(57)【要約】  一軸配向材料のテープを分割する方法およびスプリッタ。テープは、プロセス方向に延びる切れ刃を有する平行の歯の列を有する分割プロフィールをプロセス方向に通過する。テープを分割して、フィブリルによって相互に連結された複数の平行のストリップを有するテープを形成する。分割テープは、例えば、高張力ロープの製造のために使用することができる。
2019513086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一軸配向材料のテープを、フィブリルによって相互に連結された複数のストリップに分割する方法において、前記テープを、プロセス方向に延びる切れ刃を有する平行な歯の列を有する分割プロフィールにプロセス方向に通過させる、テープを分割する方法。
【請求項２】
前記歯は、プロセス方向に対して垂直の横断面で三角形である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記分割プロフィールは静止状態である、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記歯のそれぞれの前記切れ刃は、円または円形セグメントを形成し、前記歯は同軸に配置されている、請求項３記載の方法。
【請求項５】
切断歯の間の間隔は、０．５〜５ｍｍ、例えば１．５〜２．５ｍｍ、例えば１．８〜２．２ｍｍである、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記テープは、少なくとも１ｍ／ｍｉｎ、例えば約２００ｍ／ｍｉｎまでの加工速度で前記分割プロフィールを通過する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記テープは、水平方向に対して０〜９０度の進入角で前記分割プロフィールに供給される、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記テープは、水平方向に対して０〜９０度の進出角で前記分割プロフィールに供給される、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記一軸配向材料は、ポリエチレン、例えばＵＨＭＷＰＥである、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記ストリップを、ロープを形成するために引き続き加撚する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
一軸配向材料のテープを、フィブリルにより相互に連結された複数のスプリットに分割し、引き続き、前記ストリップを、ロープを形成するために加撚する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法による、ロープの製造方法。
【請求項１２】
フィブリルにより相互に連結された複数の平行のストリップを有する、一軸配向材料のテープ。
【請求項１３】
箔層と、前記箔層の少なくとも片側の層とを含む積層品において、前記層は、請求項１２による少なくとも１つのテープの貼り合わせにより形成される、積層品。
【請求項１４】
請求項１２に記載の１つ以上の加撚したテープを含むロープ。
【請求項１５】
一軸配向材料のテープを分割するためのスプリッタにおいて、前記スプリッタは、スプリッタプロフィール、前記スプリッタプロフィールにテープをプロセス方向に供給するテープフィーダを有し、前記スプリッタプロフィールは、プロセス方向で見て三角形の平行の歯の列を有する、一軸配向のテープを分割するためのスプリッタ。
【請求項１６】
カウンタプロフィールを有し、前記スプリッタプロフィールと前記カウンタプロフィールとが、テープの通過のためのニップを形成し、前記カウンタプロフィールは、前記スプリッタプロフィールの歯と噛み合う切断歯を有する、請求項１５記載のスプリッタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば一軸配向テープ材料から製造された１つ以上のストランドを有するロープ、特に高張力ロープを製造するための、テープ、特に一軸配向熱可塑性材料を分割する方法および装置に関する。このようなロープは、係留、牽引、引き上げ、海上設備、釣り糸または網、または貨物用ネットのような高張力負荷用に使用される。このようなテープは、積層品内に１以上の層を形成するために使用することができる。
【０００２】
国際公開第２０１３／０９２６２２号（WO 2013/092622）は、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）の一軸配向テープのストランドを同時に加撚およびフィブリル化することにより製造したロープを開示する。このようなロープ作製プロセスの欠点は、得られるロープがその長さにわたって均一ではないことである。他のロープは、TeijinのEndumax（登録商標）２ｍｍテープのような、例えば２ｍｍ以下の小さな幅を有するテープを用いて製造される。このようなテープは、例えば、比較的広い幅のテープを、所望の比較的小さな幅を有するいくつかのテープに切断することにより作製されてよい。比較的幅の広いテープから幅の狭いテープに切断することは、フィブリルが切断されて、比較的狭い幅のテープの全体の接合引張強さが、当初の比較的幅の広いテープの引張強さよりも小さくなるという欠点を有する。幅の広いテープはロールとして提供され、かつ幅の狭いテープに切断され、この幅の狭いテープは、引き続き個別に巻き取られる。次の工程で、巻き取られた幅の狭いテープは、巻き出され、コードまたはロープの形成のために加撚される。
【０００３】
本発明の課題は、上述の問題を克服するテープ材料を提供することである。
【０００４】
本発明のこの課題は、一軸配向材料のテープを、プロセス方向で見て三角形の平行な歯の列を有する分割プロフィールにプロセス方向に通過させる方法により達成される。このように、テープは、依然としてフィブリルにより相互に連結された所望の数のストリップに分割される。これらのフィブリルは、切断されていないかまたは損傷を受けていない。このフィブリルのために、個別のストリップは、ロープの加撚のために使用する前に、巻き戻す必要はない。ロープは、分割されたテープから直接作製することができる。これは、全体のプロセスを簡素化する。これは、最終製品の引張強さを大幅に増加させることも見出された。
【０００５】
分割プロフィールが、静止状態にある場合、例えばプロセス方向で見てジグザグパターンを示す、例えば三角形の歯を有する斧である場合に特に良好な結果が達成される。
【０００６】
特別な実施態様の場合に、それぞれの歯は、円または円形セグメントを形成する切れ刃を含んでよく、これらの歯は同軸に配置されている。切れ刃の半径は、例えば最大２５ｍｍ、例えば最大２０ｍｍであってよい。より大きな半径を使用することもできる。切断歯の間の間隔は、例えば約０．５〜８ｍｍ、例えば約１．５〜２．５ｍｍ、例えば約１．８〜２．２ｍｍであってよい。切れ刃の高さは、例えば０．５〜１２ｍｍ、例えば約１〜５ｍｍ、例えば約２〜３ｍｍの範囲内にあってよい。
【０００７】
分割されるテープは、例えば少なくとも約１ｍ／ｍｉｎ以下、例えば少なくとも約２ｍ／ｍｉｎ、例えば最大約２００ｍ／ｍｉｎまで、またはそれ以上の加工速度で分割プロフィールを通過してよい。
【０００８】
テープが、分割プロフィールに水平方向に対して０〜９０度の進入角で供給される場合に良好な結果が得られる。
【０００９】
テープが、例えば、分割プロフィールから水平方向に対して０〜９０度の進出角で導出されてよい。
【００１０】
分割プロセスの間に、ウェブ張力は、例えば約０〜３Ｎ／ｍｍであってよい。
【００１１】
本発明は、フィブリルにより相互に連結された複数の平行ストリップを含む一軸配向材料のテープにも関する。これらのストリップの各々は、その縦方向側の片方または両方で隣接する平行ストリップに連結されている。一軸配向材料とは、テープが、一方向のポリマー鎖の配向を示すことを意味する。このような材料は、異方性の機械特性を示す。
【００１２】
一軸配向材料は、例えばポリエチレン、例えばＵＨＭＷＰＥであってよいかまたはこれらを含んでいてよい。ＵＨＭＷＰＥは、線状であるかまたは分枝状であってよい。線状ポリエチレンは、１００の炭素原子当たり１未満の側鎖、例えば３００の炭素原子当たり１未満の側鎖を有し、側鎖または分枝は、一般に少なくとも１０の炭素原子を含む。側鎖は、２ｍｍの厚みの圧縮成形されたフィルムについてＦＴＩＲにより測定することができる。線状ポリエチレンは、さらにプロペン、ブテン、ペンテン、４−メチルペンテン、および／またはオクテンのような１つ以上の他の共重合可能なアルケンを５ｍｏｌ％まで含んでいてよい。この線状ポリエチレンは、少なくとも４ｄｌ／ｇ、例えば少なくとも８ｄｌ／ｇ、例えば少なくとも１０ｄｌ／ｇの固有粘度（ＩＶ、１３５℃でデカリン中の溶液に関して測定して）を有する高い分子量であることができる。
【００１３】
超高分子量ポリエチレンは、例えば、少なくとも５００ ０００グラム／ｍｏｌ、特に１・１０6グラム／ｍｏｌ〜１・１０8グラム／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有していてよい。一実施態様の場合に、ポリエチレンは、少なくとも２．０・１０5ｇ／ｍｏｌの数平均分子量（Ｍｎ）を有する。Ｍｎは、少なくとも５．０・１０5ｇ／ｍｏｌ、さらに特に少なくとも８．０・１０5ｇ／ｍｏｌ、または同様に少なくとも１００万ｇ／ｍｏｌ、または同様に少なくとも１２０万グラム／ｍｏｌであってよい。比較的高いＭｗを有するポリマーの使用は、比較的高い強度の利点を有し、比較的高いＭｎを有するポリマーの使用は、比較的低い量の低分子量ポリエチレンを含むという利点を有し、かつ高分子量から誘導されるテープの特性が、よりわずかな低分子量分子の存在によりより良好な特性を有するテープを生じることが考えられる。比較的高いＭｎと組み合わせた比較的高いＭｗを有するポリマーの使用が特に好ましいことがある。ＭｎおよびＭｗは、国際公開第２０１０／０７９１７２号（WO2010/079172）に記載されたように決定してもよい。S. Talebi et al. in Macromolecules 2010, Vol. 43, pages 2780-2788を参照してもよい。一実施態様の場合に、このテープは、例えば国際公開第２００９／００７０４５号（WO 2009/007045）および国際公開第２０１０／０７９１７２号（WO2010/079172）に記載されたように、絡み合っていないＰＥを基礎とする。
【００１４】
ロープを形成するために、テープは、例えばポリオレフィン、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、液晶ポリマー、およびポリベンズイミダゾールまたはポリベンズオキサゾールのようなはしご状ポリマーを含んでいてよい別のテープ、ストリップ、糸および／またはフィラメントと組み合わせることができる。
【００１５】
一軸配向ＵＨＭＷＰＥのテープは、フィルムの引き伸ばしにより製造されていてよい。フィルムは、ＵＨＭＷＰＥ粉末をその融点より低い温度で緻密化し、圧延しかつ生じたポリマーを延伸することにより製造されていてよい。このようなプロセスの例は、米国特許第５，５７８，３７３号明細書（US 5,578,373）に開示されている。
【００１６】
あるいは、ＵＨＭＷＰＥ粉末を押出機に供給し、融点より高い温度でフィルムを押し出すことができる。ポリマーを押出機に供給する前に、ポリマーは、例えばゲルを形成するために適切な液状有機化合物と混合されていてよい。
【００１７】
次いで、ＵＨＭＷＰＥフィルムは、所望の一軸配向テープを得るために、１つ以上の連続した工程で引き伸ばすかまたは延伸することができる。
【００１８】
テープの幅は、例えば３ｍｍ超、例えば８ｍｍ超、例えば１５ｍｍ超、例えば１００ｍｍ超であることができる。テープの厚みは、例えば少なくとも約３０μｍ、例えば約２００μｍまでであってよい。
【００１９】
テープの面密度は、例えば２〜２００ｇ／ｍ2、例えば１０〜１７０ｇ／ｍ2、例えば１０〜１００ｇ／ｍ2、例えば２０〜６０ｇ／ｍ2であることができる。
【００２０】
線密度は、１０メートルの材料のｍｇで表す質量を決定することにより測定され、かつ、好都合にもｄｔｅｘ（ｇ／１０ｋｍ）またはデニール（ｄｅｎ、ｇ／９ｋｍ）で表される。テープの線密度は、テープの面密度、テープの幅およびテープの加撚レベルに依存してよい。テープの線密度は、例えば４００ｄｔｅｘ（３６０ｄｅｎ）〜２００，０００ｄｔｅｘ（１８００００ｄｅｎ）の範囲内、例えば１０００ｄｔｅｘ（９００ｄｅｎ）〜１０００００ｄｔｅｘ（９００００ｄｅｎ）の範囲内、例えば２０００ｄｔｅｘ（１８００ｄｅｎ）〜５００００ｄｔｅｘ（４５０００ｄｅｎ）の範囲内にあってよい。
【００２１】
分割前のテープの引張強さは、ＵＨＭＷＰＥの使用タイプおよびその延伸比に依存する。テープの引張強さは、例えば少なくとも０．９ＧＰａ、例えば少なくとも１．５ＧＰａ、例えば少なくとも２．１ＧＰａ、例えば少なくとも３ＧＰａであってよい。
【００２２】
一実施態様の場合に、テープは、少なくとも３の２００／１１０一平面配向パラメータΦを有していてよい。２００／１１０一平面配向パラメータΦは、反射配置で決定した、テープ試料のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンにおける２００と１１０とのピーク面積の間の比率として定義される。２００／１１０一平面配向パラメータは、テープ表面に関する２００と１１０との結晶面の配向の程度についての情報を与える。高い２００／１１０一平面配向を有するテープ試料について、２００結晶面が、テープ表面に対して平行により高く配向している。高い一平面配向は、一般に、高い引張強さおよび高い引張破断エネルギーを伴うことが見出された。２００／１１０一平面配向パラメータΦが少なくとも４、さらに特に少なくとも５、または少なくとも７であることが好ましいことがある。少なくとも１０または少なくとも１５の値のようにより高い値が特に好ましいことがある。このパラメータについての理論上の最大値は、ピーク面積１１０がゼロに等しい場合に無限大である。２００／１１０一平面配向パラメータについての高い値は、しばしば強度および破断エネルギーについて高い値を伴う。２００／１１０一平面配向パラメータΦは、国際公開第２０１０／００７０６２号（WO2010/007062）、第９頁１９行〜第１１頁１７行に記載されているように決定されてよい。
【００２３】
このテープは、フィブリルによって相互に連結された複数のストリップに分割される。ストリップ１ｃｍ当たりのフィブリルの数は、例えば約１００まで、例えば約６０まで、例えば約４０までであってよい。フィブリルは、例えば約１００ｎｍから約１ｍｍまでまたはそれ以上の幅を有することができる。
【００２４】
テープを、フィブリルによって相互に連結された複数のストリップに分割した後、ロープを、相互に連結されたストリップを含む１つ以上のストランドを加撚することにより組み立ててよい。このようなストランドは、１つより多くのサブストランドまたは二次ストランドを有していてもよい。各ストランドまたは二次ストランドは、少なくとも１つの分割テープを含んでいてよい。
【００２５】
加撚ストランドおよび／または加撚ストランドを含むロープを、引き続き延伸してよい。このような後延伸工程は、例えば、高めた温度であるが、これらのストランドの中でも最も低温で溶融するテープの融点よりも低い温度で行ってよい（熱延伸）。ＵＨＭＷＰＥを有するテープを含むロープについて、この温度は、例えば１００〜１５０℃の範囲内にあってよい。
【００２６】
ロープは、例えばほぼ円形の横断面を有するか、または長円形の横断面、例えば平坦な、楕円形または方形の横断面を有していてよい。このような長円形の横断面は、例えば１：１．２〜１：４の範囲内の幅対高さの比率を有していてよい。
【００２７】
ロープは、例えば、任意の適切な数のストランドを有する、芯ありまたは芯なしの、撚り（laid）、編組（braided）、組打ち（plaited）、平行打ち（parallel）ロープであってよい。平行打ちロープは、少なくとも１つの単一ストランドで構成されていてよい。より複雑なロープ中のストランドの数は、良好な性能と製造の容易さとの組み合わせで到達するために、例えば少なくとも３、例えば最大で５０、例えば最大で２５であってよい。
【００２８】
編組は、使用の間にそのコヒーレンシーを保持する頑丈なかつトルクバランスのとれたロープを提供する。適切な編組構造は、蛇腹打ち（soutache braids）、袋編みまたは丸編み（tubular or circular braids）、および平打ち（flat braids）を含む。袋編みまたは丸編みは、一般に、異なるパターンで編み合わせることが可能な２組のストランドを含む。袋編み中のストランドの数は、広範に変化してよい。特に、ストランドの数が多い場合に、および／またはストランドが比較的細い場合に、袋編みは中空芯を有してよく、かつこの撚りは長円の形状につぶれていてよい。編組ロープ中のストランドの数は、例えば４〜４８の範囲内であってよい。
【００２９】
あるいは、ロープは、撚り長さを有する撚り構造であるか、または編組周期を有する編組構造であることができ、撚り長さは、すなわち撚り構造中でのストランドの１ターンの長さであり、編組周期は、すなわち編組ロープのピッチ長さであり、これらはロープの直径の４〜２０倍の範囲内にある。撚り長さまたは編組周期が長ければそれだけ、より高い強度効率を有するロープが生じることがある。撚り長さまたは編組周期は、例えば、ロープの直径の約５〜１５倍、例えばロープの直径の約６〜１０倍であってよい。
【００３０】
任意に、ロープおよび／またはロープ内のテープは、例えば耐摩耗性または曲げ疲労または他の機械特性または物理特性の改善のために、コーティングにより被覆されていてよい。このようなコーティングは、ロープの構築の前にテープに、またはロープの構築後にロープに適用することができる。例は、シリコーン油、ビチューメン、ポリウレタンまたはこれらの混合物を含むコーティングを含む。ロープのコーティングは、例えばロープの全質量に対して約２．５〜３５質量％であってよい。
【００３１】
テープは、また、積層品、例えばクロスプライ積層品中に層を形成するために使用することもできる。積層品は、例えば、箔層および本開示の少なくとも１つのテープにより形成された層を有していてよい。テープは、積層の前に拡げることができる。
【００３２】
本発明は、スプリッタプロフィール、およびスプリッタにテープをプロセス方向に供給するテープフィーダを有する一軸配向材料のテープを分割する装置にも関し、このスプリッタプロフィールは、プロセス方向で見て三角形の平行の歯の列を有する。
【００３３】
スプリッタがカウンタプロフィールを含み、スプリッタプロフィールとカウンタプロフィールとがテープの通過のためのニップを形成し、カウンタプロフィールは、スプリッタプロフィールの歯と噛み合う歯を有する場合に特に良好の結果が得られる。
【００３４】
本発明を、添付の図面を参照してさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】分割ユニットの例示的実施態様の正面図を示す。
【図２】分割プロセスの間の図１の分割ユニットの平面図を示す。
【図３】加工されたテープ材料を有する積層品の平面図を示す。
【図４】積層品の側面図を示す。
【００３６】
図１は、高張力ロープを加撚するためのストリップを形成するために、ＵＨＭＷＰＥテープ、または同様の高張力材料のテープを分割するためのスプリッタ１を示す。スプリッタ１は、プロフィール３とカウンタプロフィール５とを有する。プロフィール３とカウンタプロフィール５とは平行であり、かつ切れ刃７を有する歯６を有する。これらの歯６は、プロフィール３の縦軸Ｘに対して垂直方向、即ちプロセス方向で見て三角形である。カウンタプロフィール５の切れ刃７は、プロフィール３の切れ刃と噛み合って、テープの通過のためのジグザグなニップ１０を形成する。テープは、図１の図面の平面に対して垂直なプロセス方向Ａでニップ１０を通過する（図２参照）。
【００３７】
図示された実施態様の場合に、プロフィール３およびカウンタプロフィール５は、２つの平行のほぼ円柱状の胴体である。しかしながら、プロフィールおよびカウンタプロフィールは、噛み合う三角形の切れ刃の間にジグザグなニップを定義する限り、任意の他の適切な形状を有していてよい。
【００３８】
図２は、テープ１２がスプリッタ１を介してどのように案内されるかを示す平面図を示す。プロフィール３およびカウンタプロフィール５の切断歯６はテープ１２を複数のストリップ１３に分割する。これらのストリップ１３は、完全には分離されておらず、図３に示すように、個別のフィブリル１４によって依然として相互に連結している。
【００３９】
テープ１２は、例えば、図３および４に示すように、積層品１５中に使用することができる。積層品１５は、箔層１６とテープ１２により形成された層１７とを有する。テープ１２は、テープ１２の個別のストリップ１３の間に間隔を拡大するために拡げられる。箔支持体は、例えば、ＬＤＰＥまたはＨＤＰＥ層であってよい。このテープは、箔支持体の溶融温度よりもわずかに高いが、テープ材料の溶融温度よりも低い温度で貼り合わせることができる。この積層品は、１つ以上のテープにより形成された多くの層を、例えば強化層と箔との間に、および／または箔の上側に、および／またはテープ強化された層の上側に有することができる。このような積層品は高い耐衝撃性を有する。
【００４０】
実施例１
５つのコードをＵＨＭＷＰＥ（Endumax（登録商標）TA23、Teijinから入手、オランダ国）のテープから作製した。テープ幅は１３３ｍｍであり、線密度は６２０００ｄｔｅｘであった。テープを本発明に従って２ｍｍのピッチで分割した。切断力は、５００ｍｍのゲージ長さおよび１５０ｍｍ／ｍｉｎの試験速度を用いて、ASTM D7269による試験方法を用いて測定した。使用したクランプタイプは、Musschel 100 kNであった。平均切断力は、ＢＦ＝１０．４４ｋＮであった。
【００４１】
この試験を、分割されていない個別のテープを有するコードを用いて同じ条件下で繰り返した。これらのコードは、８．９８ｋＮの破壊強さを有し、これは本発明によるコードの強さよりも１６％超低い。
【００４２】
実施例２
コードを、撚り係数３０を有するＵＨＭＷＰＥ（Endumax（登録商標）TA23）の２０ｍｍのテープから作製した。第１のグループでは、２０ｍｍのテープを、本発明に従って、２ｍｍのピッチを用いて分割した。第２のグループでは、２０ｍｍのテープを、本発明に従って、２．５ｍｍのピッチを用いて分割した。第３のグループでは、コードを１０の分割されていない２ｍｍのテープから作製した。第３のグループのこれらのテープは、本発明によるものではなく、かつフィブリルにより相互に転結されていなかった。
【００４３】
破壊強さおよび切断強さを、ASTM D7269に従って試験した。
【００４４】
表１は、試験したコードの破壊強さおよび切断強さを示す。
【００４５】
【表１】
2019513086.tif 000003
【００４６】
実施例３
コードを、撚り係数４５を有するＵＨＭＷＰＥ（Endumax（登録商標）TA23）の２０ｍｍのテープから作製した。第１のグループでは、２０ｍｍのテープを、本発明に従って、２ｍｍのピッチを用いて分割した。第２のグループでは、２０ｍｍのテープを、本発明に従って、２．５ｍｍのピッチを用いて分割した。第３のグループでは、コードを１０の分割されていない２ｍｍのテープから作製した。これらのテープは、本発明によるものではなく、かつフィブリルにより相互に転結されていなかった。
【００４７】
破壊強さおよび切断強さを、ASTM D7269に従って試験した。
【００４８】
表２は、試験したコードの破壊強さおよび切断強さを示す。
【００４９】
【表２】
2019513086.tif 000004
【００５０】
実施例４
コードを、撚り係数６０を有するＵＨＭＷＰＥ（Endumax（登録商標）TA23）の２０ｍｍのテープから作製した。第１のグループでは、２０ｍｍのテープを、本発明に従って、２ｍｍのピッチを用いて分割した。第２のグループでは、２０ｍｍのテープを、本発明に従って、２．５ｍｍのピッチを用いて分割した。第３のグループでは、コードを１０の分割されていない２ｍｍのテープから作製した。これらの幅の狭いテープは、本発明によるものではなく、かつフィブリルにより相互に転結されていなかった。
【００５１】
破壊強さおよび切断強さを、ASTM D7269に従って試験した。
【００５２】
表３は、試験したコードの破壊強さおよび切断強さを示す。
【００５３】
【表３】
2019513086.tif 000005
【図１】
2019513086.tif 000006
【図２】
2019513086.tif 000007
【図３】
2019513086.tif 000008
【図４】
2019513086.tif 000009
【国際調査報告】
2019513086.tif 000010
2019513086.tif 000011
2019513086.tif 000012