JP2023536426A - ロープ - Google Patents
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Abstract
本明細書に開示されるのは、フィラメントの束を含むロープであって、各束は少なくとも70体積%の液晶ポリマーフィラメントを含み、少なくとも1つの束はフィラメント当たり少なくとも10デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む。また、本明細書に開示されるのは、物体に接続されたロープに張力を加えることによって、物体を引っ張ったり持ち上げたりする方法であり、前記ロープはシーブまたは非回転ガイド面上に配置され、シーブの直径または非回転ガイド面の有効直径Dのロープの直径dに対する比は、少なくとも20:1である。【選択図】図1
Description
本出願は、一般に材料技術に関し、より具体的には、周期的ベンド・オーバー・シーブ(CBOS)(cyclic bend-over-sheave)用途において改善された性能を有するロープに関する。より具体的には、本出願は、液晶ポリマーフィラメントの束を含むロープを開示する。本明細書に開示されるロープは、例えば、張力をかけられたロープがシーブまたは非回転ガイド面上を繰り返し通過する用途において有用である。
人間は何千年もの間、引っ張ったり、運んだり、持ち上げたりするためにロープを作り、使用してきた。通常、ロープは、より大きくより強力な形にねじったり編み込んだりした繊維、糸、またはストランドのグループである。例えば、ロープは、個々のフィラメントを繊維に結合し、繊維を撚って撚り糸(a twisted yarn)を形成し、撚り糸を編んで編組ストランド(a braided strand)を形成し、次いで編組ストランドを編んで編組ロープ(a braided rope)を形成することによって構築され得る。
ロープの破損につながる損傷のタイプは、操作条件、ロープの構造、そしておそらく最も重要であるロープの製造に使用される繊維のタイプを含む、いくつかの要因に依存する。大径のロープがシーブ(滑車など)または非回転ガイド面で引っ張られると、一般に2つの損傷メカニズムが観察される。
第1の損傷メカニズムは、ロープ内で発生する摩擦熱である。この熱は、ロープの個々の要素が互いに摩耗すること(編組構造の交差部など)によって、またはシーブまたは非回転ガイド面に対してロープがこすれることによって引き起こされ得る。この発生した熱は、ロープの壊滅的な損傷を引き起こすのに十分であり得る。この問題は、繊維材料が周囲温度よりも十分に高い温度に加熱されたときに、かなりの量の強度を失う(またはクリープ伸びやクリープ破断を起こしやすくなる)場合に特に顕著である。例えば、高弾性ポリエチレン(HMPE)繊維は、このタイプの破損を示す。
ロープのオーバー・シーブサイクル中に観察される2つ目の損傷メカニズムは、自己摩耗または繊維同士の摩耗(つまり、ロープの繊維が互いに擦れ合う)である。HMPE繊維は、一般に、繊維間の摩耗が少ない。代わりに、このタイプの損傷は、リオトロピック液晶ポリマー(LCP)繊維で作られたロープで最も頻繁に観察される。例えば、アラミドは自己摩耗のため、一般的なロープの使用には適していない素材であることが知られている。しかしながら、アラミド繊維は、一般に熱によるクリープ効果を受けにくい。
これら2つの損傷機構の発生を減らすために、ロープの性能を改善する必要がある。特に、周期的ベンド・オーバー・シーブ用途で使用されるロープにおけるこれらの損傷メカニズムの発生を減らす必要がある。
開示の概要
本発明者は、周期的ベンド・オーバー・シーブ(CBOS)用途において改善された性能を有するロープを開発する必要性が存在することを認識した。特に、大きな直径のロープは、上記の損傷モードにより影響を受けやすいため、比較的大きな直径で製造されるロープの新しい設計を開発する必要性が存在する。
本発明者は、周期的ベンド・オーバー・シーブ(CBOS)用途において改善された性能を有するロープを開発する必要性が存在することを認識した。特に、大きな直径のロープは、上記の損傷モードにより影響を受けやすいため、比較的大きな直径で製造されるロープの新しい設計を開発する必要性が存在する。
以下の開示は、CBOS用途において改善された性能を有するロープの調製および有用性を記載する。
本開示の実施形態は、当業者が作製および使用できるように本明細書に記載されており、以下を含む:
(1) 一態様は、フィラメントの束を含むロープに関し、各束は少なくとも70体積%の液晶ポリマーフィラメントを含み、少なくとも1つの束はフィラメント当たり少なくとも10デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む。
(2) 別の態様は、物品に接続されたかかるロープに張力を加えることによって、物品を引っ張ったり持ち上げたりする方法であって、前記ロープがシーブまたは非回転ガイド面上に配置され、シーブの直径または非回転ガイド面の有効直径Dのロープの直径dに対する比は、少なくとも20:1である。
(1) 一態様は、フィラメントの束を含むロープに関し、各束は少なくとも70体積%の液晶ポリマーフィラメントを含み、少なくとも1つの束はフィラメント当たり少なくとも10デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む。
(2) 別の態様は、物品に接続されたかかるロープに張力を加えることによって、物品を引っ張ったり持ち上げたりする方法であって、前記ロープがシーブまたは非回転ガイド面上に配置され、シーブの直径または非回転ガイド面の有効直径Dのロープの直径dに対する比は、少なくとも20:1である。
本開示の追加の目的、利点、および他の特徴は、一部は以下の説明に記載され、一部は以下の試験により当業者に明らかになるか、または本開示の実践から学ばれ得る。本開示は、以下に具体的に説明するものとは別の異なる実施形態を包含し、本明細書の詳細は、本開示から逸脱することなく、様々な点で変更が可能である。この点に関して、本明細書における説明は、本質的に例示的であり、限定的ではないと理解されるべきである。
図面の簡単な説明
本開示の実施形態は、図面を考慮して以下の記載で説明される。
本開示の実施形態は、図面を考慮して以下の記載で説明される。
詳細な説明
本開示の実施形態は、様々なロープ、およびロープの使用方法を含む。
本開示の実施形態は、様々なロープ、およびロープの使用方法を含む。
別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、関連分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。矛盾する場合は、定義を含む本明細書が優先される。
特に断りのない限り、すべてのパーセンテージ、部、比率などは重量による。
量、濃度、または他の値またはパラメーターが範囲として、または上限値と下限値のリストとして与えられる場合、範囲が個別に開示されているかどうかに関わらず、これは、任意の上限および下限範囲の任意のペアから形成されるすべての範囲が具体的に開示されていると理解されるべきである。数値の範囲が本明細書で記載される場合、別段の記載がない限り、その範囲は、その端点、および範囲内のすべての整数および分数を含むことを意図する。本開示の範囲が、範囲を定義する際に記載される特定の値に限定されることは意図していない。
本明細書における様々な要素および成分を説明するための「a」または「an」の使用は、単に便宜のためであり、本開示の一般的な意味を与えるためのものである。この説明は、1つまたは少なくとも1つを含むように読まれるべきであり、別段の意図があることが明らかでない限り、単数形は複数形も含む。
反対のことが明確に述べられていない限り、「または」および「および/または」は、排他的ではなく包括的であることを指す。たとえば、条件「AまたはB」、または「Aおよび/またはB」は、次のいずれかによって満たされる:Aが真(または存在)かつBが偽(または存在しない)、Aが偽(または存在しない)かつBが真(または存在する)、およびAとBの両方が真(または存在する)である。
本明細書で使用される「約」および「およそ」という用語は、参照された量または値とほぼ同じであることを指し、指定された量または値の±5%を包含すると理解されるべきである。
本明細書で使用される「実質的に」という用語は、別段の定義がない限り、使用される文脈において当業者によって理解されるように、すべて、またはほぼすべて、または大多数を意味する。産業規模または商業規模の状況で通常発生し得る100%からの妥当な差異を考慮に入れることを目的としている。
本明細書全体を通して、別段の定義および説明がない限り、関連する測定値を決定するために使用される技術用語および方法は、ASTM D855/D885M-10A(2014)、Standard Test Methods for Tire Cords, Tire Cord Fabrics, and Industrial Filament Yarns Made from Man-Made Organic-Base Fibers(2014年10月発行)に従う。
便宜上、本明細書に開示される様々な実施形態の多くの要素が別々に議論される。オプションのリストが提供され、数値が範囲内にある場合があるが、本開示は、別個に記載されたリストおよび範囲に限定されると見なされるべきではない。別段の記載がない限り、本開示内で可能な各およびすべての組み合わせは、すべての目的のために明示的に開示されていると見なされるべきである。
本明細書中の材料、方法、および実施例は、例示のみを目的としており、具体的に述べられている場合を除き、限定を意図するものではない。本明細書に記載されるものと同様または同等の方法および材料も、本開示の実施または試験において使用され得る。
ロープ
本明細書に記載の実施形態は、液晶ポリマー(LCP)フィラメントを含むフィラメントの束を含むロープを含み、ここで前記ロープは、ロープが滑車上に配置される場合などの、周期的ベンド・オーバー・シーブ(CBOS)用途において改善された性能を有する。パフォーマンスの向上とは、通常、従来のロープと比較して、破損するまでのサイクル数の増加である。
本明細書に記載の実施形態は、液晶ポリマー(LCP)フィラメントを含むフィラメントの束を含むロープを含み、ここで前記ロープは、ロープが滑車上に配置される場合などの、周期的ベンド・オーバー・シーブ(CBOS)用途において改善された性能を有する。パフォーマンスの向上とは、通常、従来のロープと比較して、破損するまでのサイクル数の増加である。
本明細書で使用される場合、「ロープ」は、より大きくより強い形態に共に撚り合わされたか、または編まれた繊維、糸またはストランドの群である。例えば、ロープは、個々のフィラメントを繊維に結合し、繊維を撚って撚り糸を形成し、撚り糸を編んで編組ストランドを形成し、次いで編組ストランドを編んで編組ロープを形成することによって構築できる。
図1は、そのようなロープの例示的な実施形態を示している。図1において、繊維16および18はフィラメントで構成されている。繊維16および18は撚られて撚り糸14を形成する。複数の撚り糸14は編まれて編組ストランド12を形成する。最後に、複数の編組ストランド12が編まれて編組ロープ10を形成する。
上述のように、「ロープ」という用語は、本出願では、より大きくより強い形状に撚り合わされるか、または編組される繊維、糸、またはストランドの群を示すために使用される。したがって、本出願において、「ロープ」は、例えば、図1に示されるように共に撚り合わせられるか、または編まれた一群の繊維16および/または繊維18であってよい。同様に、本出願において、「ロープ」は、図1に示されるように撚り合わされるか、または編まれた糸14の群であってよい。同様に、本出願において、「ロープ」は、図1に示されるように撚り合わされるか、または編まれたストランド12の群であってよい。サブロープ要素を共に撚り合わせることで形成したロープは、編んだものとは対照的に、ツイスト(twisted)ロープ、撚り(stranded)ロープ、またはワイヤーレイロープとしても知られている。
図1において、繊維16および18はフィラメントで構成されている。繊維16および18はそれぞれ、複数のフィラメントで構成されてよい(すなわち、マルチフィラメント繊維)。あるいは、繊維16および/または18はそれぞれ、単一のフィラメントで構成されてよい(すなわち、モノフィラメント繊維)。繊維16は、例えば、繊維中のフィラメントの化学組成に関して、繊維中のフィラメントの数に関して、繊維中のフィラメントのサイズに関して、または繊維の他の材料特性に関して、繊維18とは種類が異なっていてもよい。特定の実施形態では、1種類の繊維のみが使用される;すなわち、繊維18が存在せず、繊維16が存在してもよい。
特定の実施形態において、本願は、フィラメントの束を含むロープに関する。ここで「フィラメントの束」とは、複数のフィラメントが共に集まったものを意味する。繊維16および/または繊維18が複数のフィラメントで構成される(すなわち、マルチフィラメント繊維)実施形態では、繊維16および/または繊維18は、フィラメントの束と見なすことができる。あるいは、繊維16および/または繊維18が単一のフィラメントで構成される(すなわち、モノフィラメント繊維)実施形態では、繊維16および/または繊維18はフィラメントの束ではない;この場合、フィラメントの最小束は、複数のモノフィラメント繊維16および/または18である。
もちろん、特定の実施形態では、図1の上位構造もフィラメントの束と見なすことができる。例えば、いくつかの実施形態では、繊維16および18から形成されたヤーン14は、フィラメントの束であると考えることができる。同様に、いくつかの実施形態では、ヤーン14から形成されたストランド12は、フィラメントの束であると考えることができる。
本出願におけるフィラメントの化学組成は、フィラメントの各束が少なくとも70体積%の液晶ポリマー(LCP)フィラメントを含むようなものである。好ましい実施形態では、フィラメントの各束は、少なくとも75体積%、少なくとも80体積%、少なくとも85体積%、少なくとも90体積%、少なくとも95体積%、少なくとも96体積%、少なくとも97体積%、少なくとも98体積%、または少なくとも99体積%のLCPフィラメントを含む。特に好ましい実施形態では、フィラメントの各束はLCPフィラメントからなる、すなわち、フィラメントの各束は100体積%のLCPフィラメントを含む。
LCPフィラメントには、リオトロピックポリマーフィラメントおよびサーモトロピックポリマーフィラメントが含まれる。リオトロピックポリマーは融解前に分解するが、適切な条件下で溶液中で液晶を形成する(これらのポリマーは通常溶液紡糸である)。リオトロピックポリマーフィラメントには、例えば、アラミドおよびポリ(p-フェニレンベンゾビスオキサゾール)(PBO)フィラメント、ならびにコポリマーアラミドフィラメントが含まれる。アラミドフィラメントは、DuPontからKEVLAR(登録商標)、Teijin LtdからTWARON(登録商標)およびTECHNORA(登録商標)の商品名で市販されている。PBO繊維は、Toyobo Company LtdからZYLON(登録商標)の商品名で市販されている。サーモトロピックポリマーは、溶融形態で液晶形成を示す。サーモトロピックフィラメントとしては、例えば、4-ヒドロキシ安息香酸と6-ヒドロキシナフタレン-2-カルボン酸との重縮合によって形成される芳香族ポリエステルが挙げられ、KURARAY CO., LTDからVECTRAN(登録商標)の商品名で市販されている。いくつかの実施形態では、ロープの各束に単一種のLCPフィラメントが使用される。他の実施形態では、二種以上のLCPフィラメントが、ロープの束の一部または全部で使用される。
本願の特定の実施形態では、ロープは、LCPフィラメントに加えて、LCPフィラメントではないフィラメントを含む束を含む。そのような実施形態では、ロープ内のフィラメントの各束は、最大で30体積%の非LCPフィラメントを含む。好ましい実施形態では、フィラメントの各束は、最大25体積%、最大20体積%、最大15体積%、最大10体積%、最大5体積%、最大4体積%、最大3体積%、最大2体積%、または最大1体積%の非LCPフィラメントを含む。上述のように、特に好ましい実施形態では、フィラメントの各束はLCPフィラメントからなる、すなわち、この実施形態では、フィラメントの各束は0体積%の非LCPフィラメントを含む。
非LCPフィラメントには、以下に限定されないが、ほんの数例を挙げると、ポリエーテルエーテルケトンフィラメント、超高分子量ポリエチレンフィラメント、高弾性ポリエチレン(HMPE)フィラメント、ポリプロピレンフィラメント、ポリエチレンテレフタレートフィラメント、ポリアミドフィラメント、高強度ポリビニルアルコールフィラメント、ポリヒドロキノンジイミダゾピリジン(PIPD)フィラメントおよびそれらの組み合わせが含まれる。いくつかの実施形態では、単一種の非LCPフィラメントが、ロープの1つまたは複数の束で使用される。他の実施形態では、二種以上の非LCPフィラメントが、ロープの束の一部または全部で使用される。さらに他の実施形態では、特定の種類の非LCPフィラメントがロープから除外される。例えば、ロープ内のフィラメントの各束はHMPEフィラメントを含まなくてもよい。
上記表1に示した重合単位において、置換基Yの数は環構造の置換可能な位置の最大数に等しく、各Yはそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)、アルキル基(例えば1~4個の炭素原子を有するアルキル基、例えばメチル基、エチル基、イソプロピル基、またはt-ブチル基)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、n-ブトキシ基等)、アリール基(例えばフェニル基、ナフチル基等)、アラルキル基[ベンジル基(フェニルメチル基)、フェネチル基(フェニルエチル基)等]、アリールオキシ基(例えば、フェノキシ基等)、アラルキルオキシ基(例えば、ベンジルオキシ基等)またはそれらの混合物を表す。
LCPフィラメントは、液晶ポリエステル樹脂の溶融紡糸によって得られ得る。紡がれたフィラメントは、機械的特性を向上させるためにさらに熱処理してよい。液晶ポリエステルは、例えば芳香族ジオール、芳香族ジカルボン酸、または芳香族ヒドロキシカルボン酸等に由来する繰り返し重合単位から構成されてよい。液晶ポリエステルは、必要に応じて、芳香族ジアミン、芳香族ヒドロキシアミン、および/または芳香族アミノカルボン酸に由来する重合単位をさらに含んでよい。
より具体的な重合単位を、以下の表2~4に示される構造に例示する。
式中の重合単位が複数の構造を表し得る単位である場合、重合体を構成する重合単位として2つ以上の単位を組み合わせて用いてよい。
表2、3および4の重合単位において、nは1または2の整数であり、n=1、n=2の各単位は単独または組み合わせて存在できる;Y1およびY2は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)、アルキル基(例えば1~4個の炭素原子を有するアルキル基、例えばメチル基、エチル基、イソプロピル基、またはt-ブチル基)、アルコキシ基(例えばメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、n-ブトキシ基等)、アリール基(例えばフェニル基、ナフチル基等)、アラルキル基(ベンジル基(フェニルメチル基)、フェネチル基(フェニルエチル基)等)、アリールオキシ基(例えばフェノキシ基等)、アラルキルオキシ基(例えばベンジルオキシ基等)、またはそれらの混合物であってよい。これらの群のうち、Yは、好ましくは水素原子、塩素原子、臭素原子、またはメチル基である。
いくつかの実施形態では、液晶ポリエステルは、重合単位としてナフタレン骨格を含む組み合わせであってよい。特に、4-ヒドロキシ安息香酸由来の重合単位(A)と6-ヒドロキシナフタレン-2-カルボン酸由来の重合単位(B)の両方を含んでいてよい。例えば、前記単位(A)は式(A)であってよく、前記単位(B)は式(B)であってよい。溶融成形性向上の観点から、前記単位(A)と前記単位(B)の比率は、9/1~1/1、好ましくは7/1~1/1、より好ましくは5/1~1/1の範囲であってよい。
前記重合単位(A)および重合単位(B)の合計は、例えば、全重合単位に基づいて、約65モル%以上、または約70モル%以上、または約80モル%以上であってよい。いくつかの実施形態では、フィラメントは、ポリマー中に約4~約45モル%の重合単位(B)を含む液晶ポリエステルを含んでよい。
本開示の市販のLCPフィラメントとしては、KURARAY CO., LTD.製のVECTRAN(登録商標)HT BLACK、KURARAY CO., LTD.製のVECTRAN(登録商標)HT、Toray Industries, Inc.製のSIVERAS(登録商標)、ZEUS製のモノフィラメント、およびKB SEIREN, LTD.製のZXION(登録商標)が挙げられ得る。
本開示によると、「アラミドフィラメント」とは、芳香族(ベンゼン)環で構成される分子骨格を含む、高耐熱性および高強度を有するポリアミドフィラメントを意味する。アラミドフィラメントは、その化学構造によってパラ-アラミドフィラメントとメタ-アラミドフィラメントに分類され得る。
市販のアラミドおよびコポリマーアラミドフィラメントの例としては、パラ-アラミドフィラメント、例えば、DuPont製のKEVLAR(登録商標)、Kolon Industries Inc.製のHERACRON(登録商標)、およびTeijin Ltd.製のTWARON(登録商標)およびTECHNORA(登録商標);ならびにメタ-アラミドフィラメント、例えばDuPont製のNOMEX(登録商標)、およびTeijin Ltd.製のCONEX(登録商標)が挙げられる。
いくつかの実施形態では、LCPフィラメントは、1つ以上のコポリマーアラミドフィラメントを含んでよい。例えば、いくつかの実施形態では、LCPフィラメントは、コポリパラフェニレン/3,4’-オキシジフェニレンテレフタラミドフィラメントを含む。この原料は、慣習的にTECHNORA(登録商標)と呼ばれ、Teijinから入手可能である。
ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール(ポリ(p-フェニレン-2,6-ベンゾビスオキサゾール)(PBO)フィラメントは、Toyobo Co., LtdからZYLON(登録商標)ASおよびZYLON(登録商標)HMとして市販されている。
市販の非LCPフィラメントには、VICTREX(商標)PEEKポリマーなどのポリエーテルエーテルケトン(PEEK)材料が含まれる。
他の非LCPフィラメントには、超高分子量ポリエチレンフィラメントが含まれる。これらは、約5.0dL/gから、または約7.0dL/gから、または約10dL/gから、約30dL/gまで、または約28dL/gまで、または約24dL/gまでの範囲の固有粘度を有し得る。
特定のポリマー、例えばナイロン、ポリ(塩化ビニル)、ポリエチレンおよびポリ(エチレンテレフタレート)などの希薄溶液粘度手順を説明するASTM規格(例えば試験方法D789、D1243、D1601およびD4603、ならびにプラクティスD3591)が利用可能である。一般に、ポリマーを希薄な溶液に溶解し、特定の温度で対照サンプルに対するキャピラリーチューブを介した滴下時間を測定する。
超高分子量ポリエチレンフィラメントの重量平均分子量は、約700,000から、または約800,000から、または約900,000から、約8,000,000まで、または約7,000,000まで、または約6,000,000までであってよい。
超高分子量ポリエチレンフィラメントの重量平均分子量は、GPC法を使用して求めることが困難なため、上記の固有粘度の値から、「Polymer Handbook 第4版、第4章(John Wiley、1999年発行)」で言及されている下記の計算式により、重量平均分子量を求めることができる。
重量平均分子量=5.365×104×(固有粘度)1.37
重量平均分子量=5.365×104×(固有粘度)1.37
いくつかの実施形態では、超高分子量ポリエチレンフィラメントの繰り返し単位が実質的にエチレンを含むことが好ましい場合がある。ただし、エチレンのホモポリマーに加えて、エチレンと少量の他の単量体、例えばα-オレフィン、アクリル酸およびその誘導体、メタクリル酸およびその誘導体、ならびにビニルシランおよびその誘導体とのコポリマーを使用してよい。ポリエチレンフィラメントは、部分架橋構造を有していてもよい。ポリエチレンフィラメントは、高密度ポリエチレンと超高分子量ポリエチレンとのブレンド、低密度ポリエチレンと超高分子量ポリエチレンとのブレンド、または高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレンと超高分子量ポリエチレンとのブレンドであってよい。ポリエチレンフィラメントは、重量平均分子量の異なる2つ以上の超高分子量ポリエチレンを組み合わせたものであってよいし、分子量分布の異なる2つ以上のポリエチレンを組み合わせたものであってよい。
市販の超高分子量ポリエチレンフィラメントとしては、Toyobo Co., Ltd.製のDYNEEMA(登録商標)SK60、DYNEEMA(登録商標)SK、IZANAS(登録商標)SK60およびIZANAS(登録商標)SK71、ならびにHoneywell, Ltd製のSPECTRA FIBER 900(登録商標)およびSPECTRA FIBER 1000(登録商標)が挙げられる。
これらの超高分子量ポリエチレンフィラメントは、単独でまたは組み合わせて使用できる。
いくつかの実施形態では、ロープ中のLCPフィラメントは、フィラメント当たり少なくとも2.5デニール(dpf)、少なくとも5dpf、少なくとも10dpf、少なくとも15dpf、少なくとも20dpf、少なくとも25dpf、少なくとも30dpf、少なくとも35dpf、または少なくとも40dpfのサイズを有する。いくつかの実施形態では、ロープ中のLCPフィラメントは、最大100dpf、最大90dpf、最大80dpf、最大70dpf、最大60dpf、最大50dpf、最大40dpf、最大35dpf、最大30dpf、最大25dpf、最大20dpf、最大15dpf、または最大10dpfのサイズを有する。
好ましくは、LCPフィラメントがマルチフィラメント繊維に存在する場合、LCPフィラメントは少なくとも2.5dpfのサイズを有する。あるいは、LCPフィラメントがモノフィラメント繊維に存在する場合、LCPフィラメントは好ましくは少なくとも10dpfのサイズを有する。
いくつかの実施形態では、ロープ内のフィラメントの各束は、少なくとも15本のLCPフィラメント、少なくとも25本のLCPフィラメント、少なくとも50本のLCPフィラメント、少なくとも100本のLCPフィラメント、少なくとも200本のLCPフィラメント、少なくとも500本のLCPフィラメント、少なくとも1000本のLCPフィラメント、または少なくとも2000本のLCPフィラメントを含む。いくつかの実施形態では、ロープ内のフィラメントの各束は、最大5000本のLCPフィラメント、最大2000本のLCPフィラメント、最大1000本のLCPフィラメント、最大500本のLCPフィラメント、最大200本のLCPフィラメント、最大100本のLCPフィラメント、最大50本のLCPフィラメント、または最大25本のLCPフィラメントを含む。
上述のように、本願において「フィラメントの束」とは、複数のフィラメントが共に集まったものを意味する。図1の繊維16および/または繊維18が複数のフィラメントで構成される(すなわち、マルチフィラメント繊維)実施形態では、繊維16および/または繊維18はフィラメントの束とみなすことができる。あるいは、繊維16および/または繊維18が単一のフィラメントで構成される(すなわち、モノフィラメント繊維)実施形態では、繊維16および/または繊維18はフィラメントの束ではない;この場合、フィラメントの最小束は、複数のモノフィラメント繊維16および/または18である。
また、上述のように、本出願の特定の実施形態では、図1のより高度な構造も、フィラメントの束であると見なすことができる。例えば、いくつかの実施形態では、繊維16および18から形成された糸14は、フィラメントの束であるとみなすことができる。同様に、いくつかの実施形態では、糸14から形成されたストランド12は、フィラメントの束であるとみなすことができる。
ロープ内のフィラメントの少なくとも1つの束は、サイズが少なくとも10dpfのLCPフィラメントを含む。いくつかの実施形態では、ロープ内のフィラメントの少なくとも1つの束は、サイズが少なくとも15dpf、少なくとも20dpf、少なくとも25dpf、少なくとも28dpf、少なくとも29dpf、少なくとも30dpf、少なくとも35dpf、または少なくとも40dpfのLCPフィラメントを含む。いくつかの実施形態では、ロープ内のフィラメントの少なくとも1つの束は、サイズが最大100dpf、最大90dpf、最大80dpf、最大70dpf、最大60dpf、最大50dpf、最大40dpf、最大35dpf、最大30dpf、最大25dpf、最大20dpf、または最大15dpfのLCPフィラメントを含む。
いくつかの実施形態では、ロープ内のフィラメントの各束は、サイズが少なくとも10dpfのLCPフィラメントを含む。いくつかの実施形態では、ロープ内のフィラメントの各束は、サイズが少なくとも15dpf、少なくとも20dpf、少なくとも25dpf、少なくとも28dpf、少なくとも29dpf、少なくとも30dpf、少なくとも35dpf、または少なくとも40dpfのLCPフィラメントを含む。いくつかの実施形態では、ロープ中のフィラメントの各束は、サイズが最大100dpf、最大90dpf、最大80dpf、最大70dpf、最大60dpf、最大50dpf、最大40dpf、最大35dpf、最大30dpf、最大25dpf、最大20dpf、または最大15dpfのLCPフィラメントを含む。
いくつかの実施形態では、ロープは、少なくとも6mm、少なくとも7mm、少なくとも8mm、少なくとも9mm、少なくとも10mm、少なくとも15mm、少なくとも20mm、少なくとも25mm、少なくとも30mm、少なくとも40mm、少なくとも50mm、少なくとも60mm、少なくとも70mm、少なくとも80mm、少なくとも90mm、または少なくとも100mmの断面直径を有する。いくつかの実施形態では、ロープは、最大200mm、最大175mm、最大150mm、最大125mm、最大100mm、最大90mm、最大80mm、最大70mm、最大60mm、最大50mm、最大40mm、最大30mm、最大25mm、最大20mm、最大15mm、または最大10mmの断面直径を有する。
いくつかの実施形態では、ロープは、ツイストロープ、撚りロープ、またはワイヤレイロープである。他の実施形態では、ロープは編組ロープである。
ロープの製造方法
本明細書に記載の実施形態は、フィラメントの束を含むロープを製造する方法を含み、ここで各束は少なくとも70体積%のLCPフィラメントを含み、少なくとも1つの束はサイズが少なくとも10dpfのLCPフィラメントを含む。
本明細書に記載の実施形態は、フィラメントの束を含むロープを製造する方法を含み、ここで各束は少なくとも70体積%のLCPフィラメントを含み、少なくとも1つの束はサイズが少なくとも10dpfのLCPフィラメントを含む。
本出願のロープの製造において、ロープを製造するための周知の技術を使用できる。図1の例示的な実施形態を参照すると、繊維16および/または18を共に撚って(または編んで)、糸14を形成する。複数の糸14を編んで(または撚って)ストランド12を形成する。最後に、複数のストランド12を編んで(または撚って)ロープ10を形成する。
糸14を形成するために共に撚り合わされるか、編まれる繊維16および/または18の数は特に限定されない。同様に、ストランド12を形成するために共に撚り合わされるか、編まれる糸14の数は特に限定されない;特定の実施形態では、糸14の数は、6~14、または8から12の範囲であってよい。同様に、ロープ10を形成するために共に撚り合わされるか、編まれるストランド12の数は特に限定されない;特定の実施形態では、ストランド12の数は、6~14、または8~12の範囲であってよい。
編組装置は市販されており、さまざまな機能のユニットが入手でき得る。適切な編組装置には、Steeger USA(インマン、サウスカロライナ、米国)、Herzog GmbH(オルデンブルク、ドイツ)、および細いデニールフィラメントおよび繊維の編組用に設計された他の製造業者からの市販の編組器が含まれ得る。しかしながら、本出願のロープを調製するために利用可能な装置は、特定の製造業者に限定されない。
引張および持ち上げの方法
本明細書に記載の実施形態は、上述のロープを使用して物体を引っ張ったり持ち上げたりする方法を含む。特に、そのような方法は、対象物に接続されたかかるロープに張力を加えることを含み、ここでロープはシーブまたは非回転ガイド面上に配置され、シーブの直径または非回転ガイド面の有効直径Dの、ロープの直径dに対する比は少なくとも20:1である。他の実施形態では、比率D:dは、少なくとも25:1、または少なくとも30:1である。
本明細書に記載の実施形態は、上述のロープを使用して物体を引っ張ったり持ち上げたりする方法を含む。特に、そのような方法は、対象物に接続されたかかるロープに張力を加えることを含み、ここでロープはシーブまたは非回転ガイド面上に配置され、シーブの直径または非回転ガイド面の有効直径Dの、ロープの直径dに対する比は少なくとも20:1である。他の実施形態では、比率D:dは、少なくとも25:1、または少なくとも30:1である。
上記の背景のセクションで説明したように、CBOS用途では、繊維同士の摩耗によりロープが損傷する可能性がある。このような損傷は、従来、LCP繊維で作られた径の大きいロープの使用を制限する要因であった。理論に束縛されるものではないが、本出願の実施形態において比較的大きなLCPフィラメント(10dpf以上)を使用すると、繊維同士の摩耗によって引き起こされる損傷が減少すると考えられる。
しかしながら、本出願の実施形態における比較的大きなLCPフィラメントの使用は、曲げサイクルの曲げ半径が小さすぎる場合、CBOS用途におけるポリマーヒステリシスによって追加の熱を生成すると考えられる。したがって、本出願の実施形態によるロープがCBOS用途で使用される場合、シーブの直径または非回転ガイド面の有効直径Dの、ロープの直径dに対する比率は、少なくとも20:1、好ましくは少なくとも25:1、さらにより好ましくは少なくとも30:1である。このようなD:dの比率を使用すると、ポリマーヒステリシスによるロープの過剰な発熱の可能性が低減する。
実施形態
本開示の実施形態[1]は、フィラメントの束を含むロープに関連し、ここで各束は少なくとも70体積%の液晶ポリマーフィラメントを含み、少なくとも1つの束は、フィラメント当たり少なくとも10デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む。
本開示の実施形態[1]は、フィラメントの束を含むロープに関連し、ここで各束は少なくとも70体積%の液晶ポリマーフィラメントを含み、少なくとも1つの束は、フィラメント当たり少なくとも10デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む。
本開示の実施形態[2]は、前記液晶ポリマーフィラメントが、サーモトロピック液晶ポリマーフィラメントを含む、実施形態[1]に記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[3]は、前記サーモトロピック液晶ポリマーフィラメントが、4‐ヒドロキシ安息香酸と6‐ヒドロキシナフタレン‐2‐カルボン酸との重縮合で形成される芳香族ポリエステルを含む、実施形態[2]に記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[4]は、前記液晶ポリマーフィラメントが、リオトロピック液晶ポリマーフィラメントを含む、実施形態[1]に記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[5]は、前記リオトロピック液晶ポリマーフィラメントが、アラミドまたはコポリマーアラミドを含む、実施形態[4]に記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[6]は、ロープの断面直径が少なくとも6mmである、実施形態[1]~[5]のいずれかに記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[7]は、ロープの断面直径が6mm~200mmである、実施形態[1]~[6]のいずれかに記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[8]は、各束が15~5000本の液晶ポリマーフィラメントを含む、実施形態[1]~[7]のいずれかに記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[9]は、ツイストロープ、撚りロープ、またはワイヤーレイロープである、実施形態[1]~[8]のいずれかに記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[10]は、編組ロープ(a braided rope)である、実施形態[1]~[8]のいずれかに記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[11]は、各束が少なくとも80体積%の液晶ポリマーフィラメントを含む、実施形態[1]~[10]のいずれかに記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[12]は、各束が少なくとも90体積%の液晶ポリマーフィラメントを含む、実施形態[1]~[11]のいずれかに記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[13]は、各束が少なくとも95体積%の液晶ポリマーフィラメントを含む、実施形態[1]~[12]のいずれかに記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[14]は、各束が少なくとも99体積%の液晶ポリマーフィラメントを含む、実施形態[1]~[13]のいずれかに記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[15]は、各束が液晶ポリマーフィラメントからなる、実施形態[1]~[14]のいずれかに記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[16]は、少なくとも1つの束が、フィラメント当たり10~100デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む、実施形態[1]~[15]のいずれかに記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[17]は、少なくとも1つの束が、フィラメント当たり20~100デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む、実施形態[1]~[16]のいずれかに記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[18]は、少なくとも1つの束が、フィラメント当たり28~100デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む、実施形態[1]~[17]のいずれかに記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[19]は、少なくとも1つの束が、フィラメント当たり40~100デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む、実施形態[1]~[18]のいずれかに記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[20]は、各束が、フィラメント当たり10~100デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む、実施形態[1]~[19]のいずれかに記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[21]は、各束が、フィラメント当たり20~100デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む、実施形態[1]~[20]のいずれかに記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[22]は、各束が、フィラメント当たり28~100デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む、実施形態[1]~[21]のいずれかに記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[23]は、各束が、フィラメント当たり40~100デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む、実施形態[1]~[22]のいずれかに記載のロープに関連する。
本開示の実施形態[24]は、物体に接続されたロープに張力を加えることを含む、物体を引っ張るまたは持ち上げる方法に関連し、
前記ロープは、実施形態[1]~[23]のいずれかに記載のロープであり、
前記ロープは、シーブまたは非回転ガイド面上に配置され、
前記シーブの直径または非回転ガイド面の有効直径Dの、前記ロープの直径dに対する比は、少なくとも20:1である、方法に関連する。
前記ロープは、実施形態[1]~[23]のいずれかに記載のロープであり、
前記ロープは、シーブまたは非回転ガイド面上に配置され、
前記シーブの直径または非回転ガイド面の有効直径Dの、前記ロープの直径dに対する比は、少なくとも20:1である、方法に関連する。
本開示の実施形態[25]は、前記シーブの直径または非回転ガイド面の有効直径Dの、前記ロープの直径dに対する比が少なくとも25:1である、実施形態[24]に記載の方法に関連する。
本開示の実施形態[26]は、前記シーブの直径または非回転ガイド面の有効直径Dの、前記ロープの直径dに対する比が少なくとも30:1である、実施形態[24]に記載の方法に関連する。
図2は、ロープの周期的ベンド・オーバー・シーブ(CBOS)性能を試験するための装置の概略図である。この装置は、テストシーブとテンションシーブを備えている。テンションシーブに張力をかける。シーブ上に2つの試験片を配置し、その自由端をカプラーで結合する。あるいは、ダミーロープをテンションシーブ上に配置し、一つの試験片をテストシーブ上に配置することもできる。テストシーブ上に配置された試験片は、図の下部に示されている。試験片は、ロープ部分と、ロープ部分の両端にアイスプライスを含む。ロープ部分は、ダブルベンドゾーン(DBZ)と、DBZの両側にある2つのシングルベンドゾーン(SBZ)を含む。図2は、DBZの長さが1.2mであり、各SBZの長さが0.95mである例示的な実施形態を示している。ただし、テストシーブの直径などの要因に応じて、他の長さのDBZおよびSBZを使用できる。
図3は、図2に示したものと同様の装置を使用して得られたCBOS実験データのグラフである。グラフは、いくつかのLCPロープの設計とシーブのサイズについて、CBOS疲労寿命(破壊までのサイクル数、N)対印加応力(N/mm2)を示す。
Vectran HT/1500d/300f/T97C (5 dpf)を使用した、直径6mmの12ストランドの編組Vectran LCPロープについて、Heinze[Thorsten Heinze, Dr.-Ing. Dissertation, Techni Univ Chemnit, 2013年11月]によって3セットのCBOSデータが作製された。これらは、図3でLCP-25(6mm)、LCP-18(6mm)およびLCP-12.5(6mm)としてラベル付けされており、それぞれ25、18、および12.5のD:d比でテストされている(Dはシーブの直径であり、dはロープの直径である)。
CBOS実験で通常見られるように、各曲線の最初の部分は(対数プロットで)線形であり、ドナント点(Donandt point)に到達するまで(図3の垂直矢印で示されている)上昇する。ドナント点は、損傷モードがより深刻になる、および/または他の損傷メカニズムが作動し始める応力レベルを示し、それにより損傷の進行がより速くなり、損傷までのサイクルが少なくなる。
2つの追加例の実験データを図3に示す。これらの2つの追加例は、CBOS疲労寿命に対するフィラメントデニール(フィラメントあたりのデニールまたはdpf)の変化の影響を示している。2つの追加の例では、上記の3つの例と同様の実験条件を使用したが、いくつかの変更があった。変更には、(a)異なるロープの仕上げ(T190M)、(b)ロープのサイズの縮小(直径3mm)、および(c)異なるD:d比が含まれる。
追加の2つの例は、コントロールとしての標準の5dpf LCPロープ(HT/1500d/300f/T190M)と、実験用30dpf LCPロープ(HT/1670T/50f/T190M)である。これらの例のデータは、それぞれLCP-20(3mm、5dpf)およびLCP-20(3mm、30dpf)として図3に示されている。
図3に示すように、コントロールのLCP-20(3mm、5dpf)は6mmロープと同様に機能した。テストデータの線形部分の勾配は類似しており、これらのD:d=20の結果はD:d=18とD:d=25のデータの間にある。また、ドナント点は、D:d=25の点とD:d=18の点との間の内挿から予想される一般的な領域に位置していた。研究の高N領域でより多くのデータポイントが改善した相関性を有しているが、コントロールのLCP-20(3mm、5dpf)のデータは6mmのロープデータから予想される範囲内にあるようである。
対照的に、実験用繊維LCP-20(3mm、30dpf)のデータは、2つの明確な違いを示した。第1に、曲線の直線部分(破線で推定)が下方にシフトし、D:d=18ラインのわずかに下に移動した。これは、予想されるドナント点より下の領域で、コントロールと比較してCBOS疲労耐性が低下したことを示している。フィラメントの直径が大きいため、曲げ応力が高くなる可能性が高いため、この結果はおそらく予想外ではなかった。しかし、コントロールに対する驚くべき予想外の肯定的な結果は、30dpfロープの場合、ドナント点がはるかに高い応力に明らかにシフトしたことである。これは、より大きなフィラメントサイズの結果である可能性があり、例えば、より急速な曲げ/座屈損傷メカニズムを誘発する断面積の十分な減少を起こし得る摩耗の時間を長くする。
他のテストは、8:1のD:d比で実行された。ただし、このD:d比では、5dpfコントロールロープと30dpfテストロープとの間に有意差は観察されなかった(データは示さず)。これは厳しい試験条件であり、はるかに低いD:d比のために高dpf繊維では特に厳しいため、驚くことではなかった。結果として得られた寿命の多くは1000サイクル未満であり、統計的に関連性がなかった。ただし、これらのデータは、D:d比が低い場合、ドナント応力を増加させる効果が観察されないことを示唆していた。
上記の記載は、当業者が本発明を作製および使用できるようにするために提示されており、特定の用途およびその要件の文脈で提供されている。本明細書に開示された実施形態に対する様々な修正は、当業者には容易に明らかであり、本明細書に定義された一般的な原理は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、他の実施形態および用途に適用され得る。したがって、本発明は、示される実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示される原理および特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。この点に関して、本開示内の特定の実施形態は、広く考えれば、本発明のすべての利点を示していない場合がある。
Claims (26)
- フィラメントの束を含むロープであって、各束が少なくとも70体積%の液晶ポリマーフィラメントを含み、少なくとも1つの束がフィラメント当たり少なくとも10デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む、ロープ。
- 前記液晶ポリマーフィラメントは、サーモトロピック液晶ポリマーフィラメントを含む、請求項1に記載のロープ。
- 前記サーモトロピック液晶ポリマーフィラメントは、4-ヒドロキシ安息香酸と6-ヒドロキシナフタレン-2-カルボン酸との重縮合で形成される芳香族ポリエステルを含む、請求項2に記載のロープ。
- 前記液晶ポリマーフィラメントは、リオトロピック液晶ポリマーフィラメントを含む、請求項1に記載のロープ。
- 前記リオトロピック液晶ポリマーフィラメントは、アラミドまたはコポリマーアラミドを含む、請求項4に記載のロープ。
- ロープの断面直径は少なくとも6mmである、請求項1~5のいずれかに記載のロープ。
- ロープの断面直径は6mm~200mmである、請求項1~6のいずれかに記載のロープ。
- 各束は15~5000本の液晶ポリマーフィラメントを含む、請求項1~7のいずれかに記載のロープ。
- ツイスト(twisted)ロープ、撚り(stranded)ロープ、またはワイヤーレイロープである、請求項1~8のいずれかに記載のロープ。
- 編組ロープ(a braided rope)である、請求項1~8のいずれかに記載のロープ。
- 各束は少なくとも80体積%の液晶ポリマーフィラメントを含む、請求項1~10のいずれかに記載のロープ。
- 各束は少なくとも90体積%の液晶ポリマーフィラメントを含む、請求項1~11のいずれかに記載のロープ。
- 各束は少なくとも95体積%の液晶ポリマーフィラメントを含む、請求項1~12のいずれかに記載のロープ。
- 各束は少なくとも99体積%の液晶ポリマーフィラメントを含む、請求項1~13のいずれかに記載のロープ。
- 各束は液晶ポリマーフィラメントからなる、請求項1~14のいずれかに記載のロープ。
- 少なくとも1つの束は、フィラメント当たり10~100デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む、請求項1~15のいずれかに記載のロープ。
- 少なくとも1つの束は、フィラメント当たり20~100デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む、請求項1~16のいずれかに記載のロープ。
- 少なくとも1つの束は、フィラメント当たり28~100デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む、請求項1~17のいずれかに記載のロープ。
- 少なくとも1つの束は、フィラメント当たり40~100デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む、請求項1~18のいずれかに記載のロープ。
- 各束は、フィラメント当たり10~100デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む、請求項1~19のいずれかに記載のロープ。
- 各束は、フィラメント当たり20~100デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む、請求項1~20のいずれかに記載のロープ。
- 各束は、フィラメント当たり28~100デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む、請求項1~21のいずれかに記載のロープ。
- 各束は、フィラメント当たり40~100デニールのサイズの液晶ポリマーフィラメントを含む、請求項1~22のいずれかに記載のロープ。
- 物体に接続されたロープに張力を加えることを含む、物体を引っ張るまたは持ち上げる方法であって、
前記ロープは、請求項1~23のいずれかに記載のロープであり、
前記ロープは、シーブまたは非回転ガイド面上に配置され、
前記シーブの直径または非回転ガイド面の有効直径Dの、前記ロープの直径dに対する比は少なくとも20:1である、方法。 - 前記シーブの直径または非回転ガイド面の有効直径Dの前記ロープの直径dに対する比は少なくとも25:1である、請求項24に記載の方法。
- 前記シーブの直径または非回転ガイド面の有効直径Dの前記ロープの直径dに対する比は少なくとも30:1である、請求項24に記載の方法。
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