DE69006390T2

DE69006390T2 - Verfahren zur Herstellung von verstreckten Seilen.

Info

Publication number: DE69006390T2
Application number: DE69006390T
Authority: DE
Inventors: Christiaan Henri Peter Dirks; Eric Henricus Maria Hogenboom
Original assignee: DSM NV
Current assignee: DSM IP Assets BV
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1990-05-15
Publication date: 1994-08-25
Anticipated expiration: 2010-05-16
Also published as: DE4034919A1; ATE101215T1; JP3105225B2; JPH038830A; EP0398434B1; EP0398434A1; DE69006390D1; NL8901266A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines nach dem Gelspinnverfahren hergestellte Polymerfäden umfassenden Seils.
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.
Das Gelspinnverfahren, wie es aus GB-A-2 042 414 und GB-A- 2 051 667 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 teilweise entfernt wird. Die Fäden können dann gestreckt werden, während der Rest des Lösungsmittels entfernt wird.
Derartige Fäden zeigen eine hohe Steifheit und eine hohe Zugfestigkeit im Vergleich mit Fäden, die auf andere Weise aus dem gleichen Polymer durch Spinnen hergestellt werden.
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.
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 bekannten Seile vorzusehen. Dies wird durch Strecken eines nach dem Gelspinnverfahren hergestellte Polymerfäden enthaltenden Seils erreicht.
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.
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 gestreckt wurden.
Die Zugfestigkeit und die Steifheit der Fäden nehmen mit steigendem Streckgrad während des Spinnverfahrens zu.
Der Streckgrad kann nicht unbegrenzt erhöht werden, weil es während des Herstellungsverfahrens mit steigender Frequenz des Erhöhens 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 entsprechende Frequenz, mit der das Verfahren unterbrochen werden muß, annehmbar ist Dieser Streckgrad wird als maximaler Streckgrad der Fäden bezeichnet.
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.
Aus den so erhaltenen maximal gestreckten Fäden können Garne durch die für diesen Zweck bekannten Verfahren hergestellt werden, wie Bündeln, Drehen und/oder Zwirnen.
Aus den Garnen kann ein Seil durch die für diesen Zweck bekannten Verfahren, wie Drehen, Zwirnen, Flechten und/oder Schlagen, hergestellt werden.
Außer gemäß dem Gelspinnverfahren hergestellten Fäden kann das Seil auch andere Fäden oder Fasern enthalten.
Durch Strecken des Seils nehmen seine Steifheit und die Zugfestigkeit zu. Das Strecken wird vorzugsweise bei erhöhter Temperatur, aber unterhalb des Schmelzpunktes der Fäden, durchgeführt. Bei erhöhter Temperatur kann das Strecken mit weniger Kraft bewirkt werden oder es wird unter Anwendung der gleichen Kraft eine höhere Streckrate erzielt.
Das Strecken des Seils kann auch in mehreren Schritten bewirkt werden.
Polymere, die durch das Gelspinnverfahren mit guten Ergebnissen zu Fäden verarbeitet werden können, sind beispielsweise Polyalkene, Polyvinylalkohol und Polyacrylnitril.
Die Polyalkene haben vorzugsweise ein gewichtsmittleres Molgewicht von mehr als 400 000.
Gute Ergebnisse werden erhalten, wenn Polyäthylen (PE) als Polyalken gewählt wird. Dieses PE kann eine geringere Menge, vorzugsweise 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.
Andere Polyalkene können ebenfalls in Betracht gezogen werden, wie beispielsweise Propenhomo- und -copolymere. Weiterhin können die verwendeten Polyalkene geringere Mengen eines oder mehrerer anderer Polymere, insbesondere Alken-1-polymere, enthalten.
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 Monomere, wie Methacrylate, Acrylate und Vinylacetat, enthalten.
Weiterhin wurde überraschenderweise gefunden, daß ein aus nicht maximal gestreckten Fäden hergestelltes Seil, vorzugsweise hergestellt 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 anschließend gestreckt wird.
Die Erfindung wird im folgenden durch eine Reihe von Beispielen mit aus Polyäthylen, Polypropen und Kevlar hergestellten Seilen erläutert.
Seil 1 wird unter Verwendung von Polyäthylengarn von 1600 Denier, Typ Dyneema SK 60, hergestellt gemäß dem Gelspinnverfahren, gedreht und weist die folgende Struktur auf: 7 x 19 x 2 x 1600. Die Festigkeit des Seils, gemessen gemäß DIN 83305, beträgt 73,8 kN. Die Zugfestigkeit des Garns, gemessen gemäß DIN 53834, beträgt 3,20 GPa.
Seil 2 wird unter Verwendung von Polyäthylengarn von 2000 Denier, Typ Dyneema SK 60, hergestellt gemäß dem Gelspinnverfahren, gedreht, wobei die Fasern nicht maximal, aber auf 80 % gestreckt sind. Seil 2 weist die folgende Struktur auf: 7 x 19 x 2 x 2000.
Seil 3 wird unter Verwendung von Kevlar 29-Garn von 1600 Denier gedreht und weist die folgende Struktur auf: 7 x 19 x 2 x 1600. Die Festigkeit des Seils beträgt 51,7 kN.
Seil 4 ist ein willkürlich gewähltes, aus Polypropenfäden hergestelltes Seil; es hat eine Festigkeit von 9,78 kN.

Beispiel I:

Seil 1 wird in einer Zwick -Zugfestigkeitstestvorrichtung eingeklemmt. Der Abstand von Klemme zu Klemme beträgt 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.

Beispiel II:

Seil 1 wird bei 120ºC mit einer Rate von 20 mm/min gestreckt, bis die Dehnung des Seils 5 % beträgt. Die anschließende Festigkeit des Seils ist 87,8 kN.

Beispiel III:

Seil 1 wird bei 140ºC mit einer Rate von 5 mm/min gestreckt bis die Dehnung des Seils 5 % beträgt. Die anschließende Festigkeit des Seils ist 90,9 kN.

Beispiel IV:

Seil 1 wird bei 140ºC mit einer Rate von 5 mm/min gestreckt, bis die Dehnung des Seils 7,5 % beträgt. Die anschließende Festigkeit des Seils ist 102 kN.

Beispiel V:

Seil 1 wird 5000-mal einige Sekunden auf 50 % seiner gemessenen Festigkeit belastet. Die anschließende Festigkeit des Seils ist 87,2 kN.

Beispiel VI:

Seil 2 wird bei 140ºC mit einer Rate von 5 mm/min gestreckt, bis die Dehnung des Seils 23 % beträgt. Die anschließende Festigkeit des Seils ist 91 kN.

Vergleichsversuch A:

Seil 3 wird 10 Tage auf 50 % seiner gemessenen Festigkeit belastet. Die anschließende Festigkeit ist 51,3 kN.

Vergleichsversuch B:

Seil 3 wird 5000-mal einige Sekunden auf 50 % seiner gemessenen Festigkeit belastet. Die anschließende Festigkeit ist 49,6 kN.

Vergleichsversuch C:

Seil 4 wird bei 150ºC mit einer Rate von 1 mm/min gestreckt, bis die Dehnung des Seils 5 % beträgt. Die anschließende Festigkeit des Seils ist 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 erhöhten Temperaturen höhere Zugfestigkeiten rascher erreicht werden können.
Beispiel VI zeigt, daß Garne hergestellt aus den Polyäthylenfasern, 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 Streckrate 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.
Das Kevlar-Seil 3 von Vergleichsversuch A, 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.
Das Polypropenseil 4 von vergleichsversuch C zeigt ebenfalls eine Abnahme der Zugfestigkeit von 9,78 auf 9,06 kN.
Es ist überraschend, daß die Seile gemäß der Erfindung an Zugfestigkeit 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.

Versuch 1:

Die Festigkeit von Dyneema SK 60-Garn von 1600 Denier wird gemäß DIN 53834 bestimmt. Die Festigkeit des Garns beträgt 3,20 GPa. Das Garn wird bei 120ºC 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.

Versuch II:

Das gemäß Beispiel II gestreckte Seil wird aufgelöst, so daß wieder 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 zugenommen hat.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines nach dem Gelspinnverfahren hergestellte Polymerfäden enthaltenden Seils, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil gestreckt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strecken bei erhöhter Temperatur, aber unterhalb des Schmelzpunktes der Fäden, durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden aus Polyalken mit einem gewichtsmittleren Molgewicht von mehr als 400 000 hergestellt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Polyäthylen als Polyalken verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden aus Polyvinylalkohol hergestellt sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden aus Polyacrylnitril hergestellt sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil aus ungestreckten Fäden hergestellt und dann gestreckt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil aus teilweise gestreckten Fäden hergestellt und dann gestreckt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil aus maximal gestreckten Fäden hergestellt und dann gestreckt wird.