ES2640476T3 - Cabos con realización mejorada de flexión cíclica sobre poleas - Google Patents

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Abstract

Un cabo que presenta resistencia mejorada a la fatiga de flexión cíclica sobre poleas (FCSP), comprendiendo dicho cabo fibras de alta tenacidad, estando recubierto dicho cabo y/o dichas fibras con una composición, caracterizado por que la composición comprende una resina de silicona con funciones amino y un polietileno de bajo peso molecular, neutralizado.

Description

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DESCRIPCION
Cabos con realizacion mejorada de flexion dclica sobre poleas Campo de la invencion
Esta invencion se refiere a mejoras en cabos, y en particular, a cabos sinteticos de alta tenacidad adecuados para uso en aplicaciones marinas.
Descripcion de la tecnica relacionada
Se han usado cabos de fibra sintetica en una variedad de aplicaciones, incluyendo varias aplicaciones marinas. Un tipo de cabo que presenta excelentes propiedades es el cabo hecho de fibras y/o filasticas de poliolefina de alto modulo. Tambien se conocen fibras de poliolefina de alta tenacidad como fibras de cadena extendida o de alto peso molecular. Estas fibras y filasticas estan disponibles, por ejemplo, como fibras y filasticas de polietileno de cadena extendida SPECTRA® de Honeywell International Inc.
Se han sugerido cabos conformados de fibras de polietileno de cadena extendida para uso en aplicaciones marinas. Veanse, por ejemplo, las patentes de EE.UU. 5 901 632 y 5 931 076 ambas para Ryan.
En algunas aplicaciones marinas, se flexionan repetidamente cabos de polietileno de cadena extendida sobre poleas, rodillos o postes cuando se estan usando. Algunos cabos sinteticos experimentan desgaste prematuro cuando se someten a flexion repetida sobre poleas y, en particular, han experimentado este problema los cabos sinteticos usados en aplicaciones industriales marinas.
Los cabos sinteticos continuan reemplazando al cable acerado en muchas aplicaciones marinas. Como los cabos sinteticos continuan reemplazando al cable acerado en muchas aplicaciones de flexion dclica sobre poleas (FCSP), existe la necesidad de mejorar la vida frente a la fatiga de cabos sinteticos de alta realizacion. En particular, existe la necesidad de mejorar la realizacion de los cabos hechos de fibras y filasticas de poliolefina de alta realizacion.
Una solucion propuesta para proporcionar un cabo con propiedades mejoradas se describe en la patente de EE.UU. 6 945 153 a Knudsen et al.
Esta patente describe un cabo de gran diametro que se forma de una mezcla de fibras de polietileno de cadena extendida y fibras polimericas de cristal lfquido. Sena deseable mejorar las propiedades de dicho cabo.
Sena deseable proporcionar un cabo de fibras de poliolefina de alta tenacidad que presentara resistencia al desgaste mejorada para flexion repetida sobre poleas y similares, especialmente en aplicaciones humedas, al tiempo que se mantuvieran sus excelentes propiedades de otro modo. Tambien sena deseable proporcionar un cabo que fuera adecuado para uso en aplicaciones de elevacion de cargas pesadas, por ejemplo, a y de, el fondo marino.
Sumario de la invencion
De acuerdo con esta invencion, se proporciona un cabo con resistencia a la fatiga de FCSP mejorada, comprendiendo el cabo fibras de alta tenacidad, estando recubierto el cabo y/o las fibras con una composicion que comprende una resina de silicona con funciones amino y un polietileno de bajo peso molecular, neutralizado.
Mas de acuerdo con esta invencion, se proporciona un cabo con resistencia a la fatiga de FCSP mejorada, comprendiendo el cabo una mezcla de fibras de poliolefina de alta tenacidad con otras fibras de alta tenacidad que no son fibras de poliolefina, estando recubierto el cabo y/o las fibras con una composicion que comprende una resina de silicona con funciones amino y un polietileno de bajo peso molecular, neutralizado.
Tambien de acuerdo con esta invencion, se proporciona un cabo con resistencia a la fatiga de FCSP mejorada, comprendiendo el cabo una mezcla de fibras de poliolefina de alta tenacidad con otras fibras de alta tenacidad, comprendiendo las otras fibras de alta tenacidad fibras de aramida y/o fibras de copoliester de cristal lfquido, estando recubierto el cabo y/o las fibras con una composicion que comprende una resina de silicona con funciones amino y un polietileno de bajo peso molecular, neutralizado.
Aun mas de acuerdo con esta invencion, se proporciona un metodo para mejorar la vida frente a la fatiga de FCSP de un cabo, comprendiendo el metodo conformar el cabo de fibras de alta tenacidad y recubrir el cabo y/o las fibras que forman dicho cabo con una composicion que comprende una resina de silicona con funciones amino y un polietileno de bajo peso molecular, neutralizado.
Tambien de acuerdo con esta invencion, se proporciona en un metodo de elevacion y colocacion de objetos pesados de, y sobre, un fondo marino usando un cabo de fibra sintetica, comprendiendo la mejora utilizar como tal cabo un cabo que comprende fibras de alta tenacidad, estando recubierto el cabo y/o las fibras con una composicion que comprende una resina de silicona con funciones amino y un polietileno de bajo peso molecular, neutralizado.
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Se ha descubierto que cuando se recubren fibras de alta tenacidad con una composicion que comprende una resina de silicona con funciones amino y un polietileno de bajo peso molecular, neutralizado, y se conforman en un cabo o si un cabo conformado de dichas fibras no recubiertas se recubre con la composicion, la resistencia a la flexion dclica sobre poleas de dicho cabo mejora inesperadamente. Tambien se ha descubierto que cuando se mezclan fibras de alta tenacidad con otras fibras de alta tenacidad y se recubren las fibras mezcladas con una composicion que comprende una resina de silicona con funciones amino y un polietileno de peso molecular bajo, neutralizado, y se conforman en un cabo o si un cabo conformado de dichas fibras mezcladas se recubre con la composicion, la resistencia a la flexion dclica sobre poleas de dicho cabo se mejora inesperadamente.
Descripcion detallada de la invencion
Para los fines de la presente invencion, una fibra es un cuerpo alargado cuya dimension de longitud es mucho mayor que las dimensiones transversales de anchura y espesor. De acuerdo con esto, el termino “fibra” incluye monofilamento, multifilamento, cinta, banda, grapa y otras formas de fibra picada, cortada o discontinua y similares con secciones transversales regulares o irregulares. El termino “fibra” incluye una pluralidad de cualquiera de lo anterior o una combinacion de los mismos. Una filastica es un cordon continuo constituido por muchas fibras o filamentos. Las fibras tambien pueden estar en forma de tira, banda o pelfcula o cinta dividida.
Las secciones transversales de las fibras utiles en la presente memoria pueden variar ampliamente. Pueden ser circulares, planas o rectangulares en seccion transversal. Tambien pueden ser de seccion transversal multilobular irregular o regular con uno o mas lobulos regulares o irregulares proyectandose desde el eje lineal o longitudinal de las fibras. Se prefiere que las fibras sean de seccion transversal sustancialmente circular, plana o rectangular, lo mas preferiblemente sustancialmente circular.
Como se menciono anteriormente, se han sugerido cabos que comprenden fibras de poliolefina de alto modulo, tales como fibras de polietileno de cadena extendida y filasticas hechas de ah para uso en aplicaciones marinas. Uno de esos usos de los cabos es para elevacion de cargas pesadas y amarre de objetos en el fondo marino. Otras aplicaciones incluyen exploracion de petroleo y gas en alta mar, aplicaciones oceanograficas, sfsmicas y otras aplicaciones industriales. Las aplicaciones mas preferidas para los cabos de esta invencion incluyen levantamiento y colocacion en mar profundo.
Las fibras usadas en la construccion de cabos de esta invencion son fibras de alta tenacidad. Como se usa en la presente memoria, el termino "fibras de alta tenacidad" significa fibras que presentan tenacidades iguales a, o mayores que, aproximadamente 7 g/d. Preferiblemente, estas fibras presentan modulos de traccion iniciales de al menos aproximadamente 150 g/d y energfas de rotura de al menos aproximadamente 8 J/g cuando se mide por ASTM D2256. Como se usa en la presente memoria, los terminos "modulo de traccion inicial", "modulo de traccion" y "modulo" significan el modulo de elasticidad cuando se mide por ASTM 2256 para una filastica.
Preferiblemente, las fibras de alta tenacidad presentan tenacidades iguales a, o mayores que, aproximadamente 10 g/d, mas preferiblemente iguales a, o mayores que, aproximadamente 16 g/d, incluso mas preferiblemente iguales a, o mayores que, aproximadamente 22 g/d y lo mas preferiblemente iguales a, o mayores que, aproximadamente 28 g/d.
Las fibras de alta tenacidad pueden usarse solas en la construccion del cabo o se usan mas preferiblemente como mezclas de dos o mas fibras de alta tenacidad de diferente composicion qrnmica en la construccion del cabo.
Las fibras de alta tenacidad utiles en la presente memoria incluyen fibras de poliolefina de alto peso molecular altamente orientadas, en particular fibras de polietileno de alto modulo y fibras de polipropileno, fibras de aramida, fibras de polibenzazol tales como polibenzoxazol (PBO) y polibenzotiazol (PBT), fibras de alcohol polivimlico, fibras de poliacrilonitrilo, fibras de poliamida, fibras de poliester, fibras de copoliester de cristal lfquido, fibras de vidrio, fibras de carbono o fibras de basalto u otros minerales, asf como fibras polimericas de varilla ngida y mixturas y mezclas de las mismas. Las fibras de alta resistencia preferidas, utiles en esta invencion, incluyen fibras de poliolefina, fibras de aramida y fibras de copoliester lfquido y mixturas y mezclas de las mismas. Lo mas preferido son fibras de polietileno de alto peso molecular, fibras de aramida y fibras de copoliester lfquido y mezclas y mixturas de las mismas. Aunque las filasticas que conforman los cabos pueden fabricarse de una mezcla de dos o mas de dichas fibras de alta tenacidad, preferiblemente las filasticas que constituyen el cabo se conforman de un unico tipo de fibra de alta tenacidad y se usan dos o mas filasticas de diferentes tipos de fibras para conformar el cabo.
Las mezclas preferidas son mezclas de fibras de polietileno de alta tenacidad y fibras de aramida y mezclas de fibras de alta tenacidad y fibras de copoliester de cristal lfquido, asf como mezclas de fibras de aramida y fibras de copoliester de cristal lfquido.
Las fibras utilizadas en la construccion del cabo comprenden preferiblemente fibras de poliolefina de cadena extendida (tambien conocido como alto peso molecular, alta tenacidad o alto modulo), en particular fibras de polietileno y fibras de polipropileno de alto modulo.
La patente de EE. UU. Num. 4 457 985 en general discute dichas fibras de polietileno y polipropileno de alto peso molecular y la descripcion de esta patente se incorpora por la presente como referencia en la medida en que no sea
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inconsistente con la presente. En el caso de polietileno, las fibras adecuadas son aquellas de peso molecular promedio ponderal de al menos aproximadamente 150 000, preferiblemente al menos aproximadamente un millon y mas preferiblemente entre aproximadamente dos millones y aproximadamente cinco millones. Dichas fibras de polietileno de alto peso molecular pueden ser hiladas en disolucion (vease la Patente de EE.UU. Num. 4 137 394 y la Patente de EE.Uu. Num. 4 356 138) o un filamento hilado de una disolucion para formar una estructura de gel (vease la Patente de EE.UU. Num. 4 413 110, Of. Alemana Num. 3 004 699 y la Patente britanica Num. 2 051 667) o las fibras de polietileno pueden ser producidas por un procedimiento de enrollado y estirado (vease la Patente de EE. UU. Num. 5 702 657). Como se usa en la presente memoria, el termino polietileno significa un material de polietileno predominantemente lineal que puede contener cantidades minoritarias de ramificacion de cadenas o comonomeros no excediendo de aproximadamente 5 unidades de modificacion por 100 atomos de carbono de la cadena principal y que tambien puede contener mezclado con ello no mas de aproximadamente 50 % en peso de uno o mas aditivos polimericos tales como alqueno-1-polfmeros, en particular polietileno, polipropileno o polibutileno, de baja densidad, copolfmeros que contienen monoolefinas como monomeros primarios, poliolefinas oxidadas, copolfmeros de poliolefina de injerto y polioximetilenos o aditivos de bajo peso molecular tales como antioxidantes, lubricantes, agentes de deteccion sistematica de ultravioleta, colorantes y similares que se incorporan normalmente.
Estan disponibles fibras de polietileno de alta tenacidad, por ejemplo, con la marca registrada SPECTRA® fibras y filasticas de Honeywell International Inc. de Morristown, Nueva Jersey, EE. UU.
Dependiendo de la tecnica de formacion, la relacion de estirado y las temperaturas y otras condiciones, pueden impartir una variedad de propiedades a estas fibras. La tenacidad de las fibras de polietileno son al menos aproximadamente 7 g/d, preferiblemente al menos aproximadamente 15 g/d, mas preferiblemente al menos aproximadamente 20 g/d, aun mas preferiblemente al menos aproximadamente 25 g/d y lo mas preferiblemente al menos aproximadamente 30 g/d. De manera similar, el modulo de traccion inicial de las fibras, cuando se mide por una maquina de ensayos de traccion Instron, es preferiblemente al menos aproximadamente 300 g/d, mas preferiblemente al menos aproximadamente 500 g/d, aun mas preferiblemente al menos aproximadamente 1 000 g/d y lo mas preferiblemente al menos aproximadamente 1 200 g/d. Estos valores mas altos para el modulo de traccion inicial y la tenacidad se pueden obtener en general solo empleando procedimientos de crecimiento en disolucion o de hilado en gel. Muchos de los filamentos presentan puntos de fusion mayores que el punto de fusion del polfmero del que se conformaron. Asf, por ejemplo, el polietileno de alto peso molecular de aproximadamente 150 000, aproximadamente un millon y aproximadamente dos millones de peso molecular, presenta en general puntos de fusion en el volumen de 138°C. Los filamentos de polietileno altamente orientados hechos de estos materiales presentan puntos de fusion de aproximadamente 7°C a aproximadamente 13°C mayores. Asf, un ligero aumento en el punto de fusion refleja la perfeccion cristalina y mayor orientacion cristalina de los filamentos cuando se compara con el polfmero en masa.
Preferiblemente, el polietileno empleado es un polietileno con menos de aproximadamente un grupo metilo por mil atomos de carbono, mas preferiblemente menos de aproximadamente 0,5 grupos metilo por mil atomos de carbono y menos de aproximadamente 1 % en peso de otros constituyentes.
De manera similar, pueden usarse fibras de polipropileno de alto peso molecular, altamente orientadas, de peso molecular promedio ponderal al menos aproximadamente 200 000, preferiblemente al menos aproximadamente un millon y mas preferiblemente al menos aproximadamente dos millones. Dicho polipropileno de cadena extendida puede conformarse en filamentos razonablemente bien orientados por las tecnicas prescritas en las diversas referencias referidas anteriormente y especialmente por la tecnica de la patente de EE. UU. Num. 4 413 110. Puesto que el polipropileno es un material mucho menos cristalino que el polietileno y contiene grupos metilo pendientes, los valores de la tenacidad que se pueden obtener con el polipropileno son en general sustancialmente menores que los correspondientes valores para el polietileno. De acuerdo con esto, una tenacidad adecuada es preferiblemente al menos aproximadamente 8 g/d, mas preferiblemente al menos aproximadamente 11 g/d. El modulo de traccion inicial para polipropileno es preferiblemente al menos aproximadamente 160 g/d, mas preferiblemente al menos aproximadamente 200 g/d. El punto de fusion del polipropileno se eleva en general varios grados por el procedimiento de orientacion, de manera que el filamento de polipropileno presenta preferiblemente un punto de fusion principal de al menos 168°C, mas preferiblemente al menos 170°C. Los intervalos preferidos en particular para los parametros ya descritos pueden proporcionar ventajosamente realizacion mejorada en el artfculo final. Emplear fibras con un peso molecular promedio ponderal de al menos aproximadamente 200 000 unido a los intervalos preferidos para los parametros ya descritos (modulo y tenacidad) puede proporcionar realizacion ventajosamente mejorada en el artfculo final.
En el caso de fibras de polietileno de cadena extendida, se describe preparacion y estirado de fibras de polietileno hiladas en gel en varias publicaciones, incluyendo las patentes de EE. uU. 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; 5 958 582; 5 972 498; 6 448 359; 6 969 553 y la publicacion de la solicitud de patente de EE.UU. 2005/0093200.
En el caso de fibras de aramida, se describen fibras adecuadas conformadas de poliamidas aromaticas en la patente de EE. UU. Num. 3 671 542, que se incorpora en la presente memoria como referencia en la medida en que no sea inconsistente con la presente. Las fibras de aramida preferidas presentaran una tenacidad de al menos
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aproximadamente 20 g/d, un modulo de traccion inicial de al menos aproximadamente 400 g/d y una ene^a de rotura al menos aproximadamente 8 J/g y las fibras de aramida preferidas en particular presentaran una tenacidad de al menos aproximadamente 20 g/d y una energfa de rotura de al menos aproximadamente 20 J/g. Las fibras de aramida mas preferidas presentaran una tenacidad de al menos aproximadamente 23 g/d, un modulo de al menos aproximadamente 500 g/d y una energfa de rotura de al menos aproximadamente 30 J/g. Por ejemplo, los filamentos de poli(p-fenilenotereftalamida) que presentan valores de modulos y tenacidad moderadamente altos son utiles en particular en la conformacion de materiales compuestos con resistencia balfstica. Son ejemplos Twaron® T2000 de Teijin que presenta un denier de 1000. Otros ejemplos son Kevlar® 29 que presenta 500 g/d y 22 g/d como valores de modulo de traccion y tenacidad iniciales, respectivamente, asf como Kevlar® 129 y KM2 que estan disponibles en 400, 640 y 840 denieres de du Pont. Tambien pueden usarse fibras de aramida de otros fabricantes en esta invencion. Tambien pueden usarse copolfmeros de poli(p-fenilenotereftalamida), tales como co-poli(p- fenilenotereftalamida 3,4' oxidifenilenotereftalamida). Tambien son utiles en la practica de esta invencion fibras de poli(m-fenilenoisoftalamida) vendidas por du Pont con el nombre comercial Nomex®.
Las fibras de alcohol polivimlico de alto peso molecular (PV-OH) con alto modulo de traccion se describen en la patente de EE. UU. Num. 4 440 711 a Kwon et al. Las fibras de PV-OH de alto peso molecular debenan presentar un peso molecular promedio ponderal de al menos aproximadamente 200 000. Las fibras de PV-OH utiles en particular debenan presentar un modulo de al menos aproximadamente 300 g/d, una tenacidad preferiblemente al menos aproximadamente 10 g/d, mas preferiblemente al menos aproximadamente 14 g/d y lo mas preferiblemente al menos aproximadamente 17 g/d y una energfa de rotura de al menos aproximadamente 8 J/g. Puede producirse fibra de PV-OH con esas propiedades, por ejemplo, por el procedimiento descrito en la patente de EE. UU. Num. 4 599 267.
En el caso de poliacrilonitrilo (PAN), la fibra de PAN debena presentar un peso molecular promedio ponderal de al menos aproximadamente 400 000. La fibra de PAN util en particular debena presentar una tenacidad de preferiblemente al menos aproximadamente 10 g/d y una energfa de rotura de al menos aproximadamente 8 J/g. La fibra de PAN con un peso molecular de al menos aproximadamente 400 000, una tenacidad de al menos aproximadamente 15 a 20 g/d y una energfa de rotura de al menos aproximadamente 8 J/g es la mas util y dichas fibras se describen, por ejemplo, en la patente de EE. UU. Num. 4 535 027.
Se describen fibras de copoliester de cristal lfquido adecuadas para la practica de esta invencion, por ejemplo, en las patentes de EE. UU. n.os 3 975 487; 4 118 372 y 4 161 470. Estan disponibles fibras de copoliester de cristal lfquido con la denominacion fibras Vectran® de Kuraray America Inc.
Se describen fibras de polibenzazol adecuadas para la practica de esta invencion, por ejemplo, en las patentes de EE. UU. n.os 5 286 833, 5 296 185, 5 356 584, 5 534 205 y 6 040 050. Las fibras de polibenzazol estan disponibles con la denominacion fibras Zylon® de Toyobo Co.
Se describen fibras de varilla ngida, por ejemplo, en las patentes de EE. UU. n.os 5 674 969, 5 939 553, 5 945 537 y 6 040 478. Dichas fibras estan disponibles con la denominacion fibras M5® de Magellan Systems International.
Cuando se emplean dos o mas tipos de fibras de alta tenacidad en los cabos de esta invencion, preferiblemente un tipo de fibras de alta tenacidad es una fibra de poliolefina, mas preferiblemente una fibra de polietileno. El porcentaje de fibras de polietileno de alta tenacidad en los cabos puede variar extensamente, dependiendo del otro tipo de fibra de alta tenacidad empleado y las propiedades deseadas de las fibras. Las fibras de polietileno de alta tenacidad pueden comprender de aproximadamente 20 a aproximadamente 80 por ciento en peso, mas preferiblemente de aproximadamente 30 a aproximadamente 70 por ciento en peso y lo mas preferiblemente de aproximadamente 40 a aproximadamente 60 por ciento en peso, basado en el peso total de las fibras de alta tenacidad en el cabo. Por ejemplo, los cabos pueden conformarse de aproximadamente 80 a aproximadamente 20 por ciento en peso de fibras de polietileno de alta tenacidad e igualmente de aproximadamente 20 a aproximadamente 80 por ciento en peso de fibras de aramida; mas preferiblemente de aproximadamente 70 a aproximadamente 30 por ciento en peso de las fibras de polietileno de alta tenacidad e igualmente de aproximadamente 30 a aproximadamente 70 por ciento en
peso de fibras de aramida; lo mas preferiblemente de aproximadamente 40 a aproximadamente 60 por ciento en
peso de fibras de polietileno de alta tenacidad e igualmente de aproximadamente 60 a aproximadamente 40 por ciento en peso de fibras de aramida. En una realizacion preferida en particular, el cabo comprende aproximadamente 70 a 55 por ciento en peso de fibras de aramida e igualmente de aproximadamente 30 a aproximadamente 45 por ciento en peso de fibras de polietileno de alta tenacidad, basado en el peso total de las fibras de alta tenacidad en el cabo. En otra realizacion de la invencion todas, o sustancialmente todas, las fibras en el cabo se conforman de fibras de aramida.
Cuando se usan fibras de copoliester de cristal lfquido junto con fibras de polietileno de alta tenacidad, pueden conformarse cabos de aproximadamente 80 a aproximadamente 20 por ciento en peso de fibras de polietileno de alta tenacidad e igualmente de aproximadamente 20 a aproximadamente 80 por ciento en peso de fibras de
copoliester de cristal lfquido; mas preferiblemente de aproximadamente 70 a aproximadamente 30 por ciento en
peso de las fibras de polietileno de alta tenacidad e igualmente de aproximadamente 30 a aproximadamente 70 por ciento en peso de fibras de copoliester de cristal lfquido; lo mas preferiblemente de aproximadamente 40 a aproximadamente 60 por ciento en peso de fibras de polietileno de alta tenacidad e igualmente de aproximadamente
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60 a aproximadamente 40 por ciento en peso de fibras de copoliester de cristal Ifquido. En una realizacion preferida en particular, el cabo comprende de aproximadamente 70 a 55 por ciento en peso de fibras de copoliester de cristal Ifquido e igualmente de aproximadamente 30 a aproximadamente 45 por ciento en peso de fibras de polietileno de alta tenacidad, basado en el peso total de las fibras de alta tenacidad en el cabo. En otra realizacion de la invencion todas, o sustancialmente todas, las fibras en el cabo estan conformadas de fibras de copoliester de cristal lfquido.
Si se desea, pueden emplearse otros tipos de fibras ademas de las fibras de alta tenacidad mencionadas anteriormente. Otro tipo de fibra que puede estar presente en la construccion del cabo de esta invencion junto con las fibras de alta tenacidad son fibras conformadas de fluoropolfmeros. Dichas fibras de fluoropolfmero incluyen fibras conformadas, por ejemplo, de politetrafluoroetileno (preferiblemente politetrafluoroetileno expandido), policlorotrifluoroetileno (tanto homopolfmeros como copolfmeros (incluyendo terpolfmeros)), poli(fluoruro de vinilo), poli(fluoruro de vinilideno), copolfmeros de etileno-tetrafluoroetileno, copolfmeros de etileno-clorotrifluoroetileno, copolfmeros de etileno-propileno fluorados, polfmero de perfluoroalcoxi y similares, asf como mezclas de dos o mas de lo anterior. Fibras de fluoropolfmero especialmente preferidas son las conformadas de politetrafluoroetileno y en particular fibras de politetrafluoroetileno expandidas. Dichas fibras estan disponibles, por ejemplo, de Lenzing Plastics GmbH & Co. KG y WL Gore & Associates.
La porcion de las fibras de fluoropolfmero que se mezcla con las fibras de alta tenacidad puede variar ampliamente dependiendo del tipo de fluoropolfmero y la aplicacion de uso final. Por ejemplo, la cantidad de fibras de fluoropolfmero en la mezcla puede oscilar de aproximadamente 1 a aproximadamente 40 por ciento en peso, mas preferiblemente de aproximadamente 5 a aproximadamente 25 por ciento en peso y lo mas preferiblemente de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 por ciento en peso, basado en el peso total de las fibras mezcladas. Igualmente, la cantidad de las fibras de alta tenacidad puede oscilar de aproximadamente 60 a aproximadamente 99 por ciento en peso, mas preferiblemente de aproximadamente 75 a aproximadamente 95 por ciento en peso y lo mas preferiblemente de aproximadamente 80 a aproximadamente 90 por ciento en peso, basado en el peso total de las fibras mezcladas.
Los diferentes tipos de fibras utiles en los cabos de esta invencion pueden mezclarse de cualquier manera adecuada. Por ejemplo, pueden torcerse cordones de un tipo de fibras con cordones de otro tipo de fibras para conformar un cordon combinado que se trenza despues en un cabo. Alternativamente, las fibras pueden combinarse como una fibra bicomponente, con una funda y un alma. Tambien pueden emplearse otras construcciones. Los diferentes tipos de fibras pueden estar presentes en cualquier posicion deseada en el cabo.
Los cabos de esta invencion comprenden preferiblemente mezclas de dos o mas fibras de alta tenacidad o consisten esencialmente en mezclas de dos o mas fibras de alta tenacidad, opcionalmente junto con las fibras de fluoropolfmero. Estos cabos pueden ser de cualquier construccion adecuada, tales como cabos trenzados, cabos torcidos, cabos de torsion, cabos con alma paralelos y similares. Lo mas preferiblemente, el cabo es un cabo trenzado. Los cabos pueden ser de cualquier diametro adecuado y pueden conformarse de cualquier modo adecuado de las fibras y/o filasticas adecuadas. Por ejemplo, en la conformacion de un cabo trenzado se puede emplear una maquina de trenzado convencional que presenta una pluralidad de bobinas de filastica. Como se conoce en la tecnica, a medida que se desplazan las bobinas, las filasticas se tejen sobre, y bajo, cada una y finalmente se enrollan sobre un carrete que gira hacia arriba. Los detalles de las maquinas de trenzado y la formacion de cabos de ah son conocidos en la tecnica y no se describen, por lo tanto, con detalle en la presente memoria.
Las filasticas de un tipo de fibras de alta tenacidad pueden conformarse en un subcabo que se conforma despues en un cabo (tal como por trenzado) con un subcabo conformado de filasticas del otro tipo de fibras de alta tenacidad. Alternativamente, puede conformarse un subcabo de mezclas de las fibras de alta tenacidad y dicho subcabo puede conformarse en un cabo usando otros subcabos o diferentes tipos de subcabos, por trenzado o cualquier otra tecnica deseada.
Las filasticas de alta tenacidad que conforman el cabo pueden ser de cualquier denier adecuado y las filasticas de la fibra de fluoropolfmero pueden ser del mismo o distinto denier que las filasticas de las fibras de alta tenacidad. Por ejemplo, las filasticas de alta tenacidad pueden presentar un denier de aproximadamente 50 a aproximadamente 5000, mas preferiblemente de aproximadamente 75 a aproximadamente 2000 denier, aun mas preferiblemente de aproximadamente 200 a aproximadamente 2000 y lo mas preferiblemente de aproximadamente 650 a aproximadamente 1500 denier. Las filasticas de fluoropolfmero pueden presentar un denier de aproximadamente 50 a aproximadamente 2500 y mas preferiblemente de aproximadamente 400 a aproximadamente 1600.
De acuerdo con esta invencion, se aplica una cierta composicion de recubrimiento a la construccion del cabo. Se recubren las fibras o filasticas individuales, o mezclas de las fibras o filasticas, con la composicion de recubrimiento y despues se conforma un cabo de las fibras o filasticas recubiertas o se conforma primero el cabo y despues se recubre con la composicion de recubrimiento. La composicion de recubrimiento comprende una resina de silicona con funciones amino y un polietileno de bajo peso molecular, neutralizado. Los dos componentes pueden mezclarse en cualquier relacion deseada, tal como de aproximadamente 1 a aproximadamente 99 por ciento en peso del polietileno de bajo peso molecular, neutralizado, y una cantidad correspondiente de la resina de silicona con funciones amino. Todos los porcentajes son en peso del peso total de la composicion, a menos que se indique de
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otro modo. Preferiblemente, el polietileno de bajo peso molecular, neutralizado, esta presente en una cantidad de aproximadamente 30 a aproximadamente 90 por ciento en peso, estando presente igualmente la resina de silicona con funciones amino en una cantidad de aproximadamente 10 a aproximadamente 70 por ciento en peso. Mas preferiblemente, el polietileno de bajo peso molecular, neutralizado, es el componente principal del recubrimiento, tal como de aproximadamente 55 a aproximadamente 85 por ciento en peso de composicion de recubrimiento, estando presente la resina de silicona con funciones amino en una cantidad de aproximadamente 15 a aproximadamente 45 por ciento en peso. La composicion puede contener una variedad de otros aditivos, dependiendo de las propiedades finales deseadas.
Puesto que algunas fibras de alta tenacidad tales como fibras de poliolefina de alto modulo normalmente tienen aplicado un ensimaje cuando se han conformado, en la presente invencion la composicion de recubrimiento usada en la presente memoria se refiere a veces como una composicion para ultima capa de acabado.
La silicona con funciones amino esta preferiblemente en la forma de una emulsion. Preferiblemente, la emulsion comprende de aproximadamente 20 a aproximadamente 40 por ciento en peso de la resina de silicona y presenta un pH en el intervalo de aproximadamente 4,5 a aproximadamente 6,5. La emulsion incluye preferiblemente un emulsionante no ionico.
Asimismo, el polietileno de bajo peso molecular, neutralizado, esta en forma de una emulsion. Preferiblemente, el polietileno esta completamente neutralizado. Los polietilenos de bajo peso molecular tambien son conocidos como ceras de polietileno y a veces se denominan dispersiones de cera. Como se sabe en la tecnica, estas ceras de polietileno, tambien denominadas resinas, presentan en general un peso molecular menor que aproximadamente 6000 Dalton, mas preferiblemente menor que aproximadamente 5000 Dalton, incluso mas preferiblemente por debajo de aproximadamente 3500 Dalton y lo mas preferiblemente entre aproximadamente 300 y aproximadamente 3000 Dalton.
Los componentes de recubrimiento pueden mezclarse de cualquier manera adecuada. Por ejemplo, la emulsion de silicona con funciones amino puede anadirse al polietileno de bajo peso molecular, neutralizado, en un recipiente de acero inoxidable u otro recipiente inerte. El recipiente esta provisto preferiblemente de un agitador para mezclamiento apropiado en condiciones de bajo cizallamiento (flujo laminar). Anadir la emulsion de silicona con funciones amino al polietileno de bajo peso molecular, neutralizado, permite que el pH del sistema permanezca en el intervalo alcalino. Alternativamente, el polietileno de bajo peso molecular puede ser anadido a la emulsion de silicona con funciones amino. El mezclamiento puede ser realizado a cualquier temperatura adecuada, preferiblemente entre aproximadamente 15 y aproximadamente 45 °C, mas preferiblemente entre aproximadamente 20 y aproximadamente 30 °C. Se prefiere que la composicion de recubrimiento presente un contenido en solidos relativamente alto, tal como del orden de al menos aproximadamente 25% en peso y mas preferiblemente al menos aproximadamente 30% en peso. Lo mas preferiblemente, el contenido en solidos de la composicion de recubrimiento es de aproximadamente 33 a aproximadamente 35% en peso. Se ha encontrado que el uso de emulsiones de recubrimiento de alto contenido en solidos permite mayor porcentaje de absorcion de la composicion de recubrimiento en la fibra/filastica o cabo.
Si la composicion se recubre directamente sobre la fibra o filastica, puede emplearse cualquier dispositivo de recubrimiento adecuado. Ejemplos de dicho aparato de recubrimiento incluyen rodillos lubricantes, rodillos de contacto, banos de inmersion y aplicadores de acabado. Se desea una temperatura constante para proporcionar una aplicacion uniforme y realizacion superior a medida que la viscosidad del sistema es influida por diferencias de temperatura. Si se aplica la composicion al cabo, el cabo puede ser sumergido en un bano conteniendo la composicion de recubrimiento, escurriendo la composicion en exceso seguido por secado al aire o puede recubrirse el cabo y hacerse pasar despues por un dispositivo de calentamiento para acelerar el secado seguido por secado al aire.
Se desea tener un porcentaje de absorcion final relativamente alto de los solidos de recubrimiento sobre la fibra/filastica o cabo. Preferiblemente, el porcentaje de absorcion final es al menos aproximadamente 0,5 por ciento en peso, mas preferiblemente al menos aproximadamente 5 por ciento en peso y lo mas preferiblemente de aproximadamente 10 a aproximadamente 30% en peso.
Los siguientes ejemplos no limitantes se presentan para proporcionar una comprension mas completa de la invencion. Las tecnicas, condiciones, materiales, proporciones y datos indicados, espedficos, expuestos para ilustrar los principios de la invencion son ejemplares y no debenan interpretarse como limitantes del alcance de la invencion. Todas las partes estan en peso, a menos que es indique de otro modo.
Ejemplos
Ejemplo 1
Se formo un cabo trenzado de filasticas de polietileno de alta tenacidad y filasticas de copoliester de cristal lfquido. La filastica de polietileno empleada fue filastica SPECTRA® 1000 de Honeywell International Inc., con un denier de 1300, una tenacidad de 35 g/d y un modulo de 1150 g/d. La filastica de copoliester de cristal lfquido fue filastica
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Vectran® HT Tipo 97 de Kuraray America Inc., con un denier de 1500, una tenacidad de aproximadamente 25 g/d y un modulo de aproximadamente 600 g/d. Las filasticas se recubrieron con una composicion para ultima capa de acabado.
La composicion para ultima capa de acabado se preparo de una resina de silicona con funciones amino y un polietileno de bajo peso molecular, neutralizado. La resina de silicona con funciones amino fue una emulsion con un contenido en silicona de 35 por ciento en peso, un pH de 4,5-6,5 y se incluyo un emulsionante no ionico, disponible en Dow Corning (emulsion 2-8818). El polietileno de bajo peso molecular, neutralizado, fue una emulsion de cera de polietileno, no ionica, neutralizada, (Fluftone® 1566 de Apollo Chemical), con un contenido en solidos entre 29% y 31% y pH en el intervalo de entre 9,0 y 11.
La composicion de recubrimiento se preparo mezclando el polietileno de bajo peso molecular, neutralizado, en la emulsion de resina de silicona con funciones amino, comprendiendo la composicion resultante 70% en peso del polietileno de bajo peso molecular, neutralizado. La filastica se recubrio sumergiendo la fibra en la composicion para ultima capa de acabado a temperatura ambiente. La cantidad de porcentaje de absorcion del recubrimiento sobre la filastica fue aproximadamente 15 por ciento.
Se trenzo la filastica recubierta en un cabo de 12 cordones con un diametro aproximado de 5 mm de diametro. Se trenzo la filastica en un cabo torciendo primero tres filasticas recubiertas entre sf en un cordel a 0,5 vueltas por pulgada (2,54 cm). Se torcieron los cordeles en la direccion "S" y la direccion "Z". Despues se cargaron doce cordeles en una trenzadora de 12 cordeles de un modo alterno (S, Z, S, Z, etc.). Se trenzaron despues tres cordeles entre sf dando como resultado un cabo trenzado de 12 cordones. El cabo estaba constituido por aproximadamente 63% en peso de las fibras de polietileno y aproximadamente 37% en peso de las fibras de copoliester de cristal lfquido.
Se ensayo en el cabo su resistencia a la flexion dclica sobre poleas (FCSP). En este ensayo, se flexionaron los cabos aproximadamente 180 grados sobre una polea de enrollamiento o rodillo, libre. Los cabos se colocan bajo carga y se realizaron ciclos sobre la polea hasta que se rompe el cabo. Se realizo el ensayo como la relacion D:d de 10 sobre un rodillo de 1,3 pulgadas (3,3 cm) a 75 ciclos por minuto con una carga de 100 kg sobre la polea (50 kg de tension en cada lado del cabo). El numero de ciclos se determino basandose en un promedio de 5 posiciones antes de que se rompiera el cabo. Los resultados se muestran en la Tabla 1, a continuacion.
Ejemplo 2 (comparativo)
Como control para el Ejemplo 1, se conformo un cabo trenzado de la misma manera, pero no se uso una composicion para ultima capa de acabado. Este cordon tambien se ensayo para evaluar su resistencia a FCSP y los resultados se muestran en la Tabla 1, a continuacion.
Tabla 1
Ejemplo
Recubrimiento Ciclos para rotura
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Sf 97 295
2*
No 57 457
*comparativo
Los datos en la Tabla 1 demuestran que los cabos formados de mezclas de fibras de polietileno de alta tenacidad y fibras de copoliester de cristal lfquido que se recubren con la composicion de recubrimiento de la invencion presentan una resistencia a la fatiga de FCSP significativamente mayor.
Ejemplo 3
Se repitio el Ejemplo 1, excepto que se formo el cabo de 40% en peso de fibras de polietileno de alta tenacidad y 60% en peso de fibras de copoliester de cristal lfquido y presenta un diametro de aproximadamente 40 mm. Se observan resultados similares.
Ejemplo 4
Se repite el Ejemplo 1, excepto que se conforma el cabo de 40% en peso de fibras de polietileno de alta tenacidad y 60% en peso de fibras de aramida y presenta un diametro de aproximadamente 40 mm. Se observan resultados similares.
Ejemplo 5
Se repite el Ejemplo 1 excepto que se conforman los cabos de filasticas no recubiertas y despues de la fabricacion se recubren los cabos con la composicion para ultima capa de acabado sumergiendo el cabo en la composicion para ultima capa de acabado a temperatura ambiente. Se observan resultados similares.
5 Se puede observar que la presente invencion proporciona cabos que presentan una resistencia a la fatiga de FCSP significativamente mejorada. Como resultado, se pueden emplear estos cabos en muchas aplicaciones demandadas, incluyendo aplicaciones marinas tales como elevacion y bajada de objetos pesados del fondo marino.
Habiendo descrito asf la invencion con un detalle bastante completo, se entendera que no se require respetar dicho detalle estrictamente, sino que un experto en la materia puede sugerir mas cambios y modificaciones, 10 encontrandose todos dentro del alcance de la invencion como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (30)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un cabo que presenta resistencia mejorada a la fatiga de flexion dclica sobre poleas (FCSP), comprendiendo dicho cabo fibras de alta tenacidad, estando recubierto dicho cabo y/o dichas fibras con una composicion, caracterizado por que la composicion comprende una resina de silicona con funciones amino y un polietileno de bajo peso molecular, neutralizado.
  2. 2. El cabo segun la reivindicacion 1, en el que dichas fibras de alta tenacidad se seleccionan del grupo que consiste en poliolefinas de alto peso molecular, aramida, alcohol polivimlico, poliacrilonitrilo, polibenzazol, poliamida, poliester, poliesteres de cristal lfquido, fibras de vidrio, carbono, basalto, minerales y fibras de varilla ngida y mezclas de los mismos.
  3. 3. El cabo segun la reivindicacion 1, en el que dichas fibras de alta tenacidad se seleccionan del grupo que consiste en fibras de polietileno de alto peso molecular, fibras de aramida, fibras de copoliester de cristal lfquido y mezclas de los mismos.
  4. 4. El cabo segun la reivindicacion 1, en el que dichas fibras de alta tenacidad comprenden una mezcla de fibras de polietileno de alta tenacidad y otras fibras de alta tenacidad que no son fibras de poliolefina, siendo esas otras fibras fibras de aramida y/o fibras de copoliester de cristal lfquido.
  5. 5. El cabo segun la reivindicacion 4, en el que dichas fibras de polietileno de alta tenacidad estan presentes en una cantidad que oscila de aproximadamente 40 a aproximadamente 60 por ciento en peso y esas otras fibras estan presentes en una cantidad que oscila de aproximadamente 60 a aproximadamente 40 por ciento en peso, basado en el peso total de dichas fibras de alta tenacidad en dicho cabo.
  6. 6. El cabo segun la reivindicacion 4, en el que dichas fibras de alta tenacidad comprenden una mezcla de fibras de polietileno de alta tenacidad y fibras de aramida.
  7. 7. El cabo segun la reivindicacion 4, en el que dichas fibras de alta tenacidad comprenden una mezcla de fibras de polietileno de alta tenacidad y fibras de copoliester de cristal lfquido.
  8. 8. El cabo segun la reivindicacion 4, en el que dicha composicion esta presente en dicho cabo en una cantidad de al menos aproximadamente 5 por ciento en peso basado en el peso de dicho cabo.
  9. 9. El cabo segun la reivindicacion 4, en el que dicho polietileno de bajo peso molecular es el componente principal de dicha composicion.
  10. 10. El cabo segun la reivindicacion 4, en el que dicho polietileno de bajo peso molecular esta presente en una cantidad de aproximadamente 55 por ciento a aproximadamente 85 por ciento en peso basado en el peso total de dicha composicion.
  11. 11. El cabo segun la reivindicacion 10, en el que dicho polietileno de bajo peso molecular esta totalmente neutralizado.
  12. 12. El cabo segun la reivindicacion 4, que comprende ademas fibras de fluoropolfmero.
  13. 13. El cabo segun la reivindicacion 4, en el que dicho cabo es un cabo trenzado.
  14. 14. El cabo segun la reivindicacion 1, en el que dichas fibras de alta tenacidad presentan una tenacidad de al menos aproximadamente 16 g/d.
  15. 15. El cabo segun la reivindicacion 1, en el que dichas fibras de alta tenacidad consisten esencialmente en fibras de aramida.
  16. 16. El cabo segun la reivindicacion 1, que comprende una mezcla de fibras de poliolefina de alta tenacidad con otras fibras de alta tenacidad que no son fibras de poliolefina.
  17. 17. El cabo segun la reivindicacion 16, en el que esas otras fibras de alta tenacidad que no son fibras de poliolefina comprenden fibras de aramida y/o fibras de copoliester de cristal lfquido.
  18. 18. El cabo segun la reivindicacion 17, en el que dichas fibras de poliolefina de alta tenacidad son fibras de
    polietileno de alta tenacidad que estan presentes en una cantidad que oscila de aproximadamente 40 a
    aproximadamente 60 por ciento en peso y esas otras fibras de alta tenacidad que no son fibras de poliolefina
    comprenden fibras de aramida que estan presentes en una cantidad que oscila de aproximadamente 60 a
    aproximadamente 40 por ciento en peso, basado en el peso total de fibras de alta tenacidad en dicho cabo.
  19. 19. El cabo segun la reivindicacion 18, en el que dicho polietileno de bajo peso molecular esta presente en una cantidad de aproximadamente 55 por ciento a aproximadamente 85 por ciento en peso basado en el peso total de dicha composicion y en el que dicho polietileno de bajo peso molecular esta totalmente neutralizado.
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  20. 20. El cabo segun la reivindicacion 1, que comprende una mezcla de fibras de poliolefina de alta tenacidad con otras fibras de alta tenacidad, comprendiendo esas otras fibras de alta tenacidad fibras de aramida y/o fibras de copoliester de cristal lfquido.
  21. 21. El cabo segun la reivindicacion 20, en el que dicho polietileno de bajo peso molecular esta presente en una cantidad de aproximadamente 55 por ciento a aproximadamente 85 por ciento en peso basado en el peso total de dicha composicion y en el que dicho polietileno de bajo peso molecular esta totalmente neutralizado.
  22. 22. Un metodo para mejorar la vida frente a la fatiga de flexion dclica sobre poleas (FCSP) de un cabo, comprendiendo dicho metodo conformar dicho cabo de fibras de alta tenacidad y recubrir dicho cabo y/o dichas fibras conformando dicho cabo con una composicion, caracterizado por recubrir con una composicion que comprende una resina de silicona con funciones amino y un polietileno de bajo peso molecular, neutralizado.
  23. 23. El metodo segun la reivindicacion 22, en el que dichas fibras de alta tenacidad comprenden una mezcla de fibras de polietileno de alta tenacidad con otras fibras de alta tenacidad, comprendiendo esas otras fibras de alta tenacidad fibras de aramida y/o fibras de copoliester de cristal lfquido.
  24. 24. El metodo segun la reivindicacion 23, que incluye recubrir dicho cabo con dicha composicion, en el que dicho polietileno de bajo peso molecular esta presente en una cantidad de aproximadamente 55 por ciento a aproximadamente 85 por ciento en peso basado en el peso total de dicha composicion y en el que dicho polietileno de bajo peso molecular esta totalmente neutralizado.
  25. 25. El metodo segun la reivindicacion 24, en el que dicha composicion presenta un contenido en solidos de al menos aproximadamente 25 % en peso.
  26. 26. El metodo segun la reivindicacion 25, en el que dicha resina de silicona con funciones amino esta en forma de una emulsion con un pH de aproximadamente 9 a aproximadamente 11.
  27. 27. El metodo segun la reivindicacion 23, que incluye recubrir dichas fibras con dicha composicion, en el que dicho polietileno de bajo peso molecular esta presente en una cantidad de aproximadamente 55 por ciento a aproximadamente 85 por ciento en peso basado en el peso total de dicha composicion y en el que dicho polietileno de bajo peso molecular esta totalmente neutralizado.
  28. 28. Uso de un cabo de fibra sintetica en un metodo de elevacion y colocacion de objetos pesados de, y sobre, un fondo marino, que comprende utilizar como dicho cabo un cabo que comprende fibras de alta tenacidad, estando recubierto dicho cabo y/o dichas fibras con una composicion, caracterizado por que la composicion comprende una resina de silicona con funciones amino y un polietileno de bajo peso molecular, neutralizado.
  29. 29. El metodo segun la reivindicacion 28, en el que dicho cabo comprende una mezcla de fibras de polietileno de alta tenacidad y fibras de aramida.
  30. 30. El metodo segun la reivindicacion 28, en el que dicho cabo comprende una mezcla de fibras de polietileno de alta tenacidad y fibras de copoliester de cristal lfquido.
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