NL8901266A - METHOD FOR MANUFACTURING A STRETCHED ROPE - Google Patents

MERKWIJZE VOOR DE VERVAARDIGING VAN EEN VERSTREKT TOUWBRAND FOR THE MANUFACTURE OF A STRETCHED ROPE

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van een touw dat polymere filamenten bevat die vervaardigd zijn volgens het gelspinproces.The invention relates to a method for the manufacture of a rope containing polymeric filaments manufactured according to the gel spinning process.

Met touw wordt in de onderhavige aanvrage bedoeld: touw, koord, kabel, band en dergelijke structuren vervaardigd uit filamenten of filamenten en vezels.In the present application, by rope is meant: rope, cord, cable, tape and the like structures made of filaments or filaments and fibers.

Het gelspinproces zoals bekend uit de Engelse octrooischrif-ten nr. 2.042.414 en nr. 2.051.667 bestaat in wezen uit het bereiden van een oplossing van een polymeer, de oplossing boven de oplostemperatuur van het polymeer tot filamenten te vormen, de filamenten af te koelen onder de oplostemperatuur zodat gelering optreedt en het oplosmiddel geheel of gedeeltelijk te verwijderen. De filamenten kunnen daarna worden verstrekt terwijl de rest van het oplosmiddel er uit wordt verwijderd.The gel spinning process as known from British Pat. Nos. 2,042,414 and 2,051,667 consists essentially of preparing a solution of a polymer, molding the solution above the polymer's dissolving temperature, filaments to cool below the dissolution temperature to gel and to remove all or part of the solvent. The filaments can then be stretched with the remainder of the solvent removed.

Dergelijke filamenten vertonen een hoge stijfheid en een hoge treksterkte ten opzichte van filamenten die op een andere wijze uit het zelfde polymeer door spinnen zijn vervaardigd.Such filaments exhibit high stiffness and high tensile strength relative to filaments otherwise spun from the same polymer.

Een touw dat filamenten bevat die vervaardigd zijn volgens het gelspinproces vertoont eveneens een hoge stijfheid en een hoge sterkte. Daarom wordt een dergelijk touw juist gebruikt in situaties waarin deze eigenschappen van groot belang zijn. Het is daarom gewenst de stijfheid en de sterkte van het touw nog verder te doen toenemen.A rope containing filaments made by the gel spinning process also exhibits high rigidity and high strength. Therefore, such a rope is used precisely in situations where these properties are of great importance. It is therefore desirable to further increase the rigidity and strength of the rope.

De uitvinding beoogt te voorzien in een werkwijze voor de vervaardiging van een touw dat polymere filamenten bevat die vervaardigd zijn volgens het gelspinproces, met een hogere stijfheid en een hogere treksterkte dan de bekende touwen. Dit wordt bereikt door een touw dat polymere filamenten bevat die vervaardigd zijn volgens het gelspinproces te verstrekken.The object of the invention is to provide a method for the manufacture of a rope containing polymeric filaments manufactured according to the gel spinning process, with a higher rigidity and a higher tensile strength than the known ropes. This is accomplished by stretching a rope containing polymeric filaments made by the gel spinning process.

Een dergelijk touw vertoont een stijfheid en een treksterkte die afhankelijk van de mate van verstrekking belangrijk hoger zijn dan de stijfheid en de treksterkte van het oorspronkelijke touw.Such a rope has a stiffness and a tensile strength which, depending on the degree of stretching, are significantly higher than the stiffness and the tensile strength of the original rope.

Het is verrassend dat door het verstrekken de stijfheid en de sterkte van het touw toenemen, omdat de filamenten waaruit het touw is vervaardigd reeds tijdens het spinnen maximaal zijn verstrekt.It is surprising that the stiffness and strength of the rope increases due to the stretching, because the filaments from which the rope is made have already been maximally stretched during spinning.

De treksterkte en de stijfheid van de filamenten nemen tijdens het spinproces toe met toenemende verstrekgraad.The tensile strength and stiffness of the filaments increase with increasing stretching degree during the spinning process.

De verstrekgraad kan niet onbeperkt worden verhoogd, omdat tijdens het produktieproces breuk van de filamenten met toenemende frequentie optreedt naarmate de verstrekgraad toeneemt. Op eenvoudige wijze kan experimenteel worden vastgesteld bij welke verstrekgraad de breuk van de filamenten zo vaak optreedt dat met een aanvaardbare frequentie het proces dient te worden onderbroken. Deze verstrekgraad wordt de maximale verstrekgraad van de filamenten genoemd.The degree of stretching cannot be increased indefinitely, because during the production process breakage of the filaments occurs with increasing frequency as the degree of stretching increases. In a simple manner it can be determined experimentally at which stretching degree the breakage of the filaments occurs so often that the process must be interrupted at an acceptable frequency. This degree of stretching is called the maximum degree of stretching of the filaments.

Het is weliswaar mogelijk dergelijke filamenten onder zeer speciale omstandigheden, bijvoorbeeld met zeer lage snelheid, enigszins verder te verstrekken. Een verdere verstrekking levert echter nauwelijks een toename op in de stijfheid en de sterkte van de filamenten.It is admittedly possible to stretch such filaments somewhat further under very special conditions, for example at a very low speed. However, further stretching hardly yields an increase in the stiffness and strength of the filaments.

Uit de aldus verkregen maximaal verstrekte filamenten kunnen door middel van de daartoe bekende werkwijzen door bijvoorbeeld bundelen, draaien en/of twijnen garens worden vervaardigd.From the thus obtained maximally stretched filaments, it can be produced by means of the known methods, for example by bundling, twisting and / or twisting yarns.

Uit de garens kan door middel van de daartoe bekende werkwijzen door bijvoorbeeld draaien, twijnen, vlechten en/of slaan een touw worden vervaardigd.A rope can be produced from the yarns by means of the known methods, for example by twisting, twisting, braiding and / or hitting.

Ook is het mogelijk dat het touw naast filamenten die zijn vervaardigd volgens het gelspinproces nog andere filamenten of vezels bevat.It is also possible that the rope contains other filaments or fibers in addition to filaments manufactured according to the gel spinning process.

Door het touw te verstrekken nemen de stijfheid en de trek-strekte daarvan toe. Het verstrekken wordt bij voorkeur bij verhoogde temperatuur maar onder het smeltpunt van de filamenten uitgevoerd. Bij verhoogde temperatuur kan de verstrekking met een lagere kracht worden uitgevoerd of wordt bij een zelfde kracht een hogere verstreksnelheid bereikt.By stretching the rope, its stiffness and tensile strength increase. The stretching is preferably carried out at an elevated temperature but below the melting point of the filaments. At an elevated temperature, the drawing can be performed with a lower force or a higher drawing speed is achieved with the same force.

De verstrekking van het touw kan ook in meerdere stappen wor den uitgevoerd.The rope can also be stretched in several steps.

Polymeren die met goede resultaten door middel van het gel-spinproces tot filamenten kunnen worden verwerkt zijn bijvoorbeeld polyalkenen, polyvinylalcohol en polyacrylonitril.Polymers that can be processed into filaments with good results by the gel spinning process are, for example, polyolefins, polyvinyl alcohol and polyacrylonitrile.

De polyalkenen hebben bij voorkeur een gewichtsgemiddeld molecuulgewicht groter dan 400.000.The polyolefins preferably have a weight average molecular weight greater than 400,000.

Goede resultaten worden verkregen indien als polyalkeen polyetheen (PE) wordt gekozen. Dit PE kan een kleine hoeveelheid bij voorkeur hoogstens 5 mol.% van één of meer daarmee copolymeriseer-bare andere alkenen zoals propeen, buteen, penteen, hexeen, octeen en 4-methylpenteen bevatten en 1 tot 10 bij voorkeur 2-6 methyl- of ethylgroepen per 1000 koolstofatomen bezitten.Good results are obtained if polyethylene (PE) is chosen as the polyolefin. This PE may contain a small amount, preferably no more than 5 mol%, of one or more other olefins copolymerizable therewith, such as propylene, butene, pentene, hexene, octene and 4-methylpentene and preferably 1 to 10 methyl or 2- ethyl groups per 1000 carbon atoms.

Er kunnen ook andere polyalkenen in aanmerking komen zoals bijvoorbeeld polypropeen homo- en copolymeren. Verder kunnen de gebruikte polyalkenen kleine hoeveelheden van één of meer andere polymeren bevatten, in het bijzonder alkeen-1-polymeren.Other polyolefins may also be considered, such as, for example, polypropylene homo- and copolymers. Furthermore, the polyolefins used may contain small amounts of one or more other polymers, especially olefin 1 polymers.

Onder polyvinylalcohol worden ook verstaan copolymeren die vinylalcohol en kleine hoeveelheden, bij voorkeur hoogstens 5 mol.%, van één of meer andere monomeren bevatten zoals vinylacetaat, etheen en andere alkenen. Onder polyacrylonitril worden ook verstaan copolymeren die acrylonitril en kleine hoeveelheden, bij voorkeur hoogstens 5 mol.%, van één of meer andere monomeren bevatten zoals methaeryla-ten, acrylaten, vinylacetaat.Polyvinyl alcohol is also understood to mean copolymers containing vinyl alcohol and small amounts, preferably no more than 5 mol%, of one or more other monomers such as vinyl acetate, ethylene and other olefins. Polyacrylonitrile also includes copolymers containing acrylonitrile and small amounts, preferably no more than 5 mole%, of one or more other monomers such as methaerylates, acrylates, vinyl acetate.

Voorts is verrassenderwijs gebleken dat touw vervaardigd uit niet maximaal verstrekte filamenten, bij voorkeur vervaardigd uit filamenten met een verstrekgraad van 50% of meer, door verstrekking beduidend in stijfheid en sterkte toeneemt, en op dezelfde stijfheid en sterkte kan worden gebracht als het touw dat uit maximaal verstrekte filamenten is vervaardigd en daarna is verstrekt.Furthermore, it has surprisingly been found that rope made from not maximally stretched filaments, preferably made from filaments with a stretching degree of 50% or more, increases significantly in stiffness and strength by stretching, and can be brought to the same stiffness and strength as the rope made from maximum filaments provided and subsequently supplied.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van een aantaL voorbeelden met touwen vervaardigd uit polyetheen, polypropeen en Kevlar (TM).The invention will be explained below with reference to a number of examples with ropes made of polyethylene, polypropylene and Kevlar (TM).

Touw 1 wordt geslagen uit 1600 denier polyetheengaren vervaardigd volgens het gelspinsproces van het type Dyneema (TH) SK 60 en heeft de volgende struktuur: 7 x 19 x 2 x 1600. De sterkte van het touw, gemeten volgens DIN 83305, bedraagt 73,8 kN. De treksterkte van het garen gemeten volgens DIN 53834 is 3,20 GPa.Rope 1 is made from 1600 denier polyethylene yarn manufactured according to the gel spinning process of the type Dyneema (TH) SK 60 and has the following structure: 7 x 19 x 2 x 1600. The strength of the rope, measured according to DIN 83305, is 73.8 kN. The tensile strength of the yarn measured according to DIN 53834 is 3.20 GPa.

Touw 2 wordt geslagen uit 2000 denier polyetheengaren vervaardigd volgens het getspinproces van het type Dyneema (TM) SK 60, terwijl de filamenten niet maximaal maar tot 80% zijn verstrekt. Touw 2 heeft de volgende struktuur: 7x19x2x2000.Rope 2 is made from 2000 denier polyethylene yarn made by Dyneema (TM) SK 60 spinning process, while the filaments are not stretched up to 80%. Rope 2 has the following structure: 7x19x2x2000.

Touw 3 wordt geslagen uit Kevlar (TM) 29 1600 denier garen en heeft de volgende struktuur: 7 x 19 x 2 x 1600. De sterkte van het touw bedraagt 51,7 kN.Rope 3 is made from Kevlar (TM) 29 1600 denier yarn and has the following structure: 7 x 19 x 2 x 1600. The strength of the rope is 51.7 kN.

Touw 4 is een willekeurig touw vervaardigd uit polypropeen filamenten. Touw 4 heeft een sterkte van 9,78 KN.Rope 4 is a random rope made from polypropylene filaments. Rope 4 has a strength of 9.78 KN.

Voorbeeld IExample I

Touw 1 wordt in een Zwick (TM) trekbank ingespannen. De inspanlengte bedraagt 60 cm.Rope 1 is clamped in a Zwick (TM) tensile testing machine. The clamping length is 60 cm.

Het touw wordt bij kamertemperatuur belast op 50% van de gemeten sterkte gedurende 10 dagen. Daarna is een verlenging van het touw opgetreden van 5% en bedraagt de sterkte 99 kN.The rope is loaded at room temperature at 50% of the measured strength for 10 days. After that an extension of the rope occurred of 5% and the strength is 99 kN.

Voorbeeld IIExample II

Touw 1 wordt bij 120«C verstrekt met een snelheid van 20 mm/min tot de verlenging van het touw 5% bedraagt. Daarna bedraagt de sterkte van het touw 87,8 kN.Rope 1 is stretched at 120 ° C at a speed of 20 mm / min until the extension of the rope is 5%. Thereafter the strength of the rope is 87.8 kN.

Voorbeeld IIIExample III

Touw 1 wordt bij 140nc verstrekt met een snelheid van 5 mm/min tot de verlenging van het touw 5% bedraagt. Daarna bedraagt de sterkte van het touw 90,8 kN.Rope 1 is stretched at 140nc at a speed of 5mm / min until the rope extension is 5%. Thereafter the strength of the rope is 90.8 kN.

Voorbeeld IVExample IV

Touw 1 wordt bij 140HC verstrekt met een snelheid van 5 mm/min tot de verlenging van het touw 7,5% bedraagt. Daarna bedraagt de sterkte van het touw 102 kN.Rope 1 is stretched at 140HC at a speed of 5mm / min until the rope elongation is 7.5%. Thereafter the strength of the rope is 102 kN.

Voorbeeld VExample V

Touw 1 wordt 5000 maal gedurende enkele seconden belast op 50% van de gemeten sterkte. Daarna bedraagt de sterkte 87,2 kN.Rope 1 is loaded 5000 times for a few seconds at 50% of the measured strength. Thereafter the strength is 87.2 kN.

Voorbeeld VIExample VI

Touw 2 wordt bij 140OC verstrekt met een snelheid van 5 mm/min tot de verlenging van het touw 23% bedraagt. Daarna bedraagt de sterkte van het touw 91 kN.Rope 2 is stretched at 140OC at a speed of 5mm / min until the rope extension is 23%. Thereafter the strength of the rope is 91 kN.

Voorbeeld VIIExample VII

Touw 3 wordt gedurende 10 dagen belast op 50% van de gemeten sterkte.Rope 3 is loaded at 50% of the measured strength for 10 days.

Daarna bedraagt de sterkte 51,3 kN.Thereafter the strength is 51.3 kN.

Voorbeeld VIIIExample VIII

Touw 3 wordt 5000 x gedurende enkele seconden belast op 50% van de gemeten sterkte. Daarna bedraagt de sterkte 49,6 kN.Rope 3 is loaded 5000 x for a few seconds at 50% of the measured strength. Thereafter the strength is 49.6 kN.

Voorbeeld IXExample IX

Touw 4 wordt bij 150bC met een snelheid van 1 mm/min verstrekt tot de verlenging van het touw 5% bedraagt. De sterkte van het touw bedraagt daarna 9,06 kN.Rope 4 is stretched at 150bC at a speed of 1mm / min until the rope extension is 5%. The strength of the rope is then 9.06 kN.

Uit de voorbeelden I, II, III, IV en V blijkt dat door het verstrekken van het Touw 1, de aanvankelijke treksterkte toeneemt van 73,8 kN tot resp. 99, 87,8, 90,8, 102 en 87,2 kN. Duidelijk is dat bij verhoogde temperaturen sneller hogere treksterktes kunnen worden bereikt.Examples I, II, III, IV and V show that by drawing the Rope 1, the initial tensile strength increases from 73.8 kN to resp. 99, 87.8, 90.8, 102 and 87.2 kN. It is clear that higher tensile strengths can be achieved faster at elevated temperatures.

Voorbeeld VI laat zien dat uit garens van de polyethyleen-filamenten die aanvankelijk niet tot hun maximale sterkte zijn verstrekt een Touw 2 kan worden geslagen dat na verstrekking onder dezelfde temperatuur en met dezelfde verstreksnelheid als in Voorbeeld III een vergelijkbare hogere treksterkte verkregen heeft als het Touw 1 in Voorbeeld III waarvan de filamenten voor het vervaardigen van het Touw wet maximaal waren verstrekt.Example VI shows that from yarns of the polyethylene filaments that are not initially stretched to their maximum strength, a Rope 2 can be whipped which, after drawing under the same temperature and at the same drawing speed as in Example III, has obtained a comparable higher tensile strength as the Rope 1 in Example III of which the filaments for the manufacture of the Rope Act were provided to the maximum.

Het Kevlar Touw 3 uit Voorbeeld VII dat op dezelfde manier wordt behandeld als het Touw 1 uit Voorbeeld I vertoont na de verstrekking een treksterktedaling van 51,7 naar 51,3 kN.The Kevlar Rope 3 from Example VII treated in the same way as the Rope 1 from Example I shows a tensile strength drop from 51.7 to 51.3 kN after drawing.

Het polypropeen Touw 4 uit Voorbeeld IX vertoont ook een treksterktedaling van 9,78 naar 9,06.The polypropylene Rope 4 from Example IX also shows a tensile strength drop from 9.78 to 9.06.

Het is verrassend dat de touwen volgens de uitvinding een treksterkteverhoging ondergaan terwijl andere touwen zelfs een treksterktedaling vertonen. Dit is niet te verklaren uit een verdere verstrekking van de filamenten zoals uit de volgende proeven blijkt.It is surprising that the ropes according to the invention undergo an increase in tensile strength, while other ropes even show a decrease in tensile strength. This cannot be explained by a further stretching of the filaments, as appears from the following tests.

Proef ITrial I

Van Dyneema (TM) SK 60 1600 denier garen wordt de sterkte bepaald volgens DIN 53834. De sterkte van het garen bedraagt 3.20 GPa. Het garen wordt bij 120«C met een snelheid van 20 mm/min verstrekt tot de verlenging 5% bedraagt. Daarna bedraagt de sterkte 3.28 GPa. Door de verstrekking is de sterkte van het garen, dus ook de sterkte van de filamenten, niet wezenlijk toegenomen.The strength of Van Dyneema (TM) SK 60 1600 denier yarn is determined according to DIN 53834. The strength of the yarn is 3.20 GPa. The yarn is drawn at 120 ° C at a speed of 20 mm / min until the elongation is 5%. After that, the strength is 3.28 GPa. Due to the stretching, the strength of the yarn, including the strength of the filaments, has not substantially increased.

Proef IIExperiment II

Het touw dat verstrekt is zoals is beschreven in Voorbeeld II, wordt ontrafeld, zodat het 1600 denier garen opnieuw wordt verkregen. De sterkte van het garen bedraagt 3.18 GPa. Het blijkt dat de sterkte van het garen niet is toegenomen ten opzichte van het oorspronkelijke garen, terwijl de sterkte van het touw door het verstrekken belangrijk is toegenomen.The rope drawn as described in Example II is unraveled so that the 1600 denier yarn is obtained again. The yarn strength is 3.18 GPa. It turns out that the strength of the yarn has not increased compared to the original yarn, while the strength of the rope has significantly increased by stretching.