BRPI0707967B1 - Cabo tendo melhorada resistência à fadiga por dobramento cíclico sobre polias (cbos), método para melhorar a resistência à fadiga por dobramento cíclico sobre polias (cbos) de um cabo, e uso de um cabo compreendendo fibras de alta tenacidade para içamento e colocação de objetos pesados sobre um leito marinho - Google Patents
Cabo tendo melhorada resistência à fadiga por dobramento cíclico sobre polias (cbos), método para melhorar a resistência à fadiga por dobramento cíclico sobre polias (cbos) de um cabo, e uso de um cabo compreendendo fibras de alta tenacidade para içamento e colocação de objetos pesados sobre um leito marinho Download PDFInfo
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Abstract
CABO TENDO MELHORADA RESISTÊNCIA À FADIGA POR DOBRAMENTO CÍCLICO SOBRE POLIAS (CBOS), CABO TENDO MELHORADA RESISTÊNCIA À FADIGA POR CBOS, MÉTODO PARA MELHORAR A RESISTÊNCIA À FADIGA POR DOBRAMENTO CÍCLICO SOBRE POLIAS (CBOS) DE UM CABO, E EM UM MÉTODO DE IÇAMENTO E COLOCAÇÃO DE OBJETOS PESADOS SOBRE UM LEITO MARINHO USANDO UM CABO DE FIBRA SINTÉTICA. Um cabo melhorado é formado através de fibras de alta tenacidade, de preferência uma combinação de fibras de polietileno de alta tenacidade com fibras de aramida e/ou fibras de copoliéster de cristal líquido. As fibras e/ou o cabo sào cobertos com uma composição compreendendo uma resina de silicone amino funcional e um polietileno neutralizado de baixo peso molecular. Os cabos são úteis em aplicações marítimas, como em içamento de águas profundas, e possuem melhorada resistência à fadiga por dobramento cíclico sobre polias.
Description
[0001] Essa invenção se refere a melhorias em cabos e, de modo particular, a cabos sintéticos de alta tenacidade adequados para uso em aplicações marítimas.
[0002] Cabos de fibra sintética têm sido usados numa variedade de aplicações, incluindo várias aplicações marítimas. Um tipo de cabo, que possui excelentes propriedades, é o cabo feito de fibras e/ou fios de poliolefina com alto módulo. Fibras de poliolefinas de alta tenacidade são também conhecidas como fibras de cadeia estendida ou alto peso molecular. Essas fibras e fios são fornecidos, por exemplo, como fibras e fios de polietileno com cadeia estendida SPECTRA® pela Honeywell International Inc.
[0003] Cabos formados através de fibras de polietileno com cadeia estendida têm sido sugeridos para uso em aplicações marítimas. Ver, por exemplo, as Patentes norte americanas U.S. 5.901.632 e 5.931.076, ambas de Ryan, cujas divulgações são aqui expressamente incorporadas para fins de referência, desde que não sejam incompatíveis com o presente documento.
[0004] Em algumas aplicações marítimas, cabos de polietileno com cadeia estendida são dobrados, repetidas vezes, sobre polias, roldanas ou montantes, quando eles estão sendo usados. Alguns cabos sintéticos experimentam um desgaste prematuro, quando eles são submetidos a repetido dobramento sobre polias e, de modo particular, cabos sintéticos usados em aplicações marítimas industriais têm experimentado este problema.
[0005] Cabos sintéticos continuam a substituir cabos de aço em muitas aplicações marítimas. Como cabos sintéticos continuam a substituir cabos d aço em muitas aplicações de dobramento cíclico sobre polias (CBOS), existe a necessidade de melhorar a resistência à fadiga dos cabos sintéticos de alto desempenho. De modo particular, existe a necessidade de melhorar o desempenho dos cabos feitos de fios e fibras de poliolefinas de alto desempenho.
[0006] Uma solução proposta para fornecer um cabo com melhoradas propriedades é divulgada na Patente norte americana U.S. 6.945.153 de Knudsen e outros, cuja divulgação é aqui expressamente incorporada para fins de referência, desde que não seja incompatível com o presente documento. Essa patente divulga um cabo de grande diâmetro, que é formado através de uma combinação de fibras de polietileno de cadeia estendida e fibras de poliméricas de cristal líquido. Seria desejável melhorar as propriedades desse cabo.
[0007] Seria desejável fornecer um cabo com fibras de poliolefinas de alta tenacidade, que tivesse melhorada resistência ao desgaste a repetido dobramento sobre polias e semelhantes, especialmente em aplicações úmidas, enquanto que mantendo suas outras excelentes propriedades. Seria também desejável fornecer um cabo, que fosse adequado para uso em aplicações de içamento pesado, p. ex., para assentamento sobre o leito marinho, e a partir desse.
[0008] De acordo com essa invenção, é fornecido um cabo tendo melhorada resistência à fadiga por CBOS, o cabo compreendendo fibras de alta tenacidade, o cabo e/ou as fibras sendo cobertos com uma composição compreendendo uma resina de silicone amino funcional e um polietileno neutralizado com baixo peso molecular.
[0009] Ainda de acordo com essa invenção, é fornecido um cabo tendo melhorada resistência à fadiga por CBOS, o cabo compreendendo uma combinação de fibras de poliolefinas de alta tenacidade com outras fibras de alta tenacidade, que não sejam fibras de poliolefinas, o cabo e/ou a fibras sendo cobertos com uma composição compreendendo uma resina de silicone amino funcional e um polietileno neutralizado com baixo peso molecular.
[00010] Ainda de acordo com essa invenção, é fornecido um cabo tendo melhorada resistência à fadiga por CBOS, o cabo compreendendo uma combinação de fibras de poliolefinas de alta tenacidade com outras fibras de alta tenacidade, as outras fibras de alta tenacidade compreendendo fibras de aramida e/ou fibras de copoliéster de cristal líquido, o cabo e/ou as fibras sendo cobertos com uma composição compreendendo uma resina de silicone amino funcional e um polietileno neutralizado com baixo peso molecular.
[00011] Ainda de acordo com essa invenção, é fornecido um método para melhorar a resistência à fadiga por CBOS de um cabo, o método compreendendo a formação do cabo a partir de fibras de alta tenacidade, e cobertura do cabo e/ou das fibras formadoras desse cabo com uma composição compreendendo uma resina de silicone amino funcional e um polietileno neutralizado com baixo peso molecular.
[00012] Ainda de acordo com essa invenção, é apresentado um método de içamento de objetos pesados de um leito marinho, e assentamento de objetos sobre esse, usando um cabo de fibra sintética, a melhoria compreendendo a utilização, para tal cabo, de um cabo compreendendo fibras de alta tenacidade, o cabo e/ou as fibras sendo revestidos com uma composição compreendendo uma resina de silicone amino funcional e um polietileno neutralizado com baixo peso molecular.
[00013] Foi descoberto que, quando fibras de alta tenacidade são cobertas com uma composição compreendendo uma resina de silicone amino funcional e um polietileno neutralizado com baixo peso molecular, e formadas como um cabo, ou se um cabo formado através dessas fibras não revestidas for coberto com a composição, a resistência ao dobramento cíclico sobre polias desse cabo é inesperadamente melhorada. Foi também descoberto que, quando fibras de alta tenacidade são combinadas com outras fibras de alta tenacidade, e as fibras combinadas são cobertas com uma composição compreendendo uma resina de silicone amino funcional e um polietileno neutralizado com baixo peso molecular, e formadas como um cabo, ou se um cabo formado dessas fibras combinadas for coberto com a composição, a resistência ao dobramento cíclico sobre polias desse cabo é inesperadamente melhorada.
[00014] Para os fins da presente invenção, uma fibra é um corpo alongado, cuja dimensão do comprimento é muito maior do que as dimensões transversais da largura e da espessura. Por conseguinte, o termo “fibra” inclui monofilamento, multifilamento, fita, tira, grampo e outros formatos de fibra picada, cortada ou descontínua e semelhantes tendo seções transversais regulares ou irregulares. O termo “fibra” inclui uma pluralidade de qualquer um do anterior, ou uma combinação desses. Um fio é uma meada contínua composta de muitas fibras ou filamentos. Fibras podem ser também na forma de régua, tira, ou fita ou película bipartida.
[00015] As seções transversais das fibras úteis na presente invenção podem variar amplamente. Elas podem ser de seção transversal circular, plana ou oblonga. Elas podem ser também de seção transversal irregular ou regular com lóbulos múltiplos tendo um ou mais lóbulos regulares ou irregulares projetando-se a partir do eixo linear ou longitudinal das fibras. Prefere-se que as fibras sejam de seção transversal substancialmente circular, plana ou oblonga, mais preferivelmente de formato substancialmente circular.
[00016] Conforme acima citado, cabos compreendendo fibras de poliolefinas com alto módulo de elasticidade, tais como fibras de polietileno com cadeia estendida, e fios feitos a partir dessas, têm sido sugeridos para uso em aplicações marítimas. Um desses usos dos cabos é para içamento pesado e amarração de objetos sobre o leito marinho. Outras aplicações incluem exploração offshore de petróleo e gás, aplicações oceanográficas, sísmicas e outras industriais. As aplicações mais preferidas para cabos dessa invenção incluem içamento e assentamento em águas profundas.
[00017] As fibras usadas na construção de cabos dessa invenção são fibras de alta tenacidade. Conforme aqui usado, o termo “fibras de alta tenacidade” significa fibras que possuem tenacidades iguais ou superiores a cerca de 7 g/b. De preferência, essas fibras possuem módulos iniciais de tração de pelo menos cerca de 150 g/d e energias à ruptura de pelo menos cerca de 8 J/g, conforme medidos pela ASTM D2256. Conforme aqui usados, os termos “módulo inicial de tração”, “módulo de tração” e “módulo” significam o módulo de elasticidade, conforme medido pela ASTM 2256 para um fio.
[00018] De preferência, as fibras de alta tenacidade possuem tenacidades iguais ou superiores a cerca de 10 g/d, mais preferivelmente iguais ou superiores a cerca de 16 g/d, mais preferivelmente ainda iguais ou superiores a cerca de 22 g/d, e mais preferivelmente iguais ou superiores a cerca de 28 g/d.
[00019] As fibras de alta tenacidade podem ser usadas em separado na construção do cabo ou, mais preferivelmente, são usadas como combinações de duas ou mais fibras de alta tenacidade de diferente composição química na construção do cabo.
[00020] Fibras de alta tenacidade aqui usadas incluem fibras de poliolefinas de alto peso molecular, altamente orientadas, de modo particular fibras de polietileno e fibras de polipropileno de alto módulo, fibras de aramida, fibras de polibenzazol, tais como polibenzoxazol (PBO) e polibenzotiazol (PBT), fibras de álcool polivinílico, fibras de poliacrilonitrila, fibras de poliamida, de fibras de poliéster, fibras de copoliésteres de cristal líquido, fibras de vidro, fibras de carbono, ou fibras de basalto, ou outros minerais, bem como fibras poliméricas de bastão rígido, e suas misturas e combinações. Fibras de alta resistência preferidas usadas nessa invenção incluem fibras de poliolefinas, fibras de aramida, e fibras de copoliéster líquido, e suas misturas e combinações. Mais preferidas são fibras de polietileno de alto peso molecular, fibras de aramida e fibras de copoliéster líquido, e suas misturas e combinações. Embora fios, que formam os cabos, possam ser feitos de uma combinação de duas ou mais dessas fibras de alta tenacidade, de preferência, os fios que compõem o cabo são formados de um único tipo de fibra de alta tenacidade, e dois ou mais fios de diferentes tipos de fibra são usados para formar o cabo.
[00021] Combinações preferidas são combinações de fibras de polietileno de alta tenacidade e fibras de aramida, e combinações de fibras de alta tenacidade e de fibras de copoliéster de cristal líquido, bem como combinações de fibras de aramida e fibras de copoliéster de cristal líquido.
[00022] As fibras utilizadas na construção do cabo, de preferência, compreendem fibras de poliolefinas de cadeia estendida (também conhecidas como de alto peso molecular, alta tenacidade, ou alto módulo), de modo particular, fibras de polietileno e fibras de polipropileno de alto módulo.
[00023] A Patente norte americana U.S. N° 4.457.985 discute, de modo geral, essas fibras de polietileno e polipropileno de alto peso molecular, e a divulgação dessa patente é aqui incorporada para fins de referência, na medida em que ela não seja incompatível com o presente documento. No caso de polietileno, fibras adequadas são aquelas com peso molecular médio em peso de pelo menos cerca de 150000, de preferência, de pelo menos cerca de um milhão e, e mais preferivelmente, entre cerca de dois milhões e cerca de cinco milhões. Tais fibras de polietileno de alto peso molecular podem ser fiadas em solução (ver a Patente norte americana U. S. N° 4.137.394 e a Patente norte americana U. S. N° 4.356.138), ou um filamento fiado a partir de uma solução para formar uma estrutura de gel (ver a Patente norte americana U. S. N° 4.413.110, a Patente Alemã N° 3.004.699 e a Patente GB N° 2051667), ou as fibras de polietileno podem ser produzidas por um processo de enrolamento e estiramento (ver a Patente norte americana U. S. N° 5.702.657). Conforme aqui usado, o termo polietileno significa um material de polietileno essencialmente linear, que pode conter pequenas porções de cadeia ramificada ou comonômeros não superiores a cerca de 5 unidades modificadoras por 100 átomos de carbono na cadeia principal, e que pode ainda conter, misturado com o mesmo, não mais do que cerca de 50% em peso de um ou mais aditivos poliméricos, tais como polímeros de alqueno-1, de modo particular, polietileno, polipropileno ou polibutileno de baixa densidade, copolímeros contendo mono- olefinas, como monômeros primários, poliolefinas oxidadas, copolímeros de poliolefinas enxertadas e polioximetilenos, ou aditivos de baixo peso molecular, tais como antioxidantes, lubrificantes, agentes de cortina de ultravioleta, corantes e semelhantes, que são normalmente incorporados.
[00024] Fibras de polietileno de alta tenacidade são fornecidas, por exemplo, através das fibras e fios com a marca comercial SPECTRA® pela Honeywell International Inc. de Morristown, New Jersey, E.U.A..
[00025] Dependendo da técnica de formação, da relação de estiramento e das temperaturas, e outras condições, uma variedade de propriedades pode ser concedida a essas fibras. A tenacidade das fibras de polietileno é de pelo menos cerca de 7 g/d, de preferência, de pelo menos cerca de 15 g/d, mais preferivelmente, de pelo menos cerca de 20 g/d, mais preferivelmente ainda, de pelo menos cerca de 25 g/d e, mais preferivelmente, de pelo menos cerca de 30 g/d. Da mesma forma, o módulo de tração inicial das fibras, conforme medido por uma máquina de teste de tração Instron, é, de preferência, de pelo menos cerca de 300 g/d, mais preferivelmente, de pelo menos cerca de 500 g/d, mais preferivelmente ainda, de pelo menos cerca de 1000 g/d e, de preferência, de pelo menos cerca de 1200 g/d. Esses valores máximos para a tenacidade e o módulo de tração inicial são, em geral, somente obtidos pelo emprego de processos de fiação com gel ou crescimento de solução. Muitos dos filamentos possuem pontos de fusão superiores ao ponto de fusão do polímero, de qual eles foram formados. Assim, por exemplo, polietileno de alto peso molecular, com de cerca de 150.000, cerca de um milhão e cerca de dois milhões de peso molecular, possui geralmente pontos de fusão da ordem de 138° C. Os filamentos de polietileno altamente orientados feitos desses materiais possuem pontos de fusão de cerca de 7° C a cerca de mais de 13° C. Assim, um ligeiro aumento no ponto de fusão reflete a perfeição cristalina e superior orientação cristalina dos filamentos, se comparados ao polímero bruto.
[00026] De preferência, o polietileno empregado é um polietileno tendo menos do que cerca de um grupo metila por mil átomos de carbono, mais preferivelmente menos do que cerca de 0,5 grupos metila por mil átomos de carbono, e menos do que cerca de 1% em peso de outros constituintes.
[00027] Da mesma forma, fibras de polipropileno de alto peso molecular, altamente orientadas, de peso molecular médio de pelo menos cerca de 200.000, de preferência, de pelo menos cerca de um milhão e, mais preferivelmente, de pelo menos cerca de dois milhões, podem ser usadas. Tal polipropileno com cadeia estendida pode ser formado em filamentos razoavelmente bem orientados pelas técnicas descritas nas diversas referências acima citadas, e especialmente pela técnica da Patente norte americana U. S. N° 4.413.110. Visto que polipropileno é um material muito menos cristalino do que polietileno e contém grupos metila pendentes, os valores de tenacidade alcançáveis com polipropileno são geralmente substancialmente inferiores aos valores correspondentes para polietileno. Por conseguinte, uma tenacidade adequada é, de preferência, de pelo menos cerca de 8 g/d, mais preferivelmente, de pelo menos cerca de 11 g/d. O módulo de tração inicial para polipropileno é, de preferência, de pelo menos cerca de 160 g/d, mais preferivelmente de pelo menos cerca de 200 g/d. O ponto de fusão do polipropileno é, em geral, elevado em diversos graus pelo processo de orientação, assim que o filamento de polipropileno possui, de preferência, um ponto de fusão principal de pelo menos 168° C, mais preferivelmente de pelo menos 170° C. As faixas particularmente preferidas para os parâmetros acima descritos podem fornecer, de maneira vantajosa, um melhorado desempenho no artigo final. O emprego de fibras tendo um peso molecular médio em peso de pelo menos cerca de 200.000, acoplado com as faixas preferidas para os parâmetros (módulo e tenacidade) acima descritos, podem proporcionar, de maneira vantajosa, um melhorado desempenho no artigo final.
[00028] No caso de fibras de polietileno com cadeia estendida, a preparação e estiramento das fibras de polietileno fiadas com gel são descritas em várias publicações, incluindo as Patentes norte americanas U. S. N° 4.413.110, 4.430.383; 4.436.689; 4.536.536; 4.545.950; 4.551.296; 4.612.148; 4.617.233; 4.663.101; 5.032.338; 5.246.657; 5.286.435; 5.342.567; 5.578.374; 5.736.244; 5.741.451; 5.948.582; 5.972.498; 6.448.359; 6.969.553 e a publicação do Pedido de Patente norte americana U.S 2005/0093200, cujas divulgações são aqui expressamente incorporadas para fins de referência, na medida em que não sejam incompatíveis com o presente documento.
[00029] No caso das fibras de aramida, fibras adequadas formadas por poliamidas aromáticas são descritas na Patente norte americana U. S. N° 3.671.542, cuja divulgação é aqui incorporada para fins de referência, na medida em que não seja incompatível com o presente documento. Fibras de aramida preferidas terão uma tenacidade de pelo menos cerca de 20 g/d, um módulo de tração inicial de pelo menos cerca de 400 g/d, e uma energia à ruptura de pelo menos cerca de 8 J/g, e fibras de aramida particularmente preferidas terão uma tenacidade de pelo menos cerca de 20 g/d e uma energia à ruptura de pelo menos cerca de 20 J/g. Fibras de aramida mais preferidas terão uma tenacidade de pelo menos cerca de 23 g/d, um módulo de pelo menos cerca de 500 g/d, e uma energia à ruptura de pelo menos cerca de 30 J/g. Por exemplo, filamentos de poli(p-fenileno tereftalamida), que possuem valores de tenacidade e módulos moderadamente altos, são particularmente úteis na formação de compostos à prova de balística. Exemplos são o Twaron® T2000 da Teijin, que possui um denier de 1000. Outros exemplos são o Kevlar® 29, que possui 500 g/d e 22 g/d para valores do módulo de tração inicial e da tenacidade, respectivamente, bem como o Kevlar® 129 e KM2, que são fornecidos em 400, 640 e 840 deniers pela du Pont. Fibras de aramida de outros fabricantes podem ser também usadas nessa invenção. Copolímeros de poli(p-fenileno tereftalamida) podem ser também usados, tal como co-poli(p- fenileno tereftalamida 3,4’ oxidifenileno tereftalamida). Também usadas na prática dessa invenção são as fibras de poli(m-fenileno isoftalamida) vendidas pelas du Pont, através da marca comercial Nomex®.
[00030] Fibras de álcool polivinílico (PV-OH) de alto peso molecular tendo alto módulo de tração são descritas na Patente norte americana U. S. N° 4.440.711 de Kwon e outros, que é aqui incorporada para fins de referência, na medida em que ela não seja incompatível com o presente documento. Fibras de PV-OH com alto peso molecular devem ter um peso molecular médio em peso de pelo menos cerca de 200.000. Fibras de PV-OH particularmente úteis devem ter um módulo de pelo menos cerca de 300 g/d, uma tenacidade de preferência de pelo menos cerca de10 g/d, mais preferivelmente de pelo menos cerca de 14 g/d e, de preferência, de pelo menos cerca de 17 g/d, e uma energia à ruptura de pelo menos cerca 8 J/g. Uma fibra de PV-OH tendo tais propriedades pode ser produzida, por exemplo, pelo processo divulgado na Patente norte americana U. S. N° 4.599.267.
[00031] No caso da poliacrilonitrila (PAN), a fibra de PAN deve ter um peso molecular médio em peso de pelo menos cerca de 400.000. Fibras de PAN particularmente úteis devem ter uma tenacidade, de preferência, de pelo menos cerca de 10 g/d, e uma energia à ruptura de pelo menos cerca 8 J/g. Uma fibra de PAN tendo um peso molecular de pelo menos cerca de 400.000, uma tenacidade de pelo menos cerca de 15 a 20 g/d, e uma energia à ruptura de pelo menos cerca 8 J/g é mais útil; e tais fibras são divulgadas, por exemplo, na Patente norte americana U. S. N° 4.535.027.
[00032] Fibras de copoliéster de cristal líquido adequadas para a prática dessa invenção são divulgadas, por exemplo, nas Patentes norte americanas U. S. N° 3.975.487; 4.118.372 e 4.161.470. Fibras de copoliéster de cristal líquido são fornecidas com o nome Vectran® pela Kuraray America Inc.
[00033] Fibras de polibenzazol adequadas para a prática dessa invenção são divulgadas, por exemplo, nas Patentes norte americanas U. S. N° 5.286.833; 5.296.185; 5.356.584; 5.534.205 e 6.040.050. Fibras de polibenzazol são fornecidas através do nome Zylon® pela Toyobo Co.
[00034] Fibras com bastão rígido são divulgadas, por exemplo, nas Patentes norte americanas U. S. N° 5.674.969; 5.939.553; 5.945.537 e 6.040.478. Tais fibras são fornecidas com a designação M5® pela Magellan Systems International.
[00035] Quando dois ou mais tipos de fibras de alta tenacidade são empregados nos cabos dessa invenção, de preferência um tipo de fibras de alta tenacidade é uma fibra de poliolefina, mais preferivelmente uma fibra de polietileno. A porcentagem das fibras de polietileno de alta tenacidade nos cabos pode variar amplamente, dependendo do outro tipo de fibras de alta tenacidade empregado e das propriedades desejadas das fibras. As fibras de polietileno de alta tenacidade podem compreender de cerca de 20 a cerca de 80% em peso, mais preferivelmente, de cerca de 30 a cerca de 70% em peso e, mais preferivelmente ainda, de cerca de 40 a cerca de 60% em peso, baseado no peso total das fibras de alta tenacidade no cabo. Por exemplo, cabos podem ser formados de cerca de 80 a cerca de 20% em peso de fibras de polietileno de alta tenacidade e, de modo correspondente, de cerca de 20 a cerca de 80% em peso de fibras de aramida; mais preferivelmente, de cerca de 70 a cerca de 30% em peso das fibras de polietileno de alta tenacidade e, de modo correspondente, de cerca de 30 a cerca de 70% em peso das fibras de aramida; mais preferivelmente ainda, de cerca de 40 a cerca de 60% em peso das fibras de polietileno de alta tenacidade e, de modo correspondente, de cerca de 60 a cerca de 40% em peso das fibras de aramida. Em uma modalidade particularmente preferida, o cabo compreende de cerca de 70 a cerca de 55% em peso das fibras de aramida e, de modo correspondente, de cerca de 30 a cerca de 45% em peso das fibras de polietileno de alta tenacidade, baseado no peso total das fibras de alta tenacidade no cabo. Em outra modalidade da invenção, todas, ou substancialmente todas, as fibras no cabo são formadas por fibras de aramida.
[00036] Quando fibras de copoliéster de cristal líquido são usadas em conjunto com fibras de polietileno de alta tenacidade, cabos podem ser formados de cerca de 80 a cerca de 20% em peso das fibras de polietileno de alta tenacidade e, de modo correspondente, de cerca de 20 a cerca de 80% em peso das fibras de copoliéster de cristal líquido; mais preferivelmente, de cerca de 70 a cerca de 30% em peso das fibras de polietileno de alta tenacidade e, de modo correspondente, de cerca de 30 a cerca de 70% em peso das fibras de copoliéster de cristal líquido; mais preferivelmente ainda, de cerca de 40 a cerca de 60% em peso das fibras de polietileno de alta tenacidade e, de modo correspondente, de cerca de 60 a cerca de 40% em peso das fibras de copoliéster de cristal líquido. Em uma modalidade particularmente preferida, o cabo compreende de cerca de 70 a cerca de 55% em peso das fibras de copoliéster de cristal líquido e, de modo correspondente, de cerca de 30 a cerca de 45% em peso das fibras de polietileno de alta tenacidade, baseado no peso total das fibras de alta tenacidade no cabo. Em outra modalidade da invenção, todas, ou substancialmente todas, as fibras no cabo são formadas por fibras de copoliéster de cristal líquido.
[00037] Caso desejado, outros tipos de fibras podem ser empregados, além das fibras de alta tenacidade acima citadas. Outro tipo de fibra, que pode estar presente na construção do cabo dessa invenção, em conjunto com as fibras de alta tenacidade, são as fibras formadas por fluoropolímeros. Essas fibras de fluoropolímeros incluem fibras formadas, por exemplo, por politetrafluoroetileno (de preferência, politetrafluoroetileno expandido), policlorotrifluoroetileno (ambos homopolímeros e copolímeros (incluindo terpolímeros)), fluoreto de polivinila, fluoreto de polivinilideno, copolímeros de etileno - tetrafluoroetileno, copolímeros de etileno - clorotrifluoroetileno, copolímeros de etileno - propileno fluorado, polímero de perfluoroalcoxi, e semelhantes, bem como combinações de dois ou mais dos anteriores. Fibras fluoropoliméricas especialmente preferidas são aquelas formadas por politetrafluoroetileno e, de modo particular, fibras de politetrafluoroetileno expandido. Essas fibras são fornecidas, por exemplo, pela Lenzing Plastics GmbH & Co. KG e WL Gore & Associates..
[00038] A porção das fibras fluoropoliméricas, que são combinadas com as fibras de alta tenacidade, pode variar amplamente, dependendo do tipo de fluoropolímero e da aplicação de uso final. Por exemplo, a quantidade das fibras fluoropoliméricas na combinação pode variar de cerca de 1 a cerca de 40% em peso, mais preferivelmente, de cerca de 5 a cerca de 25% em peso e, mais preferivelmente ainda, de cerca de 10 a cerca de 20% em peso, baseado no peso total das fibras combinadas. De modo correspondente, a quantidade das fibras de alta tenacidade pode variar de cerca de 60 a cerca de 99% em peso, mais preferivelmente, de cerca de 75 a cerca de 95% em peso e, mais preferivelmente ainda, de cerca de 80 a cerca de 90% em peso, baseado no peso total das fibras combinadas.
[00039] Os diferentes tipos de fibras usados nos cabos dessa invenção podem ser combinados de qualquer maneira adequada. Por exemplo, meadas de um tipo de fibras podem ser torcidas com meadas de outro tipo de fibras para formar uma meada combinada, que é então trançada formando um cabo. De modo alternativo, as fibras podem ser combinadas como uma fibra de dois componentes, tendo um invólucro e um núcleo. Outras construções podem ser também empregadas. Os diferentes tipos de fibras podem estar presentes em qualquer local desejado no cabo.
[00040] Os cabos dessa invenção, de preferência, compreendem combinações de duas ou mais fibras de alta tenacidade, opcionalmente em conjunto com as fibras fluoropoliméricas. Esses cabos podem ser de qualquer construção adequada, tais como cabos trançados, cabos torcidos, cabos tipo wire-lay, cabos com núcleo paralelo, e semelhantes. Mais preferivelmente, o cabo é um cabo trançado. Os cabos podem ser de qualquer diâmetro adequado, e podem ser formados de qualquer maneira adequada através de fibras e/ou fios desejados. Por exemplo, na formação de um cabo trançado, uma máquina de trançagem convencional pode ser empregada, a qual possui uma pluralidade de bobinas de fio. Conforme é conhecido na arte, quando as bobinas giram, os fios são trançados acima e abaixo entre si, e são eventualmente coletados sobre um carretel de recolhimento. Detalhes de máquinas de trançagem e da formação dos cabos por meio dessas são conhecidos na arte, não sendo assim aqui divulgados em detalhes.
[00041] Fios de um tipo de fibras de alta tenacidade podem formar um subcabo, que forma, então, um cabo (tal como por trançagem), com um subcabo formado de fios do outro tipo das fibras de alta tenacidade. De modo alternativo, um subcabo pode ser formado através de combinações das fibras de alta tenacidade, e tal subcabo pode formar um cabo usando outros desses subcabos ou diferentes tipos de subcabos, por trançagem ou qualquer outra técnica desejada.
[00042] Os fios de alta tenacidade, que formam o cabo, podem ser de qualquer denier adequado, e os fios da fibra fluoropolimérica podem ser de denier igual ou diferente, do que os fios das fibras de alta tenacidade. Por exemplo, os fios de alta tenacidade podem ter um denier de cerca de 50 a cerca de 5000, mais preferivelmente, de cerca de 75 a cerca de 2000 denier, mais preferivelmente ainda, de cerca de 200 a cerca de 2000 e, de preferência, de cerca de 650 a cerca de 1500 denier. Os fios de fluoropolímero podem ter um denier de cerca de 50 a cerca de 2500 e, mais preferivelmente, de cerca de 400 a cerca de 1600.
[00043] De acordo com essa invenção, certa composição de cobertura é aplicada na construção do cabo. As fibras ou fios individuais, ou combinações das fibras ou fios, são cobertas com a composição de cobertura e, então, um cabo é formado pelas fibras ou fios cobertos, ou o cabo é primeiro formado e, então, é coberto com a composição de cobertura. A composição de cobertura compreende uma resina de silicone amino funcional e um polietileno neutralizado de baixo peso molecular. Os dois componentes podem ser misturados em qualquer relação desejada, tal como de cerca de 1 a cerca de 99% em peso do polietileno neutralizado de baixo peso molecular e uma quantidade correspondente da resina de silicone amino funcional. Todas as porcentagens são em peso do peso total da composição, salvo se de outro modo indicado. De preferência, o polietileno neutralizado de baixo peso molecular está presente em um teor de cerca de 30 a cerca de 90% em peso, com a resina de silicone amino funcional estando presente, de maneira correspondente, em um teor de cerca de 10 a cerca de 70% em peso. Mais preferivelmente, o polietileno neutralizado de baixo peso molecular é o principal componente da cobertura, tal como de cerca de 55 a cerca de 85% em peso da composição de cobertura com a resina de silicone amino funcional estando presente em um teor de cerca de 15 a cerca de 45% em peso. A composição pode conter uma variedade de outros aditivos, dependendo das propriedades finais desejadas.
[00044] Visto que algumas fibras de alta tenacidade, tais como fibras de poliolefinas com alto módulo, possuem normalmente um acabamento fiado aplicado, quando formadas, na presente invenção, a composição de cobertura aqui usada é algumas vezes chamada de uma composição de sobre-acabamento.
[00045] O silicone amino funcional é, de preferência, na forma de uma emulsão. De preferência, a emulsão compreende de cerca de 20 a cerca de 40% em peso da resina de silicone e possui um pH na faixa de cerca de 4,5 a cerca de 6,5. A emulsão inclui, de preferência, um emulsificador não iônico.
[00046] Da mesma forma, o polietileno neutralizado de baixo peso molecular é na forma de uma emulsão. De preferência, o polietileno é inteiramente neutralizado. Os polietilenos de baixo peso molecular são também conhecidos como ceras de polietileno, e são algumas vezes chamados de dispersões de cera. Conforme é conhecido na arte, essas ceras de polietileno, também chamadas de resinas, possuem geralmente um peso molecular inferior a cerca de 6000 Dalton, mais preferivelmente, inferior a cerca de 5000 Dalton, mais preferivelmente ainda, inferior a cerca de 3500 Dalton e, de preferência, entre cerca de 300 e cerca de 3000 Dalton.
[00047] Os componentes de cobertura podem ser misturados de qualquer maneira adequada. Por exemplo, a emulsão de silicone amino funcional pode ser adicionada ao polietileno neutralizado de baixo peso molecular em um vaso de aço inoxidável, ou outro vaso inerte. O vaso é, de preferência, equipado com um agitador para misturação apropriada sob baixas condições cisalhantes (fluxo laminar). A adição da emulsão de silicone amino funcional ao polietileno neutralizado de baixo peso molecular permite que o pH do sistema permaneça no lado básico. De modo alternativo, o polietileno neutralizado de baixo peso molecular pode ser adicionado à emulsão de silicone amino funcional. A misturação pode ser conduzida em qualquer temperatura apropriada, de preferência, entre cerca de 15 e cerca de 45° C, mais preferivelmente, entre cerca de 20 e cerca de 30° C. Prefere-se que a composição de cobertura possua um teor relativamente alto de sólidos, tal como da ordem de pelo menos de cerca de 25% em peso e, mais preferivelmente, de pelo menos cerca de 30% em peso. Mais preferivelmente ainda, o teor de sólidos da composição de cobertura é de cerca de 33 a cerca de 35% em peso. Foi verificado que o uso de emulsões de cobertura com alto teor de sólidos permite uma maior deposição da composição de cobertura sobre a fibra/fio ou cabo.
[00048] Se a composição for coberta diretamente sobre a fibra ou o fio, qualquer dispositivo de cobertura adequado pode ser empregado. Exemplos desse aparelho de cobertura incluem rolos de lubrificação, rolos de gravura, banhos de imersão e aplicadores de acabamento. Uma temperatura constante é desejada, para propiciar aplicação uniforme e elevado desempenho, já que a viscosidade do sistema é prejudicada por diferenças de temperatura. Se a composição for aplicada ao cabo, o cabo pode ser mergulhado em um banho contendo a composição de cobertura, com a composição em excesso espremida para fora, seguido por secagem com ar, ou o cabo pode ser coberto e, a seguir, passado através de um dispositivo de aquecimento para acelerar a secagem, seguido por secagem com ar.
[00049] É desejável ter uma absorção final relativamente alta dos sólidos da cobertura sobre a fibra/ fio ou cabo. De preferência, a absorção final é de pelo menos cerca de 0,5% em peso, mais preferivelmente, de pelo menos cerca de 5% em peso e, mais preferivelmente ainda, de pelo menos de cerca de 10 a cerca de 30% em peso.
[00050] Os exemplos não limitadores a seguir são apresentados para proporcionar uma compreensão mais completa da invenção. As técnicas, condições, materiais, proporções e dados reportados específicos, apresentados para ilustrar os princípios da invenção, são exemplificantes e não devem ser considerados como limitadores de escopo da invenção. Todas as partes são em peso, salvo se de outro modo observado.
[00051] Um cabo trançado foi formado através de fios de polietileno de alta tenacidade e de fios de copoliéster de cristal líquido. O fio de polietileno empregado foi o fio SPECTRA® 1000 da Honeywell International Inc., tendo um denier de 1300, uma tenacidade de 35 g/d e um módulo de 1150 g/d. O fio de copoliéster de cristal líquido foi o fio Vectran® HT Tipo 97 da Kuraray America Inc., tendo um denier de 1500, uma tenacidade de cerca de 25 g/d e um módulo de cerca de 600 g/d. Os fios foram cobertos com uma composição de sobre-acabamento.
[00052] A composição de sobre-acabamento foi preparada através de uma resina de silicone amino funcional e um polietileno neutralizado de baixo peso molecular. A resina de silicone amino funcional era uma emulsão tendo um teor de silicone de 35% em peso, um pH de 4,5 - 6,5 e incluía um emulsificador não-iônico, fornecido pela Dow Corning (emulsão 2-8818). O polietileno neutralizado de baixo peso molecular era uma emulsão de cera de polietileno neutralizado não-iônico (Fluftone® da Apollo Chemical), tendo um teor de sólidos entre 29% e 31%, e um pH na faixa de 9,0 a 11.
[00053] A composição de cobertura foi preparada por combinação do polietileno neutralizado de baixo peso molecular na emulsão da resina de silicone amino funcional, com a composição resultante compreendendo 70% em peso do polietileno neutralizado de baixo peso molecular. O fio foi coberto por imersão da fibra na composição de sobre-acabamento em temperatura ambiente. O teor de absorção da cobertura sobre o fio foi de cerca de 15%.
[00054] O fio coberto foi trançado formando um cabo com 12 mechas, com um diâmetro aproximado de 5 mm. O fio foi trançado formando uma corda, torcendo primeiro três fios cobertos entre si, formando um cordão em 0,5 voltas por polegada. Os cordões foram torcidos na direção “S” e na direção “Z”. Doze cordões foram, então, carregados sobre um trançador de 12 mechas, em um formato alternado (S, Z, S, Z etc.). Três cordões foram, então, trançados entre si, resultando em um cabo trançado com 12 mechas. O cabo era composto de cerca de 63% em peso das fibras de polietileno e cerca de 37% em peso das fibras de copoliéster de cristal líquido.
[00055] O cabo foi testado quanto à sua resistência ao dobramento cíclico sobre polias (CBOS). Nesse teste, os cabos foram dobrados a cerca de 180° sobre uma polia ou roldana de livre giro. Carga foi aplicada aos cabos, sendo eles passados sobre a polia, até que os cabos se rompessem. O teste foi conduzido com uma relação D:d de 10 sobre uma roldana de 1,3 pol. (3,3 cm) a 75 ciclos por minuto, com uma carga de 100 kg sobre a polia (50 kg de tensão sobre cada um dos lados do cabo). O número de ciclos foi determinado, com base em uma média de 5 posições, antes que houvesse a ruptura do cabo. Os resultados são mostrados na Tabela 1 abaixo. Exemplo 2 (comparativo)
[00056] Como um controle para o Exemplo 1, um cabo trançado foi formado da mesma maneira, mas nenhuma composição de sobre- acabamento foi usada. Esse cabo foi também testado quanto à sua resistência CBOS, e os resultados são mostrados na Tabela 1 abaixo.
*comparativo
[00057] Os dados na Tabela 1 demonstram que os cabos formados através de combinações das fibras de polietileno de alta tenacidade e das fibras de copoliéster de cristal líquido, que são cobertas com a composição de cobertura da invenção, possuem uma resistência significativamente superior à fadiga CBOS. Exemplo 3
[00058] O Exemplo 1 foi repetido, exceto que o cabo foi formado por 40% em peso de fibras de polietileno com alta tenacidade e 60% em peso das fibras de copoliéster de cristal líquido, e possui um diâmetro de cerca de 40 mm. Resultados similares foram observados. Exemplo 4
[00059] O Exemplo 1 foi repetido, exceto que o cabo foi formado por 40% em peso de fibras de polietileno com alta tenacidade e 60% em peso de fibras de aramida, e possui um diâmetro de cerca de 40 mm. Resultados similares foram observados. Exemplo 5
[00060] O Exemplo 1 foi repetido, exceto que os cabos foram formados através de fios não-cobertos e, após a fabricação, os cabos foram cobertos com a composição de sobre-acabamento por imersão do cabo na composição de sobre-acabamento em temperatura ambiente. Resultados similares foram observados.
[00061] Pode ser visto que a presente invenção fornece cabos, que possuem uma resistência significativamente melhorada à fadiga CBOS. Em decorrência disso, esses cabos podem ser empregados em muitas aplicações necessárias, incluindo aquelas aplicações marítimas, como içamento e abaixamento de objetos pesados do leito marinho.
[00062] Tendo assim descrito a invenção em detalhes bastante completos, deverá ficar claro que esses detalhes não precisam ser estritamente seguidos, mas que outras mudanças e modificações podem ser sugeridas pelas pessoas versadas na técnica, todas elas incidindo no escopo da invenção, conforme definido pela reivindicações apensas.
Claims (27)
1. CABO TENDO MELHORADA RESISTÊNCIA À FADIGA POR DOBRAMENTO CÍCLICO SOBRE POLIAS (CBOS), compreendendo fibras de alta tenacidade, dito cabo e/ou ditas fibras sendo cobertas com uma composição, caracterizado por a composição compreender uma resina de silicone amino funcional e um polietileno neutralizado com baixo peso molecular, em que dita composição está presente no dito cabo em um teor de pelo menos 5 por cento em peso de sólidos baseado no peso do dito cabo.
2. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as ditas fibras de alta tenacidade serem selecionadas dentre o grupo constituído de poliolefinas de alto peso molecular, aramida, álcool polivinílico, poliacrilonitrila, polibenzazol, poliamida, poliéster, poliésteres de cristal líquido, fibras de vidro, carbono, basalto, e minerais, e fibras de bastão rígido, e suas combinações.
3. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as ditas fibras de alta tenacidade serem selecionadas dentre o grupo constituído de fibras de polietileno, fibras de aramida, fibras de copoliéster de cristal líquido, e suas combinações.
4. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as ditas fibras de alta tenacidade compreenderem uma combinação de fibras de polietileno de alta tenacidade e outras fibras de alta tenacidade, que não são fibras de poliolefinas, ditas outras fibras sendo fibras de aramida e/ou fibras de copoliéster de cristal líquido.
5. Cabo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por as ditas fibras de polietileno de alta tenacidade estarem presentes em um teor de 40 a 60 por cento em peso, e das ditas outras fibras estarem presentes em um teor variando de 60 a 40 por cento em peso, baseado no peso total das ditas fibras de alta tenacidade no dito cabo.
6. Cabo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por as ditas fibras de polietileno de alta tenacidade compreenderem uma combinação de fibras de polietileno de alta tenacidade e fibras de aramida.
7. Cabo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por as ditas fibras de alta tenacidade compreenderem uma combinação de fibras de polietileno de alta tenacidade e fibras de copoliéster de cristal líquido.
8. Cabo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o dito polietileno de baixo peso molecular neutralizado compreender de 30 por cento a 90 por cento em peso da dita composição.
9. Cabo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o dito polietileno de baixo peso molecular neutralizado estar presente em um teor de 55 por cento a 85 por cento em peso, baseado no peso total da dita composição.
10. Cabo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o dito polietileno de baixo peso molecular neutralizado ser inteiramente neutralizado.
11. Cabo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por ainda compreender fibras fluoropoliméricas.
12. Cabo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por ser um cabo trançado.
13. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as ditas fibras de alta tenacidade terem uma tenacidade de pelo menos 16 g/d.
14. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as ditas fibras de alta tenacidade serem constituídas de fibras de aramida.
15. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma combinação de fibras de poliolefinas de alta tenacidade com outras fibras de alta tenacidade, que não são fibras de poliolefinas.
16. Cabo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por as ditas outras fibras de alta tenacidade que não são fibras de poliolefinas compreenderem fibras de aramida e/ou fibras de copoliéster de cristal líquido.
17. Cabo, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por as ditas fibras de poliolefina de alta tenacidade serem fibras de polietileno de alta tenacidade que estão presentes em um teor variando de 40 a 60 por cento em peso, e das ditas outras fibras de alta tenacidade que não são fibras de poliolefinas compreenderem fibras de aramida, que estão presentes em um teor variando de 60 a 40 por cento em peso, baseado no peso total das fibras de alta tenacidade no dito cabo.
18. Cabo, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por o dito polietileno de baixo peso molecular estar presente em um teor de 55 por cento a 85 por cento em peso, baseado no peso total da dita composição, e do dito polietileno de baixo peso molecular ser inteiramente neutralizado.
19. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma combinação de fibras de poliolefinas de alta tenacidade com outras fibras de alta tenacidade, ditas outras fibras de alta tenacidade compreendendo fibras de aramida e/ou fibras de copoliéster de cristal líquido.
20. Cabo, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por o dito polietileno de baixo peso molecular estar presente em um teor de 55 por cento a 85 por cento em peso, baseado no peso total da dita composição, e do dito polietileno de baixo peso molecular ser inteiramente neutralizado.
21. MÉTODO PARA MELHORAR A RESISTÊNCIA À FADIGA POR DOBRAMENTO CÍCLICO SOBRE POLIAS (CBOS) DE UM CABO, compreendendo a formação do dito cabo através de fibras de alta tenacidade, e cobertura do dito cabo e/ou das ditas fibras formadoras do dito cabo com uma composição, caracterizado por a referida composição compreender uma resina de silicone amino funcional e um polietileno neutralizado com baixo peso molecular, em que dita composição esta presente no dito cabo em um teor de pelo menos 5 por cento em peso de sólidos baseado no peso do dito cabo.
22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado por as ditas fibras de alta tenacidade compreenderem uma combinação de fibras de polietileno de alta tenacidade e outras fibras de alta tenacidade, ditas outras fibras de alta tenacidade compreendendo fibras de aramida e/ou fibras de copoliéster de cristal líquido.
23. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado por incluir a cobertura do dito cabo com a dita composição, onde o dito polietileno de baixo peso molecular neutralizado está presente em um teor de 55 por cento a 85 por cento em peso, baseado no peso total da dita composição, e onde o dito polietileno de baixo peso molecular é inteiramente neutralizado.
24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por a dita composição possuir um teor de sólidos de pelo menos 25% em peso.
25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado por a dita resina de silicone amino funcional ser na forma de uma emulsão tendo um pH de 4,5 a 6,5.
26. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado por incluir a cobertura das ditas fibras com a dita composição, onde o dito polietileno de baixo peso molecular está presente em um teor de 55 por cento a 85 por cento em peso, baseado no peso total da dita composição, e onde o dito polietileno de baixo peso molecular é inteiramente neutralizado.
27. USO DE UM CABO COMPREENDENDO FIBRAS DE ALTA TENACIDADE PARA IÇAMENTO E COLOCAÇÃO DE OBJETOS PESADOS SOBRE UM LEITO MARINHO, dito cabo e/ou ditas fibras sendo cobertas com uma composição, caracterizado por a referida composição compreender uma resina de silicone amino funcional e um polietileno neutralizado com baixo peso molecular, em que dita composição está presente no dito cabo em um teor de pelo menos 5 por cento em peso de sólidos baseado no peso do dito cabo.
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