專利名稱：含氟聚合物纖維的復合束的制作方法
專利說明含氟聚合物纖維的復合束 發明領域 本發明涉及一種含氟聚合物的復合束，更具體地，涉及由包含如聚四氟乙烯(PTFE)的含氟聚合物的復合束制成的繩和其它紡織品。
術語的定義 如本申請中所用，術語“纖維”指如
圖1的16和18所示的線狀制品。本文所用的纖維包括單絲纖維和復絲纖維。可以將許多根纖維合并形成圖1所示的“束”14。將不同類型的纖維合并形成束時，在本文中被稱作“復合束”。許多束可以合并形成如圖1所示的“集束(bundle group)”12。許多集束可以合并形成如圖1所示的“繩”10(預期還有其它的繩結構，并包括在本文所述的本發明內)。
在本文中的“交變應力應用”指這樣的應用，其中纖維受到張力、彎曲或扭力，或者這些力的組合，導致纖維磨損和/或壓縮破壞，如在用于錨泊和重物上舉應用的繩中，包括例如，海洋學、航海和近海鉆井平臺應用，以及在張力下依在滑輪、轉鼓或槽輪上彎曲的繩中。
本文中“高強度纖維”指強度大于15g/d的纖維。
本文中“磨損率”指樣品的斷裂力減小與磨損試驗循環次數的比值(如實施例1進一步定義)。
本文中“磨損試驗后斷裂強度的比值”指包含添加含氟聚合物的指定的測試制品，在磨損試驗后，其斷裂強度和同樣結構但沒有添加含氟聚合物纖維的測試制品在磨損試驗后的斷裂強度的比值。
本文中“低密度”指小于約1g/cc的密度。
“持久性”定義為在使用期間有效保持在原位的能力。
本文中“D:d”指槽輪直徑除以繩直徑。
本文中“低摩擦系數纖維”指摩擦系數小于或等于干聚丙烯在鋼上的摩擦系數的聚合物材料。
背景技術：
高強度纖維可用于許多應用。例如，聚合物繩廣泛用于停泊和重物上舉應用，包括例如，海洋學、航海和近海鉆井平臺應用。在使用時受到高張力和彎曲應力以及各種環境的挑戰。這些繩以各種方式由不同類型的纖維構建。例如，所述繩可以是編織的繩，夾金屬絲(wire-lay)的繩或者平行加捻繩。編織的繩是通過將集束編織或打辮在一起形成的，而不是將集束捻在一起。夾金屬絲的繩是按照和鋼絲繩類似的方式制成的，每一層加捻的束一般在和中心軸約相同的方向上纏繞(加捻)。平行加捻繩是通過編織或擠出的外套將多個集束保持在一起的集合。在停泊和重物上舉應用中使用的繩中的組成纖維包括高模量和高強度的纖維，如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維。DYNEEMA和SPECTRA牌纖維就是這類纖維的例子。液晶聚合物(LCP)纖維如以VECTRAN商品名銷售的液晶芳族聚酯也可用來構建這種繩。對芳族聚酰胺，如Kevlar纖維同樣也可以用于這些應用。
這些繩的使用壽命受到三種機制中的一種或多種影響。纖維磨損是其中的一種機制。這種磨損可能是纖維與纖維的內部磨損或者是纖維與其他物體的外部磨損。這些磨損損害了纖維，因而縮短了繩的壽命。LCP纖維特別容易受到這種破壞機制的影響。第二種機制是摩擦的另一種結果。當繩的纖維在使用期間相互摩擦，如繩在張力下壓在滑輪或轉鼓上彎曲時，產生熱量。這種內部熱量嚴重地削弱了纖維。可看到纖維在負荷下顯示加速了伸長速率或至斷裂(即，蠕變破裂)。UHMWPE纖維發生這種破壞模式。另一種機制是繩在滑輪，轉鼓或其他物體上牽拉時，繩或者繩的部分壓縮的結果。
已經探討了各種解決這些物體的方按。這些嘗試通常涉及纖維材料的變化或者結構的改變。經常測試使用新的更高強度的纖維作為提高繩的壽命的一種方式。一種解決方案涉及在新的結構中使用多種類型的纖維。即，合并兩種或更多種纖維來形成一種繩。不同類型的纖維可以特定的方式合并，以彌補每種纖維類型的缺陷。合并兩種或更多種纖維可提供的性能益處的例子有，提高了抗蠕變和蠕變破裂性(不同于100％UHMWPE的繩)以及提高了抗自摩擦性(不同于100％LCP繩)。然而，所有這類繩在某些應用中仍存在不足的性能，由于上述三種機制中的一種或多種而導致失敗。繩的性能很大程度上由構建繩的最基本的模塊，纖維束的設計決定。這種束包括不同類型的纖維。提高束的壽命通常提高了束的壽命。這類束能用于要求低于上述重物用繩的應用中。這類應用包括起重，打包，固定等。曾經嘗試在這種交變應力應用中合并纖維材料。例如，UHMWPE纖維和高強度纖維，如LCP纖維混合形成具有良好耐磨性的大直徑的繩，但是這種繩仍不能達到要求的效果。
對用于升降機的繩的耐磨性已經通過使用高模量的合成纖維，用聚四氟乙烯(PTFE)浸漬一種或多種束或者用PTEF粉涂覆纖維而得到提高。通常這種涂層會相當快地磨去。在繩的外部或各個束的外部提供護套也顯示能提高繩的壽命。但是，護套增加了重量、體積和剛性。
玻璃纖維和PTFE可以混合以延長玻璃纖維的壽命。這些纖維可以編織成織物。制成的制品與只要玻璃纖維的纖維相比具有優良的撓曲壽命。可熱熔的含氟樹脂可與纖維混合，特別是棉花類材料的纖維混合。產生的纖維已用于形成改進的織物。PTFE纖維已用于與其它纖維組合，用于牙線和其它低負荷的應用，但不能用于本文所述的交變應力的應用。
總之，已有的嘗試都未能改進繩的壽命、或者索纜未能在既涉及彎曲又涉及高張力的應用中提供足夠的耐久性。理想的解決方案應既能有益于重負荷繩、又有益于小直徑的結構，如束。
發明概述 本發明提供了用于交變應力應用的復合束，該復合束包含至少一種高強度纖維和至少一種含氟聚合物纖維，其中含氟聚合物纖維的含量為小于或等于約40重量％。
在優選的實施方式中，高強度纖維是一種液晶聚合物或超高分子量聚乙烯，或它們的組合。
含氟聚合物纖維的優選重量百分數為小于或等于約35重量％，小于或等于約30重量％，小于或等于約25重量％，小于或等于約20重量％，小于或等于約15重量％，小于或等于約10重量％，和小于或等于約5重量％。
復合束在磨損測試后的斷裂強度的比值，優選為至少1.8，更優選至少3.8，最優選至少4.0。含氟聚合物纖維優選是ePTFE纖維，這種纖維可以是單絲或復絲，它們中的任一種可以是低密度或高密度的。
在其他實施方式中，含氟聚合物纖維包含填料，如二硫化鉬，石墨或潤滑劑(烴或聚硅氧烷基流體)。
其他實施方式中，高強度纖維是對芳族聚酰胺，液晶聚酯，聚苯并噁唑(PBO)，高強度金屬，高強度礦物或碳纖維。
另一方面，本發明提供一種方法，它減小纖維束在交變應力應用中與磨損或摩擦相關的損耗，同時基本上保持纖維束強度，該方法包括在纖維束中包含至少一種含氟聚合物絲的步驟。
在其他方面，本發明提供了繩，帶，網，吊索，索纜，機織織物，非織造織物，或由本發明的復合束構成的管狀織物。
另一方面，本發明提供包含高強度纖維的繩，這種繩通過優選定位在加捻繩和編織繩中的束或集束的表面或靠近這些表面的低摩擦纖維，而明顯提高了耐疲勞性能。在這方面，本發明提供了有許多集束的繩，每個集束具有周邊并包含許多高強度纖維，所述繩具有設置在集束之一的周邊的至少一部分周圍的至少一種低摩擦系數纖維。優選在集束的周邊的至少一部分周圍設置有許多低摩擦系數纖維。低摩擦系數纖維包括含氟聚合物(優選膨脹PTFE)、聚乙烯、聚丙烯聚乙烯氯三氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟乙烯、共混物和共聚物。
本發明還提供用于繩的集束，具有周邊和許多高強度纖維和至少一種設置在集束之一的周邊的至少一部分周圍的低摩擦系數纖維。
最后，本發明還提供了制造具有許多集束的繩的方法，該方法包括在集束的至少一個的周圍設置低摩擦系數纖維的步驟。
附圖簡述 圖1是按照本發明制造的繩的示例的實施方式的分解圖。
圖2是耐磨性測試裝置的示意圖。
圖3是用于耐磨性測試時自加捻的纖維樣品的示意圖。
圖4是按照本發明的示例實施方式制造的繩的透視圖。
圖5是按照本發明示例實施方式制造的繩的截面示意圖。
圖6是用來制造本發明示例實施方式的繩的霍利板(Holly Board)的正視圖。
發明詳述 本發明人發現，在很高強度纖維束中加入相對較小重量百分含量的含氟聚合物纖維能使耐磨性和耐磨壽命有令人驚奇的顯著提高。
用來形成繩，索纜和用于交變應力應用的其他拉伸部件的纖維包括超高分子量聚乙烯(UHMWPE)如牌號DYNEEMA和SPECTRA的纖維，液晶聚合物(LCP)纖維如以VECTRAN商品名銷售的那些纖維，其他LCAP，PBO，高性能芳族酰胺纖維，對芳族聚酰胺纖維如Kevlar纖維，碳纖維，尼龍和鋼。還包括這類纖維的組合，如UHMWPE和LCP，通常用于海洋學和其他重物起重應用中的繩。
按照本發明的優選實施方式，用于與上述任何纖維組合的含氟聚合物纖維包括但不限于聚四氟乙烯(PTFE)(包括發泡PTFE(ePTFE)和改性PTFE)，氟化乙烯丙烯(FEP)，乙烯-三氟氯乙烯(ECTFE)，乙烯-四氟乙烯(ETFE)或全氟烷氧基聚合物(PFA)。含氟聚合物纖維包括單絲纖維、復絲纖維或兩者。高密度和低密度含氟聚合物纖維都可用于本發明。
雖然含氟聚合物纖維通常的強度小于高強度纖維，但是合并的束的總體強度并沒有通過添加一種或多種含氟聚合物纖維(或用一種或多種含氟聚合物纖維替代高強度纖維)而受到影響。觀察到在包括了含氟聚合物纖維后強度下降較好地小于10％。
含氟聚合物纖維優選與高強度纖維合并，以使復合束中有小于約40重量％的含氟聚合物纖維。更優選的范圍包括小于約35％，小于約30％，小于約25％，小于約20％，小于約15％，小于約10％，小于約5％和小于約1％。
驚奇的是，即使少量添加，且強度只有適度(小于約10％)的下降，本發明的復合束仍顯示耐磨性有明顯的提高，因此耐磨壽命也明顯提高。在某些情況，the ratio of斷裂強度after磨損測試后的斷裂強度的比值常規4.0，如下面的實施例所示(參見表3)。具體地，如下面實施例1-4所證實的，包含PTFE和高強度纖維的纖維束在指定次數的磨損次數循環后的斷裂力某些高于只有高強度纖維的纖維束。因此，磨損率，含PTFE纖維的復合束的磨損率小于不使用PTFE纖維構建的復合束。
不受理論的限制，相信正是含氟聚合物纖維的潤滑性導致提高了復合束的耐磨性。在這方面，本發明提供了通過在繩或纖維束中包含固體潤滑性纖維來對繩或纖維束進行潤滑的方法。
含氟聚合物纖維任選包含填料。可以使用固體潤滑劑如石墨、蠟或者甚至流體潤滑劑如烴油或聚硅氧烷油。這類填料提供含氟聚合物纖維其它有益的性質，并將這些有益性質最終賦予繩本身。例如，填充碳的PTFE提高了導熱性，能用來提高纖維和繩的耐熱性。這樣能防止或者至少延緩在繩中產生熱量，這些熱量是導致繩發生故障的因素之一。石墨或其它潤滑性填料可以用來增強由添加含氟聚合物纖維所達到的潤滑益處。
可以采用任何常規已知的方法來合并含氟聚合物纖維與高強度纖維。不需要專門的處理。纖維可以進行混合，加捻，編織或者一起進行簡單的共加工，而沒有特定的組合加工。通常，纖維可以采用本領域技術人員已知的常規繩制造方法進行合并。
本發明人還驚奇地發現，在合成繩中添加低摩擦系數的聚合物纖維，不僅提高了疲勞壽命，而且低摩擦系數的聚合物纖維、帶和/或膜在繩的特定部位，能顯著影響疲勞壽命增長的量級。
雖然在繩內混合含氟聚合物纖維時不需要特別注意在繩內的特定配置也會顯著提高疲勞壽命，但是本發明人發現，含氟聚合物在繩結構中的特定配置提供了更進一步提高壽命的能力。
具體參見圖4，示出本發明這一方面的示例的實施方式。繩40包含許多個集束41，每個集束由纖維束形成。各集束41纏繞有低摩擦系數纖維42，優選發泡PTFE。雖然是一個集束41按所示實施方式纏繞有低摩擦系數纖維42，但是根據本發明可以有任何數量的集束41進行這種纏繞，只要至少一個集束進行了纏繞。或者，束本身可以與低摩擦系數纖維42纏繞。本發明的繩可以例如采用霍利板制造，如圖6所示，按照本領域公知的方法。
雖然不希望受到理論的限制，但是可以按照多種方式來提高這些低摩擦系數纖維的疲勞壽命。這包括但不限于在關鍵繩部件的界面有效提供低的耐磨損性表面，所述低摩擦界面是關鍵，而低摩擦材料的形式并不太重要，只要這種形式能在關鍵的接觸區域提供持久性。
本文包含的例子清楚地顯示含氟聚合物纖維可用來構建低摩擦界面；但是，含氟聚合物的其它顯示如帶、膜等也是本發明的部分。還預期其它具有低摩擦系數的材料可以作為提高疲勞性能的有效途徑，這些材料能夠置于優選的位置并具有持久性。合適的低摩擦聚合物包括但不限于烴聚合物、含鹵素聚合物、含氟聚合物、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯氯三氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟乙烯，它們的混合物和共聚物，其中優選氟化聚合物，最優選聚四氟乙烯。上述聚合物的最高強度的纖維形式具有通常是通過在纖維縱向對聚合物取向而獲得的強度，這種纖維形式在高用來條件具有有效的持久性，因此，提供最大增強的疲勞性能。這些較高強度的纖維材料可以是凝膠紡絲的(gel spun)聚乙烯和發泡聚四氟乙烯。本文所用的低摩擦系數纖維或者形成為芯殼結構，或者其本身是一種復合材料。但是，不排除紡織的材料(即，纖維并是是織造結構的部分)。
雖然再次不希望受理論的限制，置于關鍵區域的低摩擦材料可以用來在高強度纖維和繩部件中降低、延遲或消除熱量的產生，降低、延緩或消除磨損，以及降低、延緩或消除高強度纖維的強度損失。降低、延緩或消除在已知敏感的高強度纖維，例如已知芳族聚酰胺纖維中壓縮和剪切引起的損害，這些也是本發明的預期效果。
由于摩擦的危害作用是一個集束相對另一個集束的法向應力的量級的函數，以及低摩擦材料還可能導致集束形狀在垂直于法向應力上的調整，使得要素之間的接觸面積增加，然后法向應力下降，因此，摩擦的危害作用得到進一步的調節。
這些低摩擦材料的優選位置是在繩內相互接觸并在繩受到壓力或彎曲時彼此相對運動或滑動的要素之間的界面。
這些要素在繩結構內，定義為以下分級起始為纖維級，其中纖維可以彼此相對運動，束級，其中束可以彼此相對運動，集束級，其中集束可以彼此相對運動，繩本身，其中繩可以以交叉方式相對于自身運動、或相對于繩體系中的其它繩相對運動。
由于提高壽命所需的低摩擦纖維、帶和/或膜的量相對于繩的體積或質量而言很小，低摩擦聚合物不必具有高強度或模量，這樣，它優先貢獻出最初的繩強度，過去，繩的組分纖維的選擇局限為很高強度的纖維。驚奇的是，可以采用不被認為是高強度纖維的纖維來提高疲勞性能。低摩擦的滑動要素通過在關鍵部位配置低摩擦聚合物而形成，這些滑動要素能更好地分擔負荷，使繩的抗張強度通常大于所預期的用低強度纖維和組分替代某些高強度組分的抗張強度。
繩的性能過去一直利用施用在纖維級、束級、集束級或繩級的涂層來調節。已經報道了為耐磨性配制的涂層。這些涂層中許多能夠起到潤滑劑的作用而降低磨損損害，便于以較小的磨損損傷進行彎曲。這些涂層以液體或粉末形式在制造繩之前，制造期間或者制造之后進行施用。預期這些涂層能夠在和本發明合作下進行，很可能明顯提高繩的性能和壽命，尤其在彎曲的應用中。本發明的繩特別能用于深海硬件傳輸系統。
實施例 在下面的實施例中，對各種纖維束測試耐磨性和耐磨壽命。結果是由本發明的束構建的束的效果的象征，如本領域技術人員所理解的。
具體地，磨損率用來說明耐磨性。而耐磨壽命在一些實施例中得到證實，這些實施例中纖維束(有按本發明合并了含氟聚合物纖維或沒有按本發明進行合并)循環至發生故障。報道的結果是發生故障時的循環數。這些測試的更詳細說明如下 測試方法 單位長度上的質量以及抗張強度測定 單位長度的各種單獨的纖維的重量采用下面方法確定，用Denver儀器公司的型號AA160的分析天平稱量所述纖維的9m長的樣品，將以克表示的該質量乘以1000，因而以旦尼爾為單位表示測定結果。除了實施例6a和6b以外，所有張力試驗都在環境溫度下在張力測試器(Zellweger USTERTENSORAPID 4，Uster.Switzerland)上進行，該測試器配備有氣動纖維夾具，使用350mm的夾持長度和330mm/min的十字頭速度。因此，應變速率為94.3％/min。對實施例6a和6b，張力試驗在環境溫度下，在INSTRON 5567張力測試器(Canton，MA)上進行，該測試器配備有氣動馬蹄形纖維夾具，也使用350mm的夾持長度和330mm/min的十字頭速度，因此應變速率為94.3％/min。記錄峰值力，該峰值力指纖維的斷裂強度。測試四個樣品并計算其平均斷裂強度。各個纖維樣品的平均強度以g/d表示，通過將以克表示的平均斷裂強度除以各纖維的旦尼爾值來計算。在測試復合束或者集束時，這些樣品的平均強度是通過復合束或者集束的平均斷裂強度(單位為克)除以復合束或者集束單位長度上的重量(單位為旦尼爾)來計算。復合束或者集束的旦尼爾值可以通過測定樣品的質量或者對該樣品的各個組分的旦尼爾值求和來確定。
密度測定 纖維的密度采用以下方法測定。由固定長度的纖維的平均厚度和寬度值計算纖維的體積，并由纖維的體積和質量計算密度。將一個2m長的纖維置于A&DFR-300天平，記錄以克表示的質量(C)。然后，使用AMES(Waltham，Mass.，USA)型號LG3600的厚度量器，在沿纖維的3個點上測定厚度。纖維的寬度是使用LP-6 Profile Projector(從Ehrenreich Photo Optical Ind.Inc.Garden City，New York獲得)，在沿同樣的纖維樣品上的個點上測定。然后，計算厚度和寬度的平均值，并確定纖維樣品的體積(D)。纖維樣品的密度如下計算 纖維樣品的密度(g/cc)＝C/D。
耐磨性測定 磨損試驗采用ASTM標準測試方法，對濕和干的紗線對紗線的耐磨性(Designation D 6611-00)進行。這種測試方法可應用于對構建繩，特別是意圖用于海洋環境的繩的紗線進行測試。
測試設備示于圖2，該設備有三個滑輪21，22，23，排列在一個垂直框架24上。滑輪21，22，23的直徑為22.5mm。上滑輪21，23的中心線相隔140mm的距離。下滑輪22的中心線比連接上滑輪21，23的中心線的水平線低254mm。馬達25和轉動曲柄26如圖2所示的配制。使用接桿27，該接桿由馬達驅動的轉動曲柄26通過軸襯28來驅動，接桿27在一個循環中向前和向后運動時將測試樣品30移動50.8mm的距離。一個循環包括一個向前和向后的行程(stroke)。數字計數器(未示出)記錄循環次數。轉動曲柄的速度可以在65-100輪轉/分鐘的范圍內調節。
將重物31(為塑料容器形式，其中加入不同的重物)系在樣品30的一端，以施加預定的張力，該預定張力對應于測試樣品30的平均斷裂強度的1.5％。根據圖2，樣品30在不處于張力下時，在第三滑輪23上面，在第二滑輪22的下面，然后在第一滑輪21的上面穿過。然后，如圖所示，通過懸掛重物31，在樣品30上施加張力。然后，將樣品30的另一端固定于接桿27，接桿27與馬達軸襯26相連。接桿27預先設置在行程的最高點，因而確保提供張力的重物在進行測試之前位于最大高度，最大高度通常比第三滑輪23的中心線低6-8cm。小心確保將纖維樣品30安全地與接桿27和重物31相連，以防止在測試期間發生滑動。
然后，從第二下滑輪22小心取下仍處于張力下的測試樣品30。將直徑約27mm的筒體(未示出)放在樣品30形成的筒管(cradle)內，然后向右轉動180°，以在樣品30上繞半圈。該筒體再向右轉動180°，完成一個360°的纏繞。以180°增量繼續進行加捻，直到達到所需的纏繞數。在樣品仍處于張力的情況下小心取下該筒體，將該樣品30再放在第二滑輪22的周圍。以示例的方式，在圖3中示出三次完全纏繞(3×360°)的纖維樣品30。只有在樣品是加捻的復絲情況，纏繞期間發生與加捻方向的偏差。這種情況下，加捻的方向必須與復絲纖維固有的捻轉方向相同。
在由兩種或更多種單獨纖維組成且包含至少一種含氟聚合物纖維的測試樣品進行的試驗中，按照以下改進的過程進行。將測試樣品系在重物上后，將一種或多種含氟聚合物纖維與其它纖維并列放置，不進行加捻。除非另外指出，所述一種或多種含氟聚合物纖維放置在始終緊靠操作器。而隨后的纏繞纖維的過程與上面所述相同。
完成該試驗程序后，將循環計數器設為0，轉動曲柄的速度調節到所需的速度，啟動齒輪馬達。完成要求的循環數后，停止該齒輪馬達，從重物和接桿上取下磨損的測試樣品。每一試驗進行四次。
然后，對進行了磨損測試的樣品進行拉伸試驗，測試斷裂強度，對結果進行平均。平均強度是采用纖維或復合束樣品的平均斷裂強度值和單位長度的總重量計算的。
一個實例中，磨損試驗持續進行，直到纖維或復合束在施加的張力下完全斷裂。注明循環數為樣品損壞的循環數。在此實例中，測試三個樣品，計算至損壞時的平均循環。
旦尼爾試驗 纖維的旦尼爾由以下方式確定，在Denver儀器公司型號AA160分析天平上對9m長度的纖維樣品進行稱重，將以克表示的質量乘以1000。
纖維張力試驗和強度計算 該試驗在環境溫度下，在張力測試器(Zellweger USTERTENSORAPID 4，Uster.Switzerland)上進行，該測試器配備有氣動纖維夾具，使用350mm的夾持長度和330mm/min的十字頭速度。記錄峰值力，該峰值力指纖維的斷裂強度。測試四個樣品并計算其平均斷裂強度。各個纖維樣品的平均強度以g/d表示，通過將以克表示的平均斷裂強度除以各纖維的旦尼爾值來計算。
繩的拉伸試驗 對對照的繩在液壓張力試驗器上進行斷裂強度試驗。三個樣品在連續以2英寸/分鐘的四字頭速度進行五次預調節后，以2.15英寸/分鐘的拉伸速率進行斷裂測試，樣品的夾持長度為128英寸。樣品以一個接頭終結。報道的斷裂強度是三個試樣的平均值。
編織的繩樣品的斷裂強度是在液壓張力試驗器上進行的。每種繩的三個樣品采用10英寸/分鐘拉伸速率，在循環至斷裂負荷的10倍的一半保持10秒后進行測試。進行斷裂測試的樣品用2英寸的大頭針，通過以絨頭埋入的13英寸鎖式線跡進行固定，樣品的平均長度為200英寸。報道的斷裂強度是三個試樣的平均值。
密度測定 纖維密度是采用以下方法測定的。由固定測定的纖維的平均厚度和寬度計算纖維的體積，并由纖維的體積和纖維的質量計算密度。將一個2m長度的纖維放在A&D FR-300天平中，記錄以克表示的質量(C)。然后，纖維樣品的厚度是使用AMES(Waltham，Mass.，USA)型號LG3600的厚度量器，在沿纖維的3個點上測定。纖維的寬度是使用LP-6 Profile Projector(從Ehrenreich PhotoOptical Ind.Inc.Garden City，New York獲得)，在沿同樣的纖維樣品上的個點上測定。然后，計算厚度和寬度的平均值，并確定纖維樣品的體積(D)。纖維樣品的密度如下計算 纖維樣品的密度(g/cc)＝C/D。
實施例1 將單一ePTFE纖維與單一液晶聚合物(LCP)纖維(Vectran，CelaneseAcetate有限公司，北卡羅來納州，Charlotte)合并，進行上述的磨損測試。將該試驗的結果與單一LCP纖維的結果進行比較。
獲得ePTFE單絲纖維(HT400d Rastex纖維，W.L.戈爾聯合有限公司，馬里蘭州，Elkton)。這種纖維具有以下性質重量/單位長度為425d，斷裂力為2.29kg，強度為5.38g/d和密度為1.78g/cc。LCP纖維的重量/單位長度為1567d，斷裂力為34.55kg，強度為22.0g/d。
將兩種類型的纖維通過簡單把持進行合并，使它們彼此相鄰。即，沒有進行加捻或其它方式的纏繞。合并時這兩種纖維的重量％為79％LCP和21％ePTFE。該復合束的重量/單位長度為1992d，斷裂力為33.87kg，強度為17.0g/d。向LCP纖維添加單一ePTFE纖維使重量/單位長度，斷裂力和強度分別發生了+27％，-2％和-23％的變化。注意到，與添加ePTFE單絲纖維相關的斷裂力減小歸因于纖維強度的變化性。
這些纖維的性質以及實施例2至實施例8中所有纖維的性質都示于表1。
按照前面所述的方法測試單一LCP纖維的耐磨性。在該纖維上施加五次完全纏繞。該試驗以100次循環/分鐘，在518g張力(對應于LCP纖維斷裂力的1.5％)下進行。
單一LCP纖維和ePTFE單絲纖維的復合束按照同樣方式測試了耐磨性。在該纖維上施加五次完全纏繞。該試驗以100循環/分鐘，在508g張力(對應于該纖維組合的斷裂力的1.5％)下進行。
磨損測試進行1500次循環，之后，對該測試樣品進行拉伸試驗，以確定其斷裂力。復合束和LCP纖維在磨損后分別具有26.38kg和13.21kg的斷裂力。在單一LCP纖維中添加單一PTFE單絲纖維，使磨損后的斷裂力提高了100％。因此，添加單一的ePTFE單絲纖維與測試前相比使斷裂力發生-2％的變化，并且在磨損測試結束時斷裂力提高100％。
斷裂力減小可通過磨損試驗終點時的斷裂強度和最初的斷裂強度的比值來計算。磨損率以樣品的斷裂力的減小和磨損試驗的循環次數的比值來計算。單獨LCP纖維和LCP纖維與ePTFE單絲纖維的復合物的磨損率分別為14.2g/循環和5.0g/循環。
該實施例的測試條件和結果以及其它實施例(實施例2至實施例8)的條件和結果分別示于表2和表3。
實施例2A 將單一的ePTFE單絲纖維與單一的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維(Dyneema纖維，DSM，荷蘭，Geleen)合并。按照前面所述進行磨損試驗。該復合束的測試結果與單一UHMWPE纖維的結果進行比較。
按照實施例1所述獲得ePTFE單絲纖維。將兩種類型的纖維通過簡單把持進行合并，使它們彼此相鄰。即，沒有進行加捻或其它方式的纏繞。合并時這兩種纖維的重量％為79％UHMWPE和21％ePTFE。UHMWPE和該復合束的重量/單位長度分別為1581d和2006d，斷裂力分別為50.80kg和51.67kg，強度分別為32.1g/d和25.7g/d。向UHMWPE纖維添加ePTFE纖維使重量/單位長度，斷裂力和強度分別發生了+27％，+2％和-20％的變化。
按照前面所述的方法，測試單一UHMWPE纖維的耐磨性。在該纖維上施加三次完全纏繞。該試驗以65次循環/分鐘，在762g張力(對應于UHMWPE纖維斷裂力的1.5％)下進行。
單一UHMWPE纖維和ePTFE單絲纖維的復合束按照同樣方式測試了耐磨性。在該纖維組合上施加三次完全纏繞。該試驗以65循環/分鐘，在775g張力(對應于該纖維組合的斷裂力的1.5％)下進行。
磨損測試進行500次循環，之后，對該測試樣品進行拉伸試驗，以確定其斷裂力。復合束和UHMWPE纖維在磨損后分別具有42.29kg和10.90kg的斷裂力。在UHMWPE纖維中添加PTFE單絲纖維使磨損后的斷裂力提高了288％。因此，添加單一的ePTFE單絲纖維與測試前相比使斷裂力發生2％的變化，并且在磨損測試結束時，斷裂力提高288％。單獨UHMWPE纖維以及UHMWPE纖維和ePTFE單絲纖維的復合物的磨損率分別為79.8g/循環和18.8g/循環。
實施例2B 制備ePTFE纖維和UHMWPE纖維的組合物，并按照實施例2a所述對該組合物進行測試，除了ePTFE纖維是復絲纖維外。使用針輪(pinwheel)對400d ePTFE單絲纖維進行牽引，產生復絲的ePTFE纖維。該復絲纖維具有以下性質重量/單位長度為405d，斷裂力為1.18kg，強度為2.90g/d和密度為0.72g/cc。
將一根復絲ePTFE纖維與一根UHMWPE纖維按照實施例2a所述進行合并。UHMWPE纖維的性質和產生結果示于實施例2a中。復合束由80重量％UHMWPE和20重量％ePTFE組成。
該復合束的重量/單位長度為1986d，斷裂力為50.35kg，強度為25.4g/d。向UHMWPE纖維添加ePTFE纖維使重量/單位長度，斷裂力和強度分別發生了+26％，-1％和-21％的變化。
按照實施例2a，UHMWPE纖維和ePTFE復絲纖維的組合物在755g張力(對應于該纖維組合的斷裂力的1.5％)下，采用三次完全纏繞和65次循環/分鐘，測試其耐磨性。磨損測試進行500次循環，磨損后的復合ePTFE-UHMWPE束的斷裂力為41.37kg。在UHMWPE纖維中添加ePTFE復絲纖維使磨損后的斷裂力提高了280％。因此，添加單一的ePTFE纖維與測試前相比使斷裂力發生-1％的變化，并且使磨損測試后的斷裂力提高280％。該復合物的磨損率為18.0g/循環。
實施例3 將ePTFE單絲纖維與加捻的對芳族聚酰胺纖維(Kevlar纖維，E.I.DuPontdeNemours有限公司，特拉華州的Wilmington)合并，并進行磨損試驗。該試驗的結果再次與單一對芳族聚酰胺纖維的結果進行比較。
ePTFE單絲纖維與實施例1中所述相同。ePTFE單絲纖維的性質和測試結果示于實施例1。對芳族聚酰胺的重量/單位長度為2027d，斷裂力為40.36kg，強度為19.9g/d。
按照實施例1所述，將兩種類型的纖維合并，產生的復合束包含83重量％對芳族聚酰胺和17重量％ePTFE單絲纖維。該復合束的重量/單位長度為2452d，斷裂力為40.41kg，強度為16.7g/d。在對芳族聚酰胺中添加單一PTFE纖維使重量/單位長度，斷裂力和強度分別發生了+21％，+0％和-16％的變化。
按照前面所述的方法，測試單一對芳族聚酰胺纖維的耐磨性。應注意到由于對芳族聚酰胺纖維的捻度，纏繞方向與該對芳族聚酰胺纖維固有的捻轉方向相同，在此情況下的纏繞方向與其它實施例相反。在該纖維上施加三次完全纏繞。該試驗以65個循環/分鐘，在605g張力(對應于對芳族聚酰胺纖維斷裂力的1.5％)下進行。
對芳族聚酰胺纖維和ePTFE單絲纖維的組合物按照同樣方式測試了耐磨性。在該纖維上施加三次完全纏繞。該試驗以65循環/分鐘，在606g張力(對應于該纖維組合的斷裂力的1.5％)下進行。
磨損測試進行400次循環，之后，對該測試樣品進行拉伸試驗，以確定其斷裂力。復合束和對芳族聚酰胺纖維在磨損后分別具有17.40kg和9.29kg的斷裂力。在對芳族聚酰胺纖維中添加PTFE單絲纖維使磨損后的斷裂力提高了87％。因此，添加單一的ePTFE單絲纖維與測試前相比使斷裂力發生0％的變化，并且使磨損測試后的斷裂力提高87％。對單獨對芳族聚酰胺纖維以及對芳族聚酰胺纖維和ePTFE單絲纖維的復合物的磨損率分別為77.7g/循環和57.5g/循環。
實施例4 將單一的填充石墨的ePTFE纖維與單一的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維(Dyneema纖維)合并，進行磨損試驗。將該試驗的結果與單一UHMWPE纖維的結果進行比較。
填充石墨的ePTFE單絲纖維按照美國專利5,262,234(Minor等)揭示的內容制備。這種纖維具有以下性質重量/單位長度為為475d，斷裂力為0.98kg斷裂力，強度為2.07g/d和密度為0.94g/cc。UHMWPE纖維的性質和測試結果示于實施例2a。
按照實施例1的同樣方式，將兩種類型的纖維合并。合并時這兩種纖維的重量％分別為77重量％UHMWPE和23重量％填充石墨的ePTFE。UHMWPE和該復合束的重量/單位長度分別為1581d和2056d。復合束的斷裂力為49.35kg，強度為24.0g/d。在UHMWPE纖維中添加填充石墨的ePTFE纖維使重量/單位長度，斷裂力和強度分別發生了+30％，-3％和-25％的變化。
對UHMWPE纖維和填充石墨的ePTFE單絲纖維的組合物測試耐磨性。在該纖維組合物上施加三次完全纏繞。該試驗以65循環/分鐘，在740g張力(對應于該纖維組合的斷裂力的1.5％)下進行。對UHMWPE纖維的磨損試驗結果示于實施例2a。
磨損測試進行500個循環，之后，對該測試樣品進行張力試驗，以確定其斷裂力。復合束在磨損后具有36.73kg的斷裂力。在UHMWPE纖維中添加填充石墨的ePTFE單絲纖維使磨損后的斷裂力提高了237％。因此，添加這種ePTFE單絲纖維與測試前相比使斷裂力發生-3％的變化，并且使磨損測試后的斷裂力提高237％。單一UHMWPE纖維以及單一UHMWPE纖維和單一填充石墨的ePTFE單絲纖維的復合物的磨損率分別為79.8g/循環和25.2g/循環。
實施例5 將三種類型的纖維，UHMWPE，LCP和ePTFE單絲纖維合并，形成復合束。這些纖維具有在實施例1和2a示出的相同性質。股數量以及每種纖維類型的重量％如下UHMWPE為1和40％，LCP為1和39％，ePTFE單絲為2和21％。
對該復合束以及包含一股UHMWPE和一股LCPT纖維的復合束進行拉伸和磨損試驗。兩種纖維類型結構和三種纖維類型結構的重量/長度，斷裂力和強度分別為3148d和3998d，73.64kg和75.09kg，23.4g/d和18.8g/d。
磨損試驗的條件與前面所述相同，除了在達到一定的循環數量時沒有停止該試驗，而是一旦樣品被破壞，就對每種結構進行三次(不是四次)試驗。將纖維按照下面方式并排放置在磨損測試器中LCP纖維，PTFE纖維，UHMWPE纖維，PTFE纖維，而LCP纖維的位置最遠離該操作器，PTFE纖維最靠近該操作器。破壞定義為復合束全部斷裂。對該磨損試驗，在該復合束上施加四次完全纏繞。該試驗以65循環/分鐘進行。對只有UHMWPE和LCP纖維的復合物上施加的張力為1105g，對具有所有三種纖維類型的復合物施加的張力為1126g。這兩個試驗中的張力對應于纖維組合物的斷裂力的1.5％。
達到破壞時的平均循環數由三次磨損試驗結果計算。對只有UHMWPE和LCP纖維的復合物在1263個循環時發生破壞，而對所有三種纖維類型的復合束在2761個循環時發生破壞。
在一種UHMWPE纖維和一種LCP纖維的組合中添加ePTFE單絲纖維使重量/單位長度，斷裂力和強度分別發生+27％，+2％和-20％的變化。添加ePTFE纖維使破壞時的循環數增加了+119％。
實施例6 采用和實施例2a所述相同的方法和纖維，構建另外兩種復合束。這兩種復合束設計成具有兩種不同重量％的ePTFE單絲纖維和UHMWPE纖維組分。
6a) 將單一ePTFE纖維與三根UHMWPE纖維合并，進行磨損試驗。EPTFE纖維和UHMWPE纖維的重量％分別為8％和92％。三根UHMWPE纖維和該復合束的重量/單位長度分別為4743d和5168d，斷裂力分別為124.44kg和120.63kg，強度分別為26.2g/d和23.3g/d。在三根UHMWPE纖維中添加ePTFE纖維使重量/單位長度，斷裂力和強度分別發生+9％，-3％和-11％的變化。
對此磨損試驗，在測試樣品上施加二次完全纏繞。該試驗以65循環/分鐘進行。只有三根UHMWPE纖維以及三根UHMWPE纖維和單一ePTFE纖維的復合束上的張力分別為1867g和1810g。(這些張力對應于測試樣品的斷裂力的1.5％)。
磨損測試進行600個循環，之后，對該測試樣品進行拉伸試驗，以確定其斷裂力。該復合束和三根UHMWPE纖維在磨損后分別具有99.07kg和23.90kg的斷裂力。因此，在三根UHMWPE纖維中添加單一ePTFE纖維與測試前相比使斷裂力發生-3％的變化，并且使磨損測試后的斷裂力提高314％。對三根UHMWPE纖維沒有添加單一UHMWPE纖維和添加了單一ePTFE單絲纖維的復合物的磨損率分別為167.6g/循環和35.9g/循環。
6b) 五根ePTFE纖維與三根UHMWPE纖維合并，進行磨損試驗。EPTFE纖維和UHMWPE纖維的重量％分別為31％和69％。三根UHMWPE纖維和該復合束的重量/單位長度分別為4743d和6868d，斷裂力分別為124.44kg和122.53kg，強度分別為26.2g/d和19.0g/d。在三根UHMWPE纖維中添加五根ePTFE纖維使重量/單位長度，斷裂力和強度分別發生+45％，-2％和-27％的變化。
對此磨損試驗，在測試樣品上施加二次完全纏繞。該試驗以65循環/分鐘進行。對只有三根UHMWPE纖維以及三根UHMWPE纖維和五根ePTFE纖維的復合物上的張力分別為1867g和1838g。(這些張力對應于測試樣品的斷裂力的1.5％)。
磨損測試進行600個循環，之后，對該測試樣品進行拉伸試驗，以確定其斷裂力。該復合束在磨損后具有100.49kg的斷裂力。因此，添加五根ePTFE纖維與測試前相比使斷裂力發生-2％的變化，并且使磨損測試后的斷裂力提高320％。對三根UHMWPE纖維沒有添加五根UHMWPE纖維和添加了五根ePTFE單絲纖維的復合物的磨損率分別為167.6g/循環和36.7g/循環。
實施例7 采用和實施例2a所述相同的方法和UHMWPE纖維，構建另一種復合束。在此實施例中使用低密度的ePTFE單絲纖維。該纖維按照美國專利6,539,951中揭示的內容制備，并具有以下性質重量/單位長度為973d，斷裂力為2.22kg，強度為2.29g/d和密度為0.51g/cc。
按照實施例2所述，將兩種纖維類型的單一纖維合并。合并時兩種纖維的重量％為62％UHMWPE和38％ePTFE。該復合束的重量/單位長度為2554d，斷裂力為49.26kg，強度為19.3g/d。在UHMWPE纖維中添加單一PTFE纖維使重量/單位長度，斷裂力和強度分別發生+62％，-3％和-40％的變化。
對單一UHMWPE的磨損試驗方法和結果在實施例2a中報道。按照同樣方式還對UHMWPE纖維與低密度ePTFE單絲纖維的復合物測試耐磨性。在該復合束上施加三次完全纏繞。該試驗以65循環/分鐘和739g張力(對應于纖維組合物的斷裂力的1.5％)下進行。
磨損測試進行500次循環，之后，對該測試樣品進行拉伸試驗，以確定其斷裂力。該復合束和UHMWPE纖維在磨損后分別具有44.26kg和10.9kg的斷裂力。因此，添加單一ePTFE纖維與測試前相比使斷裂力發生-3％的變化，并且使磨損測試后的斷裂力提高306％。只有UHMWPE纖維以及UHMWPE纖維和低密度ePTFE單絲纖維的復合束的磨損率分別為79.80g/循環和10.00g/循環。
實施例8 采用和實施例2所述相同的方法和UHMWPE纖維，構建另一種復合束。在此實施例中使用基質紡絲型(matrix-spun)PTFE復絲纖維(E.I.DuPontdeNemours有限公司，特拉華州Wilmington)。該纖維具有以下性質重量/單位長度為407d，斷裂力為0.64kg，強度為1.59g/d和密度為1.07g/cc。
按照實施例2所述將兩種纖維類型的單一纖維合并。合并時兩種纖維的重量％為80％UHMWPE和20％PTFE。該復合束的重量/單位長度為1988d，斷裂力為49.51kg，強度為24.9g/d。在UHMWPE纖維中添加單一PTFE纖維使重量/單位長度，斷裂力和強度分別發生+26％，-2％和-22％的變化。
對單一UHMWPE的磨損試驗方法和結果在實施例2a中報道。按照同樣方式還對UHMWPE纖維與低密度ePTFE單絲纖維的復合物測試耐磨性。在該復合束上施加三次完全纏繞。該試驗以65循環/分鐘和739g張力(對應于纖維組合物的斷裂力的1.5％)下進行。
對單一UHMWPE的磨損試驗方法和結果在實施例2a中報道。按照同樣方式還對UHMWPE纖維與PTFE復絲纖維的復合束測試耐磨性。在該復合束上施加三次完全纏繞。該試驗以65循環/分鐘和743g張力(對應于纖維組合物的斷裂力的1.5％)下進行。
磨損測試進行500個循環，之后，對該測試樣品進行拉伸試驗，以確定其斷裂力。該復合束和UHMWPE纖維在磨損后分別具有39.64kg和10.9kg的斷裂力。因此，添加單一PTFE纖維與測試前相比使斷裂力發生-2％的變化，并且使磨損測試后的斷裂力提高264％。對只有UHMWPE纖維以及UHMWPE纖維和PTFE復絲纖維的復合束的磨損率分別為79.80g/循環和19.74g/循環。
實施例9 采用和實施例2所述相同的方法和纖維，構建另一種復合束。在此實施例中使用ETFE(乙烯-四氟乙烯)復絲的含氟聚合物纖維(可購自從E.I.DuPontdeNemours有限公司，特拉華州Wilmington)。該纖維具有以下性質重量/單位長度為417d，斷裂力為1.10kg，強度為2.64g/d和密度為1.64g/cc。
按照實施例2所述將兩種纖維類型的單一纖維合并。合并時兩種纖維的重量％為79％UHMWPE和21％ETFE。該復合束的重量/單位長度為1998d，斷裂力為50.44kg，強度為25.2g/d。在UHMWPE中添加單一ETFE纖維使重量/單位長度，斷裂力和強度分別發生+26％，-1％和-21％的變化。
對單一UHMWPE的磨損試驗方法和結果在實施例2a中報道。按照同樣方式還對UHMWPE纖維與ETFE復絲含氟聚合物纖維的復合束測試耐磨性。在該復合束上施加三次完全纏繞。該試驗以65循環/分鐘和757g張力(對應于纖維組合物的斷裂力的1.5％)下進行。
磨損測試進行500個循環，之后，對該測試樣品進行拉伸試驗，以確定其斷裂力。該復合束和UHMWPE纖維在磨損后分別具有27.87kg和10.9kg的斷裂力。因此，添加單一ETFE復絲纖維與測試前相比使斷裂力發生-1％的變化，并且使磨損測試后的斷裂力提高156％。只有UHMWPE纖維以及UHMWPE纖維和ETFE復絲纖維的復合束的磨損率分別為79.80g/循環和45.14g/循環。
總之，上面的實施例證實了本發明的一些實施方式，具體如下 ●實施例1-3證實將單一ePTFE纖維與三種主要的高強度纖維的每一種的單一纖維的組合。
●實施例2還比較了單絲和復絲的ePTFE纖維。
●實施例4證實將填充石墨的ePTFE單絲纖維與單一UHMWPE纖維合并的效果。
●實施例5證實三纖維結構的性能，如用于制備繩；該磨損試驗持續進行，直到破壞。
●實施例6證實改變兩纖維結構中的單絲ePTFE纖維的量(改變ePTFE纖維數量并將它們與三根UHMWPE纖維合并)的效果。
●實施例7證實使用低密度單絲ePTFE纖維的效果[與實施例2a-b和實施例6a-b相比]。
●實施例8證實使用低強度，沒有膨脹的PTFE纖維與UHMWPE纖維的效果。
●實施例9證實了使用另一種含氟聚合物。
這些結果總結于下面的表中。
表1 表2 表3 比較例1(Twaron對照，加捻繩) 使用有載荷芯的6×9絲-繩結構制造繩。該繩的橫截面示于圖5。繩的外徑為0.75英寸。繩的斷裂強度約為48300磅。繩由Twaron型1000，3024旦尼爾和2000長絲(Teijin Twaron Westervoortsedijk 73 P.0.Box 9600，6800TC Arnhem，The Netherlands)組裝而成。
使用兩種基本集束組裝成該繩。在圖5中標為A型的集束包含牽拉在一起的6twaron束。在圖5中標為B型的集束包含牽拉在一起的9twaron束。
在圖5中標為51的“束芯集束”是由三個B型集束螺旋加捻在一起的。在圖5中標為52的繩芯集束然后通過將三根繩芯集束螺旋加捻在一起組裝而成。
圖5中標為53的“外集束”是由三股A型線螺旋加捻在一起。在圖5中標為54的外集束是通過螺旋加捻6根B型集束或6根B型集束靠攏在芯周圍組裝而成。
然后，圖5中標為55的繩通過螺旋加捻外集束或將外集束靠攏在繩芯集束周圍組裝而成。組裝后的繩用編織的聚酯護套封裝。
組裝后的集束和繩芯外集束規則并股。束和束芯同向加捻。
然后，如上制備的繩采用以下試驗和條件進行測試在輪槽上彎曲試驗，對照繩的25％斷裂負荷(12000磅)，500個循環/小時，繩速為1.1英尺/秒，行程長度為4英尺，D:d為20。
將兩個繩樣品循環至破壞，機器工作循環數分別為2787和3200。在一個機器工作循環內，為繩的一部分的雙彎曲區進入輪槽和離開輪槽兩次。
比較例2(均勻分散有PTFE的Twaron加捻繩) 繩2a按照比較例1制備，添加可商購的500旦尼爾PTFE纖維，該纖維的強度為5.1g/den，密度為2g/cc(W.L.Gore & Associates.Inc.，NewarkDelaware)。繩2b按照比較例1制備，添加250旦尼爾PTFE纖維，該纖維的強度為5.9g/den，密度為1.9g/cc。
比較例2a中，使用兩個基本集束來組裝繩。圖1中標為A型的集束包含牽拉在一起的5twaron紗線和500旦尼爾PTFE纖維，使PTFE均勻分布。圖5中標為B型的集束包含牽拉在一起的8twaron束和八根500旦尼爾PTFE纖維，使PTFE均勻分布。兩個繩樣品循環至破壞。
比較例2b中，使用兩個基本集束來組裝繩。圖5中標為A型的集束包含牽拉在一起的5twaron紗線和16根250旦尼爾PTFE纖維，使PTFE均勻分布。圖5中標為B型的集束包含牽拉在一起的8twaron束和16根250旦尼爾PTFE纖維，使PTFE均勻分布。兩個繩樣品循環至破壞。
如上制備的繩采用以下試驗和條件進行測試在輪槽上彎曲試驗，對照繩的25％斷裂負荷(12000磅)，500個循環/小時，繩速為1.1英尺/秒，行程長度為4英尺，D:d為20。
表1 實施例10(具有PTFE周邊的Twaron加捻繩) 按照比較例1制備繩，但有兩個另外。在每個基本集束A和B中省去了一個twaron束。最后組裝繩之前，PTFE纖維進行加捻或靠攏在該繩芯集束周圍。為了完成這種組裝，將六個500旦尼爾(3a)或十二個250旦尼爾(3b)PTFE纖維與一個1500旦尼爾Kevlar 39紗線纏繞在線軸上。然后，PTFE纖維和導紗器Kevlar(Dupont，5401 Jefferson Davis Highway，Richmond，VA 23234)在各集束或者芯集束外部周圍螺旋加捻，捻距長度為1英寸。PTFE纖維以同樣的方向在外層和芯的周圍加捻。
繩10a通過添加PTFE纖維制備，該纖維具有500g/9000m旦尼爾，強度為5.1g/den，密度為2g/cc。對兩種繩試樣進行測試，直到破壞。
繩10b通過添加PTFE纖維制備，該纖維具有250g/9000m旦尼爾和5.9g/den的強度，密度為1.9g/cc。對兩種繩試樣進行測試直到破壞。
繩10c通過添加PTFE纖維制備，該纖維具有250g/9000m旦尼爾，強度為3.1g/den，密度為1.6g/cc。對兩種繩試樣進行測試，直到破壞。
然后，如上制備的繩采用以下試驗和條件進行測試在輪槽上彎曲試驗，對照繩的25％斷裂負荷(12000磅)，500個循環/小時，繩速為1.1英尺/秒，行程長度為4英尺，D:d為20。
表2 比較例3(Vectran對照編織物) 繩由120個1500旦尼爾Vectran T97束(Kurary America Inc.，101 East52nd Street，26th Floor，New York，NY 10022)的12個等同集束制備。通過將vectran束從筒子架全部放還到自圖6所示的237孔的孔板(holly board)的中心起最初的120個孔，來組合集束。六個集束在S方向加捻，六個集束在Z方向加捻。然后將這12個集束在12集束編織器上以1.18緯紗/英寸，按2/2規則編織物進行編織。制成的繩在100Ibs參考張力下的外徑約為0.75英寸。制成的對照繩的平均斷裂強度為84,500磅。
然后，如上制備的繩采用以下試驗和條件進行測試在輪槽上彎曲試驗，對照繩的18％斷裂負荷(15,210磅)，500個循環/小時，繩速為1.1英尺/秒，行程長度為4英尺，D:d為20。對兩種繩試樣進行測試直到破壞，其循環數分別為1001和960。在一個機器工作循環內，為繩的一部分的雙彎曲區進入輪槽和離開輪槽兩次。
比較例4(均勻分布有PTFE的Braid繩) 按照比較例3制備繩，按表3所示添加PTFE纖維。Z對此實施例，只使用120根vectran紗與54根500旦尼爾的PTFE纖維或108根250旦尼爾PTFE纖維。PTFE纖維和vectran束交替繞在該孔板中孔的指定環周圍。比較例4a中，500旦尼爾PTFE纖維交替填充，按vectran紗，vectran紗，PTFE纖維的順序一次填充三個孔，兩種繩進行測試。在比較例4b和4c中，250旦尼爾纖維與vectran紗交替填充孔板中其它孔。對一種4b型的繩和兩種4c型的繩進行測試。制成的繩在100Ibs參考張力下的外徑約為0.75英寸。
然后，如上制備的繩采用以下試驗和條件進行測試 在輪槽上彎曲試驗，對照繩的18％斷裂負荷(15,210磅)，500個循環/小時，繩速為1.1英尺/秒，行程長度為4英尺，D:d為20。
表3 實施例11(有PTFE周邊的編織繩) 按照比較例4制備繩，按表4添加PTFE纖維。對此例，只使用102個vectran束與54根500旦尼爾PTFE纖維或108根250旦尼爾PTFE纖維。孔板內部的93孔填充了vectran紗。剩余的9個vectran束平均分布在下一環的孔中。該環和接下來的外環中的空孔中，每個孔穿有一根PTFE纖維，直到使用了全部的PTFE纖維。制成的繩在100Ibs參考張力下的外徑約為0.75英寸。
然后，如上制備的繩采用以下試驗和條件進行測試 在輪槽上彎曲試驗，對照繩的18％斷裂負荷(15,210磅)，500個循環/小時，繩速為1.1英尺/秒，行程長度為4英尺，D:d為20。
表4 由上面的表可知，在繩的集束的周邊周圍添加低摩擦系數纖維明顯增加了繩的壽命。繩壽命顯著增加的原因是纖維的配制完全令人驚奇的。
雖然在此示出并說明了本發明的具體實施方式
，但是，本發明不應限于這些說明和描述。應理解在權利要求書范圍之內的變化和修改可以結合并實施作為本發明的部分。特別地，雖然在示例的實施方式中主要給出用于交變應力應用的繩，但是本發明的復合束還可以應用于其它形式；例如帶子，網狀物，吊索，索纜，織造織物，非織造織物和管狀織物。
權利要求
1.一種用于交變應力應用的復合束，該復合束包含
(a)至少一種高強度纖維；和
(b)至少一種含氟聚合物纖維；
所述含氟聚合物纖維的含量為小于或等于約40重量％。
2.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，所述含氟聚合物纖維的含量為小于或等于約35重量％。
3.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，所述含氟聚合物纖維的含量為小于或等于約30重量％。
4.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，所述含氟聚合物纖維的含量為小于或等于約25重量％。
5.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，所述含氟聚合物纖維的含量為小于或等于約20重量％。
6.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，所述含氟聚合物纖維的含量為小于或等于約15重量％。
7.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，所述含氟聚合物纖維的含量為小于或等于約10重量％。
8.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，所述含氟聚合物纖維的含量為小于或等于約5重量％。
9.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，所述含氟聚合物纖維是單絲。
10.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，所述含氟聚合物纖維為低密度的。
11.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，所述含氟聚合物纖維是復絲。
12.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，所述含氟聚合物纖維包含填料。
13.如權利要求12所述的復合束，其特征在于，所述填料包括碳。
14.如權利要求12所述的復合束，其特征在于，所述填料選自下組二硫化鉬、石墨、烴和聚硅氧烷基流體。
15.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，高強度纖維是對芳族聚酰胺。
16.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，高強度纖維是液晶聚合物(LCP)。
17.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，高強度纖維是聚苯并噁唑(PBO)。
18.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，高強度纖維是超高分子量的聚乙烯(UHMWPE)。
19.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，存在許多高強度纖維，所述高強度纖維包括UHMWPE和LCP的組合。
20.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，高強度纖維是高強度金屬。
21.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，高強度纖維是高強度礦物。
22.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，所述復合束還包含磨損試驗后斷裂強度的比值大于約1.8。
23.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，所述含氟聚合物纖維是PTFE。
24.如權利要求1所述的復合束，其特征在于，所述含氟聚合物纖維是ePTFE。
25.一種復合束，包含
(a)至少一種選自以下的材料的纖維液晶聚合物和超高分子量聚乙烯，以及它們的組合；
(b)至少一種含氟聚合物纖維；
所述含氟聚合物纖維的含量為小于或等于約40重量％。
26.如權利要求25所述的復合束，其特征在于，所述含氟聚合物纖維是PTFE，其含量為小于或等于約15％。
27.一種繩，包含至少一種權利要求1所述的復合束。
28.一種帶子，包含至少一種權利要求1所述的復合束。
29.一種網狀物，包含至少一種權利要求1所述的復合束。
30.一種吊索，包含至少一種權利要求1所述的復合束。
31.一種索纜，包含至少一種權利要求1所述的復合束。
32.一種織造織物，包含至少一種權利要求1所述的復合束。
33.一種非織造織物，包含至少一種權利要求1所述的復合束。
34.一種管狀織物，包含至少一種權利要求1所述的復合束。
35.一種減小纖維束在交變應力應用中與磨損或摩擦相關的損耗、同時基本上保持纖維束強度的方法，該方法包括在纖維束中包含至少一種含氟聚合物單絲的步驟。
36.一種繩，包含
(a)多個集束，所述集束各自具有周邊，包含許多高強度纖維，
(b)至少一種低摩擦系數纖維，設置在至少一個集束的周邊的至少一部分的周圍。
37.如權利要求36所述的繩，其特征在于，所述繩還包含許多所述的低摩擦系數纖維，所述低摩擦系數纖維設置在許多所述集束的周邊的至少一部分的周圍。
38.如權利要求36所述的繩，其特征在于，所述低摩擦系數纖維包括含氟聚合物。
39.如權利要求36所述的繩，其特征在于，所述低摩擦系數纖維包括發泡聚四氟乙烯。
40.如權利要求36所述的繩，其特征在于，所述低摩擦系數纖維包括聚乙烯。
41.如權利要求36所述的繩，其特征在于，所述低摩擦系數纖維包括聚丙烯。
42.如權利要求36所述的繩，其特征在于，所述低摩擦系數纖維包括聚乙烯氯三氟乙烯。
43.如權利要求36所述的繩，其特征在于，所述低摩擦系數纖維包括聚四氟乙烯。
44.如權利要求36所述的繩，其特征在于，所述低摩擦系數纖維包括聚氯化三氟乙烯。
45.如權利要求36所述的繩，其特征在于，所述低摩擦系數纖維包括聚氟乙烯。
46.如權利要求36所述的繩，其特征在于，所述低摩擦系數纖維包括聚偏二氟乙烯。
47.如權利要求36所述的繩，其特征在于，所述低摩擦系數纖維包括聚三氟乙烯。
48.如權利要求36所述的繩，其特征在于，所述高強度纖維包括超高分子量聚乙烯。
49.如權利要求36所述的繩，其特征在于，所述高強度纖維包括液晶聚合物。
50.如權利要求36所述的繩，其特征在于，所述高強度纖維包括對芳族聚酰胺。
51.如權利要求36所述的繩，其特征在于，所述繩還包含耐磨性涂層。
52.如權利要求36所述的繩，其特征在于，所述繩用于深海硬件傳輸系統。
53.一種用于繩的集束，包含周邊、并包含許多高強度纖維和至少一種低摩擦系數纖維，該低摩擦系數纖維設置在所述集束的周邊的至少一部分周圍。
54.一種用于繩的束，包含周邊、并包含許多高強度纖維和至少一種低摩擦系數纖維，該低摩擦系數纖維設置在所述束的周邊的至少一部分周圍。
55.一種制造包含許多集束的繩的方法，該方法包括這樣的步驟在所述集束的至少一個的周圍，設置低摩擦系數纖維。
全文摘要
一種繩，包含許多集束，所述集束各自具有周邊、并包含許多高強度纖維，至少一種設置在集束中至少一個的周邊的至少一部分的周圍的低摩擦系數纖維。
文檔編號D02G3/02GK101115873SQ200680004518
公開日2008年1月30日 申請日期2006年2月7日 優先權日2005年2月11日
發明者R·A·布赫, N·克勞夫, T·K·埃格雷斯, R·L·薩薩, D·I·魯茨, G·哈普 申請人:戈爾企業控股股份有限公司