JP5199092B2 - フルオロポリマーファイバーを組み込んだワイヤーロープ - Google Patents
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Description
各個別のファイバーの単位あたりの質量を、Denver Instruments. Inc. Model AA160分析秤を用いて9m長さのファイバー試料を秤量し、およびそのグラム単位で表された質量を1000倍してデニール単位にすることによって、測定した。全ての引張試験は室温で圧空式ファイバー把持部を備えた引張試験装置(Zellweger USTER(登録商標)TENSORAPID 4, Uster, Switzerland)で、350mmの長さのゲージおよび330mm/分のクロスヘッド速度を用いて、行った。結果として、ひずみ速度は94.3%/分であった。ファイバーの破断強度は、ピーク力と呼ばれ、これを記録した。3つの試料を試験し、そしてそれらの平均破断強度を計算した。g/dで表される個別のファイバー試料の平均引張強さ(tenacity)を、グラムで表される平均破断強度を個別のファイバーのデニール値で割り算をすることによって計算した。ワイヤー、ストランドまたはロープを試験する場合、これらの試料の平均引張強さは、ワイヤー、ストランドまたはロープの平均破断強度(グラム単位)をワイヤー、ストランドまたはロープの長さあたりの質量(デニール単位で表される)で割り算することによって計算した。ワイヤー、ストランドまたはロープのデニール値は、試料の質量を測定することによって、または試料の個別の成分のデニール値を合計することによって、測定した。
ファイバー密度は以下の手法を用いて測定した。本質的に丸型の断面輪郭を有するファイバーの場合、ファイバー体積は一定の長さのファイバーの平均直径から計算し、そして密度はファイバー体積およびファイバーの質量から計算した。本質的に長方形の断面輪郭を有するファイバーの場合、ファイバー体積は一定の長さのファイバーの平均厚さおよび幅の値から計算し、またファイバー密度はファイバー体積およびファイバーの質量から計算した。
ファイバー試料密度(g/cc)=M/V。
この摩耗試験は、湿潤および乾燥したヤーンオンヤーン耐摩耗性に関するASTM標準試験方法(D6611−00)を出典とする。この試験方法はロープ、特に海洋環境で使用されることを意図したロープの構造物で使用されるヤーンの試験に適用される。
金属ワイヤーに加えた材料の量は、ファイバー質量パーセント(ファイバーwt%)で示される。ファイバー質量パーセントは、異なる数の追加的ファイバーをその金属ワイヤーに結集させることによって変化する。ファイバー質量パーセントはファイバー材料(すなわち、非金属ワイヤー材料)の質量のファイバーと金属ワイヤー複合体の質量に対する比に100%を乗じて計算した。
図5に示したように、ワイヤーロープ50の一端を回転動力工具(Craftsman model 572.611200, Sears, Roebuck and Co., Hoffman Estates, IL)のチャック52で把持し、および他端は自由にアイドリングするチャック54で把持した。回転工具のチャックと自由にアイドリングするチャックは、同じ高さになり、且つ平行な軸を有するように配置した。したがってロープは180度の円弧に曲げられた。チャックの中心線は7.1cm離れており、そしてロープの試験長さ(すなわちチャック間のロープの長さ)は11.4cmであった。工具のチャックの初期回転速度は3000〜5000rpmの範囲内であった。
ワイヤーロープ60を、図6に示される滑車上曲げ装置に取り付けた。末端は環状(ループ)にし、および1/16インチ(0.159cm)ワイヤークランプ62を使用して付着させた。一端をクランプ63で固定保持し、一方他端を自由に回転する真鍮の滑車64に付着させ、これは順々に回転するホイール66に付着する。ロープはアイドラー(遊動輪)滑車65の上を通した。試験滑車69に付着したポストにおもりをつけた。試験滑車は0.750インチ(1.9cm)直径の硬化鋼の滑車であり、0.084インチ(0.213cm)直径のグローブを有する。108.3lb(49.1kg)のおもり61を吊すことによって、張力をかけた。試験サイクル速度は1Hzであった。破綻は、ワイヤーロープが完全に破断しておもりが落下することと定義した。三つの試料を試験し、破綻までの平均サイクル数を記録した。
気孔率は百分率の気孔率で表され、そして1からPTFEのバルク密度と当該物品の平均密度(本明細書の前半に記載)の商を引き算して、それから100%を乗じて求めた。この計算の目的に関して、PTFEのバルク密度は2.2g/ccとした。PVDFおよびETFEのバルク密度はそれぞれ1.8g/cc、1.7g/ccとした。
(a)直径0.32mm、単位長さあたりの質量5840デニール、および破断強度9.1kgの鉄ワイヤーを得た(Zinc Phos Braiding Wire 35, Techstrand, Lansing, IL)。ある長さのこのワイヤーを後ろに折り曲げて自身に接するようにし、そして絡ませて(捻って)完全に360度一巻きし、それから前述の摩耗試験方法に従って試験した。試験結果を表2に示す。
(b)別の長さのこのワイヤーを摩耗試験のための準備中に前述の比較例1(a)のように絡み合わせた。この場合、高温リチウムグリース(Mobilgrease XHP222, Exxon Mobil Corp., Fairfax, VA)を試験試料を捻る前に試験試料の外表面に大量に使用した。この試験は前述したのと同じやり方で実施した。試験結果を表2に示す。
直径0.32mm、単位長さあたりの質量6652デニール、および破断強度2.0kgの銅ワイヤー(28AWG SPC wire from Phelps Dodge)。ある長さのこのワイヤーを後ろに折り曲げて自身に接するようにし、そして絡ませて完全に360度一巻きし、それから張力が試験試料の破断強度の15%相当であったことを除いて、前述の摩耗試験方法に従って試験した。試験結果を表2に示す。
直径0.22mm、単位長さあたりの質量2710デニール、および破断強度4.7kgの鉄ワイヤーを得た(Zinc Phos Braiding Wire 35, Techstrand, Lansing, IL)。0.067cm直径のセラミックのサイジングスリーブを用いて、0.49cm/一巻きのピッチで6オーバー1の右巻きに撚った鉄ワイヤーストランドを作った。ある長さのこの6オーバー1鉄ワイヤーストランドを折り、そして絡み合わせて、そして前述の摩耗試験方法に従ってこの試験試料の平均破断強度の2%に相当する張力で試験をした。試験結果を表2に示す。
(a)7×7ワイヤーロープを鉄ワイヤー(Zinc Phos Braiding Wire 35, Techstrand, Lansing, IL)から作った。第一に、この鉄ワイヤーで比較例3の右巻きに撚った6オーバー1ストランドを作った。このロープを使用し、0.20cm直径のセラミックのサイジングスリーブを用いて、1.55cm/一巻きのピッチで左巻きに撚った7×7ワイヤーロープを構築した。この7×7ワイヤーロープの3つの試料を前述の回転ビーム試験方法に従って試験した。工具チャックの平均初期回転速度は3367rpm(範囲:3200〜3700rpm)であった。破綻までの平均サイクル数は45297サイクルであった。試験結果を表3に示す。
(b)ロープを10Wオイル(Almo 525, Exxon Mobil Corp., Fairfax, VA22037)で潤滑処理したことを除いて、比較例4aで記載したとおりに、7×7ワイヤーロープを作った。この7×7ワイヤーロープは、1.5分間このオイルに浸し、それから余剰のオイルを拭き取って、潤滑処理した。4つの試料を前述の回転ビーム試験方法に従って試験した。工具チャックの平均初期回転速度は4650rpm(範囲:4500〜4900rpm)であった。破綻までの平均サイクル数は94377サイクルであった。試験結果を表3に示す。
例4aで記載されたとおりに7×7ワイヤーロープを構築した。このロープの3つの試料を、前述したような滑車上曲げ試験にかけた。この3つの試料に関する破綻までの平均サイクル数は2096サイクルであった。試験結果を表4に示す。
(a)延伸PTFEモノフィラメントファイバー(品番 V112447, W.L. Gore & Associates, Elkton MD)を得た。このファイバーの特性は表1に示される。このePTFEファイバーを、直径0.32mm、単位長さあたりの質量5840デニール、および破断強度9.1kgの単一の鉄ワイヤー(Zinc Phos Braiding Wire 35, Techstrand, Lansing, IL)と結集させた。このファイバーの一つをこのワイヤーのひとつと結集させた。ファイバー質量パーセントを測定した。この二つの材料を絡み合わせて、そして前述の摩耗試験方法に従って試験した。試験結果を表2に示す。
(b)二つのファイバーを一つのワイヤーと結集させたことをのぞき、例1(a)を繰り返した。試験結果を表2に示す。
(c)四つのファイバーを一つのワイヤーと結集させたことをのぞき、例1(a)を繰り返した。試験結果を表2に示す。
(d)六つのファイバーを一つのワイヤーと結集させたことをのぞき、例1(a)を繰り返した。試験結果を表2に示す。
(e)例1aの二つの長さのePTFEファイバーと別の長さの鉄ワイヤーを得てそして試験をした。しかしながら、この場合、高温リチウムグリース(Mobilgrease XHP222, Exxon Mobil Corp., Fairfax, VA)を、この試験試料を捻る前にこの試験試料の外表面に大量に適用した。試験は前述したのと同じやり方で行った。試験結果を表2に示す。
以下の特性:単位長さあたりの質量769デニール、引張強さ2.4g/d、および直径0.29mmを有する、延伸PTFEモノフィラメントファイバーを得た。このファイバーの特性は表1に示される。このePTFEファイバーを、直径0.32mm、単位長さあたりの質量5840デニール、および破断強度9.1kgの単一の鉄ワイヤー(Zinc Phos Braiding Wire 35, Techstrand, Lansing, IL)と結集させた。この二つの材料を絡み合わせて、そして前述の摩耗試験方法に従って試験した。試験結果を表2に示す。
(a)延伸PTFEモノフィラメントファイバー(品番 V111617, W.L. Gore & Associates, Elkton MD)を得た。このファイバーの特性は表1に示される。このePTFEファイバーを、直径0.32mm、単位長さあたりの質量5840デニール、および破断強度9.1kgの単一の鉄ワイヤー(Zinc Phos Braiding Wire 35, Techstrand, Lansing, IL)と結集させた。このファイバーの一つをこのワイヤーのひとつと結集させた。ファイバー質量パーセントを測定した。この二つの材料を絡み合わせて、そして前述の摩耗試験方法に従って試験した。試験結果を表2に示す。
(b)二つのファイバーを一つのワイヤーと結集させたことをのぞき、例3(a)を繰り返した。試験結果を表2に示す。
(c)四つのファイバーを一つのワイヤーと結集させたことをのぞき、例3(a)を繰り返した。試験結果を表2に示す。
(d)六つのファイバーを一つのワイヤーと結集させたことをのぞき、例3(a)を繰り返した。試験結果を表2に示す。
(a)PVDFモノフィラメントファイバー(品番 11AIX-915, Albany International, Albany, NY)を得た。このファイバーの特性は表1に示される。このPVDFファイバーを、直径0.32mm、単位長さあたりの質量5840デニール、および破断強度9.1kgの単一の鉄ワイヤー(Zinc Phos Braiding Wire 35, Techstrand, Lansing, IL)と結集させた。このファイバーの一つをこのワイヤーのひとつと結集させた。ファイバー質量パーセントを測定した。この二つの材料を絡み合わせて、そして前述の摩耗試験方法に従って試験した。試験結果を表2に示す。
(b)二つのファイバーを一つのワイヤーと結集させたことをのぞき、例4(a)を繰り返した。試験結果を表2に示す。
(c)四つのファイバーを一つのワイヤーと結集させたことをのぞき、例4(a)を繰り返した。試験結果を表2に示す。
(a)エチレン−テトラフルオロエチレン(ETFE)マルチフィラメントフルオロポリマーファイバー(E.I. DuPont deNemours, Inc., Wilmington, DEから市販される品番 HT2216)を得た。このファイバーの特性は表1に示される。このETFEファイバーを、直径0.32mm、単位長さあたりの質量5840デニール、および破断強度9.1kgの単一の鉄ワイヤー(Zinc Phos Braiding Wire 35, Techstrand, Lansing, IL)と結集させた。このファイバーの一つをこのワイヤーのひとつと結集させた。ファイバー質量パーセントを測定した。この二つの材料を絡み合わせて、そして前述の摩耗試験方法に従って試験した。試験結果を表2に示す。
(b)二つのファイバーを一つのワイヤーと結集させたことをのぞき、例5(a)を繰り返した。試験結果を表2に示す。
エチレン−テトラフルオロエチレン(ETFE)モノフィラメントフルオロポリマーファイバー(品番 20T3-3PK, Albany International, Albany, NY)を得た。このファイバーの特性は表1に示される。二つのこのETFEファイバーを、直径0.32mm、単位長さあたりの質量5840デニール、および破断強度9.1kgの単一の鉄ワイヤー(Zinc Phos Braiding Wire 35, Techstrand, Lansing, IL)と結集させた。この二つの材料を絡み合わせて、そして前述の摩耗試験方法に従って試験した。試験結果を表2に示す。
(a)マトリックス−スピンPTFEマルチフィラメントファイバー(品番 6T013. E.I. DuPont deNemours, Inc., Wilmington, DE)を得た。このファイバーの特性は表1に示される。このマトリックス−スピンPTFEマルチフィラメントファイバーを、直径0.32mm、単位長さあたりの質量5840デニール、および破断強度9.1kgの単一の鉄ワイヤー(Zinc Phos Braiding Wire 35, Techstrand, Lansing, IL)と結集させた。このファイバーの一つをこのワイヤーのひとつと結集させた。ファイバー質量パーセントを測定した。この二つの材料を絡み合わせて、そして前述の摩耗試験方法に従って試験した。試験結果を表2に示す。
(b)二つのファイバーを一つのワイヤーと結集させたことをのぞき、例7(a)を繰り返した。試験結果を表2に示す。
(c)三つのファイバーを一つのワイヤーと結集させたことをのぞき、例7(a)を繰り返した。試験結果を表2に示す。
(a)例1aの延伸PTFEモノフィラメントファイバーを得て、そして直径0.32mm、単位長さあたりの質量6652デニール、および破断強度2.0kgの単一の銅ワイヤー(Phelps Dodgeから市販される28AWG SPC wire)と絡み合わせた。このファイバーの一つをこのワイヤーのひとつと結集させた。ファイバー質量パーセントを測定した。この二つの材料を絡み合わせて、そして張力がこの試験試料の破断強度の15%相当であることを除いて、前述の摩耗試験方法に従って試験した。試験結果を表2に示す。
(b)二つのファイバーを一つのワイヤーと結集させたことをのぞき、例8(a)を繰り返した。試験結果を表2に示す。
(c)三つのファイバーを一つのワイヤーと結集させたことをのぞき、例8(a)を繰り返した。試験結果を表2に示す。
例1aのePTFEモノフィラメントファイバー六つと、径0.22mm、単位長さあたりの質量2710デニール、および破断強度4.7kgの単一の鉄ワイヤー(Zinc Phos Braiding Wire 35, Techstrand, Lansing, IL)7つとを得て、そしてこれらを結集してストランドを形成した。このストランドは、6つのePTFEファイバーを同時に6つの鉄ワイヤーとともに7番目の鉄ワイヤーに提供することによって、作った。各ePTFEファイバーは、鉄ワイヤーの近くに提供し、結果として図2Bのストランド14で示され得るような互い違いのワイヤーパターンをもたらす。ePTFEファイバーで右巻きに撚った鉄ワイヤーストランドを、0.08cm直径の割って型締めするダイ(split closing die)を用いて、0.49cm/一巻きのピッチで構築した。このストランド構造物を絡み合わせて、そしてこの試験試料の平均破断強度の2%に相当する張力で前述の摩耗試験方法に従って試験をした。試験結果を表2に示す。
(a)例9で記載したとおりに、(例1aの)ePTFEモノフィラメントファイバーおよび鉄ワイヤー(Zinc Phos Braiding Wire 35, Techstrand, Lansing, IL) からストランドを作った。このePTFEファイバーの特性は表1に示される。それからこのストランドを使用して、0.22cm直径のセラミックのサイジングスリーブを用いて、1.55cm/一巻きのピッチで、7×7の左巻きに撚ったワイヤーロープ構造物を作った。
3つの試料を前述の回転ビーム試験方法に従って試験した。工具チャックの平均初期回転速度は4300rpm(範囲:3600〜4900rpm)であった。破綻までの平均サイクル数は62194サイクルであった。試験結果を表3に示す。
(b)ロープを10Wオイル(Almo 525, Exxon Mobil Corp., Fairfax, VA22037)で潤滑処理したことを除いて、例10aで記載したとおりに、7×7ワイヤーロープを作った。このワイヤーロープは、1.5分間このオイルに浸し、それから余剰のオイルを拭き取って、潤滑処理した。3つの試料を前述の回転ビーム試験方法に従って試験した。工具チャックの平均初期回転速度は4667rpm(範囲:4600〜4700rpm)であった。破綻までの平均サイクル数は117912サイクルであった。試験結果を表3に示す。
例10aで記載されたとおりに、(例1aの)ePTFEモノフィラメントファイバーおよび鉄ワイヤー(Zinc Phos Braiding Wire 35, Techstrand, Lansing, IL) から7×7ワイヤーロープを構築した。このロープの試料を、前述したような滑車上曲げ試験にかけた。この3つの試料に関する破綻までの平均サイクル数は3051サイクルであった。試験結果を表4に示す。
フルオロポリマーファイバーを金属ワイヤー構造物に加えることで、本発明のストランドまたはワイヤーロープの耐久力は、実施した全ての耐久力試験で一貫して且つ著しく増加した。三つの異なるタイプの耐久力試験を用いて、この物品の向上した寿命を実証した。使用したフルオロポリマーファイバーの各タイプについて、試験したファイバー質量パーセントの範囲にわたって、より多くのフルオロポリマーファイバーを含む構造物ほど、耐久力は常に高くなった。全ての場合で、単一または複数のファイバーを単純なやり方で、最も簡単な構造であるワイヤーに対してはファイバーを撚り、そして編み機を含むより複雑な構造物においてはワイヤーに平行にファイバーを送り込んで、加えた。
Claims (29)
- (a)それぞれが少なくとも一つの金属ワイヤーを含む複数のストランド;
(b)該ストランド中にあるすくなくとも一つのフルオロポリマーファイバー、
を含んでなり、
該フルオロポリマーファイバーがPTFEを含み、且つ、25質量%未満の量で存在するワイヤーロープ。 - フルオロポリマーファイバーが20質量%未満の量で存在する、請求項1に記載のワイヤーロープ。
- フルオロポリマーファイバーが15質量%未満の量で存在する、請求項1に記載のワイヤーロープ。
- フルオロポリマーファイバーが10質量%未満の量で存在する、請求項1に記載のワイヤーロープ。
- フルオロポリマーファイバーが5質量%未満の量で存在する、請求項1に記載のワイヤーロープ。
- フルオロポリマーファイバーがモノフィラメントである、請求項1に記載のワイヤーロープ。
- フルオロポリマーファイバーがフィラーを含んでなる、請求項1に記載のワイヤーロープ。
- (a)それぞれが少なくとも一つのステンレス鋼ワイヤーを含む複数のストランド;
(b)該ストランド中にあるすくなくとも一つの延伸PTFEファイバー、
を含んでなるワイヤーロープであって、ここで前記延伸PTFEファイバーがモノフィラメントであり且つ10質量%未満の量で存在する、ワイヤーロープ。 - さらに潤滑剤を含んでなる、請求項1に記載のワイヤーロープ。
- 金属ワイヤーが鉄である、請求項1に記載のワイヤーロープ。
- 金属ワイヤーが銅である、請求項1に記載のワイヤーロープ。
- 請求項1に記載のワイヤーロープを含んでなる、リフト/ホイスト/リギングおよびウインチロープ。
- 請求項1に記載のワイヤーロープを含んでなる、制御ケーブル。
- 請求項1に記載のワイヤーロープを含んでなる、電線。
- 請求項1に記載のワイヤーロープを含んでなる、海洋および釣りロープ。
- 請求項1に記載のワイヤーロープを含んでなる、強化ロープ。
- 請求項1に記載のワイヤーロープを含んでなる、構造物用ロープ。
- 請求項1に記載のワイヤーロープを含んでなる、動策(ランニングロープ)。
- 請求項1に記載のワイヤーロープを含んでなる、電気機械ケーブル。
- 少なくとも一つの金属ワイヤーおよび少なくとも一つのフルオロポリマーファイバーを含んでなる、ストランド。
- フルオロポリマーファイバーが25質量%未満の量で存在する、請求項20に記載のストランド。
- フルオロポリマーファイバーが20質量%未満の量で存在する、請求項20に記載のストランド。
- フルオロポリマーファイバーが15質量%未満の量で存在する、請求項20に記載のストランド。
- フルオロポリマーファイバーが10質量%未満の量で存在する、請求項20に記載のストランド。
- フルオロポリマーファイバーが5質量%未満の量で存在する、請求項20に記載のストランド。
- (a)金属ファイバーを用意すること;
(b)フルオロポリマーファイバーを用意すること;
(c)金属ファイバーとフルオロポリマーファイバーを一緒に結集して、ストランドを形成すること;および
(d)ストランドを一緒に結集して、ワイヤーロープを形成すること、
を含んでなるワイヤーロープの製造方法。 - 請求項26に記載のワイヤーロープを製造する方法であって、ここでフルオロポリマーファイバーが実質的に丸型断面を有する方法。
- ワイヤーロープに、少なくとも一つの金属ワイヤーおよび少なくとも一つのフルオロポリマーファイバーを含んでなるストランドを組み込む工程を含んでなる、ワイヤーロープの耐久力を増加させる方法。
- 金属ワイヤーストランドに少なくとも一つのフルオロポリマーファイバーを組み込む工程を含んでなる、金属ワイヤーストランドの耐久力を増加させる方法。
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