KR20110004440A - 내마모성 직물 - Google Patents

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한스 슈나이더스
프랭크 비렌
카렐 조젤 벳젤스
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디에스엠 아이피 어셋츠 비.브이.
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Abstract

본 발명은 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 필라멘트 및 열방성 액정 중합체(LCP)를 함유하는 내마모성 직물, 보호 수단으로서 그의 용도, 및 상기 직물을 함유하는 보호 커버에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 보호 커버를 함유하는 로프 및 라운드슬링에 관한 것이다.

Description

내마모성 직물{ABRASION RESISTANT FABRIC}
본 발명은 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 필라멘트를 함유하는 내마모성 직물, 보호 수단으로서 이의 용도, 및 상기 직물을 함유하는 보호 커버에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 보호 커버를 함유하는 로프 및 라운드슬링(roundsling)에 관한 것이다.
UHMWPE 필라멘트를 함유하는 직물은 공지되어 있다. 예를 들면, 그러한 직물 및 그의 라운드슬링용 보호 커버로서의 용도가 국제 특허 출원 공개 제 WO 2007/071310 호에 개시되어 있다. 직물은 보호 커버에 우수한 기계적 및 물리적 특성, 예를 들면 내마모성 또는 내기계적 충격성을 부여한다. 또한, 상기 커버에 외부적인 영향, 예컨대, UV 광, 먼지 등의 진입에 대한 저항성을 부여한다. 따라서, 보호 커버를 함유하는 라운드슬링의 사용 수명이 연장된다.
비록 UHMWPE 필라멘트를 함유하는 공지된 직물이 우세한 특징을 가질지라도, 더 나은 개선에 대한 요구가 계속되고 있다. 특히, 더욱 개선된 내마모성을 갖는 직물에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 목적은 UHMWPE 필라멘트를 함유하는 보다 개선된 직물을 제공하고, 특히 지금까지 달성된 적이 없는 내마모성을 갖는 직물을 제공하는 것이다.
놀랍게도, 본 발명의 목적은 UHMWPE 필라멘트 및 열방성(thermotropic) 액정 중합체(LCP) 필라멘트를 함유하는 직물에 의해 달성된다.
놀랍게도, 본 발명의 직물은 발명자의 지식에 의해 지금까지 달성된 적이 없는 예기치 않게 개선된 내마모성을 나타내는 것으로 밝혀졌다.
이러한 예기치 않게 증가된 본 발명의 직물의 내마모성은 더욱 더 놀라운 것인데, 이는 오직 UHMWPE 필라만트 만으로 구성되거나 오직 열방성 LCP 필라멘트 만으로 구성된 직물의 내마모성이 본 발명의 직물의 내마모성보다 훨씬 더 낮기 때문이다. 따라서, 이는 본 발명의 직물에 증가된 내마모성을 제공하는, UHMWPE 필라멘트와 열방성 LCP 필라멘트 간의 명백한 상승 효과이다.
본 발명의 직물의 추가의 장점은 상기 직물이 낮은 비용으로 제조될 수 있다는 것인데, 이는 값비싼 UHMWPE 필라멘트의 일부가 보다 값 싼 열방성 LCP 필라멘트로 대체되기 때문이다.
상기 언급한 국제 특허 출원 공개 제 WO 2007/071310 호는 UHMWPE, 방향족 폴리아마이드, 방향족 폴리에스터 또는 폴리비스옥사졸로부터 제조된 필라멘트를 함유하는 보호 커버를 개시한다. 그러나, 이 특허 문서는 UHMWPE와 열방성 LCP 필라멘트의 특이적 조합을 함유하는 직물 및 이들의 상승 효과들 중 어느 것도 전혀 개시하지 않고 있다.
도 1a는 본 발명의 직물의 내마모성을 정량하는데 사용되는 설정을 도시하고, 도 1b는 사용된 설정의 사진이다.
본원에서, 필라멘트는 폭 및 두께의 횡방향 치수보다 훨씬 더 큰 길이 치수인, 연속 길이를 갖는 신장된 몸체인 것으로 이해된다. 필라멘트의 단면은 광범위하게 다양하며, 이들은 원형, 평면 또는 긴 타원형이거나, 단면이 규칙적이거나 불규칙할 수 있다. 필라멘트의 단면이 원형인 경우 우수한 결과가 획득된다. 또한, 필라멘트는 스테이플(staple) 필라멘트일 수 있으나, 내마모성과 관련한 최적의 결과는 필라멘트가 연속 길이인 경우 획득된다.
당해 분야에서 또한 텍스타일(textile) 또는 천으로도 불리는 직물은 본원에서 엇갈리게 꼬인 필라멘트를 포함하는 시트(sheet)-유사 구조로서 이해되며, 이때 직물은 다른 두 치수, 즉 축방향 치수 및 횡방향 치수보다 훨씬 더 작은 두께를 갖는다. 직물은 엇갈리게 꼬인 필라멘트를 함유하는 다른 구조, 예컨대 그의 길이보다 훨씬 더 작은 횡방향 치수를 갖는 시트-유사형이라기 보다 오히려 원통형인 얀 또는 로프와 명백하게 구별된다. 추가로 구별되는 특징은, 예를 들면 로프에서 대부분의 필라멘트는 로프 내부에 위치하고, 표면에 노출되지 않으며, 따라서 로프의 표면 특성, 예컨대 내마모성에 기여하지 않는다는 것이다.
본원에서, 직물의 내마모성은 예를 들면 다른 물체와의 마찰에 의한 마멸, 마모, 부식, 연마 또는 마손 공정에 대한 저항성인 것으로 이해된다. 따라서, 마모는 응력이 일정하게 적용되는 정적 공정에서가 아닌 동적 공정, 즉 마찰을 유발하는 움직임이 포함되는 경우에서 직물을 이용하는 동안 발생되는 추가의 과정이며, 이는 예컨대 직물 피로를 유발시킨다.
본 발명의 직물은 당해 분야에 공지된 임의의 구조, 예컨대 직포, 니트, 플레이트(plaited), 브레이드(braided), 부직포 또는 이들의 조합일 수 있다. 직포는 평직, 두둑직, 매트직 및 능직 직물 등을 포함할 수 있다. 니트 직물은 위편성물, 예컨대 싱글- 또는 더블-저지(jersey) 직물 또는 경편성물일 수 있다. 부직포의 예는 펠트 직물이다. 직포, 니트 또는 부직포의 추가의 예 및 그의 제조 방법은 문헌[Handbook of Technical Textiles", ISBN 978-1-59124-651-0, chapter 4, 5 and 6]에 기재되어 있으며, 그의 내용은 본원에서 참고로서 인용된다. 브레이드 직물의 설명 및 예는 상기 문헌의 제 11 장, 보다 구체적으로 제 11.4.1 장에 기재되어 있으며, 그의 내용은 본원에서 참고로서 인용된다.
바람직하게는 본 발명의 직물은 니트 직물이고, 보다 바람직하게는 직포이며, 그 자체로 직물은 개선된 내마모성을 나타낸다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 본 발명의 직물은 브레이드 직물이고, 보다 바람직하게는 본 발명의 직물은 UHMWPE 및 열방성 LCP 필라멘트를 포함하는 테이프- 또는 밴드-유사 구조로부터 브레이드된다. 이러한 직물은 더욱 증가된 내마모성을 갖는 것으로 관찰되었다. 본 발명의 목적에 적합한 테이프- 또는 밴드-유사 구조의 좋은 예는 웨빙(webbing) 또는 평평하게 누워진 중공 관형 브레이드이다. 2 이상, 바람직하게는 3.5 이상, 보다 바람직하게는 5 이상의 폭/두께 비율을 갖는 웨빙이 사용되는 경우 우수한 결과가 얻어진다. 상기 폭/두께 비율은 바람직하게는 20 이하, 보다 바람직하게는 15 이하, 가장 바람직하게는 10 이하이다.
또한, 본 발명의 직물은 3차원(3D) 직물일 수 있다, 즉 직물은 3 방향으로 꿰어있고 서로 교차되는 필라멘트를 포함하는 스트랜드(strand)를 함유한다. 3D 직물은 당해 분야에 공지되어 있으며, 니팅(knitting), 스티칭(stitching), 브레이딩(braiding) 및/또는 위빙(weaving)을 비롯한 여러 가지 텍스타일 기법으로 제조될 수 있다. 보다 바람직하게는, 직물은 경사(wrap), 위사(weft) 및 결합 스트랜드 또는 스레드(thread)를 포함하는 3D 직포이고, 가장 바람직하게는 본 발명의 직물은 3D 중공 직포(중공 관형 형태)이다. 이러한 중공 직물은 예컨대, 20 원형(또는 라운드) 위빙 기법, 또는 층들이 가장 자리에서 연결되어 관형 구조의 벽을 형성하는 다층 플랫 위빙 기법에 의해 제조될 수 있다. 본 발명의 보다 바람직한 실시양태에서, 직물은 결합 스레드에 의해 서로 연결된 2 이상의 직포 층, 보다 바람직하게는 3 내지 9개의 서로 연결된 층을 포함하고, 선택적으로 중공 관형 형태로 제조되는 다층 직포 구조이다. 경사, 위사 및 결합 스레드는 단일-스트랜드되거나 다중-스트랜드될 수 있다.
본 발명의 직물은 코팅되거나, 난연제, 부착 감소를 위한 코팅물, 착색제, 탈광택제 등을 함유할 수 있다.
본 발명의 직물의 두께는 광범위하게 다양할 수 있으며, 예를 들면 상기 직물을 사용하는 제품의 용도에 의해 측정된다. 일반적으로, 내마모성은 직물의 두께가 증가함에 따라 증가하지만, 두께의 증가에 따라 제작 비용 또한 증가한다. 당해 분야의 숙련자는 수요와 관련하여 직물의 최적 두께를 선택하는 방법을 알고 있다.
바람직하게는, 본 발명의 직물에서 UHMWPE 필라멘트의 양은 UHMWPE 필라멘트와 열방성 LCP 필라멘트를 함유하는 질량으로부터 20 내지 98질량%, 바람직하게는 50 내지 95질량%, 보다 바람직하게는 60 내지 90질량%, 가장 바람직하게는 65 내지 85질량%이다. 상기 질량의 나머지 질량%(100질량% 이하)는 열방성 LCP 필라멘트로 이루어진다.
열방성 액정 중합체는 문헌[Handbook of fibre rope technology, ISBN 1 85573 6063, pages 50 and 51]에 기재되어 있다. 열방성 LCP 필라멘트를 생성하는데 사용되는 열방성 액정 중합체는 액정에서 용융되고 결합될 수 있는 방향족 폴리에스터를 지칭한다. 바람직하게는, 중합체는 열방성계 LCP를 기반으로 한 나프탈렌이다. 가장 바람직하게는, 열방성 LCP는 p-하이드록시벤조산과 6-하이드록시-2-나프토산의 공중합에 의해 제조된다. 이러한 열방성 LCP 필라멘트를 함유하는 얀(yarn)은 셀라니즈 코포레이션(Celanese Corporation)에 의해 상표명 벡트란(Vectran, 등록상표명)으로 시판된다.
바람직하게는, UHMWPE 필라멘트를 제조하는데 사용되는 UHMWPE는 바람직하게는 3 dl/g 이상, 보다 바람직하게는 4 dl/g 이상, 가장 바람직하게는 5 dl/g 이상의 고유 점도(IV)를 갖는다. 바람직하게는 IV는 40 dl/g 이하, 보다 바람직하게는 25 dl/g 이하, 가장 바람직하게는 15 dl/g 이하이다. 바람직하게는, UHMWPE는 100개의 탄소 원자 당 1개 미만의 측쇄를 갖고, 보다 바람직하게는 300개의 탄소 원자 당 1개 미만의 측쇄를 갖는다.
UHMWPE 필라멘트는 당해 분야에 공지된 임의의 기법, 예컨대 용융, 용액 또는 겔 방적에 따라 제조될 수 있다. 바람직하게는, UHMWPE 필라멘트는 유럽 특허 제 0205960 A 호, 제 0213208 A1 호, 미국 특허 제 4413110 호, 영국 특허 제 2042414 A 호, 제 A-2051667 호, 유럽 특허 제 0200547 B1 호, 제 0472114 B1 호, 국제 특허 출원 공개 제 WO 01/73173 A1 호, 유럽 특허 제 1,699,954 호 및 문헌[Advanced Fibre Spinning Technology, Ed. T. Nakajima, Woodhead Publ. Ltd (1994), ISBN 185573 182 7]을 포함한 다수의 문헌에 기재되어 있는 겔 방적 공정에 따라 제조된다.
UHMWPE 필라멘트는 소량, 일반적으로 5질량% 미만, 바람직하게는 3질량% 미만의 통상적인 첨가제, 예컨대 항산화제, 열 안정화제, 착색제, 유동 촉진제 등을 추가로 함유할 수 있다. UHMWPE는 단일 중합체 등급일 수 있지만, 또한 둘 이상의 상이한 등급, 예컨대 IV 또는 몰 질량 분포, 및/또는 공단량체 또는 측쇄의 유형 및 개수가 상이한 폴리에틸렌 등급의 혼합물일 수 있다.
바람직하게는, 열방성 LCP 필라멘트는 1 GPa 이상, 바람직하게는 1.5 GPa 이상, 보다 바람직하게는 2 GPa 이상, 훨씬 더 바람직하게는 2.5 GPa 이상, 가장 바람직하게는 3 GPa 이상의 인장 강도를 갖는다. 바람직하게는, UHMWPE 필라멘트는 1 GPa 이상, 바람직하게는 1.5 GPa 이상, 보다 바람직하게는 2 GPa 이상, 훨씬 더 바람직하게는 3 GPa 이상, 더 더욱 바람직하게는 4 GPa 이상, 가장 바람직하게는 5 GPa 이상의 인장 강도를 갖는다.
또한, 본 발명의 직물은 다른 필라멘트, 예컨대 천연 필라멘트 또는 합성 중합체의 필라멘트를 함유할 수 있다. 천연 필라멘트의 예는 면, 삼, 울, 실크, 황마, 리넨 등의 필라멘트를 포함한다. 합성 중합체의 필라멘트의 예는, 예를 들면 폴리아마이드 및 폴리아르아마이드, 예컨대 폴리(p-페닐렌 테레프탈아마이드)(케블라(Kevlar, 등록상표명)로서 공지됨), 폴리(테트라플루오로에틸렌)(PTFE), 폴리{2,6-다이이미다조-[4,5b-4',5'e]피리딘일렌-1,4(2,5-다이하이드록시)페닐렌}(M5로서 공지됨), 폴리(헥사메틸렌아디프아마이드)(나일론 6,6으로서 공지됨), 폴리(4-아미노뷰티르산)(나일론 6으로서 공지됨), 폴리에스터, 예컨대 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(뷰틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리(1,4-사이클로헥실리덴 다이메틸렌 테레프탈레이트), 폴리비닐 알콜로부터 제조된 필라멘트를 포함하지만, 또한 UHMWPE와 다른 폴리올레핀, 예컨대 폴리프로필렌의 동종중합체 및 공중합체로부터 제조된 필라멘트도 포함한다. 본 발명의 직물에서 다른 필라멘트의 질량%는 직물 중 필라멘트의 총 질량으로부터 계산되며, 이는 바람직하게는 2질량% 미만, 보다 바람직하게는 1질량% 미만, 가장 바람직하게는 0.5질량% 미만이다. 직물 중 필라멘트의 총 질량은 UHMWPE와 열방성 LCP 필라멘트로 이루어진 질량 + 다른 필라멘트로 이루어진 질량으로부터 얻어진다. 가장 바람직한 실시양태에서, 본 발명의 직물 중 필라멘트의 총 질량은 UHMWPE 필라멘트 및 열방성 LCP 필라멘트로 이루어진다.
본 발명의 직물에서 UHMWPE 또는 열방성 LCP 필라멘트의 질량%를 변화시키는 가장 간단한 방법은 상기 직물의 제조 공정에서 UHMWPE 필라멘트를 함유하는 얀(이후, UHMWPE 얀으로 칭함), 및 열방성 LCP 필라멘트를 함유하는 얀(이후, LCP 얀으로 칭함)을 사용하여 목적하는 바와 같은 상기 얀의 양을 변경시키는 것이다. 본원에서, 얀은 그의 단면적보다 훨씬 더 큰 길이를 갖고, 복수개의 연속 및/또는 불연속 필라멘트를 포함하는 신장된 몸체로서 이해되며, 이때 필라멘트는 바람직하게는 서로 실질적으로 평행하게 정렬된다.
또 다른 가능성은 목적하는 질량%의 UHMWPE 및 열방성 LCP의 연속 및/또는 불연속 필라멘트를 혼합하여 하이브리드 얀을 형성시키고, 이후 이를 사용하여 본 발명의 직물을 생성시키는 것이다. 별도의 UHMWPE 및 LCP 얀을 사용하는 것 대신에 하이브리드 얀을 사용하는 장점은 생성된 제품의 특성, 예컨대 내마모성, 강성 및 강도가 보다 정확하게 조정될 수 있고, 그의 제조 공정이 단순화된다는 것이다. 바람직하게는, 하이브리드 얀은 하나 이상의 UHMWPE 얀과 하나 이상의 LCP 얀을 하이브리드 얀으로 혼합함으로써 생성된다. 본원에서 필라멘트 또는 얀을 혼합하는 것은 필라멘트 또는 얀이 합해져서 단일 얀을 형성한다는 것으로 이해된다. 또한, 하이브리드 얀은 그의 혼합 후에 꼬일 수도 있다. 바람직하게는, 각각의 종류의 2개 이상의 얀, 보다 바람직하게는 4개 이상의 얀이 사용되어 하이브리드 얀을 형성하고, 가장 바람직하게는 본 발명의 직물을 사용하고자 하는 용도에 따라 얀의 개수가 선택된다. 바람직하게는 얀의 타이터(titer)는 100 데니어 이상, 보다 바람직하게는 1,000 데니어 이상, 훨씬 더 바람직하게는 5,000 데니어 이상, 가장 바람직하게는 10,000 데이어 이상이다.
또한, 본 발명은 연속 및/또는 불연속 UHMWPE 필라멘트 및 열방성 LCP 필라멘트를 함유하는 하이브리드 얀에 관한 것이다. 바람직하게는, 얀에서 UHMWPE 필라멘트의 양은 UHMWPE 필라멘트 및 열방성 LCP 필라멘트로 이루어진 필라멘트의 질량으로부터 30 내지 98질량%, 보다 바람직하게는 50 내지 95질량%, 훨씬 더 바람직하게는 60 내지 90질량%, 가장 바람직하게는 65 내지 85질량%이다. 또한, 본 발명의 하이브리드 얀은 상기 본원에서 열거한 것들과 유사한 다른 필라멘트를 함유할 수 있고, 이는 바람직하게는 5 회전수/m 이상, 보다 바람직하게는 10 회전수/m 이상, 가장 바람직하게는 15 회전수/m 이상 및 바람직하게는 50 회전수/m 이하로 꼬일 수 있다. 본 발명의 하이브리드 얀의 이점은 이것으로 제조된 직물 또는 제품이 지금까지 달성된 적이 없는 내마모성을 갖는다는 것이다.
추가로, 본 발명은 연속 및/또는 불연속 UHMWPE 및 열방성 LCP 필라멘트를 포함하는, 테이프- 또는 밴드-유사 구조, 보다 구체적으로 웨빙에 관한 것이다. 상기 웨빙은 바람직하게는 본원에서 참고로서 포함되는 유럽 특허 제 1,456,462 호에 개시되어 있는 방법에 따라 제조된다. 바람직하게는, 상기 구조는 본 발명의 하이브리드 얀으로부터 제조된다. 또한, 본 발명의 테이프- 또는 밴드-유사 구조는 상기 열거한 것과 유사한 다른 필라멘트를 함유할 수 있다.
또한, 본 발명은 예를 들면 마모력 또는 다른 기계적인 힘에 의해 유발된 손상에 대한 보호 수단으로서 본 발명의 직물의 용도에 관한 것이다.
추가로, 본 발명은 본 발명의 직물을 포함하는 보호 커버에 관한 것이다.
본 발명의 직물의 개선된 내마모성으로 인하여, 상기 직물을 함유하는 보호 커버는 공지된 커버보다 더 낮은 두께로 디자인될 수 있으면서 동시에 동일한 수준의 내마모성을 갖는다. 이러한 방식으로, 본 발명의 보호 커버를 함유하는 제품, 예컨대 로프 또는 라운드슬링의 총 중량이 감소된다. 또한, 커버의 제품, 특히 제품이 로프 또는 라운드슬링인 경우 제품의 강성에 대한 기여도가 감소된다는 것을 놀랍게도 발견하였다.
보호 커버는 물품을 손상으로부터 보호하거나, 의류 제품일 경우 그 제품을 착용하는 사람을 상해로부터 보호하기 위해 사용되는 커버링이다. 보호 커버의 예는 사물이 들어오지 못하게 하거나 조망을 가리도록 사용되는 스크린 또는 블라인드; 기계적인 충격에 대하여 손목 또는 팔을 보호하도록 사용되는 팔목 보호대 또는 팔 보호구; 캡; 가구를 보호하기 위한 컵받침; 예를 들면 건물의 외관 또는 꼭대기를 보호하도록 사용되는 클래딩, 외장 또는 지붕; 내표면을 보호하는 라이닝; 햇빛으로부터 보호하기 위한 차양; 항공기 커버; 위장 커버 등을 포함한다. 또한, 본 발명은 본 발명의 직물을 함유하는 보호 커버의 상기 열거한 예들에 관한 것이다.
개선된 내마모성과 별도로, 본 발명의 장점은 본 발명의 보호 커버가 그의 다른 특성을 잃지 않으면서 내부 및 외부 표면의 빛깔을 바래게 할 수 있는 태양의 손상 UV 선을 차단하는데 효과적이라는 것이다. 추가의 장점은 상기 커버가 산성 비, 새의 배설물, 나무 수액 및 다른 형태의 환경 오염물에 대해 우수한 저항성을 갖는다는 것이다. 또 다른 장점은 상기 커버가 습기가 없어지게 하는 동시에 뛰어난 내수성을 제공할 뿐만 아니라 때 및 먼지 입자가 가까이 오지 못하게 하는데 효과적이라는 것이다.
본 발명의 가장 바람직한 실시양태에서, 보호 커버는 마모 및 다른 기계적 충격으로부터 로프 또는 라운드슬링을 보호하는데 사용된다. 이러한 실시양태에 따라, 본 발명의 보호 커버는 중공 관형 형태이고, 이는 보호되기 위해 필요한 라운드슬링의 코어 또는 로프를 둘러싼다. 바람직하게는, 중공 관형 커버의 내경은 로프의 직경 또는 라운드슬링의 코어의 직경과 거의 동일하다. 이것의 장점은 로프 또는 라운드슬링에 대한 커버의 고정이 우수하게 달성된다는 것이다.
중공 관형 형태는 예를 들면 적합한 크기의 직물의 단편을 접은 후 이어서 직물의 말단들을 연결함으로써 제조될 수 있다. 연결을 촉진시키기 위해서, 직물의 말단들이 중첩될 수 있다. 말단들의 연결을 위해서, 임의의 적합한 연결 수단, 예컨대 접착제, 스티치, 벨크로, 지퍼 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 커버는 적합한 텍스타일 기법, 예컨대, 위빙, 니팅 또는 브레이딩에 의해 중공 관형 형태로 직접적으로 제조된다. 보다 바람직하게는, 커버는 중공 관형 브레이드이다. 훨씬 더 바람직하게는, 중공 관형 브레이드는 필라멘트를 포함하는 테이프- 또는 밴드-유사 구조로부터 브레이드된다. 상기 커버가 증가된 내마모성을 제공하는 것으로 관찰되었다.
이어서, 로프 또는 라운드슬링의 코어는 관형 커버로 도입된다. 또한, 보호될 로프 또는 라운드슬링의 코어 주변에서 직접적으로 커버를 구축하는 것이 가능하다.
본 발명의 보다 바람직한 실시양태에서, 중공 관형 커버는 로프 또는 라운드슬링의 코어 주변에서 브레이딩됨으로써 직접적으로 제조된다. 당해 분야의 숙련자는, 예를 들면 허조그(Herzog) SENG 1/24-'40 브레이더 기계와 같은 필요한 특성을 갖는 브레이딩 기계를 사용함으로써 상기 제품을 제조하는 방법을 알고 있다. 이것의 장점은 로프 또는 라운드슬링에 대해 우수한 피트(fit)를 갖는 커버가 생성된다는 것이다.
추가로, 본 발명은 본 발명의 보호 커버를 함유하는 로프 및 본 발명의 보호 커버를 함유하는 라운드슬링에 관한 것이다.
본 발명의 로프 또는 라운드슬링은 강력하게 개선된 내마모성을 나타낸다. 특히, 금속 물체의 절단 또는 톱질 작용에 의해 유발되는 외부 마모에 대한 저항성이 매우 크게 개선된다. 라운드슬링의 경우, 이는 예를 들면 일반적으로 날카로운 가장자리를 갖는 금속 코일의 호이스팅(hoisting)에 있어 중요하다. 로프의 경우, 이는 예를 들면 본 발명의 로프가 계선줄로서, 특히 정박 도킹선에 또는 심해 계선줄로서 사용되는 경우 중요하다. 도킹선은 파랑으로 인한 연속 상하(heave)-종요(pitch) 운동하에 계선줄 및 이것과 접촉하는 배의 금속 부품 간의 연속적인 마모를 유발한다. 본 발명의 로프는 계선줄로서 사용되는 경우 증가된 내마모성을 나타낸다. 예를 들면 석유 굴착용 플랫폼의 계선을 위한 심해 계선줄로서 사용되는 경우, 본 발명의 로프는 어망의 강철 케이블과 함께 우연히 미끌어지고 그의 톱질 작용이 발휘되는 것에 저항할 수 있다.
본 발명의 로프 또는 라운드슬링이 고장나는 경향이 덜한 연장된 사용 수명을 나타낸다는 것이 추가로 밝혀졌다. 파손과 같은 고장은, 예컨대 로프 또는 라운드슬링이 호이스팅 작업에 사용되는 경우 위험한 상황을 유발할 수 있다. 사용 수명의 연장은, 예를 들면 계선줄, 내구성이 강한 라운드슬링 등에 있어 중요한데, 이는 일단 상기 제품이 설치되면 관리 및 검사가 덜 필요하고, 따라서 상기 활동과 관련된 전체 비용이 감소하기 때문이다. 또한, 사용 수명의 연장은 점점 더 요구되는 예를 들면 강철 와이어를 대체하는 용도에서 본 발명의 로프 또는 라운드슬링의 사용을 허용한다.
본 발명의 로프 또는 라운드슬링은 바람직하게는 커버에 의해 완전히 둘러싸인다. 커버는 개방된, 망-유사 구조를 가질 수 있다. 바람직하게는, 커버는 개선된 내마모성을 제공하는 폐쇄된 구조를 갖는다.
로프는 단일 코어 또는 다중 코어 로프일 수 있다. 다중 코어 로프에서, 로프는 복수개의 평행하거나 또는 본질적으로 평행한 스트랜드를 함유하는 코어를 함유하고, 이때 코어는 커버에 의해 둘러싸인다. 이러한 방식으로, 매우 강하고, 낮은 중량을 갖고 높은 내마모성인 로프가 획득된다. 하나의 바람직한 실시양태에서, 로프의 직경은 바람직하게는 5mm 이상, 보다 바람직하게는 15mm 이상, 가장 바람직하게는 50mm 이상이다. 보다 작은 배, 예컨대 요트 등을 정박하거나, 또는 보트 및 요트 상의 동삭으로서 사용하기 위해서는 보다 얇은 로프가 매우 적합하다. 보다 두꺼운 로프는 호이스팅 선, 예인용 선, 항구에서 배에 대한 계선줄, 석유 굴착 설비용 계선줄 등일 수 있다.
라운드슬링은 무한 하중-지지력(load-bearing) 코어, 즉 바람직하게는 다중 회전수를 갖는 로프 또는 스트랜드 물질을 함유하는 코어를 포함한다. 바람직하게는, 라운드슬링은 10 미터톤(mt) 이상 범위의 수직 사용 하중 한계(WLL 선형)를 갖는 내구성이 강한 라운드슬링이다(NEN EN1492-2에 따른 WLL; 유럽에서는 7/1의 안정 또는 디자인 인자가 사용되고, 미국에서는 5/1, 아시아에서는 6/1이 사용된다는 것을 주목한다).
로프 및 라운드슬링은 로프 및 라운드슬링 제조에 일반적으로 사용되는 공지된 물질로부터 제조될 수 있다. 이러한 물질의 예는 상기 열거한 천연 물질 또는 합성 중합체를 포함한다. 바람직하게는, 본 발명의 로프 또는 라운드슬링의 하중-지지력 코어는 가장 바람직하게는 상기 설명한 겔 방적 공적에 의해 제조된 UHMWPE 필라멘트를 함유한다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 로프 또는 라운드슬링의 하중-지지력 코어는 본질적으로 겔 방적 UHMWPE 필라멘트로 이루어진다.
본 발명은 하기 실시예에서 추가로 설명되며, 이로 제한되지 않는다.
방법
· UHMWPE에 대한 IV는 ASTM D4020에 따라 135℃에서 상기 ASTM 표준에 따른 UHMWPE용 용매로서 데칼린을 사용하여 측정하였다.
· 인장 강도(또는 강도) 및 인장 모듈러스(또는 모듈러스)는 유형 파이버 그립(Fibre Grip) D5618C의, 500mm의 얀의 공칭 게이지(gauge) 길이, 50%/분의 크로스헤드 속도 및 인스트론(Instron) 2714 클램프를 사용하여 ASTM D 885M에 따른 절차를 사용하여 다중필라멘트 얀에 대해 정의되고 측정하였다. 측정된 응력-변형률 곡선을 기준으로, 모듈러스는 0.3 내지 1% 변형률의 구배로서 측정되었다. 모듈러스 및 강도를 계산하기 위해, 측정된 인장력을 타이터로 나누었고, UHMWPE 얀의 경우, 0.97g/cm3의 폴리에틸렌 밀도를 추정하여 GPa 값을 계산하였다. LCP 얀의 경우, 1.4g/cm3의 열방성 LCP의 밀도를 추정하여 GPa 값을 계산하였다.
· 얀의 타이터를 얀 10m를 칭량하여 측정하고, 수득된 데니어(g/9000m) 또는 dTex(g/10000m)의 값으로 변형시켰다.
· 직물의 내마모성은 하중-지지력 부재를 사용하고(이러한 특정한 시험의 대상은 중공 관형 형태를 갖고 로프 위에서 직접적으로 브레이드된 직물(101)로 커버된 로프(100)이다), 이어서, 이를 금속 와이어(200)로부터의 주기적인 마모 톱질-유사 운동(화살표(901)로 나타냄)에 가하여 도 1에 도시된 바와 같이 측정하였다. 내마모성은 상기 와이어로부터 마모 처리되는 위치에서 커버된 하중-지지력 부재를 노출시키는데 필요한 앞뒤 주기의 회수로서 정의되며, 이때 직물을 완전히 노출시키거나 완전히 파열시킬 필요는 없다.
중공 관형 직물은 독일 올덴버그 소재의 허조그 플레취마쉰(Flechtmaschinen)으로부터의 24 표준 허조그(등록상표명) SENG 1/24-140 브레이더 기기를 사용하여 로프 주변에서 직접적으로 브레이드된 단일 벽이다(브레이딩 기간은 40mm(30 스티치/100mm)이고 브레이딩 속도는 100 cm/분이다. 커버의 벽 두께는 약 1mm이고, 중공 관형 직물의 내경은 로프 직경과 일치하도록 선택된다.
커버된 로프의 와인딩(winding) 또는 스풀링(spooling) 없이 커버를 브레이딩 한 직후에, 3m의 샘플 단편(300)을 브레이드된 직물로 커버된 로프로부터 절단하였다. 커버된 로프의 말단들을 약 2초 동안 비손(Bison, 등록상표명) 접촉형 글루(예컨대, 비손 글루 코드 6301167/01)에서 수 밀리미터에 걸쳐 침지시키고, 글루가 응고되도록 방치시켜 로프 및 직물의 말단들이 풀리지 않게 하였다. 글루가 응고된 후, 말단들을 LAGO-45, I-코츠(Coats)로부터 공지된 역청계 코팅 용액으로 약 500mm 길이에 걸쳐 침지시켰다. 이어서, 샘플을 약 3일 동안 건조시켰다.
건조 후에, 그의 말단들 중 하나를 고정된 지지체(400)에 부착시키고, 다른 말단을 도르래(500) 위로 당기고 1000kg의 웨이트(600)를 거기에 부착하여 샘플(300)을 장착하였다. 고정된 지지체와 도르레 사이에서 샘플의 일부 부분(301)은 실질적으로 수평이며, 도르레의 중심(501)은 고정된 지지체로부터 약 1.20m의 거리에 있다. 이어서, 수평 부분(301)을 10mm 직경의 스테인레스강 케이블(200)의 주기적인 톱질 운동으로 조정하여 실온에서 마모시켰다. 스테인레스강 케이블을 비처리하였고, 그 중 7개의 스트랜드는 코어로서 나일론(Nylon, 등록상표명) 스트랜드이고 6개의 스테인레스강 스트랜드가 이를 둘러싸고, 이때 스트랜드는 3mm의 직경을 가지며 7.0cm 당 1개의 꼬임으로 꼬인다. 케이블은 수직(800)에 대해 120°의 각도(700)에 있고, 샘플의 수평 부분(301)의 중앙 근처에 위치한다. 케이블 운동의 빈도는 200mm의 스트로크 길이, 즉 샘플의 표면에 걸쳐 움직이는 강철 케이블의 길이에 대하여 1,0Hz이다. 강철 케이블을 그의 말단에서 40kg의 힘(900)으로 당김으로써 일정한 하중을 가했다.
실시예 1
10mm 직경 및 85kN의 파괴 강도를 갖는 시판되는 로프(글레이스테인(Gleistein)에 의해 제조된, 12 스트랜드 다이나온(Dynaone))를 상기 방법 단락에서 설명한 바와 같이 브레이드된 직물로 커버하였다.
직물을 브레이드하기 위해, 24개의 하이브리드 얀을 브레이딩 기기에서 사용하였고, 이때 상기 하이브리드 얀은 다이니마(Dyneema, 등록상표명) SK75(네덜란드 소재의 디에스엠 다이니마(DSM Dyneema))로서 공지된 1760 dtex의 시판되는 두 개의 UHMWPE 얀을 벡트란(등록상표명) HT1500(쿠라래이 캄파니 리미티드(Kuraray Co. Ltd.))으로서 공지된 1500 데니어의 시판되는 1개의 열방성 LCP 얀과 혼합하여 수득하였다. 얀들을 함께 꼬지 않으면서 하이브리드 얀으로 혼합하였으나, 이들이 개별 보빈으로부터 와인딩되지 않는 경우 약간의 개별 얀의 꼬임이 발생할 수 있다.
직물에서 UHMWPE 및 열방성 LCP 필라멘트의 질량%는 각각 약 67% 및 33%이었다.
커버된 로프의 내마모성은 상기 방법 단락에서 상세하게 기재된 방법에 따라 시험하였다. 결과를 하기 표 1에 제시하였다.
실시예 2
실시예 1을 반복하였으나, 하이브리드 얀은 1개의 다이니마(등록상표명) SK75 얀 및 2개의 벡트란(등록상표명) HT1500 얀을 함유하였다. 직물에서 UHMWPE 및 열방성 LCP 필라멘트의 질량%는 각각 약 34% 및 66%이었다.
커버된 로프의 내마모성을 시험하였다. 결과를 하기 표 1에 제시하였다.
실시예 3
실시예 1을 반복하였으나, 하이브리드 얀은 1개의 다이니마(등록상표명) SK75 얀 및 3개의 벡트란(등록상표명) HT1500 얀을 함유하였다. 직물에서 UHMWPE 및 열방성 LCP 필라멘트의 질량%는 각각 약 26% 및 74%이었다.
커버된 로프의 내마모성을 상기 방법 단락에서 상세하게 기재된 방법에 따라 시험하였다. 결과를 하기 표 1에 제시하였다.
실시예 4
20mm 직경 및 400kN의 파괴 강도를 갖는 시판되는 로프(글레이스테인에 의해 제조된, 12 스트랜드 다이나온)를 상기 방법 단락에서 상세하게 기재한 바와 같이 브레이드된 직물로 커버하였다.
직물을 브레이드하기 위해, 약 1.8mm 두께 및 9.5mm 폭을 갖는 웨빙 테이프-유사 구조를 사용하였다. 5개의 다이니마(등록상표명) SK75 얀 및 2개의 벡트란(등록상표명) HT1500 얀으로 구성된 하이브리드 얀으로부터 웨빙을 제조하였다. 웨빙의 경사 얀으로서 사용되는 하이브리드 얀을 15 회전수/m(Z)의 꼬임으로 꼬았고, 웨빙의 위사 얀으로서 사용되는 하이브리드 얀은 20 회전수/m(Z)의 꼬임을 가졌다. 웨빙은 6개의 경사 하이브리드 얀을 가졌고, 이는 평직 1:1 구조(네덜란드 소재의 케이비에프 겔드롭(KBF Geldrop)에 의해 제조됨)이었다. 웨빙의 구조는 본원에서 참고로서 포함되는 문헌[Handbook of Technical Textiles, ISBN 978-1-59124-651-0, chapter 4, Figure 4.1]에 묘사되어 있다.
웨빙의 구조는 오프쇼어 앤 트롤 서플라이즈(Offshore & Trawl Supplies)에 의해 제조되고 판매되는 시판되는 OTS 프로텍티브 자켓(OTS Protective Jacket)과 동일하다(www.otsas.no/products/protective.htm).
직물을 브레이딩 기기에서 상기 24개의 웨빙 테이프-유사 구조를 사용하여 브레이딩하였다.
직물에서 UHMWPE 및 열방성 LCP 필라멘트의 질량%는 각각 약 72% 및 28%이었다.
커버된 로프의 내마모성은 상기 방법 단락에서 상세하게 기재된 방법에 따라 시험하였다. 결과를 하기 표 2에 제시하였다.
실시예 5
실시예 4를 반복하였으나, 실시예 4의 웨빙은 5개의 다이니마(등록상표명) SK75 얀 및 3개의 벡트란(등록상표명) HT1500 얀으로부터 제조하였다.
직물에서 UHMWPE 및 열방성 LCP 필라멘트의 질량%는 각각 약 64% 및 36%이었다.
커버된 로프의 내마모성은 상기 방법 단락에서 상세하게 기재된 방법에 따라 시험하였다. 결과를 하기 표 2에 제시하였다.
비교실시예 A
실시예 1을 반복하였으나, 하이브리드 얀 대신에 각각의 스트랜드가 3개의 다이니마(등록상표명) SK75 얀으로 구성된 24개의 스트랜드를 사용하여 직물을 브레이드하였다. 커버된 로프의 내마모성은 상기 방법 단락에서 상세하게 기재된 방법에 따라 시험하였다. 결과를 하기 표 1에 제시하였다.
비교실시예 B
실시예 4를 반복하였으나, 오직 다이니마(등록상표명) SK75 얀만을 사용하여 웨빙을 제조하였다. 결과를 하기 표 2에 제시하였다.
상기 실시예 및 비교실시예로부터, 본 발명의 직물이 실시예 3의 경우 약 6%이고, 실시예 1의 경우 인상적으로 115%로서 현저하게 개선된 내마모성을 나타냄을 명백하게 알 수 있다. 또한, 본 발명의 직물이 실시예 4에 따른 웨빙으로부터 제조되는 경우 약 90%의 큰 증가가 얻어졌다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 발명의 직물의 내마모성에 대해 UHMWPE와 열방성 LCP 필라멘트 간의 상승 효과를 명백히 나타낸다.
실시예 번호 하이브리드 얀으로부터 브레이드된 직물 마모 시험
(주기 회수)
다이니마(등록상표명) SK75 벡트란(등록상표명) HT1500
(질량%) (질량%)
1 67 33 330
2 34 66 206
3 26 74 162
비교실시예 A 100 0 153
실시예 번호 웨빙으로부터 브레이드된 직물 마모 시험
(주기 회수)
다이니마(등록상표명) SK75 벡트란(등록상표명) HT1500
(질량%) (질량%)
4 72 28 12938
5 64 36 11720
비교실시예 B 100 0 6833

Claims (12)

  1. 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 필라멘트 및 열방성 액정 중합체(LCP) 필라멘트를 함유하는 내마모성 직물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    UHMWPE 필라멘트가 겔 방적에 의해 제조되는 직물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    열방성 LCP가 p-하이드록시벤조산과 6-하이드록시-2-나프토산의 공중합에 의해 제조되는 직물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    UHMWPE 및 열방성 LCP 필라멘트를 포함하는 테이프- 또는 밴드-유사 구조로부터 브레이드되는 직물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    UHMWPE 필라멘트 및 열방성 LCP 필라멘트를 함유하는 조립된 하이브리드 얀을 함유하는 직물.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    UHMWPE 필라멘트 및 열방성 LCP 필라멘트로 이루어진 질량으로부터 20 내지 98질량%의 UHMWPE 필라멘트 양을 갖는 직물.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 직물을 제조하는데 사용되는, 연속 및/또는 불연속 UHMWPE 필라멘트 및 열방성 LCP 필라멘트를 함유하는 하이브리드 얀.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 직물을 제조하는데 사용되는, 연속 및/또는 불연속 UHMWPE 필라멘트 및 열방성 LCP 필라멘트를 함유하는 테이프- 또는 밴드-유사 구조.
  9. 보호 수단으로서 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 직물의 용도.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 직물을 포함하는 보호 커버.
  11. 마모 또는 다른 기계적인 충격에 대하여 로프 또는 라운드슬링을 보호하기 위한 제 10 항에 따른 보호 커버의 용도.
  12. 제 10 항에 따른 보호 커버를 함유하는 로프 또는 라운드슬링.
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