CN104781583A - 重载链条 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含链环的重载链条，所述链环包含合成的聚合物纱线，其中当所述链条在基本上平坦表面上保持至少绷紧时，每个链环在所述平坦表面上具有正投影，所述投影具有印痕面积(A)，其中表示为A1和A2的每两个相邻链环的所述印痕面积满足如下关系：80％A2≤A1≤100％A2，其中A1是所描述的两个面积中最小的面积，并且其中以使印痕面积A2与A1的比例最大化的方式进行所述投影。

Description

重载链条
本发明涉及包含链环(chain-link)的重载链条，该链环包含合成的聚合物纱线，所述链条适合用于起重、紧固、捆绑、运输、悬挂、提升、固定、将重物保持在一起和/或适合用于传输大量机械动力。本发明还涉及制备其的方法，以及所述链条在各种应用中的各种用途。
包含合成的聚合物纱线的重载链条在本领域中是已知的，例如在WO2008/089798 A1中所公开的那些。该文献介绍了包含超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维的链条，该链条适于系泊船舶，捆绑公路、铁路、水运以及空中运输中的货物，或者适于运输、起重、悬挂或提升应用。已知的链条与相关领域中其他链条比较时，表现出高的强度和耐久性。
包含合成的聚合物纱线的链条的另一个例子可从US 4779411中得知，US 4779411公开了由芳族聚酰胺(aramid)多丝纱线制成并具有纺织外部织物外鞘的链条。
尽管上文公开内容的已知的链条在现有技术中表现出改进，但仍然需要甚至进一步改善所述链条。具体来说，据观察，当用于在例如货物托盘(pellet)上系紧、稳定和保持货物、特别是当货物具有不规则形状时，已知的链条不太有效。还发现，在已知的链条中，只有部分多丝纱线有效地促进从一个链环到另一个链环的力传输，这会导致链条具有低的效率。同样，现有技术中描述的纺织结构示出了具有压力点的位置，在载荷下在压力点处与例如货物接触；因而，对货物的压力损伤最大化。此外，制造已知的链条的时间相当漫长，因为必须单独生产形成链条的每个链环。
因此，本发明的目标是提供具有如下性质的链条：更有效地系紧货物并保持其在例如货物托盘上和/或需要较短的制造时间；并且优选地具有与已知的链条的效率至少相等的效率。
因此，本发明提供包含链环的重载链条，该链环包含合成的聚合物纱线，其中当所述链条在基本上平坦表面上保持至少绷紧时，每个链环在所述平坦表面上具有正投影，所述投影具有印痕面积(A)，其中表示为A1和A2的每两个相邻链环的所述印痕面积满足如下关系：
80％A2≤A1≤100％A2，
其中A1是所描述的两个面积中最小的面积，并且其中以使印痕面积A2与A1的比例最大化的方式进行所述投影。
到目前为止，尚未制造本发明的重载链条(下文中被称为本发明的链条)，并且本发明的链条表示在适合用于起重、紧固、捆绑、运输、悬挂、提升、固定、将重物保持在一起和/或适合用于传输大量机械动力的链条领域中的一种进步。令人惊奇地发现，可以制造本发明的链条，以示出高的机械强度和/或良好的结构完整性，同时重量轻。
最重要的是，本发明的链条以有效的方式系紧货物，并且允许形成其的纱线有效地促进施加于所述链条上的载荷的分配。本发明的链条还可以尤其表现出承受突然激增的动态载荷且不遭受结构失效的能力，并且尤其可以在各种典型的恶劣操作环境中长时间示出这种能力。
在一个优选的实施方式中，本发明的链条包含形成连续三维(3D)网络结构的纱线，这种链条在下文中被称为3D链条。“形成连续3D网络结构的纱线”在本文中被理解为纱线连续地穿过两个相邻链环之间，即不中断，并且它们在每个链环中排布形成3D网络。3D网络结构通常是通过使至少三组纱线加固并结合来获得的，所述纱线的一组形成多层经纱结构，并且所述纱线的其他两组相对于经纱结构水平和垂直地放置，从而形成纬纱结构；优选地，该至少三组纱线是正交的。优选地，3D网络结构是3D-纺织结构、更优选地3D-纺织多梭织布(multi-shuttle loom)结构，这是因为包含其的链环在大载荷、尤其动态载荷下在较小程度上坍塌，同时以有效的方式保持它们的原始形状。“3D-纺织多梭织布结构”在本文中被理解为具有如下特征的结构，其中在多梭织布机上进行至少三组(优选地正交的)纱线的结合。这种机器在3D纺织领域中是公知的。3D纺织链条也可以允许、尤其长时间段上允许机械动力沿其质量更有效且更高响应的传输。3D结构也可以选自由3D-编织、3D-针织、3D-缝合、3D-noobed结构组成的组。
在另一个优选的实施方式中，本发明的链条包含层状结构，其中多个包含纺织织物的层被堆叠并优选地彼此连接(优选通过缝制进行)，并且其中通过以优选地周期性方式沿结构切割孔来在层状结构中形成链环。层的量和孔的尺寸取决于链条的强度，本领域技术人员能够通过常规的实验来确定这些因素。优选地，所述织物具有条带形状，即长度远远大于其横向尺寸(例如宽度和厚度)的细长体，这种条带的一个例子可以是具有孔的带，例如具有孔的传送带。以具有孔的这种条带而构造的链环(例如带)被视为是通过两个相邻的孔之间(即两个相邻横向的孔边缘之间，每个边缘对应一个相邻的孔)的虚拟中间隔离线分隔的部分。在这种构造中的一个链环具有一个孔。图1中示意性说明了根据本发明的优选实施方式，其中链条具有条带结构，其中t是链环的长度，并且w是链环的宽度。这种条带可以容易地通过如下来形成：将多丝纱线纺织或针织成本领域中已知的任何结构，例如平纹和/或斜纹纺织结构。条带优选地具有n层(n-ply)带状织物结构，其中n优选为至少2，更优选为至少3以及最优选为至少4。条带宽度可以在大范围内改变，至少1cm、更优选地至少2cm且优选地至多30cm且最优选地至多15cm的宽度。优选地选择条带的厚度，以使宽度与厚度的比例为至少5∶1、更优选地至少10∶1，宽度与厚度的比例优选地为至多40∶1并且甚至更优选地至多20∶1。通过限制条带的宽度与厚度比例，使链条的链环更易连接附接装置，例如吊钩。
优选地，根据本发明的链条的链环被固定在一个面中，即，这些链环在所述链条内的任何方向中是不可移动的。
本发明的链条的特征可以是：40％A2≤A1≤100％A2；优选地50％A2≤A1≤100％A2；更优选地60％A2≤A1≤100％A2；甚至更优选地70％A2≤A1≤100％A2。本发明的链条的特征在于80％A2≤A1≤100％A2，以及优选地90％A2≤A1≤100％A2。
本文中“重载链条”指的是断裂强度至少100kN的链条。优选地本发明的链条的断裂强度为至少500kN、更优选地至少1000kN、甚至更优选地至少10000kN、还甚至更优选地至少100000kN、最优选地至少106kN。
本文中“重物”指的是通常被理解为具有显著重量的物品，例如运输货物集装箱、艇、船、锚、轿车、货车、飞机、火车、巴士、系泊用具(moor)等。
在本发明的上下文中，纱线被理解为包含多个纤维的细长体。本文中“纤维”被理解为细长体，例如具有长度和横向尺寸的物体，其中物体的长度比其横向尺寸大得多。本文中使用时，术语“纤维”也可以包括各种实施方式，例如细丝、带、条带、条和纱线。纤维也可以具有规则或不规则的横截面。纤维也可以具有连续和/或不连续的长度。优选地，纤维具有连续的长度，这种纤维在本领域中被称为细丝。
本文中物品(例如链环)的“正投影”被理解为所述物品在面上的投影。
优选地，合成的聚合物纱线具有至少1GPa、优选地至少1.5GPa、更优选地至少2GPa、甚至更优选地至少3GPa、还甚至更优选地至少4GPa、最优选地至少5GPa的拉伸强度。所述纱线的纤度优选地为至少100旦尼尔、甚至更优选地至少1000旦尼尔、还甚至更优选地至少2000旦尼尔、还甚至更优选地至少3000旦尼尔、还甚至更优选地至少5000旦尼尔、还甚至更优选地至少7000旦尼尔、最优选地至少10000旦尼尔。这种纱线是可商业购得的。合成的聚合物纱线的拉伸强度(GPa)是在多丝纱线上采用按照ASTM D 885M的程序测量的，其中使用名义标定长度为500mm的纤维、50％/min的十字头速度和Fibre Grip D5618C型号的Instron 2714夹具。基于所测量到的应力-应变曲线，将0.3至1％应变之间的梯度确定为模量。为计算拉伸强度，用所记录的相关拉伸应力数字除以纤度。
可以根据现有技术中任意已知的技术来生产合成的聚合物纱线，优选地通过熔融、溶液或凝胶纺丝。用于生产所述纱线的聚合物材料可以是能够被加工成所述纱线的任何材料。合适的实例包括聚酰胺和聚芳酰胺，例如聚(对亚苯基对苯二甲酰胺)(被称为)；聚(四氟乙烯)(PTFE)；聚(对-苯撑-2，6-苯并二噁唑)(PBO)(被称为)；LCP，例如(对羟基苯甲酸和对羟基萘甲酸的共聚物)；聚{2，6-二咪唑并-[4，5b-4′，5′e]吡啶-1，4-(2，5-二羟基)苯撑}(被称为M5)；聚(六亚甲基己二酰胺)(被称为尼龙6，6)，聚(4-氨基丁酸)(被称为尼龙6)；聚酯，例如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)，聚(对苯二甲酸丁二醇酯)和聚(对苯二甲酸1，4-环己烷二甲醇酯)；聚烯烃，例如聚乙烯和聚丙烯的均聚物和共聚物；还包括聚乙烯醇、聚丙烯腈等等。还可以使用由上面提到的聚合物材料制造的纱线的组合来制造本发明的链。
优选地，按照本发明使用的纱线是聚烯烃纱线；更优选地聚乙烯或高密度聚乙烯(HDPE)、或高性能聚乙烯(HPPE)，最优选地超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纱线。在本发明的上下文中，UHMWPE在本文中定义为特性粘度(IV)为至少3dl/g、更优选地至少4dl/g、最优选地至少5dl/g的聚乙烯。优选地，所述IV为至多40dl/g、更优选地至多25dl/g、更优选地至多15dl/g。优选地，聚烯烃纱线以及尤其UHMWPE纱线具有至少1.2GPa、更优选地至少2GPa、优选地至少3GPa、还甚至更优选地至少3.5GPa、还甚至更优选地至少4GPa、最优选地至少5GPa的拉伸强度。优选地，聚烯烃纱线以及尤其UHMWPE纱线具有至少40GPa、更优选地至少60GPa、最优选地至少80GPa的拉伸模量。聚烯烃纱线的拉伸强度(GPa)是在多丝纱线上采用按照ASTM D 885M的程序测量的，其中使用名义标定长度为500mm的纤维、50％/min的十字头速度和Fibre Grip D5618C型号的Instron 2714夹具。基于所测量到的应力-应变曲线，将0.3至1％应变之间的梯度确定为模量。为计算拉伸强度，用所记录的相关拉伸应力数字除以纤度。
最优选地，按照本发明使用的纱线是凝胶纺丝UHMWPE纱线，即，通过凝胶纺丝工艺制得的纱线。合适的凝胶纺丝工艺描述于例如GB-A-2042414、GB-A-2051667、EP 0205960 A和WO 01/73173 A1中和“Advanced Fibre Spinning Technology”，Ed.T.Nakajima，Woodhead Publ.Ltd(1994)，ISBN 185573 182 7中。简言之，凝胶纺丝工艺包括在溶剂中制备高特性粘度的UHMWPE的溶液，在高于溶解温度的温度下将溶液纺丝成细丝，在低于凝胶温度的温度下冷却细丝，并且在至少部分去除溶剂之前、期间和/或之后将细丝拉伸。凝胶纺丝的多丝UHMWPE纱线具有有利的机械性质，例如高模量和高拉伸强度。
图1示意性表示一种具有条带结构的优选的链条，其中t是链环的长度并且w是链环的宽度。
图2示意性表示现有技术中(例如WO 2008/089798 A1中)公开的链条，其在基本上平坦表面上保持至少绷紧，每个链环在所述平坦表面上具有正投影，所述投影具有印痕面积(A)，其中A1和A2是每两个相邻链环的印痕面积，并且“a”是两个相邻链环之间的重叠部分。
测量方法
·IV：根据ASTM D1601(2004_)在135℃下在萘烷中通过将不同浓度下测得的粘度外推至零浓度来确定特性粘度，溶解时间为16个小时，以2g/l溶液的量采用BHT(丁基化羟基甲苯)作为抗氧化剂。
·链条的断裂强度，即链条的干样品完全破裂所需要的应力，其在Zwick 1484 Universal测试机上在约21℃的温度下以100mm/min速度使用D-卸扣(shackles)测量，卸扣的厚度和连接于此的链环的厚度之间的比例为约5。
实施例1
将若干6纺织条带彼此堆叠并且用由Amann AG(Aughsburg，DE)供应的缝纫纱线缝制而相连。条带是由被称为SK75的1760dtex、UHMWPE纱线纺织的。每个条带具有47mm的宽度、1.1mm的厚度、50克每延米(running meter)的重量、约80kN的拉伸强度和约4％的断裂伸长率。沿堆叠的长度，采用激光束每隔40mm切割孔。两个相邻的链环的投影之间的比例大于90％，并且A1在所有可能的投影中约等于A2(图1中示意性说明了实施例1的链条)。该实施例中所描述的纺织结构没有示出具有压力点的位置，在压力点处在载荷下与货物接触。它们是光滑的，因而对货物的压力损坏最小。当用于使货物在托盘上稳定时，这种链条非常有效地使货物系紧，拉伸强度为约10.5吨，并且当在孔内使用钩或卸扣时局部断裂强度为约2.4吨。

Claims (9)

1.包含链环的重载链条，所述链环包含合成的聚合物纱线，其中当所述链条在基本上平坦表面上保持至少绷紧时，每个链环在所述平坦表面上具有正投影，所述投影具有印痕面积(A)，其中表示为A1和A2的每两个相邻链环的印痕面积满足如下关系：
80％A2≤A1≤100％A2，
其中A1是所述的两个面积中最小的面积，并且其中以使印痕面积A2与A1的比例最大化的方式进行所述投影。
2.根据权利要求1所述的链条，其中所述纱线形成连续的三维(3D)网络结构。
3.根据权利要求2所述的链条，其中所述3D网络结构是3D-纺织结构、更优选地3D-纺织多梭织布结构。
4.根据权利要求1所述的链条，其包含层状结构，其中多个包含纺织织物的层被堆叠并优选地彼此连接，优选通过缝制，并且其中通过以优选地周期性方式沿所述结构切割孔来在所述层状结构中形成链环。
5.根据前面权利要求中任意一项所述的链条，其中所述织物具有条带形状。
6.根据前面权利要求中任意一项所述的链条，其中90％A2≤A1≤100％A2。
7.根据前面权利要求中任意一项所述的链条，其具有至少100kN的断裂强度。
8.根据前面权利要求中任意一项所述的链条，其中所述聚合物纱线具有至少1GPa的拉伸强度。
9.根据前面权利要求中任意一项所述的链条，其中所述纱线是超高分子量聚乙烯纱线。
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