NO169355B - Boeyemotstandsdyktig aramidkabel - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en bøyemotstandsdyktig aramidkabel, omfattende en kjerne rundt hvilken det er kordelslått syntetiske tråder, som er slått etter metallkabelslagningsteknikken, hvilken kabel er dekket av en mantel. Kabelen skal kunne utgjøre en transportkabel for heisekraner, transportbroer eller lignende maskiner, i hvilken det foreligger en rekke kabelbaner.

Det er kjent at transportkabler bør være motstandsdyktige mot strekk og bøyning. For å fremstille en meget motstandsdyktig kabel mot strekk, anvendes kabler med parallelle, langsgående tråder. Men denne struktur er uforenlig med de bøyningspåkjenninger som transportkabler er utsatt for.

Transportkabler er underkastet en rekke meget kraftige bøyninger, hvilket særlig er resultatet av at kablene føres med ved opprulling på blokker hvis diametre kan være relativt små.

Transportkabler som for tiden er i drift fremstilles generelt utgående fra flere metall-kordeler. Hver kordel omfatter et bestemt antall metalltråder som er slått til kabler på maskiner som kan danne på hverandre liggende lag. Visse av disse metallkablene kan ha en sentral tekstilkjerne. Metallkablene består generelt av flere kordeler og omfatter f.eks. fra 3-34 kordeler.

De spesielle problemer for transportkabler kommer av at de

for det første bør ha en god motstandsevne mot strekk for å tillate håndtering av laster som kan være tunge, og for det annet en god motstandsevne mot bøyning. En returvinkel som skapes av en blokk kommer til uttrykk ved en glidning av de ytre lag i forhold til de indre lag, idet disse glidninger kommer av forskjellen i bøyningsradius under en bøyning. Under glidning mot hverandre forårsaker lagene og kordelene som utgjør kabelen, en oppvarmning og en slitasje som viser seg i en reduksjon av kabelens holdbarhet. Forskjellene i forlengelser er dessuten årsaken til en for tidlig tretthet

i det krystallinske metall. Den trandisjonelle løsning for å redusere dette problem består i å innføre i det indre av kabelen et smøremiddel som vanligvis er flytende, men kan være et tungt bitumen, men denne innføring fører til problemer med tetthet for å unngå migrering av smøremidlene.

Under disse betingelser motstår de stålkabler som for tiden anvendes, på hensiktsmessig måte de strekkpåkjenninger og de bøyningspåkjenninger som de underkastes. Det er i det vesentlige kjent hvor lang utnyttelsestiden for en kabel er i timer, og den skiftes før et eventuelt brudd, som kan ha meget skadelige følger. Men stålkablene er tunge og relativt stive, og deres vekt minsker maskinens nyttelast.

Det har allerede vært påtenkt å anvende kabler bestående helt av tekstiler som transportkabler. Denne løsning synes så meget mere innlysende som visse tekstilfibre, f.eks. av aromatisk polyamid såsom KEVLAR®, tilsatt olje ved fremstil-ling, har mekaniske egenskaper ved strekk som er nær ved, hvis ikke bedre enn stålets egenskaper, samtidig som de har en vekt som er fire til fem ganger mindre for samme strekkmotstand. Disse kabler av aromatisk polyamid med stålkonstruksjon har imidlertid vist seg særlig skjøre og oppfyller ikke de krevede kriterier på grunn av den indre friksjon som svekker dem raskt. Det ér kjent at aromatiske polyamider har en dårlig gnidningskoeffisient, hvilket kommer til uttrykk i en rask slitasje ved selvavslitning av kordelene i fravær av spesielle forsiktighetsregler. Denne gnidning som genererer varme forårsaker brudd av de parallelle eller flettede multifilamenter, som er summarisk sammenbundet og forklarer slitasjen av KEVLAR på tross av nærværet av en beskyttelsesmantel. For å unngå gnidning av kordelene og trådene mot hverandre, er i tillegg kabler av KEVLAR eller av TWARON® smurt ved å innføre et passende smøremiddel i det indre av dem. Et eksempel på dette er vist i GB-A 2 067 615. De oppnådde resultater har vist seg skuffende, idet antallet bøyninger som kan foretas med disse kabler er minst fem ganger mindre enn antallet bøyninger som

kan foretas med en stålkabel av samme diameter.

Videre er det fra britisk patent nr. 1 430 849 kjent en kordel for en kabel av syntetiske vaiere og syntetiske fibre. Kordelen kan bestå av polyamid, polyuretan, polypropylen etc, men aramidfibre er ikke foreslått. Alle de nevnte syntetiske materialer har betydelig forlengelse ved brudd, noe som ikke er tilfellet for aramidfibre, hvor forlengelsen kun er 2 - 4%. Ut fra dette er det ikke naturlig å anta at aramidfibre utgjor et hensiktsmessig materiale for en kabel som utsettes for mange bøyninger, såsom en krankabel.

I tekstilkabler, som i metallkabler, medfører en konstruksjon av på hverandre liggende spiraler ved alternerende bøyning forskjellige indre og ytre tøyninger og en gnidning i lengderetningen av de på hverandre liggende spiraler.

I US-PS 4 095 404 (Babayan) er det allerede foreslått å anvende forsterkningstråder for elektriske kabler som skal understøtte metalltrådene ved transport av sterkstrøm eller svak telekommunikasjonsstrøm. I dette patent består forsterkningsarmaturen av aramidtråder som er omhyllet av polyuretanharpiks. På denne måte får ikke trådene gnidd mot hverandre, hvorved ødeleggelse av dem ved selv-avslitning unngås. For å oppnå dette beskyttes aramidtrådene av en polyuretanlakk i et forhold på 15 til 40 vekt-%, tørkes, tvinnes og oppvarmes deretter til smeltetemperaturen for polyuretanharpiksen. På denne måte oppnås en blandet kabel, metall-aramid, som har en bøyningsmotstand som er bedre enn stålets høye motstand. Men denne kabel kan ikke utgjøre en god transportkabel som underkastes en lang rekke bøyninger, fordi impregneringen er overfladisk og oppviser en gnid-ningsmotstand som er tydelig dårligere enn motstanden til et homogent komposittmateriale.

Foreliggende oppfinnelse har som gjenstand en kabel med høy ytelse, særlig vis å vis bøyningstretthet. Ifølge foreliggende oppfinnelse er kabelen karakterisert ved at de syntetiske tråder er sammensatte tråder som utgjøres av aramidfibre og som er impregnert til kjernen med et bindemiddel som herder til fast form og som er meget motstandsdyktig mot slitasje og har høy gnidningskoeffisient, at kjernen er en sentral, radialt ettergivende kjerne, og at bruddforlengelseskoeffisienten er større for bindemiddelet enn for aramidfibrene. Hvert element som utgjør kabelen ifølge oppfinnelsen er en homogen, fast, komposittråd, det aromatiske polyamid og bindemiddelet er intimt blandet, slik som tidligere definert, med vel definert tverrsnitt ifølge den overførte konstruksjon.

På denne måte minskes virkningen av gnidningen av filamen-tene mot hverandre for det første, og trådene mot hverandre for det andre.

Impregneringsproduktene har som formål å utgjøre en slags faste smøremidler som har den fordel, etter en bøyning, å gjeninnta sin opprinnelige stilling på grunn av elastisiteten.

Ifølge et annet karakteristisk trekk ved oppfinnelsen er tøyningskoeffisienten ved brudd for impregneringsbindemid-lene bedre enn aramidets. Kabelslagningen tilfører aramidet en spiraleffekt som gjør det mulig å oppnå ønskede bøyninger ved deformasjon av spiralene, selv om forlengelsen ved brudd for aramidet ligger mellom 2% og 4%.

Ifølge et annet karakteristisk trekk ved oppfinnelsen er slitasjemotstanden for bindemiddelet eksepsjonelt og aramidtrådene som er impregnert i kjernen med dette bindemiddel har en god glidningskoeffisient. En sentral elastisk kjerne som radialt utgjør en styring for de senere opprullinger uten å medvirke ved strekk. Ved sin evne til elastisk kompresjon gjør den sentrale kjerne det mulig å begrense de påkjenninger de ytre tråder er underkastet, siden de indre tråder delvis kan innføres i den elastiske kjerne. Fortrinnsvis består den sentrale kjerne av en tråd av polyuretan med en shore-hårdhet i nærheten av 95 A.

Til bedre forståelse av oppfinnelsen skal den beskrives i forbindelse med det utførelseseksempel som er vist på figurene, hvor: fig. 1 i perspektiv viser en tekstilkabel ifølge oppfinnelsen som er slått til kabel ifølge metallteknikken, fig. 2 og 3 viser i loddrett snitt og i perspektiv en kabel ifølge oppfinnelsen som er slått til kabel ifølge metallteknikken, og fig. 4 viser et snitt av en tråd som er impregnert i kjernen i forstørret skala. På fig. 1 er den viste kabel en tekstilkabel av den metallkabelslåtte type. Den omfatter en sentral kjerne 1, et første lag av multifilamenttråder 2 av aramid, idet hvert filament er omhyllet, et andre lag 3 av aramidtråder konsentrisk på det andre lag, et tredje lag 4 av aramidtråder konsentrisk på det foregående, idet det hele er formet i en mantel eller en ytre kledning 5. En kabel med 12 mm diameter består av en enkelttrådet kjerne 1 omgitt av et lag 2 av seks aramidtråder som er impregnert med et lag 3 med tolv aramidtråder og et andre lag 4 med atten aramidtråder. Hver tråd består av 1 000 multifilamenter som er tvunnet flere ganger etter behov, idet trådene er slått til kabel med lik stigning eller lik vinkel. Fortrinnsvis er en polyuretanfilm innlagt mellom det ytre lag 4 og kledningen 5. For å sikre tetthet for det indre av kabelen gjør dessuten denne film det mulig å unngå glidning av kledningen i forhold til resten av kabelen og som følge av dette oppsvulmning e.l. Kledningen 5 fremstilles f.eks. ved fletning av polyester.

Ifølge oppfinnelsen er aramidtrådene 2, 3 og 4 fremstilt fra aramidmultifilamenter som er impregnert i kjernen ved hjelp av den fremgangsmåte som er beskrevet i FR-PS 2 491 098.

Fig. 4 viser i snitt i forstørret skala en tråd bestående av multifilamenter 7 som er omgitt av og impregnert med et bindemiddel 8.

I denne første utførelsesform er aramidfilamentene impregnert med en løsning av polyuretan i et forhold på 40 til 60 vektprosent. Hvert av multifilamentene er belagt med polyuretan, det er egnet til å underkastes en bøyning og å gå tilbake til sin opprinnelige stilling under den elastiske returinnvirkning forårsaket av polyuretanet. Når multifila-mentfibrene er gruppert slik at de utgjør en tråd, sprer det polyuretanet som er påført i flytende løsning seg for det første mellom multifilamentene, og for det andre til det ytre av tråden som det er mulig å gi et regulært tverrsnitt ved hjelp av et munnstykke.

I den kabel som er vist på fig. 1 spiller den sentrale kjerne en avgjørende rolle. I den kjente teknikk utgjør faktisk denne kjerne bare en styring for snoning av de ytre tråder. Dette er ikke tilfellet i foreliggende søknad, hvor den sentrale tekstilkjerne f.eks. likeledes er fremstilt av polyuretan har som formål å kompensere visse variasjoner i indre diameter for laget 2 ved f.eks. å deformeres radialt i bøyningsøyeblikket, og gjeninnta sin vanlige geometri etter relaksering av den spenning som er forårsaket av nevnte bøyning.

Den følgende tabell gjengir de resultater som er oppnådd med en maskin som arbeider med alternerende bøyninger. Forsøkene er gjennomført med smurte aramidkabler, hhv. av TWARON av typen D 1000 (oljemengde 3%), av TWARON av typen D 1020 (oljemengde 9%), av KEVLAR av typen T 960 (oljemengde 9%), og av KEVLAR av typen T 961 (oljemengde 3%). Som tidligere er diameteren til disse kabler 12 mm, idet kjernen, som er slått til kabel ifølge stålteknikken, består av tråder med 15 000 denier: 18 tråder i det ytre lag, 12 tråder i det midtre lag, 6 tråder for det indre lag, som er slått til kabel med samme stigning, idet den sentrale kjerne er en tekstilkabel av polyamid-multifilamenter med fast sammensetning 1680 denier 4x3, idet en polyester som er flettet på polyuretanfilmen avslutter kabelstrukturen. Den nominelle motstand mot brudd er 8 000 Dan, påkjenningen på en kordel er 1600 Dan.

I tabellen oppviser alle tekstilkablene samme struktur idet de angitte tall representerer antallet fullstendig gjennom-førte alternerende bøyninger før brudd. Som det fremgår klart av dette, brytes aramidkablene etter et maksimalt antall alternerende bøyninger som er av størrelsesordenen 40 000. For en metallkabel av samme dimensjon er derimot antallet alternerende bøyninger av størrelsesordenen 45 000 - 150 000, avhengig av konstruksjonen, og i en kabel som er fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse er det antall av alternerende bøyninger som kan tåles over 300 000 og kan nå 1 500 000. Forsøkene er gjennomført med en maskin som gjør det mulig å utsette kablene for alternerende bøyninger mens de er under strekkspenning.

I den andre utførelsesform, som er vist på fig. 2 og 3, hvor de samme henvisningstall er brukt, er kabelen en én-kordels-kabel med parallelle tråder av typen Warrington-Seale. Fordelen med denne kabel er at den gjør det mulig å anvende tråder med forskjellige diametre, hvilket muliggjør en bedre fylling av kabelen med trådene og som følge av dette en økning av dennes motstand med reduksjon av de korrelative mellomrom. En annen fordel med denne type av kabelføring ligger i at lengden av de tråder som utgjør kabelføringen mestres meget bedre enn når det gjelder tekstilkabler i hvilke elastisiteten av materialet fører til en slags selvregulering. I denne andre utførelsesform er de aramid-multifilamenter som er totalt impregnert og tvunnet, dekket av et bindemiddel som utgjør gjenstand for det

tidligere angitte patent. Dette bindemiddels koeffisient mot seg selv er minimum ved de temperaturer som oppnås under

forsøkene med alternerende bøyninger. Jo lavere denne gnidningskoeffisient er, desto mindre er faktisk temperatur-ene, og valget av bindemiddel er således forbundet med dets motstand mot temperatur. Det polyuretan som er beskrevet foran kan erstattes med forskjellige bindemidler som oppviser de fundamentale egenskaper som er beskrevet foran: Slitasjeholdbarhet, glidningskoeffisient, bøyelighet, forenlige med den fremgangsmåte som er beskrevet i FR-PS 2 491 098: Impregnering av interfilamenter, kalibrering-utglatting. Således kan polyuretanet erstattes med en copolymer av ekstruderbart polyvinylidenfluorid, med 400% tøyning (type 10010 SOLEF). I alle tilfeller overstiger impregneringsgraden 30 vekt-%.

Det er mulig mellom hvert lag av tråder å anbringe et dekke med en film med god gnidningskoeffisient, idet de tomrom som finnes mellom hver av trådene kan fylles med et fett eller et smøremiddel.

Claims (6)

1. Bøyemotstandsdyktig aramidkabel, omfattende en kjerne (1) rundt hvilken det er kordelslått syntetiske tråder (2, 3, 4), som er slått etter metallkabelslagningsteknikken, hvilken kabel er dekket av en mantel, karakterisert ved at de syntetiske tråder (2, 3, 4) er sammensatte tråder som utgjøres av aramidfibre og som er impregnert til kjernen med et bindemiddel (8) som herder til fast form og som er meget motstandsdyktig mot slitasje og har høy gnidningskoeffisient, at kjernen (1) er en sentral, radialt ettergivende kjerne, og at bruddforlengelseskoeffisienten er større for bindemiddelet (8) enn for aramidfibrene.

2. Kabel ifølge krav l, karakterisert ved at hver sammensatt tråd (2, 3, 4) består av multifilamenter (7) som er omsluttet av bindemiddelet (8).

3. Kabel ifølge krav l, karakterisert ved at det mellom hvert trådlag (2, 3, 4) er anordnet en båndombinding (6).

4. Kabel ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den utgjøres av en én-kordels-kabel.

5. Kabel ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at bindemiddelet (8) utgjøres av polyuretan.

6. Kabel ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at bindemiddelet (8) utgjøres av polyvinylidenfluorid.