KR20090127058A

KR20090127058A - 혼합 섬유로부터 형성된 합성 로프

Info

Publication number: KR20090127058A
Application number: KR1020090044381A
Authority: KR
Inventors: 치아-테 초우; 다니엘 던 스텐버스; 하워드 필부룩 주니어. 라이트; 리앙펭 썬
Original assignee: 샘슨 로프 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2009-12-09
Also published as: EP2130969A2; US20090301052A1; JP2009293181A; EP2130969A3; US20120131895A1; DE09251484T1; US8511053B2; US8109072B2; US20130333346A1

Abstract

요약서

로프 구조물(rope structure)은 복수의 로프 하부구성성분(rope subcomponent), 로프 하부구성성분을 형성하도록 결합된 복수의 번들(bundle), 번들을 형성하도록 결합된 복수의 제1 얀(yarn) 및 복수의 제2 얀을 포함한다. 한 구체예에서, 제1 얀은 25-45 gpd의 인성(tenacity)을 가지며, 제2 얀은 약 6-22 gpd의 인성을 갖는다. 또 다른 구체예에서, 제1 얀은 약 2%-5%의 파단 연신율(breaking elongation)을 가지며, 제2 얀은 약 2%-12%의 파단 연신율을 갖는다.

합성 로프, 섬유.

Description

혼합 섬유로부터 형성된 합성 로프{SYNTHETIC ROPE FORMED OF BLEND FIBERS}

기술분야

본 발명은 로프 구조물, 시스템, 및 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 로프 구조물을 얻기 위한 섬유의 결합, 시스템, 및 개선된 성능을 제공하는 방법에 관한 것이다.

배경 기술

전형적인 로프 구조물의 기본적인 구성요소는 섬유이다. 섬유는 전형적으로 얀(yarn)으로 불리는 로프 하부구성성분으로 결합된다. 얀은 더욱 결합되어서 번들(bundle) 또는 연선(strand)과 같은 로프 하부구성성분을 형성할 수 있다. 그 후 로프 하부구성성분은 브레이딩(braiding), 트위스팅(twisting), 및 위빙(weaving)과 같은 기술을 이용하여 결합되어서 로프 구조물을 형성한다.

서로 다른 유형의 섬유는 전형적으로 인장 강도(tensile strength), 밀도, 유연성, 및 마찰 저항성과 같은 서로 다른 특성을 나타낸다. 또한 다양한 이유로 인하여, 서로 다른 유형의 섬유 가격이 상당히 다양할 수 있다.

특정 응용을 위하여 고안된 로프 구조물은 서로 다른 유형의 섬유를 포함할 수 있다. 예를 들면, 본 출원의 양수인에게 양도된 미국 특허 제7,134,267호 및 제7,367,176호는 로프 구조물에 대한 바람직한 강도 및 표면 특성을 제공하도록 결합된 섬유를 포함하는 로프 하부구성성분을 개시한다.

로프 구조물의 주어진 작업 특성 또는 특성 세트를 최적화하는 한편, 또한 로프 구조물을 형성하는데 사용되는 재료의 비용을 최소화하는 로프 구조물에 대한 수요가 존재한다.

발명의 개요

본 발명은 복수의 로프 하부구성성분, 복수의 번들, 복수의 제1 얀, 및 복수의 제2 얀을 포함하는 로프 구조물로서 구체화될 수 있다. 로프 하부구성성분은 결합되어서 로프 구조물을 형성하고, 번들은 결합되어서 로프 하부구성성분을 형성하고, 제1 얀 및 제2 얀은 결합되어서 번들을 형성한다. 제1 얀은 약 25-45 gpd의 인성(tenacity)을 가지며, 제2 얀은 약 6-22 gpd의 인성을 갖는다.

본 발명은 또한 복수의 로프 하부구성성분, 복수의 번들, 복수의 제1 얀, 및 복수의 제2 얀을 포함하는 로프 구조물로서 구체화될 수 있다. 로프 하부구성성분은 결합되어서 로프 구조물을 형성하고, 번들은 결합되어서 로프 하부구성성분을 형성하고, 제1 얀 및 제2 얀은 결합되어서 번들을 형성한다. 제1 얀은 약 2%-5%의 파단 연신율(breaking elongation)을 가지며, 제2 얀은 약 2%-12%의 파단 연신율을 갖는다.

또 다른 구체예에서, 본 발명은 복수의 로프 하부구성성분, 복수의 번들, 복수의 제1 얀, 및 복수의 제2 얀을 포함하는 로프 구조물일 수 있다. 로프 하부구성 성분은 결합되어서 로프 구조물을 형성하고, 번들은 결합되어서 로프 하부구성성분을 형성하고, 제1 얀 및 제2 얀은 결합되어서 번들을 형성한다. 제1 얀은 HMPE, LCP, 아라미드(Aramid), 및 PBO를 포함하는 물질 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질로 형성된다. 제2 얀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 혼합물(blends), 또는 이들 둘의 공중합체를 포함하는 수지(resin) 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 수지로부터 제조된 고 탄성(high modulus) 섬유로 형성된다.

본 발명은 또한 다음 단계를 포함하는 로프 구조물 형성 방법으로 구체화될 수 있다. 복수의 제1 얀이 제공되는 단계, 여기서 제1 얀은 약 25-45 gpd의 인성을 갖는다. 복수의 제2 얀이 제공되는 단계, 여기서 제2 얀은 약 6-22 gpd의 인성을 갖는다. 복수의 제1 얀과 복수의 제2 얀이 결합되어서 복수의 번들을 형성하는 단계. 복수의 번들이 결합되어서 복수의 로프 하부구성성분을 형성하는 단계. 복수의 로프 하부구성성분이 결합되어서 로프 구조물을 형성하는 단계.

본 발명은 또한 다음 단계를 포함하는 로프 구조물 형성 방법으로 구체화될 수 있다. 복수의 제1 얀이 제공되는 단계, 여기서 제1 얀은 약 2%-5%의 파단 연신율을 갖는다. 복수의 제2 얀이 제공되는 단계, 여기서 제2 얀은 약 2%-12%의 파단 연신율을 갖는다. 복수의 제1 얀과 복수의 제2 얀이 결합되어서 복수의 번들을 형성하는 단계. 복수의 번들이 결합되어서 복수의 로프 하부구성성분을 형성하는 단계. 복수의 로프 하부구성성분이 결합되어서 로프 구조물을 형성하는 단계.

본 발명은 또한 다음 단계를 포함하는 로프 구조물 형성 방법으로 구체화될 수 있다. 복수의 제1 얀이 제공되는 단계, 여기서 제1 얀은 HMPE, LCP, 아라미 드(Aramid), 및 PBO를 포함하는 물질 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질로 형성된다. 복수의 제2 얀이 제공되는 단계, 여기서 제2 얀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 혼합물(blends), 또는 이들 둘의 공중합체를 포함하는 수지(resin) 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 수지로부터 제조된 고 탄성 섬유로 형성된다. 복수의 제1 얀과 복수의 제2 얀이 결합되어서 복수의 번들을 형성하는 단계. 복수의 번들이 결합되어서 복수의 로프 하부구성성분을 형성하는 단계. 복수의 로프 하부구성성분이 결합되어서 로프 구조물을 형성하는 단계.

로프 구조물은 복수의 로프 하부구성성분, 로프 하부구성성분을 형성하도록 결합된 복수의 번들(bundle), 번들을 형성하도록 결합된 복수의 제1 얀(yarn) 및 복수의 제2 얀을 포함한다. 한 구체예에서, 제1 얀은 25-45 gpd의 인성을 가지며, 제2 얀은 약 6-22 gpd의 인성을 갖는다. 또 다른 구체예에서, 제1 얀은 약 2%-5%의 파단 연신율을 가지며, 제2 얀은 약 2%-12%의 파단 연신율을 갖는다.

발명의 상세한 설명

본 발명은 혼합된 섬유를 포함하는 로프 구조물 및 혼합된 섬유를 포함하는 로프 구조물 제조 방법에 관한 것이다. 이하의 설명에서, 더욱 일반적인 제1 실시예가 도 1을 참조하여 섹션 I에서 설명되며, 더욱 구체적인 제2 및 제3 실시예가 각각 도 2-6을 참조하여 섹션 II-VI에서 설명될 것이다. 로프 하부구성성분 형성 방법의 한 실시예가 아래 섹션 VII에서 더욱 자세히 설명될 것이다.

I. 로프 구조물 및 방법의 제1 실시예

도 1을 참조하여, 본 발명의 원리에 따라 형성되고 이를 구체화하는 로프 구조물(20)의 제1 실시예가 제시된다. 실시예 로프 구조물(20)은 복수의 제1 얀(30) 및 제2 얀(32)을 포함한다. 제1 얀(30)과 제2 얀(32)은 결합되어서 번들(40)을 형성한다. 실시예 번들(40) 각각은 제2 얀(32)을 포함하는 중심부(42) 를 포함한다. 제1 얀(30)은 실시예 번들(40)의 커버부(44)를 한정하도록 배열된다. 실시예 번들(40)은 더욱 가공되어서 복수의 로프 하부구성성분(50)을 얻는다. 로프 하부구성성분(50)은 결합되어서 로프 구조물(20)을 형성한다.

실시예 로프 구조물(20)에서, 제1 얀(30)은 번들(40)의 커버부(44)를 한정하도록 배열되며 제2 얀은 중심부(42)를 한정하도록 배열된다. 그 대신에, 제1 얀이 번들의 중심부를 형성하고 제2 얀이 번들의 커버부를 형성할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 얀 및 제2 얀이 번들(40) 전체에 고르게 분포되어서 그 결과 로프 하부구성성분(50) 및 로프 구조물(20) 전체에 실질적으로 고르게 분포될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 로프 구조물은 본 발명에 개시된 다양한 형태의 얀의 결합에 의해 형성될 수 있다.

실시예 제1 얀(30)은 고 탄성 폴리에틸렌 (high Modulus PolyEthylene, HMPE)과 같은 물질로 형성될 수 있다. 그 대신에, 제1 얀(30)은 LCP, 아라미드, 및 PBO와 같은 임의의 고 탄성 (즉, 저 연신율의 고 인성[high tenacity with low elongation]) 섬유에 의해 형성될 수도 있다. 실시예 제1 얀(30)은 약 40 gpd의 인 성 및 약 3.5%의 파단 연신율을 갖는다. 제1 얀(30)의 인성은 약 30-40 gpd의 제1 범위 이내이어야 하며 어떤 경우에도 약 25-45 gpd의 제2 범위 이내이어야 한다. 제1 얀(30)의 파단 연신율은 약 3.0-4.0%의 제1 범위 이내이어야 하며 어떤 경우에도 약 2%-5%의 제2 범위 이내이어야 한다.

실시예 제2 얀(32)은 고 탄성 폴리프로필렌(HMPP)과 같은 물질로 형성될 수 있다. 한 실시예로서, 제2 얀(32)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 혼합물, 또는 이들 둘의 공중합체와 같은 수지로부터 제조된 고 탄성 섬유와 같은 고 탄성 폴리올레핀 섬유로 형성될 수 있다. 전형적으로, 이러한 섬유는 용융 방사 공정(melt-spinning process)을 사용하여 제조되나, 제2 얀(32)은 용융 방사 공정 이외의 공정 또는 용융 방사 공정에 추가하는 공정을 사용하여 제조될 수도 있다. 또 다른 재료에는 고 탄성 폴리프로필렌(HMPP) 또는 PEN와 유사한 특성을 갖는 임의의 물질이 포함된다. 제2 얀을 형성하는데 사용될 수 있는 상업적으로 구입가능한 물질의 예(상표로서 명시됨)에는 Ultra Blue, Innegra, 및 Tsunooga가 있다.

제1 실시예에서, 실시예 제2 얀(32)을 형성하는 섬유는 약 10 gpd의 인성 및 약 8%의 파단 연신율을 갖는다. 본 제1 실시예에서, 제2 얀(32)을 형성하는 섬유의 인성은 약 9-12 gpd의 제1 범위 이내이어야 하며 어떠한 경우에도 약 7.0-20.0 gpd의 제2 범위 이내이어야 한다. 실시예 제2 얀(32)을 형성하는 섬유의 파단 연신율은 약 5.0-10.0%의 제1 범위 이내이어야 하며 어떠한 경우에도 약 3.5%-12.0%의 제2 범위 이내이어야 한다.

제2 실시예에서, 실시예 제2 얀(32)을 형성하는 섬유는 약 8.5 gpd의 인성 및 약 7%의 파단 연신율을 갖는다. 본 제2 실시예에서, 제1 얀(30)을 형성하는 섬유의 인성은 약 7-12 gpd의 제1 범위 이내이어야 하며 어떠한 경우에도 약 6.0-22.0 gpd의 제2 범위 이내이어야 한다. 실시예 제2 얀(32)을 형성하는 섬유의 파단 연신율은 약 5.0%-10.0%의 제1 범위 이내이어야 하며 어떠한 경우에도 약 2.0%-12.0%의 제2 범위 이내이어야 한다.

실시예 번들(40)은 약 35-45 중량%의 제1 얀(30)을 포함한다. 실시예 제1 얀(30)의 중량%는 약 40-60 중량%의 제1 범위 이내이어야 하며, 어떠한 경우에도 약 20-80 중량%의 제2 범위 이내이어야 한다. 전술한 모든 상황에 있어서, 번들(40)의 나머지는 제2 얀(32)으로 형성되거나 또는 제2 얀(32)과 또 다른 물질들의 조합으로 형성될 수 있다.

실시예 로프 구조물(20)은 복수의 번들(40)을 포함하며, 따라서 실시예 로프 구조물(20)은 번들(40)과 동일한 중량%의 제1 얀 및 제2 얀(30 및 32)을 포함한다.

제1 얀(30) 및 제2 얀(32) 내 연선의 정확한 수는 얀 크기(즉 직경)에 의존하며 제1 얀 및 제2 얀의 비율에 따라 사전-결정된다.

도 1을 참조하여, 실시예 로프 구조물(20)의 제조 방법에 대한 제1 실시예가 설명된다. 먼저, 브래킷(60 및 62)에 의해 제시되는 제1단계 및 제2단계가 수행된다. 제1단계(60)에서, 제1 얀(30)이 제공되며; 제2단계(62)에서 제2 얀(32)이 제공된다. 브래킷(64)에 의해 제시되는 제3단계에서, 제1 얀(30) 및 제2 얀(32)이 꼬여서(twisted) 번들(40)이 되고 그 결과 제2 얀(32)은 번들(40)의 중심부(42)를 형성 하고 제1 얀(30)은 커버부(44)를 형성한다.

브래킷(66)에 의해 제시되는 선택적인 제4단계에서, 번들(40)이 꼬여서(twisted) 로프 하부구성성분(50)을 형성한다. 따라서 실시예 로프 하부구성성분(50)은 꼬인 혼합 섬유 번들(twisted blend fiber bundle)이다. 그 대신에, 복수의 번들(40)은 제2, 제3, 또는 추가적인 트위스팅 단계(twisting step)에서 꼬여서(twisted), 로프 구조물(20)의 치수(dimensions) 및 작업 조건에 의해 요구되는 더 큰 로프 하부구성성분(50)을 형성할 수 있다.

그 후 하나 이상의 로프 하부구성성분(50)이 브래킷(68)에 의해 제시되는 제5단계에서 결합되어서 로프 구조물(20)을 형성한다. 실시예 제5단계는 브레이딩 또는 트위스팅 단계에며, 따라서 결과물인 로프 구조물(20)은 땋은 또는 꼬인 혼합 섬유 로프(a braided or twisted blend fiber rope)이다.

선택적으로, 제5단계(68) 이후에, 로프 구조물(20)은 수성 폴리우레탄(water based polyurethane) 또는 또 다른 화학물질 또는 혼합물(blend)로 코팅되어서 특정 작업 조건에서의 강화된 성능을 제공한다. 적절한 코팅제의 예는 폴리우레탄 (예를 들면, Permuthane, Sancure, Witcobond, Eternitex, Icothane), 왁스 (예를 들면, Recco, MA-계 에멀젼), 및 윤활제(예를 들면, E22 실리콘, XPT260, PTFE 30)와 같은 하나 이상의 물질을 포함한다.

II . 로프 구조물 및 방법의 제2 실시예

도 2를 참조하여, 본 발명의 원리에 따라 형성되고 이를 구체화하는 로프 구조물(120)의 제2 실시예가 제시된다. 실시예 로프 구조물(120)은 4개의 제1 얀(130) 및 3개의 제2 얀(132)을 포함한다. 제1 얀(130)과 제2 얀(132)이 결합되어서 번들(140)을 형성한다. 번들(140)은 제2 얀(132)을 포함하는 중심부(142)를 갖는다. 제1 얀(130)은 번들(140)의 커버부(144)를 한정하도록 배열된다. 번들(140)은 더욱 가공되어서 12개의 로프 연선(150)을 얻는다. 12개의 로프 연선(150)은 결합되어서 로프 구조물(120)을 형성한다.

실시예 제1 얀(130)은 HMPE로 형성되며 약 1600 데니어(denier)의 크기, 약 40 gpd의 인성, 약 1280 gpd의 탄성(modulus), 및 약 3.5%의 파단 연신율을 갖는다. 실시예 제2 얀(132)은 HMPP로 형성되며 약 2800 데니어의 크기, 약 8.5 또는 10.0 gpd의 인성, 약 190 gpd 또는 225 gpd의 탄성, 및 약 7.0% 또는 8.0%의 파단 연신율을 갖는다. 다음 표 A 및 B는 제1 얀(130) 및 제2 얀(132)에 대한 섬유 특성의 제1 범위 및 제2 범위를 각각 나타낸다:

A. 제1 얀

특성	제1 범위	제2 범위
인성 (gpd)	30-40	25-45
탄성 (gpd)	900-1500	475-3500
파단 연신율 (%)	3-4	2-5

B. 제2 얀

특성	제1 범위	제2 범위
인성 (gpd)	7-12	6-22
탄성 (gpd)	100-300	50-500
파단 연신율 (%)	5-10	2-12

실시예 로프 구조물(120)은 약 43 중량%의 HMPE를 포함하며 약 4656 lbs의 평균 파단 강도(breaking strength)를 갖는다. 이와는 대조적으로, HMPE 섬유(100 중량% HMPE)의 12개 연선을 포함하는 로프 구조물은 약 8600 lbs의 평균 파단 강도를 갖는다. 따라서 실시예 로프 구조물(120)은 순수 HMPE 섬유의 로프 구조물과 비교하여 절반 미만의 HMPE 섬유를 포함하는 반면 절반 이상의 파단 강도를 갖는다.

또한, 로프 구조물(120)은 약 17 gpd 이상의 계산된 인성(제조 공정으로 인한 강도 손실을 계산하기 이전)(중간 인성[medium tenacity]) 및 1 미만의 비중을 가지며 따라서 물에 뜬다. 제조 공정에 있어서, 섬유의 트위스팅, 브레이딩 및 가공으로 인한 효율(efficiency) 손실이 존재한다. 섬유가 평행 상태로부터 더 많이 꼬이거나 비틀릴수록, 효율 손실은 증가할 것이다. 전형적인 로프 제조 공정에서, 실질적인 로프 강도는 gpd 단위의 인성으로 표현하면 최초 섬유 강도의 단지 약 50%이다.

따라서, HMPE 섬유의 12 연선을 포함하는 로프 구조물(100 중량% HMPE)은 22.5 gpd와 동등한 8600 lbs의 평균 파단 강도, 즉 40 gpd인 최초 섬유(original fiber) 인성의 56%의 평균 파단 강도를 갖는다. 43% HMPE 및 57% HMPP를 포함하는 혼합된 로프(blended rope)는 12.0 gpd의 인성(섬유 인성 및 동일한 56% 강도 효율에 기초하여)을 갖는다. 따라서 로프 구조물(120)은 중간 수준의 인성(12.0 gpd 로프 인성)을 갖는 부유 로프(floating rope)로서 사용될 수 있고 단지 HMPE 섬유만을 포함하는 로프(22.5 gpd 로프 인성)와 비교하여 비교적 가격이 낮다.

도 2을 참조하여, 실시예 로프 구조물(120)의 제조 방법에 대한 제1 실시예가 설명된다. 먼저, 브래킷(160 및 162)에 의해 제시되는 제1단계 및 제2단계가 수 행된다. 제1단계(160)에서, 제1 얀(130)의 4개의 단부(end)가 제공되며; 제2단계(162)에서 제2 얀(132)의 3개의 단부가 제공된다. 브래킷(164)에 의해 제시되는 제3단계에서, 제1 얀(130) 및 제2 얀(132)이 혼합되어서(blended) 번들(140)이 되고 그 결과 제2 얀(132)은 번들(140)의 중심부(142)를 형성하고 제1 얀(130)은 커버부(144)를 형성한다.

브래킷(166)에 의해 제시되는 제4단계에서, 번들(140)이 꼬여서(twisted) 연선(150)을 형성한다. 따라서 실시예 로프 연선(150)은 꼬인 혼합 섬유 번들(twisted blend fiber bundle)이다. 전술한 바와 같이, 복수의 번들(140)은 제2, 제3, 또는 추가적인 트위스팅 단계에서 꼬여서(twisted), 로프 구조물(120)의 치수 및 작업 조건에 의해 요구되는 더 큰 연선을 형성할 수 있다.

그 후 번들(140)로부터 형성된 12개의 얀(150)은 브래킷(168)에 의해 제시되는 제5단계에서 결합되어서 로프 구조물(120)을 형성한다. 실시예 제5단계(168)는 브레이딩 단계에며, 따라서 결과물인 로프 구조물(120)은 1/4" 직경의 땋은 혼합 섬유 로프(a braided blend fiber rope)이다. 선택적으로, 제5단계 이후에, 로프 구조물(120)은 수성 폴리우레탄 또는 또 다른 화학물질 또는 혼합물로 코팅되어서 특정 작업 조건에서의 강화된 성능을 제공한다.

III . 로프 구조물 및 방법의 제3 실시예

도 3를 참조하여, 본 발명의 원리에 따라 형성되고 이를 구체화하는 로프 구조물(220)의 제3 실시예가 제시된다. 실시예 로프 구조물(220)은 5개의 제1 얀(230) 및 4개의 제2 얀(232)을 포함한다. 제1 얀(230)과 제2 얀(232)이 결합되어 서 번들(240)을 형성한다. 번들(240)은 제2 얀(232)을 포함하는 중심부(242)를 갖는다. 제1 얀(230)은 번들(240)의 커버부(244)를 한정하도록 배열된다. 번들(240)은 더욱 가공되어서 하부-연선(sub-strand)(250)을 얻는다. 7개의 하부-연선(250)이 결합되어서 대형 연선(260)을 형성한다. 12개의 대형 연선(260)이 결합되어서 로프 구조물(220)을 형성한다.

실시예 제1 얀(230)은 HMPE로 형성되며 1600 데니어의 크기, 약 40 gpd의 인성, 약 1280 gpd의 탄성, 및 약 3.5%의 파단 연신율을 갖는다. 실시예 제2 얀(232)은 HMPP로 형성되며 약 2800 데니어의 크기, 약 8.5 gpd 또는 10.0 gpd의 인성, 약 190 gpd 또는 225 gpd의 탄성, 및 약 7.0% 또는 8.0%의 파단 연신율을 갖는다. 다음 표 C 및 D는 제1 얀(230) 및 제2 얀(232)에 대한 섬유 특성의 제1 범위 및 제2 범위를 각각 나타낸다:

C. 제1 얀

D. 제2 얀

실시예 로프 구조물(220)은 약 42 중량%의 HMPE를 포함하며 약 37,000 lbs의 평균 파단 강도를 갖는다. 이와 대조적으로, HMPE 섬유(100 중량% HMPE)를 포함하는 유사 로프 구조물은 약 64,400 lbs의 평균 파단 강도를 갖는다. 따라서 실시예 로프 구조물(220)은 순수 HMPE 섬유의 로프 구조물과 비교하여 절반 미만의 HMPE 섬유를 포함하는 반면 절반 이상의 파단 강도를 갖는다.

또한, 로프 구조물(220)은 약 27 gpd 이상의 계산된 인성(제조 공정으로 인한 강도 손실을 계산하기 이전)(중간 인성) 및 1 미만의 비중을 가지며 따라서 물에 뜬다. 제조 공정에 있어서, 섬유의 트위스팅, 브레이딩 및 가공으로 인한 효율 손실이 존재한다. 전형적인 로프 제조 공정에서, 실질적인 로프 강도는 gpd 단위의 인성으로 표현하면 최초 섬유 강도의 단지 약 50%이다. HMPE 섬유의 12 연선을 포함하는 로프 구조물(100 중량% HMPE)은 20.0 gpd와 동등한 64400 lbs의 평균 파단 강도, 즉 40 gpd인 최초 섬유(original fiber) 인성의 50%의 평균 파단 강도를 갖는다. 42% HMPE 및 58% HMPP를 포함하는 혼합된 로프(blended rope)는 10.8 gpd의 인성(섬유 인성 및 동일한 50% 강도 효율에 기초하여)을 갖는다. 따라서 로프 구조물(220)은 중간 수준의 인성(10.8 gpd 로프 인성)을 갖는 부유 로프(floating rope)로서 사용될 수 있고 단지 HMPE 섬유만을 포함하는 로프(20.0 gpd 로프 인성)와 비교하여 비교적 가격이 낮다.

도 3을 참조하여, 실시예 로프 구조물(220)의 제조 방법에 대한 제1 실시예가 설명된다. 먼저, 브래킷(270 및 272)에 의해 제시되는 제1단계 및 제2단계가 수행된다. 제1단계(270)에서, 제1 얀(230)의 4개의 단부(end)가 제공되며; 제2단계(272)에서 제2 얀(232)의 3개의 단부가 제공된다. 브래킷(274)에 의해 제시되는 제3단계에서, 제1 얀(230) 및 제2 얀(232)이 꼬여서(twisted) 번들(240)이 되고 그 결과 제2 얀(232)은 번들(240)의 중심부(242)를 형성하고 제1 얀(230)은 커버부(244)를 형성한다.

브래킷(276)에 의해 제시되는 제4단계에서, 번들(240)이 꼬여서(twisted) 연선(250)을 형성한다. 따라서 실시예 로프 연선(250)은 꼬인 혼합 섬유 번들(twisted blend fiber bundle)이다. 제5단계(278)에서, 7개의 연선(250)이 함께 꼬여서 더 큰 연선(260)을 형성한다.

그 후 12개의 더 큰 연선(260)이 브래킷(280)으로 제시되는 제6단계에서 결합되어서 로프 구조물(220)을 형성한다. 실시예 제6단계(280)는 브레이딩 단계이며, 따라서 결과물인 로프 구조물(220)은 3/4" 직경의 땋은 혼합 섬유 로프(a braided blend fiber rope)이다. 선택적으로, 제6단계 이후에, 로프 구조물(220)은 수성 폴리우레탄 또는 또 다른 화학물질 또는 혼합물로 코팅되어서 특정 작업 조건에서의 강화된 성능을 제공한다.

IV . 로프 구조물 및 방법의 제4 실시예

도 4을 참조하여, 본 발명의 원리에 따라 형성되고 이를 구체화하는 로프 구조물(320)의 제4 실시예가 제시된다. 실시예 로프 구조물(320)은 복수의 제1 얀(330), 복수의 제2 얀(332), 복수의 제3 얀(334), 및 복수의 제4 얀(336)을 포함한다. 제1 얀(330)과 제2 얀(332)은 결합되어서 복수의 제1 번들(340)을 형성한다. 제1 번들(340)은 제2 얀(332)을 포함하는 중심부(340a) 를 포함한다. 제1 얀(330)은 제1 번들(340)의 커버부(340b)를 한정하도록 배열된다. 제3 얀(334)과 제4 얀(336)은 바람직하게는 가연 공정(false-twisting process)을 사용하여 결합되어서 복수의 제2 번들(342)을 형성한다. 제2 번들(342)은 제3 얀(334)을 포함하는 중심부(342a)를 갖는다. 제4 얀(336)은 제2 번들(342)의 커버부(342b)를 한정하도록 배열된다.

제1 번들(340)은 더욱 가공되어서 하부-연선(350)을 얻는다. 제2 번들(342)은 가공되어서 하부-연선(352)을 얻는다. 제1 및 제2 하부구성성분 또는 연선(350 및 352)은 결합되어서 로프 구조물(320)을 형성한다.

실시예 제1 얀(330)은 HMPE로 형성되며 1600 데니어의 크기, 약 40 gpd의 인성, 약 1280 gpd의 탄성, 및 약 3.5%의 파단 연신율을 갖는다. 실시예 제2 얀(332)은 HMPP로 형성되며 약 2800 데니어의 크기, 약 8.5 gpd의 인성, 약 190 gpd의 탄성, 및 약 7.0%의 파단 연신율을 갖는다. 제1 얀(330)과 유사하게, 실시예 제3 얀(334) 또한 HMPE로 형성되며 약 1600 데니어의 크기, 약 40.0 gpd의 인성, 및 약 3.5%의 파단 연신율을 갖는다. 그렇지만, 제1 얀(330)과 제3 얀(334)은 서로 다를 수도 있다. 실시예 제4 얀(336)은 폴리에스테르 슬라이버(sliver)로 형성되며 약 52 그레인(grain)의 크기를 갖는다. 그렇지만 제4 얀은 하나 이상의 다음 물질일 수도 있다: 폴리에스테르, 나일론, 아라미드, LCP, 및 HMPE 섬유.

다음 표 E, F, 및 G는 제1 얀(330), 제2 얀(332) 및 제3 얀(334)에 대한 섬유 특성의 제1 범위 및 제2 범위를 각각 나타낸다:

E. 제1 얀

F. 제2 얀

G. 제3 얀

특성	제1 범위	제2 범위
인성 (gpd)	30-40	25-45
파단 연신율 (%)	3-4	2-5

실시예 로프 구조물(320)은 약 42 중량%의 HMPE 및 6 중량%의 폴리에스테르 슬라이버를 포함하며 약 302,000 lbs의 평균 파단 강도를 갖는다. 이와 대조적으로, HMPE 섬유(94 중량% HMPE) 및 폴리에스테르 슬라이버(6 중량% 폴리에스테르)를 포함하는 유사 로프 구조물은 약 550,000 lbs의 평균 파단 강도를 갖는다. 따라서 실시예 로프 구조물(320)은, HMPE와 폴리에스테르 슬라이버 섬유의 로프 구조물과 비교하여, 절반 미만의 HMPE 섬유를 포함하는 반면 절반 이상의 파단 강도를 갖는다.

또한, 로프 구조물(320)은 1 미만의 비중을 가지며 따라서 물에 뜬다. 따라서 로프 구조물(320)은 중간 수준의 강도 및 인성을 갖는 부유 로프(floating rope)로서 사용될 수 있고 단지 HMPE 섬유만을 포함하는 로프와 비교하여 비교적 가격이 낮다.

도 4를 참조하여, 실시예 로프 구조물(320)의 제조 방법에 대한 제1 실시예가 설명된다. 먼저, 제1 얀(330), 제2 얀(332), 제3 얀(334), 및 제4 얀(336)이 단계(360, 362, 364, 및 366)에서 제공된다.

브래킷(370)에 의해 제시되는 단계에서, 제1 얀(330) 및 제2 얀(332)이 꼬여서(twisted) 번들(340)이 되고 그 결과 제2 얀(332)은 번들(340)의 중심부(340a)를 형성하고 제1 얀(330)은 커버부(340b)를 형성한다. 브래킷(372)에 의해 제시되는 단계에서, 번들(340)이 꼬여서 연선(350)을 형성한다. 따라서 실시예 로프 연선(350)은 꼬인 혼합 섬유 번들이다.

브래킷(374)에 의해 제시되는 단계에서, 제3 얀(334) 및 제4 얀(336)이 가연(false twisted) 되어서 번들(342)이 되고 그 결과 제3 얀(334)은 번들(342)의 중심부(342a)를 형성하고 제4 얀(336)은 커버부(342b)를 형성한다. 브래킷(376)에 의해 제시되는 단계에서, 번들(342)이 함께 가연(false twisted) 되어서 연선(352)을 형성한다. 따라서 실시예 로프 연선(352)은 가연된 혼합 섬유 번들(false-twisted blend fiber bundle)이다.

브래킷(380)에 의해 제시되는 최종 단계에서, 제1 연선(350) 및 제2 연선(352)이 트위스팅 또는 브레이딩과 같은 임의의 적절한 방법에 의해 결합되어서 로프 구조물(320)을 형성한다. 추가적인 선택적 단계로서, 로프 구조물(320)은 전술한 바와 같이 코팅될 수도 있다.

V. 로프 구조물 및 방법의 제5 실시예

도 5를 참조하여, 본 발명의 원리에 따라 형성되고 이를 구체화하는 로프 구조물(420)의 제5 실시예가 제시된다. 실시예 로프 구조물(420)은 복수의 제1 얀(430), 복수의 제2 얀(432) 및 복수의 제3 얀(434)을 포함한다. 제1 얀(430)과 제2 얀(432)은 결합되어서 복수의 제1 번들(440)을 형성한다. 제1 번들(440)은 제2 얀(432)을 포함하는 중심부(440a)를 포함한다. 제1 얀(430)은 제1 번들(440)의 커버부(440b)를 한정하도록 배열된다.

제3 얀(434)은 바람직하게는 가연 공정(false-twisting process)을 사용하여 제1 번들(440)과 결합되어서 로프 하부구성성분 또는 연선(450)을 형성한다. 제1 얀(430) 및 제2 얀(432)은 연선(450)의 코어부(core portion)를 한정하도록 배열된다. 제3 얀(434)은 연선(450)의 커버부의 적어도 일부를 한정하도록 배열된다.

실시예 제1 얀(430)은 HMPE로 형성되며 1600 데니어의 크기, 약 40 gpd의 인성, 약 1280 gpd의 탄성, 및 약 3.5%의 파단 연신율을 갖는다. 실시예 제2 얀(432)은 HMPP로 형성되며 약 2800 데니어의 크기, 약 8.5 gpd의 인성, 약 190 gpd의 탄성, 및 약 7.0%의 파단 연신율을 갖는다. 실시예 제3 얀(434)은 폴리에스테르 슬라이버로 형성되며 약 52 그레인(grain)의 크기를 갖는다.

다음 표 H 및 I는 제1 얀(430) 및 제2 얀(432)에 대한 섬유 특성의 제1 범위 및 제2 범위를 각각 나타낸다:

H. 제1 얀

I. 제2 얀

실시예 로프 구조물(420)은 순수한 HMPE 섬유의 로프 구조물과 비교하여 절반 미만의 HMPE 섬유를 포함하는 반면 절반 이상의 파단 강도를 갖는다.

또한, 로프 구조물(420)은 1 미만의 비중을 가지며 따라서 물에 뜬다. 따라서 로프 구조물(420)은 중간 수준의 강도 및 인성을 갖는 부유 로프(floating rope)로서 사용될 수 있고 단지 HMPE 섬유만을 포함하는 로프와 비교하여 비교적 가격이 낮다.

도 5를 참조하여, 실시예 로프 구조물(420)의 제조 방법에 대한 제1 실시예가 설명된다. 먼저, 단계(460)에서, 제1 얀(430)이 제공되며; 단계(462)에서, 제2 얀(432)이 제공된다.

브래킷(464)에 의해 제시되는 단계에서, 제1 얀(430) 및 제2 얀(432)이 결합되어서 번들(440)이 되고 그 결과 제2 얀(432)은 번들(440)의 중심부(440a)를 형성하고 제1 얀(430)은 커버부(440b)를 형성한다.

단계(470)에서, 제3 얀(434)이 제공된다. 브래킷(472)에 의해 제시되는 단계에서, 제3 얀(434)이 번들(440)과 가연(false twisted) 되어서 연선(450)을 형성하하고 그 결과 제3 얀(434)은 번들(450)의 커버부를 형성한다. 브래킷(480)에 의해 제시되는 최종 단계에서, 연선(450)은 트위스팅 또는 브레이딩과 같은 임의의 적절한 방법에 의해 결합되어서 로프 구조물(420)을 형성한다.

추가적인 선택적 단계로서, 로프 구조물(420)은 전술한 바와 같이 코팅될 수도 있다.

VI . 로프 구조물 및 방법의 제6 실시예

도 6을 참조하여, 본 발명의 원리에 따라 형성되고 이를 구체화하는 로프 구조물(520)의 제6 실시예가 제시된다. 실시예 로프 구조물(520)은 번들 내에 배열된 복수의 제1 얀(530); 복수의 제2 얀(532); 및 복수의 제3 얀(534)을 포함한다. 제2 얀(532)과 제3 얀(534)은 바람직하게는 가연 공정을 사용하여 결합되어서 복수의 제2 번들(540)을 형성한다. 제2 번들(540)은 제2 얀(532)을 포함하는 중심부(540a)를 포함한다. 제3 얀(534)은 제2 번들(540)의 커버부(540b)를 한정하도록 배열된다.

제1 얀(530)의 번들은 제2 번들(540)과 결합되어서 로프 하부구성성분 또는 연선(550)을 형성한다. 제2 얀(532) 및 제3 얀(534)은 연선(550)의 코어부를 한정하도록 배열된다. 제1 얀(530)의 번들은 연선(550)의 커버부의 적어도 일부를 한정하도록 배열된다.

실시예 제1 얀(530)은 HMPE로 형성되며 1600 데니어의 크기, 약 40 gpd의 인 성, 약 1280 gpd의 탄성, 및 약 3.5%의 파단 연신율을 갖는다. 실시예 제2 얀(532)은 HMPP로 형성되며 약 2800 데니어의 크기, 약 8.5 gpd의 인성, 약 190 gpd의 탄성, 및 약 7.0%의 파단 연신율을 갖는다. 실시예 제3 얀(534)은 폴리에스테르 슬라이버로 형성되며 약 52 그레인(grain)의 크기를 갖는다.

다음 표 J 및 K는 제1 얀(530) 및 제2 얀(532)에 대한 섬유 특성의 제1 범위 및 제2 범위를 각각 나타낸다:

J. 제1 얀

K. 제2 얀

실시예 로프 구조물(520)은 순수한 HMPE 섬유의 로프 구조물과 비교하여 절반 미만의 HMPE 섬유를 포함하는 반면 절반 이상의 파단 강도를 갖는다. 또한, 로프 구조물(520)은 1 미만의 비중을 가지며 따라서 물에 뜬다. 따라서 로프 구조물(520)은 중간 수준의 강도 및 인성을 갖는 부유 로프(floating rope)로서 사용될 수 있고 단지 HMPE 섬유만을 포함하는 로프와 비교하여 비교적 가격이 낮다.

도 6을 참조하여, 실시예 로프 구조물(520)의 제조 방법에 대한 제1 실시예 가 설명된다. 먼저, 단계(560)에서, 제1 얀(530)이 전형적으로 번들 형태로서 제공된다. 단계(570 및 572)에서 제2 얀(532) 및 제3 얀(534)이 제공된다. 브래킷(574)에 의해 제시되는 단계에서, 제2 얀(532) 및 제3 얀(534)이 바람직하게는 가연 공정을 사용하여 결합되어서 번들(540)이 되고 그 결과 제2 얀(532)은 번들(540)의 중심부(540a)를 형성하고 제3 얀(534)은 커버부(540b)를 형성한다.

브래킷(576)에 의해 제시되는 단계에서, 제1 얀(530)(또는 이로부터 형성된 번들)이 번들(540)과 꼬여서 연선(550)을 형성한다. 브래킷(580)에 의해 제시되는 최종 단계에서, 연선(550)은 트위스팅 또는 브레이딩과 같은 임의의 적절한 방법에 의해 결합되어서 로프 구조물(520)을 형성한다.

추가적인 선택적 단계로서, 로프 구조물(520)은 전술한 바와 같이 코팅될 수도 있다.

VII . 가연 공정( False Twisting Process )

전술한 바와 같이, 제1 섬유(예를 들면, 얀)의 번들은 제2 섬유(예를 들면, 얀)의 번들과 가연 공정을 사용하여 결합되어서 로프 하부구성성분을 형성하고 이는 그 다음에 결합되어서 또 다른 로프 하부구성성분 및/또는 로프 구조물을 형성할 수도 있다. 가연 공정은 예를 들면 본 발명의 참조문헌으로 제시된 미국 특허 제7,134,267호 및 제7,367,176호에 개시된다.

로프 구조물은 복수의 로프 하부구성성분, 로프 하부구성성분을 형성하도록 결합된 복수의 번들, 번들을 형성하도록 결합된 복수의 제1 얀 및 복수의 제2 얀을 포함한다. 한 구체예에서, 제1 얀은 25-45 gpd의 인성을 가지며, 제2 얀은 약 6-22 gpd의 인성을 갖는다. 또 다른 구체예에서, 제1 얀은 약 2%-5%의 파단 연신율을 가지며, 제2 얀은 약 2%-12%의 파단 연신율을 갖는다.

도면의 간단한 설명

도 1은 본 발명의 로프 시스템 제 1 실시예 및 로프 시스템 제1 실시예의 제조 방법을 나타내는 개략도이다.

도 2는 본 발명의 로프 시스템 제2 실시예 및 로프 시스템 제2 실시예의 제조 방법을 나타내는 개략도이다.

도 3은 본 발명의 로프 시스템 제3 실시예 및 로프 시스템 제3 실시예의 제조 방법을 나타내는 개략도이다.

도 4는 본 발명의 로프 시스템 제4 실시예 및 로프 시스템 제4 실시예의 제조 방법을 나타내는 개략도이다.

도 5는 본 발명의 로프 시스템 제5 실시예 및 로프 시스템 제5 실시예의 제조 방법을 나타내는 개략도이다.

도 6는 본 발명의 로프 시스템 제6 실시예 및 로프 시스템 제6 실시예의 제조 방법을 나타내는 개략도이다.

Claims

다음을 포함하는 로프 구조물:

복수의 로프 하부구성성분, 여기서 로프 하부구성성분은 결합되어서 로프 구조물을 형성함;

복수의 번들, 여기서 번들은 결합되어서 로프 하부구성성분을 형성함;

복수의 제1 얀, 여기서 제1 얀은 25-45 gpd의 인성을 가짐; 및

복수의 제2 얀, 여기서 제2 얀은 6-22 gpd의 인성을 가짐;

여기서 상기 제1 얀 및 제2 얀은 결합되어서 상기 번들을 형성함.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 얀은 2%-5%의 파단 연신율을 가지며, 상기 제2 얀은 2%-12%의 파단 연신율을 가짐을 특징으로 하는 로프 구조물.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 얀은 HMPE, LCP, 아라미드, 및 PBO를 포함하는 물질 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질로 형성됨을 특징으로 하는 로프 구조물.
제 1 항에 있어서, 상기 제2 얀은 고 탄성 폴리올레핀 섬유로 형성됨을 특징으로 하는 로프 구조물.
제 4 항에 있어서, 상기 제2 얀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 혼합물(blend), 또는 이들 둘의 공중합체를 포함하는 수지(resin) 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 수지로부터 제조된 고 탄성 섬유로 형성됨을 특징으로 하는 로프 구조물.
.
제 1 항에 있어서, 상기 번들은 20-80 중량%의 제1 얀을 포함함을 특징으로 하는 로프 구조물.
제 7 항에 있어서, 상기 번들은 20-80 중량%의 제2 얀을 포함함을 특징으로 하는 로프 구조물.
제 7 항에 있어서, 상기 번들은 20-80 중량%의 제2 얀 및 또 다른 물질을 포함함을 특징으로 하는 로프 구조물.
다음을 포함하는 로프 구조물:

복수의 로프 하부구성성분, 여기서 로프 하부구성성분은 결합되어서 로프 구조물을 형성함;

복수의 번들, 여기서 번들은 결합되어서 로프 하부구성성분을 형성함;

복수의 제1 얀, 여기서 제1 얀은 2%-5%의 파단 연신율을 가짐; 및

복수의 제2 얀, 여기서 제2 얀은 2%-12%의 파단 연신율을 가짐;

여기서 상기 제1 얀 및 제2 얀은 결합되어서 상기 번들을 형성함.
제 10 항에 있어서, 상기 제1 얀은 HMPE, LCP, 아라미드, 및 PBO를 포함하는 물질 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질로 형성됨을 특징으로 하는 로프 구조물.
제 10 항에 있어서, 상기 제2 얀은 고 탄성 폴리올레핀 섬유로 형성됨을 특징으로 하는 로프 구조물.
제 12 항에 있어서, 상기 제2 얀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 혼합물(blend), 또는 이들 둘의 공중합체를 포함하는 수지(resin) 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 수지로부터 제조된 고 탄성 섬유로 형성됨을 특징으로 하는 로프 구조물.
다음을 포함하는 로프 구조물:

복수의 로프 하부구성성분, 여기서 로프 하부구성성분은 결합되어서 로프 구조물을 형성함;

복수의 번들, 여기서 번들은 결합되어서 로프 하부구성성분을 형성함;

복수의 제1 얀, 여기서 제1 얀은 HMPE, LCP, 아라미드, 및 PBO를 포함하는 물질 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질로 형성됨; 및

복수의 제2 얀, 여기서 제2 얀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 혼합물(blend), 또는 이들 둘의 공중합체를 포함하는 수지(resin) 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 수지로부터 제조된 고 탄성 섬유로 형성됨;

여기서 상기 제1 얀 및 제2 얀은 결합되어서 상기 번들을 형성함.
제 14 항에 있어서, 상기 제1 얀은 25-45 gpd의 인성을 가지며, 상기 제2 얀은 6-22 gpd의 인성을 가짐을 특징으로 하는 로프 구조물.
제 15 항에 있어서, 제1 얀은 추가로 2%-5%의 파단 연신율을 가지며, 상기 제2 얀은 추가로 2%-12%의 파단 연신율을 가짐을 특징으로 하는 로프 구조물.
다음 단계를 포함하는, 로프 구조물 형성 방법:

복수의 제1 얀을 제공하는 단계, 여기서 제1 얀은 25-45 gpd의 인성을 가짐;

복수의 제2 얀을 제공하는 단계, 여기서 제2 얀은 6-22 gpd의 인성을 가짐;

복수의 제1 얀과 복수의 제2 얀을 결합시켜 복수의 번들을 형성하는 단계;

복수의 번들을 결합시켜 복수의 로프 하부구성성분을 형성하는 단계; 및

복수의 로프 하부구성성분을 결합시켜 로프 구조물을 형성하는 단계.
제 17 항에 있어서,

제1 얀을 제공하는 단계는 제1 얀이 2%-5%의 파단 연신율을 갖도록 제1 얀을 제공하는 단계를 더욱 포함하며;

제2 얀을 제공하는 단계는 제2 얀이 2%-12%의 파단 연신율을 갖도록 제2 얀을 제공하는 단계를 더욱 포함함;

을 특징으로 하는 로프 구조물 형성 방법.
다음 단계를 포함하는, 로프 구조물 형성 방법:

복수의 제1 얀을 제공하는 단계, 여기서 제1 얀은 2%-5%의 파단 연신율을 가짐;

복수의 제2 얀을 제공하는 단계, 여기서 제2 얀은 2%-12%의 파단 연신율을 가짐;

복수의 제1 얀과 복수의 제2 얀을 결합시켜 복수의 번들을 형성하는 단계;

복수의 번들을 결합시켜 복수의 로프 하부구성성분을 형성하는 단계; 및

복수의 로프 하부구성성분을 결합시켜 로프 구조물을 형성하는 단계.
다음 단계를 포함하는, 로프 구조물 형성 방법:

복수의 제1 얀을 제공하는 단계, 여기서 제1 얀은 HMPE, LCP, 아라미드, 및 PBO를 포함하는 물질 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질로 형성됨;

복수의 제2 얀을 제공하는 단계, 여기서 제2 얀은 폴리에틸렌, 폴리프로필 렌, 혼합물(blend), 또는 이들 둘의 공중합체를 포함하는 수지(resin) 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 수지로부터 제조된 고 탄성 섬유로 형성됨;

복수의 제1 얀과 복수의 제2 얀을 결합시켜 복수의 번들을 형성하는 단계;

복수의 번들을 결합시켜 복수의 로프 하부구성성분을 형성하는 단계; 및

복수의 로프 하부구성성분을 결합시켜 로프 구조물을 형성하는 단계.