以施加围绕强度构件110布置的铝或铜或它们各自的合金的导体层120,以使导体100形成可卷绕在导体卷轴上的粘性导电混合棒。在一些实施例中,为了便于导体卷绕到卷轴上并且便于导体轻松回弹,导体100可以可选地被配置为非圆形(例如,椭圆形),以致使(导体100中的)短轴受到围绕卷轴(或导体安装期间的槽轮)的弯曲,以便利较小的弯曲或卷轴半径,而强度构件110可被配置为具有长轴,以便利安装时的回弹。整个导体100可以是圆形的,具有非圆形的强度构件110或被布置为非圆形的多个强度构件110,并且卷绕弯曲方向可以沿着强度构件110的长轴,以便利回弹,同时不会因卷绕弯曲而使导体层120过度受到额外的压缩力。
为了进一步便利将导体层120卷绕在强度构件110上,在一些实施例中,导体层120可以包括多个部分,例如导电材料的绞线或多组绞线或导线(例如,2、3、4等),并且每个部分在保持压应力的同时被结合到强度构件110,并且这些部分沿着导体100的长度旋转一整圈或更多圈(等于卷轴中的一个完整的卷绕),以便利容易地卷绕。因此,导体100可以被配置为具有可忽略的趋肤效应(即,导电层厚度小于交流电路频率下所需的趋肤深度),同时强度构件110可以处于足够的残余张应力下,并且导体层120(例如,导电材料的每个绞线)大多没有张力或处于压应力下。在一些实施例中,导电材料的绞线可以由适形机器形成,例如,通过从模具中挤出热可变形(例如,半固态)导电材料(例如,铝)。绞线可以模制成圆形、梯形或任何其他期望的形状。在一些实施例中,挤出模具或压模可以具有在其中限定的绞合扭绞系数,使得在导电绞线的绞合操作期间,可不需要整形(例如,去除导电绞线的尖角或边缘以避免电晕,如常规的绞合操作中所进行的那样)。在一些实施例中,导电介质可以以一定角度从模具或压模中挤出,以便形成以一定角度缠绕强度构件110的导电绞线,如本文中所述。
在一些实施例中,对于趋肤效应突出的AC应用,导体层120可以包括围绕强度构件110同心布置的多层导电绞线,其中每层都具有有限的厚度,以在最小的导体含量下使趋肤效应最大化,从而达到最低的AC电阻。在一些实施例中,导体层120可以可选地被绞合,以便利导体卷绕合理尺寸的卷轴,并且便利导体架线。在一些实施例中,如果使用更多的铝或铜,则包含在导体层120中的最外面的绞线可以是TW、C、Z、S或圆形绞线,因为这不会引起永久性的局部扭曲问题(即,导体层120的内部绞线可能不会变形,使得它们阻止外部绞线在张力释放或减小之后适当地重新安置)。因而,光滑的外表面和紧凑的构造可以有效地减少导体100上的风载荷和积冰,从而减小由冰或风相关天气事件造成的弧垂。
在一些实施例中,导体100可以被预加应力,例如,通过使适形导体100经受成对张紧器方法或在闭端(dead-ending)之前修剪预定芯体112长度,所有这些都是在不对横担施加高张应力以预张紧电线杆中的常规导体的情况下完成的。例如,在架线操作期间,可以在第一槽轮之前使用多组大齿轮对导体100进行预张紧处理,而不会对电塔施加额外的负载。例如,这可以通过两组张紧器来实现,第一组保持对导体卷筒/卷轴的正常反张力,而第二组恢复正常的架线张力,以避免对电线杆或电塔(例如,重建项目中的旧塔)的过度负载。导体100可以在第一和第二张紧器之间经受预张紧应力,例如,约为平均导体每日拉伸载荷的2x,以确保预张紧将其拐点驱动到正常工作温度以下,使导体层120不处于张紧状态,以达到最佳自阻尼,并且导体100基本上不随温度而改变其弧垂。在一些实施例中,导体层120(例如,包括在导体层120中的每股导电材料)可以包括具有至少50% ICAS、至少55%ICAS、至少60% ICAS或至少65% ICAS的电导率的铝,或者可以包括具有至少65% ICAS、至少75% ICAS甚至至少95% ICAS的电导率的铜。
导体100可以将预张紧与强度构件110结合,强度构件110可以包括由具有足够抗压强度和厚度的导电材料形成的封装层114,以基本上保持强度构件110中的预张紧应力,同时使围绕强度构件110布置的导体层120在导体现场安装之后基本上没有张力或处于压缩状态,并保持强度构件100的低热膨胀特性。导体100可以具有固有较低的热拐点。与其中导体、配件、安装和维修非常昂贵的需要复杂安装工具和工艺的间隙型导体不同,导体100可以易于安装和维修,同时由于拐点移位而维持低弧垂、高容量和能源效率。
在一些实施例中,可以在强度构件110和导体层120之间提供冶金结合。在一些实施例中,可以将粘合剂(例如,Lord公司的Chemlok250)施加到导体100的强度构件110的表面,以进一步促进强度构件110和布置在其上的导体层120之间的粘附。另外,可以并入强度构件110上的表面特征来促进导体层120和强度构件110(例如,绞合强度构件110,诸如常规导体中采用C7或钢丝的多股复合芯体;具有突出或耗损表面特征的拉挤复合芯体;以及强度构件上的有意制造的粗糙表面,诸如CTC Global的ACCC芯体,其中围绕强度构件110布置单股或多股玻璃或玄武岩或类似的其他类型的绝缘材料,而不仅仅是纵向平行构造所描述的专利)之间的互锁。在一些实施例中,导体层120可以包括铝、铝合金、铜和铜合金、铅、锡、氧化铟锡、银、金、具有导电颗粒的非金属材料、任何其他导电材料、导电合金或导电复合材料,或者它们的组合。
应当理解,导体层120可以处于无实质性张紧的状态,而强度构件110可以被预拉伸/张紧。在强度构件110中的预张紧被释放之后,导体层120可以受到压缩,这可以使强度构件110的回缩最小化。由复合材料制成的强度构件110可以具有大于80ksi的强度,从5msi到40msi的模量,以及约1x10-6/℃(含)~约8x10-6/℃(含)的CTE。
导体100中的预张紧水平可能取决于导体尺寸、导体构造、导体应用环境和期望的目标热拐点。如果目的是使导体热拐点处于或接近架线温度(例如,环境温度),则强度构件110上所期望的张力可能仅约为相同的架线弧垂张力(例如,额定导体强度的约10%(含)~约20%(含)),外加额外的架线弧垂张力水平的约5%(含)~约50%(含)(例如,约10%(含)~约30%(含)),以保持导体层120中所包含的所有铝(或铜,在铜导体的情况下)在架线后无张力,这与其中通常使用约为导体抗拉强度的40%的负载的电塔中的导体预张紧相比要低得多。如果期望较低的热拐点,则可以使用较高的预张紧应力。同样重要的是,要注意,强度构件110的复合芯体112可以包括坚固、重量轻且具有低热弧垂的碳纤维。使用纤维增强复合材料的封装强度构件110在弹性强度构件110便利封装强度构件110从卷绕构造回弹以进行现场安装的情况下是特别有利的。在一些实施例中,强度构件110可以被预应变至少0.05%(例如,至少0.05%、至少0.1%、至少0.15%、至少0.2%、至少0.25或至少0.3%(含))。
在一些实施例中,例如,对于AC输电应用,导体层120可以包括在适形过程期间围绕强度构件110布置的同心的多层(例如,多股)导电介质。趋肤深度可以基于输电频率进行调整。在一些实施例中,对于纯铜,趋肤深度可以在60Hz下为在约6mm(含)~约12mm(含)范围内(例如,6、7、8、9、10、11或12mm(含)),或者在25Hz下为在约12mm(含)~约20mm(含)范围内(例如,12、13、14或15mm(含))。对于纯铝,趋肤深度可以在25Hz下为在约9mm(含)~约14mm(含)范围内(例如,9、10、11、12、13或14mm(含)),在60Hz下为在约14mm(含)~约20mm(含)范围内(例如,14、15、16、17、18、19或20mm(含))。包含在导体层120中的每股导电介质的厚度例如可以小于最大允许深度,以实现低A/C电阻。在一些实施例中,包含在导体层120中的每个导电绞线可以包含厚度高达12mm(例如,高达12、高达11、高达10、高达9或高达8mm(含))的铜。在一些实施例中,包含在导体层120中的每个导电绞线可以包含厚度高达16mm(例如,高达16、高达14、高达13、高达12、高达11或高达10mm(含))的铝。在一些实施例中,可以在导电绞线之间插入介电涂层以优化趋肤效应。在一些实施例中,可以在相邻的导电绞线之间提供润滑剂,以便利包含在导体层120中的导电绞线的一些相对运动。
在一些实施例中,可以用强度构件110中的表面特征进一步优化强度构件110和导体层120之间的界面,该表面特征增强强度构件110和导体层120之间的界面锁定和/或结合,以保持和保存源于预张紧的应力。此类特征可以包括但不限于强度构件110的外表面(例如,和内涂层116的封装层114的外表面)上的突出特征以及强度构件110围绕轴向方向的旋转。此外,可以在包含在导体层120的后续导电绞线之间的界面中并入相同的特征。在一些实施例中,强度构件110可以包含围绕其表面布置的玻璃纤维丝束,以形成螺旋形状或扭曲表面。在一些实施例中,在强度构件110的外层中施加编结或交织纤维层,以促进强度构件110和导体层120之间的互锁或结合。钢丝可以成形为具有类似的表面特征。在一些实施例中,可以通过预张紧诸如铝或铜或它们各自的合金之类的导电介质的基体中的增强纤维来预张紧强度构件110。此类增强纤维可以包括陶瓷纤维、非金属纤维、碳纤维、玻璃纤维和/或其他类似类型的纤维。
在一些实施例中,可以可选地围绕导体层120布置绝缘层122(例如,护套)。绝缘层122可以由任何合适的电绝缘材料形成,例如橡胶、塑料或聚合物(例如,聚乙烯、PTFE、高密度聚乙烯、交联高密度聚乙烯等)。绝缘层122可被配置为电隔离或屏蔽导体100。在一些实施例中,可以不包括绝缘层122。
在一些实施例中,导体层120的外表面(例如,最外面的导电绞线的外表面或每个导电绞线的外表面)或绝缘层被用特征来处理和/或包括特征,以使外表面具有小于0.6(例如,小于0.55、小于0.5、小于0.45、小于0.4、小于0.35、小于0.3、小于0.25、小于0.2、小于0.15或小于0.1(含))的太阳能吸收率。在一些实施例中,外表面具有小于0.55的太阳能吸收率。在一些实施例中,外表面具有小于0.5的太阳能吸收率。在一些实施例中,外表面具有小于0.45的太阳能吸收率。在一些实施例中,外表面具有小于0.4的太阳能吸收率。在一些实施例中,外表面具有小于0.35的太阳能吸收率。在一些实施例中,外表面具有小于0.30的太阳能吸收率。在一些实施例中,外表面具有小于0.25的太阳能吸收率。在一些实施例中,外表面具有小于0.20的太阳能吸收率。在一些实施例中,外表面具有小于0.15的太阳能吸收率。在一些实施例中,外表面具有小于0.10的太阳能吸收率。
如本文所述,一些导体通常包括具有导电绞线的导体层,导电绞线具有闪亮的外表面。这种闪亮的外表面可能造成驾驶危险,因为它会将阳光反射到可能在靠近导体的道路上行驶的个人的眼睛中。相反,导体层120的外表面(例如,包含在导体层120中的一个或多个导电绞线的外表面或外表面的至少一部分)可以被处理或以其他方式配置为具有低反射率,以减轻反射危害。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有与大于90℃的工作温度对应的小于50%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有小于45%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有小于40%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有小于35%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有小于30%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有小于25%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有小于20%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有小于15%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有小于10%的反射率。
在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有不超过10%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有不超过15%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有不超过20%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有不超过25%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有不超过30%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有不超过35%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有不超过40%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有不超过45%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有不超过50%的反射率。
在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有在5%(含)~50%(含)范围内的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有在10%(含)~45%(含)范围内的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有在15%(含)~40%(含)范围内的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有在20%(含)~30%(含)范围内的反射率。上述反射率的组合也是可能的(例如,至少约5%且不超过约50%,或至少约10%且不超过约40%),包括端值。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有约50%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有约45%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有约40%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有约35%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有约30%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有约25%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有约20%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有约15%的反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有约10%的反射率。
可以使用任何合适的处理或工艺将导体层120的外表面配置为具有低反射率。在一些实施例中,导体层120的外表面或导体层120的外表面的至少一部分(例如,形成导体层120最外面的导电绞线的外表面)可以被喷砂以降低其反射率。
在一些实施例中,导体层120的外表面或至少一部分可以被刷擦,以在导体层120外表面上产生凹槽、凹痕、缺陷、哑光饰面,以降低外表面的反射率。例如,刷子可以包括具有多个金属刷毛(例如,钢刷毛)或由硬质材料(例如,碳或金刚石)形成的其他刷毛的旋转刷子。当刷子旋转时,可以靠近刷子的刷毛平移导体100,或可替换地,可以沿着导体100的轴向长度平移刷子,使得旋转刷子的刷毛接触导体层120的外表面,并在导体层120的外表面上产生凹槽、凹痕或其他缺陷。在一些实施例中,可以使用两个或更多的旋转刷子。例如,可以在沿相同或相反方向旋转的两个刷子之间平移导体100,以使相对的刷子的刷毛接触导体层120的外表面并产生凹槽或缺陷。相对于通过喷砂来降低反射率,通过刷擦来减少缺陷可产生最小的碎屑,使得可能不需要在刷擦之后对导体100的任何实质性清洁。
如本文中所述,导体层120的载流量,因此导体100的载流量受到导体100的工作温度的限制。期望的是将导体100的工作温度保持在例如阈值温度(例如,芯体112的玻璃化转变温度或熔点)以下,以防止损坏芯体112。为了降低导体100的工作温度,导体100还可以包括布置在导体层120上的外涂层130。如本文中所述,除了导体层120的外表面经过处理或以其他方式配置以降低其反射率之外,或者可替选地,可以在导体层120的外表面上布置外涂层130。外涂层130被配制为在60℃(含)~250℃(含)范围内的工作温度下,在小于2.5微米的波长下具有小于0.6(例如,小于0.6、小于0.55、小于0.5、小于0.45、小于0.40、小于0.35、小于0.30、小于0.25、小于0.20、小于0.15、小于0.1(含),甚至更低)的太阳能吸收率,在2.5微米(含)~15微米(含)范围内的波长下具有大于0.5(例如,大于0.50、大于0.55、大于0.60、大于0.65、大于0.70、大于0.75、大于0.80、大于0.85、大于0.90、大于0.95(含),甚至更高)的辐射发射率。
在一些实施例中,外涂层130被配制为具有小于0.55的太阳能吸收率。在一些实施例中,外涂层130被配制为具有小于0.50的太阳能吸收率。在一些实施例中,外涂层130被配制为具有小于0.45的太阳能吸收率。在一些实施例中,外涂层130被配制为具有小于0.40的太阳能吸收率。在一些实施例中,外涂层130被配制为具有小于0.35的太阳能吸收率。在一些实施例中,外涂层130被配制为具有小于0.30的太阳能吸收率。在一些实施例中,外涂层130被配制为具有小于0.25的太阳能吸收率。在一些实施例中,外涂层130被配制为具有小于0.20的太阳能吸收率。在一些实施例中,外涂层130被配制为具有小于0.15的太阳能吸收率。在一些实施例中,外涂层130被配制为具有小于0.10的太阳能吸收率。在一些实施例中,外涂层130被配制为具有大于0.55的辐射发射率。在一些实施例中,外涂层130被配制为具有大于0.60的辐射发射率。在一些实施例中,外涂层130被配制为具有大于0.65的辐射发射率。在一些实施例中,外涂层130被配制为具有大于0.70的辐射发射率。在一些实施例中,外涂层130被配制为具有大于0.75的辐射发射率。在一些实施例中,外涂层130被配制为具有大于0.80的辐射发射率。在一些实施例中,外涂层130被配制为具有大于0.85的辐射发射率。在一些实施例中,外涂层130被配制为具有大于0.90的辐射发射率。在一些实施例中,外涂层130被配制为具有大于0.95的辐射发射率。例如,涂层130可被配制为在约200℃的工作温度下,在约6微米的波长下具有等于或大于0.75(例如,0.75、0.76、0.77、0.78、0.79、0.80、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.90、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95(含),甚至更高)的辐射发射率,以及在小于2.5微米的波长下具有小于0.3(例如,0.29、0.28、0.27、0.26、0.25、0.24、0.23、0.22、0.21、0.20、0.15、0.10(含),甚至更低)的太阳能吸收率。
外涂层130在小于2.5微米的波长下的低太阳能吸收率使外涂层130反射小于2.5微米的波长的大量太阳辐射(例如,大于50%、大于60%、大于70%、大于80%、大于90%甚至大于95%的入射太阳辐射),从而减少太阳能吸收并抑制导体100的工作温度的升高。此外,外涂层130在2.5微米~15微米范围内的波长下的高辐射发射率使外涂层130以光子的形式发射导体100由于电流在其中的通过而产生的热量。这增加了热量从导体100到环境中的辐射,进一步降低了导体100的工作温度。在一些实施例中,外涂层130可以导致在特定电流下导体100的工作温度的在约5℃(含)~约40℃(含)范围内(例如,5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、30、35或40℃(含))的降低。因此,导体100可以在相同的载流量下在较低的温度下工作。相反,相对于不包括外涂层130的导体,在相同的工作温度下,导体100的载流量可以提高。在一些实施例中,其中耦合器机构例如被压接到导体100的轴向端部,以将导体100耦合到另一个导体,或者用于将导体100耦合到输电电杆或铁塔的闭端配件等,外涂层130也可以涂覆在此类配件、耦合器或张紧硬件上,比如闭端耦合器、拼接耦合器、悬垂线夹或任何其他合适的配件或耦合器,以保持此类配件的温度尽可能低并延长其寿命。
在一些实施例中,外涂层130的独特性质可以是通过在外涂层130中包括微结构和纳米孔隙而造成的。例如,外涂层130可以包括尺寸为在3微米(含)~15微米(含)范围内(例如,3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15微米(含))的微结构,该微结构被配置为使外涂层130具有大于0.5的辐射发射率,如前所述。在一些实施例中,微结构可以包括微孔或空隙,这些微孔或空隙可以固有地存在于外涂层130中,或者在外涂层130的制造操作(例如,球磨操作)期间引入。
在一些实施例中,微结构可以包括无机颗粒。例如,微结构可以包括金属氧化物、金属氮化物、金属氟化物、金属碳化物、金属碳酸盐和/或稀土元素。在一些实施例中,微结构包括CaCO3或其他碳酸盐化合物,诸如BaCO3、MgCO3、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3或任何类似的化合物,例如固体颗粒、中空颗粒和/或核壳颗粒。CaCO3的羧基键具有约6微米的吸收波长,这增强了辐射发射率,从而增强了辐射冷却,特别是在约200℃的工作温度下。离子碳酸盐在7微米处具有强吸收,而共价碳酸盐键在5.5微米~6微米处具有强吸收,并且从7微米(含)~13微米(含)具有许多其他的强吸收峰。在一些实施例中,在3~15微米范围内具有波长吸收活性的其他化合物也可以被视为碳酸盐替代品或者与碳酸盐组合。
在一些实施例中,微结构可以包括二氧化硅(例如,多孔二氧化硅或聚合物基体中随机分布的SiO2球体)。在一些实施例中,微结构可以包括Al2O3(例如,多孔氧化铝)颗粒、BaSO4颗粒或宽带隙颜料。在一些实施例中,微结构可以包括核壳颗粒和/或宽带隙和多尺度颗粒,它们促进入射阳光的反射,同时具有在2.5微米~15微米范围内提供辐射发射率的振动模式。在一些实施例中,核壳颗粒可以通过溶胶-凝胶涂层或诸如中空二氧化硅、中空微珠之类的中空颗粒来实现。在一些实施例中,微结构可以包括氧化镓、氧化铈、氧化锆、六硼化硅、四硼化碳、四硼化硅、碳化硅、二硅化钼、二硅化钨、二硼化锆、氧化锌、亚铬酸铜、氧化镁、二氧化硅、氧化锰、氧化铬、氧化铁、碳化硼、硅化硼、铜铬氧化物、磷酸三钙、二氧化钛、氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化镁、氧化钙、任何其他合适的材料或它们的组合。
外涂层130还包括尺寸为在约30nm(含)~约700nm(含)范围内(例如,30、40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、25、300、350、400、450、500、550、600、650或700nm(含))的纳米孔隙,该纳米孔隙被配置为使外涂层130具有在小于0.5范围内的太阳能吸收率。例如,外涂层130可以包括尺寸为在约50nm(含)~约500nm(含)范围内的空隙或孔洞。
在一些实施例中,外涂层130可以包括含氟聚合物和/或聚氨酯。在一些实施例中,含氟聚合物可以包括PVDF-HFP聚合物和/或PVDF-HFP共聚物。HFP中的乙烯官能团具有C-C键和C-H键,C-C键和C-H键具有对应于约3.5微米、约6.9微米和约13.8微米的几种振动模式。聚偏二氟乙烯具有在大于约7微米的波长下具有多种振动模式的C-C键、C-H键和C-F键,因此是强宽带发射体。因此,PVDF-HFP可以在2.5微米~15微米的范围内表现出高辐射发射率(例如,等于或大于0.9)。
在一些实施例中,为了形成PVDF-HFP外涂层130,可以将PVDF-HFS溶解在少量丙酮(VOC)中,然后用水稀释该溶液。双峰孔隙度分布(例如,用于降低太阳能吸收率的约200nm的纳米孔隙,以及用于高辐射发射率的在约5微米(含)~约10微米(含)范围内的微孔隙)可以通过球磨来实现。在一些实施例中,微结构可以被包含在涂层组合物中(例如,以浆料或胶体形式)。在一些实施例中,外涂层130可以具有在约50微米(含)~约500微米(含)范围内(例如,50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、220、240、260、280、300、320、340、360、380、400、420、440、460、480或500微米(含))的厚度。在一些实施例中,在将外涂层130布置在导体层120的外表面上之前,可以在导体层120的外表面上(例如,在形成导体层120的每个导电绞线上,只在形成导体层120的最外面的导电绞线上,或者在可以围绕导体层120布置的绝缘层122的外表面上)施加底涂层、清漆或粘合剂。
在一些实施例中,形成导体层120的导电绞线的至少一部分的外表面可以例如使用表面活性剂或溶剂来清洁,以提供用于沉积外涂层130的清洁表面。在一些实施例中,导体层120的外表面(例如,形成导体层120的每个绞线、最外面的绞线或最外面的绞线的外表面)或绝缘层122可以被粗糙化(例如,通过喷砂、刷擦等),以提供粗糙表面,从而便利外涂层130粘附到其上。除了通过此类处理可以实现的外表面的镜面反射和反射率的降低之外,还可以提供这种益处。在一些实施例中,底涂层和/或外涂层130可以是疏水的,例如,以抑制结冰、抑制结垢、防止紫外线辐射和抑制水生污垢。
在一些实施例中,外涂层130可以包括PTFE或任何其他电介质。在一些实施例中,外涂层130可以包括纳米纤维素纤维。在一些实施例中,微结构可以包括具有高发射率的TiO2,以提供外涂层130的高辐射发射率,并且包含在外涂层130中的纳米孔隙可以提供低太阳能吸收率。在一些实施例中,外涂层130还可以包括颜色或染料(例如,荧光染料),以提供有限的近红外和短波红外吸收。
在一些实施例中,外涂层130可以包括具有树脂基体的涂料,例如黑色涂料,诸如聚氨酯涂料,并且可以可选地包括陶瓷颗粒。在一些实施例中,外涂层130可以包括按干重计约50%(含)~约99%(含)的合适的含氟共聚物化合物(例如,按干重计约75%(含)~约95%(含))。在一些实施例中,外涂层130可以包含通过任何合适的方法交联的聚合物,该方法例如包括湿固化、化学固化、热固化、UV固化、红外(IR)固化和/或电子束固化方法。交联剂可以包括但不限于对包括呈液体、半固体或粉末形式的单体或低聚物或聚合物的羟基、酸、环氧化物、胺、氰酸酯具有反应性的交联剂,这些单体或低聚物或聚合物具有在主链中的或者单独地或与其他官能团组合地接枝的氨基甲酸乙酯、氟、硅烷、氟硅烷、氟硅酮、倍半硅氧烷、聚四氟乙烯(“PTFE”)、环氧、酚、醚、硅酮或丙烯酸基团。合适的化学交联剂(例如,反应剂)可以包括当与可交联的含氟共聚物混合时可以促进组合物的固化的单体或低聚聚合树脂。在一些实施例中,交联剂可以包括丙烯酸酯、氟硅烷、氟硅酮、甲基丙烯酸酯、硅烷(包括甲氧基硅烷和环氧硅烷)金属催化剂、三烯丙基异氰脲酸酯(“TAIC”)、过氧化物或它们的组合。在一些实施例中,含氟共聚物例如可以具有可以用诸如六亚甲基-6,6-二异氰酸酯(“HDI”)之类的多异氰酸酯交联剂交联的羟基。此类HDI交联剂可以是芳香族或脂肪族基的。在一些实施例中,可以另外包括催化剂以加速交联反应。可以包括按干重计为外涂层130的约1%(含)~约20%(含)的合适的交联剂。
在一些实施例中,外涂层130可以包括附加组分,比如一种或多种填料(例如微结构)、溶剂、消泡剂、乳化剂、增稠剂、UV和光稳定剂,或树脂。在一些实施例中,外涂层130可以包括金属氧化物、金属氮化物、金属氟化物、稀土元素和金属碳化物,诸如但不限于氧化镓、氧化铈、氧化锆、六硼化硅、四硼化碳、四硼化硅、碳化硅、二硅化钼、二硅化钨、二硼化锆、氧化锌、亚铬酸铜、氧化镁、二氧化硅(“硅石”)、氧化铬、氧化铁、碳化硼、硅化硼、铜铬氧化物、二氧化钛、氮化铝、氮化硼、氧化铝、HfO2、BaSO4及它们的组合。某些填料,例如包括氧化硼、氧化锌、氧化铈、二氧化硅和二氧化钛,可以充当发射剂,以改善热量从外涂层130的辐射。
在一些实施例中,合适的稀土材料可以包括稀土氧化物、稀土碳化物、稀土氮化物、稀土氟化物或稀土硼化物中的一种或多种。稀土氧化物的例子包括氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱和氧化镥。稀土碳化物的例子包括但不限于碳化钪、碳化钇、碳化铈、碳化镨、碳化钕、碳化钐、碳化铕、碳化钆、碳化铽、碳化镝、碳化钬、碳化铒、碳化铥、碳化镱和碳化镥。稀土氟化物的例子包括但不限于氟化钪、氟化钇、氟化铈、氟化镨、氟化钕、氟化钐、氟化铕、氟化钆、氟化铽、氟化镝、氟化钬、氟化铒、氟化铥、氟化镱和氟化镥。稀土硼化物的例子包括但不限于硼化钪、硼化钇、硼化镧、硼化铈、硼化镨、硼化钕、硼化钐、硼化铕、硼化钆、硼化铽、硼化镝、硼化钬、硼化铒、硼化铥、硼化镱和硼化镥。
在一些实施例中,填料还可以包括导电填料,包括碳纳米管、石墨烯和石墨。足够量的此类导电填料可以使外涂层130涂层导电或半导电。另外,此类填料可以改善外涂层130的传热性能。在一些实施例中,填料可以具有约50微米以下(例如,约10微米以下,或约500纳米以下)的平均粒径。在外涂层130中可以可选地包含按重量计小于约50%(例如,按重量计在约1%(含)~约50%(含)范围内,或者按重量计在约5%(含)~约20%(含)范围内)的合适填料。
在一些实施例中,外涂层130可以包括例如消泡剂,以抑制或延缓泡沫的形成(例如,当向耐热涂层组合物中加入水时)。消泡剂的合适例子可以包括硅基消沫剂和非硅基消沫剂。在一些实施例中,表面活性剂也可以用作消泡剂。合适的表面活性剂可以包括但不限于阳离子、阴离子或非离子表面活性剂以及脂肪酸盐。在一些实施例中,消泡剂按重量计,可以为外涂层130的约0.1%(含)~约5%(含)。
在一些实施例中,外涂层130可以包括例如乳化剂,以保持化合物在水溶液中的均匀分散。合适的乳化剂可以包括但不限于十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钾、磺基琥珀酸二辛酯钠、十二烷二苯氧基二磺酸盐、壬基苯氧基乙基聚(1)乙氧基乙基硫酸铵、苯乙烯基磺酸钠、十二烷基烯丙基琥珀酸酯磺酸钠、亚麻籽油脂肪酸、乙氧基化壬基酚磷酸酯的钠盐或铵盐、辛苯昔醇-3-磺酸钠、椰子肌酸钠、1-烷氧基-2-羟丙基磺酸钠、α-烯烃(C14-C16)磺酸钠、羟基烷醇硫酸盐、N-(1,2-二羧基乙基)-N-十八烷基磺基水杨酸胺四钠盐、N-十八烷基磺基水杨酰氨基酸二钠盐、烷基酰胺基聚乙氧基磺基琥珀酸二钠、乙氧基化壬基酚磺基琥珀酸半酯二钠、乙氧乙基硫酸钠。在外涂层130中,可以包含按重量计为外涂层130的约2%(含)~约3%(含)范围内的乳化剂。
在某些实施例中,可以添加聚结剂或增稠剂以改善外涂层130上的薄膜的形成。在此类实施例中,可以包含按重量计为涂层组合物的约20%以下(例如,按重量计在约2%(含)~约10%(含)范围内)的聚结剂。在某些实施例中,可以向外涂层130中添加UV或光稳定剂,以提高外部耐候性。合适的UV或光稳定剂可以包括苯并三唑型、三嗪型UV吸收剂和HALS化合物。在外涂层130中,可以包含按重量计约0.1%(含)~约5%(含)的UV或光稳定剂。外涂层130中可以包括附加的树脂,以改善外涂层130的性能。例如,可以将一种或多种丙烯酸、硅酮、聚氨酯、硅烷、氟硅烷、倍半硅氧烷或环氧树脂添加到外涂层130中。可替选地或另外地,可以将商业润滑剂、蜡和减摩剂添加到涂料组合物中。此类树脂可以改善组合物的各种性能,例如包括涂层的可加工性、耐久性和使用寿命。在外涂层130中,可以包含按重量计约0.1%(含)~约40%(含)的合适树脂。
在一些实施例中,在外涂层130中,可以包含例如按外涂层130的干成分的总重量计在约10%(含)~约70%(含)范围内(例如,约10%(含)~20%(含)、约20%(含)~约30%(含)、约30%(含)~约40%(含)、约40%(含)~约50%(含)、约50%(含)~约60%(含)或约60%(含)~约70%(含))的一种或多种粘合剂。粘合剂可以包括官能团,诸如羟基、环氧基、胺、酸、氰酸酯、硅酸盐、硅酸酯、醚、碳酸盐、马来酸、甲基三甲氧基硅烷等。无机粘合剂可以是但不限于诸如硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂和硅酸镁铝之类的金属硅酸盐;胶溶一水合氧化铝;胶体二氧化硅;胶体氧化铝、磷酸铝及它们的组合。
外涂层130中可以包含一种或多种热辐射剂,例如,浓度为约1%(含)~约20%(含)(按外涂层130的干成分的总重量计)。热辐射剂包括但不限于氧化镓、氧化铈、氧化锆、六硼化硅、四硼化碳、四硼化硅、碳化硅、二硅化钼、二硅化钨、二硼化锆、氧化锌、亚铬酸铜、氧化镁、二氧化硅、氧化锰、氧化铬、氧化铁、碳化硼、硅化硼、铜铬氧化物、磷酸三钙、二氧化钛、氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化镁和氧化钙,以及它们的组合。
在一些实施例中,外涂层130中也可以包含一种或多种反射添加剂。此类反射添加剂可以包括但不限于钴、铝、铋、镧、锂、镁、钕、铌、钒、铁、铬、锌、钛、锰和镍基金属氧化物和陶瓷。可以单独地或与着色剂混合地以约0.1%(含)~约5%(含)的浓度(按干成分的总重量计)包含反射添加剂。在一些实施例中,涂层组合物中可以使用一种或多种稳定剂,例如,浓度为约0.1%(含)~约2%(含)(按干成分的总重量计)。稳定剂的例子包括但不限于分散稳定剂,诸如膨润土。
在一些实施例中,外涂层130的涂层组合物中可以使用一种或多种着色剂,例如,浓度为约0.02%(含)~0.2%(含)(按干成分的总重量计)。着色剂可以是有机或无机颜料,包括但不限于二氧化钛、金红石、钛、锐钛矿(anatine)、板钛矿、镉黄、镉红、镉绿、橙色钴、钴蓝色、青蓝色、金黄色、钴黄、铜颜料、蓝铜矿、汉紫、汉蓝、埃及蓝、孔雀石、巴黎绿、酞菁蓝BN、酞菁绿G、铜绿、铬绿、氧化铁颜料、血红、木乃伊棕、氧化红、红赭、威尼斯红、普鲁士蓝、粘土颜料、黄赭、生赭、烧赭、生褐色、熟褐色、海洋颜料(群青色、群青绿色)、锌颜料(锌白、铁酸锌)及它们的组合。在一些实施例中,外涂层130可以包含有机材料(例如,小于约5%的有机材料)。例如,涂层组合物可以包含硅酸钠、氮化铝和氨基官能硅氧烷(经改性以包含氨基官能团的硅酮)。在一些实施例中,氨基官能硅氧烷可以包括氨基二甲基聚硅氧烷。
在一些实施例中,外涂层130包括单层或多层,每一层都被配制为在60℃(含)~250℃(含)范围内的工作温度下,在小于2.5微米的波长下具有小于0.5的太阳能吸收率,以及在2.5微米(含)~15微米(含)范围内的波长下具有大于0.5的辐射发射率,如前所述。在一些实施例中,外涂层130可以包括双层涂层。例如,外涂层130可以包括布置在导体层120上的第一层和布置在第一层上的第二层。第一层在60℃~250℃范围内的工作温度下,在2.5微米(含)~15微米(含)范围内的波长下具有大于0.5的辐射发射率(例如,在约200℃的工作温度下,在约6微米的波长下具有大于0.75的辐射发射率),从而便利从导体100的热辐射。此外,第二层可以在小于2.5微米的波长下具有小于0.5的太阳能吸收率,从而将第二层上的大量太阳辐射反射回环境中。
在一些实施例中,外涂层130的第一层可以包含微结构(例如,本文中描述的任何微结构),该微结构被配置为使第一层具有高辐射发射率,如本文中所述。此外,第二层可以包含纳米孔隙,该纳米孔隙被配置为使第二层具有高折射率,但是具有低的太阳能吸收率,如本文中所述。第一层和第二层中的每一层都可以由如本文中所述的任何合适的材料形成(例如,PVDF-HFP、PTFE、包括如本文中所述的任何添加剂、粘合剂、表面活性剂等的任何其他涂层)。在一些实施例中,第二层在结构上可以类似于内涂层116,不同之处在于,第二层被配制或调整为在小于2.5的波长下具有小于0.5的太阳能吸收率。
可以使用任何合适的方法,例如刷涂、浸渍、喷涂、蒸发、沉积后固化或交联、或收缩包装,以涂料或浆料的形式施加外涂层130。在一些实施例中,例如,可以清洁导体层120的外表面(例如,至少包含在导体层120中的最外面的导电绞线),以去除在导电绞线的制造过程中可能沉积在导电绞线上的油、油脂、润滑剂、污垢等。可以使用任何合适的方法,比如通过酸、溶剂或使用机械手段(例如,喷砂)来清洁导体层120的导电绞线的外表面,以便利外涂层130粘附到导体层120的外表面。在其中围绕导体层120布置绝缘层122的一些实施例中,在绝缘层122上面沉积外涂层130之前,可以对绝缘层122的外表面进行清洁或纹理化(例如,通过喷砂)。沉积的外涂层130可以使用热风干燥、红外干燥或自然干燥。
在一些实施例中,外涂层130可以提供一种或多种益处,比如透明、导电、在涂覆期间固化时间较短、耐热老化性高、灰尘积聚减少、具有耐腐蚀性、疏水、具有抗积冰性、具有耐候性、具有耐刮擦和研磨性、具有耐磨性、具有阻燃性、具有自我修复性、表面摩擦减小、重涂性更好、导体张力减小,或它们的任何组合。另外,外涂层130可以提高导体的寿命和性能。疏水性可以意味着涂层上的水滴可以具有约90°或更大的接触角。在一些实施例中,疏水性可以意味着涂层上的水滴可以具有约130°或更大的接触角。自我修复可以通过暴露在一种或多种条件下来激活,该条件包括正常大气条件、UV条件、热条件或电场条件。
在一些其他实施例中,外涂层130可以是亲水的,这使水滴的形成最小化,因为接触角基本上小于90°。此类实现对于减少电晕可能特别有用,特别是对于其中电路的电压可大于200kV的极高压(EHV)和/或超高压(UHV)应用。此类亲水性外涂层130可以包括但不限于聚乙二醇、水凝胶(例如,二氧化硅水凝胶)、硅石、二氧化硅、二氧化钛、聚乙烯醇、任何其他合适的亲水性涂层或它们的任何合适的组合。
在一些实施例中,除了本文中描述的辐射和发射性质之外,或者可替选地,外涂层130可以是配置为具有比铝或铝合金的硬度、抗切割性或抗侵蚀性至少高5%的硬度、抗切割性或抗侵蚀性的“硬质涂层”。这样,外涂层130可以有利地保护导体层120(例如,导体层120的多个导电绞线中的每一个)免受侵蚀、切割或其他机械损伤(例如,免受风筝线的意外切割)。
在一些实施例中,外涂层130可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高5%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层130可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高10%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层130可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高15%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层130可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高20%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层130可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高25%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层130可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高30%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层130可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高40%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层130可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高50%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层130可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高60%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层130可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高70%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层130可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高80%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层130可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高90%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层130可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高100%的抗侵蚀性。
在一些实施例中,外涂层130具有大于175MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层130具有大于200MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层130具有大于250MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层130具有大于300MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层130具有大于400MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层130具有大于500MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层130具有大于600MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层130具有大于700MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层130具有大于800MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层130具有大于900MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层130具有大于1GPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层130具有大于5GPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层130具有大于10GPa的维氏硬度。
硬质外涂层130可以由提供如本文中描述的抗侵蚀性或硬度的任何材料形成或包括所述任何材料。在一些实施例中,外涂层130可以由陶瓷形成或包括陶瓷,诸如金属氧化物(例如,氧化铝、氧化铍、氧化铈、氧化锆等)、金属碳化物(例如,碳化钙、碳化硅、碳化钨、碳化铁、碳化铝、碳化铍等)、金属硼化物(例如,硼化钛、硼化铪、硼化锆、硼化钒、硼化铌、硼化钽、硼化铬、硼化钼、硼化钨、硼化铁、硼化钴、硼化铌等)、金属氮化物(例如,氮化硅、氮化锆、氮化钨、氮化钒、氮化钽、氮化铌等)、金属硅化物(例如,硅化铬、硅化锰、硅化铁、硅化钴、硅化铜、硅化钒、硅化镁、硅化锶、硅化钙、硅化铈、硅化铑、硅化铱、硅化镍、硅化钌等)、复合陶瓷、纤维增强陶瓷、任何其他合适的陶瓷材料或它们的组合。
硬质外涂层130可以使用任何合适的方法沉积,比如,PVD、CVD、MAO、PAO、喷涂、原子层沉积(ALD)或任何其他合适的涂覆技术。在一些实施例中,外涂层130可以是单层涂层,该单层涂层被配制为可选地具有以下每一个:在60℃~250℃范围内的工作温度下,在小于2.5微米的波长下小于0.5的太阳能吸收率,可选地在2.5微米~15微米范围内的波长下大于0.5的辐射发射率;以及比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高5%的抗侵蚀性(例如,至少高约5%、高约6%、高约7%、高约8%、高约9%、高约10%、高约11%、高约12%、高约13%、高约14%、高约15%、高约16%、高约17%、高约18%、高约19%、高约20%、高约25%、高约30%、高约35%、高约40%、高约45%、高约50%、高约60%、高约70%、高约80%、高约90%,或至少高约100%(含))。
在其他实施例中,外涂层130可以包括多层涂层,其中外涂层130的每一层以任何合适的组合提供辐射发射率、太阳能吸收率和抗侵蚀性中的一个或多个,并且以任何合适的顺序被布置在导体层120上。例如,多层外涂层130的第一层可以可选地在小于2.5微米的波长下具有小于0.5的太阳能吸收率,外涂层130的第二层可以可选地在60℃~250℃范围内的工作温度下在2.5微米~15微米范围内的波长下具有大于0.5的辐射发射率,并且第三层可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高5%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层130的外层可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高5%的抗侵蚀性。
图2是按照实施例的包括外涂层230的导体200的侧剖视图。导体200包括强度构件210、导体层220和外涂层230,并且可选地还可以包括布置在导体层220和外涂层230之间的绝缘层222。导体100可以在电网输电应用中用于传导电力。
强度构件210包括芯体212和围绕芯体212周向布置的封装层214。芯体212可以由复合材料形成。在一些实施例中,复合材料可以包括非金属纤维增强的金属基复合材料,热塑性或热固性基体的碳纤维增强复合材料,或用诸如石英、AR玻璃、E玻璃、S玻璃、H玻璃、碳化硅、氮化硅、氧化铝、玄武岩纤维、特殊配方的二氧化硅纤维之类的其他类型的纤维增强的复合材料,任何其他合适的复合材料或它们的任何组合。在一些实施例中,复合材料可以包括热塑性或热固性树脂的碳纤维增强复合材料。复合强度构件212中的增强物可以是不连续的,诸如晶须或短切纤维;或基本对齐的构造(例如,平行于轴向方向)或随机分散(包括螺旋缠绕或交织构造)的连续纤维。在一些实施例中,复合材料可以包括由碳纤维、玻璃纤维、石英或其他增强材料增强的连续或不连续的聚合物基复合材料,并且还可以包括填料或添加剂(例如,纳米添加剂)。在一些实施例中,芯体212可以包括碳复合材料,该碳复合材料包括用酸酐固化剂固化的环氧树脂的聚合物基体。在一些实施例中,芯体212可以包括如关于芯体112描述的任何材料。
如图2中所示,芯体212具有大致圆形的横截面,但是可以具有任何其他合适的形状,如关于芯体212所述。在一些实施例中,芯体212可以具有在约2mm(含)~约15mm(含)范围内(例如,2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15mm(含))的直径。在一些实施例中,芯体212可以具有至少约70℃(例如,至少75℃、至少80℃、至少90℃、至少100℃、至少120℃、至少140℃、至少150℃、至少160℃、至少180℃、至少200℃、至少220℃、至少240℃或至少250℃(含))的玻璃化转变温度或熔点,如前关于芯体212所述。虽然图2将芯体212示出为实心的,但是在一些实施例中,芯体212可以是中空的,如关于芯体112所述。感测或传输组件可以嵌入在芯体212中限定的空隙或通道内。例如,在一些实施例中,诸如应变计、加速度计或光纤传感器之类的传感器可以布置在芯体212内或贯穿芯体212,如本文中所述。在一些实施例中,可贯穿芯体212的光纤可以包括通信光纤,如本文中所述。
封装层214围绕芯体212周向布置。封装层214可以由任何合适的导电或非导电材料形成。在一些实施例中,封装层214可以由导电材料形成,该导电材料包括但不限于铝(例如,1350-H19)、退火铝(例如,1350-0)、铝合金(例如,Al-Zr合金、诸如6201-TSl、-T82、-T83之类的6000系列铝合金、7000系列铝合金、8000系列铝合金等)、铜、铜合金(例如,铜镁合金、铜锡合金、铜微合金等)、任何其他合适的导电材料,或它们的任何组合,如关于封装层114所述。
可以使用任何合适的工艺将封装层214布置在芯体212上。在一些实施例中,用于围绕芯体214布置封装层214的封装工艺包括使用适形机器或绞合机器,或如关于封装层214所述的任何其他合适的工艺。虽然图2示出了围绕芯体212布置的单个封装层214,但是在一些实施例中,可以围绕芯体212布置多个封装层214。在此类实施例中,多个封装层214中的每一个可以基本上彼此相似,或者可以彼此不同(例如,由不同的材料形成,具有不同的厚度,具有不同的抗拉强度等)。
在一些实施例中,芯体212和封装层214之间的界面可以包括表面特征,例如凹槽、狭槽、切口、凹痕、棘爪等,以增强芯体212的径向外表面和封装层214的径向内表面之间的粘附、结合和/或界面锁定。此类表面特征可以便利封装层214中源于可选的预张紧的应力的保持和保存。在一些实施例中,复合芯体212可以具有围绕其外表面布置的玻璃纤维丝束,以形成螺旋形状或扭曲表面。在一些实施例中,在芯体212的外层中施加编结或交织纤维层,以促进芯体212和封装层214之间的互锁或结合。
在一些实施例中,封装层214可以具有在约0.25mm(含)~约5mm(含)范围内甚至更高(例如,0.25、0.3、0.5、1、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0mm(含),甚至更高)的厚度。在一些实施例中,封装层214的外径与芯体212的外径的比率为在约1.2:1(含)~约5:1(含)范围内(例如,1.2:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1或5:1(含))。
在一些实施例中,强度构件210可以具有最低水平的抗拉强度,例如至少600MPa(例如,至少600、至少700、至少800、至少1000、至少1200、至少1400、至少1600、至少1800或至少2000MPa(含))。在一些实施例中,取决于强度构件的类型和拐点减小的程度,强度构件210在预张紧期间的伸长率可以包括至少0.005%应变(例如,至少0.005%、至少0.01%、至少0.1%、至少0.2%、至少0.25%、至少0.3%、至少0.35%、至少0.4%、至少0.45%或至少0.5%应变(含))的伸长率,并且强度构件210可以在进入适形机器之前或之后被预张紧。此外,强度构件210可被配置为承受来自常规配件的压接的径向压缩,以及下拉工艺或折叠成型的适形期间的至少3kN(例如,至少3kN、至少4kN、至少5kN、至少10kN、至少15kN、至少20kN或至少25kN(含))的径向压力。
在一些实施例中,封装层214可以具有光滑且闪亮的外表面,以使折射率达到最大并降低吸收率(即,增强反射率),从而降低芯体212的工作温度并防止芯体的温度超过其玻璃化转变温度或熔点。如本文进一步详细所述,外涂层230可以被配制为在太阳辐射的2.5微米~15微米(含)波长内具有高辐射发射率。虽然这可能导致导体层220的冷却,但是辐射的热量也会朝着强度构件210传播,并导致芯体212的加热,例如,导致芯体212处于比导体层220更高的工作温度,这是不期望的。在其中围绕封装层214没有导电材料绞合层的一些实施例中,封装层214的外表面(例如,布置在其上的内涂层216)可被配置为高辐射发射率,以通过热辐射从导体200中去除热量。
为了减少对这种发射辐射的吸收,封装层214的外表面可以是充分反射的,以便在导体200的在90℃(含)~250℃(含)范围内的工作温度(例如,90、100、120、140、160、180、200、220、240或250℃(含))下,在2.5微米(含)~15微米(含)范围内(例如,2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、11.0、12.0、13.0、14.0或15.0微米(含))的波长下具有小于0.5(例如,小于0.5、小于0.4、小于0.3、小于0.2或小于0.1)的吸收率。在一些实施例中,封装层214的外表面可以被表面处理(例如,等离子体处理、纹理化等)以具有如上所述的吸收率。如前所述,具有低热吸收率的高反射封装层214可以便利降低芯体212的工作温度,于是保护芯体212并使得导体200能够相对于芯体212在更高的温度下工作,以便抑制芯体212的温度超过阈值温度(例如,其玻璃化转变温度或熔点)。在一些实施例中,封装层214的外表面被配置为在与大于90℃的工作温度对应的热辐射波长下具有大于50%的反射率,或者如关于封装层114所述的反射率。
导体层220围绕强度构件210被布置,并被配置为在约60℃(含)~250℃(含)范围内的工作温度下通过其传输电信号。在一些实施例中,导体层220可以包括围绕强度构件210布置的多股导电材料,如关于导体层220所述。在一些实施例中,导体层220(例如,多股导电材料)例如可以包括铝、铝合金、铜或包括微合金作为导电介质的铜合金等。在一些实施例中,导体层220可以包括导电绞线,该导电绞线包括Z、C或S线,以将外绞线保持就位。导体层220可以具有任何合适的横截面形状,例如圆形、三角形、梯形等。在一些实施例中,导体层220可以包括可以是圆形或梯形的绞合铝层。在一些实施例中,导体层220可以包括Z形铝绞线。在一些实施例中,导体层220可以包括S形铝绞线。在各个实施例中,导体层220可以由任何合适的材料形成,如关于导体层120所述。
在一些实施例中,导体层220的导电材料的绞线可以使用适形机器形成,例如,通过从模具中挤出热的、可变形的(例如,半固态)导电材料(例如,铝)。绞线可以模制成圆形或梯形。在一些实施例中,导电介质可以以一定角度从模具或压模中挤出,以便形成以一定角度缠绕强度构件210的导电绞线,如本文中所述。在一些实施例中,导体层220可以包括围绕强度构件210同心布置的多层导电绞线。在一些实施例中,导体层220可以可选地被绞合,以便利导体卷绕合理尺寸的卷轴,并且便利导体架线。在一些实施例中,包含在导体层120中的最外面的绞线可以是TW、C、Z、S或圆形绞线,如前所述。
在一些实施例中,导体200可以被预加应力,如前关于导体100所述。在一些实施例中,导体层220(例如,包含在导体层220中的每股导电材料)可以包括具有至少50% ICAS、至少55% ICAS、或至少60% ICAS或至少65% ICAS的电导率的铝,或者可以包括具有至少65% ICAS、至少75% ICAS甚至至少95% ICAS的电导率的铜。在一些实施例中,例如,通过粘合剂,可以在强度构件210和导体层220之间设置冶金结合。在一些实施例中,导体层220可以包括铝、铝合金、铜和铜合金、铅、锡、氧化铟锡、银、金、具有导电颗粒的非金属材料、任何其他导电材料、导电合金或导电复合材料,或者它们的组合。在一些实施例中,导体层220可以包括如关于导体层120详细描述的任何导体层。在一些实施例中,对于纯铜,包含在导体层220中的导电绞线的趋肤深度可以在60Hz下为在6mm(含)~约12mm(含)范围内(例如,6、7、8、9、10、11或12mm(含)),或在25Hz下为在约12mm(含)~约20mm范围内(例如,12、13、14或15mm(含))。对于纯铝,趋肤深度可以在25Hz下为在约9mm(含)~约14mm(含)范围内(例如,9、10、11、12、13或14mm(含)),在60Hz下为在约14mm(含)~约20mm(含)范围内(例如,14、15、16、17、18、19或20mm(含))。在一些实施例中,包含在导体层120中的每个导电绞线可以包含厚度高达12mm(例如,高达12、高达11、高达10、高达9或高达8mm(含))的铜。在一些实施例中,包含在导体层220中的每个导电绞线可以包含厚度高达16mm(例如,高达16、高达14、高达13、高达12、高达11或高达10mm(含))的铝。在一些实施例中,可以在导电绞线之间插入介电涂层以优化趋肤效应。在一些实施例中,可以在相邻的导电绞线之间设置润滑剂,以便利包含在导体层220中的导电绞线的一些相对运动。
在一些实施例中,可以围绕导体层220布置绝缘层222(例如,护套),如图2中所示。绝缘层222可以由任何合适的电绝缘材料形成,例如橡胶、塑料或聚合物(例如,聚乙烯、高密度聚乙烯、交联高密度聚乙烯、PTFE等)。绝缘层222可被配置为电隔离或屏蔽导体200。在一些实施例中,可以不包括绝缘层222。
外涂层230被布置在导体层220的外表面上,例如,围绕形成导体层220的各个绞线,或者只在导体层220的最外面的导电绞线的外表面上。外涂层230可被配制为在60℃(含)~250℃(含)范围内的工作温度下,在小于2.5微米的波长下具有小于0.5(例如,0.49、0.45、0.40、0.35、0.30、0.25、0.20、0.15、0.1(含),甚至更低)的太阳能吸收率,以及在2.5微米(含)~15微米(含)范围内的波长下具有大于0.5(例如,0.51、0.55、0.60、0.65、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95(含),甚至更高)的辐射发射率。例如,外涂层230可被配制为在约200℃的工作温度下,在约6微米的波长下具有等于或大于0.75(例如,0.75、0.76、0.77、0.78、0.79、0.80、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.90、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95(含),甚至更高)的辐射发射率,以及在小于2.5微米的波长下具有小于0.3(例如,0.29、0.28、0.27、0.26、0.25、0.24、0.23、0.22、0.21、0.20、0.15、0.10(含),甚至更低)的太阳能吸收率。
外涂层230在小于2.5微米的波长下的低太阳能吸收率使外涂层230反射小于2.5微米的波长的大量太阳辐射(例如,大于50%、大于60%、大于70%、大于80%、大于90%甚至大于95%(含)的入射太阳辐射),从而减少太阳能吸收并抑制导体200的工作温度的升高。此外,外涂层230在2.5微米~15微米范围内的波长下的高辐射发射率使外涂层230以光子的形式发射导体200由于电流在其内的通过而产生的热量,从而增加热量从导体200到环境中的辐射,进一步降低了导体200的工作温度。在一些实施例中,外涂层230可以导致在特定电流下导体200的工作温度的在约5℃(含)~约40℃(含)范围内(例如,5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、30、35或40℃(含))的降低,如本文中所述。
在一些实施例中,外涂层230的独特性质可以是通过在外涂层230中包括微结构和纳米孔隙而造成的。例如,外涂层230可以包括尺寸为在3微米(含)~15微米(含)范围内(例如,3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15微米(含))的微结构,该微结构被配置为使涂层具有大于0.5(例如,大于0.7、0.7、0.8、0.9或0.95(含))的辐射发射率,如前所述。在一些实施例中,微结构可以包括微孔或空隙,这些微孔或空隙可以固有地存在于外涂层230中,或者在外涂层230的制造操作(例如,球磨操作)期间引入。
在一些实施例中,微结构可以包括无机颗粒。例如,微结构可以包括金属氧化物、金属氮化物、金属氟化物、金属碳化物、金属碳酸盐和/或稀土元素。在一些实施例中,微结构包括CaCO3,例如固体颗粒、中空颗粒和/或核壳颗粒。在一些实施例中,微结构可以包括二氧化硅(例如,多孔二氧化硅或聚合物基体中随机分布的SiO2球体)。在一些实施例中,微结构可以包括Al2O3(例如,多孔氧化铝)颗粒、BaSO4颗粒或宽带隙颜料。在一些实施例中,微结构可以包括核壳颗粒和/或宽带隙和多尺度颗粒,它们促进入射阳光的反射,同时具有在2.5微米~15微米范围内提供辐射发射率的振动模式,如本文中所述。在一些实施例中,微结构可以包括氧化镓、氧化铈、氧化锆、六硼化硅、四硼化碳、四硼化硅、碳化硅、二硅化钼、二硅化钨、二硼化锆、氧化锌、亚铬酸铜、氧化镁、二氧化硅、氧化锰、氧化铬、氧化铁、碳化硼、硅化硼、铜铬氧化物、磷酸三钙、二氧化钛、氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化镁、氧化钙、任何其他合适的材料或它们的组合。
外涂层230还包括尺寸为在约30nm(含)~约700nm(含)范围内(例如,30、40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、25、300、350、400、450、500、550、600、650或700nm(含))的纳米孔隙、纳米空隙或纳米孔洞,这些纳米孔隙、纳米空隙或纳米孔洞被配置为使外涂层230具有在小于0.5范围内(例如,小于0.5、0.4、0.3、0.2或0.1(含))的太阳能吸收率。在一些实施例中,外涂层230可以包括含氟聚合物和/或聚氨酯。在一些实施例中,含氟聚合物可以包括PVDF-HFP聚合物和/或PVDF-HFP共聚物,或使用如关于外涂层130详细描述的任何合适方法形成的任何其他合适的材料。
在一些实施例中,外涂层230可以包括PTFE或任何其他电介质。在一些实施例中,外涂层230可以包括纳米纤维素纤维。在一些实施例中,微结构可以包括具有高发射率的TiO2,以提供外涂层230的高辐射发射率,并且包含在外涂层230中的纳米孔隙可以提供低太阳能吸收率。在一些实施例中,外涂层230还可以包括颜色或染料(例如,荧光染料),以提供有限的近红外和短波红外吸收。
在一些实施例中,外涂层230可以具有在约50微米(含)~约500微米(含)内(例如,50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、220、240、260、280、300、320、340、360、380、400、420、440、460、480或500微米(含))的厚度T1。在一些实施例中,在将外涂层230施加到导体层220的外表面上之前,可以在导体层220的外表面上(例如,在形成导体层220的每个导电绞线上,只在形成导体层220的最外面的导电绞线上,或者在绝缘层222的外表面上)施加底涂层、清漆或粘合剂。在一些实施例中,底涂层和/或外涂层230可以是疏水的,例如,以抑制结冰、抑制结垢、防止紫外线辐射和抑制水生污垢。在一些实施例中,形成导体层220的导电绞线的至少一部分的外表面可以例如使用表面活性剂或溶剂来清洁,以在将外涂层230沉积在其上之前提供清洁表面。在一些实施例中,导体层220的外表面(例如,形成导体层220的每个绞线、最外面的绞线或最外面的绞线的外表面)或绝缘层222可以通过喷砂被粗糙化,以提供粗糙表面,从而便利外涂层230粘附到其上。
在一些实施例中,外涂层230可以是亲水的,例如,在其中电路电压大于200kV(例如,典型的电晕激励起始电压)的EHV和UHV应用中,使电晕最小化。此类亲水性外涂层130可以包括但不限于聚乙二醇、水凝胶(例如,二氧化硅水凝胶)、硅石、二氧化硅、二氧化钛、聚乙烯醇、任何其他合适的亲水性涂层或它们的任何合适的组合。
在一些实施例中,外涂层230可以包括具有树脂基体的涂料,例如黑色涂料,诸如聚氨酯涂料,并且可以可选地包括陶瓷颗粒。在一些实施例中,外涂层230可以包括按干重计约50%(含)~约99%(含)的合适的含氟共聚物化合物(例如,按干重计约75%(含)~约95%(含))。在一些实施例中,外涂层230可以包含通过任何合适的方法交联的聚合物,该方法例如包括湿固化、化学固化、热固化、UV固化和电子束固化方法。交联剂可以包括但不限于对包括呈液体、半固体或粉末形式的单体或低聚物或聚合物的羟基、酸、环氧化物、胺、氰酸酯具有反应性的交联剂,这些单体或低聚物或聚合物具有在主链中的或者单独地或与其他官能团组合地接枝的氨基甲酸乙酯、氟、硅烷、氟硅烷、氟硅酮、倍半硅氧烷、聚四氟乙烯(“PTFE”)、环氧、酚、醚、硅酮或丙烯酸基团。合适的化学交联剂(例如,反应剂)可以包括当与可交联的含氟共聚物混合时可以促进组合物的固化的单体或低聚聚合树脂。在一些实施例中,交联剂可以包括丙烯酸酯、氟硅烷、氟硅酮、甲基丙烯酸酯、硅烷(包括甲氧基硅烷和环氧硅烷)金属催化剂、三烯丙基异氰脲酸酯(“TAIC”)、过氧化物或它们的组合。在一些实施例中,含氟共聚物例如可以具有可以用诸如六亚甲基-6,6-二异氰酸酯(“HDI”)之类的多异氰酸酯交联剂交联的羟基。此类HDI交联剂可以是芳香族或脂肪族基的。在某些实施例中,可以另外包括催化剂以加速交联反应。可以包括按干重计为外涂层230的约1%(含)~约20%(含)的合适的交联剂。
在一些实施例中,外涂层230可以包括附加组分,比如一种或多种填料(例如,微结构)、溶剂、消泡剂、乳化剂、增稠剂、紫外线和光稳定剂或树脂。在一些实施例中,外涂层230可以包括金属氧化物、金属氮化物、金属氟化物、稀土元素和金属碳化物,诸如但不限于氧化镓、氧化铈、氧化锆、六硼化硅、四硼化碳、四硼化硅、碳化硅、二硅化钼、二硅化钨、二硼化锆、氧化锌、亚铬酸铜、氧化镁、二氧化硅(“硅石”)、氧化铬、氧化铁、碳化硼、硅化硼、铜铬氧化物、二氧化钛、氮化铝、氮化硼、氧化铝、HfO2及它们的组合。
在一些实施例中,合适的稀土材料可以包括稀土氧化物、稀土碳化物、稀土氮化物、稀土氟化物或稀土硼化物中的一种或多种。稀土氧化物的例子包括氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱和氧化镥。稀土碳化物的例子包括但不限于碳化钪、碳化钇、碳化铈、碳化镨、碳化钕、碳化钐、碳化铕、碳化钆、碳化铽、碳化镝、碳化钬、碳化铒、碳化铥、碳化镱和碳化镥。稀土氟化物的例子包括但不限于氟化钪、氟化钇、氟化铈、氟化镨、氟化钕、氟化钐、氟化铕、氟化钆、氟化铽、氟化镝、氟化钬、氟化铒、氟化铥、氟化镱和氟化镥。稀土硼化物的例子包括但不限于硼化钪、硼化钇、硼化镧、硼化铈、硼化镨、硼化钕、硼化钐、硼化铕、硼化钆、硼化铽、硼化镝、硼化钬、硼化铒、硼化铥、硼化镱和硼化镥。
在一些实施例中,填料还可以包括导电填料,包括碳纳米管、石墨烯和石墨。在一些实施例中,填料可以具有约25微米以下(例如,约10微米以下,或约500纳米以下)的平均粒径。在涂层中可以可选地包含按重量计小于约50%(例如,按重量计约2%(含)~约30%(含),或者按重量计约5%(含)~约20%(含))的合适填料。在一些实施例中,外涂层230可以包括消泡剂,例如,以抑制或延缓泡沫的形成(例如,当向耐热涂料组合物中加入水时)。消泡剂的合适例子可以包括硅基消泡剂和非硅基消沫剂。在一些实施例中,表面活性剂也可以用作消泡剂。合适的表面活性剂包括但不限于阳离子、阴离子或非离子表面活性剂以及脂肪酸盐。在一些实施例中,消泡剂按重量计,可以为外涂层230的约0.1%(含)~约5%(含)。
在一些实施例中,外涂层230可以包括例如乳化剂,以保持化合物在水溶液中的均匀分散。合适的乳化剂可以包括但不限于十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钾、磺基琥珀酸二辛酯钠、十二烷二苯氧基二磺酸盐、壬基苯氧基乙基聚(1)乙氧基乙基硫酸铵、苯乙烯基磺酸钠、十二烷基烯丙基琥珀酸酯磺酸钠、亚麻籽油脂肪酸、乙氧基化壬基酚磷酸酯的钠盐或铵盐、辛苯昔醇-3-磺酸钠、椰子肌酸钠、1-烷氧基-2-羟丙基磺酸钠、α-烯烃(C14-C16)磺酸钠、羟基烷醇硫酸盐、N-(1,2-二羧基乙基)-N-十八烷基磺基水杨酸胺四钠盐、N-十八烷基磺基水杨酰氨基酸二钠盐、烷基酰胺基聚乙氧基磺基琥珀酸二钠、乙氧基化壬基酚磺基琥珀酸半酯二钠、乙氧乙基硫酸钠。在外涂层230中,可以包含按重量计为外涂层230的约2%(含)~约3%(含)范围内的乳化剂。
在一些实施例中,可以添加聚结剂或增稠剂以改善外涂层230上的薄膜的形成。在此类实施例中,可以包含按重量计,为涂层组合物的约20%以下(例如,按重量计在约2%(含)~约10%(含)范围内)的聚结剂。在某些实施例中,可以向外涂层230中添加UV或光稳定剂,以提高外部耐候性。合适的UV或光稳定剂可以包括苯并三唑型、三嗪型UV吸收剂和HALS化合物。在外涂层230中,可以包含按重量计约0.1%(含)~约5%(含)的UV或光稳定剂。外涂层230中可以包括附加树脂,以改善外涂层230的性能。例如,可以将一种或多种丙烯酸、硅酮、聚氨酯、硅烷、氟硅烷、倍半硅氧烷或环氧树脂添加到外涂层230中。可替选地或另外地,可以将商业润滑剂、蜡和减摩剂添加到涂料组合物中。此类树脂可以改善组合物的各种性能,例如包括涂层的可加工性、耐久性和使用寿命。在涂层组合物中,可以包含按重量计约0.1%(含)~约40%(含)的合适树脂。
在一些实施例中,在外涂层230中,可以包含例如按外涂层230的干成分的总重量计在约10%(含)~约70%(含)范围内(例如,约10%(含)~20%(含)、约20%(含)~约30%(含)、约30%(含)~约40%(含)、约40%(含)~约50%(含)、约50%(含)~约60%(含)或约60%(含)~约70%(含))的一种或多种粘合剂。粘合剂可以包括官能团,诸如羟基、环氧基、胺、酸、氰酸酯、硅酸盐、硅酸酯、醚、碳酸盐、马来酸、甲基三甲氧基硅烷等。无机粘合剂可以是但不限于诸如硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂和硅酸镁铝之类的金属硅酸盐;胶溶一水合氧化铝;胶体二氧化硅;胶体氧化铝、磷酸铝及它们的组合。
在一些实施例中,外涂层230中也可以包含一种或多种反射添加剂。此类反射添加剂可以包括但不限于钴、铝、铋、镧、锂、镁、钕、铌、钒、铁、铬、锌、钛、锰和镍基金属氧化物和陶瓷。可以单独地或与着色剂混合地以约0.1%(含)~约5%(含)的浓度(按干成分的总重量计)包含反射添加剂。在一些实施例中,在外涂层230中,可以例如以约0.1%(含)~约2%(含)的浓度(按干成分的总重量计)包含一种或多种稳定剂。稳定剂的例子包括但不限于分散稳定剂,诸如膨润土。
在一些实施例中,在外涂层230中,可以例如以约0.02%(含)~0.2%(含)的浓度(按干成分的总重量计)包含一种或多种着色剂。着色剂可以是有机或无机颜料,其包括但不限于二氧化钛、金红石、钛、锐钛矿、板钛矿、镉黄、镉红、镉绿、橙色钴、钴蓝色、青蓝色、金黄色、钴黄、铜颜料、蓝铜矿、汉紫、汉蓝、埃及蓝、孔雀石、巴黎绿、酞菁蓝BN、酞菁绿G、铜绿、铬绿、氧化铁颜料、血红、木乃伊棕、氧化红、红赭、威尼斯红、普鲁士蓝、粘土颜料、黄赭、生赭、烧赭、生褐色、熟褐色、海洋颜料(群青色、群青绿色)、锌颜料(锌白、铁酸锌)及它们的组合。在一些实施例中,外涂层230可以包含小于约5%的有机材料。例如,涂层组合物可以包含硅酸钠、氮化铝和氨基官能硅氧烷(经改性以包含氨基官能团的硅酮)。在一些实施例中,氨基官能硅氧烷可以包括氨基二甲基聚硅氧烷。
可以使用任何合适的方法,例如刷涂、浸渍、喷涂、蒸发、沉积后固化或交联,或收缩包装,以涂料或浆料的形式施加外涂层230。在一些实施例中,例如,可以清洁导体层220的外表面(例如,至少包含在导体层220中的最外面的导电绞线),以去除在导电绞线的制造过程中可能沉积在导电绞线上的油、油脂、润滑剂、污垢等。可以使用任何合适的方法,比如通过酸、溶剂或使用机械手段(例如,喷砂)来清洁导体层220的导电绞线的外表面,以便利外涂层230粘附到导体层220的外表面。在其中围绕导体层220布置绝缘层222的一些实施例中,在绝缘层222上面沉积外涂层230之前,可以对绝缘层222的外表面进行清洁或纹理化(例如,通过喷砂)。沉积的外涂层230可以使用热风干燥或自然干燥。在一些实施例中,导体层220的外表面可以被处理或以其他方式配置为具有与大于90度的工作温度对应的小于50%的吸收率,如关于导体层120所述。
在一些实施例中,除了本文中描述的辐射和发射性质之外,或者可替选地,外涂层230可以是配置为具有比铝或铝合金的硬度、抗切割性或抗侵蚀性至少高5%的硬度、抗切割性或抗侵蚀性的硬质涂层。这样,外涂层230可以有利地保护导体层220(例如,导体层220的多个导电绞线中的每一个)免受侵蚀、切割或其他机械损伤(例如,免受风筝线的意外切割)。
在一些实施例中,外涂层230可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高5%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层230可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高10%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层230可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高15%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层230可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高20%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层230可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高25%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层230可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高30%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层230可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高40%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层230可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高50%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层230可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高60%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层230可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高70%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层230可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高80%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层230可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高90%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层230可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高100%的抗侵蚀性。
在一些实施例中,外涂层230具有大于175MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层230具有大于250MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层230具有大于250MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层230具有大于300MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层230具有大于400MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层230具有大于500MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层230具有大于600MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层230具有大于700MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层230具有大于800MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层230具有大于900MPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层230具有大于1GPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层230具有大于5GPa的维氏硬度。在一些实施例中,外涂层230具有大于10GPa的维氏硬度。
硬质外涂层230可以由提供如本文中描述的抗侵蚀性或硬度的任何材料形成或包括所述任何材料。在一些实施例中,外涂层230可以由陶瓷形成或包括陶瓷,诸如金属氧化物(例如,氧化铝、氧化铍、氧化铈、氧化锆等)、金属碳化物(例如,碳化钙、碳化硅、碳化钨、碳化铁、碳化铝、碳化铍等)、金属硼化物(例如,硼化钛、硼化铪、硼化锆、硼化钒、硼化铌、硼化钽、硼化铬、硼化钼、硼化钨、硼化铁、硼化钴、硼化Nb等)、金属氮化物(例如,氮化硅、氮化锆、氮化钨、氮化钒、氮化钽、氮化铌等)、金属硅化物(例如,硅化铬、硅化锰、硅化铁、硅化钴、硅化铜、硅化钒、硅化镁、硅化锶、硅化钙、硅化铈、硅化铑、硅化铱、硅化镍、硅化钌等)、复合陶瓷、纤维增强陶瓷、任何其他合适的陶瓷材料或它们的组合。
硬质外涂层230可以使用任何合适的方法沉积,比如,PVD、CVD、MAO、PAO、喷涂、ALD或任何其他合适的涂覆技术。在一些实施例中,外涂层230可以是单层涂层,该单层涂层被配制为具有以下每一个:在60℃~250℃范围内的工作温度下,在小于2.5微米的波长下小于0.5的太阳能吸收率,在2.5微米(含)~15微米(含)范围内的波长下大于0.5的辐射发射率,以及比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高5%的抗侵蚀性。在其他实施例中,外涂层230可以包括多层涂层,其中外涂层230的每一层以任何合适的组合提供辐射发射率、太阳能吸收率和抗侵蚀性中的一个或多个,并且以任何合适的顺序被布置在导体层220上。例如,多层外涂层230的第一层可以在小于2.5微米的波长下具有小于0.5的太阳能吸收率,外涂层230的第二层可以在60℃~250℃范围内的工作温度下,在2.5微米~15微米范围内的波长下具有大于0.5的辐射发射率,并且外涂层230的第三层可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高5%的抗侵蚀性。在一些实施例中,外涂层230的外层可以具有比可用于形成导体层220的铝或铝合金的抗侵蚀性至少高5%的抗侵蚀性。在各个实施例中,可用于形成导体层220的铝或铝合金的抗侵蚀性可以为1微米/小时(含)~10毫米/小时(含),并且外涂层230可被配置为具有比用于形成导体层220的铝或铝合金至少高5%的抗侵蚀性。
图3是按照实施例的导体300的侧剖视图。导体300类似于导体200,例如,导体300包括强度构件310,强度构件310包括芯体312和封装层314,芯体312和封装层314可以分别与如前所述的芯体112、212和封装层114、214基本相似,因此本文中不再进一步详细描述。导体300还包括围绕强度构件310布置的导体层320,并且具有围绕导体层320布置的外涂层330。导体层320和外涂层330可以与前面描述的导体层120、220和外涂层130、230基本相似,因此本文中不再进一步详细描述。虽然未示出,但是在一些实施例中,如前所述,在外涂层330和导体层320之间可以插入绝缘层(例如,绝缘层222)。
与导体200不同,导体300还包括布置在封装层314的外表面上(例如,插入在封装层314和导体层320之间)的内涂层316。在一些实施例中,内涂层316可以被配制为在导体300的在90℃(含)~250℃(含)范围内的工作温度(例如,90、100、120、140、160、180、200、220、240或250℃(含))下,在2.5微米(含)~15微米(含)范围内的波长下(例如,2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、11.0、12.0、13.0、14.0或15.0微米(含))下具有小于0.5(例如,小于0.5、小于0.4、小于0.3、小于0.2或小于0.1)的吸收率(即,热吸收率)。因此,内涂层316可以被配置为反射归因于导体层320产生的热量而入射到内涂层316的波长等于或小于2.5微米的大量热辐射(例如,入射到封装层314的波长等于或小于2.5微米的辐射的至少50%)。在一些实施例中,内涂层316的厚度可以为在1微米(含)~500微米(含)范围内(例如,1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、350、400、450或500微米(含))。芯体表面或封装层314表面上的涂层可以是不导热的或导热性差的,例如包括陶瓷,以使被动加热的复合芯体312和具有电阻加热的导电封装层314金属之间的传导性热传递降至最低。
在一些实施例中,内涂层316可以包括纳米孔隙,例如尺寸等于或小于500nm(例如,10nm(含)~500nm(含))的空隙或孔洞,以使内涂层316具有小于0.5的吸收率,如本文中所述。内涂层316可以由任何合适的材料形成,并且包括任何合适的添加剂,以使内涂层316具有小于0.5微米的吸收率,如本文中所述。在一些实施例中,内涂层316可以包括粘合剂和反射剂。在一些实施例中,内涂层316还可以包括填料、稳定剂、着色剂、表面活性剂和反射剂,该反射剂被配置为增强在2.5微米~15微米范围内的热反射。在一些实施例中,内涂层316可以包括无机材料,并且可以基本上不含有机材料(例如,具有小于10%的有机材料)。
在一些实施例中,内涂层316中的粘合剂浓度可以为在20%(含)~60%(含)范围内。在一些实施例中,粘合剂可以包括官能团,比如羟基、环氧基、胺、酸、氰酸酯、硅酸盐、硅酸盐、醚、碳酸盐、马来酸等。无机粘合剂可以包括但不限于诸如硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂和硅酸镁铝之类的金属硅酸盐、胶溶一水合氧化铝、胶体二氧化硅、胶体氧化铝、磷酸铝及它们的组合。在一些实施例中,内涂层316可以包括一种或多种反射添加剂,包括但不限于钴、铝、铋、镧、锂、镁、钕、铌、钒、铁、铬、锌、钛、锰和镍基金属氧化物和陶瓷。在一些实施例中,反射添加剂可以单独使用或与着色剂混合使用,浓度在约0.1%(含)~约5%(含)范围内(按内涂层的干成分的总重量计)。
在一些实施例中,内涂层316中可以包含一种或多种稳定剂,例如,浓度在约0.1%~约2%范围内(按干成分的总重量计)。稳定剂的例子包括但不限于分散稳定剂,诸如膨润土。可以在内涂层316中使用一种或多种着色剂,例如,浓度在约0.02%(含)~0.2%(含)范围内(按干成分的总重量计)。着色剂可以是有机或无机颜料,包括但不限于二氧化钛、金红石、钛、锐钛矿、板钛矿、镉黄、镉红、镉绿、橙色钴、钴蓝色、青蓝色、金黄色、钴黄、铜颜料、蓝铜矿、汉紫、汉蓝、埃及蓝、孔雀石、巴黎绿、酞菁蓝BN、酞菁绿G、铜绿、铬绿、氧化铁颜料、血红、木乃伊棕、氧化红、红赭、威尼斯红、普鲁士蓝、粘土颜料、黄赭、生赭、烧赭、生褐色、熟褐色、海洋颜料(群青色、群青绿色)、锌颜料(锌白、铁酸锌)及它们的组合。在一些实施例中,在内涂层316中还可以使用一种或多种表面活性剂,例如,浓度在约0.05%(含)~约0.5%(含)范围内(按干成分的总重量计)。合适的表面活性剂包括但不限于阳离子、阴离子或非离子表面活性剂以及脂肪酸盐。
在一些实施例中,内涂层316可以包括聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)、共聚物或它们的任何合适的组合,这些材料可以配制成涂料,并且可以包括添加剂以提高反射率,即,降低2.5微米~15微米范围内的吸收率。在一些实施例中,内涂层316可以包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物)(PVDF-HFP),其纳米孔隙率在50%或更高的范围内,导致内涂层316在60℃(含)~250℃(含)范围内的工作温度下,在2.5微米(含)~15微米(含)范围内的波长下具有小于0.5的太阳能吸收率,如本文中前面所述。在一些实施例中,内涂层316可以包括具有介孔结构的纳米纤维素纤维。在一些实施例中,内涂层316可以包括氧化铝、SiO2和多孔PTFE。
在一些实施例中,内涂层316可以包括颗粒,例如,具有被配置为降低吸收率的宽带隙的核壳颗粒。此类颗粒可以包括比如Al2O3、BaSO4之类的无机材料的颗粒。在一些实施例中,内涂层316可以包括PVDF-HFP,该PVDF-HFP可以在例如球磨操作中溶解在少量溶剂(例如,丙酮)中,然后溶解在水中,使得内涂层316具有在约10nm(含)~约500nm(含)范围内(例如10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、350、400、450或500nm(含))的纳米孔隙。在一些实施例中,内涂层316可以包括一层或多层硅、ZnO、HfO2、TiO2、MgF2、Si3N4、Ta2O5和/或ZnO2。在一些实施例中,内涂层316可以包括银。
在一些实施例中,内涂层316的厚度T2可以为在50微米(含)~300微米(含)范围内(例如,50、100、150、200、250或300微米(含))。在一些实施例中,外涂层330的厚度T1与内涂层316的厚度T2的比率可以为在约1:1(含)~约10:1(含)范围内(例如,1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1(含))。
在一些实施例中,可以将涂料的底涂层、清漆或粘合剂施加到封装层314的外表面,以便利内涂层316粘附到封装层314。可以使用任何合适的方法,例如刷涂、浸渍、喷涂、蒸发、沉积后固化或交联、或收缩包装,以涂料或浆料的形式施加内涂层316。在一些实施例中,可以例如通过溶剂或使用机械手段(例如,喷砂)来清洁封装层314的外表面,以便利内涂层316粘附到封装层314的外表面。在一些实施例中,还可以可选地布置在导体层320的内表面(例如,靠近封装层314的外表面布置的包括在导体层320中的导电绞线的一部分的内表面)上布置内涂层316。在一些实施例中,内涂层316可以是基本上耐用的、坚韧的和/或耐刮擦的,以便保护封装层314的外表面免受损坏,例如,在围绕强度构件310安装导体层320期间。
图4是按照实施例的用于涂覆导体(例如,导体100、200、300的导体层120、220、320的外层)的涂层430的示意图,该涂层430具有高折射率、低太阳能吸收率和高辐射发射率。涂层430可被配制为在60℃(含)~250℃(含)范围内的工作温度下,在小于2.5微米的波长下具有小于0.5(例如,0.49、0.45、0.40、0.35、0.30、0.25、0.20、0.15、0.1(含),甚至更低)的太阳能吸收率,以及在2.5微米(含)~15微米(含)范围内的波长下具有大于0.5(例如,0.51、0.55、0.60、0.65、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95(含),甚至更高)的辐射发射率。例如,涂层430可被配制为在约200℃的工作温度下,在约6微米的波长下具有等于或大于0.75(例如,0.75、0.76、0.77、0.78、0.79、0.80、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.90、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95(含),甚至更高)的辐射发射率,以及在小于2.5微米的波长下具有小于0.3(例如,0.29、0.28、0.27、0.26、0.25、0.24、0.23、0.22、0.21、0.20、0.15、0.10(含),甚至更低)的太阳能吸收率。在一些实施例中,外涂层430可以导致在特定电流下导体的工作温度的在5℃(含)~约40℃(含)范围内(例如,5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、30、35或40℃(含))的降低,如本文中所述。
在一些实施例中,涂层430可以包括含氟聚合物和/或聚氨酯。在一些实施例中,含氟聚合物可以包括PVDF-HFP聚合物和/或PVDF-HFP共聚物,或使用如关于涂层130详细描述的任何合适方法形成的任何其他合适的材料。在一些实施例中,外涂层430可以包括PTFE或任何其他电介质。在一些实施例中,外涂层430可以包括纳米纤维素纤维。在一些实施例中,外涂层430可以包括具有树脂基体的涂料,例如黑色涂料,诸如聚氨酯涂料。在一些实施例中,涂层430可以包括按干重计约50%(含)~约99%(含)(例如,按干重计算约75%(含)~约95%(含))的合适的氟共聚物化合物。在一些实施例中,涂层430可以包括亲水性涂层,例如,关于外涂层130或230详细描述的任何亲水性涂层。
在一些实施例中,涂层430可以包含通过任何合适的方法交联的聚合物,该方法例如包括湿固化、化学固化、热固化、UV固化和电子束固化方法。交联剂可以包括但不限于对包括呈液体、半固体或粉末形式的单体或低聚物或聚合物的羟基、酸、环氧化物、胺、氰酸酯,具有反应性的交联剂,这些单体或低聚物或聚合物具有在主链中的或者单独地或与其他官能团组合地接枝的氨基甲酸乙酯、氟、硅烷、氟硅烷、氟硅酮、倍半硅氧烷、聚四氟乙烯、环氧、酚、醚、硅酮或丙烯酸基团。合适的化学交联剂(例如,反应剂)可以包括当与可交联的含氟共聚物混合时可以促进组合物的固化的单体或低聚聚合树脂。
在一些实施例中,交联剂可以包括丙烯酸酯、氟硅烷、氟硅酮、甲基丙烯酸酯、硅烷(包括甲氧基硅烷和环氧硅烷)金属催化剂、三烯丙基异氰脲酸酯(“TAIC”)、过氧化物或它们的组合。在一些实施例中,含氟共聚物可以具有可以用诸如六亚甲基-6,6-二异氰酸酯(“HDI”)之类的多异氰酸酯交联剂交联的羟基。此类HDI试剂可以是芳香族或脂肪族基的。在某些实施例中,可以另外包括催化剂以加速交联反应。可以包括按干重计为涂层430的约1%(含)~约20%(含)的合适的交联剂。
涂层430可以包括布置或形成在涂层430的整个体积中的微结构432和纳米孔隙434。例如,涂层430可以包括尺寸为在3微米(含)~15微米(含)范围内(例如,3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15微米(含))的微结构432,该微结构被配置为使涂层具有大于0.5(例如,大于0.7、0.7、0.8、0.9或0.95(含))的辐射发射率,如前所述。在一些实施例中,微结构432可以包括微孔或空隙,这些微孔或空隙可以固有地存在于涂层430中,或者在外涂层430的制造操作(例如,球磨操作)期间引入。定制的微结构432可以使针对感兴趣的波长(即,在例如接近200℃的温度下的热辐射中的6微米或附近的波长)的折射率最大化。
在一些实施例中,微结构432可以包括无机颗粒。例如,微结构432可以包括金属氧化物、金属氮化物、金属氟化物、金属碳化物、金属碳酸盐和/或稀土元素,例如,如关于外涂层130、230所述。在一些实施例中,微结构432可以包括CaCO3,例如固体颗粒、中空颗粒和/或核壳颗粒。在一些实施例中,微结构432可以包括二氧化硅(例如,多孔二氧化硅或聚合物基体中随机分布的SiO2球体)。在一些实施例中,微结构432可以包括Al2O3(例如,多孔氧化铝)颗粒、BaSO4颗粒或宽带隙颜料。在一些实施例中,微结构432可以包括核壳颗粒和/或宽带隙和多尺度颗粒,它们促进入射阳光的反射,同时具有在2.5微米~15微米范围内提供辐射发射率的振动模式,如本文中所述。在一些实施例中,微结构432可以包括氧化镓、氧化铈、氧化锆、六硼化硅、四硼化碳、四硼化硅、碳化硅、二硅化钼、二硅化钨、二硼化锆、氧化锌、亚铬酸铜、氧化镁、二氧化硅、氧化锰、氧化铬、氧化铁、碳化硼、硅化硼、铜铬氧化物、磷酸三钙、二氧化钛、氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化镁、氧化钙、任何其他合适的材料或它们的组合。并且可选地,可以包含如本文中所述的任何其他陶瓷颗粒。
在一些实施例中,微结构432可以包括金属氧化物、金属氮化物、金属氟化物、稀土元素和金属碳化物,诸如但不限于氧化镓、氧化铈、氧化锆、六硼化硅、四硼化碳、四硼化硅、碳化硅、二硅化钼、二硅化钨、二硼化锆、氧化锌、亚铬酸铜、氧化镁、二氧化硅(“硅石”)、氧化铬、氧化铁、碳化硼、硅化硼、铜铬氧化物、二氧化钛、氮化铝、氮化硼、氧化铝、HfO2及它们的组合。某些填料,例如包括氧化硼、氧化锌、氧化铈、二氧化硅和二氧化钛,可以充当发射剂,以改善热量从涂层的辐射。
外涂层430还包括尺寸为在约30nm(含)~约700nm(含)范围内(例如,30、40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、25、300、350、400、450、500、550、600、650或700nm(含))的纳米孔隙434(例如,纳米空隙或纳米孔洞),该纳米孔隙434被配置为使外涂层430具有在小于0.5范围内(例如,小于0.5、0.4、0.3、0.2或0.1(含))的太阳能吸收率。定制的微结构434可以使针对感兴趣的波长(即,太阳能吸收率中的约0.5微米或附近的波长)的折射率最大化。
在一些实施例中,涂层430可以包括附加组分,比如一种或多种填料(例如微结构)、溶剂、消泡剂、乳化剂、增稠剂、紫外线和光稳定剂、染料或树脂,如关于外涂层130、230或330详细所述。
在一些实施例中,涂层430中可以包含例如按外涂层130的干成分的总重量计在约10%(含)~约70%(含)范围内(例如,约10%(含)~20%(含)、约20%(含)~约30%(含)、约30%(含)~约40%(含)、约40%(含)~约50%(含)、约50%(含)~约60%(含)、约60%(含)~约70%(含))的一种或多种粘合剂。粘合剂可以包括如关于涂层130、230、330所述的任何粘合剂。在一些实施例中,涂层430中可以包括一种或多种反射添加剂、稳定剂、染料、着色剂、颜料。
图5是按照实施例的用于涂覆导体(例如,导体100、200、300)的具有低太阳能吸收率和高辐射发射率的多层涂层530的示意图。外涂层530可以包括配制成布置在导体层(例如,导体层120、220、320)的外表面上的第一层531,和布置在第一层531上的第二层533。第一层531可以在60℃~250℃范围内的工作温度下,在2.5微米(含)~15微米(含)范围内的波长下具有大于0.5的辐射发射率(例如,在约200℃的工作温度下,在约6微米的波长下具有大于0.75的辐射发射率),从而便利从导体(例如,导体100、200、300)的热辐射。此外,第二层533可以在60℃~250℃范围内的工作温度下,在小于2.5微米的波长下具有小于0.5的太阳能吸收率(例如,在约200℃的工作温度下,在小于2.5微米的波长下具有小于0.3的太阳能吸收率),从而将第二层上的大量太阳辐射反射回环境中。
在一些实施例中,外涂层530的第一层531可以包含微结构(例如,本文中关于外涂层130、230、330、430描述的任何微结构),该微结构被配置为使第一层531具有高辐射发射率,如本文中所述。此外,第二层533可以包含纳米孔隙(例如,如关于外涂层130、230、330、430所述),该纳米孔隙被配置为使第二层532具有低太阳能吸收率,如本文中所述。第一层531和第二层533都可以由如本文中所述的任何合适的材料形成(例如,PVDF-HFP、PTFE、包括如本文中所述的任何添加剂、粘合剂、表面活性剂等的任何其他涂层)。在一些实施例中,第二层533在结构上可以类似于内涂层116、416,不同之处在于,第二层533被配制或调整为在小于2.5的波长下具有小于0.5的太阳能吸收率。
在一些实施例中,第一层531和/或第二层533可被配制为也具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高5%的抗侵蚀性(例如,具有大于约175MPa的维氏硬度,如关于外涂层130、230详细所述)。例如,第一层531和/或第二层533可以包括陶瓷(例如,如关于外涂层130、230所述的任何陶瓷)。在一些实施例中,外涂层530可以是三层涂层,即,如图5中所示,可选地包括布置在第二层533上的第三层535。第三层535可以具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高5%的抗侵蚀性,并且可以具有大于约175MPa的维氏硬度(例如,如关于外涂层130、230详细所述)。在一些实施例中,第三层535可以是外涂层530的最外层。在一些实施例中,第三层535可以是外涂层530的最内层。在一些实施例中,第三层535可以布置在第一层531和第二层533之间。
图6A是按照实施例的压接到导体600a的轴向端部并涂覆有具有低太阳能吸收率和高辐射发射率的涂层630a的耦合器或配件640a的侧剖视图。在一些实施例中,耦合器640a可以包括配置为将导体600a的轴向端部耦合到张紧塔或杆的闭端耦合器。导体600a包括强度构件610a和围绕强度构件610a布置的导体层620a,强度构件610a包括芯体612a和封装层614a。强度构件610a和导体层620a可以与强度构件110或210以及导体层120或220基本相似,于是本文中不再进一步详细描述。
导体600a的导体层620a也可以涂覆涂层630a。在将耦合器640a耦合到导体600a之前,可以从导体层620a去除布置在插入到耦合器640a中的导体层620b的轴向端部的涂层630a的一部分。例如,布置在导体层620a上的涂层630a可以是电绝缘的,并且对于穿过导体层620a的电流,期望的是还穿过耦合器640a。从导体层620a的对应轴向端部去除电绝缘涂层可使得在将导体600a耦合到耦合器640a时,耦合器640a的内表面可以直接接触导体层620a,从而实现导体层620a和耦合器640a之间的电传递。外涂层630a中布置在导体层620a的轴向端部的部分可以使用任何合适的方法去除,包括但不限于物理去除(例如,使用刷子、削皮器、研磨机、砂纸等),或化学去除(例如,通过诸如丙酮、醇类、酸类之类的溶剂)。
耦合器或配件640a包括限定内部容积的主体642a(例如,圆柱形主体),该内部容积被配置为接纳强度构件610a导体600a的轴向端部的一部分。例如,可以去除导体600a的预定长度的导体层620a(例如,从导体600a轴向端部起,长度为在约150mm(含)~约350mm(含)内的部分)。主体642a的内部容积的横截面宽度小于强度构件610a的外部横截面宽度,使得将强度构件610a的轴向端部插入主体642a中会导致封装层612a的插入部分被压接。套筒644a可以围绕主体642a被布置(例如,围绕主体642a周向被布置),并被配置为接触导体层620a,以便将耦合器640a电耦合到导体层620a。耦合器640a还可以包括限定键孔648a的连接部分646a。连接部分646a可被配置为耦合到位于杆(例如,张紧塔)上的对应钩子或连接器,导体630a可以悬挂在该杆上。
如前所述,形成芯体612a的复合材料可能容易受到挤压力的破坏。然而,围绕芯体612a布置的封装层614a还充当保护层,以保护芯体612a免受在围绕强度构件610a压接主体642a期间施加的压缩力。这有利地使常规的压接配件或耦合器可以与导体600a一起使用,提供了安装便利性和灵活性,并且降低了成本。虽然图6A描绘了配件或耦合器640a的特定构造,但是应意识到的是,任何压接耦合器都可以与导体600a或本文中描述的任何其他导体一起使用,包括用于将一个导体耦合到另一个导体的压接耦合器。
导体600a涂覆有涂层630a。此外,涂层630a也涂覆在配件或耦合器640a的至少一部分上。涂层630a可被配制为在60℃(含)~250℃(含)范围内的工作温度下,在小于2.5微米的波长下具有小于0.5(例如,0.49、0.45、0.40、0.35、0.30、0.25、0.20、0.15、0.1(含),甚至更低)的太阳能吸收率,和/或在2.5微米(含)~15微米(含)范围内的波长下具有大于0.5(例如,0.51、0.55、0.60、0.65、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95(含),甚至更高)的辐射发射率。例如,涂层630a可被配制为在约200℃的工作温度下,在约6微米的波长下具有等于或大于0.75(例如,0.75、0.76、0.77、0.78、0.79、0.80、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.90、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95(含),甚至更高)的辐射发射率,和/或在小于2.5微米的波长下具有小于0.3(例如,0.29、0.28、0.27、0.26、0.25、0.24、0.23、0.22、0.21、0.20、0.15、0.10(含),甚至更低)的太阳能吸收率。在一些实施例中,外涂层630a可以导致在特定电流下导体630a以及配件或耦合器的工作温度的在约5℃(含)~约40℃(含)范围内(例如,5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、30、35或40℃(含))的降低,如本文所述。涂层630a可以包括外涂层130、230、330、430、530或本文中所述的任何其他涂层。在一些实施例中,耦合器640a可以在与导体600a耦合之前预先涂覆涂层630a。在其他实施例中,耦合器640a例如可以在耦合器640a耦合到导体630a之后涂覆涂层630a,以形成从导体630a到耦合器640a的连续涂层。
图6B是按照实施例的另一个配件或耦合器640b的示意图,该配件或耦合器640b可以用于将第一导体600b1拼接到第二导体600b2,并且涂覆有低太阳能吸收率和高辐射发射率的涂层630b。第一导体600b1包括第一强度构件610b1和围绕第一强度构件610b1布置的第一导体层620b1,第一强度构件610b1包括第一芯体612b1和第一封装层614b1。类似地,第二导体600b2包括第二强度构件610b2和围绕第二强度构件610b1布置的第二导体层620b1,第二强度构件610b2包括第二芯体612b2和第二封装层614b2。导体600b1和600b2可以与导体600a基本相似,于是本文中不再进一步详细描述。第一导体层620b1和第二导体层620b2中的每一个也都可以涂覆有涂层630a。在将耦合器640b耦合到导体600a和600b之前,可以从导体层620b1和620b2去除布置在插入到耦合器640b中的导体层620b1和620b2的相应轴向端部的涂层630a的一部分,类似于如关于图6A详细描述的导体600a与耦合器640a的耦合。
耦合器或配件640b包括限定内部容积的主体642b(例如,圆柱形主体),该内部容积被配置为接纳第一强度构件610b1和第二强度构件600b2的对应轴向端部的一部分。例如,可以去除导体600b1/b2的预定长度的导体层620b1/b2(例如,从导体600b1/b2的轴向端部起,长度为在约150mm(含)~约350mm(含)范围内的部分)。主体642b的内部容积的横截面宽度小于强度构件610b1/b2的外部横截面宽度,使得将第一强度构件610b1和第二强度构件610b2的轴向端部插入主体642b中会导致封装层612b1/b2的插入部分被压接并相互拼接。套筒644b可以围绕主体642b被布置(例如,围绕主体642b周向被布置),并被配置为接触导体层620b1/b2,以便将耦合器640b电耦合到导体层620b1/b2。
如前所述,形成芯体612b1/b2的复合材料可能容易受到挤压力的破坏。然而,围绕芯体612b1/b2布置的封装层614b1/b2还充当保护层,以保护芯体612b1/b2免受在围绕强度构件610b1/b2压接主体642b1/b2期间施加的压缩力。
导体600b1/b2涂覆有涂层630b。此外,涂层630b1/b2也涂覆在配件或耦合器640b1/b2的至少一部分上。涂层630b可被配制为在60℃(含)~250℃(含)范围内的工作温度下,在小于2.5微米的波长下具有小于0.5(例如,0.49、0.45、0.40、0.35、0.30、0.25、0.20、0.15、0.1(含),甚至更低)的太阳能吸收率,和/或在2.5微米(含)~15微米(含)范围内的波长下具有大于0.5(例如0.51、0.55、0.60、0.65、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95(含),甚至更高)的辐射发射率。涂层630b可以与涂层630a基本相似,于是本文中不再详细描述。在一些实施例中,耦合器640b可以在与导体600b1和600b2耦合之前预先涂覆涂层630b。在其他实施例中,耦合器640b例如可以在耦合器640b耦合到导体600b1和600b2之后涂覆涂层630b,以形成从导体630b1和600b2到耦合器640b的连续涂层。
图7是按照实施例的方法700的示意流程图,该方法用于通过在导体(例如,导体100、200、300、600)的导体层上布置具有低太阳能吸收率和高辐射发射率的涂层(例如,外涂层130、230、330或630)来降低导体的太阳能吸收率并提高其辐射发射率,该导体包括强度构件(例如,强度构件110、210、310、610)和导体层(例如,导体层120、220、320、620)。虽然是关于导体100描述的,但是应意识到的是,该方法可以用于形成任何涂覆有外涂层的复合导体,如本文中所述。
方法700包括在702形成强度构件110。强度构件110包括由复合材料形成的芯体112和封装层114,如本文中前面所述。芯体112可以包括任何合适的复合材料,并且可以使用如关于导体100描述的任何合适的方法来形成。封装层114可以由Al、Cu或本文中所述的任何其他合适的材料形成。此外,可以使用适形机器或任何其他合适的方法,围绕芯体112布置封装层114,如关于导体100所述。
在一些实施例中,在704,例如可以通过刷涂喷涂涂层、沉积后交联、收缩包装、任何其他合适的方法或它们的组合,在封装层114的外表面上布置内涂层116。内涂层116可被配制为在60℃(含)~250℃(含)范围内的工作温度下,在2.5微米(含)~15微米(含)范围内的波长下具有小于0.5的低吸收率,并且可以由任何合适的材料形成,如本文中所述。
在706,在强度构件110上(例如,围绕封装层114或围绕布置在封装层114周围的内涂层116)布置一组导电绞线,以形成导体层120。导电绞线可以由铝、铝合金、铜或包含微合金作为导电介质的铜合金等形成。在一些实施例中,导体层120可以包括导电绞线,该导电绞线包括Z、C或S线,以将外绞线保持就位。导体层120可以具有任何合适的横截面形状,例如圆形、三角形、梯形等。在一些实施例中,导体层120可以包括可以是圆形或梯形铝绞线的绞合铝层。在一些实施例中,导体层120可以包括Z形铝绞线。在一些实施例中,导体层120可以包括S形铝绞线。
如本文中所述,可以使用适形机器或任何合适的方法围绕强度构件110布置导电绞线。在一些实施例中,导体层120可以包括沿第一缠绕方向围绕强度构件110布置(例如,沿第一旋转方向螺旋缠绕强度构件110)的第一组导电绞线、沿第二缠绕方向围绕第一组绞线布置(例如,沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向螺旋缠绕第一组导电绞线)的第二组导电绞线,并且还可以包括沿第一缠绕方向缠绕第二组绞线的第三组绞线。
在一些实施例中,在708,处理导体层120的外表面(例如,每个导电绞线的外表面,或者仅包含在导体层120中的最外面的导电绞线的径向外表面)。在一些实施例中,在710,围绕导体层120布置绝缘层122。
例如,导体层120的导电绞线的外表面可以使用任何合适的方法,比如通过酸、溶剂进行清洁,和/或使用机械手段(例如,喷砂)进行纹理化,以便利外涂层130粘附到导体层120外表面。在其中围绕导体层120布置绝缘层122的一些实施例中,绝缘层122的外表面可以被清洁或纹理化(例如,通过喷砂)。
在712,围绕导体层120布置外涂层130,或者在其中围绕导体层120布置绝缘层122的实施例中围绕绝缘层122布置外涂层130。可以使用任何合适的方法来布置外涂层130,例如,通过刷涂喷涂涂层、沉积后交联、收缩包装、任何其他合适的方法或它们的组合。外涂层130可以被配制为在60℃(含)~250℃(含)范围内的工作温度下,在小于2.5微米的波长下具有小于0.5(例如,0.49、0.45、0.40、0.35、0.30、0.25、0.20、0.15、0.1(含),甚至更低)的太阳能吸收率,和在2.5微米(含)~15微米(含)范围内的波长下大于0.5(例如0.51、0.55、0.60、0.65、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95(含),甚至更高)的辐射发射率。例如,外涂层130可被配制为在约200℃的工作温度下,在约6微米的波长下具有等于或大于0.75(例如,0.75、0.76、0.77、0.78、0.79、0.80、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.90、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95(含),甚至更高)的辐射发射率,以及在小于2.5微米的波长下具有小于0.3(例如,0.29、0.28、0.27、0.26、0.25、0.24、0.23、0.22、0.21、0.20、0.15、0.10(含),甚至更低)的太阳能吸收率。在一些实施例中,外涂层130可被配置为导致在特定电流下导体100的工作温度的在约5℃(含)~约40℃(含)范围内(例如,5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、30、35或40℃(含))的降低,如本文中所述。外涂层130可以包括微结构和纳米孔隙,并且可以由任何合适的材料形成,如本文中所述。在一些实施例中,外涂层130可以另外地或可替选地被配制为具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高5%的抗侵蚀性(例如,比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高约100%的抗侵蚀性)。在一些实施例中,外涂层130可以具有大于175MPa的维氏硬度。
在一些实施例中,方法700还可以包括在714,去除靠近导体的轴向端部布置的涂层130(例如,外涂层)的一部分。如本文中关于图6A和图6B所述,可以使用任何合适的物理或化学手段来去除该部分外涂层130。方法700还可以包括在716,从导体100的轴向端部(例如,通过剥离或切割导体层120)去除预定长度的导体层120,以暴露布置在导体层120下面的强度构件110,如关于图6A和图6B所述。方法700还可以包括在718,例如通过将耦合器压接到强度构件110的轴向端部,将耦合器(例如耦合器640b或640b)耦合到导体100的轴向端部,如前关于图6A和图6B所述。
例子
模拟了本文中描述的低太阳能吸收率和高辐射发射率涂层对本文中描述的导体的工作温度和载流量的影响,并且在以下例子中详细描述了模拟的结果。应意识到的是,这些例子仅仅用于举例说明,不应被理解为限制本公开。
在各种导体的外表面上布置具有小于0.2的太阳能吸收率和大于0.9的辐射发射率的涂层,并分析它们对工作温度的影响。结果示于表1中,其中在导体类型中引用的符号“TS”指的是按照本公开的导体(例如,导体100、200、300、600)。
表1:具有和不具有低太阳能吸收率和高辐射发射率涂层的各种导体的工作温度。
如表1中所示,在TS导体的外表面上沉积具有低太阳能吸收率和高辐射发射率的涂层会导致导体的工作温度降低至少10℃,包括工作温度降低大于30℃。因此,在允许通过TS导体输送相同电流的时候,可以在更低的温度下运行TS导体,或者允许在相同的工作温度下通过TS导体输送更高的电流。
使用各种ACSR导体作为模型,模拟了在30℃、与导体成90度角处2英尺/秒风速、海拔900英尺的环境条件下工作的各种TS导体的性能,以确定使用如本文中所述的外涂层时载流量的提高或工作电流的降低。结果总结于表2中。
表2.低太阳能吸收率和高辐射发射率涂层对各种TS导体的载流量和工作温度的影响。A=载流量;OT=工作温度;SA=太阳能吸收率;RE=辐射发射率。
如表2中观察到的,在具有0.2的太阳能吸收率和0.9的辐射发射率的外涂层的情况下,观察到工作温度的最大降低或载流量的提高。在风力较大的条件下(4'/s对2'/s),随着对流热损失变得更加显著,较高发射率的影响(200℃时225A对254A的改善;90℃时104A对121A的改善)可能不那么显著。降低的太阳能吸收率的影响(200℃时25A对29A;90℃时53A对61A)也可能不那么重要,而在较低温度工作时,吸收率最小化更为重要,因为较低温度下的辐射冷却并不占主导地位(辐射损失与温度的四次方成正比)。
除非上下文另有明确规定,否则本文中使用的单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代。因此,例如,术语“构件”旨在意味着单个构件或构件的组合,“材料”旨在意味着一种或多种材料,或它们的组合。
本文中使用的用语“约”和“近似”通常意味着所述值的±10%。例如,约0.5将包括0.45和0.55,约10将包括9~11,约1000将包括900~1100。
本文中利用的用语“基本上”和类似用语旨在具有与本公开的主题所属领域的普通技术人员常见和接受的用法一致的广泛含义。例如,用语“基本平坦”意味着归因于在其他平坦表面上存在的制造变化,可能存在微量的表面变化或起伏。审阅本公开的本领域技术人员应当理解的是,这些用语旨在允许对所描述和要求保护的某些特征进行描述,而不将这些特征的范围限制于所提供的精确布置和/或数值范围。因而,这些用语应被理解为指示所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或变更被认为在所附权利要求中所记载的本发明的范围之内。
本文中使用的术语“耦合”等意味着两个构件直接或间接地相互接合。这种连接可以是固定的(例如,永久的)或可移动的(例如,可拆卸的或可释放的)。这种连接可以通过两个构件或者两个构件和任何附加的中间构件彼此一体地形成单个整体来实现,或者通过两个构件或者两个构件和任何附加的中间构件彼此附接来实现。
重要的是要注意,各个示例性实施例的结构和安排仅仅是说明性的。尽管本公开中仅仅详细描述了几个实施例,但是审阅本公开的本领域技术人员易于意识到,许多修改都是可能的(例如,各个元件的大小、尺寸、结构、形状和各元素的比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、取向等),而不实质上脱离本文中描述的主题的新颖教导和优点。还可以在各个示例性实施例的设计、操作条件和布置方面进行其他替换、修改、改变和省略,而不脱离本发明的范围。
虽然本说明书包含许多具体的实现细节,但是这些细节不应被理解为对任何发明或可能要求保护的内容的范围的限制,而是应被理解为对特定发明的特定实现所特有的特征的描述。本说明书中在单独的实现的上下文中描述的某些特征也可以在单个实现中组合实现。相反,在单个实现的上下文中描述的各个特征也可以单独或以任何合适的子组合在多个实现中实现。此外,尽管上面可能将特征描述为以某些组合的形式起作用,甚至最初是这样要求保护的,但在一些情况下,所要求保护的组合中的一个或多个特征可以从组合中删除,并且所要求的组合可以指向子组合或子组合的变体。
因此,已经描述了本发明的特定实现。其他实现在以下权利要求书的范围内。在一些情况下,权利要求书中记载的动作可以以不同的顺序进行,并且仍然可以实现期望的结果。另外,附图中描述的过程不一定需要所示的特定顺序或先后顺序来实现期望的结果。在某些实现中,多任务处理和并行处理可能是有利的。
Claims (30)
1.一种装置,包括:
强度构件,所述强度构件包括:
由复合材料形成的芯体,和
围绕所述芯体布置的封装层;
围绕所述强度构件布置的导体层;和
布置在所述导体层上的涂层,所述涂层被配制为在60℃~250℃范围内的工作温度下,在小于2.5微米的波长下具有小于0.5的太阳能吸收率,以及在2.5微米~15微米范围内的波长下具有大于0.5的辐射发射率。
2.按照权利要求1所述的装置,其中所述涂层被配制为在约200℃的工作温度下,在约6微米的波长下具有等于或大于0.75的辐射发射率,以及在小于2.5微米的波长下具有小于0.3的太阳能吸收率。
3.按照权利要求1或2所述的装置,其中所述涂层包括:
尺寸在3微米~15微米范围内的微结构,所述微结构被配置为使所述涂层具有大于0.5的辐射发射率;和
尺寸在50nm~700nm范围内的纳米孔隙,纳米结构被配置为使所述涂层具有在小于0.5的范围内的太阳能吸收率。
4.按照权利要求3所述的装置,其中所述涂层包括含氟聚合物和/或聚氨酯。
5.按照权利要求3所述的装置,其中所述微结构包括金属氧化物、金属氮化物、金属氟化物、金属碳化物、金属碳酸盐或稀土元素中的至少一种。
6.按照权利要求5所述的装置,其中所述微结构包括碳酸盐。
7.按照权利要求1或2所述的装置,其中所述涂层包括:
布置在所述导体层上的第一层,所述第一层具有大于0.5的辐射发射率;和
布置在所述第一层上方的第二层,所述第二层具有小于0.5的太阳能吸收率。
8.按照权利要求1、2、3或7任意之一所述的装置,其中所述装置还包括:
布置在所述封装层和所述导体层之间的内涂层,所述内涂层被配制为在60℃~250℃范围内的工作温度下,在2.5微米~15微米范围内的波长下具有小于0.5的热吸收率。
9.按照权利要求1、2、3或7任意之一所述的装置,其中所述导体层包括围绕所述强度构件布置的多个导电绞线。
10.按照权利要求1、2、3或7任意之一所述的装置,其中所述涂层被配制为具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高5%的抗侵蚀性。
11.按照权利要求1、2、3或7任意之一所述的装置,其中所述涂层是亲水性的。
12.一种装置,包括:
强度构件,所述强度构件包括:
由复合材料形成的芯体,和
围绕所述芯体布置的封装层,所述封装层的外表面被配置为在对应于大于90℃的工作温度的热辐射波长下具有大于50%的反射率。
13.按照权利要求12所述的装置,其中所述封装层的外表面被处理为具有大于50%的反射率。
14.按照权利要求12或13所述的装置,其中所述外表面涂覆有反射率大于50%的涂层。
15.按照权利要求12或13所述的装置,还包括:
围绕所述强度构件布置的导体层。
16.按照权利要求15所述的装置,其中在所述导体层上布置涂层,所述涂层被配制为在60℃~250℃范围内的工作温度下,在小于2.5微米的波长下具有小于0.5的太阳能吸收率,以及在2.5微米~15微米范围内的波长下具有大于0.5的辐射发射率。
17.按照权利要求16所述的装置,其中所述涂层被配制为在约200℃的工作温度下,在约6微米的波长下具有等于或大于0.75的辐射发射率,在小于2.5微米的波长下具有小于0.3的太阳能吸收率。
18.按照权利要求16所述的装置,其中所述涂层包括:
尺寸在3微米~15微米范围内的微结构,所述微结构被配置为使所述涂层具有大于0.5的辐射发射率;和
尺寸在50nm~700nm范围内的纳米孔隙,纳米结构被配置为使所述涂层具有在小于0.5的范围内的太阳能吸收率。
19.按照权利要求15所述的装置,其中涂层包括含氟聚合物和/或聚氨酯。
20.按照权利要求15或16所述的装置,其中微结构包括金属氧化物、金属氮化物、金属氟化物、金属碳化物、金属碳酸盐或稀土元素中的至少一种。
21.按照权利要求17所述的装置,其中微结构包括碳酸盐。
22.一种装置,包括:
强度构件,所述强度构件包括:
由复合材料形成的芯体,和
围绕所述芯体布置的封装层;
围绕所述强度构件布置的导体层;和
布置在所述导体层上的涂层,所述涂层被配制为具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高5%的抗侵蚀性。
23.按照权利要求22所述的装置,其中所述涂层具有比铝或铝合金的抗侵蚀性至少高约100%的抗侵蚀性。
24.按照权利要求22或23所述的装置,其中所述涂层具有大于175MPa的维氏硬度。
25.按照权利要求22、23或24任意之一所述的装置,其中所述涂层还被配制为在60℃~250℃范围内的工作温度下,在小于2.5微米的波长下具有小于0.5的太阳能吸收率,在2.5微米~15微米范围内的波长下具有大于0.5的辐射发射率。
26.一种组合件,包括:
导体,所述导体包括:
强度构件,所述强度构件包括:
由复合材料形成的芯体,和
围绕所述芯体布置的封装层;
围绕所述强度构件布置的导体层;
耦合到所述导体的轴向端部的耦合器;和
布置在所述耦合器的外表面上的涂层,所述涂层被配制为在60℃~250℃范围内的工作温度下,在小于2.5微米的波长下具有小于0.5的太阳能吸收率和/或在2.5微米~15微米范围内的波长下具有大于0.5的辐射发射率。
27.按照权利要求26所述的组合件,其中所述涂层是第一涂层,所述组合件还包括:
布置在所述导体的所述导体层的外表面的至少一部分上的第二涂层,该涂层被配制为在60℃~250℃范围内的工作温度下,在小于2.5微米的波长下具有小于0.5的太阳能吸收率和/或在2.5微米~15微米范围内的波长下具有大于0.5的辐射发射率。
28.按照权利要求27所述的组合件,其中所述第二涂层被布置在所述导体层的轴向布置在所述耦合器的外侧的部分上。
29.按照权利要求26、27或28任意之一所述的组合件,其中所述耦合器被压接到所述导体的所述轴向端部。
30.按照权利要求29所述的组合件,其中在将所述耦合器耦合到所述导体使得所述耦合器被压接到所述强度构件之前,去除在所述导体的所述轴向端部处的预定长度的导体层。
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