CN105019088B - 多丝纱线结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多丝纱线结构，其包括芯部分和鞘部分，所述芯部分包含多根芯纱线，并且所述鞘部分包含多根鞘丝线。此外，本发明涉及包含所述多丝纱线结构的构件以及根据本发明的所述多丝纱线结构和所述构件的用途。

Description

多丝纱线结构
本申请是申请日为2011年04月29日，申请号为201180021589.8，发明名称为“多丝纱线结构”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种多丝纱线结构，例如绳索、缆绳或缝合线，所述结构包含多根多丝纱线。更具体地，本发明涉及一种这样的多丝纱线结构，其具有在芯部分和编织的鞘部分中布置的纱线。此外，本发明涉及所述多丝纱线结构的用途。
背景技术
多丝纱线芯/鞘结构是已知的。所述结构的实例为US 2008/0009903A1。通常利用多丝纱线芯/鞘结构以得到弯曲疲劳较低的结构。此外，多丝芯/鞘结构在弯曲之后通常表现出塑性而没有较多(如果有的话)的弹性变形。弯曲下的塑性通常与局部弯曲应力有关。换句话说，抗弯曲变形性非常小。
当纱线为热塑性纱线时，通过将多丝纱线结构热处理至其中至少部分纱线融合在一起形成单丝状鞘(例如EP 1 771 213中公开的)的程度，可以使多丝纱线结构的刚度增大。然而，以较小的弯曲角度弯曲时，单丝和单丝状结构表现出弹性，除去弯曲应力之后没有留下过多(如果有的话)的塑性变形。对于锐角的大弯曲来说，单丝和单丝状结构可能发生塑性变形，然而这种塑性变形将对单丝结构产生很大的损害。
US 3,968,725(Holzhauer)、EP 1 293 218(Grafton等人)和WO 2009/142766中公开了其他多丝芯/鞘结构。
发明目的
本发明的目的是提供一种多丝纱线结构，其中所述结构显示出改善的性能。
本发明的另一个目的是提供所述改善的多丝纱线结构的用途。
所述改善例如可以为根据本发明第一方面的结构和包含该线段的纱线结构的刚度、密实性和/或可操作性的提高。
发明内容
本发明的目的通过如下的多丝纱线结构实现，其中所述结构包括芯部分和鞘部分。
芯部分包含多根芯丝线。芯丝线可以以一个或更多个多丝纱线或单丝集合体的形式布置。芯丝线平行或基本上平行地布置可能很有利，这允许最有效地利用芯丝线的强度。如果芯由一根多丝纱线组成，优选地该纱线以小于100匝/米的捻度水平来加捻。如果芯由不止一根多丝纱线(例如至少3根多丝纱线)或不止一根单丝组成，优选地所述多丝纱线或所述单丝以编织、交织、层压或加捻的结构布置。最优选的是编织芯结构，例如4、6、8、12或16根纱线或单丝的一盖一(one over one)的编织芯结构(参见图2)。已发现在芯中使用8根或16根多丝纱线的编织物很有利，因为其能提供非常稳定的结构。在另一个实施方式中，优选的是由基本上平行于结构的长度来布置的一根或更多根多丝纱线组成的芯。
鞘部分包含多根鞘丝线。鞘部分编织在芯部分上。鞘丝线可以以多丝纱线的形式布置或者鞘丝线可以是单丝，从而使鞘由多丝纱线和/或单丝纱线编织而成。优选地，鞘丝线由多丝纱线构成，因为其易于通过可轻易得到且价格合理的起始原料制成。编织物可以例如为4、6、8、12或16根纱线或单丝的一盖一(参见图2)、二盖一(参见图3)或三盖一(未示出)的编织物。已发现在一盖一的菱形编织物中使用8根或16根多丝纱线的编织物非常有利，因为其允许高的针脚水平(stitch level)并且鞘的纱线之间以高编织角和高填充系数的最好结合，并且已发现得到根据本发明的刚度最高的多丝纱线结构。
根据本发明的第一方面的多丝纱线结构的鞘部分占多丝纱线结构横截面的4-75面积％。“横截面积”在本文中表示与多丝纱线结构的长度正交的平面的面积。此外，鞘部分的编织角为至少30°。编织角是鞘丝线与平行于根据本发明的多丝纱线结构的长度的平面之间的角度。按下面描述的方法计算编织角。US 3,968,725(Holzhauer)中的概述公开了节距为每英尺30的结构(参见实验部分中的数据)。这相当于对于0.3英寸(＝7.6mm)的直径，编织角为约30°，因此功能上绝非本发明要求保护的编织角，这同样解释了为什么Holzhauer没有公开令人惊讶的刚度。
本发明的另一方面涉及一种多丝纱线结构，其包括芯部分和鞘部分。芯部分包含多根芯丝线，并且鞘部分包含多根鞘丝线。鞘部分占多丝纱线结构横截面的4-40面积％，并且鞘部分编织在芯部分上。此外，多丝纱线结构的横截面积与多丝纱线结构的理论横截面积之比为至多1.5，并且多丝纱线结构的宽度介于0.2-5mm之间。本发明的此方面提供了一种非常密实的多丝纱线结构。
本发明的另一方面涉及一种多丝纱线结构，其包括芯部分和鞘部分。芯部分包含多根芯丝线，并且鞘部分包含多根鞘丝线。鞘部分占多丝纱线结构横截面的4-75面积％，并且鞘部分编织在芯部分上。此外，根据本发明第二方面的多丝纱线结构的弯曲屈服应力σ5％为至少3N/mm2。弯曲屈服应力σ5％为根据如ASTM D 790-07(见下面)中所假设的弹性梁理论假设应变为5％的多丝纱线结构的表观应力。根据本发明此方面的多丝纱线结构的宽度介于0.2-5mm之间。任选地，本发明的本实施方式的鞘部分的编织角为至少30°。
传统的多丝纱线结构是柔软的，因为当其弯曲时多根单丝可以相互移动。因此，非常令人惊讶的是，根据本发明的多丝纱线结构是刚性的并且发生弯曲行为时其基本上表现为固体棒。这表现为坚硬并且如果弯曲的话在新形状下保持坚硬的趋势。这是非常有利的性能，因为其允许例如使多丝纱线结构绕过障碍物而不需要通过尖端来引导该结构。这样的一个实例是医疗程序，其中多丝纱线结构用于医用缝合线，该缝合线需要围绕骨头移动而没有用于引导缝合线的空间。另一个实例是当纱线结构需要跟随直径远远大于多丝纱线结构的导向管时，其中本发明的多丝纱线结构降低了纱线在导向管内折皱的风险。
附图说明
下面将参考示例性实施方式和附图，来更充分地说明本发明，其中
图1示出了芯/鞘多丝纱线结构的横截面的示意图；
图2示出了具有一盖一鞘编织物的弯曲的多丝纱线结构；
图3示出了具有二盖二鞘编织物的多丝纱线结构；
图4示出了填充系数计算的详情；
图5示出了鞘的编织角；
图6示出了样品34的横截面的详情；
图7示出了样品35的横截面的详情；
图8示出了包含根据本发明的多丝纱线结构的构件；
图9示出了包含根据本发明的多丝纱线结构的另一个构件。
所有图都是高度示意性的，并不需要按比例，并且仅示出为了解释本发明所需要的部分，其他部分被省略或仅仅提到而已。
发明详述
在图1中，示出了芯/鞘多丝纱线结构的示意横截面30的实例。芯部分10包含多根芯丝线(未示出)，鞘部分20包含多根鞘丝线(未示出)。在一个实施方式中，芯部分或鞘部分可以被涂布，例如以增大结构的刚度，在芯和鞘之间或多丝纱线结构和周围的环境之间引入电隔离，或者引入活性组分(例如抗微生物剂或生长因子)。所述涂层可以是覆盖物，其基本上没有浸入丝线之间的空间中，和/或所述涂层可以是浸渍涂层，例如可以改善多丝纱线结构的刚度。
“横截面”在本文中表示与纱线结构的长度方向正交的截面。
“纱线结构”在本文中表示以绳索状结构(例如绳索、缆绳、缝合线、绳、钓鱼线)、纺织或无纺织物结构、网或网膜布置的纱线的组合。
在一个非常优选的实施方式中，鞘部分的填充系数为至少7。填充系数是在芯部分的表面上丝线布置(通常为多丝纱线)的紧密性的指数。下面是本发明中填充系数的计算说明以及测定。已发现高填充系数往往增大多丝纱线结构的刚度。较高的填充系数(例如为至少8或9的填充系数)进一步增强多丝纱线结构的刚度，并且发现至少为10的填充系数特别有利。通常，发现填充系数越高，多丝纱线结构的刚度越高。最大填充系数受到结构限制的影响，并且取决于多个参数，例如编织角以及芯部分和鞘部分之间的面积比，并且可以针对各个多丝纱线结构布置通过实验来测定。然而，根据经验法则，填充系数通常(但不是必须)低于20。
在大多数情况下，根据本发明的多丝纱线结构的横截面基本上为圆形。特别是在根据本发明的涉及高密实的实施方式方面的多丝纱线结构的情况下。多丝纱线结构的横截面积是由激光器ODAC 15XY通过双轴测量测定的平均直径来计算的。理论横截面积是与多丝纱线所测的纤度(假设结构中没有孔隙)相对应的面积。进入结构的多丝纱线的完美压实相当于比例a/A＝1，这基本上表示纱线完全压实并且结构内没有夹带空气。根据本发明的此方面，比例a/A(多丝纱线结构的横截面积a与多丝纱线结构的理论横截面积A)之比应该为至多1.5，然而已发现至多1.3的a/A非常有利，更优选该比例为至多1.2，更优选至多1.1。这可以通过编织角(优选为如别处讨论的高编织角)、填充系数(优选为如别处讨论的高填充系数)、纱线的选择(优选为高模量(具有高纵向模量)、相对软的横向模量的纤维，例如凝胶纺丝的HPPE纱线)中的一个或更多个的组合而达到。高密实的多丝纱线结构对于其中纱线结构的低轮廓(直径)很重要的应用来说很有利，例如涉及最小侵入性技术的医学应用。
本发明的多丝纱线结构的非常令人惊讶的特征是，重复弯曲之后，弯曲屈服应力的减小有限并且多丝纱线结构的强度基本上不变。这些特征(重复弯曲之后的高强度和刚度)的组合是长期医学应用所需要的。因此，根据本发明的多丝纱线结构的非常优选的实施方式具有超过多丝纱线结构的弯曲屈服应力σ5％的45％的耗尽弯曲屈服应力σ5％，5。特别优选的是其中耗尽弯曲屈服应力σ5％，5为多丝纱线结构的弯曲屈服应力σ5％的至少55％的多丝纱线结构。
芯和鞘的丝线可以选自广范围的天然和合成纤维，然而，优选地，多丝纱线结构的多根芯丝线的至少50重量％和/或多丝纱线结构的鞘丝线的至少50重量％选自由合成纤维(例如聚丙烯、尼龙、聚酯、聚乙烯、芳族聚酰胺和聚芳酰胺)组成的组。更优选地，多丝纱线结构的多根芯丝线的至少90重量％和/或多丝纱线结构的鞘丝线的至少90重量％选自由合成纤维(例如聚丙烯、尼龙、聚酯、聚乙烯、芳族聚酰胺和聚芳酰胺)组成的组。当丝线选自高模量丝线(例如e-模量为至少5GPa、甚至更优选e-模量为至少9GPa的丝线)时，发现得到最高的刚度。因此，在一个优选的实施方式中，多丝纱线结构的多根芯丝线的至少90重量％和/或多丝纱线结构的鞘丝线的至少90重量％选自由高性能聚乙烯(HPPE)和高性能芳族聚酰胺组成的组。
“HPPE”在本文中理解为高性能聚乙烯，其为基于杨氏模量为至少30GPa的拉伸聚乙烯的纱线。HPPE可以例如通过熔融纺丝法(例如EP1445356中公开的)、固态法(例如EP1627719中公开的)或者凝胶纺丝(例如WO 2005/066401中公开的)来制备。特别优选的HPPE类型是凝胶纺丝的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，其中在135℃在十氢化萘溶液中测量时，UHMWPE的特性粘度(IV)为至少5dl/g，优选至少10dl/g，更优选至少15dl/g，最优选至少21dl/g。优选地，IV为至多40dl/g，更优选至多30dl/g，甚至更优选至多25dl/g。凝胶纺丝的UHMWPE通常具有至少50GPa的杨氏模量。
特别有利的是HPPE，其为经拉伸的聚乙烯。最优选的HPPE是凝胶纺丝的UHMWPE，其结合了非常高的强度、模量和耐磨性。因此，在本发明一个优选的实施方式中，多丝纱线结构的多根芯丝线的至少90重量％和/或多丝纱线结构的鞘丝线的至少90重量％为凝胶纺丝的UHMWPE。
在一个实施方式中，芯部分和/或鞘部分包含导电或导光组分，从而使多丝纱线结构可以导电(例如电信号或电功率)或者导光(例如光信号或光功率，例如激光束)。在该实施方式中，非常优选的是，芯丝线和/或鞘丝线中的至少之一为高性能聚乙烯(HPPE)，因为HPPE结合了高强度和耐磨性，从而降低了导电或导光组分在使用过程中被损坏的风险。
芯部分和鞘部分的面积之间的比例可以较大地变化。通常还观察到，当芯部分和鞘部分的丝线由相同材料组成时，鞘部分所占的横截面积的分数越高，多丝纱线结构的刚度越高。因此，在一个优选的实施方式中，芯部分10占多丝纱线结构4a的横截面30的至少25面积％，更优选芯部分占多丝纱线结构4a的横截面30的至少30面积％；并且当多丝纱线结构的强度特别重要时，优选地，芯部分占多丝纱线结构的横截面30的至少35面积％。在强度特别高的多丝纱线结构的一个优选的实施方式中，芯部分覆盖了大部分横截面，例如芯部分占多丝纱线结构4a的横截面30的至多96面积％。对于刚度高的多丝纱线结构来说，已发现芯部分占多丝纱线结构4a的横截面30的至多50面积％很有利，更优选芯部分占多丝纱线结构4a的横截面30的至多40面积％。对于刚度非常高的多丝纱线结构来说，芯部分占多丝纱线结构4a的横截面30的至多35面积％，例如占多丝纱线结构4a的横截面30的至多30面积％。
还观察到，当芯部分和鞘部分的丝线由相同材料组成时，芯部分所占的横截面积的分数越高，多丝纱线结构的强度越高。在另一个实施方式中，在根据本发明的多丝纱线结构4a中，芯部分占多丝纱线结构4a的横截面30的至少80面积％，更优选占多丝纱线结构4a的横截面30的至少85面积％。对于根据本发明的强度最高的多丝纱线结构来说，已发现芯部分占多丝纱线结构4a的横截面30的至少90面积％很有利，例如占多丝纱线结构4a的横截面30的至少93面积％。为了确保根据本发明的强度最高的多丝纱线结构具有一定的刚度，已发现，优选地芯部分占多丝纱线结构4a的横截面30的至多96面积％，更优选占多丝纱线结构4a的横截面30的至多94面积％。
取决于多丝纱线结构的应用，根据本发明的多丝纱线结构的直径可以变化。对于大多数应用来说，介于0.2mm到5mm之间的宽度是合适的。“宽度”在本文中表示与多丝纱线结构的长度方向正交的多丝纱线结构的横截面的最大尺寸。看起来宽度越大，结构对弯曲屈服强度的影响好像降低，而结构的小直径好像对多丝纱线结构的弯曲行为的影响增大。这也解释了为什么在US 3,968,725(Holzhauer)中对于直径为0.3英寸(＝7.6mm)的结构来说没有观察到出人意料的刚度。
对于运动应用(例如游艇和钓鱼线用的细绳)和医学应用(例如缝合线、缆绳和致动器)来说，0.3mm到4mm的宽度很合适，最优选的宽度为0.4mm到3mm，这能为应用(例如医用缆绳和缝合线)提高最高的效果。
取决于芯和鞘丝线所用丝线的拉伸强度，根据本发明的多丝纱线结构的拉伸强度可以显著变化。优选地(但不是必须)，为了实现一定的弯曲屈服应力，多丝纱线结构的拉伸强度为至少10cN/dtex，更优选至少15cN/dtex。这例如通过包含HPPE、任选与其他类型的丝线(例如聚酯或芳族聚酰胺)的组合的多丝纱线结构可实现。最优选的是拉伸强度为至少20cN/dtex的多丝纱线结构，因为这样的多丝纱线结构在非常低的结构宽度下允许非常高的强度，这对于例如医学应用来说是非常需要的，其中在医学应用中，最小化侵入性技术不断推进所需材料性能的极限。
非常令人惊讶地发现，对于根据本发明的多丝纱线结构来说，当编织角增大时结构的刚度增大。这与纤维状材料的典型情况相反，其中纤维沿长度方向上的排列往往使刚度增大，而纤维远离长度方向的排列往往使刚度减小。因此，对于本发明一个优选的实施方式来说，多丝纱线结构4a的鞘部分的编织角为至少33°，更优选鞘部分的编织角为至少35°。在另一个实施方式中，多丝纱线结构4a的鞘部分的编织角为至少40°，优选地，多丝纱线结构(4a)的鞘部分的编织角为至少45°或甚至更优选至少55°。此外，已发现，在刚度最高的多丝纱线结构中，多丝纱线结构4a的鞘部分的编织角为至少60°。
还发现，对于非常高的编织角来说，结构往往很复杂并且制备很耗时。因此在另一个实施方式中，根据本发明的多丝纱线结构4a的鞘部分的编织角为至多75°，优选编织角为至多70°。最优选，鞘部分的编织角为至多66°。
根据本发明的多丝纱线结构4a都是刚性的，但是刚度根据实际结构和芯部分以及鞘部分(特别是鞘部分)的丝线材料的选择而变化。在本发明的一个实施方式中，多丝纱线结构4a的弯曲屈服应力σ5％为至少3N/mm2，更优选多丝纱线结构4a的弯曲屈服应力σ5％为至少5N/mm2。对于更优选的实施方式，多丝纱线结构4a的弯曲屈服应力σ5％为至少7N/mm2，更优选多丝纱线结构4a的弯曲屈服应力σ5％为至少15N/mm2。结构参数的最佳组合使得多丝纱线结构4a的弯曲屈服应力σ5％为至少20N/mm2。
由于在一些应用中过高的刚度是不利的，在一个实施方式中，丝纱线结构4a的弯曲屈服应力σ5％可选地小于50N/mm2，例如小于30N/mm2。
本发明的另一方面涉及包含根据本发明的第一方面的多丝纱线结构4a的构件2。在一个实施方式中，构件2是运动器械，例如钓鱼线、游艇绳或风筝线。这些构件在使用过程中往往会缠结，已令人惊讶地发现，如果构件包含根据本发明的多丝纱线结构，缠结的倾向降低，并且构件解开缠结的能力增大。对于绳索和绳索结构以及网(例如渔网和货网)来说观察到同样的现象。在另一个实施方式中，构件是防弹制品。
在本发明一个特别优选的实施方式中，所述构件为医疗植入物或医用修补产品(例如缝合线、缆绳或网)，其中非常需要刚度和在重复弯曲之后保持刚度和强度的能力的组合。对于用于医疗应用的构件来说，使用包含HPPE丝线的多丝纱线结构特别有利，因为这进一步允许非常高的强度，因而允许最小的侵入性技术所需的进一步小型化。因此，本发明的另一方面涉及根据本发明第一方面的多丝纱线结构4a或根据本发明第二方面的构件2在医用修补产品中的用途。特别地，当医用修补产品为缝合线、缆绳或网时，所述用途特别有利。
由于多丝纱线结构的减少包含多丝纱线结构的构件的缠结并提高解缠的能力，本发明的另一方面涉及根据本发明第一方面的线段4a或根据本发明第二方面的构件用于减少结的形成或降低结强度的用途。非常令人惊讶的是，所述结构具有这些非常有用的能力。理论上但不限于此，这些能力与多丝纱线结构较之类似尺寸的其他纱线结构的刚度相关。
根据本发明的特定类型的构件2既包含根据本发明的多丝纱线结构4a又包含另一种多丝纱线结构4b，其中另一种多丝纱线结构4b不同于根据本发明的多丝纱线结构4a。这在图8中举例说明。特别地，已发现，当另一种多丝纱线结构4b不是根据本发明的多丝纱线结构时很有利。特别地，这允许根据本发明的刚性的多丝纱线结构与更柔软的结构进行组合布置，从而刚性的部分可用于定位构件，而柔软的部分可用于当多丝纱线结构一旦就位之后进行打结。因此，根据本发明的多丝纱线结构4a布置在构件(2)末端附近时，甚至更优选根据本发明的多丝纱线结构4a布置在构件2的两个末端附近(其中在多丝纱线结构4a之间布置了至少一个另一种多丝纱线结构4b)时，特别有利。这在图9中举例说明。应当指出图8和图9不是按比例绘制，这些部分的长度可以变化，从而与部分4b相比，部分4a可能非常短，反之亦然。
编织角的测定
编织角θ是纱线结构的表面处的编织纱线与纱线结构的纵轴之间的角度。在DIN47250中编织角被定义为
其中θ为编织角；Dm是结构的平均直径，L是行程长度。用激光器15XY通过双轴测量来测定直径。由每厘米的针脚数(stitch number)S以及绳股数N来计算行程长度L。那么行程长度为
填充系数的测定
填充系数F是表面鞘丝线的紧密性的量度，定义为
其中，t是鞘丝线的纤度，以tex(gram/km)计；d是覆盖物中两个平行纱线之间的平均距离，以mm计；ρ是鞘纱线聚合物的密度，以gram/cm3计。对于所用的HPPE纱线来说，ρ＝0.975，而对于所用的聚酯来说，ρ＝1.37。
在图4中，举例说明了测量和计算。在直的一段纱线结构中通过扫描电子显微镜来测量两个平行的纱线之间的平均距离。画出一条(虚拟的)线l1，沿着编织物的中心纵向布置。选择第一纱线并画出一条(虚拟的)线l2，平行于第一纱线与l1相交的位置处的局部纱线的方向。从第一纱线数10条纱线，画出一条(虚拟的)线l3，平行于第10条纱线与l1相交的位置处的局部纱线的方向。
找到l2和l3与l1的两个相交点之间的中点。构建l2和l3之间的通过L1的最短直线l4。d为l4的长度除以10。在理想的情况下，l2和l3是平行的，并且l4垂直于l2和l3，但较小的偏离也是可能的。
弯曲屈服强度
根据标准ASTM D 790-07测试多丝纱线结构。然而，考虑到本发明的条件，需要对标准中所述的方法略微做出一些改变。
ASTM D 790-07采用跨高比为16作为标准情况。该标准的段落7.5讨论了使用更大的跨高比的可能性。对于强度高的复合材料来说，推荐较大的比值。本发明的样品不是高强度的复合材料，但是优选的组分是高强度纱线，例如HPPE纱线。因此，推荐较大的跨高比的理由也适用于本发明，并且本发明的样品采用下一个较大的推荐的跨高比32。
第二个区别是横截面的形状。ASTM D 790-07为横截面为矩形的样品所写。根据本发明的多丝纱线结构的横截面基本上圆形的。使用除了ASTM D 790-07中所述的矩形横截面之外的其他横截面没有违反弯曲测试的物理定律。然而，将负荷转换为材料应力和刚度的公式必须适用于其他几何形状。ASTM D 790-07中的公式得自基本的梁理论。梁理论也提供了圆形横截面用的公式。变化为：
在ASTM D 790-07的弯曲强度用的方程式(3)中
σf＝3PL/2bd2被替换为：σf＝8PL/πd3
在ASTM D 790-07的模量用的方程式(6)中
Eb＝L3m/4bd3被替换为：Eb＝4L3m/3πd4
ASTM D 790-07讨论了测定强度的应变水平。这可以在最大的负荷下，也可以位某一应变水平。在ASTM D 790-07中指出，大于5％的应变下的结果不再有效。当然这个值多少有些任意性。令人惊讶地发现，根据本发明的多丝纱线结构通常在略微高于5％的应变值下显示出最大的负荷。因此，原则上它们超出了标准中规定的有效值。尽管如此，除了报导5％应变下的弯曲屈服强度σ5％(其在标准中规定的有效值之内)之外，还是报导了最大弯曲屈服强度σmax。
根据本发明的多丝纱线结构的应力应变曲线与其他材料略微不同。然而存在许多相似的地方。如ASTM D 790-07中讨论的曲线开始处的尖突在根据本发明的多丝纱线结构的测试期间也存在。该尖突是由于ASTM D 790-07中所讨论的松弛等造成的，所以如标准中推荐的，模量得自曲线最陡的部分。实际上，在载荷-位移图中，大多数测试在超过“尖端区”之后显示出合理的直线区。合理的直线区是具有最陡斜率的区域，实际上显示出真实模量的特性，因此记为Etrue，这与标准的推荐(如ASTM D 790-07的12.9.1部分所述)完全相符。根据本发明的多丝纱线结构在约2％-3％的应变周围显示出向第二线性区域的转变。第二线性区域允许测定次级模量(又被记为Esec)。这是如标准的段落12.9.2中所讨论的割线模量。所得到的结果归纳如下：
表1：符号的含义
要指出的是，σ5％是多丝纱线结构的刚度的保守估计值，因为最大应力σmax(亦相当于极限强度)高于σ5％.
耗尽弯曲屈服强度
传统的硬缆绳是单钢线，因为其价格低并且比刚度高。弯曲之后，单钢线通常易于出现相当大的冷作(cold work)，因此重复弯曲之后通常将在性能上表现出较大的变化，并且仅仅几个弯曲循环之后甚至断裂，所以实际上不可能多次改变形状。
令人惊讶地发现，在重复弯曲之后根据本发明的线段显示出弯曲屈服应力(在下文中被称为耗尽屈服应力σ5％，5)少量降低。在本发明一个优选的实施方式中，所述线段的耗尽屈服应力σ5％，5大于弯曲屈服应力σ5％的50％。更优选地，σ5％，5大于σ5％的55％，最优选地，所述线段的σ5％，5大于σ5%的70％。高耗尽弯曲屈服应力是非常有利的，因为包含本实施方式的线段的纱线结构可以通过终端用户(例如外科医生)多次改变形状，而终端用户不需要经历弯曲行为的主要变化。
来自本文所述的本发明的实施方式的单独特征或特征的组合及其明显的变化可与本文所述的其他实施方式的特征组合或互换，除非本领域技术人员立即意识到所产生的实施方式完全不可实施。
实施例
实施例1：芯结构的制备
对于实验工作来说，在Herzog RU 2/16-80编织机上通过将芯丝线的16根芯纱线编织成一盖一的菱形编织物而制备芯。芯纱线具有不同的材料类型、纱线纤度和丝线纤度。所制备的芯列在表2中。
表2：芯
所有的芯都显示出非常低的弯曲屈服强度，σ5％和σmax均低于1N/mm2。
实施例2：将鞘结构编织到芯结构上
对于实验工作来说，在Herzog RU 2/16-80编织机上通过编织鞘丝线的16根鞘丝线来制备鞘。将鞘直接编织在实施例1所制备的芯上。鞘纱线具有不同的材料类型、纱线纤度和丝线纤度。所制的多丝纱线结构列在表3中。
实施例3：编织角的测定
根据上述方法来测定鞘的编织角。所得值在表3中给出。
实施例4：鞘层的填充系数的测量
根据上述方法来测定鞘的填充系数。所得值在表3中给出。
表3：样品
鞘
I：16*1*25HPPE DyneemaTG等级
II：16*1*55HPPE DyneemaSGX等级
III：16*1*220HPPE DyneemaSGX等级
IV：16*1*280PES
实施例5：弯曲屈服强度的测量
根据上述方法来测定弯曲屈服强度。所得值在表4中给出。
表4：机械测试结果
样品 σ5％ σmax Etrue Esec 刚度评价
1 12.1 13.8 186.2 1413.7 1
2 13.9 15.6 265.9 1498.3 1
3 17.8 19.8 319.5 2105.7 2
4 24.2 27.3 501.4 2801.7 2
5 8.9 9.6 174.5 814.5 1
6 10.9 11.9 282.7 1094.6 1
7 12.6 13.7 280.3 1251.9 2
8 16.24 17.54 311.7 1862.7 2
9 3.6 3.7 52.1 327.0 0
10 4.8 5.0 65.0 527.6 1
11 5.5 5.5 71.1 548.8 1
12 6.0 6.1 75.5 636.4 1
13 5.5 5.6 99.7 413.7 1
14 6.7 6.8 104.4 524.1 1
15 6.9 7.1 114.0 528.5 1
16 7.6 7.8 135.8 613.3 2
17 7.8 8.4 144.6 634.9 2
18 4.6 4.7 102.4 246.0 1
19 6.4 6.5 125.24 410.4 2
20 9.0 9.2 148.3 706.0 2
21 11.1 11.2 207.6 944.6 2
22 1.8 1.9 26.9 192.8 0
23 2.5 2.6 36.7 180.2 0
24 3.3 3.4 49.8 256.7 1
25 3.4 3.5 56.7 351.4 1
26 2.3 2.5 42.5 174.1 0
27 3.3 3.5 56.6 240.6 0
28 4.9 4.9 97.2 360.5 0
29 4.8 4.9 82.3 375.7 0
30 1.8 1.9 101.6 33.1 0
31 2.6 2.7 169.7 52.7 0
32 3.0 3.1 216.3 57.9 1
33 4.2 4.4 359.8 86.8 1
“刚度评价”是定性评价，其中2表示非常高刚度的多丝纱线结构；1表示刚性的多丝纱线结构；0表示多丝纱线结构的刚度非常低但仍可测。
从表4的结果中可以看出，由根据本发明的多丝纱线结构的σ5％和σmax所表示的刚度是多个参数的复杂函数。然而，观察到多个趋势。一般来说，发现编织角越高，多丝纱线结构越刚硬。此外，填充系数越高，多丝纱线结构越刚硬。最后，观察到鞘的面积％比芯的面积％低的样品具有最高的刚度。
实施例6：耗尽弯曲屈服强度的测量
研究由1米的线段组成的样品。在样品的中点(距两端50cm)，使线段在一曲率半径为1mm的棱边上以90°的角度弯曲，之后将所述线段弄直。在相同位置进行弯曲5次，之后如别处所述的方法在相同位置测量弯曲屈服应力(被称为耗尽弯曲屈服应力，σ5％，5)。将该耗尽弯曲屈服应力与未进行重复弯曲的样品的弯曲屈服应力相比较。
结果归纳在表5中。
表5：耗尽弯曲屈服应力
在表5中，观察到根据本发明的样品A和B的耗尽弯曲屈服应力大于未进行重复弯曲的样品的弯曲屈服应力的50％。
实施例7：多丝纱线结构的密实性
根据表6中的说明来制备3个样品。
表6：样品34、35和36的说明
SGX：HPPE DyneemaSGX等级
SK75：HPPE Dyneema SK75等级
图6示出了样品34的扫描电子显微照片，而图7示出了样品35的扫描电子显微照片。在图6中，丝线(黑斑)布置为离散斑，大面积是用于制备图像的较浅的树脂。在图7中，丝线非常紧密地排列，明显观察到大部分丝线严重变形。仍观察到鞘为单独的区域，但芯和鞘之间的距离非常小，仅观察到少量较浅的树脂相。
基于公式来计算理论横截面积，其中D为横截面的理论直径；T为多丝纱线结构的纤度，以tex计；ρ为多丝纱线的密度。表7给出了所计算的横截面积。
表7：横截面积
从表7中观察到，已实现a/A比非常低的结构。

Claims (25)

1.一种多丝纱线结构(4a)，其包括芯部分(10)和鞘部分(20)，所述芯部分(10)包含多根芯丝线(12)，并且所述鞘部分(20)包含多根鞘丝线(22)，
其中
-所述多根芯丝线的至少90重量％和/或所述鞘丝线的至少90重量％是e-模量为至少5GPa的丝线；
-所述鞘部分(20)占所述多丝纱线结构(4a)的横截面(30)的4-40面积％；
-所述鞘部分(20)编织在所述芯部分(10)上；
-所述鞘部分(20)的填充系数为至少7且小于20；
-所述多丝纱线结构的宽度介于0.2-5mm之间；并且
-所述多丝纱线结构的横截面积(a)与所述多丝纱线结构的理论横截面积(A)之比(a/A)为至多1.5。
2.如权利要求1所述的多丝纱线结构，其中，所述比例（a/A）为至多1.3。
3.如权利要求1所述的多丝纱线结构，其中，所述比例（a/A）为至多1.1。
4.如权利要求1所述的多丝纱线结构，其中，所述多根芯丝线的至少90重量％和/或所述鞘丝线的至少90重量％选自由高性能聚乙烯和高性能芳族聚酰胺合成纤维组成的组。
5.如权利要求1所述的多丝纱线结构，其中，所述多根芯丝线的至少90重量％和/或所述鞘丝线的至少90重量％为凝胶纺丝的超高分子量聚乙烯纤维。
6.如权利要求1所述的多丝纱线结构，其中，所述填充系数为至少10。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的多丝纱线结构，其中，所述多丝纱线结构(4a)中的所述鞘部分(20)的编织角(α)为至少33°且至多75°。
8.如权利要求7所述的多丝纱线结构，其中，所述编织角(α)为至少40°。
9.如权利要求7所述的多丝纱线结构，其中，所述编织角(α)为至少45°。
10.如权利要求7所述的多丝纱线结构，其中，所述编织角(α)为至多70°。
11.如权利要求1至6中任意一项所述的多丝纱线结构，其中，所述芯部分(10)占所述多丝纱线结构(4a)的所述横截面(30)的至少80面积％且至多94面积％。
12.如权利要求1至6中任意一项所述的多丝纱线结构，其中，所述多丝纱线结构(4a)的所述芯丝线包含至少25根丝线。
13.如权利要求12所述的多丝纱线结构，其中，所述芯丝线按下列方式布置：
-平行；
-平行并以小于100匝/米的捻度水平来加捻；
-使至少三根多丝纱线布置成编织、交织、层压或加捻的结构；
-上述布置中至少两种的组合。
14.如权利要求1至6中任意一项所述的多丝纱线结构，其弯曲屈服应力σ5％为至少3N/mm2。
15.如权利要求14所述的多丝纱线结构，其中，所述弯曲屈服应力为至少5N/mm2且小于50N/mm2。
16.如权利要求14所述的多丝纱线结构，其中，所述弯曲屈服应力为至少7N/mm2且小于30N/mm2。
17.如权利要求14所述的多丝纱线结构，其耗尽弯曲屈服应力σ5％,5大于所述弯曲屈服应力σ5％的45％。
18.一种构件(2)，其包含如权利要求1至17中任意一项所述的多丝纱线结构(4a)。
19.如权利要求18所述的构件，其为绳索或绳索结构。
20.如权利要求18所述的构件，其为渔网；货网；防弹制品；风筝线；或医用产品。
21.如权利要求20所述的构件，其中，所述医用产品是植入物，医用修补产品，缝合线，缆绳或网。
22.如权利要求18-21中任意一项所述的构件，其进一步包含另一种多丝纱线结构(4b)，其中所述另一种多丝纱线结构(4b)不同于所述多丝纱线结构(4a)。
23.如权利要求22所述的构件，其中，所述另一种多丝纱线结构(4b)不是如权利要求1至17中任意一项所述的多丝纱线结构(4a)，并且所述多丝纱线结构(4a)布置在所述构件(2)的末端附近。
24.如权利要求1至17中任意一项所述的多丝纱线结构(4a)或权利要求18至23中任意一项所述的构件(2)在医用产品中的用途。
25.如权利要求1至17中任意一项所述的多丝纱线结构(4a)或权利要求18至23中任意一项所述的构件(2)用于降低结的形成或减小结强度的用途。
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