JP2008503699A - ハイブリッドホース補強 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量かつ柔軟で強く、最適な疲労特性を示すホースを提供すること。
【解決手段】この耐圧搾ホース１０は、多数の層つまりホースの内側から始まり外側へ向かって、ライニング１２と、内側補強層１４と、外側補強層１６と、耐圧搾層１８と、カバー２０とを有する。これらの層の少なくとも一つは、ポリエステル、アラミド、ナイロン、及びレイヨンの少なくとも一つを含むマルチフィラメント繊維の混合物から作成された補強カーカスを備える。

【選択図】 図１

Description

本発明は、ホースに関し、特に大口径耐圧搾ホースの補強層に関する。

大口径ホースは、例えば、石油タンカの積み卸し等、大量の石油の輸送に使用される。ホースは、厳しい条件に晒され、高荷重を受ける。大口径耐圧搾ホースは、そのため、通常は内部ライニング、補強カーカス、耐圧搾ワイヤ、及びカバー層を含む、多数の層により作成される。こうした層のそれぞれは、多数の別個の副層により作成できる。

補強層は、通常、単純にホースに巻き付けるか、或いは織って繊維としたコード又は糸により作成される。コードの特性は、ホースに必要な物理的強度を与えるように選択する必要がある。補強層の繊維又はコードを、ナイロン、レイヨン、ポリエステル、或いは、Ｋｅｖｌａｒ^TM又はＴｗａｒｏｎ^TM等のアラミドにより作成することは公知である。しかしながら、こうした材料は、独自の利点及び欠点を有する様々な物理的特性を有し、必要な最良の特性を提供するとは限らない。説明したような大口径耐圧搾ホースは、動的な用途で使用され、そのため、材料が疲労に耐えられることは必要不可欠である。繊維又はコードをモノフィラメント糸、ステープルフィラメント糸、又はその任意の組み合わせにより作成することは公知である。しかしながら、こうした公知の繊維の物理的特性は、動的用途において使用される耐圧搾ホースに必要な疲労に対する耐性のレベルを示さない。

したがって、本発明は、複数の層を備えた耐圧搾ホースを提供し、層の一つは、ポリエステル、アラミド、ナイロン、及びレイヨンの少なくとも一つを含む、マルチフィラメント繊維の混合物から作成したコードにより形成された補強カーカスを備える。こうしたハイブリッド材料を使用することで、各材料の最良の物理的特性を選択して組み合わせ、大幅に軽量で強いホースの構築が可能となる。マルチフィラメント糸のみの使用により、柔軟で強く、最適な疲労特性を示す材料が提供される。マルチフィラメント糸は、好ましくは、各糸に少なくとも１００本のフィラメントを有する。各フィラメントは、好ましくは、糸と同程度の長さを有し、好ましくは、糸と実質的に同じ長さを有する。

好ましくは、糸の混合物は、ポリエステル、アラミド、ナイロン、及びレイヨンのうち二つを含み、各材料を異なる割合で含んでよい。最も好ましくは、コードは、少なくとも一つのポリエステルと少なくとも一つのアラミドとのマルチフィラメント繊維の混合物により形成される。

繊維の混合物は、ポリエステルより高い割合のアラミドを含んでよい。好ましくは、混合物は、１プライのポリエステルに対して２プライのアラミドとなる比を備えてよい。しかしながら、１：１乃至４：１の比、好ましくは１．５：１乃至３：１の比を備えてよい。このポリエステル及びアラミド繊維の混合物は、補強層の強度を増加させる。

補強層は、複数の繊維を含むコードから形成してよい。好ましくは、コードを織って繊維とし、ホースに付与する前にゴムでコーティングしてよい。コードは、ホースの長手軸線に対して角度αで位置してよい。角度αは、３０°乃至５５°にしてよく、下限は更に好ましくは３５°であり、上限は更に好ましくは５０°であり、更により好ましくは４５°であり、最も好ましくは約４０°である。織物繊維は、ホースが受ける厳しい条件と高荷重に耐えることが可能な補強層を形成する。代替として、コードは、織って繊維とせずに、ホースに巻き付けてもよい。

コードは、互いに撚り合わせた２プライのアラミドと１プライのポリエステルを含んでよい。好ましくは、プライは、１メートル当たり約１９０回で撚り合わせる。各アラミドプライは、１メートル当たり約１９０回で撚り合わせ得る３プライの糸を含んでよい。各ポリエステルプライも、同じく１メートル当たり約１９０回で撚り合わせ得る３プライの糸を含んでよい。また、各プライは、異なる材料のプライの混合物、例えば、二つのアラミド糸と一つのポリエステル糸とを含んでよい。ここでも、その他の比、例えば、３：１、３：２、４：１または４：３を使用してよい。

任意の適切なアラミド及びポリエステルを使用してよい。しかしながら、最も好ましいアラミドは、Ｔｗａｒｏｎ^TM１００８であり、最も好ましいポリエステルは、Ｄｉｏｌｅｎ^TM１６４Ｓである。

以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照して例示的に説明する。

図１を参照すると、本発明の実施形態による耐圧搾ホース１０は、多数の層を備える。こうした層は、ホースの内側から始まり、外側へ向かって、ライニング１２と、内側補強層１４と、外側補強層１６と、耐圧搾層１８と、カバー２０とを含む。耐圧搾層１８は、耐圧搾ワイヤ２２の一枚以上の別個の層を備え、この例では二枚の層を備えており、カバー２０は、二枚のカバー層２４、２６を備える。補強層を除き、こうした全ての層は、従来通りであり、任意の特定の用途に適合するように製造できる。

補強層１４、１６は、ポリエステル及びアラミドマルチフィラメント繊維の混合物により形成される。図２を参照すると、内部補強層は、織って繊維３０としたコード２８により作成される。明確にするため、コード２８は緩い織り方で間隔を空けて図示しているが、実際には、互いに密接に織り上げて繊維を形成する。この実施形態において、繊維３０は、ホースに付与する前に、ゴムによりコーティングする。繊維のコード２８は、ホース１０の長手軸線に対して角度αで位置しており、この実施形態では、約４０°の角度である。角度αは、ホースの物理的特性を制御し、可能な限り多数の設計要件を満足させるように選択される。角度αは、様々なホース設計のために変化し、一般には、３５°乃至５５°の範囲にある。

この実施形態において、各コード２８は、２プライのアラミドＴｗａｒｏｎ^TM１００８と、１プライのポリエステルＤｉｏｌｅｎ^TM１６４Ｓにより作成される。３プライを１メートル当たり約１９０回で撚り合わせ、コード２８を形成する。このコード２８は、通常、約１．５５ｍｍの厚さを有する。各Ｔｗａｒｏｎ^TMプライは、１メートル当たり約１９０回で撚り合わせた３プライのマルチフィラメント１６８０デシテックス糸により作成される。各ポリエステルプライも、１メートル当たり約１９０回で撚り合わせた３プライのマルチフィラメント１６７０デシテックス糸により作成される。モノフィラメント糸、ステープルフィラメント糸、又はその組み合わせの代わりにマルチフィラメント糸を使用することで、疲労に対する耐性の向上を示す材料が生成されることが分かっている。マルチフィラメント糸は、一本の糸の中に数百本の連続した個別のフィラメントを共に含む。例えば、通常の１６７０デシテックスＴｗａｒｏｎ^TM糸は、それぞれ直径１２ミクロンのフィラメントを約１０００本含む。遙かに堅く、低劣な疲労特性を示すモノフィラメントと比較して、マルチフィラメント糸は、非常に柔軟で強く、最適な曲げ疲労及び引っ張り疲労特性を示す。ステープルフィラメント糸は、互いを包み込む短い長さのフィラメントを含み、フィラメント間の摩擦を介して、負荷をフィラメントに沿って伝達する。そのため、ステープルフィラメント糸は、連続したマルチフィラメント糸において見られた強度が欠けている。

図３を参照すると、三種類の僅かに異なるハイブリッドコード試料の様々な特性について試験を実施した。表は、Ｔｗａｒｏｎ、レイヨン、及びナイロンの対照試料の結果も示している。三種類のハイブリッドのそれぞれでは、１メートル当たりの回数が僅かに異なり、ハイブリッド１のＴｗａｒｏｎ^TM又はポリエステルの単独の撚り数は、約１８３ｔｐｍであり、ハイブリッド２は１９０ｔｐｍ、ハイブリッド３は１７５ｔｐｍである。コード内における３プライでの１メートル当たりの回数、即ちコード撚り数は、ハイブリッド１が約１７９ｔｐｍ、ハイブリッド２が１８０ｔｐｍ、ハイブリッド３が１６３ｔｐｍである。三種類の試料は、コード厚も僅かに異なる。これは、ハイブリッド１及び３が約１．５５ｍｍ、ハイブリッド２が１．５９ｍｍである。線密度も三種類のハイブリッド試料間で異なり、それぞれの値は約１７６７９ｄｔｅｘ、１８４３０ｄｔｅｘ、及び１７７４０ｄｔｅｘとなる。こうした値は、Ｔｗａｒｏｎ^TM対照試料の線密度１７６７０ｄｔｅｘに類似するが、対照のレイヨンの値、８２５０ｄｔｅｘより遙かに大きく、対照のナイロンの値、２５３８０ｄｔｅｘより小さい。

結果から、それぞれのハイブリッドの破壊強度（Ｎ）は、対照のレイヨンのものより相当に大きく、対照のナイロンよりも大きいことが確認できる。三種類のハイブリッドの破壊強度は、対照のレイヨンの破壊強度２９３．８Ｎと比較して、それぞれ１８４５Ｎ、１６２０Ｎ、及び１８９４Ｎである。１００％Ｔｗａｒｏｎ^TM試料のみが、より大きな破壊強度２８２２Ｎを有する。ハイブリッドの破壊靭性も、対照のレイヨンより大幅に大きい。ハイブリッドは、対照のレイヨンの破壊靭性３７２ｍＮ／ｔｅｘと比較して、それぞれ１０８７ｍＮ／ｔｅｘ、９３２ｍＮ／ｔｅｘ、及び１１１５ｍＮ／ｔｅｘである。ここでも、１００％Ｔｗａｒｏｎ^TM試料のみが、より大きな破壊靭性１６６４ｍＮ／ｔｅｘを有する。

試験した別の特性は、破壊点での伸張度である。この伸張度は、三種類のハイブリッドでそれぞれ７．５％、７．７％、及び６．６％となった。これらに比べて、Ｔｗａｒｏｎ^TM対照試料では５．４％という低い値であり、レイヨン及びナイロン対照試料では１６．６％及び２９．１％という大幅に高い値である。コードモジュラスも、三種類のハイブリッドとＴｗａｒｏｎ^TMとの間で異なり、ハイブリッドでは１６．７ＧＰａ、１５．４ＧＰａ、及び１９．４ＧＰａであり、Ｔｗａｒｏｎ^TMでは遙かに高い値である３１．８ＧＰａとなる。対照のＴｗａｒｏｎ^TMと比較して大きな、ハイブリッドの破壊点での伸張度は、低いモジュラスと共に、Ｔｗａｒｏｎ^TMに対するハイブリッドの主要な利点の一つである。これによりハイブリッドでは、厚いホースを構築する時に重要な要素となる荷重分散が、１００％Ｔｗａｒｏｎ^TMより優れた形で可能となる。

ハイブリッド繊維は、ホース１０に付与する前に、ゴムでコーティングしてもよい。ゴムコーティングは、繊維の強度を更に増加させるため、高荷重に晒された時のホース１０の耐久性を更に増加させる。三種類のハイブリッドのそれぞれに付与する二種類のゴムについて、標準の接着試験であるストラップ剥離力を測定した。ｒ８３８ゴムでは、ハイブリッドに対するストラップ剥離力の値は、それぞれ２５８Ｎ／ｃｍ²、２５８Ｎ／ｃｍ²、及び２４１Ｎ／ｃｍ²であり、Ｔｗａｒｏｎ^TMに対する２５５Ｎ／ｃｍ²及びレイヨンに対する２４０Ｎ／ｃｍ²と非常に類似している。５３２０ゴムでは、ストラップ剥離力の値は、ハイブリッドのそれぞれに対して１６５Ｎ／ｃｍ²、１２３Ｎ／ｃｍ²、及び１８５Ｎ／ｃｍ²であり、これもＴｗａｒｏｎ^TMに対する１７６Ｎ／ｃｍ²及びレイヨンに対する１６９Ｎ／ｃｍ²と類似している。

Ｔ接着性も試料のそれぞれについて測定した。これは、ゴムとコードとの間の接着性を評価する方法であり、コード製造業者が使用する試験である。数本のコードをゴムのブロックに入れて成形し、ブロックは、長さ１０ｃｍで、約１ｃｍの正方形の断面を有する。ブロックは層状に積み上げ、コードは、積み上げる際に、ゴム上でブロックの長さに対して直角に置かれる。コードを個別にブロックから引っ張り、これを行うのに必要な力を測定する。コードは、引っ張ることができるように一方の側から突出させ、ブロックの他方の縁部からは１又は２ｍｍ突出させて、ブロック全体にコードが延び、１０ｍｍの引っ張り長さが得られる状態を確保する。５３２０ゴムにおいて、三種類のハイブリッドそれぞれの値は、８７０Ｎ、６７０Ｎ、及び７４０Ｎとなり、対照のＴｗａｒｏｎ^TMの値である７７０Ｎと同等であり、対照のレイヨンの値である２８４Ｎより大きい。５３２０ゴムを使用した値は、ｒ８３８ゴムで得られたものより小さい。８３８ゴムについて、三種類のハイブリッドの値は、１１１０Ｎ、１１６０Ｎ、及び１１４０Ｎとなり、Ｔｗａｒｏｎ^TMでは１２００Ｎ、レイヨンでは２６２Ｎとなる。

ホースの強度は、繊維がゴムに接合する能力と、ゴム層が互いに接合する能力とに依存するため、これらの接着試験は重要である。

疲労後に保持される強度も、材料の重要な特性である。これは、Ａｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ Ｆｌｅｘ Ｆａｔｉｇｕｅ（ＡＦＦ）試験を使用して測定する。幅約２５ｍｍのゴム細片を、特定の荷重で、スピンドルを中心に曲げる。ゴム細片は、二つのコード層を備え、上層はＴｗａｒｏｎ^TM等の非常に高モジュラスの材料を含み、下方コード層は、試験対象のコードを含む。Ｔｗａｒｏｎ^TM層は、比較的高い剛性のため、殆ど全ての引っ張り荷重を支える。底層の試験コードは、曲げと、軸圧縮による変形と、上方コード層からの圧力とを受ける。この側圧が存在する状態での曲げ及び変形は、コードの劣化を発生させる。細片を曲げた後、コードを慎重に細片から取り外し、巻き上げクランプを使用して、保持強度を決定する。このケースでは、ｒ８３８ゴムを使用しており、ニュートン及びパーセンテージの両方で値を測定した。パーセンテージは、曲げていない細片の強度に対する保持強度の比である。三種類のハイブリッドで得られた値は、それぞれ、４６％、７３％、及び３２％と、８５０Ｎ、１１９０Ｎ、及び６２０Ｎであり、Ｔｗａｒｏｎ^TMでは３２％及び９１０Ｎ、レイヨンでは１２．７％及び３７Ｎである。

全体として、ハイブリッドコードで作成された繊維の強度は、これまでに使用されたレイヨン繊維の強度の約四倍である。三種類のハイブリッド試料の繊維強度は、レイヨンの繊維強度２３５ｋＮ／ｍと比較して、それぞれ９６２ｋＮ／ｍ、８２２ｋＮ／ｍ、及び９８８ｋＮ／ｍである。したがって、このレイヨン繊維四層を、ハイブリッドコードで織られた繊維一層で置き換えることができる。

図４を参照すると、別の実施形態において、補強層１４は、ライニング層１２に巻き付けたコード２８により形成される。明確にするため、コードは間隔を空けて図示しているが、実際には、実質的に連続した補強層１４を形成するために密接に織る。コード２８は、ホース１０の長手軸線に対して角度βで織り、ホースに必要な特性を提供する。角度βは、ホースの物理的特性を決定するため、設計要件の大部分を満足させるように選択される。以前の実施形態と同様に、コードは、互いに撚り合わせた２プライのアラミドＴｗａｒｏｎ^TM１００８と１プライのポリエステルＤｉｏｌｅｎ^TM１６４Ｓとにより形成される。Ｔｗａｒｏｎのプライは、ここでも、３プライのマルチフィラメント１６８０デシテックス糸により作成され、ポリエステルは、３プライのマルチフィラメント１６７０デシテックス糸により作成される。

上記の実施形態は、Ｔｗａｒｏｎ^TM１００８及びＤｉｏｌｅｎ^TM１６４Ｓ以外の適切なアラミド及びポリエステルの使用にも応用できる。

本発明は、ポリエステル及びアラミド繊維の混合物により形成されたコードに限定されず、ナイロン及びポリエステル、或いはナイロン及びアラミドといった、他の繊維の組み合わせにより形成してもよい。様々な組み合わせが様々な特性をもたらすことから、使用する繊維の組み合わせ及び割合は、必要なコード特性が得られるように選択できる。

本発明の実施形態による、ホースの壁の断面を示す図である 図１のホースの補強層の構造を示す図である。 ハイブリッド及びその他の材料の物理的特性を示す表である。 図１のホースの更なる補強層の構造を示す図である。

符号の説明

１０ 耐圧搾ホース
１２ ライニング
１４ 内側補強層
１６ 外側補強層
１８ 耐圧搾層
２０ カバー
２２ 耐圧搾ワイヤ
２４，２６ カバー層
２８ コード

Claims (22)

1. 複数の層を備えた耐圧搾ホースであって、層の一つは、ポリエステル、アラミド、ナイロン、及びレイヨンの少なくとも一つを含む、マルチフィラメント繊維の混合物から形成された補強カーカスを備えるホース。
2. 繊維の前記混合物は、ポリエステル、アラミド、ナイロン、及びレイヨンのうち少なくとも二つを含む、請求項１記載のホース。
3. 繊維の前記混合物は、少なくとも一つのポリエステルと少なくとも一つのアラミドとを含む、請求項２記載のホース。
4. 前記混合物は、ポリエステルより高い割合のアラミドを含む、請求項３記載のホース。
5. 前記混合物は、ポリエステルに対するアラミドのプライの比が１：１乃至４：１である、請求項４記載のホース。
6. 前記混合物は、ポリエステルに対するアラミドのプライの比が１．５：１乃至３：１である、請求項５記載のホース。
7. 前記混合物は、１プライのポリエステルに対して２プライのアラミドとなる比を備える、請求項６記載のホース。
8. 前記補強層は、複数の前記繊維を含むコードから形成される、請求項１〜７の何れかに記載のホース。
9. 前記補強層は、前記コードを織った繊維を含む、請求項８記載のホース。
10. 前記繊維の前記コードは、前記ホースの長手軸に対して３０°乃至５５°の角度で位置する、請求項９記載のホース。
11. 前記繊維の前記コードは、前記ホースの長手軸に対して約４３°の角度で位置する、請求項１０記載のホース。
12. 前記補強層は、実質的に連続する層を形成するためにライニング層に巻き付けたコードを含む、請求項８記載のホース。
13. 前記複数の繊維は、第二の材料より第一の材料を高い割合で含む、請求項６乃至１０の何れかに記載のホース。
14. 前記複数の繊維は、ポリエステルよりアラミドを高い割合で含む、請求項１３記載のホース。
15. 前記コードは、互いに撚り合わせた２プライのアラミドと１プライのポリエステルを含む、請求項１４記載のホース。
16. 各アラミドプライは、撚り合わせた３プライのマルチフィラメント糸を含む、請求項１５記載のホース。
17. 各ポリエステルプライは、撚り合わせた３プライのマルチフィラメント糸を含む、請求項１５記載のホース。
18. 各プライは、１メートル当たり１６０乃至２００回転である、請求項１５乃至１７の何れかに記載のホース。
19. 前記補強層は、ゴムでコーティングされる、上記請求項の何れかに記載のホース。
20. 繊維の前記混合物の破壊靭性は、８００ｍＮ／ｔｅｘ乃至１３００ｍＮ／ｔｅｘである、請求項１〜１９の何れかに記載のホース。
21. 繊維の前記混合物の破壊点での伸張度は、５．５％乃至１３％である、請求項１〜２０の何れかに記載のホース。
22. 実質的に添付図面を参照して以上説明したようなホース。

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