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              包含聚合物纖維的結構.pdf

              摘要
              申請專利號:

              CN201580035723.8

              申請日:

              2015.06.29

              公開號:

              CN106536796A

              公開日:

              2017.03.22

              當前法律狀態:

              實審

              有效性:

              審中

              法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):D01F 6/04申請日:20150629|||公開
              IPC分類號: D01F6/04 主分類號: D01F6/04
              申請人: 帝斯曼知識產權資產管理有限公司
              發明人: 里格貝特·博斯曼; 湯姆·安東尼厄斯·菲洛米娜·恩格斯; 馬丁·皮耶特·瓦拉斯布魯姆; 魯洛夫·梅里森; 本杰明·B·阿克斯
              地址: 荷蘭海爾倫
              優先權: 2014.07.01 EP 14175156.0
              專利代理機構: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258 代理人: 肖善強
              PDF完整版下載: PDF下載
              法律狀態
              申請(專利)號:

              CN201580035723.8

              授權公告號:

              |||

              法律狀態公告日:

              2017.04.19|||2017.03.22

              法律狀態類型:

              實質審查的生效|||公開

              摘要

              本發明涉及一種結構,其包含通過相互連接的元件以形成靜定結構或超靜定結構的方式連接在一起的剛性元件,其中所述結構包含至少一個張力元件,所述至少一個張力元件包含具有至少0.3%且至多10%的穩定化蠕變和低于每秒1?x?10?5%的最小蠕變速率的聚合物纖維,所述穩定化蠕變和最小蠕變是在900MPa張力和30℃溫度下測量的。本發明還涉及所述結構,其是框架結構,優選地空間框架;懸置體;平臺,優選地海洋平臺;或包含輻條的輪子。此外,本發明涉及聚合物纖維的用途,所述聚合物纖維具有至少0.3%且至多10%的穩定化蠕變和低于每秒1?x?10?5%的最小蠕變速率,所述穩定化蠕變和最小蠕變是在900MPa張力和30℃溫度下測量的,所述用途是用于靜定結構或超靜定結構,優選地用于框架結構,例如空間框架;用于懸置體;用于平臺,優選地用于

              權利要求書

              1.一種結構,其包含通過相互連接的元件以形成靜定結構或超靜定結構的方式連接在
              一起的剛性元件,其中所述結構包含至少一個張力元件,所述至少一個張力元件包含具有
              至少0.3%且至多10%的穩定化蠕變和低于每秒1x10-5%的最小蠕變速率的聚合物纖維,所
              述穩定化蠕變和最小蠕變是在900MPa張力和30℃溫度下測量的。
              2.根據權利要求1所述的結構,其中所述至少一個張力元件包含具有至少0.5%且至多
              5%的穩定化蠕變的聚合物纖維,所述穩定化蠕變是在900MPa張力和30℃溫度下測量的。
              3.根據權利要求1或2所述的結構,其中所述至少一個張力元件包含具有低于約每秒
              4x10-6%、優選地低于約每秒2x10-6%的最小蠕變速率的聚合物纖維,所述最小蠕變速率是
              在900MPa張力和30℃溫度下測量的。
              4.根據任何在前權利要求所述的結構,其中所述結構是2D結構或3D結構。
              5.根據任何在前權利要求所述的結構,其中所述結構是框架結構,優選地空間框架結
              構;懸置體;平臺,優選地海洋平臺;或者包含輻條的輪子。
              6.根據任何在前權利要求所述的結構,其中所述結構是海洋平臺,優選地海上張力腿
              平臺,其包含至多3個不含蠕變穩定化纖維的張力元件和至少一個含有蠕變穩定化纖維的
              張力元件。
              7.根據任何在前權利要求所述的結構,其中所述結構是海洋平臺,其包含至多3個不含
              蠕變穩定化纖維的張力元件和至少一個含有蠕變穩定化纖維的張力元件,且其中所述張力
              元件的總數為至少4。
              8.根據任何在前權利要求所述的結構,其中所述至少一個張力元件包含蠕變穩定化纖
              維,其中所述纖維包含優選地聚烯烴、更優選地聚乙烯、最優選地超高分子量聚乙烯。
              9.根據任何在前權利要求所述的結構,其中所述至少一個張力元件包含蠕變穩定化纖
              維,且其中所述纖維包含氯代超高分子量聚乙烯或者含有烯屬分支的超高分子量聚乙烯。
              10.根據任何在前權利要求所述的結構,其中所述至少一個張力元件包含蠕變穩定化
              纖維,且其中所述纖維包含含有烷基分支、優選地乙基或丁基分支的超高分子量聚乙烯。
              11.聚合物纖維的用途,所述聚合物纖維具有至少0.3%且至多10%的穩定化蠕變和低
              于約每秒1x10-7的最小蠕變速率,所述穩定化蠕變和最小蠕變是在900MPa張力和30℃溫度
              下測量的,所述用途是用于制造根據在前權利要求1-10中任一項所述的靜定結構或超靜定
              結構,優選地用于制造框架結構,更優選地空間框架;或懸置體;或平臺,優選地海洋平臺;
              或包含輻條的輪子。

              說明書

              包含聚合物纖維的結構

              本發明涉及包含聚合物纖維的靜定結構或超靜定結構。此外,本發明涉及所述纖
              維在某些應用中的用途。

              這種結構在本領域通常是已知的,例如從文件US2008/0250746A1、US2010/
              0005751、WO03/002830和US5125206已知。這種結構的常見元件的實例有張力元件和剛性元
              件,例如通常通過相互連接的元件(例如通過將剛性元件焊接在一起或者通過接頭和鉸鏈)
              相互連接的桿和梁結。通常已知剛性元件能夠抵抗張力、壓縮和彎曲載荷。現有技術還描述
              了次靜定結構(statically under-determined structure)。二維(2D)次靜定結構的一個
              實例在本文的示意圖1a中進行了說明,其包含通過相互連接的元件(2)(即鉸鏈)相互連接
              的剛性元件(1)(即桿);不向該結構施加力。示意圖1b示出了向結構施加力F(力在本文中也
              可以可交換地稱為載荷)的情形中的次靜定結構,因此該結構在斜壓力F下變形;相互連接
              的元件通常允許這么大的形變。因此,次靜定結構通常是不利的結構,因為其允許大的載荷
              形變,而不負載剛性元件的抗張力性、抗壓縮性和/或抗彎曲性。類似的考慮對于三維(3D)
              次靜定結構也是有效的。

              示意圖2中示出了本領域已知的靜定結構。張力元件(3)(即桿)的添加通常防止左
              下方和右上方的相互連接元件(2)(即鉸鏈)之間的距離伸長。通過這種方式,通常能夠防止
              歸因于力F的大形變,從而使得在所有面內載荷(包括在除了示意圖2中所示的載荷F的方向
              之外的其它方向上施加到結構的載荷)的情況下,結構均是穩定的(如果它不失效的話)。

              超靜定結構通常包含比承載外部載荷嚴格必需的結構元件更多的結構元件,因此
              這種結構可負載內力,即便在所述結構未外部載荷的情況下亦是如此。向這種結構施加外
              部載荷時,所述外力通常增加增大內力。內力與外力之和可高于單個結構元件的載荷能力,
              因此可引起所述元件過早失效,從而導致隨后整個結構過早失效。載荷能力在本文中被定
              義為:在結構不能抵抗所施加的載荷的情況下,施加到該結構或者該結構的元件上的力。本
              文的示意圖3中示出了本領域已知的超靜定結構的實例。示意圖3示出了向示意圖2中所示
              的結構中添加另一種張力元件(即,桿(4))以形成超靜定結構。這種結構通常耐受施加到其
              的任何載荷。然而,為了成為有效的結構,桿(4)的長度應該與左上側和右下側的鉸鏈之間
              的距離大體相同,因為該距離已通過添加桿(3)被確定,如示意圖2中所示。在桿(4)比所述
              距離長或者短的情況下,所述桿和所述結構必須發生形變以適合所述距離。這種形變通常
              需要在結構上(包括在剛性元件上)施加力。這種力通常是當結構在使用中時仍然加于其上
              的不期望的內力。

              在現有技術中,機械裝置(例如液壓裝置)通常用于可能減少導致過早失效的靜定
              結構或超靜定結構中元件上的內力。這些機械裝置一般通過改變元件的有效長度來減小元
              件上的內力。現有技術還公開了在包含不同材料的結構中的張力元件,使用不同材料的目
              的是使內部載荷穩定。這種材料的實例包括鋼、聚酯纖維、聚乙烯纖維、芳綸纖維。然而,鋼
              重量大且有腐蝕;此外,在使用鋼的結構中,需要通過憑借使用昂貴的液壓裝置主動調節張
              力元件的末端固定裝置的高度來消除不同張力元件(例如海洋平臺中的鋼筋束)之間的初
              始長度差異。聚酯纖維顯示出較低的強度,因此需要非常厚的張力元件,例如含聚酯的纜
              索,從而導致操作問題。芳綸纖維展示出低耐磨性并缺少耐化學性,當用在堿性環境中(例
              如,含鹽的海水中)中時尤其如此。聚乙烯纖維,尤其是超高分子量聚乙烯纖維(例如,
              )展示出過多最小蠕變,這導致結構蠕變失效。這種UHMWPE材料例
              如由M.P.Vlasblom和R.L.M.Bosman在Ocean 2006會議摘要,Boston MA,2006年9月,出版
              者:IEEE,印刷ISBN:1-4244-0114-3中公開的Predicting the Creep Lifetime of HMPE
              Mooring Rope Applications中描述。

              此外,結構通常被設計用于非常長的時間工作負載,且在此期間通常出現變化的
              載荷。載荷的大小可以是統計分布,例如歸因于暴風雨中的陣風的載荷。此外,通常通過采
              用在使用壽命期間超過結構的設計強度水平的很小可能性來設計結構,例如對于海上平
              臺,可以采用的是在結構的操作壽命(例如,20年)期間出現暴風雨的可能性僅為例如1/
              1000,其中所述暴風雨的強度如此之高以至于超過結構耐受的設計載荷水平。這種高載荷
              的統計期望可能在這種結構的使用壽命中期附近,其在這種結構的使用壽命的第一周中出
              現的可能性極其低。此外,目前的天氣預報模型一般允許在通常未預料這種暴風雨的時機
              架設這種結構。一種有吸引力的策略可以是在惡劣天氣條件非常罕見(例如,在夏天)時架
              設這種平臺。因此,在架設這種結構之后的第一周或者甚至數月期間暫時性的強度降低是
              可接受的,但期望地,強度降低僅僅是暫時性的。

              因此,本發明的目標是提供避免現有技術的缺點的結構,特別地提供這樣的結構,
              其非常穩定,允許內部載荷減小并因此在內力和/或外力施加到所述結構時避免過早失效,
              而不需要使用昂貴的機械裝置且同時可以為輕量型并具有高機械強度。

              出乎意料地,通過以下結構實現了該目標,所述結構包含通過相互連接的元件以
              形成靜定結構或超靜定結構的方式連接在一起的剛性元件,其中所述結構包含至少一個張
              力元件,所述張力元件包含具有至少0.3%且至多10%的穩定化蠕變和低于每秒1x 10-5
              的最小蠕變速率的聚合物纖維,所述穩定化蠕變和最小蠕變是在900MPa張力和30℃溫度下
              測量的。雖然根據本發明的結構在架設后的第一周期間可能經歷可接受的暫時性強度降
              低,但出乎意料地,根據本發明的結構的強度降低僅僅是暫時性的,因此所述結構在其大部
              分使用壽命期間將顯示出改善的安全性。

              文件DE102008005051B3確實公開了這種結構。具體地,該文件公開了用于纜索張
              拉的空間框架的纜索結構,所述結構具有可旋轉支撐的套筒并且被固定在節點元件中的縱
              向中軸周圍以使得纜索在運送方向的縱向和橫向受壓。然而,該文件中所述的結構包含由
              與根據本發明的聚合物纖維不同的聚合物纖維(即即對芳綸合成纖維)制成的纜
              索,因此該文件中所述的結構在載荷施加于其時將過早失效。文件WO2014/210026A2描述了
              用于拴水下防噴器的結構,其包含錨、張力系統和張力構件。該文件中所述的張力構件可包
              括鏈、鋼索或可獲自North Carolina USA,Stanley的DSM Dyneema LLC的
              索。所述繩索由具有與根據本發明的纖維的性質不同的性質的纖維制成,因此
              該文件中所述的結構在載荷施加于其時將過早失效。

              在本發明的上下文中,靜定結構是這樣一種結構,其包含用于結構的基本機能所
              需的最小數目的結構元件。

              在本發明的語境中,超靜定結構是這樣一種結構,其包含的結構元件比所述結構
              的基本機能所需的結構元件要多,或者所述結構元件以這樣一種方式構建,使得在存在或
              不存在任何外力的情況下,結構元件中存在內力。例如WO2014/210026A2文件中描述的靜定
              結構和超靜定結構的實例,該文件通過引用并入本文中。或者,超靜定結構可被定義為這樣
              一種結構:當經受載荷時,不同結構張力元件中的載荷可不同時出現(例如,較短張力元件
              中的載荷將比較長張力元件中的載荷出現的早)且載荷之后的載荷差異在達到最終載荷之
              前保持存在。當多個結構元件經受在一個載荷方向上的力時,本發明中的“超靜定的”這一
              概念優選地僅限于一個載荷方向。然而,即使結構在除了所述一個載荷方向之外的其它方
              向是超靜定的,本發明也仍然適用。

              根據本發明的結構可以是剛性結構或者半剛性結構。在本文中,半剛性結構是這
              樣一種結構,其僅在一個載荷方向上是剛性的,例如當壓縮張力元件時,所述元件僅耐受張
              力而不耐受壓縮載荷。

              根據本發明的結構中的張力元件是這樣一種元件,其在張力下最低程度地變形;
              但在彎曲和/或壓縮力F下大幅度變形。張力在本文中被定義為:作用于一個物體、沿著同一
              條線、朝著相反方向、彼此遠離的至少兩個力,以拉伸該物體。壓縮力在本文中被定義為:作
              用于一個物體、沿著同一條線、朝著相反方向、朝向彼此的至少兩個力,以壓縮該物體或使
              其變形。彎曲在本文中可被定義為:不沿著同一條線作用的一些力對結構元件的影響;這些
              力引起彎曲力矩(有時表示為扭矩)。張力傾向于使元件伸長。壓縮力傾向于縮短元件。彎曲
              傾向于改變元件的曲率。

              根據本發明的結構中的剛性元件是本領域中的任何已知剛性元件,其可包含任何
              材料如金屬,例如鋼和鋁;玻璃;陶瓷;混凝土;石頭;復合材料和/或其任意組合。這些剛性
              元件的實例包括桿和梁結。

              根據本發明的結構中的相互連接的元件是本領域已知的任何相互連接的元件,其
              可包含任何材料如金屬,例如鋼和鋁;玻璃;陶瓷;混凝土;石頭;復合材料和/或其任意組
              合。這些相互連接的元件可以是可移動的,即它們可允許剛性元件之間的相對轉動;或者它
              們可被固定到剛性元件上,例如如通過焊接所獲得的那樣。這些相互連接的元件的實例包
              括接頭和鉸鏈。

              “纖維”在本文中被理解為指的是細長體,其長度尺寸遠遠大于其橫向尺寸,例如
              直徑、寬度和/或厚度。術語“纖維”還包括例如長絲、絲帶、條、條帶、帶、膜、纜索以及類似
              物。纖維可具有規則的橫截面,例如橢圓形、圓環形、矩形、正方形、平行四邊形;或不規則的
              橫截面,例如葉狀、C-形、U-形。纖維可以具有連續的長度(在本領域中也稱為長絲)或者不
              連續的長度(在本領域中稱為短切纖維)。短切纖維通常可以通過切割或拉伸斷裂長絲來獲
              得。纖維可以具有各種橫截面,例如圓形、豆形、橢圓形或矩形的規則或不規則橫截面且它
              們可以是加捻的或未加捻的。為了本發明的目的,紗線是含有多根纖維的細長體。本領域技
              術人員可以分辨含有許多連續的長絲纖維的長絲紗線或者連續長絲紗線和含短長絲纖維
              (也被稱為短切纖維)的短纖紗或紡絲紗線。

              還可以用材料包覆多根加捻的或未加捻的纖維以形成纜索。這種護套材料的實例
              包括任何聚合物基材料,例如彈性體、熱塑性聚合物、熱塑性彈性體以及金屬。優選地,拉緊
              所述纜索以避免松弛和因此根據本發明的結構中的不穩定結構現象。

              根據本發明的結構中的至少一個張力元件優選地包含聚合物纖維,所述聚合物纖
              維的穩定化蠕變為至少0.3%、更優選地至少0.5%、仍然更至少1%、最優選地至少1.2%、
              甚至最優選地至少1.5%且優選地至多8%、更優選地至多7%、仍然更優選地至多6%、最優
              選地至多5%、仍然最優選地至多2.5%、仍然最優選地至多2%,所述穩定化蠕變是在
              900MPa張力和30℃溫度下測量的。另外,本發明的結構中的至少一個張力元件中的纖維的
              最小蠕變速率低于每秒約1x 10-5%、優選地低于每秒約4x 10-6%、最優選地低于每秒約2x
              10-6%,所述最小蠕變速率是在900MPa張力和30℃溫度下測量的。最優選地,最小蠕變速率
              為至多每秒約0%。當根據本發明的結構經受工作載荷時,所述結構中的所述至少一個張力
              元件減小內力并因此分別控制各個剛性元件的所有不期望長度差異的調整,從而在內力
              和/或外力作用于所述結構時避免過早失效,而不需要使用機械裝置且同時可以為輕量型
              并具有高機械強度。此外,所述至少一個剛性元件顯示沒有腐蝕并具有高耐磨性和耐化學
              性。

              根據本發明的結構中的聚合物纖維的穩定化蠕變和最小蠕變可以通過本發明的
              實施例-表征方法部分中所述的方法來測量。特別地,根據本發明的結構中的纖維的蠕變性
              質在本文中由下述應用于復絲紗線的蠕變測量獲得:在900MPa恒定載荷和30℃溫度下應用
              ASTM D885M標準方法,然后作為時間的函數測量蠕變響應(即伸長率,%)。最小蠕變速率在
              本文中由作為時間的函數的蠕變的一階導數確定,其中該一階導數具有最低值。穩定化蠕
              變在本文中被定義為由在最小蠕變速率點的蠕變曲線的切線與縱軸的交叉點確定的蠕變
              量(伸長率,%)。針對彈性應變值校正如此獲得的穩定化蠕變值的第一近似值(即,必須從
              穩定化蠕變值的第一估值中減去彈性應變值)以獲得實際的穩定化蠕變值。

              根據本發明的結構中的聚合物纖維在本文中也可被可交換地稱為“蠕變穩定化纖
              維”,所述聚合物纖維具有至少0.3%且至多10%的穩定化蠕變和低于每秒1x 10-5%的最小
              蠕變速率,所述穩定化蠕變和最小蠕變是在900MPa張力和30℃溫度下測量的。蠕變是本領
              域中已知的參數,其通常取決于應用于材料的溫度和張力。高張力和高溫度值通常促進快
              速蠕變行為。因此,隨著蠕變量增加,蠕變穩定化纖維具有降低至可忽略值、優選地降低至0
              的蠕變速率。具有一定穩定化蠕變的纖維在本文中指的是顯示出時間依賴行為(例如,蠕變
              和/或應力松弛)的纖維,且其在本文中還可被稱為顯示粘彈性行為或粘塑性行為的纖維,
              粘彈性行為或粘塑性行為是本領域技術人員已知的術語。具有穩定化蠕變行為的纖維還可
              替代性地表示這樣一種纖維,當向所述纖維施加載荷時,其顯示出彈性形變和蠕變形變。卸
              載之后,蠕變可以是可逆的或者不可逆的。時間依賴性形變的速率被稱為蠕變速率,其是對
              纖維經受所述形變的速度的量度。初始蠕變速率可以較高,但在恒定載荷期間蠕變形變可
              降低至可忽略(例如接近于零值)或甚至為0的最終蠕變速率。

              根據本發明的結構中的至少一個張力元件中的蠕變穩定化纖維可包含任何聚合
              物和/或聚合物組合物。優選地,聚合物纖維包括高性能聚合物纖維。在本發明的上下文中,
              高性能聚合物纖維被理解為包括選自包含以下物質或者由以下物質組成的組的纖維(優選
              地包含半結晶聚合物):聚烯烴,例如α-烯烴(例如乙烯和/或丙烯)的均聚物和/或共聚物;
              聚甲醛;聚(偏氟乙烯);聚(甲基戊烯);聚(乙烯-氯三氟乙烯);聚酰胺;聚芳酯;聚(四氟乙
              烯)(PTFE);聚(己二酰己二胺)(又名尼龍6,6);聚丁烯;聚酯,例如聚(對苯二甲酸乙二醇
              酯),聚(對苯二甲酸丁二醇酯)和聚(對苯二甲酸1,4亞環己基二亞甲基酯);聚丙烯腈;聚乙
              烯醇;以及從例如US4,384,016已知的熱致液晶聚合物(LCP)。制造這些聚合物及其纖維的
              方法對本領域技術人員而言是已知的且已在現有技術中進行了廣泛描述。通過本領域中已
              知的任何方法由這種聚合物材料制成的纖維的組合也可用于制造根據本發明的結構中的
              蠕變穩定化纖維。

              優選地,根據本發明的結構中的至少一個張力元件中的蠕變穩定化纖維包含聚烯
              烴纖維,優選地高性能聚烯烴纖維,優選地α-聚烯烴,例如丙烯均聚物和/或乙烯均聚物和/
              或包含丙烯和/或乙烯的共聚物。更優選地,所述聚烯烴是聚乙烯均聚物、甚至更優選地高
              性能聚乙烯、最優選地高分子量聚乙烯(HMWPE)或超高分子量聚乙烯(UHMWPE),因為這允許
              內部載荷減小并因此在內力和/或外力施加于所述結構時避免過早失效,而不需要使用機
              械裝置且同時為輕量型,無腐蝕,顯示出高耐磨性和耐化學性,并具有高機械強度。

              “高性能紗線”或“高性能纖維”在本文中可被理解為包括韌度或抗張強度為至少
              1.2N/tex、更優選地至少2.5N/tex、最優選地至少3.5N/tex、仍然最優選地至少4N/tex的紗
              線(或纖維),優選地聚合物紗線(或纖維)。由于實際原因,高性能紗線的韌度或抗張強度可
              以為至多10N/tex。抗張強度可通過下文的“實施例”部分中所述的方法來測量。

              高性能紗線或纖維的抗張模量可以為至少40GPa、更優選地至少60GPa、最優選地
              至少80GPa。所述紗線中的纖維的纖度為優選地至少100dtex、甚至更優選地至少1000dtex、
              仍然甚至更優選地至少2000dtex、仍然甚至更優選地至少3000dtex、仍然甚至更優選地至
              少5000dtex、仍然甚至更優選地至少7000dtex、最優選地至少10000dtex。

              根據本發明的結構中的至少一個張力元件可包含至少50wt%、優選地70wt%、更
              優選地80wt%、最優選地90wt%或甚至100wt%的蠕變穩定化聚合物纖維。

              “UHMWPE”在本文中被理解為具有至少5dl/g的固有粘度(IV)的聚乙烯,其中固有
              粘度是在135℃下在十氫化萘的溶液中測量的。優選地,UHMWPE的IV為至少10dl/g、更優選
              地至少15dl/g、甚至更優選地至少19dl/g、最優選地至少21dl/g。優選地,IV為至多40dl/g、
              更優選地至多30dl/g、甚至更優選地至多25dl/g。固有粘度是分子量(也稱為摩爾質量)的
              量度,其可以比分子量參數如Mn和Mw更容易地測定。當固有粘度過低時,有時不能獲得使用
              由UHMWPE產生的各種制品所必需的強度;當固有粘度過高時,纖維生產后的加工性等往往
              很困難。本領域技術人員可以容易地選擇所述聚合物材料的平均分子量(Mw)和/或固有粘
              度(IV)以獲得具有期望的機械性質(例如抗張強度)的纖維。技術文獻不僅對于本領域技術
              人員應該使用什么樣的Mw或IV值來獲得堅固纖維(即,具有高抗張強度的纖維)提供了進一
              步指導,而且對于如何生產這樣的纖維也提供了進一步指導。

              優選地,包含UHMWPE的纖維是凝膠紡絲纖維,即利用凝膠紡絲工藝制成的纖維,或
              者是熔融紡絲纖維。許多出版物中描述了用于制造UHMWPE纖維的凝膠紡絲工藝的實例,所
              述出版物包括EP 0205960 A、EP 0213208 A1、US 4413110、GB 2042414 A、GB-A-2051667、
              EP 0200547 B1、EP 0472114B1、WO 01/73173 A1和EP 1,699,954。

              最優選地,根據本發明的結構中的至少一個張力元件中的聚烯烴纖維包含聚乙
              烯、優選地高性能聚乙烯、最優選地包含烯屬分支(OB)的UHMWPE作為蠕變穩定化纖維。這種
              UHMWPE纖維例如在文件WO2012139934中有描述,所述文件通過引用包含在本文中。OB的碳
              原子數可以為1-20、更優選地2-16、甚至更優選地2-10、最優選地2-6。當所述分支為優選地
              烷基分支,更優選地乙基分支、丙基分支、丁基分支或己基分支,最優選地乙基分支或丁基
              分支時,獲得了良好的纖維可拉性和穩定化蠕變結果。每1000個碳原子烯屬分支(例如乙基
              或丁基)的數目通過FTIR對厚2mm的壓制薄膜通過如下測定:利用基于NMR測量結果的校準
              曲線對在1375cm-1的吸收率進行量化(例如EP0269151中所述,特別是第4頁)。

              此外,UHMWPE中每1000個碳原子的烯屬分支的量(OB/1000C)為0.01-1.30、更優選
              地0.05-1.30、更優選地0.10-1.10、甚至更優選地0.30-1.05。當根據本發明使用的UHMWPE
              具有乙基分支時,優選地所述UHMWPE中每1000個碳原子的乙基分支的量(C2H5/1000C)為
              0.40-1.10、更優選地0.60-1.10、還更優選地0.64-0.72或0.65-0.70、最優選地0.78-1.10、
              還最優選地0.90-1.08、或者1.02-1.07。當根據本發明使用的UHMWPE具有丁基分支時,優選
              地所述UHMWPE中每1000個碳原子的丁分支的量(C4H9/1000C)為0.05-0.80、更優選地0.10-
              0.60、甚至更優選地0.15-0.55、最優選地0.30-0.55。

              優選地,包含UHMWPE的纖維是通過紡絲下述UHMWPE獲得的,所述UHMWPE包含烯屬
              分支并具有伸長應力(ES),且每1000個碳原子的烯屬分支的數目(OB/1000C)與伸長應力
              (ES)之比(OB/1000C)/ES為至少0.2、更優選地至少0.5。所述比值可被測量,其中在70℃溫
              度下經受600MPa載荷時所述UHMWPE纖維的蠕變壽命為至少90小時,優選至少100小時,更優
              選110-445小時,優選地至少110小時,甚至更優選至少120小時,最優選至少125小時。優選
              地,UHMWPE的固有粘度(IV)為至少5dl/g。可根據ISO 11542-2A測量UHMWPE的伸長應力(ES,
              以N/mm2計)。

              UHMWPE的(OB/1000C)/ES比值為優選地至少0.3、更優選地至少0.4、甚至更優選地
              至少0.5、仍然甚至更優選地至少0.7、仍然甚至更優選地至少1.0、仍然甚至更優選地至少
              1.2。當本發明中使用的UHMWPE具有乙基分支時,所述UHMWPE的(C2H5/1000C)/ES比值為優
              選地至少1.00、更優選地至少1.30、甚至更優選地至少1.45、仍然甚至更優選地至少1.50、
              最優選地至少2.00。優選地,所述比值為1.00-3.00、更優選地1.20-2.80、甚至更優選地
              1.40-1.60、仍然甚至更優選地1.45-2.20。當本發明中使用的UHMWPE具有丁基分支時,所述
              UHMWPE的(C4H9/1000C)/ES比值為優選地至少0.25、甚至更優選地至少0.30、仍然甚至更優
              選地至少0.40、仍然甚至更優選地至少0.70、更優選地至少1.00、最優選地至少1.20。優選
              地,所述比值為0.20-3.00、更優選地0.40-2.00、甚至更優選地1.40-1.80。

              UHMWPE的ES為優選地至多0.70、更優選地至多0.50、更優選地至多0.49、甚至更優
              選地至多0.45、最為優選地至多0.40。當所述UHMWPE具有乙基分支時,優選地所述UHMWPE的
              ES為0.30-0.70、更優選地0.35-0.50。當所述UHMWPE具有丁基分支時,優選地所述UHMWPE的
              ES為0.30-0.50、更優選地0.40-0.45。

              優選地,UHMWPE纖維是通過凝膠紡絲包含乙基分支并具有伸長應力(ES)的UHMWPE
              獲得的,其中每1000個碳原子的乙基分支的數目(C2H5/1000C)與伸長應力(ES)之比(C2H5/
              1000C)/ES為至少1.0,其中C2H5/1000C為0.60-0.80或者0.90-1.10且其中ES為0.30-0.50。
              優選地,UHMWPE的IV為至少15dl/g、更優選地至少20dl/g、更優選地至少25dl/g。優選地,
              UHMWPE纖維的蠕變壽命為至少90小時、優選至少150小時、更優選至少200小時、甚至更優選
              至少250小時、最優選至少290小時、還最優選至少350小時。

              優選地,UHMWPE纖維是通過凝膠紡絲包含丁基分支并具有伸長應力(ES)的UHMWPE
              獲得的,其中每1000個碳原子的丁基分支的數目(C4H9/1000C)與伸長應力(ES)之比(C4H9/
              1000C)ES為至少0.5,其中C4H9/1000C為0.20-0.80且其中ES為0.30-0.50。優選地,UHMWPE
              的IV為至少15dl/g、更優選地至少20dl/g。優選地,纖維的蠕變壽命為至少90小時、更優選
              至少200小時、甚至更優選至少300小時、仍然甚至更優選至少400小時、最優選至少500小
              時。

              可用在根據本發明的結構中的至少一個張力元件中的蠕變穩定化纖維中或者可
              用作所述蠕變穩定化纖維的聚烯烴、優選地聚乙烯、最優選地UHMWPE可通過本領域已知的
              任何工藝獲得。本領域已知的這種工藝的合適實例有:在存在烯烴聚合催化劑的情況下,在
              聚合溫度下的漿料聚合工藝。所述工藝可包括,例如以下步驟:a)用下列物質填充反應器,
              例如不銹鋼反應器:a-i)在高于聚合溫度的溫度下具有沸點的非極性脂族溶劑;所述聚合
              溫度可優選介于50℃和90℃之間,更優選介于55℃和80℃之間,最優選介于60℃和70℃之
              間;所述溶劑的所述沸點介于60℃和100℃之間;所述溶劑可選自包含庚烷、己烷、五甲基庚
              烷和環己烷的組;a-ii)烷基鋁作為助催化劑,例如三乙基鋁(TEA)或三異丁基鋁(TIBA);a-
              iii)壓強為0.1-6bar、優選地1-4bar、最優選地1.8-3.2bar的烯烴氣體,優選地乙烯氣體;
              a-iv)α-烯屬共聚單體;和iv)適用于在a)-i)至a)-iv)的條件下生產聚烯烴、優選地聚乙
              烯、最優選地UHMWPE的催化劑,所述催化劑優選地為Ziegler-Natta催化劑;Ziegler-Natta
              催化劑在現有技術中是已知的且例如在WO 2008/058749或EP 1 749 574(通過引用包含在
              本文中)有描述;然后b)逐漸增大反應器內烯烴氣體的壓強,例如通過調節氣體的流速,使
              得在聚合工藝期間氣體的壓強達到優選地至多12bar;并且c)產生聚烯烴、優選地聚乙烯、
              最優選地UHMWPE,其形式可以為粉末或者顆粒,所述顆粒通過ISO 13320-1測量的平均顆粒
              尺寸(D50)在80μm和300μm之間、更優選地寸在100μm和200μm之間、最優選地在140μm和160μ
              m之間。

              可根據所需支化的類型來選擇α-烯屬共聚單體。例如,為了產生具有乙基分支的
              聚烯烴、優選地聚乙烯、最優選地UHMWPE,α-烯屬共聚單體是丁烯、更優選地1-丁烯。如果使
              用聚乙烯、優選地UHMWPE,則氣體與總乙烯之比(NL∶NL)可以為至多325∶1、優選地至多150∶
              1、最優選至多80∶1,其中“總乙烯”被理解為步驟a)-iii)和b)中添加的乙烯。為了產生具有
              丁基(例如,正丁基)或者己基分支的聚烯烴、優選地聚乙烯、最優選地UHMWPE,烯屬共聚單
              體分別1-己烯或1-辛烯。優選地,“丁基分支”在本文中被理解為正丁基分支。

              根據本發明的結構中的至少一個張力元件中的蠕變穩定化纖維可替代性地包含
              聚合物主鏈上含氯側基的聚合物、優選地聚烯烴、更優選地聚乙烯、最優選地UHMWPE。這種
              纖維可通過本領域中已知的任何方法獲得,例如通過聚烯烴、優選地聚乙烯、最優選地
              UHMWPE的氯化獲得。這種氯化方法例如在公開的學位論文H.N.A.M.Steenbakkers-
              Menting,“Chlorination of ultrahigh molecular weight polyethylene”,PhD Thesis,
              technical University of Eindhoven,The Netherlands(1995)中有描述,該文件通過引
              用并入本文中。該文件描述了,例如,在20-40℃下氯化懸浮的PE粉末;在90℃下在轉鼓中氯
              化;和在溶液中氯化。該文件中描述了包含聚乙烯(例如具有可變量的氯基團的HDPE和
              UHMWPE)的纖維。

              根據本發明的結構包含至少一個含有根據本發明的蠕變穩定化纖維的張力元件,
              并可任選地包含至少一個不含蠕變穩定化纖維的額外的張力元件。至少一個額外的張力元
              件是現有技術中已知的張力元件,其通常包含含有本領域中已知待用于該目的的任何材料
              的纖維(例如,芳綸纖維(例如)、鋼、聚酯纖維)且不含本發明中所限
              定的任何蠕變穩定化纖維(即,包含0wt%的蠕變穩定化纖維)。“至少一個張力元件”在本文
              中也可被可交換地稱為“至少一個張力元件A”。“至少一個額外的張力元件”在本文中也可
              被可交換地稱為至少一個張力元件B”。

              例如示意圖4闡釋了根據本發明的靜定結構,其示出了與示意圖2中相同的結構,
              唯一的不同是:剛性元件(3)(即,桿)被包含如本發明中所限定的蠕變穩定化纖維的張力元
              件(3a)代替,張力元件(3a)在本文中也可被稱為第一張力元件。當施加力F時,示意圖4中的
              靜定結構最低程度地變形,因為其在張力元件上強加張力。在壓縮力F可能不施加在左上側
              和右下側的相互連接元件上、而是施加在右上側和左下側的相互連接元件(例如,示意圖4
              中所示的鉸鏈)上的情況下,張力元件可能坍塌且不耐受載荷,因此形變可出現在示意圖1b
              中的F的相反方向上。

              為了具有更好地耐受施加于結構的所有面內力的結構,根據本發明的結構包含至
              少兩個張力元件,所述張力元件優選地包含根據本發明的穩定化纖維,這使得所述結構是
              超靜定的。雖然張力元件數目的上限沒有限制,但僅僅由于實際原因,根據本發明的超靜定
              結構優選地包含有限數目的張力元件。該數目取決于結構類型的設計細節(即,取決于結構
              的幾何形狀和功能)。例如示意圖5中描述了這種情形,其中根據本發明的超靜定結構額外
              包含張力元件(4a),其在本文中還可被稱為第二張力元件。由于第二張力元件,示意圖5中
              的結構不再限于僅耐受一個載荷方向。其還耐受右上角和左下角之間的壓縮載荷。

              本發明的結構優選地包含至多三個不含穩定化蠕變纖維的張力元件(即,張力元
              件A)和至少一個含有蠕變穩定化纖維的額外的張力元件,所述蠕變穩定化纖維具有至少
              0.3%且至多10%的穩定化蠕變和低于每秒1x 10-5%的最小蠕變速率,所述穩定化蠕變和
              最小蠕變是在900MPa張力和30℃溫度下測量的(即,至少一個額外的張力元件B)。

              本發明的結構更優選地包含至多三個不含穩定化蠕變纖維的張力元件(即,張力
              元件A)和至少一個含有蠕變穩定化纖維的額外張力元件,所述蠕變穩定化纖維具有至少
              0.3%且至多10%的穩定化蠕變和低于每秒1x10-5%的最小蠕變速率,所述穩定化蠕變和最
              小蠕變是在900MPa張力和30℃溫度下測量的(即,張力元件B),其中張力元件的總量為至少
              4、優選地至少5、更優選地至少6。這種結構是超靜定結構,例如海洋平臺(或水浮平臺)。在
              這種結構中,當所述海洋平臺經受工作載荷時,內力被減小且各個剛性元件(例如各個鋼筋
              束)的所有不期望長度差異被分別控制和調整從而在內力和/或外力作用于所述結構時避
              免過早失效,而不需要使用機械裝置。此外,由于鋼筋束的長度差異導致載荷不平衡而引起
              的所述平臺的傾斜較小。另外,所述平臺是輕量型的并具有高機械強度。優選地,如果鋼筋
              束具有不同的長度(即,過長或過短),則將所述鋼筋束鄰近具有相同長度的鋼筋束放置。優
              選地,海洋平臺包含至少4個鋼筋束或至少5個鋼筋束或至少6個鋼筋束。

              所述海洋平臺可漂浮在水中或者可浸入表層水下。所述海洋平臺可例如用張力元
              件(例如,纜索)拴到位于海底的錨上。在2D構型中,取決于幾何形狀,3個張力元件(可在平
              面內)可在所述平臺的垂直方向引起超靜定行為。在3D構型中,通常使用4個或更多個(例
              如,多達10個)張力元件將平臺拴到位于海底的錨上,以提供對垂直平臺運動和轉動平臺運
              動的阻力。同時,這種平臺在水平方向上可以是次靜定結構、靜定結構或超靜定結構。本發
              明的結構的其它實例可以是包含至少一個含有穩定化纖維的張力元件的高桿工程,例如可
              用在傾斜位置的纜索。圖6-14中闡釋了一些實例。

              圖6示出了現有技術中的2D靜定結構,其由兩個剛性元件(5)組成,所述剛性元件
              (5)與兩個細長且柔韌的張力元件(6)(例如桿或纜索)相連。元件(6)的細長意味著所述元
              件的某種彎曲不在這些元件中引起相當大的應力。作用于剛性元件(5)的垂直載荷F均勻分
              布在元件(6)上。元件(5)的剛度足夠高,以至于所有形變可忽略不計。如果沒有外部載荷,
              則元件(6)也無載荷。圖7示出了與圖6中相似的結構,差異在于:其含有額外的張力元件
              (7)。在元件(7)的長度與元件(6)的長度不同的情況下,可出現殘余內力,從而導致元件(7)
              的內部載荷與元件(6)的內部載荷不同且元件(7)或元件(6)上的內力將大于三個元件之間
              共享的平均載荷,這可導致載荷更重的元件過早失效或者換言之,載荷分布不均勻。圖7中
              的2D結構是超靜定結構。

              在根據圖7的結構的3D構型(本文未示出)中,當存在3個元件(6)(其可以是柔韌
              的)時,具有兩個剛性元件(5)的結構是靜定結構。如果添加第四個元件(6),則所述結構變
              成超靜定結構。然而,在剛性體(5)之間添加4個或更多個張力元件可引起內部載荷的問題
              且由于載荷,該結構可導致過早失效。如果至少一個所述張力元件包含根據本發明的蠕變
              穩定化纖維,則將不會發生圖6和圖7中的結構的過早失效。圖7的3D結構(本文未示出)的優
              選實例是張力腿平臺,特別地海上張力腿平臺,其中下部剛性元件可以是海底,上部剛性元
              件可以是平臺;且力F是漂浮的上部剛性元件(例如,平臺)的浮力。文件WO2014/210026中給
              出了這種平臺的實例,該文件通過引用并入本文中。3個張力元件可以是纜索,其平均分配
              浮力。這種結構是靜定結構。如果應用多個3個張力元件,例如10條纜索,則結構變成超靜定
              結構。然而,應用4條或更多條纜索例如對于抵抗歸因于海流的位移可能是必需的,但由于
              內力和浮力的組合或者換言之,由于不均勻的載荷分布,其還可導致結構過早失效。但如果
              至少一個張力元件包含根據本發明的蠕變穩定化纖維,則能夠防止結構過早失效。

              圖8中所示的靜定2D結構由剛性元件(10)、剛性相互連接的元件(9)和兩個張力元
              件(8)(例如,纜索或者桿)組成。例如在提升情況下,剛性元件(10)通過重力經受載荷F。施
              加在剛性元件上的力F與施加在相互連接的元件上的力F平衡,例如F是提升力。力F可均勻
              分布在兩個張力(在本文中也稱為細長)元件(8)上。與圖8中的結構相比,圖9中的超靜定結
              構包含額外的張力元件(11)。如果張力元件(8)或(11)過短或過長,則會出現不均勻的載荷
              分布并且可導致結構過早失效。如果至少一個所述張力元件包含根據本發明的蠕變穩定化
              纖維,則將不會發生圖8和圖9中的結構的過早失效。

              圖10中示出了3D提升的靜定結構。剛性元件(100)懸置在相互連接的元件(200)
              上。3個張力元件(20)(例如,纜索)分擔負載而不出現內力。如圖11中所示,如果添加第4個
              張力元件,則獲得超靜定結構。如果元件(20)或(21)之一過長或過短以至于不拉伸則不能
              達到到剛性元件(100)的距離,則會出現不均勻的載荷分布并且可導致結構過早失效。通過
              在一個或多個所述張力元件中應用根據本發明的蠕變穩定化纖維,能夠避免圖10和圖11中
              的結構的過早失效。

              圖12中闡釋了另一個實例,其示出了由相互連接的元件(12)(例如,軸)、剛性元件
              (13)(即,邊緣)和2個張力元件(16)(例如,輻條)組成的輪子。輻條的功能是將荷載由邊緣
              轉移到軸。輻條均是垂直放置的,因此輪子將僅有效抵擋在輻條方向上的垂直載荷(在尚未
              旋轉輪子時是垂直的)。如果一根輻條(16)過短以至于不拉伸則不能達到到剛性元件(13)
              的距離,則輪子是超靜定結構,但功能不完全,因為圖12中的輪子不能承載水平載荷。圖13
              示出了與圖12中相同的輪子,但其具有優選的3根輻條(14)。然而,雖然這種輪子可抵抗在
              輪子平面內的所有方向上的力,但這種結構的缺點是:當邊緣在中部(兩個邊緣-輻條連接
              處之間)荷載時,邊緣中的彎曲載荷高。結構中的這種抗彎性通常不如抗張性和抗壓性有效
              并且可導致超靜定結構過早失效。如圖14中所示應用更多輻條將進一步減少邊緣彎曲,但
              會增大結構的超定特征。如果至少一個所述張力元件包含根據本發明的蠕變穩定化纖維,
              則將不會發生圖12-14中的結構的過早失效。

              此外,本發明還涉及纖維,其具有至少0.3%且至多10%的穩定化蠕變和低于每秒
              1x10-5%的最小蠕變速率,所述穩定化蠕變和最小蠕變是在900MPa張力和30℃溫度下測量
              的。當結構經受工作載荷時,具有特定的穩定化蠕變值和最小蠕變速率值的組合的這種纖
              維能夠減小內力并因此分別控制靜定結構或超靜定結構(優選地本文所定義的超靜定結
              構)中的剛性元件的所有不期望長度差異的調整,從而在內力和/或外力作用于所述結構時
              避免過早失效,而不需要使用昂貴的機械裝置。同時,包含所述纖維的結構為輕量型,具有
              高機械強度,不顯示腐蝕并具有高耐磨性和耐化學性。

              這種纖維的特性和特征與本發明中所限定的特性和特征相同。

              本發明還涉及聚合物纖維在靜定結構或超靜定結構中、優選地在本文所定義的超
              靜定結構中的用途,所述聚合物纖維具有至少0.3%且至多10%的穩定化蠕變和低于每秒
              1x10-5%的最小蠕變速率,所述穩定化蠕變和最小蠕變是在900MPa張力和30℃溫度下測量
              的。所述結構、優選地超靜定結構的合適實例包括框架結構,優選地空間框架;懸置體;平
              臺,優選地海洋平臺;或者包含輻條的輪子。這種纖維的特性和特征與本發明中所限定的特
              性和特征相同。通過在所述結構中、優選地在所述結構的至少一個張力元件中使用所述纖
              維,結構非常穩定,從而允許內力減小并因此在內力和/或外力施加于所述結構時避免過早
              失效,而不需要使用昂貴的機械裝置。同時,通過在所述結構中使用所述纖維,所述結構為
              輕量型,具有高機械強度,不顯示腐蝕并具有高耐磨性和耐化學性。

              應當注意,本發明涉及權利要求中所述特征的所有可能組合。說明書中描述的特
              征可以進一步組合。

              還應當注意,術語“包括/包含”并不排除存在其他元素。但是,還應當理解,對于包
              含某些組分的產品的說明也公開了由這些組分所組成的產品。類似地,還應當理解,對于包
              括某些步驟的方法的說明也公開了由這些步驟組成的方法。

              將通過下面的實施例來進一步說明本發明,但本發明不限于此。

              實施例

              表征方法

              ·IV:根據ASTM D1601-99(2004)測定UHMWPE的固有粘度,測試條件為:在135℃
              下,在十氫化萘中,溶解時間為16小時,采用用量為2g/l溶液的BHT(丁羥甲苯)作為抗氧化
              劑。通過將在不同濃度下測量的粘度外推到零濃度下的粘度來獲得IV。

              ·dtex:通過稱重100米的纖維來測定纖維的纖度(dtex)。通過將以毫克計的重量
              除以10來計算纖維的dtex。

              ·纖維、尤其是包含3種復絲紗線結構的根據本文中的實施例和對比實驗的結構
              的抗張性能:按照ASTM D885M的規定,使用名義標定長度為500mm的纖維、5%/min的十字頭
              速度(約25mm/min的伸長率),在室溫(約23℃)和約50%相對濕度下,使用圓筒作為紗線的
              末端固定裝置,定義和測定三種復絲紗線的抗張強度(或強度)、抗張模量(或模量)、斷裂伸
              長率(或破壞伸長率)和斷裂力。如下進行試驗:使用2個直徑為12mm的圓筒作為紗線的末端
              固定裝置,將所述紗線繞著每個圓筒纏繞12次(一般而言,可將所述紗線繞著每個圓筒纏繞
              至少12次)然后固定(即,通過結)到每個圓筒底部的鉤子上。基于測量的應力-應變曲線,由
              0.3-1%應變之間的斜率來確定纖維的模量。為了計算模量和強度,將所測量的張力除以纖
              度,該纖度通過稱重10米長的纖維來確定;假設密度為0.97g/cm3來計算單位為GPa的值。

              ·DM20、SK75和單紗的抗張性能:按照ASTM
              D885M的規定,使用名義標定長度為500mm的纖維、250mm/min的伸長率和“Fibre Grip
              D5618C”型Instron 2714夾具,在室溫(約23℃)和約50%相對濕度下,測量復絲紗線的抗張
              強度(或強度)、抗張模量(或模量)和斷裂伸長率(或破壞伸長率)。基于測量的應力-應變曲
              線,可由0.3-1%應變之間的斜率來確定纖維的模量。為了計算模量和強度,將所測量的張
              力除以纖度,該纖度通過稱重10米長的纖維來確定;假設密度為0.97g/cm3來計算單位為
              GPa的值。

              ·理論最大可達到強度是各個紗線強度值的總和。本申請中使用的破壞試驗被設
              計用于理論最大值的相等強度。這是通過在試驗中使用近似相等長度的紗線獲得的。實際
              上,因為不能避免長度差異,所以通常未達到該最大理論值,因此所述最大理論值還可被稱
              為最大實際初始強度。如下所述在試驗中模擬這種情形以達到破壞:將中間紗線的長度相
              對于其他兩根紗線的長度減少約1.5%,然后測量強度(實施例“B”)。在接下來的試驗(實施
              例“C”)中,使用相似的裝置,但現在在于實施例B中測量到的載荷水平的60%下,持續2周荷
              載約1.5%的紗線長度差異。2周后,測量破壞載荷,結果在本文展示于表1中。

              ·蠕變壽命和蠕變壽命期間的伸長率如文件WO2012139934中所述來測定。

              ·纖維的穩定化蠕變和最小蠕變速率

              如上文“纖維的抗張性能”中所提到的那樣,通過在900MPa張力和30℃溫度下標繪
              蠕變行為(如圖15中所示,纖維的伸長率[%]相對于所述纖維的時間[秒])來測定穩定化蠕
              變。在圖15中的蠕變曲線上蠕變速率最小的位置(即,其中切線的斜率最小)作切線。該切線
              與縱軸的交點(伸長率[%])提供纖維的穩定化蠕變的第一量值。穩定化蠕變被計算為:在
              該交點的值減去彈性應變(%)的值。彈性應變通常是初始伸長距離(長度單位,例如mm)除
              以伸長纖維的原始長度。彈性應變可以在達到蠕變荷載之后直接(例如在達到蠕變荷載幾
              秒之后)測量(例如,由抓具(grip)的位移,優選地測量纖維上的標記之間的位移),或者其
              可以通過將施加在纖維(例如紗線)上的應力(以MPa測量)除以抗張模量(以與應力相同的
              單位測量)來計算。

              實施例1A

              使用3根聚合物紗線,所述物紗線包含可從DSM以商品名DM20商購的
              纖維,所述纖維具有1760dtex的纖度、40匝/米的捻度、32cN/dtex的初始比紗線強度以及在
              900MPa張力和30℃溫度下測量的每秒1.3x 10-6%的最小蠕變速率,所述紗線的長度近似相
              等(每根紗線的標稱長度均為約50cm)。使所有3根紗線位于平行位置并在末端固定,從而形
              成超靜定結構。根據本文所述的方法檢驗所述紗線的破壞(斷裂力)。結果示于表1中。

              在圖15中,實施例1A的紗線樣品的彈性應變為約0.8%,這表示穩定化蠕變量為約
              1.6%減去約0.8%,得到約0.8%。在圖15中,切線(即在蠕變速率最小的位置,即切線的斜
              率最小之處)與縱軸的交點(伸長率[%])提供纖維的穩定化蠕變的第一量值,即約1.6%。

              圖15的圖表還可被展示為所謂的Sherby和Dorn圖。這示于圖16中,圖16闡明了圖
              15中所示結果的Sherby和Dom圖。圖16示出了:實施例1A的蠕變穩定化纖維的蠕變速率可降
              低幾乎5十年(decade),這是蠕變穩定化纖維的典型行為。在圖16中,實施例1A的紗線樣品
              的最小蠕變率為約每秒1.3x 10-8(或每秒1.3x 10-6%);這是平均值。結果示于表1中。

              實施例1B

              通過重復實施例1A來進行實施例1B,不同之處在于:所述3根紗線之一(例如,位于
              2根較長的紗線之間)比長度近似相等的另外2根紗線短1.5%。結果示于表1中。

              實施例1C

              通過重復實施例1B來進行實施例1C,不同之處在于:使所有紗線首先在初始載荷
              值(如實施例1B中所應用)的60%的載荷下載荷2周時間。結果示于表1和表2中。

              對比實驗1A

              通過重復實施例1A來進行對比實驗1A,不同之處在于:所述3根聚合物紗線可以以
              商品名SK75商購,其具有1760dtex的纖度、40匝/米的捻度、35cN/dtex的初始
              比紗線強度以及在900MPa張力和30℃溫度下測量的每秒2.4x 10-5%的最小蠕變速率。結果
              示于表1中。

              對比實驗1B

              通過重復對比實驗1A來進行對比實驗1B,不同之處在于:所述3根紗線之一比長度
              近似相等的另外2根紗線短1.5%。結果示于表1中。

              對比實驗1C

              通過重復對比實驗1B按照預期進行對比實驗1C,不同之處在于:使紗線在對比實
              驗1B中所應用的載荷值的60%的載荷下載荷2周時間。然而,8.7天后已達到15%的過量應
              變。這種大應變使得結構在任何應用中均無用,因此停止實驗。因此無結果示于表1中(不適
              用)。

              對比實驗2A

              通過重復實施例1A來進行對比實驗2A,不同之處在于:所述3根聚合物紗線可以以
              商品名商購,其具有3220dtex的纖度和22cN/dtex的初始比紗線強度并且在已經
              非常低的應變下具有非常接近于0(不再可測量)的穩定化蠕變值,所述穩定化蠕變值是在
              900MPa張力和30℃溫度下測量的。結果示于表1中。預期另一種類型的(具有不同
              的特性和/或組成)給出比得上的或更差的斷裂破壞和載荷分布結果。

              對比實驗2B

              通過重復對比實驗2A來進行對比實驗2B,不同之處在于:所述3根紗線之一比長度
              大致相等的另外2根紗線短1.5%。結果示于表1中。

              對比實驗2C

              通過重復對比實驗2B按照預期進行對比實驗2C,不同之處在于:使紗線在對比實
              驗2B中所應用的載荷值的60%的載荷下載荷2周時間。結果示于表1和表2中。

              表1



              表1中所示結果展示了:相較于對比實驗1B和2B,實施例1B的結構出現最小的強度
              降低。表1中的數據清楚示出了:載荷兩周引起強度恢復。利用蠕變穩定化纖維的根據本發
              明的試驗(實施例1C)的強度恢復比關于對比實驗(對比實驗2C)觀察到的強度恢復更大。實
              際上,根據本發明的結構幾乎達到理論最大強度值(實施例1C),然而對比實驗2C的恢復較
              小且仍然損失理論最大值的30%。此外,對比實驗1A-C和2A-C的結構的蠕變不穩定。對于實
              施例1C的結構,測得3%的應變(其是結構可接受的);對于已荷載8.7天之后的對比實驗1C
              的結構,測得15%的應變,其是結構不可接受的,因此立刻停止試驗。對比實驗2C的結構幾
              乎不顯示出任何蠕變性能(0.25%應變),但顯示出嚴重的強度降低(歸因于長度差異)并僅
              顯示出非常有限的強度降低恢復。因此,證明了根據本發明的結構在其大部分壽命期間顯
              示出改善的安全性。

              表2


              表2示出了:根據本發明的纖維(實施例1C的結構)的載荷分布在一段時間后幾乎
              均等,而纖維(對比實驗3C的結構)的載荷分布保持幾乎與實驗開始時那樣不均
              等。表2示出了:相較于包含的參照結構兩周后保留93.9%的載荷不均等(僅
              6.1%的載荷被分擔),在相同條件下,根據本發明的結構兩周后保留19.1%的載荷不均等
              (81.9%的載荷被分擔)。因此,與根據本發明的結構相比,根據對比實驗3C制成的結構導致
              荷載更重的元件過早失效。

              關 鍵 詞:
              包含 聚合物 纖維 結構
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