[发明专利]具有改善的弯曲疲劳性能的HMPE纤维

说明书

本发明提供了具有改善的耐久性和弯曲疲劳性能的基于连续长丝的细长主体。所述细长主体由多根纤维形成，其中至少一根组分纤维是复丝超高分子量聚烯烃纤维，所述复丝超高分子量聚烯烃纤维具有当在135℃下在萘烷中测量时15dl/g至约45dl/g的长丝本征粘度(IVsubgt;f/subgt;)，其中所述至少一根复丝超高分子量聚烯烃纤维具有至少32克/旦尼尔的韧度、大于800的旦尼尔以及大于2.0的旦尼尔/长丝。当将所述细长主体掺入多纤维构造诸如绳索中时，高韧度联合高纤维旦尼尔和高长丝旦尼尔(dpf)增强了滑轮上周期性弯曲(CBOS)耐久性。

背景技术

技术领域

该技术涉及绳索的改善，并且具体地涉及具有改善的耐久性和弯曲疲劳性能的高韧度合成绳索。

相关技术描述

合成纤维绳索已用于多种应用中，包括各种海洋应用。具有优良特性的一种类型的绳索是由高模量聚烯烃纤维和/或纱线制成的绳索。已知高韧度聚烯烃纤维(诸如来自霍尼韦尔国际公司(Honeywell International Inc.)的延长链聚乙烯纤维)在海洋应用中特别有用，这是由于其强度高(按重量计比钢强15倍)、重量轻(它们足够轻以漂浮(0.97g/cc的比重))、疏水性、耐腐蚀性、优良的真菌生长抗性、优良的耐磨性、优良的挠曲和弯曲疲劳性能、低摩擦系数以及它们非常好的紫外线辐射抗性，从而使得它们非常耐久地长期用于海洋应用。

特别是就它们的高强度而言，已知由超高分子量聚乙烯(UHMW PE)形成的纤维具有优良的拉伸特性，诸如韧度、拉伸模量和断裂能。术语“韧度”是指通过ASTM D2256测量的以未受应力的样本的力(克)/单位线密度(旦尼尔)表示的拉伸应力。术语“初始拉伸模量”是指以克-力/旦尼尔(g/d)表示的韧度变化与以原始纤维/带材长度(in/in)的分数表示的应变变化的比率，并且如本文所用，术语“初始拉伸模量”、“拉伸模量”和“模量”意指通过ASTM 2256对纤维所测量的弹性模量。

此类高韧度纤维通常由“凝胶纺丝”工艺制成，该工艺也被称为“溶液纺丝”。在这种类型的工艺中，形成超高分子量聚乙烯(UHMW PE)和溶剂的溶液，随后通过多孔喷丝头(具有例如10至3000个喷丝孔)挤出溶液以形成溶液长丝(每个喷丝孔形成一根长丝)，将溶液长丝冷却成凝胶长丝，并且提取溶剂以形成干燥长丝。将这些干燥长丝分组成束，其在本领域中称为“纤维”或“纱线”。然后将纤维/纱线拉伸(牵伸)至最大牵伸量以增加其韧度。

高强度聚乙烯长丝和/或复丝纤维/纱线的制备已描述于例如美国专利4,413,110；4,536,536；4,551,296；4,663,101；5,006,390；5,032,338；5,578,374；5,736,244；5,741,451；5,958,582；5,972,498；6,448,359；6,746,975；6,969,553；7,078,099；7,344,668；8,444,898；8,506,864；8,747,715；8,889,049；9,169,581；9,365,953和9,556,537中，这些专利全部在与本文一致的范围内以引用方式并入本文。这些专利中的每一个专利教导了UHMW PE加工技术的增量改善并且说明了改善UHMW PE纤维的拉伸特性的巨大困难。例如，虽然UHMW PE纤维的韧度和拉伸模量通过牵伸纤维而增加，但它们可以仅被拉伸至某种程度而不断裂。纤维可以拉伸的最大量以及因此对于特定纤维类型可获得的最大韧度取决于若干因素，包括改善的原材料和加工能力。