BRPI0619094A2 - corda contendo fibras de polietileno de alto desempenho - Google Patents

Abstract

CORDA CONTENDO FIBRAS DE POLIETILENO DE ALTO DESEMPENHO. A invenção está relacionada a uma corda contendo uma pluralidade de filamentos compreendendo uma mistura de fibras de polietileno de alto desempenho e fibras de politetrafluoroetileno em uma razão de massa de 70:30 a 98:2. A corda mostra notoriamente um desempenho de vida útil melhorado em aplicações cíclicas de curvatura sobre roldana. A invenção também está relacionada ao uso da referida corda como um elemento de transporte de carga em aplicações de curvatura sobre roldana.

Description

CORDA CONTENDO FIBRAS DE POLIETILENO DE ALTO DESEMPENHO

A invenção está relacionada a uma corda compreendendo fibras de polietileno de alto desempenho, cuja corda é especialmente adequada para aplicações de curvatura sobre roldana. A invenção também está relacionada ao uso da referida corda como um elemento de transporte de carga em aplicações de curvatura sobre roldana.

Tal corda é conhecida a partir da Patete U.S. de número 5901632. Nesta publicação de patente uma corda trançada é descrita, cuja corda contém uma pluralidade de filamentos que são, eles mesmos, trançados, preferivelmente a partir de fios de corda contendo fibras de polímero de alta resistência. Nas modalidades mais preferidas indicadas, a corda possui 12 filamentos e um trançado circular, dois acima e dois abaixo, onde cada filamento possui em si próprio um trançado de 12 filamentos produzidos a partir de fibras de polietileno de alto desempenho (HPPE) (construção 12x12).

A corda para aplicações de curvatura sobre roldana é, rio contexto do presente pedido, considerada como sendo uma corda de transporte de carga tipicamente utilizada em aplicações de içamento e atracamento, como nos mercados marítimo, oceanográf ico, de petróleo e gás em alto mar, sísmico, de pescaria comercial e outros mercados industriais. Durante tais usos, em conjunto às aplicações referidas como curvatura sobre roldana, a corda é freqüentemente puxada sobre tambores, abitas, polias, roldanas, etc, assim resultando em atrito e curvatura. Quando exposta a tais curvaturas ou flexões freqüentes, uma corda pode partir devido a danos na corda e fibras, resultantes da abrasão externa e interna, aquecimento por fricção, etc; tal rompimento por fadiga é freqüentemente chamado de fadiga por flexão.

Para reduzir a fadiga por flexão de uma corda em aplicações de curvatura sobre roldana, o uso de uma roldana (ou outra superfície) com um diâmetro de pelo menos 8 vezes o diâmetro da corda é geralmente aconselhado. A fim de reduzir a perda de resistência em uma corda resultante de abrasão externa, é sabido fornecer um invólucro, por exemplo, uma manga tecida ou trançada à corda ou aos filamentos da corda. Estes invólucros, entretanto, aumentam o diâmetro e a rigidez da corda e adicionam peso e custo, mas não contribuem para a capacidade de transporte de carga da corda e uma inspeção visual direta dos elementos de transporte de carga não é possível. A fim de reduzir assim a perda de resistência resultante da abrasão interna entre as fibras na corda, aplicar uma mistura específica de fibras poliméricas aos filamentos da corda é proposto na Patete U.S. de número 6945153 B2.

A publicação U.S. 6945153 B2 descreve uma corda trançada de construção análoga à da patente U.S. 5901632, onde os filamentos contêm uma mistura de fibras de polietileno de alto desempenho e fibras poliméricas liotrópicas ou termotrópicas, em uma proporção de 40:60 a 60:40. As fibras cristalinas líquidas liotrópicas ou termotrópicas, como poliamidas (aramidas) aromáticas ou polibisoxazóis (PBO) são indicadas por fornecerem boa resistência ã ruptura por arraste, mas são muito suscetíveis à auto-abrasão, enquanto as fibras HPPE são mencionadas por exibirem a menor quantidade de abrasão de fibra a fibra, mas são propensas à ruptura por arraste.

Uma desvantagem das cordas conhecidas, entretanto, permanece como uma vida útil limitada quando exposta a curvaturas e flexões freqüentes. Desta forma, há uma necessidade na indústria por cordas que mostrem desempenho melhorado em aplicações cíclicas de curvatura sobre roldana por tempos prolongados.

O objetivo da invenção é, conseqüentemente, fornecer tal corda exibindo desempenho melhorado.

Este objetivo é alcançado de acordo com a invenção com uma corda contendo uma pluralidade de filamentos compreendendo uma mistura de fibras de polietileno de alto desempenho (HPPE) e fibras de politetrafluoroetileno (PTFE) em uma proporção de massa de 70:30 a 98:2 para a corda como um todo.

Surpreendentemente uma corda possuindo propriedades ideais é obtida. A corda possui uma fadiga por flexão melhorada e ainda assim possui uma alta rigidez e alta resistência.

A corda de acordo com a invenção exibe notavelmente desempenho de vida útil melhorado em aplicações de curvatura sobre roldana cíclica, o que é surpreendente, uma vez que, embora PTFE seja conhecido, entre outras, por suas propriedades lubrificantes, é claramente informado, por exemplo, na patente U.S. 6945153, que fios de HPPE já exibiriam o melhor desempenho relativo à abrasão em cordas.

Outras vantagens da corda de acordo com a invenção incluem que menos calor, por exemplo, como resultado de fricção entre os filamentos e/ou entre as fibras, é gerado durante o uso, o que reduz o risco de que as fibras de HPPE exibam alongamento por arraste. Uma corda compreendendo uma alta quantidade de fibras de HPPE pode, assim, ser aplicada de forma segura em aplicações de longo prazo uma vez que sejam propriamente projetadas e utilizadas; por exemplo, evitando-se situações de sobrecarga (contra a capacidade máxima projetada). A corda possui alta eficiência de resistência, significando que a resistência da corda é um percentual relativamente alto da resistência de suas fibras constituintes. A corda também exibe bom desempenho em tração e bobinadores de armazenamento e pode ser facilmente inspecionada quanto a possíveis danos.

A presente invenção, também está, conseqüentemente, relacionada ao uso de uma corda de construção e composição conforme detalhadas neste pedido como um elemento de transporte de carga em aplicações de curvatura sobre roldana, por exemplo, em aplicações de içamento.

A corda de acordo com a invenção pode ser de várias construções, incluindo cordas construídas por depósito, trançadas, paralelas (com revestimento) e fios similares a cordas. O número de filamentos na corda pode também variar enormemente, mas é geralmente de pelo menos 3 e preferivelmente, no máximo, de 16, para atingir uma combinação de bom desempenho e facilidade de produção, soutache

Preferivelmente, a corda de acordo com a invenção é de uma construção trançada, para fornecer uma corda robusta e de torque equilibrado que retenha sua coerência durante o uso. Há uma variedade tipos de trançados conhecidos, cada um geralmente distinto pelo método que forma a corda. Construções adequadas incluem trançados em sutache, trançados tubulares e trançados planos. Trançados tubulares ou circulares são os trançados mais comuns para aplicações de corda e geralmente consistem em dois conjuntos de filamentos que são entrelaçados, com diferentes padrões possíveis. O número de filamentos em um trançado tubular pode variar enormemente. Especialmente se o número de filamentos foi alto e/ou se os filamentos forem relativamente finos, o trançado tubular pode possuir um núcleo oco e o trançado pode ceder em uma forma oblonga. Se isto não for desejado, o trançado pode conter um elemento de núcleo, que pode ser uma corda produzida de várias fibras poliméricas, preferivelmente fibras de HPPE, cujo trançado reterá melhor sua forma durante o uso.

O número de filamentos em uma corda trançada de acordo com a invenção é de pelo menos 3. Um número crescente de filamentos tende a reduzir a eficiência de resistência da corda. O número de filamentos é, conseqüentemente, preferivelmente no máximo 16, dependendo do tipo de trançado. Cordas particularmente adequadas são aquelas de construção trançada de 8 a 12 filamentos. Tais cordas fornecem uma combinação favorável de tenacidade e resistência à fadiga por flexão e podem ser produzidas de forma econômica em máquinas relativamente simples.

A corda de acordo com a invenção pode ser de uma construção onde o fator de torção (o número de voltas por metro em uma construção depositada) ou o período de trançado (que é o comprimento primitivo relacionado à largura de uma corda trançada) não é especificamente crítico. Períodos de trançado adequados estão na faixa de 4 a 20.Um período de trançado maior pode resultar em uma corda mais frouxa possuindo maior eficiência de resistência, mas que seria menos robusta e mais difícil de unir. Um período de trançado muito baixo reduziria demais a tenacidade. Preferivelmente, conseqüentemente, o período de trançado é de cerca de 5 a 15, mais preferivelmente de 6 a 10 .

A corda de acordo com a invenção pode possuir um diâmetro que varia entre limites amplos. Preferivelmente, a corda possui um diâmetro de pelo menos 2 mm, mais pref erivelmente de pelo menos 5 mm, ainda mais preferivelmente de pelo menos 10 mm. Cordas de diâmetros menores, por exemplo, na faixa de 2 a 2 0 mm, são tipicamente aplicadas como cabos em dispositivos mecânicos, como um mecanismo de levantamento de janela em porta automotiva. Mais preferivelmente a corda possui um diâmetro grande de pelo menos 2 0 mm. No caso de uma corda com uma secção transversal oblonga, é mais preciso definir o tamanho de uma corda redonda por um diâmetro equivalente, que é o diâmetro de uma corda redonda de mesma massa por comprimento que a corda não redonda. 0 diâmetro da corda é medido na circunferência mais externa da corda. Isto se deve aos contornos irregulares de cordas definidas pelos filamentos. Preferivelmente, a corda de acordo com a invenção ~e uma corda de trabalhos pesados, possuindo um diâmetro equivalente de pelo menos 3 0 mm, mais pref erivelmente pelo menos 40, 50, 60 ou ainda pelo menos 7 0 mm, uma vez que as vantagens da invenção se tornam mais relevantes quanto mais espessa a corda. Cordas mais espessas conhecidas possuem diâmetros de até cerca de 300 mm, cordas utilizadas em instalações de águas profundas tipicamente possuem um diâmetro de até cerca de 13 0 mm.

A corda de acordo com a invenção pode possuir uma secção transversal que é aproximadamente circular ou redonda, mas também uma secção transversal oblonga, significando que a secção transversal de uma corda tensionada mostra uma forma achatada, oval ou ainda (dependendo do número de filamentos primários) quase retangular. Tal secção transversal oblonga preferivelmente possui uma razão de aspecto, isto é, a razão entre o diâmetro maior e o menor (ou razão entre largura e altura), na faixa de 1,2 a 4,0. Métodos para determinar a razão de aspecto são conhecidos àqueles habilitados. Um exemplo inclui medir as dimensões externas da corda, enquanto a mesma é mantida esticada, ou após se enrolar firmemente uma fita adesiva ao redor da mesma. A vantagem da referida razão de aspecto é que durante a curvatura cíclica menos diferenças de tensão ocorrem entre os filamentos da corda e menos abrasão e calor friccional ocorrem, resultando em uma vida de fadiga por curvatura melhorada. A secção transversal preferivelmente possui uma razão de aspecto de cerca de 1,3 a 3,0, mais preferivelmente de 1,4 a 2,0.

Na construção de corda de acordo com a invenção a construção dos filamentos, também chamados de filamentos primários, não é especificamente crítica. Aquele habilitado pode escolher entre construções adequadas como filamentos depositados ou trançados e fator de torção e período de trançado respectivamente, de forma a resultar em uma corda equilibrada e livre de torque.

Em uma modalidade especial da invenção, cada filamento primário é, por si só, uma corda trançada. Preferivelmente, os filamentos são trançados circulares produzidos a partir de um número par de filamentos secundários, também chamados de trançados de corda, os quais compreendem fibras poliméricas. O número de filamentos secundários não é limitado e pode variar, por exemplo, de 6 a 32, com 8, 12 ou 16 sendo preferido em vista do maquinário disponível para produzir tais trançados. Aquele habilitado na técnica pode escolher o tipo de construção e título dos filamentos em relação à construção e ao tamanho finais desejados da corda, com base em seu conhecimento ou com a ajuda de alguns cálculos ou experimentações.

Os filamentos secundários ou trançados de corda contendo fibras poliméricas podem ser de várias construções, novamente dependendo da corda desejada. Construções adequadas incluem fibras torcidas, mas também cordas e fios trançados, como um trançado circular, podem ser utilizados. Construções adequadas são mencionadas, por exemplo, na Patete U.S. de número 5901632. No contexto da presente invenção, as fibras são compreendidas como significando corpos alongados de comprimento indefinido e com dimensões de comprimento muito maiores que sua largura ou espessura. O termo fibra assim inclui um monofilamento, um trançado multifilamentar, uma faixa, uma tira ou fita e similares e pode possuir uma secção transversal regular ou irregular. O termo fibras também inclui uma pluralidade de qualquer uma ou combinações das anteriores.

Fibras possuindo a forma de monofilamentos ou fibras em forma de fita podem ser de uma variedade de títulos, mas tipicamente possui um título na faixa de 10 a muitos milhares dtex, preferivelmente na faixa de 100 a 2.500 dtex, mais preferivelmente 200 a 2.000 dtex. Trançados multifilamentares contêm uma pluralidade de filamentos possuindo um titulo na faixa de 0,2 a 25 dtex, pref erivelmente cerca de 0,5 a 20 dtex. O título de um trançado multifilamentar pode também variar enormemente, por exemplo de 50 a vários milhares de dtex, mas está pref erivelmente na faixa de cerca de 200 a 4.000 dtex, mais preferivelmente 300 a 3.000 dtex.

A corda de acordo com a invenção contém uma pluralidade de filamentos compreendendo fibras de polietileno de alto desempenho (HPPE) . As fibras HPPE são aqui compreendidas como sendo fibras produzidas a partir de polietileno de massa molar ultra-alta (também chamado de polietileno de peso molecular ultra-alto; UHMWPE), e possuindo uma tenacidade de pelo menos 2,0, preferivelmente pelo menos 2,5 ou pelo menos 3,0 N/tex. Resistência tênsil, também simplesmente resistência, ou tenacidade das fibras é determinada por métodos conhecidos, conforme baseado em, ASTM D885-85 ou D2256-97. Não há razão para um limite superior de tenacidade de fibras HPPE na corda, mas fibras disponíveis tipicamente são de tenacidade de aproximadamente 5 a 6 N/tex em sua maioria. As fibras HPPE também possuem um elevado módulo tênsil, por exemplo, de pelo menos 75 N/tex, preferivelmente pelo menos 100 ou pelo menos 12 5 N/tex. As fibras HPPE são também chamadas de fibras de polietileno de alto módulo.

Na modalidade preferida, as fibras HPPE na corda de acordo com a invenção são um ou mais trançados multifilamentares.

As fibras, filamentos e trançados multifilamentares HPPE podem ser preparados por fiação de uma solução de UHMWPE em um solvente adequado em fibras gel e aspirando-se as fibras antes, durante e/ou depois da remoção parcial ou completa do solvente, isto é, através de um processo chamado de fiação de gel. A fiação de gel de uma solução de UHMEPE é bem conhecida daqueles habilitados e está descrita em várias publicações, incluindo as patentes EP 0205960 A, EP 0213208 Al, US 4413110, GB 2042414 A, EP 0200547 B1, EP 0472114 B1, WO 01/73173 Al e em "Advanced Fiber Spinning Technology", Ed. Nakajima, Woodhead Publ. Ltd (1994), ISBN 1-855-73182-7, e em referências aqui citadas.

O UHMWPE é compreendido como sendo um polietileno possuindo uma viscosidade intrínseca (IV, conforme medido em solução em decalina a 135°C) de pelo menos 0,05 m3/g, preferivelmente entre cerca de 0,08 e 0,40 m3/g. A viscosidade intrínseca é uma medida para massa molar (também chamada de peso molecular) que pode ser mais facilmente determinada que parâmetros de massa molecular reais como Mn e Mw. Existem muitas relações empíricas entre IV e Mw, mas tal relação depende da distribuição de massa molar. Com base na equação Mw = 5,37 χ 104 [IV] 1,37 (ver EP 0504954 A1) uma IV de 0,08 m3/g seria equivalente a Mw de cerca de 930 kg/mol. Pref erivelmente, o UHMWPE é um polietileno linear com menos de uma ramificação por 100 átomos de carbono e preferivelmente menos de uma ramificação por 300 átomos de carbono, uma ramificação ou cadeia lateral ou cadeia de ramificação geralmente contendo pelo menos 10 átomos de carbono. O polietileno linear pode ainda conter ate 5% em mol de um ou mais comonômeros, como alquenos como propileno, buteno, penteno, 4-metilpenteno ou octeno.

Em uma modalidade preferida o UHMWPE contém uma quantidade pequena, preferivelmente pelo menos 0,2, ou pelo menos 0,3 por 1.000 átomos de carbono, de grupos relativamente pequenos como grupos laterais pendentes, preferivelmente um grupo alquil Cl - C4 . Tal fibra mostra uma combinação vantajosa de alta resistência e resistência a arraste. Um grupo lateral muito grande ou uma quantidade muito alta de grupos laterais, entretanto, afetam negativamente o processo de produção de fibras. Por esta razão, o UHMWPE preferivelmente contém grupos laterais metil ou etil, mais preferivelmente grupos laterais metil. A quantidade de grupos laterais é, preferivelmente, de no máximo 20, mais preferivelmente no máximo 10, 5 ou, no máximo, 3 por 1.000 átomos de carbono.

As fibras HPPE na corda de acordo com a invenção podem ainda conter pequenas quantidades, geralmente menos de 5% em massa, preferivelmente menos de 3% em massa de aditivos usuais, como antioxidantes, estabilizadores térmicos, corantes, promotores de fluxo, etc. O UHMWPE pode ser um único tipo de polímero, mas também uma mistura de dois ou mais tipos de polietileno diferentes, por exemplo, diferindo em IV ou distribuição de massa molar e/ou tipo e número de comonômeros ou grupos laterais.

A corda de acordo com a invenção contém uma pluralidade de filamentos compreendendo uma mistura de fibras de HPPE e de PTFE. As fibras PTFE são aqui compreendidas como sendo fibras produzidas a partir do polímero de politetrafluoropolietileno. As fibras de PTFE possuem uma tenacidade que é significativamente inferior às das fibras de HPPE e não possuem contribuição efetiva à tenacidade estática da corda. No entanto, as fibras de PTFE preferivelmente possuem uma tenacidade de pelo menos 0,3, preferivelmente pelo menos 0,4 ou pelo menos 0,5 N/tex, a fim de evitar a ruptura das fibras durante o manuseio, misturação com as fibras de HPPE e/ou durante a produção da corda. Não há razão para um limite superior da tenacidade das fibras de PTFE, mas as fibras disponíveis tipicamente são de tenacidade de 1 N/tex em sua maioria. As fibras de PTFE tipicamente possuem um alongamento e ruptura que são superiores às das fibras HPPE.

As propriedades das fibras de PTFE e métodos para produção de tais fibras foram descritas em várias publicações, incluindo as patentes EP 0648869 Al, US 3655853, US 3953566, US5061561, US 6117547 e US 5686033.

O polímero de PTFE é compreendido como sendo um polímero produzido a partir de tetrafluoroetileno como monômero principal. Preferivelmente, o polímero contém menos de 4% em mol, mais pref erivelmente menos de 2% ou 1% em mol de outros monômeros, como etileno,

clorotrifluoroetileno, hexafluoropropiIeno, perfluoropropil viniléter e similares. 0 PTFE é geralmente um polímero de massa molar muito alta, com alto ponto de fusão e alta cristalinidade, o que torna virtualmente impossível o processamento por fusão do material. Sua solubilidade em solventes é também muito limitada. As fibras de PTFE são, desta forma, tipicamente produzidas extrusando-se misturas de PTFE e, opcionalmente, outros componentes abaixo do ponto de fusão do PTFE em uma fibra precursora, por exemplo, um monofi lamento, fita ou folha, seguida por etapas de processamento similares à sinterização e/ou por pós-estiramento dos produtos a temperaturas elevadas. As fibras de PTFE são, conseqüentemente, tipicamente na forma de um ou mais estruturas similares a monofilamentos ou fitas, por exemplo, algumas estruturas similares a fitas, torcidas em um produto similar a um trançado. A fibras de PTFE geralmente possuem certa porosidade, dependendo do processo aplicado para produção de uma fibra precursora e em condições de pós-estiramento aplicadas. Densidades aparentes de fibras de PTFE podem variar enormemente, e produtos adequados possuem densidades na faixa de cerca de 1,2 a 2,5 g/cm3.

A corda de acordo com a invenção preferivelmente combina fibras HPPE e PTFE para formar trançados de corda, que formam os filamentos na corda. Todos os filamentos primários e secundários na corda de acordo com a invenção podem conter cerca da mesma razão de massa entre HPPE e PTFE, mas a referida razão pode também ser diferente para os referidos filamentos (a razão de massa média para a corda no total estando na faixa indicada). Em uma modalidade, as fibras de PTFE estão especificamente presentes naqueles trançados de corda de um filamento que estão em contato direto com outros filamentos; com trançados de corda escondidos no interior de um filamento consistindo essencialmente de HPPE. É também possível que a corda de acordo com a invenção contenha uma pluralidade de filamentos compreendendo as fibras HPPE e as fibras PTFE e ainda um ou mais filamentos consistindo de fibras HPPE, fibras adicionais não sendo fibras PTFE ou de uma mistura de fibras HPPE e fibras adicionais. Tais filamentos preferivelmente são o núcleo da corda.

A corda de acordo com a invenção contém uma pluralidade de filamentos compreendendo uma mistura de fibras HPPE e fibras PTFE em uma razão de massa de 70:30 a 98:2. Um conteúdo maior de fibras PTFE adicionará mais ação lubrificante aos filamentos e aumentará a vida útil quando expostos à freqüente curvatura da corda. Preferivelmente, a razão de passa entre fibras HPPE e fibras PTFE é de, no máximo, 97:3, mais preferivelmente no máximo 96:4, 95:5,

94:6, 93:7 ou mesmo 92:8. Entretanto, uma vez que as fibras PTFE não contribuem muito com a resistência da corda, sua quantidade não deve se tornar muito alta. Preferivelmente, a razão de massa entre fibras HPPE e fibras PTFE é, desta forma, de pelo menos 74:26, 78:22, 80:20 ou mesmo 82:18.

Os filamentos primários na corda de acordo com a invenção podem, em adição à referida mistura de fibras, ainda conter outros componentes, como outras fibras, revestimentos e similares. Preferivelmente, os filamentos contêm no máximo 25% em massa, mais preferivelmente no máximo 20% ou 15% em massa de outros componentes.

A corda de acordo com a invenção contendo filamentos primários significa que os filamentos primários são o principal constituinte, fornecendo à corda suas propriedades de transporte de carga. A corda pode ainda compreender componentes auxiliares para melhorar ainda seu desempenho ou fornecer algumas propriedades adicionais, como deve ser conhecido àqueles habilitados. Exemplos incluem alguns filamentos ou fibras de corda auxiliares com, por exemplo, condutibilidade elétrica ou propriedades de transmissão de luz, uma mudança em cujas propriedades podem servir, por exemplo, como um indicador para uma situação de sobrecarga que tenha ocorrido. A corda pode ainda compreender qualquer revestimento ou medida usuais, cujo revestimento pode proteger a corda ou agir como lubrificante para ainda melhorar a resistência à abrasão. Materiais de revestimento adequados para tal propósito são geralmente aplicados como dispersões aquosas, por exemplo, de polímeros termoplásticos ou compostos betuminosos. Preferivelmente, a corda contém menos de cerca de 25% ou menos de 20% ou 15% em massa de outros componentes.

Uma corda trançada de cerca de 5 mm de diâmetro produzida de trançados multifilamentares de HPPE foi avaliada com um teste de curvatura reversa, utilizando 3 rolamentos resultando em 6 deformações de curvatura por ciclo. O teste é executado sob condição ambiente, com água sendo pulverizada sobre a corda. A corda mostrou uma resistência a curvatura cíclica (vida de fadiga por curvatura) de cerca de 4 00 ciclos antes da ruptura ocorrer. Repetindo o teste com dois outros pedaços da mesma corda, mas agora fornecidos com cerca de 15% em massa de dois materiais de revestimento, um baseado em compostos betuminosos e o outro baseado em compostos de silicone, resultou em cerca de 1.000 e 1.300 ciclos até a ruptura, respectivamente. Uma corda de construção similar é produzida, onde os filamentos consistem de uma mistura de cerca de 86% em massa de trançado de HPPE e cerca de 14% em massa de fibra PTFE do tipo fita, de dimensões típicas para uso como, por exemplo, fio dental. Sem qualquer revestimento aplicado, esta corda rompeu após 5.000 ciclos. A mesma corda de HPPE/PTFE revestida com um revestimento de silicone (cerca de 11% em massa de compostos de silicone com base na massa total da corda) mostra não ocorrer ruptura mesmo após 15.000 ciclos.

A invenção ainda está relacionada a uma corda contendo uma pluralidade de filamentos compreendendo uma mistura de fibras de polietileno de alto desempenho e fibras de politetrafluoroetileno em uma razão de massa de 70:30 a 98:2, cuja corda ainda contém de cerca de 2% a 20% em massa de compostos de silicone (baseados na massa total da corda). Tal corda mostra uma melhoria adicional surpreendentemente alta em tempo de vida de fadiga por curvatura, em combinação com as propriedades de resistência favoráveis e resistência à abrasão.

Preferivelmente, a corda de acordo com a invenção contém cerca de 3 a 18, 4 a 16 ou mesmo cerca de 5 a 15% em massa de compostos de silicone.

O termo "compostos de silicone" é aqui utilizado para compostos nos quais átomos de silício estão ligados através de átomos de oxigênio, cada átomo de silício carregando um ou vários grupos orgânicos, geralmente metil ou fenil. Os silicones são também conhecidos como poliorganosiloxanos e podem ser lineares, cíclicos ou uma mistura destes. Compostos de silicone como poliorganosiloxanos podem ser produzidos reagindo-se, por exemplo, organodiclorosilanos com água de acordo com métodos conhecidos.

Em uma modalidade especial da invenção, a corda foi pós-estirada, ou pelo menos seus filamentos primários foram pós-estirados antes da montagem em corda, preferivelmente a uma temperatura na faixa de 100°C a 120°C, para aumentar ainda as propriedades de resistência da corda. Tal etapa de pós-estiramento da corda é descrita em EP 0398843 Bl ou US 5901632.

A invenção também está relacionada ao uso de fibras PTFE em combinação com outras fibras poliméricas para produção de cordas. As fibras PTFE são utilizadas em inúmeras aplicações exigentes devido às boas propriedades físicas do PTFE. Ele possui excelente desempenho em alta e baixa temperatura, resistência química e resistência a danos como um resultado de exposição à radiação ultravioleta. Aplicações exemplares de fibras PTFE incluem uso como fio dental, suportes e várias membranas e tecidos à prova d'água mas respiráveis, formados a partir de uma ampla gama de processos têxteis incluindo tecelagem, trançado, tricotagem e perfuração com agulhas. As fibras PTFE são também utilizadas como linha de costura, mas seu uso em cordas não foi publicado. As fibras PTFE aumentam de forma surpreendente a vida útil de cordas, especialmente de corda de diâmetros maiores que são freqüentemente flexionadas durante o uso.

Preferivelmente, o uso de acordo com a invenção está relacionado à aplicação de fibras PTFE em combinação com fibras de alto desempenho possuindo uma tenacidade de pelo menos 2,0 N/tex na produção de cordas para aplicação de curvatura sobre roldana, onde a razão de massa entre outras fibras e fibras PTFE é de 70:30 a 98:2. Mais preferivelmente, as fibras de alto desempenho são fibras HPPE .

A corda de acordo com a invenção pode ser produzida a partir de técnicas conhecidas para se montar uma corda a partir de fibras poliméricas e, opcionalmente, aplicar um revestimento de corda.

Um método preferido para produção de uma corda de acordo com a invenção compreende as etapas de a) montar fibras HPPE e fibras PTFE em uma razão de massa de 70:30 a 98:2 para formar trançados de corda, b) opcionalmente, montar dois ou mais dos referidos trançados para formar filamentos, c) trançar os referidos trançados de corda ou os referidos filamentos para formar uma corda e d) opcionalmente, aplicar um revestimento de corda.

Modalidades preferidas do método de acordo com a invenção são análogas àquelas discutidas acima para a construção e/ou composição das fibras, trançados de corda, filamentos e revestimento.

O método de acordo com a invenção pode ainda compreender uma etapa de unir a extremidade de um filamento primário a uma extremidade de um próximo filamento primário para quando, por exemplo, durante o trançado um transportador contendo o filamento esvaziar. Desta forma o comprimento da corda pode ser estendido a qualquer comprimento desejado, sem que a corda resultante contenha pontos fracos que a resistência à ruptura reduzida.

O método de acordo com a invenção pode ainda compreender uma etapa de pós-estiramento dos filamentos primários antes da etapa de trançado ou, alternativamente, 25 uma etapa de pós-estiramento da corda. Tal etapa de pós- estiramento é preferivelmente executada a uma temperatura elevada, mas abaixo do ponto de fusão dos fios (de fusão mais baixa) nos filamentos (estiramento a quente); preferivelmente a temperaturas na faixa de 100°C a 120°C. Tal etapa de pós-estiramento é descrita em EP 398843 B1 ou US 5901632.

Surpreendentemente, a corda de acordo com a invenção contendo fibras HPPE mostra uma melhor fadiga por flexão que outras cordas conhecidas anteriormente. Desta forma, a invenção também está relacionada a uma corda compreendendo fibras HPPE e pelo menos um meio de melhorar a fadiga por flexão da corda, caracterizada pelo fato de que a fadiga por flexão é melhorada com pelo menos um fator de 5, comparada à corda não compreendendo os meios para melhoria da fadiga por flexão. Preferivelmente, a fadiga por flexão é melhorada com pelo menos um fator de 7, mais preferivelmente um fator de 10, ainda mais preferivelmente um fator de 13. Com relação às modalidades preferidas, quanto, por exemplo, ao tipo e quantidade de fibras HPPE utilizadas, o diâmetro da corda, etc, as mesmas preferências contam, conforme definido acima, para a corda contendo as fibras HPPE e fibras PTFE. Método para testar a fadiga por flexão de uma corda

O método para testar a fadiga por flexão de uma corda é descrito na patente U.S. 6.945.153 B2.

O aparelho de teste e o espécime de teste, conforme divulgado nesta patente, são mostrados na Figura 1 e Figura 2 respectivamente da presente especificação. A Figura 1 mostra o aparelho de teste (20), cujo aparelho possui uma roldana de teste (22) e uma roldana de tensionamento (24).

Uma força (26) é aplicada À roldana (24) para resulta em uma tensão no espécime de teste e uma tensão de superfície na interface entre o espécime e a roldana. O primeiro espécime de teste (28) e o segundo espécime de teste (30) são colocados nas roldanas e suas extremidades livres são unidas com um acoplador (32) . 0 espécime de teste (28) é ilustrado na Figura 3. O espécime (28) consiste de uma corda, uma porção (34) e nós em forma de olhai (36) localizadas em cada extremidade da porção de corda. A porção de corda inclui uma zona de flexão dupla (38) e duas zonas de flexão única (40) , localizadas em cada lado da zona (38).

As roldanas rotacionadas em um ciclo, em uma direção até que os acopladores alcancem as roldanas e então rotacionem na outra direção até que os acopladores alcancem as roldanas novamente. Desta forma a zona de flexão dupla (38) passa duas vezes pela roldana. Isto foi continuamente repetido em uma freqüência de 0,966 rad/s, correspondendo a um periodo de ciclo de 6,5 segundos.

O diâmetro das roldanas é de 20 vezes o diâmetro da corda testada.

As roldanas compreendem uma ranhura conforme mostrado na Figura 3, possuindo uma parte central (52) do mesmo diâmetro que a corda. 0 ângulo do flange (a) é de 30°, a ranhura se estende em partes retas (54) de ambos os lados da parte central conforme indicado na Figura 3. A profundidade total da ranhura é de 0,75 vezes o diâmetro da corda testada. A força (26) é de 2 χ 22% da Carga de Ruptura Máxima (MBL) da corda testada, o percurso de um ciclo é de 2,22 vezes o diâmetro de uma roldana.

A fadiga por flexão é expressa em uma quantidade de ciclos que a corda suporta antes de sua ruptura. Experimento Comparativo A

Foi produzida uma corda padrão, encaixando em uma roldana de 20 mm, consistindo inteiramente de fibras HPPE. Fibras HPPE como Dyneema™ SK 75, de 2.640 dtex, foram utilizadas, fornecidas por DSM na Holanda.

A construção do trançado de corda era de 10x 2.640 dtex, 12 voltas por metro S/Z. Os filamentos foram produzidos a partir dos trançados. A construção de filamentos foi de 7 trançados de corda, 20 voltas por metro Z/S. A partir dos filamentos a corda foi produzida. A construção da corda foi de 12 cordas trançadas de filamento com 6,1 voltas por metro (passo de 164 mm).

A carga de ruptura da corda foi de 40,3 toneladas.

A fadiga por flexão da corda foi testada de acordo com o método de teste descrito acima.

O diâmetro de roldana foi de 4 00 mm. O período de ciclo foi de 6,5 segundos. A força aplicada à roldana (24) foi de 2 x 9.150 Kg.

A corda se rompeu após 4.145 ciclos. Experimento Comparativo B

A corda padrão do experimento comparativo A foi impregnada com um revestimento otimizado para aplicações de curvatura sobre roldana.

A fadiga por flexão foi testada sob as mesmas condições que a corda do experimento comparativo A. A corda se rompeu após 18.608 ciclos.

EXEMPLO 1

Foi produzida uma corda que se encaixa em uma roldana de 200 mm de acordo com a invenção. A corda compreendia uma pluralidade de filamentos compreendendo uma mistura de fibras HPPE conforme utilizado no experimento comparativo A (indicado por (D) na construção abaixo) e e-PTFE 500 dtex, fornecida por Gore, nos EUA (indicado em (G), na construção abaixo).

A construção do trançado de corda (9 χ 2.64 0 dtex (D) + 9 χ 500 dtex (G)) foi de 12 voltas por metro S/Z.

A construção do filamento foi de 7 trançados de corda, 20 voltas por metro Z/S e a construção da corda foi de 6,1 voltas por metro (passo de 164 mm).

A fadiga por flexão foi testada sob as mesmas condições que a corda do experimento comparativo A. A corda se rompeu após 23.132 ciclos.

EXEMPLO 2

A corda do exemplo 1 foi impregnada com o mesmo revestimento utilizado na corda co experimento comparativo B.

A fadiga por flexão foi testada sob as mesmas condições que a corda do experimento comparativo A. A corda se rompeu após 123.591 ciclos.

Claims (11)

1. Corda contendo uma pluralidade de fios caracterizada pelo fato de compreender uma mistura de fibras de polietileno e de fibras de politetrafluoroetileno de alto desempenho em uma razão de massa de 70:30 a 98:2 para a corda em total.

2. Corda, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da corda ser de uma construção trançada.

3. Corda, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato da corda conter 8 ou 12 fios.

4. Corda, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizada pelo fato da corda ter um diâmetro pelo menos de 30 milímetros.

5. Corda, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizada pelo fato das fibras de polietileno de alto desempenho ter uma tenacidade de pelo menos de 2,5 N/tex.

6. Corda, de acordo ,com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizada pelo fato das fibras de politetrafluoroetileno ter uma tenacidade pelo menos de 0,3 N/tex.

7. Corda, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizada pelo fato da razão de massa ser de 80:20 a 95:5.

8. Corda, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizada pelo fato da corda ainda conter aproximadamente 2 a 20 % de peso de compostos de silicone.

9. Uso caracterizado pelo fato de ser de fibras de politetrafluoroetileno em combinação com outras fibras de polímero para fazer cordas.

10. Corda compreendendo fibras de HPPE e pelo menos um meio para melhorar a fatiga de flexão da corda, caracterizada pelo fato de que a fatiga de cabo flexível é melhorada com pelo menos um fator de 5 comparados à corda não compreendendo os meios melhorar a fatiga de flexão.

11. Uso de uma corda de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, caracterizado pelo fato de ser como um membro suportador de carga em aplicações de dobra-sobre-polia.