BR112020014890B1 - Corda de fibra sintética - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a uma corda de fibra sintética compreendendo: um núcleo, o dito núcleo tendo um cordão de fibra sintética depositado ou trançado, uma camada de polímero, a dita camada de polímero cobrindo o dito núcleo, uma primeira camada, a dita primeira camada tendo pelo menos seis primeiros cordões de fibra sintética em uma primeira direção ao redor de dita camada de polímero, e uma segunda camada, a dita segunda camada tendo pelo menos doze segundos cordões de fibra sintética depositados em uma segunda direção ao redor de dita primeira camada.

Description

Descrição Campo Técnico

[0001] A presente invenção refere-se em geral a uma construção de corda e em particular a uma construção de corda de fibra sintética. Antecedentes da Técnica

[0002] Soluções de corda de fibra sintética existentes para as aplicações em içamento e puxamento, por exemplo, guinchos e guindastes geralmente utilizaram construções de corda trançada fabricadas parcial ou inteiramente de polietileno de alto módulo (HMPE). Devido a transposições de cordões, seguidas por menores fatores de empacotamento e menor estabilidade radical, tais construções podem ter propriedades de desempenho intrinsecamente inferiores, por exemplo, menor resistência e inferior vida de fadiga. O uso de construções trançadas também tendeu a limitar escolhas de materiais a HMPE, polímero de cristal líquido (LCP) ou combinações de HMPE/LCP uma vez que a abrasão interna gerada por transposição de cordão em construções trançadas pode não ser ótima para materiais aramida e conduzir a falha prematura comparado com uma corda de HMPE trançada. Para superar questão de rigidez radical, alguns desenhos de corda trançada utilizaram núcleos centrais não transportando carga (por exemplo, feixes de poliéster de filamento contínuo ou poliuretano extrudado) para as construções trançadas de outro modo ocas para aperfeiçoamento de estabilidade radial. Entretanto, esta adição é à custa de fator de enchimento de material global.

[0003] Construção especializada de cordas de fibra sintética é desejada para alta eficiência de conversão de resistência de fibra e resistência à fadiga.

Descrição da Invenção

[0004] É um principal objetivo da presente invenção desenvolver uma corda de fibra sintética em particular apropriada para aplicações críticas, por exemplo, aplicações com altas temperaturas de operação, altas tensões (fatores de segurança abaixo de 3), baixo raio de curvatura e altos ciclos de trabalho.

[0005] É um outro objetivo da presente invenção projetar uma corda de fibra sintética tendo resistência consideravelmente aumentada, resistência aumentada a fadiga e tendo aumentada estabilidade radical.

[0006] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é provida uma corda de fibra sintética compreendendo

[0007] um núcleo, o referido núcleo um cordão de fibra sintética depositado ou trançado,

[0008] uma camada de polímero, a referida camada de polímero cobrindo o referido núcleo,

[0009] uma primeira camada, a referida primeira camada tendo pelo menos seis primeiros cordões de fibra sintética depositados em uma primeira direção ao redor da referida camada de polímero, e

[0010] uma segunda camada, a referida segunda camada tendo pelo menos doze segundos cordões de fibra sintética em uma segunda direção circundando a referida primeira camada.

[0011] Aqui, “camada” é também referida como camisa, cobertura ou revestimento na técnica anterior. O núcleo da corda de fibra sintética pode ter uma área em uma faixa de 5 a 10% da área de seção transversal polimérica líquida total da corda de fibra sintética. Aqui, “área de seção transversal polimérica líquida” é área de material transportando carga ou área de material polimérico. O núcleo pode ser uma corda depositada similar em forma e função a um núcleo de corda de arame independente (também conhecida como uma corda de arame IWRC) em uma corda de arame de aço. O núcleo também pode ter uma camada trançada antes de aplicação da camada de polímero de cobertura.

[0012] O núcleo da corda de fibra sintética é coberto, por exemplo, através de extrusão, por uma camada de polímero. A camada de polímero pode ser extrudada em formação sulcada ou redonda ou de um perfil especial, e fabricada a partir de uma variedade de materiais incluindo polipropileno (PP), polietileno (PE), combinações de PP/PE, náilon (poliamida), Hytrel e Arnitel. A espessura da camada de polímero extrudada está preferivelmente na faixa de 0,1 a 5 mm. Mais preferivelmente, a espessura é maior que 0,5 mm. A camada de polímero extrudada aumenta rigidez transversal e rigidez de curvatura da corda de fibra sintética e também reduz rotação.

[0013] A primeira camada pode ser formada de entre 6 e 12, preferivelmente de 6 a 9 cordões depositados ao redor de núcleo. A segunda camada pode ser formada de entre 12 e 24, preferivelmente de 16 a 24 cordões depositados ao redor de primeira camada. O número de cordões na segunda camada é selecionado de acordo com o diâmetro de corda para maximizar uma alta área de contato e minimizar pressão de contato. A primeira camada ou a segunda camada pode ter uma área de transporte de carga em uma faixa de 40 a 60% da área de seção transversal de transporte de carga total da corda de fibra sintética.

[0014] Uma direção de deposição indica a direção na qual os cordões da corda são depositados ao redor de cordão de centro. Direção “S” ou “deposição-S” significa que os cordões exteriores são depositados em direção esquerda ao redor de cordão de centro. Direção “Z” ou “deposição-Z” significa que os cordões externos são depositados na direção à direita ao redor de cordão de centro. De acordo com a invenção, os primeiros cordões de fibra sintética e os segundos cordões de fibra sintética são preferivelmente depositados em direções opostas. Quando os primeiros cordões de fibra sintética são depositados em direção ”S”, os segundos cordões de fibra sintética são depositados em direção “Z”. Quando os primeiros cordões de fibra sintética são depositados em direção “Z”, os segundos cordões de fibra sintética são depositados na direção “S”.

[0015] Fator de deposição é a razão do comprimento de deposição para o diâmetro externo da correspondente camada de cordões ou membros na corda encordoada. Aqui, comprimento de depositado (comprimento de deposição) é o comprimento axial para uma revolução de um cordão ou membro em uma camada de uma corda encordoada.

[0016] Na presente invenção, o núcleo, a primeira camada e a segunda camada têm um fator de deposição em uma faixa de 3 a 15, preferivelmente de 5 a 8, e mais preferivelmente de 5,5 a 6,5. É mesmo mais preferível que o núcleo tenha um fator de deposição mais baixo, e a primeira camada tenha um fator de deposição menor que a segunda camada. Como um exemplo, o núcleo tem um fator de deposição de 5,5 a 6, a primeira camada tem um fator de deposição de 6,25 e a segunda camada tem um fator de deposição de 6,5. A seleção destes fatores de deposição proporciona a cada camada da corda propriedades aproximadamente idênticas de carga - elongação assegurando que todas as fibras são aproximadamente igualmente carregadas.

[0017] De acordo com a invenção, a primeira camada e/ou a segunda camada pode ser coberta com uma camada protetora. A camada protetora pode ser trançada e/ou extrudada. Isto pode tornar a corda de fibra sintética de fácil manuseio. Isto também provê proteção de protuberância e abrasão para a corda de fibra sintética.

[0018] Em adição, os primeiros cordões de fibra sintética e os segundos cordões de fibra sintética podem ser individualmente cobertos com uma camada trançada ou extrudada.

[0019] Alternativamente, os primeiros cordões de fibra sintética e os segundos cordões de fibra sintética não são cobertos individual mente com uma camada trançada ou extrudada. Isto pode minimizar espaços vazios e ótima densidade de fibra. Este desenho tem um fator de empacotamento maior que o desenho com cordões individualmente cobertos. Em tradicionais construções de corda de arame, cada camada adicional tem mais seis cordões que a camada abaixo, de modo que aninhamento proporciona ótima densidade de fibra, por exemplo, construção 1-6-12-18. A construção da invenção não segue esta abordagem. Eliminação de necessidade de aninhamento permite comprimento de deposição e número de cordões em camada exterior serem independentes de camada interior. Número de cordões não precisa ser múltiplo de camada prévia e/ou múltiplo de seis. Por exemplo, na presente invenção a segunda camada pode conter vinte cordões enquanto a primeira camada contém seis cordões. Isto por sua vez aperfeiçoa a resposta de torque / giro do desenho (e a possibilidade de otimização), particularmente a resposta não linear a partir de estiramento de construção em processo de formação de leito. Neste sentido, aninhamento é um requisito negativo de projetos históricos e não necessário na construção da invenção .

[0020] Fios sintéticos que podem ser usados na corda de fibra sintética de acordo com a invenção incluem todos os fios, que são conhecidos por seu uso em cordas inteiramente sintéticas. Tais fios podem incluir fios fabricados de fibras de polipropileno, náilon, poliéster. Preferivelmente, fios de fibras de alto módulo ou combinados com fibras sintéticas de alto módulo são usados, por exemplo, fios de fibras de polietileno de peso molecular ultra alto (UHMwPE ou UHMPE) como Dyneema ou Spectra, polietileno de alto peso molecular (HMwPE ou HMPE), aramida tal como poli(p-fenileno tereftalamida) (PPTA, conhecida como Kevlar e Twaron), co-poli-(p- fenileno / 3,4’-oxidifenileno tereftalamida) (conhecida como Technora), polímero de cristal líquido (LCP) e pol-(p-fenileno-2,6-benzo bisoxazol (PBO). As fibras de alto módulo preferivelmente têm uma resistência de ruptura de pelo menos 2 GPa e módulo de tração preferivelmente acima de 100 GPa.

[0021] Fibras sintéticas, isto é, o material usado na corda de fibra sintética pode ser combinado em uma ou mais das maneiras abaixo:

[0022] i) Os dois materiais são combinados durante torção de fios de corda (fio de corda são múltiplos fios planos (fornecidos de um fabricante de fio) torcidos juntos).

[0023] ii) Uma proporção dos fios de corda é substituída durante acochamento com fios de corda de tamanho idêntico de material alternativo.

[0024] iii) Um fio rei de material diferente pode ser incluído no cordão. Fio rei é o fio de corda no centro de um cordão.

[0025] iv) camadas de corda são de diferentes materiais.

[0026] Como um exemplo de corda de fibra sintética, pelo menos um do núcleo, a primeira camada ou a segunda camada compreende duas fibras sintéticas de alto módulo. Como um outro exemplo de núcleo, a primeira camada e a segunda camada são fabricadas de diferentes fibras sintéticas de alto módulo.

[0027] Nas construções de corda da invenção, as cordas são constituídas por cordões. Os cordões são constituídos por fios de corda, que contêm fibras sintéticas. Na presente invenção, preferivelmente um filamento de fibra sintética tem um diâmetro na faixa de 10 a 30 micrometros, um fio de corda tem um diâmetro na faixa de 0,1 mm a 4 mm, um cordão tem um diâmetro na faixa de 4 mm a 10 mm, e uma corda tem um diâmetro de mais que 10 mm. Métodos de formação de fios a partir de fibra, cordões a partir de fio e cordas a partir de cordões são conhecidos na técnica. Os próprios cordões também podem ter uma construção pregueada, trançada, depositada, torcida ou paralela, ou uma combinação das mesmas. Na invenção, preferivelmente pelo menos um dos primeiros cordões de fibra sintética e os segundos cordões de fibra sintética na invenção é fabricado de fios torcidos e compreende duas ou três camadas ou mais de fios de corda. Mais preferivelmente, todos os primeiros cordões de fibra sintética e os segundos cordões de fibra sintética são cordões de fio de corda torcidos. Um tal cordão é fabricado de múltiplos fios de corda acochados ao redor de um fio de corda rei ou camada interna de cordão. Mais preferivelmente, as duas ou três camadas de fio depositado são depositadas em direções diferentes, por exemplo, depositadas em direções “SZ”, “ZS”, “SZS”, ou “ZSZ”.

[0028] Uma corda sintética de acordo com a presente invenção pode ser usada em guinchos, guindastes e outros dispositivos de levantamento e içamento, por exemplo, abandono e recuperação (A&R), guindaste de lança articulada, elevador de puxar, tensionadores elevadores, elevador de carga de pá de arraste, linhas de âncoras e tambor de elevação de eixo profundo e aplicações de enrolamento de fricção. Nestas aplicações, particulares demandas são colocadas sobre uma corda quando ela passa sobre roldanas e polias, é enrolada sob tensão sobre um tambor contendo múltiplas camadas ou é progressivamente carregada por fricção através de guia de tração. O projeto da presente invenção permite que a mesma seja integrada sobre tais sistemas projetados para corda de arame de aço com mínima modificação de sistema e reduz desgaste interno e mecanismos de fretagem, onde ciclos ou tensões de trabalho são altos.

[0029] A invenção permite que cordas de fibra sintética de construção trançada sejam fabricadas com uma combinação de vários materiais e com propriedades de rotação previsíveis e baixas, alta resistência de fadiga de curvatura, alta resistência e alta estabilidade radial e rigidez e em altos comprimentos contínuos para as aplicações relevantes (por exemplo, 5 km ou mais).

Breve Descrição de Figuras nos Desenhos

[0030] A invenção será melhor entendida com referência à descrição detalhada quando considerada em conjunção com os exemplos não limitantes e os desenhos acompanhantes, nos quais:

[0031] A Figura 1 é uma seção transversal de uma corda de fibra sintética de acordo com uma primeira modalidade da invenção.

[0032] A Figura 2 mostra a relação de tensão vs. deformação da inteira corda de fibra sintética comparada com a relação de tensão vs. deformação do núcleo e a primeira camada nos mesmos níveis de elongação.

[0033] A Figura 3 é uma construção de cordão com três níveis / camadas.

[0034] A Figura 4 mostra uma corda de fibra sintética da invenção de acordo com uma segunda modalidade da invenção.

Modo(s) para Realização da Invenção

[0035] A Figura 1 é uma seção transversal de uma corda de fibra sintética da invenção de acordo com uma primeira realização. A corda de fibra sintética 10 da invenção compreende um núcleo de fibra 12, uma camada de polímero extrudada 14, uma primeira camada 17 e uma segunda camada 19. O núcleo é de “seis cordões”, isto é, seis cordões (núcleo externo) que são fechados ao redor de um cordão de centro (núcleo interno ). A primeira camada 17 tem seis primeiros cordões de fibra sintética depositados em uma primeira direção (direção fechamento da primeira camada) ao redor da referida camada de polímero extrudada 14. A segunda camada 19 tem vinte segundos cordões de fibra sintética depositados em uma segunda direção (direção fechamento da segunda camada) ao redor da referida primeira camada 17. Os “vales” 16 entre os primeiros cordões de fibra sintética e os “vales” 18 entre os segundos cordões de fibra sintética são minimizados e são muito menores comparados com construções de corda trançadas.

[0036] A camada de polímero extrudada 14 pode estar em uma formação tubular e pode ser fabricada a partir de uma variedade de materiais incluindo polipropileno (PP), polietileno ((PE), combinações de PP/PE, náilon, Hytrel e Arnitel.

[0037] Os fatores de deposição e as direções de fechamento de cada camada são mostradas na tabela 1 abaixo. Neste conteúdo, direção de fechamento “A” ou “B” refere-se a tanto direções de torção esquerda ou direita (“S” ou “Z”) e “A” e “B” referem-se a diferentes direções de torção. Tabela 1. Fatores de deposição de corda e direções de fechamento

[0038] A Figura 2 mostra a tensão da inteira corda de fibra sintética comparada com a tensão do núcleo e a primeira camada nos mesmos níveis de elongação. A tensão δ (% de tensão δ na Carga de Ruptura) da inteira corda de fibra sintética como uma função de deformação ε (%) é indicada por curva A, enquanto a tensão δ do núcleo e a primeira camada como uma função de deformação ε (%) é indicada por curva B. Como mostrado na Figura 2, curva A e curva B apresentam tensão similar no mesmo nível de deformação. Isto ilustra que a corda inteira, o núcleo, a primeira camada e assim cada camada da corda tem similares propriedades de carga - elongação. Graças aos fatores de deposição, todas as fibras são carregadas quase igualmente enquanto também minimizando torque e rotação.

[0039] Aqui, os primeiros cordões de fibra sintética 17 e os segundos cordões de fibra sintética 19 têm duas ou três camadas ou níveis. Como mostrado na Figura 3, um cordão exemplo 30 tem três níveis: fio rei 32, nível interno 34 e nível externo 36. Fios de corda 35, 37 em cada nível 34, 36 são de um tamanho único, mas não precisam ser do mesmo tamanho em cada nível 34, 36. O nível interior 34 do cordão contém entre 20% e 40% de material de cordão total e o material restante está distribuído ao redor de outra parte do cordão. Fatores de deposição de acochar de cada nível de um cordão e cada camada da corda de fibra sintética são mostrados na Tabela 2. Direções de torção em cada nível da primeira camada de corda de fibra sintética são mostradas na Tabela 3. Direções de torção em cada nível da segunda camada de corda de fibra sintética são mostradas na Tabela 4.

[0040] Cada cordão pode ser aplicado sem cobertura ou revestimento. Alternativamente, cada cordão também pode ter uma cobertura protetora de camada ou revestimento / extrusão trançada aplicada.

[0041] Tabela 2. Fatores de deposição de acochar de cada nível de um cordão e cada camada da corda de fibra sintética

[0042] Fio de corda pode ter um fator de deposição de 15-25 em todas as camadas, exceto para fios reis que usam um fator de deposição de entre 6-10 para o interior de núcleo e 8-12 para exterior núcleo, a primeira camada e segunda camada. Tabela 3. Direções de torção em cada nível da primeira camada de corda de fibra sintética Tabela 4 Direções de torção em cada nível da segunda camada de corda de fibra sintética

[0043] Uma série de direções de torções como mostrado em tabelas 3 e 4 reduz ângulos de contato interno (aumentada resistência para desgaste interno), maximiza resistência de desgaste externo, reduz torque e características de rotação e proporciona otimizada conversão de resistência.

[0044] A Figura 4 mostra uma corda de fibra sintética da invenção de acordo com uma segunda realização da invenção. A corda de fibra sintética 40 da invenção compreende um núcleo de fibra 42, uma camada de polímero extrudada 44, uma primeira camada 46 e uma segunda camada 48. Diferente da primeira realização acima, nesta realização, o núcleo de fibra 42 tem uma construção trançada e a camada de polímero extrudada 44 tem uma forma sulcada. A primeira camada 46 e a segunda camada 48 são as mesmas como a primeira realização acima.

[0045] A corda de fibra sintética da invenção tem um número de características para render os avanços em desempenho com uma combinação de propriedades de rotação previsíveis e baixas, alta resistência de fadiga de curvatura, alta resistência e alta estabilidade e rigidez radial.

[0046] Deve ser entendido que embora a presente invenção tenha sido especificamente mostrada por modalidades preferidas e características opcionais, modificação e variação das invenções aqui realizadas mostradas podem ser recorridas por aqueles versados na técnica, e que tais modificações e variações são consideradas estarem dentro do escopo desta invenção. Números de Referência 10,40 corda de fibra sintética 12,42 núcleo de fibra 14,44 camada de polímero extrudada 17,46 primeira camada 16 vale entre primeiros cordões de fibra sintética 19,48 segunda camada 18 vale entre segundos cordões de fibra sintética 30 cordão 32 fio rei 34 nível interno 35,37 fio de corda 36 nível externo

Claims (13)

1. Corda de fibra sintética, caracterizada pelo fato de que compreende um núcleo, o referido núcleo sendo um cordão de fibra sintética depositado ou trançado, uma camada de polímero, a referida camada de polímero cobrindo o referido núcleo, uma primeira camada, a referida primeira camada tendo pelo menos seis primeiros cordões de fibra sintética depositados em uma primeira direção circundando a referida camada de polímero, e uma segunda camada, a referida segunda camada tendo pelo menos doze segundos cordões de fibra sintética depositados em uma segunda direção circundando a referida primeira camada, em que o referido núcleo tem uma área de seção transversal em uma faixa de 5 a 10% com relação à área da seção transversal combinada da camada de polímero, da primeira camada, e da segunda camada, ou a referida primeira camada ou a referida segunda camada tem uma área em uma faixa de 40 a 60% da área de seção transversal total da corda de fibra sintética.

2. Corda de fibra sintética de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada um do referido núcleo, da referida primeira camada e da referida segunda camada tem um fator de deposição em uma faixa de 3 a 15.

3. Corda de fibra sintética de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o referido núcleo tem um fator de deposição mais baixo, e a referida primeira camada tem um fator de deposição menor que a referida segunda camada.

4. Corda de fibra sintética de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a referida primeira direção é direção “S” e a referida segunda direção é direção “Z”, ou a referida primeira direção é direção “Z” e a referida segunda direção é direção “S”.

5. Corda de fibra sintética de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a referida primeira camada e/ou a referida segunda camada são cobertas com uma camada protetora.

6. Corda de fibra sintética de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a referida camada protetora é trançada e/ou extrudada.

7. Corda de fibra sintética de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os referidos primeiros cordões de fibra sintética e os referidos segundos cordões de fibra sintética são cobertos individualmente com uma camada adicional.

8. Corda de fibra sintética de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os referidos primeiros cordões de fibra sintética e os referidos segundos cordões de fibra sintética não são individualmente cobertos com uma camada adicional.

9. Corda de fibra sintética de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que pelo menos um dos referidos primeiros cordões de fibra sintética e dos referidos segundos cordões de fibra sintética é um cordão depositado e compreende duas ou três ou mais camadas de fios de corda.

10. Corda de fibra sintética de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que as referidas duas ou três camadas do fio depositado são depositadas em diferentes direções.

11. Corda de fibra sintética de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a referida corda de fibra sintética compreende fibras sintéticas de alto módulo ou combinada com fibras sintéticas de alto módulo selecionadas do grupo consistindo em polietileno de ultra alto peso molecular (UHMwPE ou UHMPE), polietileno de alto peso molecular (HMwPE ou HMPE), aramida, polímero de cristal líquido (LCP), e poli(p-fenileno-2,6-benzo bisisoxazol (PBO).

12. Corda de fibra sintética de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que pelo menos um do referido núcleo, da referida primeira camada ou da referida segunda camada compreende duas diferentes fibras sintéticas de alto módulo.

13. Corda de fibra sintética de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o referido núcleo é fabricado de diferentes fibras sintéticas de alto módulo a partir da referida primeira camada e da referida segunda camada.