專利名稱：減輕復(fù)合材料中蠕變的雜混纖維結(jié)構(gòu)體的制作方法
減輕復(fù)合材料中蠕變的雜混纖維結(jié)構(gòu)體 本發(fā)明的背景
本發(fā)明的領(lǐng)域 本發(fā)明涉及具有減少蠕變趨勢的雜混(hybrid)纖維結(jié)構(gòu)體。更具體地說，本發(fā)明涉及通過將一種或多種高強(qiáng)度聚烯烴纖維和一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維加捻在一起所形成的加捻、低蠕變紗。
相關(guān)技術(shù)的描述 優(yōu)選的是在用于高要求環(huán)境中的復(fù)合材料應(yīng)用如體育用品、飛機(jī)部件、傳送帶中使用輕質(zhì)、高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)材料并且將該纖維增強(qiáng)材料用于高壓管狀結(jié)構(gòu)如管材、軟管和其它管道的形成中。高性能熱塑性纖維如聚烯烴纖維是形成這些復(fù)合結(jié)構(gòu)的優(yōu)異材料，因為它們具有非常高的強(qiáng)度與重量特性。例如，美國專利4， 608， 220教導(dǎo)了用于飛機(jī)部件的制造中的纖維增強(qiáng)的纖維復(fù)合材料。美國專利6， 804， 942例如教導(dǎo)了從用增強(qiáng)織物帶條包裹的聚合物管所形成的復(fù)合材料管式組裝件。此類高壓管狀結(jié)構(gòu)被設(shè)計來在極端條件下工作，其中它們必須承受由它們所傳輸?shù)臍怏w和液體引起的化學(xué)和機(jī)械作用。
高性能熱塑性纖維也已知可用于具有優(yōu)異的防彈或抗切割性的制品的形成。例如美國專利6， 979， 660教導(dǎo)了從未加捻的聚乙烯紗形成的保護(hù)織物。美國專利4， 886， 691教導(dǎo)了抗切割性制品，其中較低抗切割性元件被更加抗切割性夾套材料包圍。抗切割性夾套材料可以從紗形成，后者包括被第二種纖維包裹的非加捻的縱向聚烯烴纖維線條。因此，纖維復(fù)合材料已經(jīng)用于各種應(yīng)用的各種工業(yè)中。 盡管某些聚合物纖維類型已知具有某些益處，但是它們還已知具有某些缺點。例如，盡管聚烯烴纖維已知具有優(yōu)異的強(qiáng)度與重量特性，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它們比芳族聚酰胺或碳纖維更容易發(fā)生長期蠕變。隨著時間的推移，長期蠕變效果可以導(dǎo)致纖維斷裂并且損害纖維制品的完整性。在一些應(yīng)用如高壓管和軟管中，復(fù)合材料完整性的損害能夠潛在性地對包圍基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和環(huán)境的消費者造成顯著的傷害。盡管如此，聚烯烴纖維的有吸引力的強(qiáng)度與重量性能使得它們成為用于此類高要求應(yīng)用的高度理想的材料。因此，現(xiàn)有技術(shù)中需要用高強(qiáng)度聚烯烴纖維形成的但具有降低的蠕變趨勢的高性能復(fù)合結(jié)構(gòu)體。本發(fā)明提供這一需要的解決方案。
本發(fā)明的概述 本發(fā)明提供加捻、低蠕變的紗，它包括具有約7g/旦尼爾或更高的韌性和約150g/旦尼爾或更高的拉伸模量的一種或多種聚烯烴纖維以及一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維的加捻結(jié)合物，其中根據(jù)ASTMD6992試驗方法所測定，當(dāng)纖維在室溫下受到等于該纖維的最大拉伸強(qiáng)度的50%的應(yīng)力達(dá)到200個小時時，該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維具有約3. 0%或更低伸長率。 本發(fā)明還提供由多根的加捻、低蠕變的紗形成的制品，該紗包括具有約7g/旦尼爾或更高的韌性和約150g/旦尼爾或更高的拉伸模量的一種或多種聚烯烴纖維以及一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維的加捻結(jié)合物，其中根據(jù)ASTM D6992試驗方法所測定，當(dāng)纖維在室溫下受到等于該纖維的最大拉伸強(qiáng)度的50%的應(yīng)力達(dá)到200小時時，該一種或多種低蠕變或更低伸長率。
本發(fā)明進(jìn)一步提供生產(chǎn)加捻、低蠕變的紗的方法，該方法包括 a)提供具有約7g/旦尼爾或更高的韌性和約150g/旦尼爾或更高的拉伸模量的一
種或多種聚烯烴纖維； b)提供一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維，其中根據(jù)ASTM D6992試驗方法所測定，當(dāng)纖維在室溫下受到等于該纖維的最大拉伸強(qiáng)度的50%的應(yīng)力達(dá)到200個小時時，該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維具有約3. 0%或更低的伸長率。 c)以至少約O. 5捻度的該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維/每英寸的該一種或多種聚
烯烴纖維的捻度比率將該聚烯烴纖維和低蠕變增強(qiáng)纖維加捻在一起。 附圖簡述

圖1是本發(fā)明的加捻雜混紗的透視示意圖。
本發(fā)明的敘述 本發(fā)明提供雜混紗結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體可以減輕在由其形成的復(fù)合材料中的蠕變。如在圖1中所述，形成了雜混紗IO，它是一種或多種聚烯烴纖維12和一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維14的加捻結(jié)合物。 在這里使用的"纖維"是細(xì)長體，它的長度尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寬度和厚度的橫向尺寸。用于本發(fā)明中的纖維的截面可以廣泛地變化。它們可以在截面上是圓形的，扁平的或長方形(oblong)的。因此，該術(shù)語纖維包括具有規(guī)則或不規(guī)則截面的長絲，帶(ribbon),條(stip)等等。它們還可具有不規(guī)則或規(guī)則的多葉(multi-lobal)形橫截面，該截面具有從該纖維的線性軸或縱向軸突出的一個或多個規(guī)則或不規(guī)則葉突。優(yōu)選的是該纖維是單葉狀的和具有基本上圓形的截面。在這里使用的"紗"是由多根纖維或長絲組成的股線(strand)。 聚烯烴纖維12和低蠕變增強(qiáng)纖維14優(yōu)選是高強(qiáng)度、高拉伸模量纖維。在這里使用的"高強(qiáng)度、高拉伸模量纖維"是具有至少約7g/旦尼爾或更高的優(yōu)選的韌性、至少約150g/旦尼爾或更高的優(yōu)選的拉伸模量、和優(yōu)選至少約8J/g或更高的斷裂能的纖維，各自都由ASTMD2256測量。在這里使用的術(shù)語"旦尼爾"指線密度的單位，等于質(zhì)量(克)/每9000米的纖維或紗。在本發(fā)明的更優(yōu)選的實施方案中，聚烯烴纖維的韌性應(yīng)該是約15g/旦尼爾或更高，優(yōu)選約20g/旦尼爾或更高，更優(yōu)選約25g/旦尼爾或更高和最優(yōu)選約30g/旦尼爾或更高。本發(fā)明的聚烯烴纖維也具有約300g/旦尼爾或更高，更優(yōu)選約400g/旦尼爾或更高，更優(yōu)選約500g/旦尼爾或更高，更優(yōu)選約1， 000g/旦尼爾或更高和最優(yōu)選約1， 500g/旦尼爾或更高的優(yōu)選的拉伸模量。本發(fā)明的聚烯烴纖維也具有約15J/g或更高，更優(yōu)選約25J/g或更高，更優(yōu)選約30J/g或更高的優(yōu)選的斷裂能和最優(yōu)選具有約40J/g或更高的斷裂能。該聚烯烴纖維可以具有任何合適的旦尼爾，例如50到約3000旦尼爾，更優(yōu)選約200到3000旦尼爾，再更優(yōu)選約650到約2000旦尼爾，和最優(yōu)選約800到約1500旦尼爾。
在這里使用的術(shù)語"韌性"指拉伸應(yīng)力，表達(dá)為力(克)/每單位不受力的(unstressed)試樣的線密度(旦尼爾)。纖維的"初始模量"是代表材料抗變形特性的材料性能。該術(shù)語"拉伸模量"指韌性(表達(dá)為克-力/每旦尼爾(g/d))的變化與應(yīng)變(表達(dá)為原始纖維長度的分?jǐn)?shù)(in/in) (cm/cm))的變化的比率。 特別合適的高強(qiáng)度、高拉伸模量聚烯烴纖維材料包括高密度和低密度聚乙烯。特
5別優(yōu)選的是伸直鏈聚烯烴纖維，如高度取向的、高分子量的聚乙烯纖維，特別是超高分子量聚乙烯纖維，和聚丙烯纖維，特別是超高分子量聚丙烯纖維。這些纖維類型是現(xiàn)有技術(shù)中周知的。最優(yōu)選的伸直鏈聚乙烯纖維具有至少500，000，優(yōu)選至少一百萬和更優(yōu)選在兩百萬
和五百萬之間的分子量。用于本發(fā)明中的特別優(yōu)選的纖維類型是以商標(biāo)SPECTRA⑧
銷售并且由Honeywell International Incof Morristown， NJ制造的聚乙烯纖維。0皿ce-for-o皿ce，SPECTRA⑧高性能聚乙烯纖維比鋼要強(qiáng)十五倍并且比KEVLAR⑧
強(qiáng)40%，同時是足夠的輕可以飄浮在水上。SPECTRA⑧纖維是現(xiàn)有技術(shù)中周知的并
且已描述在例如美國專利4， 623， 547和4， 748， 064中。最優(yōu)選的SPECTRA⑧纖維是
SPECTRA 1000(1300旦尼爾)纖維。 美國專利4， 413， 110， 4， 440， 711， 4， 535， 027， 4， 457， 985， 4， 623， 5474， 650， 710和4， 748， 064 —般討論了用于本發(fā)明中的優(yōu)選的高強(qiáng)度、伸直鏈聚乙烯纖維的形成。美國專利4， 137， 394和4， 356， 138 (它們的公開內(nèi)容被引入這里供參考)描述了伸直鏈聚乙烯(ECPE)纖維如何在溶液紡絲過程中生成。美國專利4， 551， 296和5， 006， 390 (它們的公開內(nèi)容被引入這里供參考)描述了 ECPE纖維如何從溶液紡絲形成凝膠結(jié)構(gòu)。
正如現(xiàn)有技術(shù)中通常已知的，"蠕變"是當(dāng)受到連續(xù)性負(fù)荷時材料隨著時間的推移所發(fā)生的長期的、縱向的形變。纖維、紗或織物的蠕變趨勢可以，例如，通過ASTM D6992的分級等溫試驗法(St印pedlsothermal method) (SM)來測定。根據(jù)ASTM D6992, SIM是暴露的一種方法，它使用溫階和停留時間來加速所要試驗的單個試樣在負(fù)荷下的蠕變響應(yīng)。在這里使用的"低蠕變"增強(qiáng)纖維優(yōu)選包括這樣的纖維，當(dāng)纖維在室溫下受到等于纖維的最大拉伸強(qiáng)度(UTS)的50%的應(yīng)力達(dá)到200個小時時，該纖維具有約3. 0%或更低伸長率、更優(yōu)選約2. 0%或更低伸長率、再更優(yōu)選約1. 0%或更低伸長率和最優(yōu)選約0. 5%或更低伸長率。纖維的UTS是纖維在斷裂之前能夠承受的最高負(fù)荷。這里使用的合適的低蠕變增強(qiáng)纖維14包括碳纖維，玻璃纖維，聚芳酰胺(芳族聚酰胺)纖維，特別是對-芳族聚酰胺纖維，聚酯纖維如聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯纖維，和它們的結(jié)合物。這些纖維類型中的每一種和它們的制造方法是大家所熟知的。碳纖維是可商購的，例如，從Kureha Corporation of J即an以商標(biāo)KRECA⑧商購，從CYTEC Industries Inc. ofWest Paterson， NJ以商標(biāo)THORNEL⑧商購，和從Nippon Carbon Co. Ltd. of Tokyo,Japan商購。碳纖維是通過用于聚丙烯腈(PAN)型纖維的標(biāo)準(zhǔn)方法紡絲形成的。首先，聚丙烯腈熔融紡絲成纖維，然后該纖維熱解成石墨碳纖維。它們的具體制造方法已描述在例如美國專利4， 115， 527，4， 197， 283，4， 356， 158和4,913,889中，它們的公開內(nèi)容被引入這里供參考。優(yōu)選的碳纖維具有約137GPa到約827GPa ;更優(yōu)選約158GPa到約517GPa和最優(yōu)選約206GPa到約276GPa的拉伸模量。 玻璃纖維是可從市場上買得到的，例如從PPG Industries ofPittsburgh， PA和Nippon Electric Glass Co. ， Ltd. J即an商購。參見，例如，美國專利4， 015， 994， 4140533，4762809， 5064785， 5258227， 5284807， 6， 139， 958， 6， 890， 650， 6， 949， 289，等等，它們的公開內(nèi)容被引入這里供參考。優(yōu)選的玻璃纖維具有約60Gpa到約90Gpa的拉伸模量。聚酯纖維可從Performance Fibers of Richmond, VA商購。參見，例如，美國專利5， 277， 858，5， 397， 527， 5， 403， 659， 5， 630， 976， 6， 403， 006， 6， 649， 263和6， 828， 021，它們的公開內(nèi)容被引入這里供參考。優(yōu)選的聚酯纖維具有約2g/旦尼爾到約10g/旦尼爾；更優(yōu)選約3g/旦
6尼爾到約9g/旦尼爾和最優(yōu)選從約5g/旦尼爾到約8g/旦尼爾的拉伸模量。
聚芳酰胺纖維是可從市場上買得到的并且已描述在例如美國專利3， 671， 542中。例如，有用的聚(對苯二甲酰對-苯二胺)長絲是由DuPont公司以商標(biāo)KEVLAR⑧進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)的。也可用于本發(fā)明的實施中的纖維是由Dupont以商標(biāo)NOMEX⑧在商業(yè)上生產(chǎn)的聚(間苯二甲酰間苯二胺)纖維和由Teijin以商標(biāo)TWARON㊣在商業(yè)上生產(chǎn)的纖維；由Kolon Industries, Inc. of Korea以HERACRON⑧在商業(yè)上生產(chǎn)的聚芳酰胺纖維；由Kamensk Volokno JSC of Russia在商業(yè)上生產(chǎn)的對-聚芳酰胺纖維SVMTM和RUSARTM以及由JSC Chim Volokno of Russia在商業(yè)上生產(chǎn)的ARMOS 對-聚芳酰胺纖維。優(yōu)選的聚芳基酰胺纖維具有約60GPa到約145GPa和最優(yōu)選約90GPa到約135GPa的拉伸模量。
在優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明的紗包括包含多根聚烯烴纖維的束和/或包含多根低蠕變增強(qiáng)纖維的束，這些束被加捻在一起形成加捻、低蠕變的紗。例如，在優(yōu)選的實施方案中，低蠕變增強(qiáng)纖維包括一個或多個絲束(tow)，該絲束包括約3， 000根到約12， 000根單根增強(qiáng)纖維/長絲的束。現(xiàn)有技術(shù)中已知的是通過其所包含的纖維數(shù)量來指纖維束。例如，包括3，000根纖維的束被表示為3K束，和包括12，000根纖維的束表示為12K束。另外，在各束中的許多纖維可以加捻在一起成為加捻束，然后將兩種不同的纖維類型結(jié)合成加捻雜混紗。此加捻會增強(qiáng)纖維的咬合(interlocking)和進(jìn)一步增強(qiáng)雜混紗的抗蠕變性。優(yōu)選，該聚烯烴纖維束和該增強(qiáng)纖維束按照約一個捻回/每英寸來各自加捻，但是它們可以更多或更少地加捻。 將纖維加捻在一起的各種方法是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。任何公知的加捻方法都可以采用，如通過合股(plying)加捻。有用的加捻方法已描述在例如美國專利2，961，010，3， 434， 275， 4， 123， 893和7， 127， 879中，它們的公開內(nèi)容被引入這里供參考。測定加捻紗中的捻度的標(biāo)準(zhǔn)方法是ASTM D1423-02。 通過以約0. 5捻度到約5捻度的該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維/每英寸的該一種或多種聚烯烴纖維的捻度比率，更優(yōu)選0. 75捻度到約3捻度，和最優(yōu)選約1的低蠕變纖維捻度/每英寸的聚烯烴纖維的捻度比率，將低蠕變增強(qiáng)纖維與聚烯烴纖維加捻在一起，來形成本發(fā)明的加捻、低蠕變紗。在本發(fā)明的最優(yōu)選實施方案中，該低蠕變紗包括，基于合股加捻紗的重量，比低蠕變增強(qiáng)纖維含量更高含量的聚烯烴纖維。特別地，加捻紗和從加捻紗形成的制品優(yōu)選具有占該紗/制品的約10wt^到約45wt%的低蠕變纖維含量，更優(yōu)選占紗/制品的約15wt^到約35wt^和最優(yōu)選約17wt^到約30wt%的低蠕變纖維含量。
本發(fā)明的雜混紗可以制成為織造或無紡織物，或可以形成為其它纖維結(jié)構(gòu)，包括編織繩或其它結(jié)構(gòu)。形成無紡織物的方法是現(xiàn)有技術(shù)中已知的，如通過描述在美國專利6， 642， 159中的方法，它的公開內(nèi)容被引入這里供參考。例如，紗可以形成為無紡織物，該無紡織物包括多個的堆疊、重疊纖維平鋪層，這些層固結(jié)成單層、整體單塊(monolithic)的單元。在這一類型的實施方案中，各平鋪層可包括在單向性、基本上平行的陣列中沿著通常的纖維方向定向排布的非重疊紗的排列(arrangement)。這一類型的纖維排列在現(xiàn)有技術(shù)中已知為"單向帶(皿it即e)"(單向性帶)并且在這里稱作"單個平鋪層(singl印ly)"。在這里使用的"陣列"描述了紗的有序排列，和"平行陣列"描述了紗的有序平行排列。纖維"層"描述包括一個或多個平鋪層的織造或非織造紗的平面排列。在這里使用的"單層"結(jié)構(gòu)指由一個纖維平鋪層或已經(jīng)固結(jié)成單個單一 (unitary)結(jié)構(gòu)的由一個纖維平鋪層或多個
7纖維平鋪層組成的單塊整體結(jié)構(gòu)。在特別優(yōu)選的無紡織物結(jié)構(gòu)中，多個的纖維平鋪層(多個的單向帶)彼此堆疊，其中相對于各個單個平鋪層的縱向纖維方向，各個單個平鋪層(單向帶)的平行纖維與各個相鄰單個平鋪層的平行纖維呈直角定位(0度/90度)。此類旋轉(zhuǎn)的單向性定向排布已描述在例如美國專利4， 457， 985 ;4， 748， 064 ;4， 916， 000 ;4， 403， 012 ;4， 623， 573 ;和4， 737， 402中。非織造纖維平鋪層的堆疊體在加熱和加壓下固結(jié)，或通過將各自纖維平鋪層粘附形成單層、整體單塊的單元來固結(jié)。 典型地，非織造纖維平鋪層的多個平鋪層的固結(jié)要求紗或單根纖維涂覆以聚合物粘結(jié)劑材料(在現(xiàn)有技術(shù)中也已知為"聚合物基質(zhì)")以便將紗粘結(jié)在一起。合適的粘結(jié)劑材料是現(xiàn)有技術(shù)中已知的，并且包括熱塑性和熱固性材料兩者。該術(shù)語"涂覆"不希望限制聚合物粘結(jié)劑被施涂到紗或纖維表面上的方法。因此，本發(fā)明的紗可以涂覆聚合物粘結(jié)劑、用聚合物粘結(jié)劑浸漬、包埋在聚合物粘結(jié)劑中或以另外的方式用聚合物粘結(jié)劑施涂，隨后任選地固結(jié)基質(zhì)材料/紗的結(jié)合物以形成復(fù)合材料。固結(jié)能夠經(jīng)由干燥，冷卻，加熱，壓力或它們的結(jié)合來進(jìn)行。熱和/或壓力也許不是必需的，因為該纖維或織物層可以僅僅是膠合在一起，就象在濕層壓方法(wet lamination process)中一樣。 織造織物可以通過使用現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的技術(shù)，通過使用任何織物組織如平紋組織、五經(jīng)緞紋、方平組織、緞紋組織、斜紋組織等等來形成。平紋組織織是最常見的，其中纖維以正交0。 /90°取向被編織在一起。在織造前，形成紗的雜混紗或纖維可以涂覆或不涂覆聚合物粘結(jié)劑材料。 從本發(fā)明的紗形成的織造或無紡織物可以通過使用各種的聚合物粘結(jié)劑(聚合物基質(zhì))材料來制備，其中包括低模量熱塑性材料和高模量剛性材料。合適的聚合物粘結(jié)劑材料非排他地包括具有低于約6， 000psi (41. 3MPa)的初始拉伸模量，低于約0t:、更優(yōu)選低于約_401:和最優(yōu)選低于約-50°C的優(yōu)選的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，和具有至少約50% ，更優(yōu)選至少約100%的優(yōu)選的斷裂伸長率和最優(yōu)選具有至少約300%的斷裂伸長率的低模量彈性體材料。合適的高模量剛性材料具有至少約lX106psi(6895MPa)的初始拉伸模量，各自由ASTM D638在37。C下測量。此類材料的例子已公開在例如美國專利6， 642， 159中，它的公開內(nèi)容被特意引入這里供參考。在這里通篇使用的術(shù)語拉伸模量指由ASTM 2256對于纖維和由ASTM D638對于聚合物粘結(jié)劑材料測量的彈性模量。聚合物粘結(jié)劑可通過各種方法施涂到本發(fā)明的紗上，并且術(shù)語"涂覆"不希望限制被利用來將聚合物粘結(jié)劑施涂到纖維表面上的方法。 根據(jù)本發(fā)明，為了生產(chǎn)具有低蠕變的無紡織物，此類織物優(yōu)選包括，基于織物的總重量，約10wt^至約80wt^，更優(yōu)選約15wt^至50wt^，和最優(yōu)選約20wt^至約40wt^的粘結(jié)劑量。因此，低蠕變、無紡織物優(yōu)選含有，基于包括粘結(jié)劑的織物的總重量，約20wt^到約90wt % ，更優(yōu)選約50wt %到約85wt % ，和最優(yōu)選約60wt %到約80wt %的纖維含量。
本發(fā)明的紗和織物特別有吸引力用于形成管狀結(jié)構(gòu)如軟管和管道，和形成為塑料管結(jié)構(gòu)的外部增強(qiáng)套筒(sleeve)。為了形成管狀結(jié)構(gòu)，從本發(fā)明的紗形成的織物可以截切成窄的寬度，螺旋形纏繞到芯軸(mandrel)上，然后在合適的加熱和優(yōu)選在加壓下固化。至于窄的寬度，是指織物結(jié)構(gòu)具有約1英寸到約20英寸(2. 54cm到50. 8cm)，更優(yōu)選約2英寸到約16英寸(5. 08cm到40. 64cm)，和最優(yōu)選約4英寸到約16英寸(10. 16cm到40. 64cm)的寬度。較小直徑的管狀結(jié)構(gòu)一般是從較窄的織物復(fù)合材料形成的。在芯軸上的織物可以
8在約220° F到280° F(約104"到138°C )的溫度下加熱約2小時到約24小時，更優(yōu)選 在約220° F到約240° F(約104"到約116°C )的溫度下加熱約4小時到約8小時。該 壓力可以是約100psi到約150psi (約689kPa到約1033. 5kPa)。所形成的軟管然后從芯軸 上取下。 當(dāng)將織物結(jié)構(gòu)纏繞在芯軸上時，各后續(xù)層能夠例如以所需的量與前一層重疊，如 以前一層的寬度的約15%到約75%，更優(yōu)選以前一層的寬度的約一半。應(yīng)該理解的是，可 以使用其它重疊距離(或沒有重疊)。當(dāng)螺旋形纏繞該復(fù)合織物時，約40度到約60度的纏 繞角度是優(yōu)選的。為了達(dá)到管狀結(jié)構(gòu)的最高頂破強(qiáng)度(burst strength)，纏繞角度應(yīng)該是 約57度。為了實現(xiàn)管狀結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步強(qiáng)度，該復(fù)合織物可以最初在一個方向上被纏繞在芯 軸上，然后通過在相反方向上纏繞該復(fù)合織物來重疊。所得到的管狀結(jié)構(gòu)本身可用作管，軟 管或管道(conduit)等等。這些結(jié)構(gòu)優(yōu)選是撓性的。它們可以用于各種應(yīng)用中，如高或低 壓氣體傳輸，腐蝕性化學(xué)品、油和其它石油產(chǎn)品、水、廢物等等的傳輸。從本發(fā)明的雜混紗形 成的織物對于各種化學(xué)品有特別好的耐受性。 本發(fā)明的管狀結(jié)構(gòu)的另一種用途是作為現(xiàn)有管材或軟管的覆蓋物或襯層。此類管 可以由金屬、塑料或復(fù)合材料形成。纖維網(wǎng)絡(luò)的耐化學(xué)品性再次允許化學(xué)品(包括腐蝕性 化學(xué)品)傳輸通過該管結(jié)構(gòu)并且最大程度減少對現(xiàn)有管材或軟管的任何損害。包括高韌性 聚烯烴纖維的覆蓋物的管結(jié)構(gòu)已公開在2005年9月16日提交的懸而未決的美國專利申 請序列號11/228,935中，它的公開內(nèi)容要求在與本申請一致的程度上被引入這里供參考。 例如，本發(fā)明的紗或織物可以通過將紗或織物以螺旋方式纏繞在管的外表面上而應(yīng)用到管 上。該管可以最初用本發(fā)明的織物在一個方向上纏繞，然后通過在相反方向上纏繞該織物 進(jìn)行重疊。當(dāng)將織物纏繞在管上時，各后續(xù)層可以例如以相當(dāng)于前一層的寬度的約一半來 與前一層重疊。當(dāng)螺旋形纏繞該織物時，約40到約60度的纏繞角度是優(yōu)選的，其中約57度 的纏繞角度是對于實現(xiàn)最高頂破強(qiáng)度來 說最優(yōu)選的。此類織物覆蓋物優(yōu)選沒有粘附于管的 外表面，僅僅覆蓋該外表面以使得它能夠在外表面上自由移動。另外地，該織物覆蓋物可通 過任何合適的粘合劑粘附于該管的外表面上?？捎糜诒景l(fā)明中的粘合劑的例子包括熱塑性 和熱固性粘合劑，呈現(xiàn)樹脂或流延膜形式。此類粘合劑包括壓敏粘合劑，高伸長率聚氨酯， 撓性環(huán)氧樹脂，等等。 下列實施例用于舉例說明本發(fā)明。
本發(fā)明的實施例l 根據(jù)ASTM D6992的分級等溫試驗法(SM)，在織物的最大拉伸強(qiáng)度的30 %下測 量從由三個SPECTRA⑧1000,1300纖維絲束與碳纖維(拉伸模量=228GPa(83wt%
SPECTRA iooo， 1300旦尼爾；i7wt^碳纖維)的一個3K絲束加捻在一起所組成的雜
混紗形成的1.5英寸(3.81cm)寬織物條的蠕變斷裂時間，即織物樣品在恒定蠕變負(fù)荷(恒 定負(fù)荷，自由伸長)下斷裂所花費的時間。該3K碳纖維絲束是以1個捻回/每英寸的結(jié)合 SPECTRA⑧絲束的長度進(jìn)行加捻。測得該織物條具有987磅/英寸(176. 28kg/cm)的 最大拉伸強(qiáng)度。根據(jù)ASTM D6992，樣品持續(xù)44， 500小時。
本發(fā)明的實施例2 重復(fù)本發(fā)明的實施例1，只是織物條承受493. 5磅/英寸(88. 14kg/cm)的蠕變負(fù) 荷(根據(jù)ASTM D6992在50XUTS下測量)。根據(jù)ASTM D6992，這一樣品持續(xù)11， 076小時。
本發(fā)明的實施例3 重復(fù)本發(fā)明的實施例1，只是織物條承受789. 6磅/英寸(141. 02kg/cm)的蠕變負(fù) 荷(根據(jù)ASTM D6992在80% UTS下測量)。根據(jù)ASTM D6992，這一樣品持續(xù)615小時。
本發(fā)明的實施例4 重復(fù)本發(fā)明的實施例1，只是織物條承受888. 3磅/英寸(158. 65kg/cm)的蠕變負(fù) 荷(根據(jù)ASTM D6992在90% UTS下測量)。根據(jù)ASTM D6992，這一樣品持續(xù)209小時。
對比實施例1 根據(jù)ASTM D6992的SIM方法，在織物的最大拉伸強(qiáng)度的50%、80%和90%下， 測量2英寸(5.08cm)寬的SPECTRA⑧織物式樣(style)973條(8X8方平組織，48個 SPECTRA 1000， 1300旦尼爾纖維的絲束/每英寸長度和寬度的織物；UTS = 3659磅/ 英寸(653. 5kg/cm);由Hexcel Corporation of Stamford,CT織造)的蠕變斷裂時間。蠕 變斷裂時間分別是77小時，2小時和0. 02小時。
對比實施例2根據(jù)ASTM D6992的SIM方法在織物的最大拉伸強(qiáng)度的50% 、80%和90%下測量2
英寸寬的KEVLAR⑧織物式樣704條(31X31平紋組織，KEVLAR⑧129,840旦尼爾
纖維，UTS = 900磅/英寸(160. 74kg/cm)，由Hexcel Corp.織造生產(chǎn))的蠕變斷裂時間。 蠕變斷裂時間分別是13， 300小時，4小時和0. 02小時。
對比實施例3 根據(jù)ASTM D6992的SIM方法在織物的最大拉伸強(qiáng)度的80 %下測量1英寸 的多平鋪層雜混織物的條的蠕變斷裂時間，該雜混織物包括穿透厚度被縫合在一起的 SPECTRA⑧織物式樣973的層和5. 7oz/yd2碳纖維織物的層(25wt %的碳纖維含量；UTS =1522磅/英寸(271. 83kg/cm))。蠕變斷裂時間是1小時。 盡管本發(fā)明已經(jīng)參考優(yōu)選實施方案來進(jìn)行了具體顯示和描述，但是本領(lǐng)域中的那 些技術(shù)人員可以容易地理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可以作各種變化和改 進(jìn)。因此希望權(quán)利要求被解釋為覆蓋所公開的實施方案，以上討論的那些備選方案和它們 的全部等同方案。
權(quán)利要求
加捻、低蠕變的紗，它包括具有約7g/旦尼爾或更高的韌性和約150g/旦尼爾或更高的拉伸模量的一種或多種聚烯烴纖維與一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維的加捻結(jié)合物，其中根據(jù)ASTM D6992試驗方法所測定，當(dāng)纖維在室溫下受到等于該纖維的最大拉伸強(qiáng)度的50％的應(yīng)力達(dá)到200個小時時，該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維具有約3.0％或更低的伸長率。
2. 權(quán)利要求l的加捻、低蠕變的紗，其中所述一種或多種聚烯烴纖維包括一種或多種 聚乙烯纖維。
3. 權(quán)利要求1的加捻、低蠕變的紗，其中根據(jù)ASTM D6992試驗方法所測定，當(dāng)纖維在室 溫下受到等于該纖維的最大拉伸強(qiáng)度的50%的應(yīng)力達(dá)到200個小時時，該一種或多種低蠕 變增強(qiáng)纖維具有約2. 0%或更低的伸長率。
4. 權(quán)利要求1的加捻、低蠕變的紗，其中該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維包括聚芳族酰 胺纖維，碳纖維，玻璃纖維，聚酯纖維或它們的結(jié)合物。
5. 權(quán)利要求l的加捻、低蠕變的紗，其中該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維包括具有約 3， 000到約12， 000根碳纖維的一束或多束。
6. 權(quán)利要求1的加捻、低蠕變的紗，其中該一種或多種聚烯烴纖維包括聚烯烴纖維的 加捻束，或其中該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維包括低蠕變增強(qiáng)纖維的加捻束，或其中該一 種或多種聚烯烴纖維包括聚烯烴纖維的加捻束和該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維包括低蠕 變增強(qiáng)纖維的加捻束。
7. 權(quán)利要求1的加捻、低蠕變的紗，其中以約0. 5捻度到約3捻度的該一種或多種低蠕 變增強(qiáng)纖維/每英寸的該一種或多種聚烯烴纖維的捻度比率，將低蠕變增強(qiáng)纖維與聚烯烴 纖維加捻在一起。
8. 權(quán)利要求1的加捻、低蠕變的紗，其中以約1捻度的該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維/ 每英寸的該一種或多種聚烯烴纖維的捻度比率，將低蠕變增強(qiáng)纖維與聚烯烴纖維加捻在一 起。
9. 權(quán)利要求1的加捻、低蠕變的紗，其中該紗具有相當(dāng)于紗的約10wt^到約45wt^的 低蠕變纖維含量。
10. 由多根的加捻、低蠕變的紗形成的制品，該紗包括具有約7g/旦尼爾或更高的韌性 和約150g/旦尼爾或更高的拉伸模量的一種或多種聚烯烴纖維和一種或多種低蠕變增強(qiáng) 纖維的加捻結(jié)合物，其中根據(jù)ASTM D6992試驗方法所測定，當(dāng)纖維在室溫下受到等于該纖 維的最大拉伸強(qiáng)度的50%的應(yīng)力達(dá)到200個小時時，該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維具有約 3.0%或更低伸長率。
11. 權(quán)利要求10的制品，其中一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維包括聚芳族酰胺纖維，碳纖 維，玻璃纖維，聚酯纖維或它們的結(jié)合物。
12. 權(quán)利要求10的制品，它包括無紡織物。
13. 權(quán)利要求10的制品，它包括管狀結(jié)構(gòu)。
14. 權(quán)利要求10的制品，其中該一種或多種聚烯烴纖維包括聚烯烴纖維的加捻束，或 其中該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維包括低蠕變增強(qiáng)纖維的加捻束，或其中該一種或多種聚 烯烴纖維包括聚烯烴纖維的加捻束和該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維包括低蠕變增強(qiáng)纖維 的加捻束。
15. 權(quán)利要求10的制品，其中以約0. 5捻度到約3捻度的該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維/每英寸的該一種或多種聚烯烴纖維的捻度比率，將低蠕變增強(qiáng)纖維與聚烯烴纖維加捻 在一起。
16. 權(quán)利要求IO的制品，其中該制品具有相當(dāng)于該制品的約10wt^到約45wt^的低蠕 變纖維含量。
17. 生產(chǎn)加捻、低蠕變的紗的方法，包括a) 提供具有約7g/旦尼爾或更高的韌性和約150g/旦尼爾或更高的拉伸模量的一種或 多種聚烯烴纖維；b) 提供一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維，其中根據(jù)ASTM D6992試驗方法所測定，當(dāng)纖維在 室溫下受到等于該纖維的最大拉伸強(qiáng)度的50%的應(yīng)力達(dá)到200個小時時，該一種或多種低 蠕變增強(qiáng)纖維具有約3. 0%或更低的伸長率；禾口c) 以至少約O. 5捻度的該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維/每英寸的該一種或多種聚烯烴 纖維的捻度比率將聚烯烴纖維和低蠕變增強(qiáng)纖維加捻在一起。
18. 權(quán)利要求17的方法，其中該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維包括聚芳族酰胺纖維，碳 纖維，玻璃纖維，聚酯纖維或它們的結(jié)合物。
19. 權(quán)利要求17的方法，其中該一種或多種聚烯烴纖維包括聚烯烴纖維的加捻束，或 其中該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維包括低蠕變增強(qiáng)纖維的加捻束，或其中該一種或多種聚 烯烴纖維包括聚烯烴纖維的加捻束和該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維包括低蠕變增強(qiáng)纖維 的加捻束。
20. 權(quán)利要求17的方法，其中以約0. 75捻度到約3捻度的該一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖 維/每英寸的該一種或多種聚烯烴纖維的捻度比率，將低蠕變增強(qiáng)纖維與聚烯烴纖維加捻 在一起。
21. 權(quán)利要求17的方法，其中該紗具有相當(dāng)于紗的約10wt^到約45wt^的低蠕變纖維
22. 包括提供權(quán)利要求l的一種或多種加捻、低蠕變的紗和由該紗形成制品的方法。
23. 權(quán)利要求22的方法，它包括將權(quán)利要求1的該一種或多種加捻、低蠕變的紗形成為 無紡織物。
24. 權(quán)利要求22的方法，它包括將權(quán)利要求1的該一種或多種加捻、低蠕變的紗形成為 管狀制品。
全文摘要
具有減少蠕變趨勢的雜混纖維結(jié)構(gòu)體。更具體地說，通過將一種或多種高強(qiáng)度聚烯烴纖維和一種或多種低蠕變增強(qiáng)纖維加捻在一起所形成的加捻、低蠕變紗。
文檔編號D01F6/46GK101784712SQ200880103659
公開日2010年7月21日 申請日期2008年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月21日
發(fā)明者H·X·阮, L·L·沃納 申請人:霍尼韋爾國際公司