JP5165579B2 - 高性能ポリエチレン繊維を含有するロープ - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、高性能ポリエチレン繊維を含むロープに関する。このロープは、ベンドオーバーシーブ（ｂｅｎｄ−ｏｖｅｒ−ｓｈｅａｖｅ）用途にとくに適している。本発明はまた、ベンドオーバーシーブ用途における荷重支持部材としてのこのロープの使用に関する。

そのようなロープは、米国特許第５９０１６３２号明細書から公知である。この特許公報には、直径の大きい編組ロープが記載されている。このロープは、複数のストランドを含有し、このストランド自体が、好ましくは、高強度ポリマー繊維を含有するロープヤーンから編組されたものである。記載の最も好ましい実施形態では、ロープは、１２本ストランドのツーオーバー／ツーアンダー円形編組線であり、各ストランド自体が、高性能ポリエチレン（ＨＰＰＥ）繊維から作製された１２本ストランドの編組線である（１２×１２構成）。

ベンドオーバーシーブ用途のロープは、本出願に関連する範囲内では、持上げ用途および係留用途、たとえば、海運市場、海洋探査市場、オフショア油・ガス市場、地震関連市場、漁業市場、および他の産業市場で一般に使用される荷重支持ロープであるとみなされる。ベンドオーバーシーブ用途としてまとめて参照されるそのような使用時、ロープは、とくに擦れや曲げを引き起こすドラム、ビット、プーリー、シーブなどに掛けて頻繁に牽引される。そのような頻繁な曲げまたは撓みを受けた場合、外部および内部の摩耗、摩擦熱などが原因でロープおよび繊維の損傷を生じるので、ロープは破損する可能性がある。そのような疲労破損は、多くの場合、曲げ疲労または撓み疲労と呼ばれる。

ベンドオーバーシーブ用途のロープの撓み疲労を低減させるために、ロープの直径の少なくとも８倍の直径を有するシーブ（または他の表面）の使用が一般に推奨される。外部摩耗により生じるロープの強度損失を低減させるために、ロープまたはロープ中のストランドにジャケット、たとえば、織成スリーブまたは編組スリーブを設けることは公知である。しかしながら、こうしたジャケットを設けると、ロープの直径および剛性が増大し、しかも重量および経費がかさむことになるが、ロープの荷重支持能力に寄与することにはならず、しかも荷重支持要素の直接目視検査ができなくなる。とくに、ロープ中の繊維間の内部摩耗により生じる強度損失を低減させるために、ロープストランド中のポリマー繊維の特定の混合物を適用することが米国特許第６９４５１５３Ｂ２号明細書に提案されている。

米国特許第６９４５１５３Ｂ２号明細書には、米国特許第５９０１６３２号明細書に記載のものに類似した構成の編組ロープが記載されている。この場合、ストランドは、４０：６０〜６０：４０の比の高性能ポリエチレン繊維とリオトロピックまたはサーモトロピックなポリマー繊維との混合物を含有する。芳香族ポリアミド（アラミド）やポリビスオキサゾール（ＰＢＯ）のようなリオトロピックまたはサーモトロピックな液晶繊維は、良好な耐クリープ破断性を提供するが自己摩耗を非常に起こしやすいことが指摘されており、一方、ＨＰＰＥ繊維は、最小量の繊維間摩耗を呈するがクリープ破損を起こしやすいと記載されている。

しかしながら、公知のロープの欠点は、頻繁な曲げまたは撓みを受けたときに依然として限られた耐用寿命であるという点である。したがって、長期間にわたり周期的ベンドオーバーシーブ用途で改良された性能を示すロープが業界で必要とされている。

したがって、本発明の目的は、改良された性能を示すそのようなロープを提供することである。

この目的は、ロープ全体を基準にして７０：３０〜９８：２の質量比の高性能ポリエチレン（ＨＰＰＥ）繊維とポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）繊維との混合物を含む複数のストランドを含有するロープを用いて本発明により達成される。

意外なことに、最適な性質を有するロープが得られる。ロープは、改良された撓み疲労を有し、しかも依然として高剛性および高強度を有する。

本発明に係るロープは、周期的ベンドオーバーシーブ用途で著しく改良された耐用寿命性能を示す。これは意外なことである。なぜなら、ＰＴＦＥ自体は、とくに滑性を有することが知られているが、たとえば米国特許第６９４５１５３Ｂ２号明細書には、すでにＨＰＰＥヤーンがロープで最良の耐摩耗性能を示すと明記されているからである。

本発明に係るロープの他の利点としては、たとえば、使用時にストランド間および／または繊維間の摩擦の結果として発生する熱が少なくなるので、ＨＰＰＥ繊維がクリープ伸びを示す危険性が低減されることが挙げられる。したがって、適切に設計され使用されるのであれば、たとえば、過荷重状態（最大設計許容荷重に対して）を回避することにより、多量のＨＰＰＥ繊維を含むロープを長期間にわたる用途に安全に適用することが可能である。ロープは、高い強度効率を有する。このことは、ロープの強度がその構成繊維の強度の比較的高いパーセントに相当することを意味する。ロープはまた、牽引ウインチおよび保管ウインチに掛けたときに良好な性能を示し、しかも起こりうる損傷の検査を容易に行うことが可能である。

したがって、本発明はまた、ベンドオーバーシーブ用途たとえば巻上げ用途における荷重支持部材としての、本明細書にさらに詳述されるような構成および組成のロープの使用に関する。

本発明に係るロープは、撚りロープ、編組ロープ、平行ロープ（被覆付き）、およびワイヤーロープ状構成ロープをはじめとする種々の構成をとりうる。ロープ中のストランド数もまたさまざまでありうるが、良好な性能と製造の容易さとの両立を達成するために、一般的には少なくとも３本かつ好ましくは多くとも１６本である。

好ましくは、本発明に係るロープは、使用時にその一体性を保持する強靭でトルクバランスのとれたロープを提供するために、編組構成をとる。さまざまな公知の編組線タイプが存在し、それぞれ、一般的にはロープの形成方法により区別される。好適な構成としては、蛇腹状編組線、管状編組線、およびフラット編組線が挙げられる。管状または円形の編組線は、ロープ用途で最も多く見受けられる編組線であり、一般的には、絡み合った２組のストランドで構成され、さまざまなパターンを有しうる。管状編組線中のストランド数はさまざまでありうる。とくにストランド数が多い場合および／またはストランドが比較的細い場合、管状編組線は中空コアを有しうるので、編組線は扁長形状に圧潰しうる。これが望ましくない場合、種々のポリマー繊維、好ましくはＨＰＰＥ繊維から作製されるロープでありうるコア部材を編組線に含有させてもよく、こうした編組線は、使用時にその形状をより良好に保持するであろう。

本発明に係る編組ロープ中のストランド数は、少なくとも３本である。ストランド数を増加させると、ロープの強度効率が低下する傾向がある。したがって、ストランド数は、編組線のタイプにもよるが、好ましくは多くとも１６本である。とくに好適なのは、８本または１２本のストランドからなる編組構成のロープである。そのようなロープは、靭性と耐撓み疲労性との有利な組合せを提供し、比較的単純な機械を用いて経済的に作製可能である。

本発明に係るロープは、撚り係数（撚り構成における１メートルあたりの巻数）や編組周期（すなわち編組ロープの幅に対するピッチ長さ）がとくに重要になることのない構成をとりうる。好適な編組周期は、４〜２０の範囲内である。編組周期を大きくすると、より高い強度効率を有するがそれほど強靭ではなく組継ぎのより困難なよりゆるいロープが得られる可能性がある。編組周期が小さすぎると、靭性が過度に低下するであろう。したがって、好ましくは編組周期は約５〜１５、より好ましくは６〜１０である。

本発明に係るロープは、広い許容範囲内のさまざまな直径を有しうる。好ましくは、ロープは、少なくとも２ｍｍ、より好ましくは少なくとも５ｍｍ、さらにより好ましくは少なくとも１０ｍｍの直径を有する。たとえば２〜２０ｍｍの範囲内のより小さい直径のロープは、典型的には、自動車ドアウィンドウリフティング機構などのような機械的装置中でコードとして適用される。最も好ましくは、ロープは、少なくとも２０ｍｍの大きい直径を有する。扁長形断面を有するロープの場合、等価直径、すなわち、単位長さあたり非丸形ロープと同一の質量を有する丸形ロープの直径により丸形ロープのサイズを規定するほうが正確である。ロープの直径は、ロープの最外周で測定される。これは、ストランドにより規定されるロープの境界が不規則であるからである。ロープが大きいほど本発明の利点が生きてくるので、好ましくは、本発明に係るロープは、少なくとも３０ｍｍ、より好ましくは少なくとも４０、５０、６０、さらには少なくとも７０ｍｍの等価直径を有する高耐荷重性ロープである。公知の最大のロープは、約３００ｍｍまでの直径を有し、水深の深い位置にある設備で使用されるロープは、典型的には、約１３０ｍｍまでの直径を有する。

本発明に係るロープは、略円形または略丸形の断面を有しうるが、扁長形断面をも有しうる。扁長形断面とは、張力のかかったロープの断面が扁平形、卵形、さらには（一次ストランド数に依存して）ほとんど矩形の形状を示すことを意味する。そのような扁長形断面は、好ましくは、１．２〜４．０の範囲内のアスペクト比、すなわち長直径対短直径比（または幅対高さ比）を有する。アスペクト比の決定方法は、当業者に公知であり、例としては、ロープをぴんと張った状態に保持しながら、またはロープの周りに接着テープを耐密に巻いた後、ロープの外形寸法を測定することが挙げられる。このアスペクト比の利点は、周期的に曲げたときにロープ中のフィラメント間で生じる応力差がより少なくかつ発生する摩耗および摩擦熱がより少ないので、曲げ疲労寿命が伸びることである。断面は、好ましくは約１．３〜３．０、より好ましくは約１．４〜２．０のアスペクト比を有する。

本発明に係るロープの場合、一次ストランドとしても参照されるストランドの構成は、とくに重要ではない。当業者であれば、バランスのとれたトルクフリーのロープが得られるように、撚りストランドや編組ストランドのような好適な構成および撚り係数または編組周期をそれぞれ選択することが可能である。

本発明の特定の実施形態では、各一次ストランド自体が編組ロープである。好ましくは、ストランドは、ポリマー繊維を含む偶数本の二次ストランド（ロープヤーンとも呼ばれる）から作製される円形編組線である。二次ストランド数は、限定されるものではなく、たとえば６〜３２本の範囲内でありうるが、そのような編組線の作製に利用可能な機械を考慮に入れると、８、１２、または１６本が好ましい。当業者であれば、各自の知識に基づいてまたはいくらかの計算もしくは実験を利用して、所望の最終的なロープの構成およびサイズに関連付けて構成のタイプおよびストランドのタイターを選択することが可能である。

ポリマー繊維を含有する二次ストランドまたはロープヤーンは、この場合も所望のロープに依存して、種々の構成をとりうる。好適な構成としては、撚り繊維が挙げられるが、円形編組線のような編組ロープまたは編組コードを使用することも可能である。好適な構成は、たとえば、米国特許第５９０１６３２号明細書に記載されている。

本発明の枠内では、繊維とは、不定の長さを有しかつ長さ寸法が幅および厚さよりもかなり大きい細長形状体を意味するものとする。したがって、繊維という用語は、モノフィラメントヤーン、マルチフィラメントヤーン、リボン、ストリップ、またはテープなどを包含し、規則的または不規則的な断面を有しうる。繊維という用語はまた、以上の任意の１つまたは組合せを複数有するものを包含する。

モノフィラメントの形状を有する繊維またはテープ状の繊維は、さまざまなタイターを有しうるが、典型的には、１０〜数千ｄｔｅｘの範囲内、好ましくは１００〜２５００ｄｔｅｘ、より好ましくは２００〜２０００ｄｔｅｘの範囲内のタイターを有しうる。マルチフィラメントヤーンは、典型的には０．２〜２５ｄｔｅｘ、好ましくは約０．５〜２０ｄｔｅｘの範囲内のタイターを有する複数のフィラメントを含有する。マルチフィラメントヤーンのタイターもまた、さまざまであり、たとえば、５０〜数千ｄｔｅｘでありうるが、好ましくは約２００〜４０００ｄｔｅｘ、より好ましくは３００〜３０００ｄｔｅｘの範囲内である。

本発明に係るロープは、高性能ポリエチレン（ＨＰＰＥ）繊維を含む複数のストランドを含有する。ＨＰＰＥ繊維とは、本明細書中では、超高モル質量ポリエチレン（超高分子量ポリエチレンＵＨＭＷＰＥとも呼ばれる）から作製されかつ少なくとも２．０、好ましくは少なくとも２．５または少なくとも３．０Ｎ／ｔｅｘの靭性を有する繊維のことである。繊維の引張り強度（単に強度とも記される）または靭性は、公知の方法により、たとえば、ＡＳＴＭ Ｄ８８５−８５またはＤ２２５６−９７に準拠して決定される。ロープ中のＨＰＰＥ繊維の靭性に上限を設ける理由はないが、利用可能な繊維は、典型的には多くとも約５〜６Ｎ／ｔｅｘの靭性を有する。ＨＰＰＥ繊維はまた、たとえば少なくとも７５Ｎ／ｔｅｘ、好ましくは少なくとも１００または少なくとも１２５Ｎ／ｔｅｘの高い引張り弾性率を有する。ＨＰＰＥ繊維は、高弾性率ポリエチレン繊維とも呼ばれる。

好ましい実施形態では、本発明に係るロープ中のＨＰＰＥ繊維は、１本以上のマチルフィラメントヤーンである。

ＨＰＰＥの繊維、フィラメント、およびマチルフィラメントヤーンは、好適な溶媒中のＵＨＭＷＰＥの溶液をゲル繊維の形態に紡糸して溶媒の部分的または完全な除去の実施前、実施中、および／または実施後に繊維を延伸することにより、すなわち、いわゆるゲル紡糸プロセスを介して、作製することが可能である。ＵＨＭＷＰＥの溶液のゲル紡糸については、当業者に周知であり、多数の出版物中に、たとえば、欧州特許出願公開第０２０５９６０Ａ号明細書、欧州特許出願公開第０２１３２０８Ａ１号明細書、米国特許第４４１３１１０号明細書、ＧＢ２０４２４１４Ａ号明細書、欧州特許第０２００５４７Ｂ１号明細書、欧州特許第０４７２１１４Ｂ１号明細書、国際公開第０１／７３１７３Ａ１号パンフレット、および先進的繊維紡糸技術（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｓｐｉｎｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、Ｔ．ナカジマ（Ｔ．Ｎａｋａｊｉｍａ）編、ウッドヘッド・パブリッシングＬｔｄ（Ｗｏｏｄｈｅａｄ Ｐｕｂｌ．Ｌｔｄ）刊（１９９４年）、ＩＳＢＮ１−８５５−７３１８２−７、ならびにそれらに引用されている参考文献に記載されている。

ＵＨＭＷＰＥとは、少なくとも５ｄｌ／ｇ、好ましくは約８〜４０ｄｌ／ｇの固有粘度（１３５℃のデカリン溶液で測定したときのＩＶ）を有するポリエチレンのことである。固有粘度は、Ｍ_ｎやＭ_ｗのような実際のモル質量パラメーターよりも容易に決定しうるモル質量（分子量とも呼ばれる）の尺度である。ＩＶとＭ_ｗとの間には、いくつかの経験的関係が存在するが、そのような関係は、モル質量分布に依存する。式Ｍ_ｗ＝５．３７×１０^４［ＩＶ］^１．３７（欧州特許出願公開第０５０４９５４Ａ１号明細書参照）によれば、８ｄｌ／ｇのＩＶは、約９３０ｋｇ／ｍｏｌのＭ_ｗと等価であろう。好ましくは、ＵＨＭＷＰＥは、炭素原子１００個あたり１個未満の分枝、好ましくは炭素原子３００個あたり１個未満の分枝を有する線状ポリエチレンであり、分枝または側鎖または鎖分枝は、通常、少なくとも１０個の炭素原子を含有する。線状ポリエチレンは、５モル％までの１種以上のコモノマー、たとえば、プロピレン、ブテン、ペンテン、４−メチルペンテン、またはオクテンのようなアルケンをさらに含有しうる。

好ましい実施形態では、ＵＨＭＷＰＥは、ペンダント側基として、少量、好ましくは炭素原子１０００個あたり少なくとも０．２個または少なくとも０．３個の比較的小さい基、好ましくはＣ１〜Ｃ４アルキル基を含有する。そのような繊維は、高い強度と耐クリープ性との有利な組合せを示す。しかしながら、側基が大きすぎたりまたは側基の量が多すぎたりすると、繊維の作製プロセスが悪影響を受ける。このため、ＵＨＭＷＰＥは、好ましくはメチル側基またはエチル側基、より好ましくはメチル側基を含有する。側基の量は、炭素原子１０００個あたり、好ましくは多くとも２０個、より好ましくは多くとも１０個、５個、または多くとも３個である。

本発明に係るロープ中のＨＰＰＥ繊維は、少量、一般的には５質量％未満、好ましくは３質量％未満の慣用的添加剤、たとえば、酸化防止剤、熱安定剤、着色剤、流動促進剤などをさらに含有しうる。ＵＨＭＷＰＥは、単一のポリマーグレードでありうるが、２つ以上の異なるポリエチレングレードの混合物、たとえば、ＩＶもしくはモル質量分布および／またはコモノマーもしくは側基のタイプおよび数の異なるポリエチレングレードの混合物でもありうる。

本発明に係るロープは、ＨＰＰＥ繊維とＰＴＦＥ繊維との混合物を含む複数のストランドを含有する。ＰＴＦＥ繊維とは、本明細書中では、ポリテトラフルオロポリエチレンポリマーから作製される繊維のことである。ＰＴＦＥ繊維は、ＨＰＰＥ繊維よりもかなり低い靭性を有し、ロープの静的靭性に有効な寄与を示さない。それにもかかわらず、ＰＴＦＥ繊維は、好ましくは、ＨＰＰＥ繊維の取扱い時、混合時、および／またはロープの作製時における繊維の破断を防止するために、少なくとも０．３、好ましくは少なくとも０．４または少なくとも０．５Ｎ／ｔｅｘの靭性を有する。ＰＴＦＥ繊維の靭性に上限を設ける理由はないが、利用可能な繊維は、典型的に、多くとも約１Ｎ／ｔｅｘの靭性を有する。ＰＴＦＥ繊維は、典型的には、ＨＰＰＥ繊維よりも大きい破断点伸びを有する。

ＰＴＦＥ繊維の性質およびそのような繊維の作製方法については、多数の出版物中に、たとえば、欧州特許出願公開第０６４８８６９Ａ１号明細書、米国特許第３６５５８５３号明細書、米国特許第３９５３５６６号明細書、米国特許第５０６１５６１号明細書、米国特許第６１１７５４７号明細書、および米国特許第５６８６０３３号明細書に記載されている。

ＰＴＦＥポリマーとは、テトラフルオロエチレンを主モノマーとして調製されるポリマーのことである。好ましくは、ポリマーは、４モル％未満、より好ましくは２または１モル％未満の他のモノマー、たとえば、エチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ペルフルオロプロピルビニルエーテルなどを含有する。ＰＴＦＥは、一般的には、高融点および高結晶化度を有する非常に高いモル質量のポリマーであるので、材料を溶融加工することは実質上不可能である。また溶媒へのその溶解度は、非常に制限される。したがって、ＰＴＦＥ繊維は、典型的には、ＰＴＦＥとＰＴＦＥの融点未満のオプションの他の成分との混合物を前駆体繊維、たとえばモノフィラメント、テープ、またはシートの形態に押し出してから、焼結のような加工工程および／または生成物の高温での後延伸を行うことにより、作製される。したがって、ＰＴＦＥ繊維は、典型的には、１つ以上のモノフィラメント状またはテープ状の構造、たとえば、ヤーン状生成物の形態に加撚されたいくつかのテープ状構造の形状を有する。ＰＴＦＥ繊維は、一般的には、前駆体繊維の作製に適用されるプロセスおよび適用される後延伸条件に依存して、特定の多孔度を有する。ＰＴＦＥ繊維の見掛け密度は、さまざまでありうるが、好適な生成物は、約１．２〜２．５ｇ／ｃｍ^３の範囲内の密度を有する。

本発明に係るロープのＨＰＰＥ繊維およびＰＴＦＥ繊維は、好ましくは、ロープヤーンを形成するように組み合わされたものであり、このロープヤーンからロープ中のストランドが形成される。本発明に係るロープ中の一次ストランドおよび二次ストランドはすべて、ほぼ同一のＨＰＰＥ対ＰＴＦＥ質量比を有しうるが、この比は、ストランドごとに異なっていてもよい（ただし、ロープ全体の平均質量比は、指示範囲内にある）。一実施形態では、ＰＴＦＥ繊維は、特定的には、本質的にＨＰＰＥからなるストランドの内部にロープヤーンが隠蔽された状態で、他のストランドと直接接触するストランドのロープヤーン中に存在する。また、本発明に係るロープは、ＨＰＰＥ繊維とＰＴＦＥ繊維とを含む複数のストランドと、ＨＰＰＥ繊維、ＰＴＦＥ繊維でないさらなる繊維、またはＨＰＰＥ繊維とさらなる繊維との混合物からなるさらなる１本以上のストランドと、を含有することも可能である。そのようなストランドは、好ましくは、ロープのコアである。

本発明に係るロープは、７０：３０〜９８：２の質量比のＨＰＰＥ繊維とＰＴＦＥ繊維との混合物を含む複数のストランドを含有する。ＰＴＦＥ繊維の含量を高くすると、より大きい滑性作用がストランドに付与され、ロープが頻繁な曲げを受けたときの耐用寿命が向上するであろう。好ましくは、ＨＰＰＥ繊維対ＰＴＦＥ繊維の質量比は、多くとも９７：３、より好ましくは多くとも９６：４、９５：５、９４：６、９３：７、さらには９２：８である。しかしながら、ＰＴＦＥ繊維は、ロープの強度にまったくまたはほとんど寄与しないので、その量は、多くなりすぎないようにすることが望ましい。したがって、好ましくは、ＨＰＰＥ繊維とＰＴＦＥ繊維との質量比は、少なくとも７４：２６、７８：２２、８０：２０、さらには８２：１８である。

本発明に係るロープ中の一次ストランドは、この繊維混合物のほかに、他の繊維、被覆材などのような他の成分をさらに含有しうる。好ましくは、ストランドは、多くとも２５質量％、より好ましくは多くとも２０もしくは１５質量％の他の成分を含有する。

一次ストランドを含有する本発明に係るロープとは、ロープにその荷重支持性を付与する主成分が一次ストランドであることを意味する。当業者の熟知するところであろうが、ロープは、性能をさらに向上させたりまたはいくつかの追加の性質を付与したりするための補助成分をさらに含みうる。例としては、たとえば導電性または光透過性を有するいくらかの補助ロープストランドまたは補助繊維が挙げられる。こうした性質の変化は、たとえば過荷重状態を生じたことを示す指標として役立ちうる。ロープはまた、任意の慣用的な被覆材またはサイズ材をさらに含みうる。この被覆材は、ロープを保護したりまたは耐摩耗性をさらに向上させる滑剤として作用したりしうる。そのような目的に好適な被覆材料は、一般的には、たとえば熱可塑性ポリマーまたはビチューメン化合物の水性ディスパージョンとして適用される。好ましくは、ロープは、約２５質量％未満または２０もしくは１５質量％未満の他の成分を含有する。

１サイクルあたり６回の曲げ変形を引き起こす３本のローラーを用いる反転曲げ試験により、ＨＰＰＥマルチフィラメントヤーンから作製された直径約５ｍｍの編組ロープを評価した。ロープ上に水をスプレーしながら周囲条件下で試験を行う。ロープは、破損発生前の約４００サイクルの周期的な曲げに対する耐性（曲げ疲労寿命）を示した。同一のロープの２つの他の部分を用いて試験を反復した。ただし、今度は、約１５質量％の２種の被覆材料（一方はシリコーン化合物をベースとし、他方はビチューメン化合物をベースとする）を施した。その結果、それぞれ、約１０００および１３００サイクルで破損を生じた。たとえばデンタルフロスとして使用するための典型的な寸法を有する約８６質量％のＨＰＰＥヤーンと約１４質量％のテープ状ＰＴＦＥ繊維との混合物からなるストランドを含む類似の構成のロープを作製する。いかなる被覆材をも適用しない場合、このロープは、約５０００サイクル後に破損する。シリコーン被覆材（全ロープ質量を基準にして約１１質量％のシリコーン化合物）で被覆された同一のＨＰＰＥ／ＰＴＦＥロープは、１５０００サイクル後でも破損を生じない。

本発明はさらに、７０：３０〜９８：２の質量比の高性能ポリエチレン繊維とポリテトラフルオロエチレン繊維との混合物を含む複数のストランドを含有するロープに関する。ただし、このロープは、約２〜２０質量％のシリコーン化合物（全ロープ質量を基準にして）をさらに含有する。そのようなロープは、曲げ疲労寿命に関して驚くほど大きなさらなる改良を示すとともに、有利な強度特性および耐摩耗性を兼ね備える。

好ましくは、本発明に係るロープは、約３〜１８、４〜１６、さらには約５〜１５質量％のシリコーン化合物を含有する。

シリコーン化合物という用語は、本明細書中では、ケイ素原子が酸素原子を介して結合され、各ケイ素原子が１個または２個以上の有機基、通常はメチルまたはフェニルを保有する化合物に対して使用される。シリコーンはまた、ポリオルガノシロキサンとしても知られ、線状、環式、またはそれらの混合でありうる。ポリオルガノシロキサンのようなシリコーン化合物は、公知の方法に従ってたとえばオルガノジクロロシランを水と反応させることにより生成可能である。

本発明の特定の実施形態では、ロープの強度特性をさらに向上させるために、ロープは、後延伸されたものであるか、または少なくともその一次ストランドは、ロープの形態に集成する前に、好ましくは１００〜１２０℃の範囲内の温度で後延伸されたものである。そのようなロープ後延伸工程については、とくに欧州特許第０３９８８４３Ｂ１号明細書または米国特許第５９０１６３２号明細書に記載されている。

本発明はまた、ロープを作製するための、他のポリマー繊維と組み合わされたＰＴＦＥ繊維の使用に関する。ＰＴＦＥ繊維は、ＰＴＦＥの物理的性質が良好であるので要求の厳しい多くの用途で使用される。それは、優れた高温性能および低温性能、耐薬品性、ならびに紫外線暴露の結果としての損傷に対する耐性を有する。ＰＴＦＥ繊維の代表的な用途としては、デンタルフロス、ベアリング、ならびに種々のメンブレンおよび防水性かつ通気性の布としての使用が挙げられる。これらは、織成、編組、編成、およびニードルパンチをはじめとする広範にわたる一連のテキスタイルプロセスから形成される。ＰＴＦＥ繊維は、縫糸としても使用されるが、ロープに使用することについては発表されていない。ＰＴＦＥ繊維は、意外なことに、ロープ、特定的には使用時に頻繁に曲げられるより大きい直径のロープの耐用寿命を伸ばす。

好ましくは、本発明に係る使用は、ベンドオーバーシーブ用途のロープの作製における、少なくとも２．０Ｎ／ｔｅｘの靭性を有する高性能繊維と組み合わされたＰＴＦＥ繊維の適用に関する。ただし、他の繊維対ＰＴＦＥ繊維の質量比は、７０：３０〜９８：２である。より好ましくは、高性能繊維はＨＰＰＥ繊維である。

本発明に係るロープは、ポリマー繊維からロープを構築するためのおよび場合によりロープ被覆材を適用するための公知の技術を用いて作製可能である。

本発明に係るロープの好ましい作製方法は、ａ）７０：３０〜９８：２の質量比でＨＰＰＥ繊維とＰＴＦＥ繊維とを集成してロープヤーンを形成する工程と、ｂ）場合により、２本以上のこのロープヤーンを集成してストランドを形成する工程と、ｃ）このロープヤーンまたはこのストランドを編組してロープを形成する工程と、ｄ）場合により、ロープ被覆材を適用する工程と、を含む。

本発明に係る方法の好ましい実施形態は、繊維、ロープヤーン、ストランド、および被覆材の構成および／または組成に関連して上述したものに類似している。

本発明に係る方法は、たとえば、編組中にストランドを収容するキャリヤーが空になった場合、一方の一次ストランドの端を次の一次ストランドの端に組継ぎする工程をさらに含みうる。このようにすれば、破断強度の低下を引き起こすおそれのあるウィークスポットを含有するロープを生じることなく、ロープの長さを任意の所望の長さまで延長することが可能である。

本発明に係る方法はまた、編組工程の前に一次ストランドを後延伸する工程または他の選択肢としてロープを後延伸する工程をさらに含みうる。そのような延伸工程は、好ましくは、高温で、ただし、スタンド（ｓｔａｎｄｓ）中の（最も低い融点の）フィラメントの融点未満で行われ（＝熱延伸）、好ましくは１００〜１２０℃の範囲内の温度で行われる。そのような後延伸工程については、とくに欧州特許第３９８８４３Ｂ１号明細書または米国特許第５９０１６３２号明細書に記載されている。

意外なことに、ＨＰＰＥ繊維を含有する本発明に係るロープは、これまでに知られているロープよりも良好な撓み疲労を示す。したがって、本発明はまた、ＨＰＰＥ繊維と、ロープの撓み疲労を改良する少なくとも１つの手段と、を含むロープに関する。このロープは、撓み疲労を改良する手段を含まないロープと比較して撓み疲労が少なくとも５倍改良されることを特徴とする。好ましくは、撓み疲労は、少なくとも７倍、より好ましくは１０倍、さらにより好ましくは１３倍改良される。好ましい実施形態に対しては、たとえば、使用されるＨＰＰＥ繊維のタイプおよび量、ロープの直径などとしては、ＨＰＰＥ繊維とＰＴＦＥ繊維とを含有するロープに関連して以上に規定されたものと同一の好ましい選択肢があてはまる。

［ロープの撓み疲労の試験方法］
ロープの撓み疲労の試験方法については、米国特許第６，９４５，１５３Ｂ２号明細書に記載されている。この特許に開示されている試験装置および試験試料をそれぞれ本明細書の図１および図２に示す。図１は、試験装置２０を示している。この装置は、試験シーブ２２とテンションシーブ２４とを有する。力２６をシーブ２４に加えて試験試料に張力を生じさせ、かつ試料とシーブとの境界面に表面張力を生じさせる。第１の試験試料２８および第２の試験試料３０をシーブに掛けて配置し、連結器３２を用いてそれらの自由端を連結一体化させる。試験試料２８を図３に示す。試料２８は、ロープ部分３４とロープ部分の両端のアイスプライス３６とからなる。ロープ部分は、二回曲げゾーン３８とゾーン３８の両側に位置する２つの一回曲げゾーン４０とを含む。

１サイクルで、連結器がシーブに達するまで一方の方向にシーブを回転させてから同様にカップル（ｃｏｕｐｌｅｓ）がシーブに達するまで他方の方向に回転させる。このようにすると、二回曲げゾーン３８は、シーブを２回通過する。６．５秒間のサイクル周期に対応する５５４サイクル／時の頻度で、これを連続的に繰り返した。

シーブの直径は、試験ロープの直径の２０倍である。

シーブは、ロープと同一の直径の中央部５２を有する図３に示されるような溝を含む。フランジ角αは３０°であり、溝は、図３に示されるように中央部の両側から直線部５４に延在する。溝の全深さは、試験ロープの直径の０．７５倍である。力２６は、試験ロープの最大破断荷重（ＭＢＬ）の２×２２％である。

１サイクルのストロークは、シーブの直径の２．２２倍である。

撓み疲労は、破断により破損するまでロープが耐える合計サイクル数で表される。

［比較実験Ａ］
２０ｍｍシーブに嵌合しかつ完全にＨＰＰＥ繊維からなる標準的なロープを作製した。オランダ国のディーエスエム（ＤＳＭ）により供給された２６４０ｄｔｅｘのダイニーマ（Ｄｙｎｅｅｍａ）^ＴＭ ＳＫ７５をＨＰＰＥ繊維として使用した。

ロープヤーンの構成は、１０×２６４０ｄｔｅｘ、Ｓ／Ｚ撚り数１２ターン／メートルであった。ヤーンからストランドを作製した。ストランド構成は、７本のロープヤーン、Ｚ／Ｓ撚り数２０ターン／メートルであった。ストランドからロープを作製した。ロープ構成は、６．１ターン／メートル（１６４ｍｍのピッチ）を有する１２ストランド編組ロープであった。

ロープの破断荷重は４０．３トンであった。

以上に記載されるような試験方法に従ってロープの撓み疲労を試験した。

シーブ直径は４００ｍｍであった。サイクル周期は６．５秒間であった。シーブ２４に加えられた力は２×９．１５トンであった。

ロープは４１４５サイクル後に破損した。

［比較実験Ｂ］
ベンドオーバーシーブ用途向けに最適化された被覆材で比較実験Ａの標準的なロープを含浸した。

比較実験Ａのロープのときと同一の条件下で撓み疲労を試験した。ロープは１８６０８サイクル後に破損した。

［実施例１］
２０ｍｍシーブに嵌合する本発明に係るロープを作製した。ロープは、比較実験Ａで使用したＨＰＰＥ繊維（以下の構成ではＧで示される）と、米国のゴア（Ｇｏｒｅ）により供給されたｅ−ＰＴＦＥ ５００ｄｔｅｘ（以下の構成ではＤで示される）と、の混合物を含む複数のストランドを含んでいた。

ロープヤーンの構成は、Ｓ／Ｚ撚り数１２ターン／メートルを有する（９×２６４０ｄｔｅｘ Ｄ＋９×５００ｄｔｅｘ Ｇ）であった。

ストランド構成は、７本のロープヤーン、Ｚ／Ｓ撚り数２０ターン／メートルであり、ロープ構成は、６．１ターン／メートル（１６４ｍｍのピッチ）であった。

比較実験Ａのロープのときと同一の条件下で撓み疲労を試験した。ロープは２３１３２サイクル後に破損した。

［実施例２］
比較実験Ｂのロープに使用したのと同一の被覆材で実施例１のロープを含浸した。

比較実験Ａのロープのときと同一の条件下で撓み疲労を試験した。ロープは１２３５９１サイクル後に破損した。

図１は、試験装置２０を示している。この装置は、試験シーブ２２とテンションシーブ２４とを有する。力２６をシーブ２４に加えて試験試料に張力を生じさせ、かつ試料とシーブとの境界面に表面張力を生じさせる。第１の試験試料２８および第２の試験試料３０をシーブに掛けて配置し、連結器３２を用いてそれらの自由端を連結一体化させる。 試験試料２８を図３に示す。試料２８は、ロープ部分３４とロープ部分の両端のアイスプライス３６とからなる。ロープ部分は、二回曲げゾーン３８とゾーン３８の両側に位置する２つの一回曲げゾーン４０とを含む。 シーブは、ロープと同一の直径の中央部５２を有する図３に示されるような溝を含む。フランジ角αは３０°であり、溝は、図３に示されるように中央部の両側から直線部５４に延在する。溝の全深さは、試験ロープの直径の０．７５倍である。

Claims (11)

1. 高性能ポリエチレン繊維とポリテトラフルオロエチレン繊維との混合物を含む複数のストランドと、
   ロープのコアとして、前記高性能ポリエチレン繊維、前記ポリテトラフルオロエチレン繊維でないさらなる繊維、または前記高性能ポリエチレン繊維と前記さらなる繊維との混合物からなるさらなる１本以上のストランドと、を含有し、
   前記ロープ全体を基準にして前記高性能ポリエチレン繊維と前記ポリテトラフルオロエチレン繊維との質量比が７０：３０〜９８：２であるロープ。
2. 前記ロープが編組構成をとる、請求項１に記載のロープ。
3. 前記ロープが８本または１２本のストランドを含有する、請求項１または２に記載のロープ。
4. 前記ロープが少なくとも３０ｍｍの直径を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のロープ。
5. 前記高性能ポリエチレン繊維が少なくとも２．５Ｎ／ｔｅｘの靭性を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のロープ。
6. 前記ポリテトラフルオロエチレン繊維が少なくとも０．３Ｎ／ｔｅｘの靭性を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のロープ。
7. 前記質量比が８０：２０〜９５：５である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のロープ。
8. 前記ロープが２〜２０質量％のシリコーン化合物をさらに含有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のロープ。
9. ロープを作製するための、他のポリマー繊維と組み合わされたポリテトラフルオロエチレン繊維の使用であって、
   高性能ポリエチレン繊維とポリテトラフルオロエチレン繊維との混合物を含む複数のストランドと、
   前記ロープのコアとして、前記高性能ポリエチレン繊維、前記ポリテトラフルオロエチレン繊維でないさらなる繊維、または前記高性能ポリエチレン繊維と前記さらなる繊維との混合物からなるさらなる１本以上のストランドと、をロープに含有させ、
   前記ロープ全体を基準にして前記高性能ポリエチレン繊維と前記ポリテトラフルオロエチレン繊維との質量比を７０：３０〜９８：２とする使用。
10. 撓み疲労を改良する手段を含まないロープと比較して撓み疲労が少なくとも５倍改良されることを特徴とする、ＨＰＰＥ繊維とロープの撓み疲労を改良する少なくとも１つの手段とを含むロープであって、
    高性能ポリエチレン繊維とポリテトラフルオロエチレン繊維との混合物を含む複数のストランドと、
    前記ロープのコアとして、前記高性能ポリエチレン繊維、前記ポリテトラフルオロエチレン繊維でないさらなる繊維、または前記高性能ポリエチレン繊維と前記さらなる繊維との混合物からなるさらなる１本以上のストランドと、を含有し、
    前記ロープ全体を基準にして前記高性能ポリエチレン繊維と前記ポリテトラフルオロエチレン繊維との質量比が７０：３０〜９８：２であるロープ。
11. ベンドオーバーシーブ用途における荷重支持部材としての、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のロープの使用。

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