ES2603408T3

ES2603408T3 - Cuerda que contiene fibras de polietileno de alto rendimiento

Info

Publication number: ES2603408T3
Application number: ES06840948.1T
Authority: ES
Inventors: Rigobert Bosman; Berend Albert Drogt
Original assignee: DSM IP Assets BV
Current assignee: DSM IP Assets BV
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2017-02-27
Anticipated expiration: 2026-11-28
Also published as: CN101321907A; AU2006319492A1; BRPI0619094B1; PT1954870T; AU2006319492B2; NO20082940L; EA200801490A1; EA013623B1; NO340134B1; KR101321194B1; WO2007062803A1; KR20080072895A; BRPI0619094A2; JP5165579B2; US7823496B2; EP1954870A1; US20090165637A1; CA2630426A1; CA2630426C; CN101321907B

Abstract

Cuerda que contiene una pluralidad de filamentos que comprende una mezcla de fibras de polietileno de alto rendimiento (HPPE) y fibras de politetrafluoroetileno (PTFE) en un índice de masa de HPPE a PTFE de 70:30 a 98:2 para la cuerda en total, en donde la cuerda tiene un diámetro de al menos 2 mm.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

DESCRIPCION

Cuerda que contiene fibras de polietileno de alto rendimiento

La invencion se refiere a una cuerda que comprende fibras de polietileno de alto rendimiento, dicha cuerda es especialmente adecuada para aplicaciones de torsion-sobre-polea. La invencion tambien se refiere al uso de dicha cuerda como un miembro de soporte de carga en aplicaciones de torsion-sobre-polea.

Dicha cuerda se conoce a partir de los documentos US 5901632, EP1306471 A2 y WO2006/086338 anteriormente presentados y publicados despues de la fecha de presentacion de la presente solicitud. En el documento US 5901632 por ejemplo, se describe una cuerda trenzada de diametro grande, dicha cuerda contiene una pluralidad de filamentos que se han trenzado entre sf, preferiblemente a partir de hilos de cuerda que contienen fibras de polfmero de alta resistencia. En las formas de realizacion mas preferidas indicadas, la cuerda es una trenza circular de 12 filamentos dos por arriba/dos por debajo, en donde cada filamento es en sf mismo una trenza de 12 filamentos elaborada de fibras de polietileno de alto rendimiento (HPPE) (estructura 12x12).

Una cuerda para aplicaciones de torsion-sobre-polea que esta dentro del contexto de la presente solicitud se considera que es una cuerda de soporte de carga tfpicamente utilizada en aplicaciones de levantamiento y de anclaje; tales como aplicaciones marinas, oceanograficas, para reservas de petroleo y gas en alta mar, sfsmicas, de pesca comercial y otros mercados industriales. Durante estos usos, conjuntamente denominados como aplicaciones de torsion-sobre-polea, la cuerda frecuentemente es tensada sobre tambores, bolardos, roldanas, poleas, etc., entre otros, lo que resulta en friccion y torsion. Cuando se expone a dicha torsion o flexion frecuente, una cuerda puede fallar debido al dano de la cuerda y de la fibra que resulta de la abrasion externa e interna, calor por friccion, etc.; dicho fallo por fatiga frecuentemente se refiere como fatiga por torsion ofatiga por flexion.

Para reducir la fatiga por flexion de una cuerda en aplicaciones de torsion-sobre-polea, generalmente se recomienda el uso de una polea (u otra superficie) con un diametro de al menos 8 veces el diametro de la cuerda. Con el fin de reducir la perdida de fuerza en una cuerda, que resulta de la abrasion externa, se proporciona una cubierta conocida, por ejemplo un forro tejido o trenzado, a la cuerda o a los filamentos en la cuerda. Sin embargo, estas cubiertas incrementan el diametro y rigidez de la cuerda, y anaden peso y coste, pero no contribuyen a la capacidad de soporte de carga de la cuerda; y no es posible la inspeccion visual directa de los elementos de soporte de carga. Con el fin de reducir, entre otros, la perdida de fuerza resultante de la abrasion interna entre las fibras de la cuerda, en el documento US 6945153 B2 se propone la aplicacion de una mezcla espedfica de fibras de polfmero a los filamentos de la cuerda.

La publicacion US 6945153 B2 describe una cuerda trenzada de estructura analoga a la de la publicacion US 5901632, en donde los filamentos contienen una mezcla de fibras de polietileno de alto rendimiento y fibras de polfmero liotropico o termotropico, en una relacion de 40:60 a 60:40. Se indica que las fibras cristalinas lfquidas liotropicas o termotropicas, como poliamidas aromaticas (aramidas) o polibisoxazoles (PBO) proporcionan una buena resistencia a la rotura por fluencia, pero son muy susceptibles a la auto-abrasion; mientras que se senala que las fibras de HPPE exhiben la menor cantidad de abrasion fibra a fibra, pero son propensas a deformacion por fluencia lenta.

Sin embargo, un inconveniente de las cuerdas conocidas, sigue siendo una vida util limitada cuando se expone a torsion o flexion frecuente. En consecuencia, existe una necesidad en la industria de cuerdas que muestren un mejor rendimiento en aplicaciones dclicas de torsion-sobre-polea durante tiempo prolongado.

Por lo tanto, el objeto de la invencion es proporcionar dicha cuerda que muestre un rendimiento mejorado.

Este objeto se consigue segun la invencion con una cuerda que contiene una pluralidad de filamentos que comprenden una mezcla de fibras de polietileno de alto rendimiento (HPPE) y fibras de politetrafluoroetileno (PTFe) a una relacion de masas de HPPE a PTFE de 70:30 a 98:2 para la cuerda en total, en donde la cuerda tiene un diametro de al menos 2 mm.

Sorprendentemente, se obtiene una cuerda que tiene unas propiedades optimas. La cuerda tiene una fatiga por flexion mejorada y aun asf tiene una alta rigidez y alta resistencia.

La cuerda segun la invencion muestra un rendimiento de vida util notablemente mejorada en aplicaciones dclicas de torsion-sobre-polea, lo cual es sorprendente ya que, aunque las PTFE como tal se le conoce, entre otros aspectos, por sus propiedades lubricantes, en por ejemplo el documento US 6945153 B2 se afirma claramente que los hilos de HPPE muestran el mejor rendimiento a la abrasion en las cuerdas.

Otras ventajas de la cuerda segun la invencion incluyen que durante el uso se genera menos calor, por ejemplo como un resultado de la friccion inter filamento y/o inter fibra; lo que reduce el riesgo de que las fibras de HPPE muestren alargamiento por fluencia. Por lo tanto, una cuerda que comprende una alta cantidad de fibras de HPPE se puede aplicar con seguridad en aplicaciones a largo plazo, siempre y cuando se disene y se utilice correctamente;

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

por ejemplo previniendo situaciones de sobrecarga (contra la maxima capacidad del diseno). La cuerda tiene una alta eficiencia de resistencia, es decir, la resistencia de la cuerda es un porcentaje relativamente alto de la resistencia de las fibras que la constituyen. La cuerda tambien muestra un buen rendimiento en los tornos para traccion y almacenamiento, y se puede inspeccionar facilmente en caso de un posible dano.

Por lo tanto, la presente invencion tambien se refiere al uso de una cuerda de estructura y composicion como se detallo adicionalmente en esta solicitud como un miembro de soporte de carga en aplicaciones de torsion-sobre- polea, por ejemplo en aplicaciones de izado.

La cuerda segun la invencion puede ser de diversas estructuras, incluyendo sin trama, trenzada, en paralelo (con recubrimiento), y cuerdas fabricadas de manera similar a cables de alambre. El numero de filamentos en la cuerda tambien puede variar ampliamente, pero generalmente es de al menos 3 y preferiblemente como maximo 16, para llegar a una combinacion de buen rendimiento y facilidad de fabricacion.

Preferiblemente, la cuerda segun la invencion es de una estructura trenzada, para proporcionar una cuerda solida y con par equilibrado que conserva su cohesion durante el uso. Hay varios tipos de trenza conocidos, en general cada uno se distingue por el metodo de formacion de la cuerda. Las estructuras adecuadas incluyen trenzas tipo cordoncillo, trenzas tubulares, y trenzas planas. Las trenzas tubulares o circulares son las trenzas mas comunes para aplicaciones de cuerda y generalmente comprenden dos conjuntos de filamentos que se entrelazan, con diferentes patrones posibles. El numero de filamentos en una trenza tubular puede variar ampliamente. Especialmente si el numero de filamentos es alto, y/o si los filamentos son relativamente delgados, la trenza tubular puede tener un nucleo hueco; y la trenza puede colapsar en una forma oblonga. Si no se desea esto, la trenza puede contener un miembro de nucleo, que puede ser una cuerda elaborada de diversas fibras de polfmero; preferiblemente fibras de HPPE; dicha trenza conservara mejor su forma durante el uso.

El numero de filamentos en una cuerda trenzada segun la invencion es de al menos 3. Un numero creciente de filamentos tiende a reducir la eficiencia de resistencia de la cuerda. Por lo tanto, el numero de filamentos preferiblemente es como maximo 16, dependiendo del tipo de trenza. Las cuerdas de una estructura de 8- o 12- filamentos trenzados son particularmente adecuadas. Dichas cuerdas proporcionan una combinacion favorable de tenacidad y resistencia a la fatiga por flexion, y se pueden elaborar economicamente en maquinas relativamente simples.

La cuerda segun la invencion puede ser de una estructura en donde el coeficiente de torsion (el numero de giros por metro en una estructura sin trama) o el intervalo de trenzado (es decir, la longitud de separacion relacionada con la anchura de una cuerda trenzada) no es espedficamente cntico. Los intervalos de trenzado adecuados estan en el intervalo de 4 a 20. Un intervalo de trenzado mayor puede resultar en una cuerda mas suelta que tiene mayor eficiencia de resistencia, pero que es menos solida y mas diffcil de empalmar. Un intervalo de trenzado demasiado bajo podna reducir mucho la tenacidad. Por lo tanto, el intervalo de trenzado preferiblemente es de aproximadamente 5 -15, mas preferiblemente de 6 -10.

La cuerda segun la invencion puede tener un diametro que vana entre los lfmites de anchura. La cuerda tiene un diametro de al menos 2 mm, mas preferiblemente de al menos 5 mm, incluso mas preferiblemente de al menos 10 mm. Las cuerdas de menor diametro, por ejemplo en el intervalo de 2 a 20 mm, tfpicamente se aplican como cordones en dispositivos mecanicos; tal como un mecanismo automotriz para elevacion de la ventana de la puerta. Mas preferiblemente la cuerda tiene un diametro grande de al menos 20 mm. En el caso de una cuerda con una seccion transversal oblonga, es mas preciso definir el tamano de una cuerda redonda por un diametro equivalente; es decir el diametro de una cuerda redonda de la misma masa por longitud que la cuerda no redonda. El diametro de la cuerda se mide en la circunferencia mas exterior de la cuerda. Esto es debido a los lfmites irregulares de las cuerdas definidos por los filamentos. Preferiblemente, la cuerda segun la invencion es una cuerda para trabajo pesado que tiene un diametro equivalente de al menos 30 mm, mas preferiblemente al menos 40, 50, 60, o incluso al menos 70 mm, ya que las ventajas de la invencion se vuelven mas relevantes cuanto mayor sea la cuerda. Las cuerdas mas largas conocidas tienen diametros de hasta aproximadamente 300 mm, tfpicamente las cuerdas utilizadas en instalaciones de aguas profundas tienen un diametro de hasta aproximadamente 130 mm.

La cuerda segun la invencion puede tener una seccion transversal que es aproximadamente circular o redonda, pero tambien puede tener una seccion transversal oblonga, lo que significa que la seccion transversal de una cuerda tensa muestra una forma aplanada, oval, o incluso (dependiendo del numero de filamentos primarios) casi rectangular. Dicha seccion transversal oblonga preferiblemente tiene una relacion de aspecto, es decir, la relacion del diametro mas grande con respecto al mas pequeno (o relacion del ancho con respecto a la altura), en el intervalo de 1,2 a 4,0. Los metodos para determinar la relacion de aspecto se conocen por el experto; un ejemplo incluye medir las dimensiones exteriores de la cuerda, mientras se mantiene la cuerda tensa, o despues de enrollar firmemente una cinta adhesiva alrededor de ella. La ventaja de dicha relacion de aspecto es que durante la torsion dclica se producen menos diferencias de tension entre los filamentos en la cuerda, y se produce menos abrasion y calor friccional, lo que resulta en una mayor vida de fatiga por torsion. La seccion transversal preferiblemente tiene una relacion de aspecto de aproximadamente 1,3 - 3,0, mas preferiblemente de aproximadamente 1,4-2,0.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

En la cuerda segun la invencion, la estructura de los filamentos, tambien referidos como filamentos primarios, no es espedficamente crftica. El experto puede seleccionar estructuras adecuadas como filamentos sin trama o trenzados, y el coeficiente de torsion o intervalo de trenzado respectivamente, de tal manera que se obtiene una cuerda equilibrada y sin par de fuerza.

En una forma de realizacion especial de la invencion cada filamento primario es en sf mismo una cuerda trenzada. Preferiblemente, los filamentos son trenzas circulares elaboradas de un numero par de filamentos secundarios, tambien denominadas hilos de cuerda, que comprenden fibras de poftmero. El numero de filamentos secundarios no esta limitado, y puede tener un intervalo, por ejemplo, de 6 a 32; con 8, 12 o 16 siendo preferidos en vista de la maquinaria disponible para la realizacion de dichas trenzas. El experto en la tecnica puede elegir el tipo de estructura y tftulo de los filamentos en relacion con la estructura final deseada y el tamano de la cuerda, con base en su conocimiento o con ayuda de algunos calculos o experimentacion.

Los filamentos o hilos de cuerda secundarios que contienen fibras de poftmero pueden ser de diversas estructuras, de nuevo dependiendo de la cuerda deseada. Las estructuras adecuadas incluyen fibras retorcidas; pero tambien se pueden utilizar cuerdas o cordones trenzados, como una trenza circular. Las estructuras adecuadas se mencionan por ejemplo en el documento US 5901632.

Dentro del contexto de la presente invencion, se entiende que las fibras se refieren a cuerpos elongados de longitud indefinida y con dimension de longitud mucho mayor que la anchura y el espesor. Por consiguiente, el termino fibra incluye un monofilamento, un hilo multifilamento, un liston, una tira o cinta y similares, y puede tener secciones transversales regulares o irregulares. El termino fibras tambien incluye una pluralidad de cualquiera o una combinacion de los anteriores.

Las fibras que tienen la forma de monofilamentos o las fibras similares a cinta pueden ser de diversos tftulos, pero tfpicamente tienen un tftulo en el intervalo de 10 a varios miles de dtex, preferiblemente en el intervalo de 100 a 2500 dtex, mas preferiblemente 200-2000 dtex. Los hilos multi-filamento contienen una pluralidad de filamentos que tienen un tftulo ftpicamente en el intervalo de 0,2 - 25 dtex, preferiblemente de aproximadamente 0,5-20 dtex. El tftulo de un hilo multifilamento tambien puede variar ampliamente, por ejemplo de 50 a varios miles de dtex, pero preferiblemente esta en el intervalo de aproximadamente 200-4000 dtex, mas preferiblemente 300-3000 dtex.

La cuerda segun la invencion contiene una pluralidad de filamentos que comprenden fibras de polietileno de alto rendimiento (HPPE). En el presente documento se entiende que las fibras de HPPE son fibras elaboradas de polietileno de ultra-alta masa molecular (tambien denominado polietileno de ultra-alto peso molecular; UHMWPE), y que tiene una tenacidad de al menos 2,0, preferiblemente al menos 2,5 o al menos 3,0 N/tex. La resistencia a la traccion, tambien simplemente resistencia, o tenacidad de las fibras se determina por metodos conocidos, con base en ASTM D885-85 o D2256-97. No hay razon para un ftmite superior de la tenacidad de las fibras de HPPE en la cuerda, pero las fibras disponibles ftpicamente son de una tenacidad maxima de aproximadamente 5 a 6 N/tex. Las fibras de HPPE tambien tienen un alto modulo de elasticidad, por ejemplo, de al menos 75 N/tex, preferiblemente al menos 100 o al menos 125 N/tex. Las fibras de HPPE tambien se refieren como fibras de polietileno de alto modulo.

En una forma de realizacion preferida, las fibras de HPPE en la cuerda segun la invencion son uno o mas hilos multi- filamento.

Las fibras, filamentos e hilo multi-filamento de HPPE, se pueden preparar mediante hilado de una solucion de UHMWPE en un disolvente adecuado en fibras de gel y tensar las fibras antes, durante y/o despues de la eliminacion parcial o completa del disolvente; es decir a traves de un proceso denominado hilado en gel. El hilado en gel de una solucion de UHMWPE se conoce bien por el experto; y se describe en numerosas publicaciones, incluyendo los documentos EP 0205960 A, EP 0213208 A1, US 4413110, GB 2042414 A, EP 0200547 B1, EP 0472114 B1, WO 01/73173 A1, y en Advanced Fiber Spinning Technology, Ed. T. Nakajima, Woodhead Publ. Ltd (1994), ISBN 1-855-73182-7, y en las referencias aqrn citadas.

Se entiende que UHMWPE es un polietileno que tiene una viscosidad intrmseca (IV, como se mide en solucion en decalina a 135°C) de al menos 5 dl/g, preferiblemente de entre aproximadamente 8 y 40 dl/g. La viscosidad intrmseca es una medida de la masa molar (tambien denominado peso molecular) que se puede determinar mas facilmente que los parametros actuales de masa molar como Mn y Mw. Hay varias relaciones empfticas entre IV y Mw, pero dicha relacion es dependiente de la distribucion de la masa molar. Con base en la ecuacion Mw = 5,37 * 104 [IV]137 (vease el documento EP 0504954 A1) una IV de 8 dl/g podna ser equivalente a Mw de aproximadamente 930 kg/mol. Preferiblemente, el UHMWPE es un polietileno linear con menos de una ramificacion por cada 100 atomos de carbono, y preferiblemente menos de una ramificacion por cada 300 atomos de carbono; una ramificacion o cadena lateral o ramificacion de cadena usualmente contiene al menos 10 atomos de carbono. El polietileno linear puede contener ademas hasta 5 moles% de uno o mas comonomeros, tales como alquenos similares a propileno, buteno, penteno, 4-metilpenteno u octeno.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

En una forma de realizacion preferida, el UHMWPE contiene una pequena cantidad, preferiblemente al menos 0,2, o al menos 0,3 por cada 1000 atomos de carbono, de grupos relativamente pequenos como grupos laterales pendientes, preferiblemente un grupo alquilo de C1-C4. Dicha fibra muestra una combinacion ventajosa de alta resistencia y resistencia a la fluencia. Sin embargo, si un grupo lateral es demasiado grande, o si la cantidad de grupos laterales es demasiado alta, afecta negativamente el proceso de fabricacion de fibras. Por esta razon, el UHMWPE preferiblemente contiene grupos laterales de metilo o etilo, mas preferiblemente grupos laterales de metilo. Preferiblemente, la cantidad de grupos laterales es como maximo 20, mas preferiblemente como maximo 10, 5 o como maximo 3 por cada 1000 atomos de carbono.

Las fibras de HPPE en la cuerda segun la invencion pueden contener ademas pequenas cantidades, generalmente menos de 5% en masa, preferiblemente menos de 3% en masa de aditivos habituales, tales como anti-oxidantes, estabilizadores termicos, colorantes, promotores de flujo, etc. El UHMWPE puede ser un polfmero de un solo grado, pero tambien una mezcla de dos o mas polietilenos de diferentes grados, por ejemplo, que difieren en IV o en la distribucion de la masa molar, y/o en el tipo y numero de comonomeros o grupos laterales.

La cuerda segun la invencion contiene una pluralidad de filamentos que comprenden una mezcla de fibras de HPPE y PTFE. En el presente documento se entiende que las fibras de PTFE son fibras elaboradas de polfmero de politetrafluoropolietileno. Las fibras de PTFE tienen una tenacidad que es significativamente menor que la de las fibras de HPPE, y no tienen una contribucion eficaz a la tenacidad estatica de la cuerda. No obstante, las fibras de PTFE preferiblemente tienen una tenacidad de al menos 0,3, preferiblemente al menos 0,4 o al menos 0,5 N/tex, con el fin de evitar la rotura de las fibras durante la manipulacion, se mezcla con las fibras de HPPE y/o durante la elaboracion de la cuerda. No hay razon para un lfmite superior de la tenacidad de las fibras de PTFE, pero tipicamente las fibras disponibles son de una tenacidad como maximo de aproximadamente 1 N/tex. Las fibras de PTFE tfpicamente tienen una elongacion a la rotura que es mayor que la de las fibras de HPPE.

Las propiedades de las fibras de PTFE y los metodos de elaboracion de dichas fibras se han descrito en numerosas publicaciones, incluyendo los documentos EP 0648869 A1, US 3655853, US 3953566, US5061561, US 6117547, y US 5686033.

Se entiende que el polfmero de PTFE es un polfmero elaborado de tetrafluoroetileno como monomero principal. Preferiblemente, el polfmero contiene menos de 4 moles%, mas preferiblemente menos de 2 o 1 mol% de otros monomeros, tales como etileno, clorotrifluoroetileno, hexafluoropropileno, perfluoropropil vinileter y similares. PTFE generalmente es un polfmero de muy alta masa molar, con alto punto de fusion y alta cristalinidad, lo que hace virtualmente imposible fundir el material. Su solubilidad en disolventes tambien esta muy limitada. Por lo tanto, las fibras de PTFE tfpicamente se elaboran mediante la extrusion de mezclas de PTFe y opcionalmente otros componentes por debajo del punto de fusion de PTFE dentro de una fibra precursora, por ejemplo un monofilamento, cinta o lamina, seguido de pasos de procesamiento similares a la sinterizacion, y/o post-estiramiento de los productos a temperaturas elevadas. Por lo tanto, las fibras de PTFE tfpicamente estan en la forma de una o mas estructuras similares a monofilamento o a cinta, por ejemplo algunas estructuras similares a cinta retorcidas en un producto similar a hilo. Las fibras de PTFE generalmente tienen cierta porosidad, dependiendo del proceso aplicado para la elaboracion de una fibra precursora y de las condiciones de post-estiramiento aplicadas. Las densidades aparentes de las fibras de PTFE pueden variar ampliamente, los productos adecuados tienen densidades en el intervalo de aproximadamente 1,2 a 2,5 g/cm3.

En la cuerda segun la invencion preferiblemente se han combinado las fibras de HPPE y las fibras de PTFE para formar hilos de cuerda, que forman los filamentos en la cuerda. Todos los filamentos primarios y secundarios en la cuerda segun la invencion pueden contener aproximadamente el mismo mdice de masa de HPPE a PTFE, pero dicho mdice tambien puede ser diferente para dichos filamentos (el mdice de masa promedio para la cuerda en total estando en el intervalo indicado). En una forma de realizacion, las fibras de PTFE estan espedficamente presentes en esos hilos de cuerda de un filamento que estan en contacto directo con otros filamentos; con el hilo de cuerda oculto dentro de un filamento que consiste esencialmente de HPPE. Tambien es posible que la cuerda segun la invencion contenga una pluralidad de filamentos que comprenden las fibras de HPPE y las fibras de PTFE y ademas uno o mas filamentos que consisten de fibras de HPPE, las fibras adicionales no siendo fibras de PTFE, o de una mezcla de fibras de HPPE y fibras adicionales. Dichos filamentos preferiblemente son el nucleo de la cuerda.

La cuerda segun la invencion contiene una pluralidad de filamentos que comprenden una mezcla de fibras de HPPE y fibras de PTFE en un mdice de masa de 70:30 a 98:2. Un mayor contenido de fibras de PTFE anadira mas accion lubricante a los filamentos e incrementara la vida util cuando se exponga a la torsion frecuente de la cuerda. Preferiblemente, el mdice de masa de las fibras de HPPE con respecto a las fibras de PTFE es como maximo 97:3, mas preferiblemente como maximo 96:4, 95:5, 94:6, 93:7 o incluso 92:8. Sin embargo, puesto que las fibras de PTFE no contribuyen o casi no contribuyen a la resistencia de la cuerda, su cantidad no debe ser demasiado alta. Preferiblemente, la relacion de masas de las fibras HPPE y de las fibras PTFE es consecuentemente de al menos 74:26, 78:22, 80:20, o incluso 82:18.

Los filamentos primarios en la cuerda segun la invencion pueden contener otros componentes ademas de dicha

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

mezcla de fibras; como otras fibras, recubrimientos y similares. Preferiblemente, los filamentos contienen como maximo 25% en masa, mas preferiblemente como maximo 20 o 15% en masa de los otros componentes.

La cuerda segun la invencion que contiene filamentos primarios significa que los filamentos primarios son los constituyentes principales que le proporcionan a la cuerda sus propiedades de soporte de carga. La cuerda ademas puede comprender componentes auxiliares para mejorar aun mas el rendimiento o para proporcionar ciertas propiedades adicionales, como se podna saber por un experto. Los ejemplos incluyen cierto filamento de cuerda auxiliar o fibra con, por ejemplo, propiedades electricamente conductoras o de transmision de luz, un cambio en dicha propiedad puede servir, por ejemplo, como un indicador de que se ha producido una situacion de sobrecarga. La cuerda tambien puede comprender cualquier recubrimiento o encolado habitual, dicho recubrimiento puede proteger a la cuerda o actuar como lubricante para mejorar de manera adicional la resistencia a la abrasion. Los materiales para recubrimiento adecuados para dicho proposito generalmente se aplican como dispersiones acuosas, por ejemplo de polfmeros termoplasticos o compuestos bituminoso. Preferiblemente, la cuerda contiene menos de aproximadamente 25, o menos de 20 o 15% de masa de otros componentes.

Una cuerda trenzada de aproximadamente 5 mm diametro elaborada de hilos multifilamento de HPPE se evaluo con una prueba de torsion reversa, utilizando 3 rodillos lo que resulto en 6 deformaciones por torsion por ciclo. La prueba se realizo bajo condiciones ambientales, pulverizando agua sobre la cuerda. La cuerda mostro una resistencia a la torsion dclica (vida de fatiga por torsion) de aproximadamente 400 ciclos antes de que ocurriera la falla. La repeticion de la prueba con otras dos piezas de la misma cuerda, pero ahora provista de aproximadamente 15% en masa de dos materiales para recubrimiento, uno a base de compuestos bituminosos y el otro a base de compuestos de silicona resulto en aproximadamente 1000 and 1300 ciclos hasta la falla, respectivamente. Se elaboro una cuerda de estructura similar, en donde los filamentos comprenden una mezcla de aproximadamente 86% en masa de hilo de HPPE y aproximadamente 14% en masa de fibra de PTFE similar a cinta de dimensiones tfpicas para uso como, por ejemplo, hilo dental. Sin ningun recubrimiento aplicado, esta cuerda falla despues de unos 5000 ciclos. La misma cuerda de HPPE/PTFE recubierta con un recubrimiento de silicona (aproximadamente 11% en masa de compuestos de silicona con base en la masa total de la cuerda) aun no muestra falla despues de 15000 ciclos.

La invencion ademas se refiere a una cuerda que contiene una pluralidad de filamentos que comprende una mezcla de fibras de polietileno de alto-rendimiento y fibras de politetrafluoroetileno en un mdice de masa de 70:30 a 98:2, dicha cuerda ademas contiene aproximadamente de 2 a 20% en masa de compuestos de silicona (con base en la masa total de la cuerda). Dicha cuerda muestra una mejora adicional sorprendentemente alta en el tiempo de vida de fatiga por torsion, en combinacion con propiedades de resistencia favorables, y resistencia a la abrasion.

Preferiblemente, la cuerda segun la invencion contiene aproximadamente 3-18, 4-16 o incluso aproximadamente 515% en masa de compuestos de silicona.

El termino compuestos de silicona se utiliza en el presente documento para compuestos en los que los atomos de silicona estan enlazados via atomos de oxfgeno, cada atomo de silicona porta uno o varios grupos organicos, usualmente metilo o fenilo. Las siliconas tambien se conocen como poliorganosiloxanos, y pueden ser lineales, cmlicas o una mezcla de estos. Los compuestos de silicona como los poliorganosiloxanos se pueden producir mediante la reaccion de, por ejemplo, organodiclorosilanos con agua segun metodos conocidos.

En una forma de realizacion especial de la invencion, la cuerda ha sido post-estirada, o al menos sus filamentos primarios han sido post-estirados antes de ensamblarlos en la cuerda, preferiblemente a una temperatura en el intervalo de 100-120°C; para incrementar mas las propiedades de resistencia de la cuerda. Dicho paso de post- estiramiento de la cuerda se describe en, entre otros los documentos EP 0398843 B1 o US 5901632.

Las fibras de PTFE se utilizan en numerosas aplicaciones exigentes debido a las buenas propiedades ffsicas del PTFE. Este tiene excelente rendimiento a alta y baja temperatura, resistencia qmmica, y resistencia al dano como un resultado de la exposicion a la radiacion ultravioleta. Las aplicaciones ejemplares de las fibras de PTFE incluyen su uso como hilo dental, soportes, y diversas membranas y telas transpirables pero aun asf a prueba de agua, formados a partir de una amplia gama de procesos textiles incluyendo tejedura, trenzado, tejedura de punto y perforacion con aguja. Las fibras de PTFE tambien se utilizan como un hilo de coser, pero su uso en cuerdas aun no ha sido publicado. Las fibras de PTFE sorprendentemente incrementan la vida util de las cuerdas, especialmente de las cuerdas de mayor diametro que frecuentemente se doblan durante el uso.

Preferiblemente el uso segun la invencion se relaciona con la aplicacion de fibras de PTFE en combinacion con las fibras de alto-rendimiento que tienen una tenacidad de al menos 2.0 N/tex en la elaboracion de cuerdas para aplicaciones de torsion-sobre-polea; en donde el mdice de masa de otras fibras con respecto a las fibras de PTFE es de 70:30 a 98:2. Mas preferiblemente, las fibras de alto-rendimiento son fibras de HPPE.

La cuerda segun la invencion se puede elaborar con las tecnicas conocidas para el ensamblaje de una cuerda a partir de fibras de polfmero, y opcionalmente aplicando un recubrimiento de cuerda.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Un metodo preferido para la elaboracion de una cuerda segun la invencion comprende los pasos de a) ensamblar las fibras de HPPE y las fibras de PTFE en un mdice de masa de 70:30 a 98:2 para formar hilos de cuerda, b) opcionalmente ensamblar dos o mas de dichos hilos de cuerda para formar filamentos, c) trenzar dichos hilos de cuerda o dichos filamentos para formar una cuerda, y d) opcionalmente aplicar un recubrimiento de cuerda.

Las formas de realizacion preferidas del metodo segun la invencion son analogas a aquellas anteriormente discutidas para la elaboracion y/o composicion de las fibras, hilos de cuerda, filamentos y recubrimiento.

El metodo segun la invencion puede comprender ademas un paso de empalme del extremo de un filamento primario con un extremo del siguiente filamento primario, por ejemplo cuando durante el trenzado un portador que contiene el filamento se vada. De esta manera la longitud de la cuerda se puede extender hasta cualquier longitud deseada, sin la cuerda resultante que contiene puntos debiles que podna conducir a una menor resistencia a la rotura.

El metodo segun la invencion tambien puede comprender un paso de post-estiramiento de los filamentos primarios antes del paso de trenzado, o alternativamente un paso de post-estiramiento de la cuerda. Dicho paso de estiramiento preferiblemente se lleva a cabo a una temperatura elevada pero por debajo del punto de fusion de los filamentos (menor punto de fusion) en las fibras (=estiramiento por calor); preferiblemente a temperaturas en el intervalo de 100-120°C. Dicho paso de post-estiramiento se describe entre otros en el documento EP 398843 B1 o US 5901632.

Sorprendentemente la cuerda de conformidad con las reivindicaciones 1-12, que contiene las fibras de HPPE muestra una mejor fatiga a la flexion que aquellas cuerdas anteriormente conocidas. Por lo tanto la invencion tambien se refiere a una cuerda que comprende fibras de HPPE y una cantidad suficiente de fibras de politetrafluoroetileno (PTFE) como se define por la reivindicacion 1 para mejorar la fatiga a la flexion de la cuerda, caracterizada por que la fatiga a la flexion mejora en al menos un factor de 5 en comparacion con la cuerda que no comprende las fibras de politetrafluoroetileno (PTFE) para mejorar la fatiga por flexion. Preferiblemente la fatiga por flexion mejora en al menos un factor de 7, mas preferiblemente un factor de 10, incluso mas preferiblemente un factor de 13. Con respecto a las formas de realizacion preferidas, como por ejemplo el tipo y cantidad de fibras de HPPE utilizadas, el diametro de la cuerda etc., las mismas preferencias cuentan, como se definio anteriormente, para la cuerda que contiene las fibras de HPPE y las fibras de PTFE.

Metodo para analizar la fatiga por flexion de una cuerda.

El metodo para analizar la fatiga por flexion de una cuerda se describe en el documento US 6,945,153 B2. El aparato de analisis y el especimen de analisis como se describen en esta patente se muestran en la Figura 1 respectivamente Figura 2 de la presente especificacion. La Figura 1 muestra el aparato de analisis 20, dicho aparato tiene una polea de analisis 22 y una polea de tension 24. Se aplica una fuerza 26 a la polea 24 que resulta en una tension en el especimen de analisis y una tension de superficie en la interfaz entre el especimen y la polea. El primer especimen de analisis 28 y el segundo especimen de analisis 30 se colocan en las poleas y se unen sus extremos libres con un acoplador 32. El especimen de analisis 28 se ilustra en la Figura 3. El especimen 28 comprende una porcion de cuerda 34 y ajustes de ojal 36 en cada extremo de la porcion de la cuerda. La porcion de la cuerda incluye una zona con doble pliegue 38 y dos zonas con un solo pliegue 40, localizadas a ambos lados de la zona 38.

Las poleas estan en un ciclo que rota en una direccion hasta que los acopladores alcanzan las poleas y luego rotan en la otra direccion hasta que los acopladores alcanzan las poleas de nuevo. De esta manera la zona de doble pliegue 38 pasa dos veces por la polea. Esto se repitio de manera continua a una razon de 554 ciclos por hora, que corresponde a un periodo de ciclo de 6,5 segundos.

El diametro de las poleas es 20 veces el diametro de la cuerda analizada.

Las poleas comprenden una acanaladura como se muestra en la Figura 3, que tiene una parte central 52 del mismo diametro que la cuerda. La brida angular a es de 30°, la acanaladura se extiende en las partes rectas 54 desde ambos lados de la parte central como se indica en la Figura 3. La profundidad total de la acanaladura es 0,75 veces el diametro de la cuerda analizada. La fuerza 26 es 2x22 % de la Carga Maxima de Rotura (MBL) de la cuerda analizada. El curso de un ciclo es 2,22 veces el diametro de una polea.

La fatiga por flexion se expresa en la cantidad de ciclos que resiste la cuerda antes de falla por rotura.

Experimento comparativo A.

Se produjo una cuerda estandar que se ajusta a una polea de 20 mm y que consiste completamente de fibras de HPPE. Como las fibras de HPPE se utilizo Dyneema™ SK 75, 2640 dtex, proporcionada por DSM en los Pafses Bajos.

5

10

15

20

25

30

35

La elaboracion del hilo de cuerda fue 10 x 2640 dtex, 12 giros por metro S/Z. A partir de los hilos se produjeron filamentos. La elaboracion del filamento fue 7 hilos de cuerda, 20 giros por metro Z/S. A partir de los filamentos se produjo una cuerda. La elaboracion de la cuerda fue 12 filamento cuerda trenzada con 6,1 giros por metro (separacion de 164 mm).

La carga de rotura de la cuerda fue de 40,3 toneladas.

La fatiga por flexion de la cuerda se evaluo de acuerdo con el metodo de analisis anteriormente descrito.

El diametro de la polea fue de 400mm. El periodo de ciclo fue de 6,5 segundos. La fuerza aplicada a la polea 24 fue de 2 x 9,15 toneladas.

La cuerda fallo despues de 4145 ciclos.

Experimento comparativo B.

La cuerda estandar del experimento comparativo A se impregno con un recubrimiento optimizado para aplicaciones de torsion-sobre-polea.

La fatiga por flexion se analizo bajo las mismas condiciones que para la cuerda del ejemplo comparativo A. La cuerda fallo despues de 18608 ciclos.

Ejemplo 1.

Se produjo una cuerda que se ajusta a una polea de 20 mm segun la invencion. La cuerda consta de una pluralidad de filamentos que comprenden una mezcla de las fibras HPPE como se utilizo en el ejemplo comparativo A (indicado como D en la elaboracion a continuacion) y e-PTFE 500 dtex, proporcionado por Gore en los Estados Unidos (indicado como G en la elaboracion a continuacion).

La elaboracion del hilo de cuerda fue (9x2640 dtex D + 9x500 dtex G) con 12 giros por metro S/Z. La elaboracion del filamento fue 7 hilos de cuerda, 20 giros por metro Z/S y la elaboracion de la cuerda fue de 6,1 giros por metro (separacion de 164 mm).

Se analizo la fatiga por flexion bajo las mismas condiciones que para la cuerda del ejemplo comparativo A. La cuerda fallo despues de 23132 ciclos.

Ejemplo 2.

La cuerda del ejemplo 1 se impregno con el mismo recubrimiento que se utilizo para la cuerda del ejemplo comparativo B.

Se analizo la fatiga por flexion bajo las mismas condiciones que para la cuerda del ejemplo comparativo A. La cuerda fallo despues de 123591 ciclos.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

REIVINDICACIONES

1. Cuerda que contiene una pluralidad de filamentos que comprende una mezcla de fibras de polietileno de alto rendimiento (HPPE) y fibras de politetrafluoroetileno (PTFE) en un mdice de masa de HPPE a PTFE de 70:30 a 98:2 para la cuerda en total, en donde la cuerda tiene un diametro de al menos 2 mm.
2. Cuerda segun reivindicacion 1, en donde la cuerda es de una estructura trenzada.
3. Cuerda segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la cuerda contiene 8 o 12 filamentos.
4. Cuerda segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la cuerda tiene un diametro de al menos 30 mm.
5. Cuerda segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde las fibras de polietileno de alto rendimiento tienen una tenacidad de al menos 2,5 N/tex.
6. Cuerda segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde las fibras de politetrafluoroetileno tienen una tenacidad de al menos 0,3 N/tex.
7. Cuerda segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el mdice de masa es de 80:20 a 95:5.
8. Cuerda segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la cuerda contiene ademas de aproximadamente 2 a 20% en masa de compuestos de silicona.
9. Cuerda segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde las fibras de HPPE y las fibras de PTFE se combinan para formar hilos de cuerda y en donde los hilos de cuerda forman los filamentos en la cuerda.
10. Cuerda segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la cuerda comprende ademas filamentos auxiliares de la cuerda con propiedades de conduccion electrica o de transmision de la luz.
11. Cuerda segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde al menos los filamentos primarios fueron post-estirados antes de ser ensamblados en la cuerda.
12. Cuerda segun una cualquiera de las reivindicaciones 1-12, que comprende fibras de polietileno de alto rendimiento (HPPE) y una cantidad adecuada de fibras de politetrafluoroetileno (PTFE) para mejorar la fatiga por flexion de la cuerda, en donde la fatiga por flexion se mejora en al menos un factor de 5 en comparacion con la cuerda que no comprende dichas fibras PTFE.
13. El uso de una cuerda segun una cualquiera de las reivindicaciones 1-12, como un miembro de soporte de carga en aplicaciones de torsion-sobre-polea.