DE4034919A1

DE4034919A1 - METHOD FOR PRODUCING A STRETCHED ROPE

Info

Publication number: DE4034919A1
Application number: DE4034919A
Authority: DE
Inventors: Eric Henricus Maria Hogenboom; Christiaan Henri Peter Dirks
Original assignee: Stamicarbon BV
Current assignee: Stamicarbon BV
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1990-11-01
Publication date: 1992-05-07
Also published as: ATE101215T1; JPH038830A; DE69006390T2; EP0398434B1; NL8901266A; JP3105225B2; EP0398434A1; DE69006390D1

Abstract

The stiffness and the tensile strength of a rope containing polymeric filaments manufactured according to the gel spinning process are substantially increased by stretching it. The stretching is preferably carried out at elevated temperature but below the melting point of the filaments.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines nach dem Gelspinnverfahren hergestellte Polymerfäden umfas senden Seils.This invention relates to a method of manufacture of a polymer thread produced by the gel spinning process send ropes.

Unter "Seil" sind in der vorliegenden Anmeldung ein Seil, ein Kord, ein Kabel, eine Schnur und ähnliche Strukturen zu verstehen, die Fäden oder Fäden und Fasern umfassen.In the present application, "rope" means a rope, a To understand cord, a cable, a cord and similar structures, which comprise threads or threads and fibers.

Das Gelspinnverfahren, wie es aus GB-A-20 42 414 und GB-A- 20 51 667 bekannt ist, besteht im wesentlichen darin, daß eine Lösung eines Polymers hergestellt wird, die Lösung oberhalb Lösungstemperatur des Polymers in Fäden übergeführt wird, die Fäden auf unterhalb Lösungstemperatur abgekühlt werden, so daß Gelierung erfolgt, und das Lösungsmittel vollständig oder teil weise entfernt wird. Die Fäden können dann gestreckt werden, während der Rest des Lösungsmittels entfernt wird.The gel spinning process as it is known from GB-A-20 42 414 and GB-A- 20 51 667 is known, consists essentially in that a Solution of a polymer is made, the solution above Solution temperature of the polymer is converted into threads that Threads are cooled to below solution temperature so that Gelation takes place, and the solvent completely or partially is wisely removed. The threads can then be stretched while the rest of the solvent is removed.

Derartige Fäden zeigen eine hohe Steifheit und eine hohe Zug festigkeit im Vergleich mit Fäden, die auf andere Weise aus dem gleichen Polymer durch Spinnen hergestellt werden.Such threads show high stiffness and high tension strength in comparison with threads that are produced in a different way same polymer can be produced by spinning.

Ein Seil, das Fäden enthält, die gemäß dem Gelspinnverfahren hergestellt wurden, zeigt ebenfalls eine hohe Steifheit und eine hohe Festigkeit. Dies ist genau der Grund, warum ein derartiges Seil in Situationen verwendet wird, wo diese Eigenschaften von großer Bedeutung sind. Es ist daher erwünscht, die Steifheit und die Festigkeit des Seils noch weiter zu erhöhen.A rope that contains threads made according to the gel spinning process were produced, also shows high rigidity and high strength. This is exactly why such a thing Rope is used in situations where these properties of are of great importance. It is therefore desirable to have the stiffness and to increase the strength of the rope even further.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines nach dem Gelspinnverfahren hergestellte Polymerfäden enthaltenden Seils mit höherer Steifheit und höherer Zugfestigkeit als die be kannten Seile vorzusehen. Dies wird durch Strecken eines nach dem Gelspinnverfahren hergestellte Polymerfäden enthaltenden Seils er reicht.The aim of the invention is to provide a method for producing a containing polymer threads produced by the gel spinning process Ropes with higher stiffness and higher tensile strength than the be provided ropes. This is done by stretching one by one Rope containing polymer threads produced polymer threads enough.

Ein derartiges Seil zeigt eine Steifheit und eine Zugfestigkeit, die, in Abhängigkeit vom Streckgrad, signifikant höher sind als die Steifheit und die Zugfestigkeit des ursprünglichen Seils.Such a rope shows rigidity and tensile strength, which, depending on the degree of stretch, are significantly higher than the stiffness and tensile strength of the original rope.

Es ist überraschend, daß das Strecken eine Erhöhung der Steifheit und Zugfestigkeit des Seils bewirkt, weil die Fasern, aus denen das Seil hergestellt ist, während des Spinnens bereits maximal ge streckt wurden.It is surprising that the stretching increases stiffness and tensile strength of the rope causes because of the fibers from which the rope is made, during the spinning maximum ge were stretched.

Die Zugfestigkeit und die Steifheit der Faden nehmen mit stei gendem Streckgrad während des Spinnverfahrens zu.The tensile strength and the stiffness of the threads decrease with stiffness stretching degree during the spinning process.

Der Streckgrad kann nicht unbegrenzt erhöht werden, weil es wäh rend des Herstellungsverfahrens mit steigender Frequenz des Er höhens des Streckgrades zum Reißen der Fäden kommt. Es ist leicht experimentell festzustellen, bei welchem Streckgrad Reißen der Fäden mit einer derartigen Frequenz erfolgt, damit die entspre chende Frequenz, mit der das Verfahren unterbrochen werden muß, annehmbar ist. Dieser Streckgrad wird als maximaler Streckgrad der Fäden bezeichnet.The degree of stretching cannot be increased indefinitely because it is during the manufacturing process with increasing frequency of the Er the degree of stretch to tear the threads. It is easy experimentally determine the degree of stretching at which the Threads with such a frequency takes place so that the correspond frequency at which the process must be interrupted is acceptable. This degree of stretching is called the maximum degree of stretching Called threads.

Es ist möglich, derartige Fäden unter sehr speziellen Bedingungen etwas weiter zu strecken, beispielsweise bei einer sehr niedrigen Rate, doch führt ein derartiges weiteres Strecken kaum zu einer Erhöhung der Steifheit und Festigkeit der Fäden.It is possible to use such threads under very special conditions to stretch a little further, for example at a very low one Rate, but such further stretching hardly leads to one Increasing the stiffness and strength of the threads.

Aus den so erhaltenen maximal gestreckten Faden können Garne durch die für diesen Zweck bekannten Verfahren hergestellt werden, wie Bündeln, Drehen und/oder Zwirnen.Yarns can pass through from the maximally stretched thread thus obtained the methods known for this purpose are prepared, such as Bundling, twisting and / or twisting.

Aus den Garnen kann ein Seil durch die für diesen Zweck bekannten Verfahren, wie Drehen, Zwirnen, Flechten und/oder Schlagen, herge stellt werden.A rope can be made from the yarns by means known for this purpose Processes such as twisting, twisting, braiding and / or beating be put.

Außer gemäß dem Gelspinnverfahren hergestellten Fäden kann das Seil auch andere Fäden oder Fasern enthalten. In addition to threads produced according to the gel spinning process, this can Rope also contain other threads or fibers.

Durch Strecken des Seils nehmen seine Steifheit und die Zugfestig keit zu. Das Strecken wird vorzugsweise bei erhöhter Temperatur, aber unterhalb des Schmelzpunktes der Fäden, durchgeführt. Bei er höhter Temperatur kann das Strecken mit weniger Kraft bewirkt wer den oder es wird unter Anwendung der gleichen Kraft eine höhere Streckrate erzielt.By stretching the rope its rigidity and tensile strength decrease to. The stretching is preferably carried out at elevated temperature, but carried out below the melting point of the threads. With him higher temperatures can be stretched with less force the or it becomes a higher using the same force Stretching rate achieved.

Das Strecken des Seils kann auch in mehreren Schritten bewirkt werden.The rope can also be stretched in several steps will.

Polymere, die durch das Gelspinnverfahren mit guten Ergebnissen zu Fäden verarbeitet werden können, sind beispielsweise Poly alkene, Polyvinylalkohol und Polyacrylnitril.Polymers by gel spinning with good results Poly can be processed into threads, for example alkenes, polyvinyl alcohol and polyacrylonitrile.

Die Polyalkene haben vorzugsweise ein gewichtsmittleres Molgewicht von mehr als 400 000.The polyalkenes preferably have a weight average molecular weight of more than 400,000.

Gute Ergebnisse werden erhalten, wenn Polyäthylen (PE) als Poly alken gewählt wird. Dieses PE kann eine geringere Menge, vor zugsweise höchstens 5 Mol.%, eines oder mehrerer Alkene enthalten, die damit copolymerisieren können, wie Propen, Buten, Penten, Hexen, Octen und 4-Methylpenten, und weisen 1 bis 10, vorzugsweise 2 bis 6, Methyl- oder Äthylgruppen pro 1000 Kohlenstoffatome auf.Good results are obtained when using polyethylene (PE) as poly alkene is selected. This PE can contain a smaller amount, before preferably contain at most 5 mol% of one or more alkenes, that can copolymerize with it, such as propene, butene, pentene, Hexene, octene and 4-methylpentene, and have 1 to 10, preferably 2 to 6, methyl or ethyl groups per 1000 carbon atoms.

Andere Polyalkene können ebenfalls in Betracht gezogen werden, wie beispielsweise Propenhomo- und -copolymere. Weiterhin können die verwendeten Polyalkene geringere Mengen eines oder mehrerer ande rer Polymere, insbesondere Alken- 1 -polymere, enthalten.Other polyalkenes can also be considered, such as for example propene homo- and copolymers. Furthermore, the used polyalkenes smaller amounts of one or more others rer polymers, especially alkene-1 polymers, contain.

Unter "Polyvinylalkohol" sind auch Copolymere zu verstehen, die Vinylalkohol und geringere Mengen, vorzugsweise höchsten 5 Mol.%, eines oder mehrerer anderer Monomere, wie Vinylacetat, Äthen und anderer Alkene enthalten. Unter "Polyacrylnitril" sind auch Copolymere zu verstehen, die Acrylnitril und geringere Mengen, vorzugsweise höchstens 5 Mol.%, eines oder mehrerer anderer Mono mere, wie Methacrylate, Acrylate und Vinylacetat, enthalten. "Polyvinyl alcohol" also means copolymers which Vinyl alcohol and smaller amounts, preferably at most 5 mol%, one or more other monomers such as vinyl acetate, ethene and other alkenes included. Under "polyacrylonitrile" are also To understand copolymers, the acrylonitrile and smaller amounts, preferably at most 5 mol%, one or more other mono mers such as methacrylates, acrylates and vinyl acetate.

Weiterhin wurde überraschenderweise gefunden, daß ein aus nicht maximal gestreckten Fäden hergestelltes Seil, vorzugsweise herge stellt aus Fäden mit einem Streckgrad von 50% oder mehr, wenn es gestreckt wird, signifikant an Steifheit und Festigkeit zunimmt und die gleiche Steifheit und Festigkeit erlangen kann wie das Seil, das aus maximal gestreckten Fäden hergestellt und an schließend gestreckt wird.Furthermore, it was surprisingly found that an off does not maximum stretched rope, preferably herge makes threads with a degree of stretch of 50% or more if there is stretched, increases stiffness and strength significantly and can have the same rigidity and strength as that Rope made from maximally stretched threads and attached is finally stretched.

Die Erfindung wird im folgenden durch eine Reihe von Beispielen mit aus Polyäthylen, Polypropylen und Kevlar® hergestellten Seilen erläutert.The invention is illustrated below by a number of examples with made of polyethylene, polypropylene and Kevlar® Ropes explained.

Seil 1 wird unter Verwendung von Polyäthylengarn von 1600 Denier, Typ Dyneema® SK 60, hergestellt gemäß dem Gelspinnverfahren, ge dreht und weist die folgende Struktur auf: 7×19×2×1600. Die Festigkeit des Seils, gemessen gemäß DIN 83 305, beträgt 73,8 kN. Die Zugfestigkeit des Garns, gemessen gemäß DIN 53 834, beträgt 3,20 GPa.Rope 1 is made using 1600 denier polyethylene yarn, Type Dyneema® SK 60, manufactured according to the gel spinning process, ge rotates and has the following structure: 7 × 19 × 2 × 1600. The Strength of the rope, measured according to DIN 83 305, is 73.8 kN. The tensile strength of the yarn, measured in accordance with DIN 53 834, is 3.20 GPa.

Seil 2 wird unter Verwendung von Polyäthylengarn von 2000 Denier, Typ Dyneema® SK 60, hergestellt gemäß dem Gelspinnverfahren, ge dreht, wobei die Fasern nicht maximal, aber auf 80% gestreckt sind. Seil 2 weist die folgende Struktur auf: 73×19×2×2000.Rope 2 is made using 2000 denier polyethylene yarn, Type Dyneema® SK 60, manufactured according to the gel spinning process, ge turns, with the fibers not maximal, but stretched to 80% are. Rope 2 has the following structure: 73 × 19 × 2 × 2000.

Seil 3 wird unter Verwendung von Kevlar® 29-Garn von 1600 Denier gedreht und weist die folgende Struktur auf: 7×19×2×1600. Die Festigkeit des Seils beträgt 51,7 kN.Rope 3 is made using 1600 denier Kevlar® 29 yarn rotated and has the following structure: 7 × 19 × 2 × 1600. The strength of the rope is 51.7 kN.

Seil 4 ist ein willkürlich gewähltes, aus Polypropylenfäden herge stelltes Seil; es hat eine Festigkeit von 9,78 kN.Rope 4 is an arbitrarily chosen, made of polypropylene threads posed rope; it has a strength of 9.78 kN.

Example I

Seil 1 wird in einer Zwick®-Zugfestigkeitstestvorrichtung einge klemmt. Der Abstand von Klemme zu Klemme beträgt 60 cm.Rope 1 is inserted into a Zwick® tensile test device stuck. The distance from clamp to clamp is 60 cm.

Das Seil wird bei Raumtemperatur 10 Tage mit 50 % der gemessenen Festigkeit belastet. Am Ende dieses Zeitraumes zeigt das Seil eine Dehnung von 5% und seine Festigkeit beträgt 99 kN. The rope is measured at room temperature for 10 days with 50% of the Strength loaded. At the end of this period the rope shows one 5% elongation and its strength is 99 kN.

Example II

Seil 1 wird bei 120°C mit einer Rate von 20 mm/min gestreckt, bis die Dehnung des Seils 5% beträgt. Die anschließende Festigkeit des Seils ist 87,8 kN.Rope 1 is stretched at 120 ° C at a rate of 20 mm / min the rope elongation is 5%. The subsequent strength the rope is 87.8 kN.

Example III

Seil 1 wird bei 140°C mit einer Rate von 5 mm/min gestreckt, bis die Dehnung des Seils 5% beträgt. Die anschließende Festigkeit des Seils ist 90,9 kN.Rope 1 is stretched at 140 ° C at a rate of 5 mm / min until the rope elongation is 5%. The subsequent strength the rope is 90.9 kN.

Example IV

Seil 1 wird bei 140°C mit einer Rate von 5 mm/min gestreckt, bis die Dehnung des Seils 7,5% beträgt. Die anschließende Festigkeit des Seils ist 102 kN.Rope 1 is stretched at 140 ° C at a rate of 5 mm / min until the elongation of the rope is 7.5%. The subsequent strength the rope is 102 kN.

Example V

Seil 1 wird 5000mal einige Sekunden auf 50% seiner gemessenen Festigkeit belastet. Die anschließende Festigkeit des Seils ist 87,2 kN.Rope 1 is measured 5000 times a few seconds at 50% of its measured Strength loaded. The subsequent strength of the rope is 87.2 kN.

Example VI

Seil 2 wird bei 140°C mit einer Rate von 5 mm/min gestreckt, bis die Dehnung des Seils 23% beträgt. Die anschließende Festigkeit des Seils ist 91 kN.Rope 2 is stretched at 140 ° C at a rate of 5 mm / min until the elongation of the rope is 23%. The subsequent strength the rope is 91 kN.

Example VII

Seil 3 wird 10 Tage auf 50% seiner gemessenen Festigkeit bela stet. Die anschließende Festigkeit ist 51,3 kN.Rope 3 is loaded to 50% of its measured strength for 10 days continuous The subsequent strength is 51.3 kN.

Example VIII

Seil 3 wird 5000mal einige Sekunden auf 50% seiner gemessenen Festigkeit belastet. Die anschließende Festigkeit ist 49,6 kN.Rope 3 is measured 5000 times a few seconds at 50% of its Strength loaded. The subsequent strength is 49.6 kN.

Example IX

Seil 4 wird bei 150°C mit einer Rate von 1 mm/min gestreckt, bis die Dehnung des Seils 5% beträgt. Die anschließende Festigkeit des Seils ist 9,06 kN. Rope 4 is stretched at 150 ° C at a rate of 1 mm / min until the rope elongation is 5%. The subsequent strength the rope is 9.06 kN.

Die Beispiele I, II, III, IV und V zeigen, daß das Strecken des Seils 1 bewirkt, daß die Anfangsfestigkeit von 73,8 kN auf 99, 87,8, 90,8, 102 bzw. 87,2 kN steigt. Es ist klar, daß bei er höhten Temperaturen höhere Zugfestigkeiten rascher erreicht werden können.Examples I, II, III, IV and V show that the stretching of the Rope 1 causes the initial strength from 73.8 kN to 99, 87.8, 90.8, 102 and 87.2 kN increases. It is clear that with him higher temperatures higher tensile strengths can be achieved more quickly can.

Beispiel VI zeigt, daß Garne hergestellt aus den Polyäthylen fasern, die zuerst nicht auf ihre maximale Festigkeit gestreckt wurden, unter Bildung von Seil 2 gedreht werden können, das nach Strecken bei der gleichen Temperatur und mit der gleichen Streck rate wie in Beispiel III eine ähnlich höhere Zugfestigkeit erlangt hat wie Seil 1 in Beispiel III, dessen Fäden vor Herstellung des Seils maximal gestreckt worden waren.Example VI shows that yarns made from the polyethylene fibers that are not stretched to their maximum strength at first were, can be rotated to form rope 2, the after Stretch at the same temperature and stretch rate achieved a similarly higher tensile strength as in Example III has like rope 1 in Example III, the threads of which before the manufacture of the Seils had been stretched to the maximum.

Das Kevlar-Seil 3 von Beispiel VIII, behandelt auf die gleiche Weise wie Seil 1 von Beispiel I, zeigt nach Strecken eine Abnahme der Zugfestigkeit von 51,7 auf 51,3 kN.The Kevlar rope 3 of Example VIII treated the same Way like rope 1 of example I shows a decrease after stretching tensile strength from 51.7 to 51.3 kN.

Das Polypropylenseil 4 von Beispiel IX zeigt ebenfalls eine Abnah me der Zugfestigkeit von 9,78 auf 9,06 kN.The polypropylene rope 4 from Example IX also shows a decrease tensile strength from 9.78 to 9.06 kN.

Es ist überraschend, daß die Seile gemäß der Erfindung an Zug festigkeit gewinnen, während andere Seile sogar eine Abnahme der Zugfestigkeit zeigen. Dies kann nicht dem weiteren Strecken der Fäden zugeschrieben werden, wie aus den folgenden Versuchen hervorgeht.It is surprising that the ropes according to the invention pull gain strength while other ropes even decrease the Show tensile strength. This cannot stretch the further Threads are attributed as from the following experiments emerges.

Trial I

Die Festigkeit von Dyneema® SK 60-Garn von 1600 Denier wird ge mäß DIN 53 834 bestimmt. Die Festigkeit des Garns beträgt 3,20 GPa. Das Garn wird bei 120⁰C mit einer Rate von 20 mm/min gestreckt, bis die Dehnung 5% beträgt. Die Festigkeit ist dann 3,28 GPa. Das Strecken bewirkte keine signifikante Erhöhung der Festigkeit des Garns und demgemäß auch nicht jener der Fäden.The strength of Dyneema® SK 60 yarn of 1600 denier is determined in accordance with DIN 53 834. The strength of the yarn is 3.20 GPa. The yarn is drawn at 120 ^° C. at a rate of 20 mm / min until the elongation is 5%. The strength is then 3.28 GPa. The stretching did not significantly increase the strength of the yarn, and consequently not that of the threads.

Trial II

Das gemäß Beispiel II gestreckte Seil wird aufgelöst, so daß wie der das Garn von 1600 Denier erhalten wird. Die Festigkeit des Garns beträgt 3,18 GPa. Es scheint, daß die Festigkeit des Garns in bezug auf das ursprüngliche Garn nicht zugenommen hat, während die Festigkeit des Seils als Folge des Streckens wesentlich zuge nommen hat.The rope stretched according to Example II is dissolved so that how who will get the 1600 denier yarn. The strength of the Yarn is 3.18 GPa. It seems that the strength of the yarn in relation to the original yarn has not increased during the strength of the rope as a result of stretching significantly increased has taken.

Claims

1. A process for producing a rope containing polymer threads produced by the gel spinning process, characterized in that the rope is stretched.

2. The method according to claim 1, characterized in that stretching at elevated temperature but below the enamel point of the threads.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the threads of polyalken with a weight average molecular weight of more than 400,000 are manufactured.

4. The method according to claim 3, characterized in that Polyethylene is used as the polyalkene.

5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the threads are made of polyvinyl alcohol.

6. The method according to claim 1 or 2, characterized in that that the threads are made of polyacrylonitrile.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized ge indicates that the rope is made from undrawn threads and then is stretched.

8. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized ge indicates that the rope is made from partially stretched threads poses and is then stretched.

9. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized ge indicates that the rope is made of maximally stretched threads poses and is then stretched.