КРУЧЕНАЯ МАЛОРАСТЯЖИМАЯ ПРЯЖА, СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕЕ Российский патент 2012 года по МПК D02G3/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к конструкциям гибридных волокон с пониженной тенденцией к растяжению. Более конкретно изобретение касается крученой малорастяжимой пряжи, полученной скручиванием вместе одного или нескольких высокопрочных полиолефиновых волокон и одного или нескольких малорастяжимых армирующих волокон.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

В композитах, используемых в экологически безопасных изделиях, таких как спортивные товары, детали самолетов, ремни конвейеров, и для изготовления трубчатых структур высокого давления, таких как трубы, шланги и другие трубопроводы, предпочтительно использовать легкие высокопрочные армирующие волокна. Высокоэффективные термопластичные волокна, такие как полиолефиновые волокна, являются прекрасными материалами для изготовления таких композитов, т.к. они обладают очень высокой устойчивостью к силовым нагрузкам. Например, в патенте США 4608220 раскрыты волокнистые композиты с армирующими волокнами, используемые для производства деталей самолетов. В патенте США 6804942, например, раскрыты композитные трубчатые комплекты, изготовленные из полимерных трубок, обернутых полосками армированной ткани. Такие трубчатые структуры высокого давления предназначены для работы в экстремальных условиях, где они должны противостоять химическому и механическому воздействию при транспортировке газов и жидкостей.

Известно также, что высокостойкие термопластичные волокна используют для изготовления изделий с высокой устойчивостью к баллистическим нагрузкам или к надрезам. Например, в патенте США 6979660 раскрыты защитные ткани, изготовленные из нескрученной полиэтиленовой пряжи. В патенте США 4886691 описаны устойчивые к надрезам изделия, в которых менее устойчивый к надрезам компонент окружен более устойчивым к надрезам материалом рубашки.

Устойчивый к надрезам материал рубашки можно изготовить из пряжи, которая включает нескрученную вытянутую прядь полиолефинового волокна, которая обернута вторым волокном. Соответственно, волоконные композиты используют в разных отраслях промышленности для разнообразных целей.

Известно, что полимерные волокна некоторых типов обладают определенными достоинствами, однако известно также, что им свойственны некоторые недостатки. Например, несмотря на то что полимерные волокна, как известно, обладают исключительно высокой прочностью по отношению к силовым нагрузкам, было установлено, что они в большей степени чувствительны к длительному растяжению, чем арамидные или углеродные волокна.

Со временем длительное растяжение может привести к разрушению волокна и нарушению целостности волокнистых изделий. В некоторых случаях, например, в трубах высокого давления и в шлангах нарушение целостности композита может нанести значительный вред потребителям, окружающей инфраструктуре и экологической обстановке.

Тем не менее, устойчивость к нагрузкам является привлекательным качеством полиолефиновых волокон и делает их весьма подходящим материалом для использования в жестких условиях. Соответственно, в данной области существует необходимость в высокостойких структурах композитов, изготовленных из высокопрочных полиолефиновых волокон с пониженной тенденцией к растяжению. Настоящее изобретение предлагает решение этой проблемы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предлагает крученую малорастяжимую пряжу, включающую скрученную комбинацию одного или нескольких полиолефиновых волокон с прочностью на разрыв примерно 7 г/денье или более и модулем при растяжении примерно 150 г/денье или более и одного или нескольких малорастяжимых армирующих волокон, причем указанные одно или несколько малорастяжимых армирующих волокон характеризуются удлинением примерно на 3.0% или менее при нагрузке, равной 50% от максимальной прочности волокна на растяжение, в течение 200 час при комнатной температуре, определенным способом тестирования по ASTM D6992.

Изобретение также предлагает изделие, изготовленное из нескольких видов крученой малорастяжимой пряжи, причем пряжа содержит скрученную комбинацию из одного или нескольких полиолефиновых волокон с прочностью на разрыв примерно 7 г/денье или более и модулем при растяжении примерно 150 г/денье или более и одного или нескольких малорастяжимых армирующих волокон, причем одно или несколько малорастяжимых армирующих волокон характеризуются удлинением примерно на 3.0% или менее при нагрузке, составляющей 50% от максимальной прочности волокна на растяжение, в течение 200 час при комнатной температуре, определенным способом тестирования по ASTM D6992.

Кроме того, изобретение также предлагает способ изготовления крученой малорастяжимой пряжи, включающий:

a) получение одного или нескольких полиолефиновых волокон с прочностью на разрыв примерно 7 г/денье или более и модулем при растяжении примерно 150 г/денье или более;

b) получение одного или нескольких малорастяжимых армирующих волокон, причем указанные одно или несколько малорастяжимых армирующих волокон характеризуются удлинением примерно на 3.0% или менее при нагрузке, равной 50% от максимальной прочности волокна на растяжение, в течение 200 час при комнатной температуре, определенным способом тестирования по ASTM D6992; и

c) совместное скручивание указанных полиолефиновых волокон и малорастяжимых армирующих волокон при кратности скручивания по меньшей мере примерно 0.5 скруток одного или нескольких указанных малорастяжимых армирующих волокон на дюйм указанных одного или нескольких полиолефиновых волокон.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ

На ФИГ.1 показано пространственное схематическое изображение крученой гибридной пряжи, изготовленной по данному изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение предлагает конструкции из гибридной пряжи, которые уменьшают растяжение в композитах на их основе. Как показано на ФИГ.1, получена гибридная пряжа 10, которая представляет собой скрученную комбинацию одного или нескольких полиолефиновых волокон 12 с одним или несколькими малорастяжимыми армирующими волокнами 14.

Использованный здесь термин «волокно» означает вытянутое тело, у которого размер по длине значительно превышает перпендикулярные размеры по ширине и толщине. Поперечные сечения волокон, используемых в данном изобретении, могут широко варьироваться. Они могут быть круглыми, плоскими или вытянутыми. Соответственно, термин включает нити, ленты, полосы и т.п. с регулярным или нерегулярным поперечным сечением. Они также могут иметь нерегулярное или регулярное поперечное сечение со многими выступами, из которых один или несколько выступов являются регулярными или нерегулярными. Предпочтительно, чтобы волокна имели один выступ и практически круглое поперечное сечение. Использованный здесь термин «пряжа» относится к пряже, состоящей из множества волокон или нитей.

Предпочтительно, чтобы полиолефиновые волокна 12 и малорастяжимые армирующие волокна 14 были высокопрочными и имели высокий модуль при растяжении. Использованный здесь термин «высокопрочное волокно с высоким модулем при растяжении» относится к волокну, предпочтительно имеющему прочность на разрыв, равный по меньшей мере примерно 7 г/денье или более, предпочтительный модуль при растяжении, по меньшей мере равный примерно 150 г/денье или более, и предпочтительную энергию разрыва, равную по меньшей мере примерно 8 Дж/г или более, где каждый параметр определен по ASTM D2256. Использованный здесь термин «денье» относится к единице линейной плотности, равной массе в граммах на 9000 м волокна или пряжи. В более предпочтительных вариантах изобретения прочность на разрыв полиолефиновых волокон должна составлять примерно 15 г/денье или более, предпочтительно примерно 20 г/денье или более, более предпочтительно примерно 25 г/денье или более и наиболее предпочтительно примерно 30 г/денье или более. Полиолефиновые волокна по данному изобретению также имеют предпочтительный модуль при растяжении примерно 300 г/денье или более, более предпочтительно примерно 400 г/денье или более, более предпочтительно примерно 500 г/денье или более, более предпочтительно примерно 1000 г/денье или более и наиболее предпочтительно примерно 1500 г/денье или более. Полиолефиновые волокна по данному изобретению также характеризуются предпочтительной энергией на разрыв примерно 15 Дж/г или более, более предпочтительно примерно 25 Дж/г или более, более предпочтительно примерно 30 Дж/г или более и наиболее предпочтительно энергией на разрыв примерно 40 Дж/г или более. Полиолефиновые волокна могут быть любой подходящей плотности (денье), например, от 50 до примерно 3000 денье, более предпочтительно примерно 200-3000 денье, еще более предпочтительно примерно 650-2000 денье и наиболее предпочтительно примерно 800-1500 денье.

Использованный здесь термин «прочность на разрыв» относится к усилию разрыва, выраженному как нагрузка (в граммах) на единичную линейную плотность (в денье) ненапряженного образца. «Начальный модуль» образца является свойством материала, выражающий его устойчивость к деформации. Термин «модуль при растяжении» относится к соотношению изменения в прочности на разрыв, выраженному в граммах нагрузки на денье (г/д), и изменения растяжения, выраженного как часть первоначальной длины волокна (дюйм/дюйм) (см/см).

Особенно пригодные высокопрочные высокомодульные полиолефиновые волокна включают полиэтилены высокой и низкой плотности. Особо предпочтительны длинноцепочечные полиолефиновые волокна, такие как высокоориентированные высокомолекулярные полиэтиленовые волокна, в частности сверхвысокомолекулярные полиэтиленовые и полипропиленовые волокна, в том числе сверхвысокомолекулярные полипропиленовые волокна. Эти типы волокон хорошо известны в данной области. Наиболее предпочтительные длинноцепочечные полиэтиленовые волокна имеют молекулярную массу по меньшей мере 500000, предпочтительно по меньшей мере один миллион и более предпочтительно два-пять миллионов. Особенно предпочтительными волокнами для использования в изобретении являются полиэтиленовые волокна, выпускаемые под торговыми марками SPECTRA® и производимые Honeywell International Inc of Morristown, NJ. Для сравнения полиэтиленовые высокопрочные волокна SPECTRA® в пятнадцать раз прочнее стальных и на 40% прочнее, чем KEVLAR®, хотя также являются легкими и всплывают в воде. Волокна SPECTRA® хорошо известны в данной области и описаны, например, в патентах США 4623547 и 4748064. Наиболее предпочтительны волокна SPECTRA® 1000 (1300 денье).

В патентах США 4413110, 4440711, 4535027, 4457985, 4623547, 4650710 и 4748064 обсуждается изготовление предпочтительных высокопрочных длинноцепочечных полиэтиленовых волокон, которые можно использовать в данном изобретении. В патентах США 4137394 и 4356138, которые включены здесь ссылкой, описано, как можно изготовить длинноцепочечные полиэтиленовые волокна (ЕСРЕ) способом прядения из раствора. В патентах США 4551296 и 5006390, которые включены здесь ссылкой, описано, как можно спрясть волокна ЕСРЕ из раствора с образованием гелевой структуры.

Как традиционно известно, «вытяжение» означает длительную продольную деформацию материала во времени под действием постоянной нагрузки. Вытяжение волокна, пряжи или ткани можно измерить, например, методом постадийного изотермического тестирования (SIM) no ASTM D6992. Согласно ASTM D6992, метод SIM включает воздействие на стадиях подъема температуры и во время перерывов для ускорения растяжения одного образца, тестируемого под нагрузкой. Использованный здесь термин «малорастяжимое» армирующее волокно предпочтительно охватывает волокна, которые характеризуются удлинением примерно на 3.0% или менее, более предпочтительно примерно на 2.0% или менее, еще более предпочтительно примерно на 1.0% или менее и наиболее предпочтительно примерно на 0.5% или менее при нагрузке, составляющей 50% от максимальной прочности волокна при растяжении (UTS), в течение 200 час при комнатной температуре. Величина UTS волокна представляет собой максимальную нагрузку, которую волокно может выдержать до разрушения. Используемые в данном изобретении подходящие малорастяжимые армирующие волокна 14 включают углеродные волокна, стекловолокна, арамидные (ароматические полиамиды) волокна, в частности параарамидные волокна, полиэфирные волокна, такие как волокна из полиэтилентерефталатов и полиэтиленнафталатов, и их комбинации. Волокна каждого из этих типов и способы их производства хорошо известны. Углеродные волокна выпускают в промышленности, например, Kureha Corporation of Japan под торговой маркой KRECA®; CYTEC Industries Inc. of West Paterson, NJ под торговой маркой THORNEL®; и Nippon Carbon Co. Ltd. of Tokyo, Japan. Углеродные волокна на основе полиакрилонитрила (PAN) прядут стандартными способами. Вначале волокна полиакрилонитрила прядут из расплава, затем подвергают пиролизу с образованием графитовых углеродных волокон.

Конкретные способы их производства описаны, например, в патентах США 4115527, 4197283, 4356158 и 4913889, которые включены здесь ссылками. Предпочтительные углеродные волокна имеют модуль при растяжении примерно 137-827 ГПа; более предпочтительно примерно 158-517 ГПа и наиболее предпочтительно примерно 206-276 ГПа.

Стекловолокно выпускают в промышленности, например, PPG Industries of Pittsburgh, PA, и Nippon Electric Glass Co., Ltd. Japan. См., например, патенты США 4015994, 4140533, 4762809, 5064785, 5258227, 5284807, 6139958, 6890650, 6949289 и т.д., которые включены здесь ссылками. Предпочтительные стекловолокна имеют модуль при растяжении примерно 60-90 ГПа. Полиэфирные волокна выпускает в промышленности фирма Performance Fibers of Richmond, VA. См., например, патенты США 5277858, 5397527, 5403659, 5630976, 6403006, 6649263 и 6828021, которые включены здесь ссылками. Предпочтительные полиэфирные волокна имеют модуль при растяжении примерно 2-10 г/денье; более предпочтительно примерно 3-9 г/денье и наиболее предпочтительно примерно 5-8 г/денье.

Арамидные волокна выпускают в промышленности и они описаны, например, в патенте США 3671542. Например, подходящие нити из поли(п-фенилентерефталамида) производит корпорация DuPont под торговой маркой KEVLAR®. Также пригодны для практического применения этого изобретения волокна поли(м-фениленизофталамида), выпускаемые корпорацией DuPont под торговой маркой NOMEX®, и промышленные волокна от Teijin под торговой маркой TWARON®; арамидные волокна, выпускаемые фирмой Kolon Industries, Inc. of Korea под торговой маркой HERACRON®; параарамидные волокна SVM™ и RUSAR™, которые выпускает Каменское АО Волокно, Россия (Kamensk Volokno JSC of Russia), и параарамидные волокна ARMOS™, выпускаемые АО Химволокно, Россия (JSC Chim Volokno of Russia). Предпочтительные арамидные волокна имеют модуль при растяжении примерно 60-145 ГПа и наиболее предпочтительно примерно 90-135 ГПа.

В предпочтительных вариантах пряжа по данному изобретению включает пучок, состоящий из множества полиолефиновых волокон, и/или пучок, состоящий из множества малорастяжимых армирующих волокон, причем пучки совместно скручены с образованием крученой малорастяжимой пряжи. Например, в предпочтительном варианте малорастяжимые армирующие волокна включают один или несколько жгутов, включающих пучки из примерно 3000-12000 отдельных армирующих волокон/нитей. В данной области принято называть пучки волокон по числу волокон, которые они содержат. Например, пучок, содержащий 3000 волокон, обозначают как пучок 3К, а пучок с 12000 волокнами обозначают как пучок 12К. Кроме того, множество волокон в каждом пучке можно скрутить вместе с образованием скрученных пучков перед тем, как объединить два разных типа волокон в крученую гибридную пряжу. Такое скручивание повышает взаимную блокировку волокон и еще больше увеличивает устойчивость гибридной пряжи к растяжению. Предпочтительно скручивать пучки полиолефиновых волокон и пучки армирующих волокон по отдельности примерно при одном повороте на дюйм, но можно также чаще или реже.

В данной области известны разные способы скручивания волокон вместе. Можно применять любые хорошо известные способы скручивания, например, сложением. Подходящие способы скручивания описаны, например, в патентах США 2961010, 3434275, 4123893 и 7127879, которые включены здесь ссылкой. Стандартным методом оценки скручивания в крученых пряжах является ASTM D1423-02.

Крученые малорастяжимые пряжи по данному изобретению получают совместным скручиванием малорастяжимых армирующих волокон с полиэтиленовыми волокнами при кратности скручивания примерно 0.5-5 скруток указанных одного или нескольких малорастяжимых армирующих волокон на дюйм указанных одного или нескольких полиолефиновых волокон, более предпочтительно примерно 0.75-3 скруток и наиболее предпочтительно примерно одна скрутка малорастяжимого волокна на дюйм полиолефиновых волокон. В наиболее предпочтительных вариантах изобретения малорастяжимые пряжи содержат больше полиолефинового волокна по сравнению с малорастяжимым армирующим волокном в массе крученой пряжи. В частности, предпочтительно, чтобы крученые пряжи и изделия из них содержали примерно 10-45 мас.% малорастяжимого волокна, более предпочтительно примерно 15-35 мас.% и наиболее предпочтительно примерно 17-30 мас.%.

Гибридные пряжи по данному изобретению можно включать в тканые или нетканые материалы или их можно превратить в другие волокнистые структуры, в том числе в плетеные тросы или другие структуры. Способы изготовления нетканых материалов хорошо известны в данной области, такие как, например, способы, описанные в патенте США 6642159, который включен здесь ссылкой. Например, пряжи могут входить в состав нетканых материалов, содержащих множество сложенных перекрывающихся слоев волокон, которые объединены в однослойный монолитный элемент. В таком варианте каждый слой может включать такое расположение неперекрывающихся прядей, при котором они вытянуты дугообразно вдоль общего направления волокон в однонаправленном практически параллельном ряду. Такой тип расположения волокон известен в данной области как «лента» («unitape», однонаправленная лента) и назван здесь «однократным слоем». Использованный термин «ряд» описывает упорядоченное расположение пряж, а «параллельный ряд» относится к упорядоченному параллельному расположению прядей. «Слой» волокон означает плоское расположение тканых или нетканых прядей, включающее один или несколько сгибов. Использованный здесь термин «однослойная» структура относится к монолитной структуре, состоящей из одного слоя волокон или множества слоев волокон, которые объединены в единую унитарную структуру. В особенно предпочтительной структуре нетканого материала множество слоев волокон (множество лент) наложены друг на друга таким образом, что параллельные волокна каждого одного слоя (ленты) расположены перпендикулярно (0°/90°) к параллельным волокнам каждого соседнего слоя относительно направления вытяжения волокон каждого одного слоя. Такие повернутые однонаправленные участки описаны, например, в патентах США 4457985; 4748064; 4916000; 4403012; 4623573 и 4737402. Наложение сгибов нетканых волокон уплотняют при нагревании и под давлением или путем прижатия отдельных сгибов волокон с образованием однослойного монолитного элемента.

Обычно для уплотнения множества слоев нетканых волокон необходимо покрыть пряжи или отдельные волокна полимерным связующим, которое известно в данной области как «полимерная матрица», для того чтобы связать пряди вместе. Подходящие связующие хорошо известны в данной области и включают как термопластичные, так и термореактивные материалы. Термин «покрыть» не имеет целью ограничить способ, которым полимерное связующее наносят на поверхности пряжи или волокон. Соответственно, пряжи можно покрыть, пропитать, ввести внутрь или иначе обработать полимерным связующим с последующей необязательной консолидацией комбинации материал матрицы/пряжа с образованием композита. Уплотнение можно осуществить путем сушки, охлаждения, нагревания, с помощью давления или комбинацией способов. Нагревание и/или давление могут не понадобиться, т.к. волокна или слои волокон могут сразу склеиться вместе, как в случае влажного ламинирования.

Тканые материалы можно изготовить по методикам, хорошо известным в данной области, с использованием любого плетения ткани, в том числе полотняного переплетения, переплетения типа «воронья лапка», переплетения типа «рогожка», сатинного переплетения, саржевого переплетения и т.п. Наиболее распространено полотняное переплетение, в котором волокна ткут вместе при ортогональной ориентации 0°/90°. Перед плетением гибридные пряжи или волокна, образующие пряжи, можно покрыть полимерным связующим веществом или не делать этого.

Тканые или нетканые материалы на основе пряжи по данному изобретению можно изготовить с использованием разных полимерных связующих (полимерных матриц), включая как низкомодульные термопластичные материалы, так и высокомодульные жесткие материалы. Подходящие полимерные связующие материалы неисключительно включают низкомодульные эластомерные материалы с начальным модулем при растяжении менее примерно 6000 фунт/кв. дюйм (41.3 МПа), предпочтительной температурой стеклования (Tg) менее примерно 0°C, более предпочтительно менее примерно -40°C и наиболее предпочтительно менее примерно -50°C; и предпочтительным удлинением до разрушения по меньшей мере примерно на 50%, более предпочтительно по меньшей мере примерно на 100% и наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно на 300%. Подходящие высокомодульные жесткие материалы имеют начальный модуль при растяжении по меньшей мере примерно 1×10⁶ фунт/кв. дюйм (6895 МПа), определенный при 37°C по ASTM D638. Примеры таких материалов раскрыты, например, в патенте США 6642159, который четко включен здесь ссылкой. Использованный здесь термин «модуль при растяжении» означает модуль упругости, определенный по ASTM 2256 для волокна и по ASTM D638 для полимерных связующих. Полимерное связующее можно нанести на пряжу по данному изобретению разными способами и термин «покрытый» не ограничивает способа, которым полимерное связующее помещают на поверхность или поверхности волокон.

Согласно данному изобретению для изготовления нетканых малорастяжимых материалов предпочтительно, чтобы такие материалы включали связующее в количестве примерно 10-80 мас.%, более предпочтительно примерно 15-50 мас.% и наиболее предпочтительно примерно 20-40 мас.% от общей массы материала. Соответственно, малорастяжимые нетканые материалы предпочтительно содержат волокно в количестве примерно 20-90 мас.%, более предпочтительно примерно 50-85 мас.% и наиболее предпочтительно примерно 60-80 мас.% от общей массы материала, включая связующее.

Пряжи и ткани по данному изобретению особенно пригодны для изготовления трубчатых структур, таких как шланги и трубы, и в качестве внешних армирующих штуцеров пластиковых труб. Для изготовления трубчатых структур ткани из пряжи по изобретению можно нарезать на узкие полоски, намотать по спирали на оправку и затем уплотнить при подходящем нагревании и предпочтительно под давлением. «Узкие полоски» означают, что ткань имеет ширину примерно 1-20 дюйм (2.54-50.8 см), более предпочтительно примерно 2-16 дюйм (5.08-40.64 см) и наиболее предпочтительно примерно 4-16 дюйм (10.16-40.64 см). Трубчатые структуры меньшего диаметра обычно изготавливают из более узких тканевых композитов. Ткань можно нагревать на оправке в течение примерно 2-24 час при температуре примерно 220-280°F (примерно 104-138°С), более предпочтительно в течение 4-8 час при температуре примерно 220-240°F (примерно 104-116°C). Давление может быть в интервале примерно 100-150 фунт/кв. дюйм (примерно 689-1033.5 кПа). Затем полученный шланг снимают с оправки.

При наматывании ткани на оправку каждый последующий слой может, например, перекрывать предыдущий слой в нужном количестве, например, примерно на 15-75% от ширины предшествующего слоя, более предпочтительно примерно на половину ширины предшествующего слоя. Следует понимать, что можно использовать и другие участки перекрывания (или неперекрывания). При наматывании композитной ткани по спирали предпочтительно, чтобы угол намотки составлял примерно 40-60 градусов. Для достижения максимальной прочности к разрыву у трубчатых структур угол намотки должен составлять примерно 57 градусов. Кроме того, прочность трубчатой структуры достигается за счет наматывания композитной ткани на оправку сначала в одном направлении и затем перекрывания этого слоя путем наматывания композитной ткани в противоположном направлении. Полученную трубчатую структуру можно использовать как трубу, шланг или трубопровод и т.п. Предпочтительно, чтобы эти структуры были гибкими. Их можно применять в разных областях, таких как перекачка газа под высоким или низким давлением, перекачка коррелирующих химических реагентов, нефти и других нефтепродуктов, воды, сточных вод и т.п. Ткани, полученные из гибридной пряжи по изобретению, особенно устойчивы к разным химическим реагентам.

Другое применение трубчатых структур по данному изобретению заключается в нанесении покрытия или футеровки на имеющиеся трубы или шланги. Такая труба может быть изготовлена из металла, пластика или композита.

Химическая устойчивость волоконных сетей позволяет также проводить транспортировку химических веществ, включая коррелирующие химические реагенты, по трубам при минимизации любой опасности для существующих труб или шлангов. Трубчатая структура, покрытая высокопрочными полиолефиновыми волокнами, раскрыта в поданной одновременно патентной заявке США, сериальный номер 11/228935, от 16 сентября 2005 г., которая включена здесь ссылкой в необходимой полноте. Например, пряжи или ткани по настоящему изобретению можно наносить на трубу наматыванием пряжи или ткани по спирали на внешнюю поверхность трубы. Сначала можно намотать ткань по изобретению на трубу в одном направлении и затем перекрыть этот слой наматыванием ткани в противоположном направлении. При намотке ткани на трубу каждый последующий слой может, например, перекрывать предыдущий слой примерно на половине ширины предшествующего слоя. При наматывании ткани по спирали предпочтительно, чтобы угол намотки составлял примерно 40-60 градусов и наиболее предпочтительным углом намотки является угол примерно 57 градусов, который приводит к максимальной прочности к разрыву. Предпочтительно, чтобы такое тканевое покрытие не прилипало к внешней поверхности трубы, а просто прилегало к ней, чтобы его можно было легко сдвинуть с внешней поверхности.

Альтернативно тканевое покрытие можно приклеить к внешней поверхности трубы с помощью любого подходящего адгезива. Примеры адгезивов, которые можно использовать в данном изобретении, включают термопластичные и термореактивные адгезивы в виде смолы или литой пленки. Такие адгезивы включают адгезивы, чувствительные к давлению, легко вытягиваемые уретаны, пластичные эпоксиды и т.п.

Следующие примеры служат для иллюстрации изобретения.

ПРИМЕР 1

Определили время разрушения при растяжении, т.е. время, необходимое для разрушения образца ткани под действием постоянной растягивающей нагрузки (постоянная нагрузка, свободное удлинение), для полоски ткани шириной 1.5 дюйм (3.81 см), изготовленной из гибридной пряжи, состоящей из трех жгутов волокон SPECTRA® 1000, 1300, скрученных с одним жгутом углеродного волокна 3К (модуль при растяжении = 228 ГПа (83% SPECTRA® 1000, 1300 денье по массе; 17% углеродных волокон по массе), методом постадийного изотермического тестирования (SIM) по ASTM D6992 при нагрузке, равной 30% от максимальной прочности ткани на растяжение. Углеродный жгут 3К был скручен при 1 скрутке на дюйм длины объединенного жгута SPECTRA®. Было установлено, что полоска ткани имеет максимальную прочность на растяжение, равную 987 фунт/дюйм (176.28 кг/см). Образец сохранялся в течение 44500 час по ASTM D6992.

ПРИМЕР 2

Повторили пример 1 за исключением того, что к полоске ткани была приложена растягивающая нагрузка 493.5 фунт/дюйм (88.14 кг/см) (определяли при 50% UTS по ASTM D6992). Этот образец сохранялся в течение 11076 час по ASTM D6992.

ПРИМЕР 3

Повторили пример 1 за исключением того, что к полоске ткани была приложена растягивающая нагрузка 789.6 фунт/дюйм. (141.02 кг/см) (определяли при 80% UTS по ASTM D6992). Этот образец сохранялся в течение 615 час по ASTM D6992.

ПРИМЕР 4

Повторили пример 1 за исключением того, что к полоске ткани была приложена растягивающая нагрузка 888.3 фунт/дюйм (158.65 кг/см) (определяли при 90% UTS по ASTM D6992). Этот образец сохранялся в течение 209 час по ASTM D6992.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 1

Определили время разрушения при растяжении для полоски шириной 2 дюйм (5.08 см) ткани SPECTRA® стиль 973 (переплетение типа «рогожка» 8×8, 48 жгутов волокон SPECTRA® 1000,1300 денье на дюйм ткани по длине и ширине); UTS=3659 фунт/дюйм (653.5 кг/см); спрядена Hexcel Corporation of Stamford, CT), методом SIM no ASTM D6992 при нагрузке в 50%, 80% и 90% от максимальной прочности ткани на растяжение. Времена разрушения при растяжении составили 77 час, 2 час и 0.02 час соответственно.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 2

Определили время разрушения при растяжении для полоски шириной 2 дюйм ткани KEVLAR® стиль 704 (31×31, полотняное переплетение, волокна KEVLAR® 129, 840 денье, UTS=900 фунт/дюйм (160.74 кг/см), спрядена Hexcel Corp.), методом SIM no ASTM D6992 при нагрузке в 50%, 80% и 90% при максимальной прочности ткани на растяжение. Времена разрушения при растяжении составили 13300 час, 4 час и 0.02 час соответственно.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 3

Определили время разрушения при растяжении для полоски в один дюйм многократно сложенной гибридной композиции, содержащей слой ткани SPECTRA® стиль 973, и слоя углеродной ткани 5.7 унц/ярд², сшитых вместе по толщине (содержание углеродного волокна 25 мас.%; UTS=1522 фунт/дюйм (271.83 кг/см)) методом SIM no ASTM D6992 при нагрузке в 80% от максимальной прочности ткани на растяжение. Время разрушения при растяжении составило 1 час.

Хотя настоящее изобретение было конкретно описано на примере предпочтительных вариантов, специалистам в данной области будет очевидно, что можно внести различные изменения и модификации, не отклоняясь от сущности и объема изобретения, определенных его формулой.

Данное изобретение относится к конструкциям гибридных волокон с пониженной тенденцией к растяжению, а именно крученой малорастяжимой пряже, способу ее производства и изделию из этой пряжи. Пряжа состоит из скрученной комбинации одного или нескольких полиолефиновых волокон и одного или нескольких малорастяжимых армирующих волокон. Используемые полиолефиновые волокна имеют прочность на разрыв примерно 7 г/денье или более и модуль при растяжении примерно 150 г/денье или более. Используемые малорастяжимые армирующие волокна характеризуются удлинением примерно на 3.0% или менее при нагрузке, составляющей 50% от максимальной прочности волокна на растяжение, в течение 200 час при комнатной температуре, определенными способом тестирования по ASTM D6992. Способ изготовления крученой малорастяжимой пряжи включает несколько этапов. Первый этап: получение одного или нескольких полиолефиновых волокон с прочностью на разрыв примерно 7 г/денье или более и модулем при растяжении примерно 150 г/денье или более. Второй этап: получение одного или нескольких малорастяжимых армирующих волокон, которые характеризуются удлинением примерно на 3.0% или менее при нагрузке, равной 50% от максимальной прочности волокна на растяжение, в течение 200 час при комнатной температуре, определенным способом тестирования по ASTM D6992. Третий этап: скручивание указанных полиолефиновых волокон и малорастяжимых армирующих волокон вместе при кратности скручивания по меньшей мере примерно 0.5 скруток указанных одного или нескольких малорастяжимых армирующих волокон на дюйм (на 2,5 см) указанных одного или нескольких полиолефиновых волокон. Крученая малорастяжимая пряжа, изделие из этой пряжи и пряжа, изготовленная по предложенному способу, имеют пониженную тенденцию к растяжению, высокие прочностные свойства и более устойчива к нагрузкам в жестких условиях. 4 н. и 7 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Крученая малорастяжимая пряжа, состоящая из скрученной комбинации одного или нескольких полиолефиновых волокон с прочностью на разрыв примерно 7 г/денье или более и модулем при растяжении примерно 150 г/денье или более и одного или нескольких малорастяжимых армирующих волокон, причем одно или несколько малорастяжимых армирующих волокон характеризуются удлинением примерно на 3,0% или менее при нагрузке, составляющей 50% от максимальной прочности волокна на растяжение, в течение 200 ч при комнатной температуре, определенными способом тестирования по ASTM D6992.

2. Крученая малорастяжимая пряжа по п.1, в которой указанные одно или несколько малорастяжимых армирующих волокон характеризуются удлинением примерно на 2,0% или менее при нагрузке, равной 50% от максимальной прочности волокна на растяжение, в течение 200 ч при комнатной температуре, определенными способом тестирования по ASTM D6992.

3. Крученая малорастяжимая пряжа по п.1, в которой указанные одно или несколько малорастяжимых армирующих волокон включают арамидные волокна, углеродные волокна, стекловолокна, полиэфирные волокна или их комбинацию.

4. Крученая малорастяжимая пряжа по п.1, в которой указанные одно или несколько полиолефиновых волокон включают скрученный пучок полиолефиновых волокон или в которой одно или несколько малорастяжимых армирующих волокон включают скрученный пучок малорастяжимых армирующих волокон или в которой как указанные одно или несколько полиолефиновых волокон включают скрученный пучок полиолефиновых волокон, так и указанные одно или несколько малорастяжимых армирующих волокон включают скрученный пучок малорастяжимых армирующих волокон.

5. Крученая малорастяжимая пряжа по п.1, в которой малорастяжимые армирующие волокна скручены с полиолефиновыми волокнами при кратности скручивания примерно 0,5-3 скруток указанных одного или нескольких малорастяжимых армирующих волокон на дюйм (на 2,5 см) указанных одного или нескольких полиолефиновых волокон.

6. Крученая малорастяжимая пряжа по п.1, которая содержит малорастяжимое волокно в количестве примерно 10-45 мас.% от указанной пряжи.

7. Изделие из нескольких видов крученой малорастяжимой пряжи, причем указанная пряжа состоит из скрученной комбинации одного или нескольких полиолефиновых волокон с прочностью на разрыв примерно 7 г/денье или более и модулем при растяжении примерно 150 г/денье или более и одного или нескольких малорастяжимых армирующих волокон, которые характеризуются удлинением примерно на 3,0% или менее при нагрузке, равной 50% от максимальной прочности волокна на растяжение, в течение 200 ч при комнатной температуре, определенными способом тестирования по ASTM D6992.

8. Изделие по п.7, которое содержит нетканый материал.

9. Изделие по п.7, которое включает трубчатую структуру.

10. Способ изготовления крученой малорастяжимой пряжи, включающий:
a) получение одного или нескольких полиолефиновых волокон с прочностью на разрыв примерно 7 г/денье или более и модулем при растяжении примерно 150 г/денье или более;
b) получение одного или нескольких малорастяжимых армирующих волокон, которые характеризуются удлинением примерно на 3,0% или менее при нагрузке, равной 50% от максимальной прочности волокна на растяжение, в течение 200 ч при комнатной температуре, определенными способом тестирования по ASTM D6992; и
c) скручивание указанных полиолефиновых волокон и малорастяжимых армирующих волокон вместе при кратности скручивания по меньшей мере примерно 0,5 скруток указанных одного или нескольких малорастяжимых армирующих волокон на дюйм (на 2,5 см) указанных одного или нескольких полиолефиновых волокон.

11. Способ формирования изделия из пряжи, включающий получение одного или нескольких видов крученой малорастяжимой пряжи по п.1 и формирование изделия из нее.