NO340134B1 - Tau inneholdende høyeffekt-polyetylenfibre - Google Patents

Description

TAU INNEHOLDENDE HØYEFFEKT-POLYETYLENFIBRE

Oppfinnelsen angår et tau omfattende høyeffekt-polyetylenfibre, hvor tauet er spesielt egnet for bøy-over-skive anvendelser. Oppfinnelsen angår også anvendelsen av tauet som et bærende element i bøy-over-skive anvendelser.

Et slikt tau er kjent fra US 5901632. I dette patentet er beskrevet et stor-diameter, flettet tau, hvor tauet inneholder et stort antall tråder som selv har blitt flettet, fortrinnsvis fra kabelgarn inneholdende høy-fasthetspolymerfibre. I de fleste foretrukne utførelsesformene som er angitt, er tauet en 12-tråd, to-over/to-under sirkulær flette, hvor hver tråd selv er en 12-trådflette laget av høyeffekt-polyetylen (HPPE) fibre (12x12 konstruksjon).

Et tau for bøy-over-skive anvendelse er innenfor rammen av den foreliggende søknaden som er ansett å være et bærende tau typisk anvendt i løfte- og heiseanvendelser; slik som marine, oseanografiske, offshore olje og gass, seismikk, kommersielt fiske og andre industrielle markeder. Under slik bruk, samlet referert til som bøy-over-skive anvendelser, trekkes tauet hyppig over valser, pullerter, trinser, skiver, osv., som blant annet resulterer i gnidning og bøyning. Når et tau utsettes for slik hyppig bøyning eller fleksing, kan det svikte på grunn av tau- og fiberskade som resulterer fra ekstern og intern slitasje, friksjonsvarme, osv.; slike tretthetsbrudd er ofte referert til som bøyingstretthet eller flekstretthet.

For å redusere flekstretthet til et tau i bøy-over-skive anvendelser, er anvendelse av en skive (eller en annen overflate) med en diameter på minst 8 ganger tauets diameter generelt anbefalt. For å redusere strekktap i et tau som resulterer fra ekstern slitasje, er det kjent å tilveiebringe en mantel, f.eks. en vevet eller flettet hylse, til tauet eller til trådene i tauet. Disse mantlene øker imidlertid taudiameter og -stivhet, og øker vekt og kostnad, men bidrar ikke til den bærende kapasiteten til tauet; og direkte visuell inspeksjon av de bærende elementene er ikke mulig. For å redusere blant annet strekktap som resulterer fra intern slitasje mellom fibrene i tauet, er anvendelse av en spesifikk blanding av polymerfibre i tautrådene foreslått i US 6945153 B2.

US 6945153 B2 beskriver et flettet tau av konstruksjon analog med US 5901632, hvor trådene inneholder en blanding av høyeffekt-polyetylenfibre og lyotropiske eller termotropiske polymerfibre, i et forhold på 40:60 til 60:40. De lyotropiske eller termotropiske flytende krystallinske fibrene, som aromatiske polyamider (aramider) eller polybisoksazoler (PBO), er angitt å tilveiebringe god motstand mot krypebrudd, men er svært påvirkelig for egenslitasje; mens HPPE-fibre er nevnt å utvise den minste mengden av fiber-til-fiber slitasje, men til å være utsatt for krypesvikt.

En ulempe med de kjente tauene er imidlertid en begrenset levetid når de utsettes for hyppig bøying eller fleksing. Følgelig er det et behov i industrien for tau som viser forbedret ytelse i sykliske bøy-over-skive anvendelser over forlengede tider.

Ytterligere kjent teknikk fremkommer i dokumentene:

- EP 1306471 A - US 6945153 B2

Formålet med oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe et slikt tau som viser forbedret ytelse. Dette oppnås med en innretning som angitt i de etterfølgende patentkrav.

Formålet oppnås ifølge oppfinnelsen med et tau inneholdende et stort antall tråder innbefattende en blanding av høyeffekt-polyetylen (HPPE) fibre og polytetrafluoretylen (PTFE) fibre i et vektforhold på 70:30 til 98:2 for tauet totalt.

Overraskende oppnås et tau som har optimale egenskaper. Tauet har en forbedret flekstretthet og har fortsatt en høy stivhet og høy styrke.

Tauet ifølge oppfinnelsen viser betydelig forbedret levetidsytelse i sykliske bøy-over-skive anvendelser som er overraskende fordi, skjønt PTFE som sådan er kjent for blant annet sine smørende egenskaper, i f.eks. US 6945153 B2 er det klart angitt at HPPE-garn ville allerede vise den beste slitasjeeffekten/ytelsen i tau.

Andre fordeler med tauet ifølge oppfinnelsen omfatter at mindre varme, f.eks. som et resultat av intertråd og/eller interfiberfriksjon, utvikles under anvendelse; som senker risikoen for at HPPE-fibrene viser krypforlengelse. Et tau omfattende en høy mengde av HPPE-fibre kan således sikkert bli anvendt i langtidsanvendelser forutsatt at det er tilstrekkelig utformet og anvendt; f.eks. ved å forhindre overbelastningssituasjoner (kontra maksimal designkapasitet). Tauet har høy styrkeeffekt, som betyr at styrken av tauet er en relativ høy prosent av styrken av dens opprettende fibre. Tauet viser også god effekt på trekkvinsjer og lagervinsjer, og kan lett inspiseres for mulig skade.

Den foreliggende oppfinnelsen angår derfor også anvendelsen av et tau av konstruksjon og sammensetning som er nærmere detaljert angitt i denne fremstillingen som et bærende element i bøy-over-skive anvendelser, f.eks. i heiseanvendelser.

Tauet ifølge oppfinnelsen kan være av forskjellige konstruksjoner, omfattende slått, flettet, parallell (med dekke), og vaiertau-lignende konstruerte tau. Antall tråder i tauet kan også variere betydelig, men er generelt minst 3 og fortrinnsvis høyst 16, for å komme frem til en kombinasjon av god ytelse og lett produksjon.

Fortrinnsvis er tauet ifølge oppfinnelsen av en flettet konstruksjon, for å tilveiebringe et robust og dreiemoment-balansert tau som beholder sin koherens under anvendelse. Det er kjent en rekke flettede typer, som hver generelt er kjennetegnet ved fremgangsmåten som danner tauet. Egnede konstruksjoner omfatter "soutache" fletter, rørformede fletter og flate fletter. Rørformede eller sirkulære fletter er de mest vanlige flettene for tauanvendelser og består generelt av to sett av tråder som er flettet sammen, med forskjellige mønstre mulig. Antall tråder i en rørformet flette kan variere betydelig. Spesielt hvis antall tråder er høyt, og/eller hvis trådene er relativt tynne, kan den rørformede fletten ha en hul kjerne; og fletten kan kollapse til en avlang fasong. Hvis dette ikke er ønsket, kan fletten inneholde et kjerneelement, som kan være et tau laget av forskjellige polymerfibre, fortrinnsvis HPPE-fibre; hvor fletten vil bedre beholde sin fasong under anvendelse.

Antall tråder i et flettet tau ifølge oppfinnelsen er minst 3. Et økende antall tråder tenderer å senke tauets styrkeeffekt. Antall tråder er derfor fortrinnsvis høyst 16, avhengig av flettetype. Spesielt egnet er tau med en 8- eller 12-trådflettet konstruksjon. Slike tau gir en gunstig kombinasjon av tenasitet og motstand mot flekstretthet, og kan lages på en økonomisk måte på relativt enklere maskiner.

Tauet ifølge oppfinnelsen kan være av en konstruksjon hvor vridningsfaktoren (antall dreininger per meter i en slått konstruksjon) eller fletteperioden (dvs. delelengden relatert til bredden av et flettet tau) ikke er spesielt kritisk. Egnede fl ette periode r er i området på 4 til 20. En høyere fletteperiode kan resultere i et mer slakt tau som har høyere styrkeeffekt, men som er mindre robust og vanskeligere å skjøte. En for lav fletteperiode ville redusere tenasiteten for mye. Fortrinnsvis er derfor fletteperioden cirka 5-15, mer fortrinnsvis cirka 6-10.

Tauet ifølge oppfinnelsen kan ha en diameter som varierer mellom brede grenser. Fortrinnsvis har tauet en diameter på minst 2 mm, mer foretrukket minst 5 mm, enda mer foretrukket minst 10 mm. Tau av mindre diameter, f.eks. i området fra 2 til 20 mm, er typisk anvendt som korder i mekaniske anordninger; slik som en selvdrevet dør-vindu løftemekanisme. Mest foretrukket har tauet en stor diameter på minst 20 mm. I tilfellet av et tau med et avlangt tverrsnitt, er det mer nøyaktig å definere størrelsen av et rundt tau ved en ekvivalent diameter; dvs. diameteren av et rundt tau av samme vekt per lengde som det ikke-runde tauet. Diameteren av tauet er målt ved den ytterste omkretsen av tauet. Dette er på grunn av ujevne grenseflater av tauene definert ved trådene. Fortrinnsvis er tauet ifølge oppfinnelsen et høyfast tau som har en ekvivalent diameter på minst 30 mm, mer foretrukket minst 40, 50, 60, eller endog minst 70 mm, siden fordelene med oppfinnelsen blir mer relevant desto større tauet er. De største tauene som er kjent har diameter opp til cirka 300 mm, tau anvendt i dypvannsinstallasjoner har typisk en diameter på opp til cirka 130 mm.

Tauet ifølge oppfinnelsen kan ha et tverrsnitt som er omtrent sirkulært eller rundt, men også et avlangt tverrsnitt, som betyr at tverrsnittet av et spent tau viser en flattrykt, oval, eller endog (avhengig av antallet primærtråder) en nesten rektangulær form. Et slikt avlangt tverrsnitt har fortrinnsvis et aspektforhold, dvs. forholdet mellom den større og mindre diameter (eller bredde til høydeforhold), i området fra 1,2 til 4,0. Metoder for å bestemme aspektforholdet er kjent for fagfolk; et eksempel omfatter måling av tauets ytterdimensjoner, mens tauet holdes stramt, eller etter stram vikling av en teip rundt den. Fordelen med dette aspektforholdet er at under syklisk bøyning forekommer mindre spenningsforskjeller mellom filamentene i tauet, og mindre slitasje og friksjonsvarme skjer, som resulterer i økt bøyningstretthetslevetid. Tverrsnittet har fortrinnsvis et aspektforhold på cirka 1,3-3,0, mer foretrukket cirka 1,4-2,0.

I tauet ifølge oppfinnelsen er konstruksjonen av trådene, også henvist til som primærtråder, ikke spesielt kritisk. Fagfolk kan velge hensiktsmessige konstruksjoner som slåtte eller flettede tråder, og vridningsfaktor eller fletteperiode respektivt, slik at det oppnås et balansert og dreiemomentfritt tau.

I en spesiell utførelsesform av oppfinnelsen er hver primærtråd selv et flettet tau. Fortrinnsvis er trådene sirkulære fletter laget av et jevnt antall sekundærtråder, også kalt kabelgarn, som omfatter polymerfibre. Antall sekundærtråder er ikke begrenset, og kan f.eks. være fra 6 til 32; med 8, 12 eller 16 foretrukket i lys av tilgjengelig maskineri for fremstilling av slike fletter. Fagfolk kan velge type konstruksjon og titer av trådene i forhold til den ønskede sluttkonstruksjonen og størrelsen av tauet, basert på fagfolks kunnskap eller ved hjelp av noen beregninger eller forsøk.

Sekundærtrådene eller kabelgarnene inneholdende polymerfibre kan være av forskjellige konstruksjoner, som igjen avhenger av det ønskede tauet. Hensiktsmessige konstruksjoner omfattende vridde fibre; men også flettede tau eller korder, lik en sirkulær flette, kan bli anvendt. Hensiktsmessige konstruksjoner er f.eks. nevnt i US 5901632.

Innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelsen er fibre forstått å bety forlengede legemer av uendelige lengder og med lengdedimensjon mye større enn bredde og tykkelse. Uttrykket "fiber" omfatter således en monofilament, et flerfilamentgarn, et bånd, en strimmel eller teip eller liknende, og kan ha jevne eller ujevne tverrsnitt. Uttrykket "fibre" omfatter også et stort antall av enhver eller kombinasjon av de ovennevnte.

Fibre som har formen av monofilamenter eller teipliknende fibre kan være av forskjellige typer, men har typisk en titer i området på 10 til flere tusen dtex, fortrinnsvis i området på 100 til 2500 dtex, mer foretrukket 200-2000 dtex. Flerfilamentgarn inneholder et stort antall filamenter som har en titer typisk i 0,2-25 dtex-området, fortrinnsvis cirka 1,5-20 dtex. Titeren til et flerfilamentgarn kan også variere betydelig, f.eks. fra 50 til flere tusen dtex, men er fortrinnsvis i området på cirka 200-4000 dtex, mer foretrukket 300-3000 dtex.

Tauet ifølge oppfinnelsen inneholder et stort antall tråder omfattende høyeffekt-polyetylen (HPPE) fibre. HPPE-fibre er her forstått å være fibre laget av ultrahøy molvekt polyetylen (også kalt ultra-høy molekylvekt polyetylen; UHMWPE), og har en tenasitet på minst 2,0, fortrinnsvis 2,5 eller 3,0 N/tex. Strekkfasthet, også ganske enkelt styrke, eller tenasitet av fibre er bestemt ved kjente metoder, som basert på ASTM D885-85 eller D2256-97. Det er ingen grunn for en øvre grense av tenasitet av HPPE-fibre i tauet, men tilgjengelige fibre er typisk av tenasitet på høyst cirka 5 til 6 N/tex. HPPE-fibrene har også en høy strekkmodul, f.eks. minst 75 N/tex, fortrinnsvis minst 100 eller minst 125 N/tex. HPPE-fibre er også henvist til som høymodul polyetylenfibre.

I en foretrukket utførelsesform er HPPE-fibrene i tauet ifølge oppfinnelsen én eller flere flerfilamentgarn.

HPPE-fibre, filamenter og flerfilamentgarn kan bli fremstilt ved spinning av en oppløsning av UHMWPE i et hensiktsmessig løsningsmiddel til gelfibre og trekking av fibrene før, under og/eller etter delvis eller fullstendig fjerning av løsningsmidlet; dvs. via en såkalt gel-spinneprosess. Gel-spinning av en oppløsning av UHMWPE er velkjent for fagfolk; og er beskrevet i en rekke publikasjoner, omfattende EP 0205960 A, EP 0213208 Al, US 4413110, GB 2042414 A, EP 0200547 Bl, EP 0472114 Bl, WO 01/73173 Al, og i Advanced Fiber Spinning Technology, Ed. T. Nakajima, Woodhead Publ. Ltd (1994), ISBN 1-855-73182-7, og i referanser anført der.

UHMWPE er forstått å være polyetylen som har en intrinsisk viskositet (IV, som målt på oppløsning i dekalin ved 135°C) på minst 5 dl/g, fortrinnsvis mellom cirka 8 og 40 dl/g. Intrinsisk viskositet er et mål for molvekt (også kalt molekylvekt) som kan lettere bli bestemt enn faktisk molvektparametre som M„ og Mw. Det er flere empiriske relasjoner mellom IV og Mw, men en slik relasjon er avhengig av molvektfordeling. Basert på likningen Mw = 5,37<*>10<4>[IV]<1>'<37>(jf. EP 0504954 Al) en IV på 8 dl/g ville være ekvivalent med Mw på cirka 930 kg/mol. Fortrinnsvis er UHMWPE en lineær polyetylen med mindre enn én forgrening per 100 karbonatomer, og fortrinnsvis mindre enn én forgrening per 300 karbonatomer; en forgrening eller sidekjede eller kjedeforgrening vanligvis inneholder minst 10 karbonatomer. Det lineære polyetylenet kan videre inneholde opp til 5 mol% av én eller flere komonomerer, slik som alkener som propylen, buten, penten, 4-metylpenten eller okten.

I en foretrukket utførelsesform inneholder UHMWPE en liten mengde, fortrinnsvis minst 0,2, eller minst 0,3 per 1000 karbonatomer, av relativt små grupper som pendante sidegrupper, fortrinnsvis en C1-C4 alkylgruppe. En slik fiber viser en fordelaktig kombinasjon av høy styrke og krypmotstand. En for stor sidegruppe, eller en for høy mengde av sidegrupper, påvirker imidlertid negativt prosessen for fremstilling av fibre. På grunn av dette inneholder UHMWPE fortrinnsvis metyl- eller etyl-sidegrupper, mer foretrukket metyl-sidegrupper. Mengden av sidegrupper er fortrinnsvis høyst 20, mer foretrukket høyst 10, 5 eller høyst 3 per 1000 karbonatomer.

HPPE-fibrene i tauet ifølge oppfinnelsen kan ytterligere inneholde små mengder, generelt mindre enn 5 vektprosent, fortrinnsvis mindre enn 3 vektprosent av konvensjonelle additiver, slik som antioksidanter, varmestabilisatorer, fargestoffer, flytforbedrere, osv. UHMWPE kan være en enkel polymerkvalitet, men også en blanding av to eller flere forskjellige polyetylenkvaliteter, f.eks. kjennetegnet i IV eller molvektfordeling, og/eller type og antall komonomerer eller sidegrupper.

Tauet ifølge oppfinnelsen inneholder et stort antall tråder omfattende en blanding av HPPE- og PTFE-fibre. PTFE-fibre er her forstått å være fibre laget av polytetrafluorpolyetylenpolymer. PTFE-fibrene har en tenasitet som er betydelig lavere enn HPPE-fibrene, og har ikke effektiv fordeling til den statiske tenasiteten av tauet. Likevel har PTFE-fibrene fortrinnsvis en tenasitet på minst 0,3, fortrinnsvis minst 0,4 eller minst 0,5 N/tex, for å forhindre brudd av fibre under håndtering, blanding med HPPE-fibre og/eller under taufremstilling. Det er ingen grunn til en øvre grense av tenasiteten av PTFE-fibre, men tilgjengelig fibre har typisk tenasitet på høyst 1 N/tex. PTFE-fibrene har typisk en bruddforlengelse som er høyere enn det for HPPE-fibre.

Egenskaper til PTFE-fibre og fremgangsmåter for fremstilling av slike fibre har blitt beskrevet i en rekke dokumenter, omfattende EP 0648869 Al, US 3655853, US 3953566, US 5061561, US 6117547 og US 5686033.

PTFE-polymer er forstått å være en polymer laget av tetrafluoretylen som hoved-monomer. Fortrinnsvis inneholder polymer mindre enn 4 mol%, mer foretrukket mindre enn 2 eller 1 mol% av andre monomerer, slik som etylen, klortrifluoretylen, heksafluorpropylen, perfluorpropylvinyleter og lignende. PTFE er generelt en svært høy molvektpolymer, med høyt smeltepunkt og høy krystallinitet, som gjør den praktisk talt umulig å smeltebearbeide materiale. Også dens løselighet i løsningsmidler er svært begrenset. PTFE-fibre er derfor typisk laget ved ekstrudering av blandinger av PTFE og valgfritt andre komponenter under smeltepunktet til PTFE til en forløperfiber, f.eks. en monofilament, teip eller ark, etterfulgt av sintringslignende bearbeidingstrinn, og/eller etterstrekking av produktene ved økte temperaturer. PTFE-fibre er således typisk i formen av én eller flere monofilament- eller teiplignende strukturer, f.eks. noen teiplignende strukturer vridd til et garnlignende produkt. PTFE-fibre har generelt bestemt porøsitet, avhengig av prosessen anvendt for fremstilling av en forløperfiber og av anvendte etterstrekkingsbetingelser. Tilsynelatende tettheter av PTFE-fibre kan variere betydelig, hensiktsmessige produkter har tettheter i området på cirka 1,2 til 2,5 g/cm<3>.

Tauet ifølge oppfinnelsen, fortrinnsvis HPPE-fibre og PTFE-fibre, har blitt kombinert for å danne kabelgarn, som danner tråder i tauet. Alle primær- og sekundærtråder i tauet ifølge oppfinnelsen kan inneholde omtrent det samme vektforholdet mellom HPPE og PTFE, men forholdet kan også være forskjellig for trådene (det gjennomsnittlige vektforholdet for tauet totalt er i det angitte området). En utførelsesform er PTFE-fibrene spesifikt til stede i kabelgarnene av en tråd som er i direkte kontakt med andre tråder; med kabelgarn skjult på innsiden av en tråd bestående i alt vesentlig av HPPE. Det er også mulig at tauet ifølge oppfinnelsen inneholder et stort antall tråder omfattende HPPE-fibrene og PTFE-fibrene og ytterligere én eller flere tråder bestående av HPPE-fibre, ytterligere fibre er ikke PTFE-fibre, eller er en blanding av HPPE-fibre og ytterligere fibre. Slike tråder er fortrinnsvis kjernen av tauet.

Tauet ifølge oppfinnelsen inneholder et stort antall tråder omfattende en blanding av HPPE-fibre og PTFE-fibre i et vektforhold på 70:30 til 98:2. Et høyere innhold av PTFE-fibre vil føre til mer smørevirkning til trådene og øke levetiden når utsatt for hyppig taubøyning. Fortrinnsvis er vektforholdet mellom HPPE-fibre og PTFE-fibre høyst 97:3, mer foretrukket høyst 96:4, 95:5, 94:6, 93:7 eller endog 92:8. Siden PTFE-fibrene imidlertid ikke eller knapt bidrar til tauets styrke, bør deres mengde ikke bli for høy. Fortrinnsvis er vektforholdet mellom HPPE-fibre og PTFE-fibre derfor minst 74:26, 78:22, 80:20, eller endog 82:18.

Primærtrådene i tauet ifølge oppfinnelsen kan i tillegg til blandingen av fibre ytterligere inneholde andre komponenter; som andre fibre, belegg og lignende. Fortrinnsvis inneholder trådene høyst 25 vekt%, mer foretrukket høyst 20 eller 15 vekt% av andre komponenter.

Tauet ifølge oppfinnelsen inneholdende primærtråder betyr at primærtrådene er hovedbestanddelene som gir tauet dets bærende egenskaper. Tauet kan videre omfatte hjelpekomponenter for ytterligere å øke ytelse eller gi den ytterligere egenskaper, som vil være kjent for fagfolk. Eksempler omfatter en eller annen hjelpetautråd eller fiber med f.eks. elektriskledende eller lysove rf ørende egenskaper, hvor en endring av en slik egenskap kan tjene f.eks. som en indikator for en overbelastningssituasjon til å ha skjedd. Tauet kan videre også omfatte ethvert konvensjonelt belegg eller klebemiddel, hvor belegget kan beskytte tauet eller virke som smøremiddel for å ytterligere øke slitasjebestandighet. Beleggsmaterialer som er hensiktsmessig for slikt formål er generelt anvendt som vandige dispersjoner, f.eks. av termoplastiske polymerer eller bitumenforbindelser. Fortrinnsvis inneholder tauet mindre enn cirka 25, eller mindre enn 20 eller 15 vekt% av andre komponenter.

Et flettet tau av cirka 5 mm diameter laget av HPPE flerfilamentgarn ble evaluert med en reversert bøyningstest, ved anvendelse av 3 valser som resulterte i 6 bøyningsdeformasjoner per syklus. Testen er utført under omgivelsesbetingelser, ved at vann ble sprøytet oppå tauet. Tauet viste en motstand mot syklisk bøyning (bøyningstretthetslevetid) på cirka 400 sykluser før svikt skjedde. Repetisjon av testen med to andre stykker av det samme tauet, men nå forsynt med cirka 15 vekt% av to beleggsmaterialer, én basert på bitumenforbindelser og den andre basert på silikonforbindelser, resulterte i cirka henholdsvis 1000 og 1300 sykluser før svikt. Et tau av lignende konstruksjon er laget, hvor trådene består av en blanding av cirka 86 vekt% HPPE-garn og cirka 14 vekt% av teiplignende PTFE-fibre av dimensjoner typisk for anvendelse som f.eks. tanntråd. Uten at noen belegg er anvendt svikter dette tauet etter omtrent 5000 sykluser. Det samme HPPE/PTFE-tauet belagt med et silikonbelegg (cirka 11 vekt% av silikonforbindelser basert på total taumasse) viser fortsatt ikke svikt etter 15000 sykluser.

Oppfinnelsen angår videre et tau inneholdende et stort antall tråder omfattende en blanding av høyeffekt-polyetylenfibre og polytetrafluoretylenfibre i et vektforhold på 70:30 til 98:2, hvor tauet ytterligere inneholder fra cirka 2 til 20 vekt% av silikonforbindelser (basert på total tauvekt). Et slikt tau viser en overraskende høy ytterligere forbedring i bøyningstretthetslevetid, i kombinasjon med gunstige styrkeegenskaper og slitasjebestandighet.

Fortrinnsvis inneholder tauet ifølge oppfinnelsen cirka 3-18, 4-16 eller endog cirka 5-15 vekt% av silikonforbindelser.

Uttrykket "silikonforbindelser" er anvendt her for forbindelser hvor silisiumatomer er lenket via oksygenatomer, hvert silisiumatom bærer én eller flere organiske grupper, vanligvis metyl eller fenyl. Silikoner er også kjent som polyorganosiloksaner, og kan være lineære, sykliske eller en blanding derav. Silikonforbindelser som polyorganosiloksaner kan bli produsert ved å reagere f.eks. organodiklorsilaner med vann ifølge kjente metoder.

I en spesiell utførelsesform av oppfinnelsen har tauet blitt etterstrukket, eller minst dets primærtråder har blitt etterstrukket før montasje i tauet, fortrinnsvis ved en temperatur i området 100-120°C; til å ytterligere øke tauets styrkeegenskaper. Et slikt tauetterstrekkende trinn er beskrevet i blant annet EP 0398843 Bl eller US 5901632.

Oppfinnelsen angår også anvendelsen av PTFE-fibre, i kombinasjon med andre polymerfibre for fremstilling av tau. PTFE-fibre er anvendt i et stort antall søknader på grunn av de gode fysikalske egenskapene av PTFE. Den har utmerket høy- og lavtemperatureffekt, kjemisk bestandighet, og bestandighet overfor skader som et resultat av ultrafiolettstrålingseksponering. Eksempler på anvendelse av PTFE-fibre omfatter anvendelse av tanntråd, bærere, og forskjellige membraner og vanntette men pustende tekstiler, dannet fra en stor oppstilling av tekstilprosesser omfattende veving, fletting, strikking og nålestikking. PTFE-fibre er også anvendt som en sytråd, men anvendelse i tau har ikke vært publisert. PTFE-fibrene øker overraskende levetiden til tau, spesielt til tau av større diameter som er hyppig bøyd under anvendelse.

Fortrinnsvis angår anvendelsen ifølge oppfinnelsen bruken av PTFE-fibre i kombinasjon med høyeffekt-fibre som har en tenasitet på minst 2,0 N/tex i fremstilling av tau for bøy-over-skive anvendelser; hvor vektforholdet av andre fibre til PTFE-fibre er fra 70:30 til 98:2. Mer foretrukket er høyeffektfibrene HPPE-fibre.

Tauet ifølge oppfinnelsen kan gjøres med kjente teknikker for montasje av et tau fra polymerfibre, og valgfritt anvendelse av et taubelegg.

En foretrukket fremgangsmåte for fremstilling av et tau ifølge oppfinnelsen omfatter trinnene a) montasje av HPPE-fibre og PTFE-fibre i et vektforhold på 70:30 til 98:2 for å danne kabelgarn, b) valgfritt montasje av to eller flere av kabelgarnene for å danne tråder, c) flette kabelgarnene eller trådene for å danne et tau, og d) valgfritt påføre et taubelegg.

Foretrukne utførelsesformer av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er analog med de diskutert ovenfor for konstruksjon og/eller sammensetning av fibrene, kabelgarnene, trådene og belegget.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan videre omfatte et trinn for skjøting av enden av en primærtråd til en ende av en neste primærtråd, f.eks. når under fletting av en bærer inneholdende tråden, går tomme. På denne måten kan lengden av tauet bli forlenget til en hvilken som helst ønsket lengde, uten at det resulterende tauet inneholder svake punkter som vil føre til lavere bruddstyrke.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan også videre omfatte et trinn for etterstrekking av primærtrådene før flettetrinnet, eller alternativt et trinn for etterstrekking av tauet. Et slikt strekketrinn utføres fortrinnsvis ved økt temperatur men under smeltepunktet til (de lavest smeltende) filamentene i oppstillingene (= varmstrekking); fortrinnsvis ved temperaturer i området 100-120°C. Et slikt etterstrekkingstrinn er beskrevet i blant annet EP 398843 Bl eller US 5901632.

Overraskende viser tauet ifølge oppfinnelsen inneholdende HPPE-fibrene en bedre bøyningstretthet enn de tidligere kjente tauene. Derfor angår også oppfinnelsen et tau omfattende HPPE-fibre og minst et middel for å forbedre tauets flekstretthet, kjennetegnet ved at flekstrettheten er forbedret med minst en faktor på 5 sammenlignet med tauet som ikke omfatter midler for å forbedre flekstrettheten. Fortrinnsvis er flekstrettheten forbedret med minst en faktor på 7, mer foretrukket en faktor på 10, og enda mer foretrukket en faktor på 13. Med hensyn til de foretrukne utførelsesformene, som f.eks. typen og mengden av HPPE-fibre anvendt, diameteren av tauet, osv., gjelder de samme preferanser som definert ovenfor for tauet inneholdende HPPE-fibrene og PTFE-fibrene.

Fremgangsmåte for testing av et taus flekstretthet

Fremgangsmåten for testing av et taus flekstretthet er beskrevet i US 6945153 B2. Testapparatet og testprøven som beskrevet i dette patentet er vist i Fig. 1 henholdsvis Fig. 2 i den foreliggende fremstillingen. Fig. 1 viser testapparat 20, hvor apparatet har en testskive 22 og en spenningsskive 24. En kraft 26 er påført skiven 24 for å resultere i en spenning i testprøven og en overflatespenning på grenseflaten mellom prøven og skiven. Første testprøve 28 og andre testprøve 30 er plassert på skivene, og deres frie ender er sammenføyd med en kopler 32. Testprøve 28 er illustrert i fig. 3. Prøve 28 består av et tau av en del 34 og øyeskjøter 36 ved hver ende av taudelen. Ta udelen omfatter en dobbeltbøyningssone 38 og to enkle bøyningssoner 40, basert på begge sider av sone 38.

Skivene er i en syklus rotert i en retning inntil koplerne når skivene og deretter rotert i den andre retningen inntil koplerne når skivene igjen. På denne måten passerer dobbeltbøyningssonen 38 skiven to ganger. Dette ble kontinuerlig gjentatt i en frekvens på 554 sykluser per time, som tilsvarer en syklusperiode på 6,5 sekunder.

Skivenes diameter er 20 ganger det testede tauets diameter.

Skivene omfatter en fordypning som vist i Fig. 3, som har en midtdel 52 av samme diameter som tauet. Flensvinkelen a er 30°, fordypningen går i rette deler 54 fra begge sider av midtdelen som vist i Fig. 3. Den total dybden av fordypningen er 0,75 ganger diameteren av det testede tauet.

Kraften 26 er 2 x 22 % av maksimalbruddbelastning (Maximum Break Load = MBL) av det testede tauet.

Anslaget til en syklus er 2,22 ganger skivens diameter.

Flekstrettheten er uttrykt i syklusmengden som tauet motstår før svikt skjer ved brudd.

Sammenliqninqseksempel A

Et standardtau som passer en 20 mm skive og som består fullstendig av HPPE-fibre ble produsert. Som HPPE-fibre ble Dyneema™ SK 75, 2640 dtex anvendt, levert av DSM i Nederland.

Konstruksjonen av kabelgarnet var 10 x 2640 dtex, 12 dreininger per meter S/Z. Fra garnet ble tråder produsert. Trådkonstruksjonen var 7 kabelgarn, 20 dreininger per meter Z/S. Fra trådene ble et tau produsert. Taukonstruksjonen var 12 trådflettet tau med 6,1 dreininger per meter (164 mm lengde).

Bruddbelastningen av tauet var 40,3 tonn.

Flekstrettheten ble testet ifølge testmetoden som beskrevet ovenfor.

Skivediameteren var 400 mm. Syklusperioden var 6,5 sekunder. Kraften påført til skiven 24 var 2 x 9,15 tonn.

Tauet sviktet etter 4145 sykluser.

Sammenliqninqseksempel B

Standardtauet ifølge sammenligningseksempel A ble impregnert med et belegg optimalisert for bøy-over-skive anvendelser.

Flekstrettheten ble testet under de samme betingelsene som fortauet i sammenligningseksempel A. Tauet sviktet etter 18608 sykluser.

Eksempel 1

Et tau som passer en 20 mm skive ifølge oppfinnelsen ble produsert. Tauet bestod av et stort antall tråder omfattende en blanding av HPPE-fibrene som anvendt i sammenligningseksempel A (angitt ved D i konstruksjonen under) og e-PTFE-500 dtex, levert av Gore i USA (angitt ved G i konstruksjonen under).

Konstruksjonen av kabelgarnet var (9 x 2640 dtex D + 9 x 500 dtex G) med 12 dreininger per meter S/Z.

Trådkonstruksjonen var 7 kabelgarn, 20 dreininger per meter Z/S og taukonstruksjonen var 6,1 dreininger per meter (164 mm lengde).

Flekstrettheten ble holdt under de samme betingelsene som for tauet ifølge sammenligningseksempel A. Tauet sviktet etter 23132 sykluser.

Eksempel 2

Tauet ifølge eksempel 1 ble impregnert med det samme belegget som anvendt for tauet i sammenligningseksempel B.

Flekstrettheten ble holdt under de samme betingelsene som for tauet i sammenligningseksempel A. Tauet sviktet etter 123591 sykluser.

Claims (13)

1. Tau inneholdende et antall tråder karakterisert vedat tauet omfatter en blanding av høyeffekt-polyetylen (HPPE) fiber og polytetrafluoretylen (PTFE) fibre i et masseforhold av HPPE til PTFE på 70:30 til 98:2 for tauet i total, hvori tauet har en diameter på minst 2 mm.

2. Tau ifølge krav 1, hvor tauet er av en flettet konstruksjon.

3. Tau ifølge et av de foregående krav, hvor tauet inneholder 8 eller 12 tråder.

4. Tau ifølge et av de foregående krav, hvor tauet har en diameter på i det minste 30 mm.

5. Tau ifølge et av de foregående krav, hvor høyeffekt-polyetylenfibrene har en tenasitet på minst 2,5 N/tex.

6. Tau ifølge et av de foregående krav, hvor polytetrafluoretylenfibrene har en tenasitet på minst 0,3 N/tex.

7. Tau ifølge et av de foregående krav, hvor masseforhold er fra 80:20 til 95:5.

8. Tau ifølge et av de foregående krav, hvor tauet videre inneholder fra omtrent 2 til 20 masse% av silikonforbindelser.

9. Tau ifølge et av de foregående krav, hvor HPPE fibrene og PTFE fibrene er kombinert for å danne taugarn og hvor taugarnet danner trådene i tauet.

10. Tau ifølge et av de foregående krav, hvor tauet videre omfatter tilleggs-tautråder med elektriskledende eller lystransmitterende egenskaper.

11. Tau ifølge et av de foregående krav, hvor i det minste de primære trådene ble etter-strukket før de ble sammenstilt til tauet.

12. Tau ifølge et av kravene 1-12, omfattende høyeffekt-polyetylen (HPPE) fibre og en tilstrekkelig mengde av polytetrafluoretylen (PTFE) fibre for å forbedre den fleksible trettheten til tauet, hvor fleksibel tretthet er forbedret med i det minste en faktor på 5 sammenlignet med tauet ikke omfattende PTFE fibrene.

13. Anvendelse av et tau ifølge et av kravene 1-12, som en lastbærende komponent i bøy-over-skive benyttelsen