KR101758939B1 - 코팅된 고강도 섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 가교결합된 실리콘 중합체의 코팅을 포함하는 고강도 섬유, 및 상기 섬유로 제조된 로프에 관한 것이다. 상기 섬유는 바람직하게는 고성능 폴리에틸렌(HPPE) 섬유이다. 가교결합된 실리콘 중합체를 포함하는 코팅은, 가교결합성 실리콘 중합체를 포함하는 코팅 조성물로부터 제조된다. 상기 로프는, 굽힘 용도(예컨대, 사이클릭 벤드-오버-시브 용도)에서 상당히 개선된 서비스 수명 성능을 나타낸다. 본 발명은 또한, 굽힘 피로 내성의 개선을 위한, 로프 중의 가교결합된 실리콘 중합체의 용도에 관한 것이다.

Description

코팅된 고강도 섬유{COATED HIGH STRENGTH FIBERS}
본 발명은, 코팅된 고강도 섬유, 및 로프 제조를 위한 상기 섬유의 용도에 관한 것이다. 상기 섬유는, 섬유의 반복된 굽힘을 수반하는 용도에 특히 적합하다. 본 발명은 또한, 상기 코팅된 섬유 및 상기 로프의 제조 방법에 관한 것이다.
로프의 반복된 굽힘을 수반하는 용도(이후로 "굽힘 용도"로도 지칭됨)는, 벤드-오버-시브(bend-over-sheave) 용도를 포함한다. 벤드-오버-시브 용도를 위한 로프는, 본 출원의 문맥에서, 리프팅 또는 설치 용도(예컨대, 해양, 해양학, 해양 석유 및 가스, 지진, 상업용 어업, 및 기타 산업적 시장)에 전형적으로 사용되는 하중-지지 로프로 간주된다. 벤드-오버-시브 용도로도 지칭되는 이러한 용도 동안, 상기 로프는 흔히, 예를 들어 드럼, 계주(bitt), 도르래, 시브 등의 위쪽에서 당겨져서, 상기 로프의 마찰 및 굽힘이 발생한다. 로프는 이러한 잦은 굽힘 또는 휨에 노출되는 경우, 외부 및 내부 마모, 마찰열 등으로부터 기인하는 로프 및 섬유 손상으로 인해 파괴될 수 있으며, 이러한 피로 파괴는 흔히 굽힘 피로 또는 휨(flex) 피로로 지칭된다.
공지된 로프의 결점은, 잦은 굽힘 또는 휨에 노출되는 경우, 서비스 수명이 계속 제한된다는 것이다. 따라서, 산업에서는, 긴 시간 동안의 굽힘 용도에서 개선된 성능을 나타내는 로프가 필요하다.
다른 것들 중에서 특히, 로프 중의 섬유들 간의 내부 마모로부터 기인하는 강도 손실을 감소시키기 위해, 로프 스트랜드에 중합체 섬유들의 특정 혼합물을 적용하는 것이 미국 특허 제 6,945,153 B2 호에서 제안되었다. 미국 특허 제 6,945,153 B2 호는, 브레이드화된(braided) 로프의 제조를 기술하고 있으며, 여기서 상기 스트랜드는, 40:60 내지 60:40 비의 고성능 폴리에틸렌 섬유와 유방성 또는 열방성 중합체 섬유의 혼합물을 함유하였다. 상기 유방성 또는 열방성 액정 섬유(예컨대, 방향족 폴리아마이드(아라미드) 또는 폴리비스옥사졸(PBO))는 크립 파열에 우수한 내성을 제공하지만, 자가-마모에는 매우 민감한 것으로 나타났다. 반면에, HPPE 섬유는, 최소량의 섬유-대-섬유 마모를 나타내지만, 크립 파괴되기 쉬운 것으로 언급되었다.
벤드-오버-시브 용도에 사용되고 고 강인도 폴리올레핀 섬유를 포함하는 로프는 국제 특허 출원 공개 제 WO2007/101032 호 및 제 WO2007/062803 호에 공지되어 있다. 국제 특허 출원 공개 제 WO2007/101032 호에서, 상기 로프는, 아미노 작용성 실리콘 수지 및 중화된 저분자량 폴리에틸렌 왁스를 포함하는 (유체) 조성물로 코팅된 섬유로부터 제조된다. 국제 특허 출원 공개 제 WO2007/062803 호는, 고성능 폴리에틸렌 섬유 및 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유로 제조된 로프를 기술하고 있다. 상기 로프는, 유체 폴리오가노실록산인 실리콘 화합물을 3 내지 18 중량% 함유할 수 있다.
따라서, 선행 기술에 따르면, 벤드-오버-시브 용도를 위한 로프에 사용되는 고강도 섬유를 코팅하기 위해 유체 실리콘 조성물(실리콘 오일로도 지칭됨)을 사용하는 것이 제안되었다. 이러한 오일의 결점은, 상기 로프가 승온에서 장력 하에 놓이는 경우, 상기 실리콘 오일이 상기 로프 밖으로 "밀려서", 상기 로프 성능에 대한 이로운 효과를 상실하는 경향이 있다는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 굽힘 용도에 대해 개선된 특성을 갖는 고강도 섬유 및 상기 고강도 섬유로 제조된 로프를 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은, 굽힘 용도에 대해 개선된 특성을 갖는 로프를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 가교결합된 실리콘 중합체로 코팅된 고강도 섬유로 달성된다. 상기 코팅은 바람직하게는, 가교결합성 실리콘 중합체를 포함하는 코팅 조성물로 제조된다.
본 발명의 코팅된 고강도 섬유의 이점은, 상기 섬유로 로프가 제조되는 경우에 상기 섬유의 개선된 내마모성이다. 또한, 가교결합되거나 경화된 실리콘 코팅을 사용하면, 씻겨나가지 않으며 가요성 및 내열성인 코팅이 제공된다.
특히, 상기 코팅은 고강도 섬유(특히, HPPE 섬유)와 우수한 혼화성을 갖는다.
고강도 섬유에, 가교결합된 실리콘 중합체를 포함하는 코팅을 제공하는 경우, 이러한 섬유를 사용하여 제조된 로프는 놀랍도록 개선된 굽힘 피로 내성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 발명은 또한, 고강도 섬유를 함유하는 로프를 제공하며, 이때 상기 고강도 섬유는, 가교결합된 실리콘 중합체로 코팅된 것이다.
제 2 양태에 따르면, 본 발명은, 고강도 섬유를 포함하는 로프를 제공하며, 이때 상기 로프에는, 가교결합된 실리콘 중합체를 포함하는 코팅이 제공된다.
본 발명에 따른 로프의 다른 이점은, 상기 로프가 고강도 효율을 가짐(즉, 상기 로프의 강도가 이의 구성 섬유의 강도보다 상대적으로 높은 %임을 의미함)을 포함한다. 상기 로프는 또한, 정지 마찰력(저장) 및 드럼 윈치에 대해 우수한 성능을 나타내며, 가능한 손상이 쉽게 점검될 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한, 굽힘 용도(예를 들어, 벤드-오버-시브 용도, 예컨대 끌어올림(hoisting) 용도)에서 하중-지지 부재로서의, 본원에 추가로 기술되는 바와 같은 구조 및 조성을 갖는 로프의 용도에 관한 것이다. 상기 로프는 또한, 로프의 고정된 부분(들)이 긴 시간에 걸쳐 반복적으로 굽혀지는 용도에 사용하기 적합하다. 이의 예는, 해저 설치, 채굴, 재생 에너지 등의 용도를 포함한다.
본 발명은 또한, 굽힘 피로 내성의 개선을 위한, 로프 중의 가교결합된 실리콘 중합체의 용도에 관한 것이다.
본 발명에서, 고강도 섬유 또는 로프 상의 코팅은, 가교결합성 실리콘 중합체를 포함하는 코팅 조성물을 적용함으로써 수득된다. 상기 코팅 조성물을 로프 또는 섬유에 적용한 후, 예를 들어 상기 가교결합성 실리콘 중합체의 가교결합을 유발하도록 가열함으로써, 상기 코팅 조성물을 경화시킨다. 상기 가교결합은 또한, 숙련자에게 공지된 임의의 다른 적합한 방법에 의해 유도될 수 있다. 상기 코팅 조성물의 경화를 위한 온도는 20 내지 200℃, 바람직하게는 50 내지 170℃, 더욱 바람직하게는 120 내지 150℃이다. 상기 경화 온도는, 효과적인 경화를 위해 너무 낮아서는 안된다. 상기 경화 온도가 너무 높아지면, 고강도 섬유가 열화되고 강도가 상실될 위험이 발생한다.
코팅 및 이어서 경화 전후의 상기 로프 또는 섬유의 중량을 측정하여, 가교결합된 코팅의 중량을 계산한다. 섬유의 경우, 상기 가교결합된 코팅의 중량은 섬유의 총 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 1 내지 10 중량%이다. 로프의 경우, 바람직하게, 상기 가교결합된 코팅의 중량은 로프 및 코팅의 총 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%, 바람직하게는 2 내지 15 중량%이다.
가교결합도는 제어될 수 있다. 가교결합도는, 예를 들어 가열 온도 또는 시간에 의해 제어될 수 있다. 다른 방식으로 수행되는 경우, 가교결합도는 숙련자에게 공지된 방법으로 제어될 수 있다. 가교결합도의 측정은 다음과 같이 수행할 수 있다:
(적어도 부분적으로) 가교결합된 코팅을 구비한 로프 또는 섬유를 용매에 침지한다. 상기 용매는, 상기 중합체 중의 가교결합되지 않은 추출가능한 성분(주로, 단량체) 그룹은 용해되고 가교결합된 네트워크는 용해되지 않도록 선택된다. 바람직한 용매는 헥산이다. 상기 용매에 침지한 후에 상기 로프 또는 섬유를 칭량함으로써, 비-가교결합된 부분의 중량을 결정할 수 있으며, 상기 추출가능한 성분에 대한 상기 가교결합된 실리콘의 비를 계산할 수 있다.
바람직한 가교결합도는 20% 이상이며, 즉, 상기 코팅의 총 중량을 기준으로 상기 코팅의 20 중량% 이상이, 용매 추출 후 섬유 또는 로프 상에 남아 있다. 더욱 바람직하게, 가교결합도는 30% 이상, 더욱 바람직하게는 50% 이상이다. 최대 가교결합도는 약 100%이다.
바람직하게, 상기 가교결합성 실리콘 중합체는, 반응성 말단기를 갖는 실리콘 중합체를 포함한다. 상기 실리콘 중합체의 말단기에서의 가교결합이, 우수한 굽힘 내성을 제공한다는 것이 밝혀졌다. 반복 단위의 분지에서보다 말단기에서 가교결합된 실리콘 중합체는 덜 강성의 코팅을 제공한다. 이에 제한되고자 하지 않으면서, 본 발명자는, 상기 로프의 개선된 특성을 상기 코팅의 덜 강성인 구조 덕분인 것으로 돌린다.
바람직하게, 상기 가교결합성 말단기는 알킬렌 말단기, 더욱 바람직하게는 C2-C6 알킬렌 말단기이다. 특히, 상기 말단기는 비닐기 또는 헥센일기이다. 일반적으로, 비닐기가 바람직하다.
바람직하게, 상기 가교결합성 실리콘 중합체는 하기 화학식 1의 구조를 갖는다:
[화학식 1]
CH2=CH-(Si(CH3)2-O)n-CH=CH2
상기 식에서, n은 2 내지 200, 바람직하게는 10 내지 100, 더욱 바람직하게는 20 내지 50이다.
바람직하게, 상기 코팅 조성물은 추가로 가교결합제를 함유한다. 상기 가교결합제는 하기 화학식 2의 구조를 갖는다:
[화학식 2]
Si(CH3)3-O-(SiCH3H-O)m-Si(CH3)3
상기 식에서, m은 2 내지 200, 바람직하게는 10 내지 100, 더욱 바람직하게는 20 내지 50이다.
바람직하게, 상기 코팅 조성물은 추가로, 상기 가교결합성 실리콘 중합체를 가교결합시키기 위한 금속 촉매를 포함하며, 상기 금속 촉매는 바람직하게는 백금, 팔라듐 또는 로듐, 더욱 바람직하게는 백금 금속 착체 촉매이다. 이러한 촉매는 숙련자에게 공지되어 있다.
바람직하게, 상기 코팅 조성물은, 상기 가교결합성 실리콘 중합체와 상기 가교결합제를 포함하는 제 1 에멀젼, 및 상기 가교결합성 실리콘 중합체와 상기 금속 촉매를 포함하는 제 2 에멀젼을 포함하는 다성분 실리콘 시스템이다.
바람직하게, 상기 제 1 에멀젼과 상기 제 2 에멀젼 간의 중량 비는 약 100:1 내지 약 100:30, 바람직하게는 100:5 내지 100:20, 더욱 바람직하게는 100:7 내지 100:15이다.
전술된 바와 같은 코팅 조성물은 당분야에 공지되어 있다. 이는 흔히, 부가-경화성(addition-curing) 실리콘 코팅 또는 코팅 에멀젼으로 지칭된다. 이러한 가교결합 또는 경화는, 상기 비닐 말단기가 상기 가교결합제의 SiH 기와 반응할 때 일어난다.
이러한 코팅의 예는, 와커 실리콘스(Wacker Silicones)로부터의 디헤이시브(Dehesive, 등록상표) 430(가교결합제) 및 디헤이시브(등록상표) 440(촉매); 블루스타 실리콘스(Bluestar Silicones)로부터의 실콜레아제(Silcolease, 등록상표) 에멀젼 912 및 실콜레아제(등록상표) 촉매 913; 및 다우 코닝(Dow Corning)으로부터의 실-오프(Syl-off, 등록상표) 7950 에멀젼 코팅 및 실-오프(등록상표) 7922 촉매 에멀젼이다.
본 발명의 또다른 이점은, 상기 가교결합된 실리콘이, 다른 기능성 첨가제를 위한 캐리어로서 사용될 수 있다는 점이다. 따라서, 본 발명은 또한, 가교결합된 실리콘 중합체 코팅으로 코팅된 섬유에 관한 것이며, 이때 상기 코팅은 추가로, 착색제, 산화방지제 및 방오제로부터 선택되는 첨가제를 함유한다.
이러한 첨가제는 당분야에 공지되어 있다. 예를 들어, 방오제의 예는 구리 및 구리 착체, 금속 파이리티온 및 카바메이트 화합물이다.
본 발명의 문맥에서, "섬유"는, 폭 및 두께보다 훨씬 큰 길이 치수를 갖는, 무한정 길이의 긴 물체를 의미한다. 따라서, "섬유"라는 용어는 모노필라멘트, 멀티필라멘트 얀, 리본, 스트립, 테이프 등을 포함하며, 규칙적이거나 불규칙적인 단면을 가질 수 있다. "섬유"라는 용어는 또한, 임의의 상기한 것들 또는 이들의 조합물을 복수개 포함한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 가교결합된 실리콘 중합체의 코팅은 상기 필라멘트뿐만 아니라 상기 멀티필라멘트 얀 상에도 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나의 실시양태에서, 고강도 섬유를 포함하는 스트랜드가 제공되며, 여기서 상기 스트랜드는, 가교결합된 실리콘 중합체로 코팅된 것이다.
모노필라멘트 또는 테이프-유사 섬유 형태를 갖는 섬유는 다양한 타이터를 가질 수 있지만, 전형적으로는 10 내지 수천 dtex 범위, 바람직하게는 100 내지 2500 dtex 범위, 더욱 바람직하게는 200 내지 2000 dtex의 타이터를 갖는다. 멀티필라멘트 얀은, 전형적으로 0.2 내지 25 dtex 범위, 바람직하게는 약 0.5 내지 20 dtex의 타이터를 갖는 필라멘트를 복수개 함유한다. 또한, 멀티필라멘트 얀의 타이터는, 예를 들어 50 내지 수천 dtex로 폭넓게 다를 수 있지만, 바람직하게는 약 200 내지 400 dtex, 더욱 바람직하게는 300 내지 3000 dtex이다.
본 발명의 섬유로 사용되는 고강도 섬유는, 1.5 N/tex 이상, 더욱 바람직하게는 2.0 N/tex 이상, 2.5 N/tex 이상, 심지어 3.0 N/tex 이상의 강인도를 갖는 섬유를 의미한다. 필라멘트의 인장 강도(또한, 단순히 강도) 또는 강인도는, ASTM D2256-97에 기초한 바와 같은, 공지된 방법에 의해 결정된다. 일반적으로, 이러한 고강도 중합체성 필라멘트는 또한, 예를 들어 50 N/tex 이상, 바람직하게는 75 N/tex 이상, 100 N/tex 이상, 또는 심지어 125 N/tex 이상의 높은 인장 모듈러스를 갖는다.
이러한 섬유의 예는 고성능 폴리에틸렌(HPPE) 섬유, 폴리아라미드로부터 제조된 섬유, 예를 들어 폴리(p-페닐렌 테레프탈아마이드)(케블라(Kevlar, 등록상표)로 공지됨); 폴리(테트라플루오로에틸렌)(PTFE); 방향족 코폴리아마이드(코-폴리-(파라페닐렌/3,4'-옥시다이페닐렌 테레프탈아마이드))(테크노라(Technora, 등록상표)로 공지됨); 폴리{2,6-다이이미다조-[4,5b-4',5'e]피리딘일렌-1,4(2,5-다이하이드록시)페닐렌}(M5로 공지됨); 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)(PBO)(자일론(Zylon, 등록상표)으로 공지됨); 예를 들어, 미국 특허 제 4,384,016 호에 공지된 바와 같은 열방성 액정 중합체(LCP); 및 폴리에틸렌 이외의 폴리올레핀, 예를 들어 폴리프로필렌의 단독중합체 및 공중합체이다. 또한, 전술된 중합체로부터 제조된 섬유들의 조합물도 본 발명의 로프에 사용될 수 있다. 그러나, 바람직한 고강도 섬유는, HPPE, 폴리아라미드 또는 LCP의 섬유이다.
가장 바람직한 섬유는 고성능 폴리에틸렌(HPPE) 섬유이다. 본원에서 "HPPE 섬유"는, 초고몰질량 폴리에틸렌(초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)으로도 지칭됨)으로부터 제조되고, 1.5 N/tex 이상, 바람직하게는 2.0 N/tex 이상, 더욱 바람직하게는 2.5 N/tex 이상, 또는 심지어 3.0 N/tex 이상의 강인도를 갖는 섬유로 이해된다. 상기 섬유 중의 HPPE 섬유의 강인도의 상한을 제한할 이유는 없지만, 전형적으로는 약 5 내지 6 N/tex 이하의 강인도를 갖는 섬유가 이용가능하다. 상기 HPPE 섬유는 또한, 예를 들어 75 N/tex 이상, 바람직하게는 100 N/tex 이상, 또는 125 N/tex 이상의 높은 인장 모듈러스를 갖는다. 상기 HPPE 섬유는 또한, 고-모듈러스 폴리에틸렌 섬유로도 지칭된다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 로프 중의 HPPE 섬유는 하나 이상의 멀티필라멘트 얀이다.
상기 HPPE 섬유, 필라멘트 및 멀티필라멘트 얀은, 적합한 용매 중의 UHMWPE의 용액을 겔 섬유 내로 방사하고, 상기 용매의 부분적 또는 완전한 제거 이전, 도중 및/또는 이후에 상기 섬유를 연신함으로써(즉, 소위 겔-방사 공정을 통해) 제조될 수 있다. UHMWPE 용액의 겔 방사는 숙련자에게 널리 공지되어 있으며, 많은 공개문헌, 예를 들어 유럽 특허 제 0205960 A 호, 유럽 특허 제 0213208 A1 호, 미국 특허 제 4,413,110 호, 영국 특허 제 2042414 A 호, 유럽 특허 제 0200547 B1 호, 유럽 특허 제 0472114 B1 호, 국제 특허 출원 공개 제 WO 01/73173 A1 호, 및 문헌[Advanced Fiber Spinning Technology, Ed. T. Nakajima, Woodhead Publ. Ltd (1994), ISBN 1-855-73182-7]에 기술되어 있으며, 이들 참고문헌을 모두 본원에 참고로 인용한다.
상기 HPPE 섬유, 필라멘트 및 멀티필라멘트 얀은 또한, UHMWPE의 용융-방사에 의해 제조될 수 있지만, 상기 겔-방사 공정에 의해 제조된 HPPE 섬유에 비해, 기계적 특성(예컨대, 강인도)이 더욱 제한된다. 용융-방사될 수 있는 UHMWPE의 분자량의 상한은, 겔-방사 공정의 상한보다 더 낮다. 상기 용융-방사 공정은 당분야에 널리 공지되어 있으며, PE 조성물을 가열하여, PE 용융물을 형성하고, 상기 PE 용융물을 압출하고, 이렇게 압출된 용융물을 냉각시켜, 고화된 PE를 수득하고, 상기 고화된 PE를 적어도 한번 연신하는 것을 포함한다. 이러한 공정은, 예를 들어 유럽 특허 제 1445356 A1 호 및 제 1743659 A1 호에 언급되어 있으며, 이들 특허를 본원에 참고로 인용한다.
"UHMWPE"는, 5 dl/g 이상, 바람직하게는 약 8 내지 40 dl/g의 고유 점도(IV, 135℃의 데칼린 용액 중에서 측정됨)를 갖는 폴리에틸렌으로 이해된다. 고유 점도는, 실제 몰질량 변수(예컨대, Mn 및 Mw)보다 용이하게 결정될 수 있는 몰질량(분자량으로도 지칭됨)의 척도이다. IV와 Mw 간에는 몇몇 실험적 관계식이 존재하지만, 이러한 관계식은 몰질량 분포에 의존한다. 수학식 Mw = 5.37 * 104 [IV]1.37 (유럽 특허 제 0504954 A1 호 참조)에 기초하면, 8 dl/g의 IV는, 약 930 kg/mol의 Mw에 대응할 것이다. 바람직하게, 상기 UHMWPE는, 100개의 탄소 원자 당 하나 미만, 바람직하게는 300개의 탄소 원자 당 하나 미만의 분지를 갖고 분지, 측쇄 또는 쇄 분지가 일반적으로 10개 이상의 탄소 원자를 함유하는 선형 폴리에틸렌이다. 상기 선형 폴리에틸렌은 추가로, 5 mol% 이하의 하나 이상의 공단량체(예를 들어, 알켄, 예컨대 프로필렌, 부텐, 펜텐, 4-메틸펜텐 또는 옥텐)를 함유할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 상기 UHMWPE는, 부착된 측부기(pending side group)로서 비교적 작은 기를 소량, 바람직하게는 1000개의 탄소 원자 당 0.2개 이상, 또는 0.3개 이상 함유한다. 이러한 섬유는, 높은 강도 및 크립 내성의 이점의 조합을 나타낸다. 그러나, 너무 큰 측부기 또는 너무 과량의 측부기는, 섬유제조 공정에 악영향을 미친다. 이러한 이유에서, 상기 UHMWPE는 바람직하게는 메틸 또는 에틸 측부기, 더욱 바람직하게는 메틸 측부기를 함유한다. 상기 측부기의 양은 바람직하게는, 1000개의 탄소 원자 당 20개 이하, 더욱 바람직하게는 10개 이하, 5개 이하, 또는 3개 이하이다.
본 발명의 로프 중의 HPPE 섬유는 또한, 산화방지제, 열 안정화제, 착색제, 흐름 촉진제 등과 같은 통상적인 첨가제를 소량, 일반적으로 5 중량% 미만 함유할 수 있다. 상기 UHMWPE는 단일 중합체 등급일 수 있지만, 예를 들어 IV 또는 몰중량 분포 및/또는 공단량체 또는 측부기의 유형 및 수가 다른 하나 이상의 상이한 폴리에틸렌 등급의 혼합물일 수도 있다.
본 발명에 따른 로프는, 굽힘 용도(예컨대, 벤드-오버-시브 용도)에 특히 적합한 로프이다. 큰 직경(예컨대, 16 mm 이상의 직경)을 갖는 로프는 특정 굽힘 용도에 적합한다. 상기 로프의 직경은, 상기 로프의 가장 바깥쪽 원주에서 측정된다. 그 이유는, 상기 스트랜드에 의해 한정된 로프의 불규칙한 경계 때문이다. 바람직하게, 본 발명에 따른 로프는, 30 mm 이상, 더욱 바람직하게는 40 mm 이상, 50 mm 이상, 60 mm 이상, 또는 심지어 70 mm 이상의 직경을 갖는 헤비-듀티(heavy-duty) 로프이다. 공지된 가장 큰 로프는, 약 300 mm 이하의 직경을 가지며, 심해 설치에 사용되는 로프는 전형적으로 약 130 mm 이하의 직경을 갖는다.
본 발명에 따른 로프는, 대략 원형이거나 둥근 단면 및 길쭉한 단면을 가질 수 있으며, 이는, 장력이 걸린 로프의 단면이 납작하거나, 계란형이거나 심지어 (1차 스트랜드의 수에 따라) 거의 직사각형 형태를 나타냄을 의미한다. 이러한 길쭉한 단면은 바람직하게는, 1.2 내지 4.0 범위의 종횡비, 즉 더 작은 직경에 대한 더 큰 직경의 비(또는 높이에 대한 폭의 비)를 갖는다. 종횡비를 결정하는 방법은 숙련자에게 공지되어 있으며, 그 예는, 상기 로프를 팽팽하게 유지하면서, 또는 상기 로프 주위에 접착제 테이프를 단단히 감은 후, 상기 로프의 바깥쪽 치수를 측정하는 것을 포함한다. 상기한 종횡비를 갖는 비-원형 단면의 이점은, 상기 단면의 폭 방향이 상기 시브의 폭 방향과 평행한 굽힘 사이클 동안, 상기 로프 중의 섬유들 간에 응력 차이가 덜 발생하고, 마모 및 마찰열이 덜 발생하여, 굽힘 피로 수명이 개선된다는 것이다. 상기 단면은 바람직하게는 약 1.3 내지 3.0, 더욱 바람직하게는 1.4 내지 2.0의 종횡비를 갖는다.
길쭉한 단면을 갖는 로프의 경우, 둥글지 않은 로프와 동일한 중량/길이를 갖는 둥근 로프의 직경(종종, 산업상 "유효 직경"으로도 지칭됨)에 의해 둥근 로프의 크기를 정의하는 것이 보다 정확하다. 본원에서 "직경"이라는 용어는, 길쭉한 단면을 갖는 로프의 경우에 유효 직경을 의미한다.
바람직하게, 상기 로프 및/또는 상기 로프 중의 섬유는 또한, 굽힘 피로를 추가로 개선하기 위해 제 2 코팅으로 코팅될 수 있다. 상기 로프의 제조 전에 상기 섬유에 적용되거나 상기 로프의 제조 후 상기 로프 상에 적용될 수 있는 코팅은 공지되어 있으며, 그 예는, 실리콘 오일, 역청 또는 이들 둘 다를 포함하는 코팅을 포함한다. 폴리우레탄계 코팅도 공지되어 있으며, 가능하게는 실리콘 오일과 혼합된다. 상기 로프는 바람직하게는, 건조 상태에서 2.5 내지 35 중량%의 제 2 코팅을 함유한다. 더욱 바람직하게, 상기 로프는 상기 제 2 코팅을 10 내지 15 중량% 함유한다.
본 발명의 하나의 실시양태에서, 상기 로프는 또한, HPPE가 아닌 중합체로 제조된 합성 섬유를 포함한다. 이러한 섬유는, 섬유 제조에 적합한 다양한 중합체로 구성될 수 있으며, 예를 들어 폴리프로필렌, 나일론, 아라미드(케블라(등록상표), 테크노라(등록상표), 트와론(Twaron, 등록상표)이라는 상표명으로 공지된 것들), PBO (폴리페닐렌 벤조비스옥사졸)(예컨대, 자일론(등록상표)이라는 상표명으로 공지된 것), 열방성 중합체 (예컨대, 벡트란(Vectran, 등록상표)이라는 상표명으로 공지된 것) 및 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)이다.
추가의 합성 섬유로서는, PTFE 섬유가 바람직하다. HPPE 섬유 및 PTFE 섬유의 조합은, 굽힘 용도(예를 들어, 사이클릭 벤드-오버-시브 용도, 예컨대 국제 특허 출원 공개 제 WO2007/062803 A1 호에 기술된 바와 같은 것)에서 서비스 수명 성능을 개선시키는 것으로 나타났다. 상기 PTFE 섬유는, 상기 HPPE섬유보다 상당히 더 낮은 강인도를 가지며, 상기 로프의 정적 강인도에는 효과적으로 기여하지 못한다. 그럼에도 불구하고, 상기 PTFE 섬유는 바람직하게는, 취급, 다른 섬유와의 혼합 및/또는 로프 제조 동안 섬유의 파단을 방지하기 위해, 0.3 N/tex 이상, 바람직하게는 0.4 N/tex 이상, 또는 0.5 N/tex 이상의 강인도를 갖는다. 상기 PTFE 섬유의 강인도의 상한을 제한할 이유는 없지만, 전형적으로 약 1 N/tex 이하의 강인도를 갖는 섬유가 이용가능하다. 상기 PTFE 섬유는 전형적으로, 상기 HPPE 섬유보다 더 높은 파단 신율을 갖는다.
상기 PTFE 섬유의 특성 및 상기 섬유의 제조 방법은 많은 공개문헌, 예를 들어 유럽 특허 제 0648869 A1 호, 및 미국 특허 제 3,655,853 호, 제 3,953,566 호, 제 5,061,561 호, 제 6,117,547 호, 및 제 5,686,033 호에 기술되어 있다.
"PTFE 중합체"는, 주요 단량체인 테트라플루오로에틸렌으로부터 제조된 중합체로 이해된다. 바람직하게, 상기 중합체는 4 mol% 미만, 더욱 바람직하게는 2 mol% 미만 또는 1 mol% 미만의 다른 단량체(예컨대, 에틸렌, 클로로트라이플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 퍼플루오로프로필 비닐에터 등)를 함유한다. PTFE는 일반적으로, 높은 융점, 높은 결정화도 및 매우 높은 몰질량을 갖는 중합체이며, 이로써, 이러한 물질을 용융 가공하기가 실질적으로 불가능하다. 또한, 용매 중의 용해도도 매우 제한된다. 따라서, PTFE 섬유는 전형적으로, PTFE 및 임의적으로 PTFE의 융점 미만의 다른 성분들의 혼합물을 전구체 섬유(예컨대, 모노필라멘트, 테이프 또는 시트)로 압출하고 이어서 소결-유사 처리 단계 및/또는 승온에서 생성물의 후-연신으로 처리함으로써 제조된다. 따라서, PTFE 섬유는 전형적으로, 하나 이상의 모노필라멘트-유사 또는 테이프-유사 구조, 예를 들어, 얀-유사 생성물로 비틀려진 몇몇 테이프-유사 구조 형태이다. PTFE 섬유는 일반적으로, 전구체 섬유의 제조에 적용되는 공정 및 후-연신 조건에 따라 특정 다공도를 갖는다. PTFE 섬유의 겉보기 밀도는 폭넓게 다를 수 있으며, 적합한 생성물은 약 1.2 내지 2.5 g/cm3 범위의 밀도를 갖는다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 상기 로프는, 브레이드화된 섬유가 그 주위에 존재하는 코어 부재(element)를 포함한다. 코어 부재의 제조는, 상기 브레이드가 길쭉한 형태로 붕괴되지 않고, 사용 동안 상기 로프가 형태를 유지하는 것이 바람직한 경우에 유용하다.
상기 로프는 또한, 바람직하게는 상기 코어 내에 열전도성 섬유(예컨대, 금속 섬유)를 함유할 수 있다. 이러한 실시양태는, 상기 로프의 중심이 일반적으로 가장 높은 온도를 갖기 때문에 유리하다. 이러한 실시양태에서는, 상기 로프의 중심에서 발생되고 다르게는 유지되는 열이, 축방향을 따라 특히 신속히 방출된다. 이는, 상기 로프의 동일한 부분이 반복적으로 굽힘에 노출되는 용도의 경우에 특히 유리하다.
바람직하게, 상기 HPPE 섬유의 중량 비는 상기 로프의 총 섬유의 70 내지 98 중량%이다. 상기 로프의 강도는, 상기 로프 중의 HPPE 섬유의 양에 매우 의존하며, 그 이유는, HPPE 섬유가 강도에 가장 많이 기여하기 때문이다.
HPPE 섬유 및 다른 섬유(예컨대, 전술된 다른 합성 섬유)의 혼합물을 포함하는 실시양태에서, 상기 섬유의 혼합물은 모든 레벨에서 존재할 수 있다. 상기 혼합물은, 섬유들로 제조된 로프 얀, 로프 얀들로 제조된 스트랜드 및/또는 스트랜드들로부터 제조된 최종 로프에 존재할 수 있다. 가능한 로프 구조를 설명하기 위해, 몇몇 실시양태가 하기 제시된다. 이러한 실시양태는 단지 예시의 목적이며, 본 발명의 범주 내의 가능한 혼합물을 모두 보여주는 것은 아님에 주목한다.
하나의 실시양태에서, 상이한 유형의 섬유를 로프 얀으로 성형한다. 이러한 로프 얀을 스트랜드로 제조하고, 이 스트랜드를 최종 복합체 로프로 제조한다.
다른 실시양태에서는, 각각의 로프 얀이 단일 유형의 섬유로부터 제조되며, 즉, 제 1 로프 얀은 제 1 섬유로부터 제조되고, 제 2 로프 얀은 제 2 섬유로부터 제조된다. 상기 제 1, 제 2 및 임의적인 추가의 로프 얀으로 스트랜드를 제조하고, 이 스트랜드로 최종 복합체 로프를 제조한다.
다른 실시양태에서는, 각각의 로프 얀이 단일 유형의 섬유로 제조된다. 각각의 스트랜드는 단일 유형의 로프 얀으로부터 제조된다. 상이한 유형의 섬유들로부터 제조된 각각의 스트랜드로 최종 복합체 로프를 제조한다.
다른 실시양태에서는, 몇몇 로프 얀 또는 스트랜드가 하나의 유형의 섬유로부터 제조되고, 몇몇 로프 얀 또는 스트랜드는 2개 이상의 유형의 섬유로부터 제조된다.
본 발명에 따른 로프는 다양한 구조, 예를 들어 레이드, 브레이드화된, 평행(커버 가짐) 및 와이어 로프-유사 구조의 로프일 수 있다. 또한, 상기 로프의 스트랜드 개수는 폭넓게 다를 수 있지만, 우수한 성능과 제조 용이성의 조합을 달성하기 위해서, 일반적으로는 3개 이상, 바람직하게는 16개 이하이다.
바람직하게, 본 발명에 따른 로프는, 사용 동안 일체성(coherency)를 유지하는 강건성 및 토크-균형성 로프를 제공하기 위해 브레이드화된 구조로 이루어진다. 공지된 다양한 브레이드 유형이 존재하며, 이들은 각각 일반적으로, 상기 로프를 형성하는 방법에 의해 구별된다. 적합한 구조는 슈태쉬(soutache) 브레이드, 관형 브레이드 및 편평 브레이드를 포함한다. 관형 또는 환형 브레이드가 로프 용도를 위한 가장 통상적인 브레이드이며, 일반적으로는 가능한 상이한 패턴으로 뒤얽힌 스트랜드의 2개의 세트로 이루어진다. 관형 브레이드에서 스트랜드의 수는 폭넓게 다를 수 있다. 특히, 스트랜드의 수가 많고/많거나 스트랜드가 비교적 얇은 경우, 상기 관형 브레이드는 중공 코어를 가질 수 있으며, 상기 브레이드는 길쭉한 형태로 접힐(collapse) 수 있다.
본 발명에 따른 브레이드화된 로프 중의 스트랜드의 수는 바람직하게는 3 이상이다. 스트랜드의 수의 상한에 제한은 없지만, 실제로 로프는 일반적으로 32개 이하의 스트랜드를 가질 것이다. 8- 또는 12-스트랜드의 브레이드화된 구조가 특히 적합하다. 이러한 로프는 강인도와 굽힘 피로에 대한 내성의 유리한 조합을 제공하며, 비교적 단순한 기계에서 경제적으로 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 로프는, 꼬임(lay) 길이(레이드 구조에서 스트랜드의 1회 회전 길이) 또는 브레이드화 구간(braiding period)(즉, 브레이드화된 로프의 폭과 관련된 피치 길이)이 특별히 중요하지 않은 구조일 수 있다. 적합한 꼬임 길이 및 브레이드화 구간은 상기 로프의 직경의 4 내지 20배 범위이다. 더 긴 꼬임 길이 또는 브레이드는, 더 높은 강도 효율을 갖는 더 느슨한 로프를 제공할 수 있지만, 이는 덜 강건하며 스플라이싱하기가 더욱 어렵다. 너무 짧은 꼬임 길이 또는 브레이드화 구간은 강인도를 너무 많이 감소시킬 것이다. 따라서, 바람직하게는 상기 꼬임 길이 또는 브레이드화 구간은 상기 로프의 직경의 약 5 내지 15배, 더욱 바람직하게는 상기 로프의 직경의 6 내지 10배이다.
본 발명에 따른 로프에서, 스트랜드(1차 스트랜드로도 지칭됨)의 구조는 특별히 중요하지 않다. 숙련자는, 균형잡히고 토크가 없는 로프를 제공하기에 적합한 구조(예컨대, 레이드 또는 브레이드화된 스트랜드) 및 비틀림 인자 또는 브레이드화 구간을 각각 선택할 수 있다.
본 발명의 특정 실시양태에서, 각각의 1차 스트랜드는 그 자체가 브레이드화된 로프이다. 바람직하게, 상기 스트랜드는, 중합체 섬유를 포함하는 짝수의 제 2 스트랜드(로프 얀으로도 지칭됨)로부터 제조된 환형 브레이드이다. 제 2 스트랜드의 수는 제한되지 않으며, 예를 들어 6 내지 32개이고, 이러한 브레이드 제조에 이용가능한 기계의 관점에서는 바람직하게 8, 12 또는 16개이다. 숙련자는 자신의 지식에 기초하거나 몇몇 계산 또는 실험의 도움으로, 상기 로프의 목적하는 최종 구조 및 크기와 관련하여, 상기 스트랜드의 구조 유형 및 타이터를 선택할 수 있다.
중합체 섬유를 함유하는 상기 제 2 스트랜드 또는 로프 얀 역시 목적하는 로프에 따라 다양한 구조로 구성될 수 있다. 적합한 구조는 비틀린 섬유를 포함하지만, 브레이드화된 로프 또는 코드(예컨대, 원형 브레이드)도 사용될 수 있다. 적합한 구조는, 예를 들어 미국 특허 제 5,901,632 호에 언급되어 있다.
본 발명에 따른 로프는, 중합체 섬유로부터 로프를 제조하기 위한 공지된 기술로 제조될 수 있다. 가교결합성 실리콘 중합체를 포함하는 코팅 조성물은, 상기 섬유에 적용되고, 경화되어, 가교결합된 실리콘 중합체를 형성할 수 있으며, 이어서 상기 섬유로 로프를 제조할 수 있다. 가교결합성 실리콘 중합체를 포함하는 코팅 조성물은 또한, 로프가 형성된 후에 적용될 수도 있다. 물론, 상기 섬유로부터 제조된 로프 얀 상에 또는 상기 로프 얀으로부터 제조된 스트랜드 상에 상기 코팅 조성물을 적용하는 것도 가능하다. 상기 로프가 제조되기 전에 상기 코팅 조성물을 상기 섬유에 적용하는 것이 바람직하다. 이의 이점은, 상기 로프의 직경에 관계 없이 상기 로프에서 상기 코팅 조성물을 사용한 균일한 함침이 달성된다는 것이다.
고강도 섬유를 포함하는 로프의 하나의 바람직한 제조 방법은, 가교결합성 실리콘 중합체를 포함하는 코팅 조성물을 상기 고강도 섬유 및/또는 상기 로프에 적용하는 단계, 및 상기 고강도 섬유 및/또는 상기 로프를 120 내지 150℃의 온도로 처리하여, 상기 로프 및/또는 HPPE 섬유 상에 가교결합된 실리콘 중합체를 포함하는 코팅을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 섬유의 적용성을 주로 로프에 대해 기술하였지만, 고강도 섬유에 대해 공지된 다른 용도도 본 발명의 범주 이내이다. 특히, 상기 섬유는 네트(예컨대, 어망)의 제조에 사용될 수 있다. 본 발명의 섬유는, 코팅되지 않은 섬유에 비해 우수한 매듭 강도를 갖는 것으로 나타났다.
또한, 상기 섬유는 직조되거나 다르게 제조되어, 상이한 용도(예컨대, 텍스타일)를 위한 직물을 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 섬유는, 얀으로 로프 또는 다른 물품을 제조할 경우에 개선된 가공성을 나타낸다. 더 우수한 가공성이란, 본 발명의 섬유를 함유하는 얀이, 로프 제조에 사용되는 기계를 통해 부드럽게 이동하여, 상기 기계의 다른 부재(예컨대, 롤러, 아이 등)와 상기 얀이 접촉할 경우 상기 얀에 손상이 덜 발생함을 의미한다. 따라서, 상기 얀은 보다 용이하게 브레이드화되거나 직조될 수 있다.
바람직하게는, 상기 코팅 조성물을 2단계로 적용한다. 바람직한 방법에서는, 가교결합성 실리콘 중합체 및 가교결합제를 포함하는 제 1 에멀젼과, 가교결합성 실리콘 중합체 및 금속 촉매를 포함하는 제 2 에멀젼을 혼합한다. 상기 로프 및/또는 섬유를 이 혼합물에 침지시킨다. 이어서, 상기 코팅 조성물을 경화시킨다.
상기 섬유를 상기 코팅 조성물에 침지시키는 것은 섬유 제조 공정 동안 수행될 수 있다. 섬유 제조 공정은 적어도 1번의 연신 단계를 포함한다. 상기 연신 단계는 상기 침지 단계 이후에 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 추가로, 브레이드화 단계 전에 상기 1차 스트랜드를 후-연신하는 단계, 또는 다르게는 상기 로프를 후-연신하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 연신 단계는 바람직하게는, 승온에서 및 상기 스트랜드 중의 (가장 낮은 융점의) 필라멘트의 융점 미만, 바람직하게는 100 내지 120℃ 범위의 온도에서 수행된다(= 열-연신). 이러한 후-연신 단계는, 예를 들어 유럽 특허 제 398843 B1 호 또는 미국 특허 제 5,901,632 호에 기술되어 있다.
본 발명은 하기 실시예를 참조하여 보다 자세히 기술된다.
비교예 A
16 mm의 직경을 갖고 HPPE 섬유로 이루어진 로프를 제조하였다. HPPE 섬유로서, 네덜란드의 디에스엠(DSM)으로부터 공급되는 다이니마(Dyneema, 상표명) SK 75, 1760 dtex를 사용하였다. 로프 얀의 구조는 8 x 1760 dtex, 20 회전/m S/Z였다. 상기 얀으로부터 스트랜드를 제조하였다. 상기 스트랜드 구조는 1+6 로프 얀, 20 회전/m Z/S였다. 상기 스트랜드로부터 로프를 제조하였다. 상기 로프 구조는, 109 mm의 브레이드화 구간(즉, 로프 직경의 약 7배)을 갖는 12-스트랜드 브레이드화된 로프였다. 상기 로프의 평균 파단 강도는 22.5 kN이었다.
상기 로프의 굽힘 피로를 시험하였다. 이 시험에서는, 상기 로프를, 400 mm의 직경을 갖는 자유 롤링 시브 위쪽에서 굽혔다. 상기 로프를 하중 하에 두고, 상기 로프가 파괴될 때까지 상기 시브 위쪽에서 전후 사이클을 수행하였다. 각각의 기계 사이클은, 노출된 로프 단면(이중 굽힘 대역)에 2회의 폄-굽힘-폄-굽힘 사이클을 생성하였다. 이중 굽힘 스트로크는 상기 로프의 직경의 30배였다. 상기 사이클 기간은 기계 사이클 당 12초였다. 상기 로프에 적용된 힘은, 시험되는 로프의 평균 파단 강도의 30%였다.
상기 로프는 1888회의 기계 사이클 후에 파괴되었다.
실시예 1
가교결합제와 미리-배합된 반응성 실리콘 중합체를 포함하는 제 1 에멀젼, 및 실리콘 중합체와 금속 촉매를 포함하는 제 2 에멀젼으로부터 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 제 1 에멀젼은, 30.0 내지 60.0 중량%의 다이메틸비닐-말단화된 다이메틸 실록산 및 1.0 내지 5.0 중량%의 다이메틸, 메틸수소 실록산(실-오프(등록상표) 7950 에멀젼 코팅)을 함유하고 다우 코닝으로부터 입수가능한 에멀젼이었다. 상기 제 2 에멀젼은, 30.0 내지 60.0 중량%의 다이메틸비닐-말단화된 다이메틸 실록산 및 백금 촉매(실-오프(등록상표) 7922 촉매 에멀젼)를 함유하고 다우 코닝으로부터 입수가능한 에멀젼이었다. 상기 제 1 에멀젼 및 상기 제 2 에멀젼을 8.3:1의 중량비로 혼합하고, 4 중량%가 되도록 물로 희석하였다.
HPPE 섬유(네델란드 디에스엠에서 공급되는 다이니마(등록상표) SK 75, 1760dtex)를 실온에서 상기 코팅 조성물에 침지하였다. 상기 섬유를 120℃의 오븐 내에서 가열하여, 가교결합이 일어나게 하였다. 이렇게 코팅된 HPPE 섬유로부터, 상기 비교예 A에 기술된 것과 동일한 구조를 갖는 로프를 제조하였다.
상기 로프의 굽힘 피로를, 상기 비교예 A과 동일한 시험 방법에 따라 시험하였다. 이 로프는 9439회의 기계 사이클 후에 파괴되었다.
상기 비교예 A와 실시예 1의 결과를 비교함으로써, 가교결합된 실리콘 코팅에 의해, 로프의 굽힘 피로 내성이 상당히 개선됨을 알 수 있다.
비교예 B
HPPE 섬유(네델란드 디에스엠에서 공급되는 다이니마(등록상표) SK 75, 1760dtex)를 실온에서, 실리콘 오일(와커 코팅으로부터의 와커 C800)을 함유하는 코팅 조성물에 침지하고, 건조하였다. 이렇게 코팅된 HPPE 섬유로부터, 5 mm의 직경을 갖는 로프를 제조하였다. 이러한 스트랜드의 구조는 4 x 1760 dtex, 20 회전/m S/Z였다. 이 스트랜드로부터 로프를 제조하였다. 상기 로프 구조는, 27 mm의 피치를 갖는 12x1 스트랜드 브레이드화된 로프였다. 상기 로프의 평균 파단 강도는 18248 N이었다.
상기 로프의 굽힘 피로를 시험하였다. 이 시험에서는, 상기 로프를, 각각 50 mm의 직경을 갖는 3개의 자유 롤링 시브들 위쪽에서 굽혔다. 상기 3개의 시브를 지그-재그 형태로 배열하고, 상기 로프를, 상기 로프가 상기 시브들 각각에서 굽힘 대역을 갖도록 상기 시브들 위쪽에 두었다. 상기 로프를 하중 하에 두고, 상기 로프가 파괴될 때까지 상기 시브 위쪽에서 사이클을 수행하였다. 하나의 기계 사이클에서는, 상기 시브를 한 방향으로 회전시키고, 이어서 반대 방향으로 회전시켜, 1회의 기계 사이클에서 상기 로프가 상기 시브 위쪽을 6번 통과하게 하였다. 이러한 굽힘의 스트로크는 45 cm였다. 상기 사이클 기간은 기계 사이클 당 5초였다. 상기 로프에 적용된 힘은, 시험되는 로프의 평균 파단 강도의 30%였다.
이 로프는 1313회의 기계 사이클 후에 파괴되었다.
실시예 2
HPPE 섬유(네델란드 디에스엠에서 공급되는 다이니마(등록상표) SK 75, 1760dtex)를, 상기 실시예 1에서 기술된 바와 같은 코팅 조성물로 코팅하였다. 상기 비교예 B에 기술된 바와 같은 구조를 갖는 로프를 제조하였다. 이의 굽힘 피로를, 상기 비교예 B와 동일한 방식으로 시험하였다. 이 로프는 2384회의 기계 사이클 후에 파괴되었다.
상기 비교예 B 및 실시예 2의 결과로부터, 비-가교결합성 실리콘 코팅보다 가교결합된 코팅에 의해 로프의 굽힘 피로 내성이 상당히 개선됨을 알 수 있다.
비교예 C
HPPE 섬유(네델란드 디에스엠에서 공급되는 다이니마(등록상표) SK 75, 1760dtex)로부터 5 mm의 직경을 갖는 로프를 제조하였다. 이러한 스트랜드의 구조는 4 x 1760 dtex, 20 회전/m S/Z였다. 이러한 스트랜드로부터 로프를 제조하였다. 상기 로프의 구조는, 27 mm의 피치를 갖는 12x1 스트랜드 브레이드화된 로프였다. 상기 로프의 평균 파단 강도는 18750 N이었다. 상기 스트랜드의 구조는 4 x 1760 dtex였다.
상기 로프의 굽힘 피로를, 상기 비교예 B와 동일한 방식으로 시험하였다. 이 로프는 347회의 기계 사이클 후에 파괴되었다.
실시예 3
상기 비교예 C의 로프를 상기 실시예 1의 코팅으로 코팅하되, 단, 혼합된 에멀젼의 농도는 고체 기준으로 40%였다. 상기 로프를 실온에서 상기 코팅 조성물에 침지하였다. 상기 로프를 120℃의 오븐에서 가열하여, 가교결합이 일어나게 하였다.
상기 비교예 B의 굽힘 피로 시험에서, 이 로프는 3807회의 기계 사이클 후에 파괴되었다.
실시예 4
상기 비교예 C의 로프를 제 1 에멀젼(실콜레아제 에멀젼 912) 및 제 2 촉매 에멀젼(실콜레아제(등록상표) 에멀젼 촉매 913(블루스타 실리콘스로부터 입수가능))로 코팅하였다. 상기 제 1 및 제 2 에멀젼을 100:10의 중량비로 혼합하고, 4 중량%가 되도록 물로 희석하였다. 코팅을 적용하는 절차는 상기 실시예 3과 동일하였다.
상기 비교예 B의 굽힘 피로 시험에서, 이 로프는 1616회의 기계 사이클 후에 파괴되었다.
상기 실시예 3 및 4는, 본 발명의 가교결합된 실리콘 코팅을 로프 상에 적용할 경우, 코팅되지 않은 로프(상기 비교예 C)에 비해 개선된 굽힘 성능을 제공함을 보여준다.

Claims (17)

  1. 가교결합된 실리콘 중합체로 코팅된 고강도 섬유로서, 고강도 섬유가 1.5 N/tex 이상의 강인도를 갖고, 초고분자량 폴리에틸렌으로 제조된 폴리에틸렌 섬유이고, 가교결합된 실리콘 중합체의 가교결합도가 20% 이상인, 고강도 섬유.
  2. 제 1 항에 있어서,
    가교결합도가 30% 이상인, 고강도 섬유.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유가, 135℃의 데칼린 중에서 측정시 5 dl/g 이상 40 dl/g 이하의 고유 점도를 갖는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)으로 제조된 것인, 고강도 섬유.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가교결합된 실리콘 중합체를 포함하는 코팅이, 가교결합성 실리콘 중합체를 포함하는 코팅 조성물을 상기 섬유에 적용하는 단계, 및 상기 가교결합성 실리콘 중합체를 가교결합시키는 단계에 의해 수득된 것인, 고강도 섬유.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가교결합성 실리콘 중합체가, 가교결합성 말단기를 갖는 실리콘 중합체를 포함하는, 고강도 섬유.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가교결합성 말단기가 비닐기인, 고강도 섬유.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 가교결합성 실리콘 중합체가 하기 화학식 1을 갖는, 고강도 섬유:
    [화학식 1]
    CH2=CH-(Si(CH3)2O)n-CH=CH2
    상기 식에서, n은 2 내지 200이다.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 코팅 조성물이 추가로 하기 화학식 2의 가교결합제를 포함하는, 고강도 섬유:
    [화학식 2]
    Si(CH3)3O-(SiCH3HO)m-Si(CH3)3
    상기 식에서, m은 2 내지 200이다.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 코팅 조성물이 추가로 백금 촉매를 포함하는, 고강도 섬유.
  10. 1.5 N/tex 이상의 강인도를 갖고, 초고분자량 폴리에틸렌으로 제조된 고강도 섬유를 포함하는 로프로서, 상기 로프가 가교결합된 실리콘 중합체를 포함하는 코팅으로 코팅되고, 가교결합된 실리콘 중합체의 가교결합도가 20% 이상인 로프.
  11. 제 10 항에 있어서,
    가교결합도가 30% 이상인, 로프.
  12. 1.5 N/tex 이상의 강인도를 갖는 고강도 섬유를 포함하는 스트랜드로서, 상기 스트랜드가 가교결합된 실리콘 중합체를 포함하는 코팅으로 코팅되고, 가교결합된 실리콘 중합체의 가교결합도가 20% 이상인 스트랜드.
  13. 제 12 항에 있어서,
    가교결합도가 30% 이상인, 스트랜드.
  14. (a) 가교결합성 실리콘 중합체를 포함하는 코팅 조성물을 고강도 섬유에 적용하는 단계, 및
    (b) 상기 실리콘 중합체를 가교결합시키되, 가교결합도가 20% 이상인 단계를 포함하는,
    1.5 N/tex 이상의 강인도를 갖고, 초고분자량 폴리에틸렌으로 제조된, 코팅된 고강도 섬유의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    가교결합도가 30% 이상인, 코팅된 고강도 섬유의 제조 방법.
  16. (a) 가교결합성 실리콘 중합체를 포함하는 코팅 조성물을 고강도 섬유에 적용하는 단계,
    (b) 상기 실리콘 중합체를 가교결합시키되 가교결합도가 20% 이상인 단계, 및
    (c) 상기 단계 (b)에서 수득된 코팅된 섬유로부터 로프를 구성하는 단계를 포함하는,
    1.5 N/tex 이상의 강인도를 갖고, 초고분자량 폴리에틸렌으로 제조된 고강도 섬유를 포함하는 로프의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    가교결합도가 30% 이상인, 로프의 제조 방법.
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