專利名稱：包含高性能聚乙烯纖維的繩索的制作方法
包含高性能聚乙烯纖維的繩索 本發(fā)明涉及一種包含高性能聚乙烯纖維的繩索，該繩索特別適用于滑
輪上彎曲應用(bend-over-sheave applications)。本發(fā)明還涉及所述繩索作 為滑輪上彎曲應用的載荷承受構件的用途。
這樣的繩索從US 5901632可知。在該專利公布文件中，描述了一種 大直徑編織繩索，該繩索包含多股繩股，該繩股本身優(yōu)選由包含高強度聚 合物纖維的繩索紗線編織。在該文指出的最優(yōu)選的實施方式中，該繩索為 12股、兩上兩下(two-over/two-under)的圓環(huán)形編織物，其中每一繩股本 身為高性能聚乙烯(HPPE)纖維制成的12股編織物(12X12結構)。
本文中用于滑輪上彎曲應用的繩索是指通常用于提升和系泊應用的承 重繩索，用于例如船舶、海洋、海上油氣、地震、商業(yè)捕魚和其它工業(yè)市 場。在這些應用(以及被稱作滑輪上彎曲應用)中，繩索經(jīng)常在巻筒、纜 柱、托輥、滑輪等上拉拽，造成摩擦和彎曲。當如此頻繁地彎曲或撓曲 時，由于例如外部和內(nèi)部磨損、摩擦熱等導致繩索和纖維損壞從而可使繩 索失效，這種疲勞斷裂也稱為彎曲疲勞或撓曲疲勞。
為了減小繩索在滑輪上彎曲應用中的撓曲疲勞，通常建議使用直徑至 少為繩索直徑8倍的滑輪(或其它表面)。為了降低外部磨損導致的繩索 強度損失，已知可為繩索或繩索中的繩股提供護套，例如紡織套或編織 套。然而，這些護套增大了繩索的直徑和剛度，并且增加的重量和成本， 而無益于繩索的承重能力，而且使對載荷承受構件的直觀檢査變得不可 行。為了減少繩索中的纖維間的內(nèi)部磨損導致的強度損失，US 6945153B2 中提出在繩股中采用聚合纖維的特定混合物。
US 6945153B2描述了一種結構類似于US 5901632的編織繩索，其中 繩股含有比例為40:60-60:40的高性能聚乙烯纖維和溶致或熱致聚合物纖維 的混合物。該文指出，溶致或熱致液晶纖維(如芳族聚酰胺(ammid)或 聚二噁唑(PBO))具有良好的耐蠕變斷裂性，但極易自磨損；而HPPE
3纖維雖然呈現(xiàn)出最小的纖維間磨損，但易于蠕變失效。
然而，已知繩索結構的一個缺點是，當頻繁彎曲和撓曲時，繩索的使
用壽命較短。因此，工業(yè)上需要具有改進性能的繩索，該繩索可以長時間
地用于周期性滑輪上彎曲應用。
因此，本發(fā)明的目的提供這樣一種具有改善性能的繩索。 根據(jù)本發(fā)明，上述目的通過一種含有多股繩股的繩索實現(xiàn)，所述繩股
包含高性能聚乙烯(HPPE)纖維和聚四氟乙烯(PTFE)纖維的混合物， 其中整個繩索中的高性能聚乙烯纖維與聚四氟乙烯纖維的質(zhì)量比為70:30-98:2。
本發(fā)明令人驚訝地得到了具有最佳特性的繩索。該繩索不僅具有改善 的撓曲疲勞，而且具有高剛度和高強度。
本發(fā)明的繩索明顯延長了在滑輪上彎曲應用時的使用壽命，這一點令 人驚訝，原因在于盡管PTFE本身的潤滑特性是已知的，但在例如US 6945153B2中清楚地指出繩索中的HPPE紗線已然具有最佳的磨損性能。
本發(fā)明的繩索的其它優(yōu)點包括，使用時產(chǎn)生較少的熱量，該熱量例如 由繩股間和/或纖維間摩擦產(chǎn)生，這降低了 HPPE纖維蠕變伸長的風險。因 此，包含大量HPPE纖維的繩索可以長期安全使用，前提是適當?shù)卦O計和 使用，例如避免過載情形(相對于最大設計能力)。該繩索的強度效率 高，即繩索的強度對其構成纖維的強度的百分比相對較高。該繩索還呈現(xiàn) 出改善的牽引性和絞盤存儲性，并且可以容易地檢査潛在的損壞。
因此，本發(fā)明還涉及本文中進一步詳述的結構和組成的繩索在滑輪上 彎曲應用(例如提升應用)中作為載荷承受構件的用途。
本發(fā)明的繩索可以具有各種結構，包括捻制、編織、平行(具有覆 層)和絲繩狀結構的繩索。繩索中的繩股數(shù)可在寬范圍內(nèi)變化，但通常為 至少3優(yōu)選至多16股，從而獲得良好性能同時易于制造。
優(yōu)選地，本發(fā)明的繩索為編織結構，從而提供使用時保持內(nèi)聚性的堅 固且扭矩平衡的繩索。存在大量已知類型的編織結構，它們通常根據(jù)形成 繩索的方法來區(qū)分。合適的結構包括辮狀(soutache)編織物、管狀編織 物和扁平編織物。管狀或環(huán)狀編織物是最常見的用于繩索的編織物，并且通常由兩組可以采用不同式樣相互纏繞的繩股組成。管狀編織物中的繩股 數(shù)可以有很大變化。特別是當繩股數(shù)較高時，和/或當繩股相對較細時，管 狀編織物可以具有中空核心，并且編織物可以坍縮成橢圓形。如果這是不 期望的，編織物可以包含核心構件，該核心構件可以是由各種聚合物纖維 (優(yōu)選HPPE纖維)制成的繩索，這種編織物在使用時會更好地保持其形 狀。
本發(fā)明編織繩索中的繩股數(shù)至少為3。增大的繩股數(shù)往往降低繩索的 強度效率。因此，根據(jù)編織物類型，繩股數(shù)優(yōu)選至多16。 8或12股編織 結構的繩索是特別合適的。這樣的繩索具有期望的韌性以及耐撓曲疲勞 性，并且可以在相對簡單的機器上經(jīng)濟地制造。
本發(fā)明編織繩索的結構中，加捻系數(shù)(捻制結構中每米的捻回數(shù))或 編織周期(即相對于繩索寬度的節(jié)距)并不特別關鍵。合適的編織周期為 4-20。較長的編織周期得到具有較高強度效率的較松散的繩索，但該繩索 不那么堅固并且更難以接合。編織周期太短會使強韌度下降過多。因此， 編織周期優(yōu)選為約5-15，更優(yōu)選6-10。
本發(fā)明的繩索的直徑可以在寬范圍內(nèi)變化。優(yōu)選地，繩索的直徑為至 少2 mm，更優(yōu)選至少5 mm，甚至更優(yōu)選至少10 mm。較小直徑的繩索 (例如直徑為約2-20 mm)通常在機械裝置(例如汽車門窗升降機構)中 作為細繩。最優(yōu)選地，繩索具有至少20 mm的較大直徑。如果繩索具有橢 圓形截面，則用當量直徑來定義圓形繩索的尺寸更為精確，所述當量直徑 即為與非圓形繩索具有相同的單位長度質(zhì)量的圓形繩索的直徑。在繩索的 最外周測量繩索直徑。這是因為繩股所確定的繩索邊界不規(guī)則。優(yōu)選地， 本發(fā)明的繩索是承重繩索，其當量直徑為至少30mm，更優(yōu)選至少40、 50、 60mm，或甚至至少70 mm，因為繩索越粗，本發(fā)明的優(yōu)點相應地越 明顯。已知的最粗繩索具有高達約300 mm的直徑，用于深水裝置的繩索 的直徑通常高達約130 mm。
本發(fā)明的繩索具有近似圓環(huán)形或圓形以及橢圓形截面，即受拉繩索的 截面是扁平的橢圓形，或甚至幾乎為長方形(依賴于初級繩股數(shù))。這樣 的橢圓形界面的長寬比(即，較大直徑與較小直徑之比，或寬高比)優(yōu)選為1.2-4.0。確定長寬比的方法是本領域技術人員已知的， 一種示例性方法 包括:在保持繩索受到拉力的同時，或圍繞其緊密纏繞膠帶之后，測量繩索 的外部尺寸。所述長寬比的優(yōu)點是，當周期性彎曲時，繩索中的絲線之間 的應力差別較小，并且產(chǎn)生較少的磨損和摩擦熱，從而延長了彎曲疲勞壽 命。截面的長寬比優(yōu)選為約1.3-3.0，更優(yōu)選約1.4-2.0。
在本發(fā)明的繩索中，繩股(也稱為初級繩股)的結構并不特別關鍵。 本領域技術人員可以選擇合適的結構(如捻制或編織繩股)以及相應的加 捻系數(shù)或編織周期，從而得到平衡且無扭矩的繩索。
在本發(fā)明的特殊實施方式中，每股初級繩股本身即為編織繩索。優(yōu)選 地，繩股是由偶數(shù)的次級繩股(也稱為繩索紗線)制成的圓環(huán)形編織物， 次級繩股包括聚合物纖維。次級繩股數(shù)并無限制，可以例如為6-32，考慮 到制造這種編織物的可用機器，次級繩股數(shù)優(yōu)選為8、 12或16。本領域技 術人員可以基于知識或借助于一些計算或實驗，根據(jù)期望繩索的最終結構 和尺寸，選擇繩股的結構類型以及纖度。
包含聚合物纖維的次級繩股或繩索紗線可以同樣根據(jù)期望的繩索而具 有各種結構。合適的結構包括捻合纖維，但也可以使用編織繩索，如圓環(huán) 形編織物。例如，US 5901632中提到了合適的結構。
在本文中，纖維是指長度不限，但長度遠大于寬度和粗度的細長物 體。因此，術語纖維包括單絲紗線、多絲紗線、條、帶等，并且纖維可以 具有規(guī)則或不規(guī)則的截面。術語纖維還包括上述中的一種或多種。
具有單絲或帶狀纖維形式的纖維可以具有各種纖度，但其纖度通常為
10至數(shù)千dtex，優(yōu)選100-2500 dtex，更優(yōu)選200-2000 dtex。多絲紗線含有 多條纖度通常為0.2-25 dtex、優(yōu)選約0.5-20 dtex的絲線。多絲紗線的纖度 也可以在寬范圍內(nèi)變化，例如從50至數(shù)千dtex，但優(yōu)選約200-4000 dtex，更優(yōu)選300-3000 dtex。
本發(fā)明的繩索包括多條繩股，所述繩股包含高性能聚乙烯(HPPE) 纖維。HPPE纖維在這里是指由超高摩爾質(zhì)量聚乙烯(也稱為超高分子量 聚乙烯，UHMWPE)制成的纖維，其強韌度為至少2.0，優(yōu)選至少2.5或 至少3.0N/tex。纖維的拉伸強度(也簡稱為強度)或強韌度由如基于ASTM D885-85或D2256-97的已知方法確定。對繩索中HPPE纖維的強韌 度的上限沒有限制，但目前可用的纖維的強韌度通常至多約為5-6N/tex。 HPPE纖維還具有高拉伸模量，例如至少75 N/tex，優(yōu)選至少100或至少 125N/tex。 HPPE纖維也被稱為高模量聚乙烯纖維。
在一種優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明的繩索中的HPPE纖維是一條或更多 條多絲紗線。
HPPE纖維、絲線和多絲紗線可通過以下方法制備:將HHMWPE在合 適的溶劑中的溶液紡成凝膠纖維，然后在部分或完全除去溶劑以前、期間 和/或以后拉伸該纖維，即通過所謂的凝膠紡絲工藝。UHMWPE溶液的凝 膠紡絲對本領域技術人員是公知的，所述工藝在包括EP 0205960 A、 EP 0213208 Al、 US 4413110、 GB 2042414 A、 EP 0200547 Bl、 EP 0472114 Bl 、 WO 01/73173 Al 、 Advanced Fiber Spinning Technology, Ed. T. Nakajima, Woodhead Publ. Ltd (1994)， ISBN 185573 182 7及其所引參考文獻 的大量文獻中有描述。
UHMWPE是指特性粘度(IV，在135X:下在十氫化萘溶液中測定) 至少為5 dl/g、優(yōu)選為約8-40 dl/g的聚乙烯。特性粘度是摩爾質(zhì)量(也被 稱為分子量)的量度，它比例如Mn和Mw的實際摩爾質(zhì)量參數(shù)更容易確 定。在IV和Mw之間存在一些經(jīng)驗關系，但這個關系依賴于摩爾質(zhì)量分 布。根據(jù)關系式Mw=5.37X 104[IV]137 (見EP 0504954 Al) ， IV為8 dl/g相當于Mw約為930 kg/mol。優(yōu)選地，UHMWPE是每100個碳原子具 有小于一個支鏈，優(yōu)選每300個碳原子具有小于一個支鏈的線性聚乙烯， 支鏈或側鏈通常包含至少10個碳原子。線性聚乙烯還可以包含至多5 moin/。的一種或更多種共聚單體，例如，烯烴，如丙烯、丁烯、戊烯、4-甲 基戊烯或辛烯。
在一種優(yōu)選實施方式中，UHMWPE包含少量(優(yōu)選每1000個碳原子 至少0.2或至少0.3個))的相對較小基團作為側基，優(yōu)選Cl-C4垸基。 這樣的纖維可同時具有高強度和耐蠕變性。然而，側基太大或側基數(shù)量過 高，會對制造纖維的過程產(chǎn)生不利影響。因此，UHMWPE優(yōu)選包含甲基 或乙基側基，更優(yōu)選甲基側基。對于每1000個碳原子，側基的數(shù)量優(yōu)選為至多20，更優(yōu)選至多IO、 5或至多3。
本發(fā)明的繩索中的HPPE纖維還可包含少量(通常小于5質(zhì)量％，優(yōu) 選小于3質(zhì)量％)的常規(guī)添加劑，例如抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑、著色劑、流 動促進劑等。UHMWPE可以是單一的聚合物等級，也可以是兩種或更多 種不同的聚乙烯等級(例如在IV或摩爾質(zhì)量分布和/或共聚單體或側基的 類型和數(shù)量方面存在差異)的混合物。
本發(fā)明的繩索包括多條包含HPPE和PTFE纖維的混合物的繩股。 PTFE纖維在這里是指由聚四氟乙烯聚合物制成的纖維。PTFE纖維的強韌 度明顯低于HPPE纖維，并且對繩索的靜態(tài)強韌度無有效貢獻。但是， PTFE纖維的強韌度優(yōu)選為至少0.3、優(yōu)選至少0.4或至少0.5 N/tex，從而 防止纖維在處理時、與HPPE纖維混合時和/或制造繩索的過程中斷裂。對 PTFE纖維的強韌度的上限沒有限制，但現(xiàn)有的PTFE纖維的強韌度通常至 多約為1 N/tex。 PTFE纖維的斷裂伸長率通常高于HPPE纖維的斷裂伸長 率。
PTFE纖維的特性以及制造這種纖維的方法已在包括EP 0648869 Al、 US 3655853、 US 3953566、 US 5061561、 US 6117547和US 5686033的大
量文獻中有描述。
PTFE聚合物是指以四氟乙烯作為主要單體所制備的聚合物。優(yōu)選 地，PTFE聚合物包含小于4moin/。、更優(yōu)選小于2或1 moiy。的其它單體， 例如乙烯、氯三氟乙烯、六氟丙烯、全氟丙基乙烯基醚等。PTFE—般為 具有高熔點和高結晶度的極高摩爾質(zhì)量聚合物，因此基本上不可能對這種 材料進行熔融加工。而且，PTFE在溶劑中的溶解度也很有限。因此， PTFE纖維通常如下制造:將PTFE和可選的其它組分的混合物在低于PTFE 熔點的溫度下擠出制成前驅體纖維(例如單絲、帶或片)，然后進行燒結 之類的處理步驟和/或在高溫下對產(chǎn)品進行后續(xù)拉伸。PTFE纖維因而通常 為一條或更多條單絲狀或帶狀結構，例如某些捻合成紗線狀產(chǎn)品中的帶狀 結構。 一般來說，依賴于制造前驅體纖維的工藝以及所用的后續(xù)拉伸條 件，PTFE纖維具有一定的空隙率。PTFE纖維的表觀密度可在寬范圍內(nèi)變 化，合適的產(chǎn)品的密度范圍為約1.2-2.5 g/cm3。在本發(fā)明的繩索中，HPPE纖維和PTFE纖維優(yōu)選已結合以形成繩索 紗線，這些紗線形成繩索中的繩股。本發(fā)明的繩索中的所有初級和次級繩 股所包含的HPPE和PTFE的質(zhì)量比可以大致相同，但不同的繩股中的 HPPE/PTFE質(zhì)量比也可不同(整個繩索的平均HPPE/PTFE質(zhì)量比處于指 定范圍)。在一種實施方式中，PTFE纖維特別地存在于繩股中與其它繩 股直接接觸的那些繩索紗線中，而隱藏在繩股內(nèi)部的繩索紗線基本上由 HPPE構成。本發(fā)明的繩索還可以包括多條包含HPPE纖維和PTFE纖維的 繩股以及一條或更多條由HPPE纖維、其它非PTFE纖維或HPPE纖維和 其它纖維的混合物構成的繩股。這樣的繩股優(yōu)選作為繩索的核心。
本發(fā)明的繩索包括多條繩股，所述繩股包含質(zhì)量比為70:30-98:2的 HPPE纖維和PTFE纖維的混合物。較高的PTFE纖維含量會為繩股增加更 多的潤滑作用，并延長繩索頻繁彎曲條件下的使用壽命。優(yōu)選地，HPPE 纖維與PTFE的質(zhì)量比為至多97:3，更優(yōu)選至多96:4、 95:5、 94:6、 93:7或 甚至92:8。然而，因為PTFE纖維對繩索的強度沒有貢獻或幾乎沒有貢 獻，所以PTFE纖維的量不應當太高。因此，HPPE纖維與PTFE纖維的質(zhì) 量比優(yōu)選為至少74:26、 78:22、 80:20或甚至82:18。
本發(fā)明的繩索中的初級繩股除了所述纖維的組合物以外還包含其它組 分，例如其它纖維、涂層等。優(yōu)選地，繩股包含至多25質(zhì)量％、更優(yōu)選至 多20或15質(zhì)量％的其它組分。
本發(fā)明的繩索包含初級繩股，是指初級繩股是賦予繩索承重性質(zhì)的主 要組成部分。如本領域技術人員己知，為了進一步增強繩索的性能或使其 具有某些附加性質(zhì)，繩索還可包含輔助組分。實例包括某些具有例如導電 性或透光性的輔助性繩股或纖維，這些性質(zhì)的改變可以例如作為出現(xiàn)超載 情況時的指示。繩索還可包含任何常規(guī)涂料或膠料，該涂料可以保護繩索 或充當進一步增強耐磨性的潤滑劑。適用于此目的的涂料通常以例如熱塑 性聚合物或瀝青化合物的水性分散體形式施加。優(yōu)選地，繩索包含的其它 組分小于約25質(zhì)量％或小于20或15質(zhì)量％。
通過反向彎曲測試來評價由HPPE多絲紗線制成的直徑約5 mm的編 織繩索，該測試采用3個輥，使得每個周期存在6次彎曲變形。該測試在環(huán)境條件下進行，并且繩索上噴淋有水。該繩索所顯示的耐受周期性彎曲 的能力(彎曲疲勞壽命)為在失效發(fā)生之前經(jīng)歷了大約400個周期。用同
一繩索的另外兩段重復該測試，只是此時對這兩段繩索分別提供約15質(zhì)
量％的兩種涂層材料(其中一種基于瀝青化合物而另一種基于硅酮化合
物)，在兩種繩索失效前分別經(jīng)歷約1000個和1300個周期。制造具有類 似結構的繩索，其中繩股由約86質(zhì)量％的HPPE紗線和約14質(zhì)量％的帶 狀PTFE纖維(具有通常用作牙線的尺寸)的混合物構成。在不涂覆任何 涂層的條件下，該繩索在約5000個周期后失效。用硅酮涂料(基于繩索 總質(zhì)量的約11質(zhì)量％的硅酮化合物)涂覆的相同HPPE/PTFE繩索在 15000個周期之后仍未失效。
本發(fā)明還涉及一種包含多股繩股的繩索，所述繩股包含質(zhì)量比為 70:30-98:2的高性能聚乙烯纖維和聚四氟乙烯纖維的混合物，所述繩索還 包含約2-20質(zhì)量％的硅酮化合物(基于繩索總質(zhì)量)。這樣的繩索令人驚 訝地進一步改善了彎曲疲勞壽命，同時具有期望的強度特性以及耐磨性。
優(yōu)選地，本發(fā)明的繩索包含約3-18、 4-16或甚至約5-15質(zhì)量％的硅酮 化合物。
這里所用術語"硅酮化合物"是指，其中硅原子通過氧原子連接并且 每個硅原子具有一個或數(shù)個有機基團(通常為甲基或苯基)的化合物。硅 酮也稱作聚有機硅氧烷，并可以是線性的或環(huán)狀的聚有機硅氧垸或其混合 物?？梢岳缤ㄟ^根據(jù)已知方法將有機二氯硅烷與水反應來制備如聚有機 硅氧垸的硅酮。
在本發(fā)明的一種特殊實施方式中，為了進一步提高繩索的強度特性， 優(yōu)選在100-12(TC下，將繩索后續(xù)拉伸或在初級繩股組合成繩索之前至少 對初級繩股進行后續(xù)拉伸。這樣的繩索后續(xù)拉伸步驟在例如EP 0398843B1 或US5901632中有所描述。
本發(fā)明還涉及PTFE纖維與其它聚合物纖維組合來制造繩索的用途。 由于PTFE的良好物理性質(zhì)，PTFE纖維可用于大量要求高的應用。PTFE 纖維具有優(yōu)異的高溫和低溫性能、耐化學性以及抵抗因暴露于紫外輻射而 損壞的能力。PTFE纖維的應用實例包括牙線、軸承以及各種薄膜和防水且透氣的織物(由多種織造工藝形成，包括紡織、編織、針織和針刺)。
PTFE纖維還用作縫紉線，但在繩索中的應用還未公開。PTFE纖維令人驚 訝地延長了繩索的使用壽命，特別是延長了在使用中頻繁彎曲的較大直徑 的繩索的使用壽命。
優(yōu)選地，本發(fā)明的用途涉及將PTFE纖維與強韌度至少為2.0 N/tex的 高性能纖維組合用于制造用于滑輪上彎曲應用的繩索，其中其它纖維與 PTFE纖維的質(zhì)量比為70:30-98:2。更優(yōu)選地，高性能纖維是HPPE纖維。
本發(fā)明的繩索可通過由聚合物纖維組裝繩索并可選地涂覆繩索涂層的 已知技術制造。
一種根據(jù)本發(fā)明的制造繩索的優(yōu)選方法包括步驟:a)組裝質(zhì)量比為 70:30-98:2的HPPE纖維和PTFE纖維以形成繩索紗線；b)可選地組裝兩 條或多條所述繩索紗線以形成繩股；c)編織所述繩索紗線或所述繩股以 形成繩索；d)可選地涂覆繩索涂層。
本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施方式與以上針對纖維、繩索紗線、繩股和涂 層的結構和/或組成所討論的那些類似。
本發(fā)明的方法還可包括在編織期間在含有繩股的錠子空轉時將一股初 級繩股的末端與下一股初級繩股的一端接合起來的步驟。以此方式，可以 將繩索的長度延長至任意期望的長度，而不會使所得的繩索包含會導致斷 裂強度降低的不牢固的點。
本發(fā)明的方法還可包括在編織步驟之前將初級繩股后續(xù)拉伸的步驟， 或者包括將繩索后續(xù)拉伸的步驟。這種拉伸步驟優(yōu)選在高溫下進行(相當 于熱拉伸)，但溫度低于繩股中的絲線的熔點(最低熔點)，優(yōu)選的溫度 范圍是100-120°C。這樣的后續(xù)拉伸步驟描述在例如EP 398843 Bl或US 5901632中。
令人驚訝地，本發(fā)明的包含HPPE纖維的繩索與已有的繩索相比顯示 出更好的撓曲疲勞。因此，本發(fā)明還涉及一種包含HPPE纖維和至少一種 改善繩索撓曲疲勞的手段的繩索，其特征在于，與不包含改善撓曲疲勞的 手段的繩索相比，撓曲疲勞改善了至少5倍。優(yōu)選地，撓曲疲勞改善至少 7倍，更優(yōu)選10倍，甚至更優(yōu)選13倍。在優(yōu)選實施方式中，對于包含HPPE纖維和PTFE纖維的繩索，如上所述的優(yōu)選方式同樣適用于所用的 HPPE纖維的類型和用量、繩索的直徑等。
測試繩索撓曲疲勞的方法
測試繩索撓曲疲勞的方法描述在US 6945153 B2中。該專利公開的測 試裝置和測試樣品分別如本說明書的

圖1和圖2所示。圖1示出了測試裝 置20，該裝置具有測試滑輪22和張緊滑輪24。對滑輪24施加力26，從 而在測試樣品中形成張力并且在樣品與滑輪的界面上形成表面張緊力。將 第一測試樣品28和第二測試樣品30安置在滑輪上，并用接頭32將測試樣 品的自由端連接在一起。測試樣品28示于圖2。測試樣品28包括繩索部 分34和該繩索部分兩端的索眼36。繩索部分包括雙彎區(qū)38以及位于雙彎 區(qū)38兩側的兩個單彎區(qū)40。
滑輪向一個方向旋轉直到接頭到達滑輪，然后滑輪向另一個方向旋轉 直到接頭再次到達滑輪，這是一個周期。以此方式，雙彎區(qū)38經(jīng)過滑輪 兩次。以每小時554個周期的頻率(相當于周期時長為6.5秒)連續(xù)重復 該過程。
滑輪的直徑是被測繩索直徑的20倍。
如圖3所示，滑輪具有溝槽，該溝槽具有與繩索直徑相同的中心部分 52。如圖3所示，凸緣角ce為30。，溝槽從中心部分兩側沿直部54延伸。 溝槽的總深度是被測繩索直徑的0.75倍。力26為被測繩索的最大斷裂負 荷(MBL)的2X22M。 一個周期的行程為滑輪直徑的2.22倍。
撓曲疲勞以繩索斷裂失效前經(jīng)受的周期數(shù)來表示。
對比實驗A
制造完全由HPPE纖維構成且與20 mm的滑輪匹配的標準繩索。 HPPE纖維使用荷蘭DSM的DyneemaWSK75 (2640dtex)。
繩索紗線的結構為10X2640 dtex、每米12個捻回S/Z。由該紗線制造 繩股。繩股結構為7繩索紗線、每米20個捻回Z/S。由該繩股制造繩索。 繩索結構為每米6.1個捻回(間距164mm)的12股編織繩索。繩索的斷裂負荷為40.3噸。 按照上述測試方法測試繩索的撓曲疲勞。
滑輪直徑為400 mm。周期時長為6.5秒。對滑輪24施加的力為2X 9.15噸。
繩索在4145個周期后失效。
對比實驗B
將對比實驗A的標準繩索浸漬在針對滑輪上彎曲應用最優(yōu)化的涂料中。
在與對比實驗A的繩索相同的條件下測試撓曲疲勞。繩索在18608個 周期后失效。
實施例1
制造本發(fā)明的與20mm的滑輪匹配的繩索。該繩索包含多股繩股，所 述繩股包含對比實驗A中使用的HPPE纖維(在下面的結構中以D表示) 與美國Gore的e-PTFE 500 dtex (在下面的結構中以G表示)的混合物。
繩索紗線的結構為(9X2640 dtex D+9X500 dtex G)，每米12個捻 回S/Z。
繩股結構為7條繩索紗線，每米20個捻回Z/S;繩索結構為每米6.1 個捻回(間距164 mm)。
在與對比實驗A的繩索相同的條件下測試撓曲疲勞。繩索在23132個 周期后失效。
實施例2
將實施例1的繩索浸漬在對比實驗B的繩索所用相同的涂料中。 在與對比實驗A的繩索相同的條件下測試撓曲疲勞。繩索在123591 個周期后失效。
權利要求
1.包含多股繩股的繩索，所述繩股包含高性能聚乙烯纖維和聚四氟乙烯纖維的混合物，其中在整個繩索中，高性能聚乙烯纖維與聚四氟乙烯纖維的質(zhì)量比為70∶30-98∶2。
2. 如權利要求1的繩索，其中所述繩索為編織結構。
3. 如權利要求1或2的繩索，其中所述繩索包含8或12股繩股。
4. 如權利要求1-3中任何一項的繩索，其中所述繩索的直徑為至少30mm。
5. 如權利要求1-4中任何一項的繩索，其中所述高性能聚乙烯纖維的 強韌度為至少2.5N/tex。
6. 如權利要求1-5中任何一項的繩索，其中所述聚四氟乙烯纖維的強 韌度為至少0.3N/tex。
7. 如權利要求1-6中任何一項的繩索，其中所述質(zhì)量比為80:20-95:5。
8. 如權利要求1-3中任何一項的繩索，其中所述繩索還包含約2-20質(zhì) 量％的硅酮化合物。
9. 聚四氟乙烯纖維與其它聚合物纖維組合用于制造繩索的用途。
10. 包含HPPE纖維和至少一種改善繩索撓曲疲勞的手段的繩索，其特 征在于，與不包含改善撓曲疲勞的手段的繩索相比，其撓曲疲勞改善了至 少5倍。
11. 如權利要求1-10中任何一項的繩索用作滑輪上彎曲應用的載荷承 受構件的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包含多股繩股的繩索，所述繩股包含質(zhì)量比為70∶30-98∶2的高性能聚乙烯纖維和聚四氟乙烯纖維的混合物。該繩索顯著延長了在周期性滑輪上彎曲應用中的使用壽命。本發(fā)明還涉及該繩索作為滑輪上彎曲應用的載荷承受構件的用途。
文檔編號D07B1/02GK101321907SQ200680045240
公開日2008年12月10日 申請日期2006年11月28日 優(yōu)先權日2005年12月2日
發(fā)明者博蘭德·阿爾伯特·德羅格特, 里戈貝爾·伯斯曼 申請人:帝斯曼知識產(chǎn)權資產(chǎn)管理有限公司