CN101429732A - 网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索 - Google Patents

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Abstract

网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索，涉及渔用绳索材料，需要提高绳索的强力性能。本发明用高强度渔用聚乙烯单丝，其特征是由绳索直径及制股经验系数确定绳股直径，制股用经验系数0.472～0.495；由喷丝孔孔数及经验系数确定制绳纱用单丝数量；由绳纱直径结合绳股用纱经验系数确定绳股用纱数量，绳股用纱经验系数0.935～0.990；绳捻系数与股捻系数之比1.12、绳捻系数2.6～2.9；高强度渔用聚乙烯单丝以“Z”向捻成绳纱、将1～20根“Z”向绳纱以“S”向捻成绳芯，再由一定数量绳纱和1根绳芯以“S”向加捻成绳股，最后将三股绳股以“Z”向捻制成网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索。本发明用于网箱或渔具。

Description

网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索
技术领域：
本发明涉及渔用绳索材料。
背景技术：
绳索是制造网箱或渔具必不可少的材料，绳索按原料分为聚乙烯绳、聚酰胺绳及聚丙烯绳，按股数分为三股绳、四股绳及六股绳，按使用范围分为网箱绳、渔具绳、船用绳和军用绳等，因网箱或渔具构件对结缚定位、纲举目张、主承载荷等功能需要，在纤维材料的选择和制作工艺上网箱或渔具用绳索应与网线有一定的区别。正常状态下，绳索作为柔性结构材料，断裂强力是衡量其渔用性能的最重要指标。现有网箱或渔具用三股聚乙烯绳索加工生产中所采用的单丝以普通聚乙烯单丝为主、制绳工艺较为单一；普通聚乙烯单丝优等品断裂强度为56cN/tex，单丝断裂强力较低，用其加工的绳索断裂强力也较低。目前，随着网箱或渔具大型化及深水作业特殊化，急需大量高强力三股聚乙烯绳索。现有网箱或渔具用三股聚乙烯绳索主要通过制绳时加大直径的方法提高强力，不但增加网箱或渔具重量、体积、成本、能耗和水阻力，而且增加网箱或渔具在使用中的操作、运送难度；在渔船功率、甲板空间及起网设备容量不变的情况下，通过加大绳索直径来提高强力的方法难以实施，除非人们花费大量资金和时间重新添置大功率渔船或大型起网设备，这不仅需要投入大量资金，而且建造周期长、见效慢。因此，普通三股聚乙烯绳索在现代网箱或渔具的大型化发展上有较大的缺陷和局限性，其安全性、生产效率、渔用适应性较差且性能也难以满足网箱或渔具大型化及深水作业的需要。如果能够在不增加绳索直径的情况下提高三股聚乙烯绳索断裂强力性能，就可以用高性能三股聚乙烯绳索来应对渔业工程的急需。
发明内容：
本发明需要解决的技术问题是在不增加绳索直径的情况下提高网箱或渔具用三股聚乙烯绳索的强力性能、性价比及渔用适应性，以应对渔业工程的急需。
本发明的技术方案采用高强度渔用聚乙烯单丝，其特征是由绳索直径乘以制股用经验系数来确定绳股直径，制股用经验系数采用0.472～0.495；由喷丝孔孔数乘以经验系数c1确定制绳纱用单丝数量，经验系数c1取整数，1≤c1≤5；由绳纱直径结合绳股用纱经验系数确定绳股用纱数量，绳股用纱数量＝(绳股直径÷绳纱直径)2×绳股用纱经验系数，绳股用纱经验系数采用0.935～0.990；绳捻系数与股捻系数之比采用1.12、绳捻系数采用2.6～2.9；将一定数量直径0.20mm的高强度渔用聚乙烯单丝以“Z”向捻成绳纱、将1～20根“Z”向绳纱以“S”向捻成1根绳芯，再由制绳机将一定数量绳纱和1根绳芯一起以“S”向加捻成绳股，绳股用绳纱采用分层结构且除绳芯外从表层到绳芯之间相邻两层绳纱用纱根数均递减6～8根，通过绳股张力平衡调节使三股绳股保持大小一致的张力进入制绳机规格控制器，最后将三股绳股以“Z”向捻制成网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索。制绳用单丝断裂强度的高低是影响绳索断裂强力最主要因素，本发明以普通高密度聚乙烯(HDPE)为原料，采用高温高倍牵伸自增强技术制备直径0.20mm的高强度渔用聚乙烯单丝，其断裂强度(85cN/tex)较SC 5005标准中渔用聚乙烯单丝优等品指标(断裂强度56cN/tex)提高51.8％，本发明采用高强度渔用聚乙烯单丝作为制绳用基体材料，从而提高了绳索断裂强力；绳捻系数的高低关系到绳索结构的稳定性及强力利用率，本发明采用特殊的绳捻系数(2.6～2.9)及捻向(ZSZ型捻向)提高了绳索结构的稳定性和断裂强力；绳股的中心是否充填绳芯关系到各层绳纱之间的抱合和绳索结构的稳定性，本发明在绳股的中心充填绳芯提高了各层绳纱之间的抱合力、绳索结构的稳定性和断裂强力，避免了绳股在风、浪、流等外力作用时变形；制绳纱用单丝数量直接关系到分丝成本和强力损失率，本发明由喷丝孔孔数确定制绳纱用单丝数量，采用喷丝孔孔数的整数倍作为制绳纱用单丝数量，既减少了分丝工序、节约了成本，又减少了分丝工序增多而造成的单丝强力损失；当绳股用纱根数较多时，在捻合时就应该分层，否则绳纱在绳索中位置杂乱、相互之间难以很好地抱合，本发明绳股用绳纱采用分层结构且除绳芯外从表层到绳芯之间相邻两层绳纱用纱根数均递减6～8根，这既可使相邻两层绳纱能够很好地抱合，又可使每根绳纱在绳索中都有其固定位置且排列均匀整齐，可提高绳索结构的稳定性、外观质量和强力利用率；绳股捻系数是影响绳索质量的重要因素，本发明绳捻系数限定在2.6～2.9范围且绳捻系数与股捻系数之比采用1.12，既保证了绳捻系数大于股捻系数、单丝强力利用率较高，又保证了绳股中心线与表层绳纱排列形成的角度与绳索的捻角相等、绳股中表层绳纱在制绳后其排列方向与绳索中心线相平行，提高了绳索的稳定性、外观质量和单丝强力利用率；如果三股绳的绳股张力不一致，那么将使捻合成的绳索中三股长度不同，这会导致背股现象且该种绳索受力时三股不能同时受力，大大降低了绳索的断裂强力，本发明通过绳股张力平衡调节使三股绳股保持大小一致的张力进入制绳机规格控制器，提高了绳索断裂强力。总之，本发明以普通HDPE为原料，采用高温高倍牵伸自增强技术制备直径0.20mm的高强度渔用聚乙烯单丝，以此作为加工网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索用单丝，其断裂强度(85cN/tex)较SC 5005标准中渔用聚乙烯单丝优等品指标(断裂强度56cN/tex)提高51.8％，并通过全面调整传统用制绳工艺(如本发明采用特殊的绳捻系数及捻向、在绳股的中心充填绳芯、由喷丝孔孔数确定制绳纱用单丝数量、绳股用绳纱采用分层结构且除绳芯外从表层到绳芯之间相邻两层绳纱用纱根数均递减6～8根、绳捻系数与股捻系数之比采用1.12、绳股张力平衡调节)提高了制绳用基体材料断裂强度、各层绳纱之间的抱合力、绳索结构的稳定性及单丝强力利用率，减少了绳索在风浪流外力作用下的变形，从而大大提高了绳索的强力性能、性价比及渔用适应性。力学试验表明，采用本发明技术方案生产的直径φ52.0mm网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索强力(384kN)高于ISO 1969标准中直径φ60.0mm三股聚乙烯绳索强力指标(341kN)且直径降低13.3％、重量减少22.2％、成本减少12.5％；采用本发明技术方案生产的直径φ80.0mm网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索强力(711kN)等于ISO1969标准中直径φ88.0mm三股聚乙烯绳索强力指标(711kN)且直径降低9.1％、重量减少19.1％、成本减少9.0％。生产实践证明，以本发明生产的各种规格的高性能三股聚乙烯绳索应用渔业生产，在绳索强力相同的条件下，均可使直径下降、重量减轻、成本降低、阻力减小、能耗降低，并可提高网箱或渔具的经济效益、滤水性能、抗风浪流能力、性价比及渔用适应性。在保持同等绳索强力的前提下，采用本发明生产的较小直径网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索来替代传统用普通三股聚乙烯绳索，不但能减少网箱或渔具重量、体积、成本、能耗和水阻力，而且能减少网箱或渔具在使用中的操作、运送难度。随着绳索直径的减小，在渔船功率、甲板空间及起网设备容量不变的情况下可以增加网箱或渔具的尺度，不仅节约了大量资金、满足了现代网箱或渔具的大型化发展需要，而且周期短、见效快、满足了渔业工程的急需，并为开发利用现有渔船资源提供一条新途径。本发明生产的网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索不仅较传统用普通三股聚乙烯绳索具有断裂强力优势、性价比优势，而且能减少网箱或渔具的阻力、节约能耗、减少了绳索在风浪流外力作用下的变形，确保了网箱或渔具的安全，因此，本发明在渔业上推广应用不仅具有经济效益、社会效益和可行性，而且能满足网箱或渔具大型化、现代化及深水作业特殊化的需要。
本发明与现有技术相比，由于将高强度渔用聚乙烯单丝与特殊制绳工艺有效地结合起来，不但具有强力高、节约能耗的优点，而且能在绳索直径、渔船功率、甲板空间及起网设备容量不变的情况下，通过提高强力来满足网箱或渔具大型化及深水作业特殊化的需要，提高了网箱或渔具的安全性、强力性能、性价比及渔用适应性，它在渔业上的应用使网具在高效、节能和大型化方面取得突破性的进展。
具体实施方式
实施例一：直径φ52.0mm网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索：以普通HDPE为原料，用高温高倍牵伸自增强技术制备直径0.20mm的高强度渔用聚乙烯单丝，其断裂强度(85cN/tex)较SC 5005标准中渔用聚乙烯单丝优等品指标(56cN/tex)提高51.8％，以此单丝作为加工直径φ52.0mm网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索用基体材料。
按如下公式(1)～公式(6)确定加工直径φ52.0mm绳索用工艺参数：绳纱用单丝数量m、外层绳纱用纱根数δ1、相邻内层绳纱用纱根数δ2、绳股直径ξ、绳股用纱数量n、绳捻距Ls及股捻距Lg。
m＝c1×X                     (1)
式中：
m——绳纱用单丝数量；
c1——经验系数，1≤c1≤5(c1取整数)；
X——喷丝孔孔数。
c2＝δ1-δ2                (2)
式中：
δ1——外层绳纱用纱根数；
δ2——相邻内层绳纱用纱根数；
c2——经验系数，6≤c2≤8(c2取整数)。
ξ＝φ×κ1               (3)
式中：
ξ——绳股直径(简称股径)，单位mm(取两位小数)；
φ——绳索直径(简称绳径)，单位mm(取整数)；
κ1——制股用经验系数，0.472≤κ1≤0.495。
n＝(ξ÷ψ)2×κ2               (4)
式中：
n——绳股用纱数量，单位根(取整数)；
ξ——绳股直径(简称股径)，单位mm(取两位小数)；
ψ——绳纱直径，单位mm(取两位小数)；
κ2——绳股用纱经验系数，0.935≤κ2≤0.990。
Ls＝φ×κ3＝1.12Lg             (5)
式中：
Ls——绳捻距，单位mm(取一位小数)；
φ——绳索直径(简称绳径)，单位mm(取整数)；
κ3——绳捻系数，2.6≤κ3≤2.9；
Lg——股捻距，单位mm(取一位小数)。
Lg＝ξ×κ4＝0.893Ls            (6)
式中：
Lg——股捻距，单位mm(取一位小数)；
ξ——绳股直径(简称股径)，单位mm(取两位小数)；
κ4——股捻系数，2.3≤κ4≤2.6；
Ls——绳捻距，单位mm(取一位小数)。
拉丝机用喷丝孔孔数X为24、制绳纱用高强度渔用聚乙烯单丝的数量m为96；将筒装高强度渔用聚乙烯单丝加工成“Z”向绳纱并用游标卡尺测得绳纱直径ψ(2.82mm)；由绳索的规格(直径φ为52.0mm)、制股用经验系数κ1(本次取0.475)确定制绳用绳股直径ξ为24.7mm，由绳股用纱经验系数κ2(本次取0.978)确定绳股用纱数量n为75，制绳用高强度渔用聚乙烯单丝的总根数为21600、制绳芯用绳纱数量取3、绳股用绳纱采用分层结构(分成4层)且除绳芯外从表层到绳芯之间相邻两层绳纱用纱根数均递减6根(表层用绳纱数量为27、第二层用绳纱数量为21、第三层用绳纱数量为15、第四层用绳纱数量为9)。采用特殊的制绳工艺(在绳股的中心充填绳芯、制绳用捻系数κ3为2.7、制股用捻系数κ4为2.4、制股用绳纱捻向为“Z”向、绳股及绳芯捻向为“S”向、绳索捻向为“Z”向、将分成4层的72根绳纱和1根绳芯一起加捻成绳股、绳索采用三股捻绳结构、绳股张力平衡调节)由制绳机以“Z”向将96根高强度渔用聚乙烯单丝捻成直径为2.82mm的绳纱、将3根绳纱以“S”向捻成绳芯，采用股捻系数2.4将分成4层的72根“Z”向绳纱和1根“S”向绳芯一起加捻成股捻距Lg为125.4mm的“S”向绳股，采用捻系数2.7将三股“S”向绳股以“Z”向捻制成绳索直径φ为52.0mm、绳索结构为三股捻绳、绳索捻距Ls为140.4mm的网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索。本发明提高了制绳用单丝基体材料断裂强度、各层绳纱之间的抱合力、绳索结构的稳定性及单丝强力利用率，减少了绳索在风浪流外力作用下的变形，从而大大提高了绳索的强力性能、性价比及渔用适应性。力学试验表明：采用本发明技术方案生产的直径φ52.0mm网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索强力(384kN)高于ISO1969标准中直径φ60.0mm三股聚乙烯绳索(341kN)，直径降低13.3％、重量减少22.2％、成本减少12.5％。
实施例二：直径φ80.0mm网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索：以普通HDPE为原料，用高温高倍牵伸自增强技术制备直径0.20mm的高强度渔用聚乙烯单丝，其断裂强度(85cN/tex)较SC5005标准中渔用聚乙烯单丝优等品指标(56cN/tex)提高51.8％，以此单丝作为加工直径φ80.0mm网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索用基体材料。
按实施例一中的公式(1)～公式(6)确定加工直径φ80.0mm绳索用工艺参数：绳纱用单丝数量m、外层绳纱用纱根数δ1、相邻内层绳纱用纱根数δ2、绳股直径ξ、绳股用纱数量n、绳捻距Ls及股捻距Lg。
拉丝机用喷丝孔孔数X为24、制绳纱用高强度渔用聚乙烯单丝的数量m为96；将筒装高强度渔用聚乙烯单丝加工成“Z”向绳纱并用游标卡尺测得绳纱直径ψ(2.82mm)；由绳索规格(直径φ为80.0mm)、制股用经验系数κ1(本次取0.475)确定制绳用绳股直径ξ为38.0mm，由绳股用纱经验系数κ2(本次取0.980)确定绳股用纱数量n为178，制绳用高强度渔用聚乙烯单丝的总根数为51264、制绳芯用绳纱数量取18、绳股用绳纱采用分层结构(分成5层)且除绳芯外从表层到绳芯之间相邻两层绳纱用纱根数均递减7根(表层用绳纱数量为46、第二层用绳纱数量为39、第三层用绳纱数量为32、第四层用绳纱数量为25、第五层用绳纱数量为18)。采用特殊的制绳工艺(在绳股的中心充填绳芯、制绳用捻系数κ3为2.8、制股用捻系数κ4为2.5、制股用绳纱捻向为“Z”向、绳股及绳芯捻向为“S”向、绳索捻向为“Z”向、将分成5层的160根绳纱和1根绳芯一起加捻成绳股、绳索采用三股捻绳结构、绳股张力平衡调节)由制绳机以“Z”向将96根高强度渔用聚乙烯单丝捻成直径为2.82mm的绳纱、将17根绳纱以“S”向捻成绳芯，采用股捻系数2.5将分成5层的160根“Z”向绳纱和1根“S”向绳芯一起加捻成股捻距Lg为200.0mm的“S”向绳股，采用捻系数2.8将三股“S”向绳股以“Z”向捻制成绳索结构为三股捻绳、绳索捻距Ls为224.0mm的网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索。本发明提高了制绳用单丝基体材料断裂强度、各层绳纱之间的抱合力、绳索结构的稳定性及单丝强力利用率，减少了绳索在风浪流外力作用下的变形，从而大大提高了绳索的强力性能、性价比及渔用适应性。力学试验表明：采用本发明技术方案生产的直径φ80.0mm网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索强力(711kN)等于ISO1969标准中直径φ88.0mm三股聚乙烯绳索(711kN)，直径降低9.1％、重量减少19.1％、成本减少9.0％。因此，以本发明生产的网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索适用于渔业生产，它不仅较传统用普通三股聚乙烯绳索具有断裂强力优势、性价比优势，而且能减少网箱或渔具的阻力、节约能耗，确保了网箱或渔具的安全。

Claims (1)

1.网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索，采用高强度渔用聚乙烯单丝，其特征是由绳索直径乘以制股用经验系数来确定绳股直径，制股用经验系数采用0.472～0.495；由喷丝孔孔数乘以经验系数c1确定制绳纱用单丝数量，经验系数c1取整数，1≤c1≤5；由绳纱直径结合绳股用纱经验系数确定绳股用纱数量，绳股用纱数量＝(绳股直径÷绳纱直径)2×绳股用纱经验系数，绳股用纱经验系数采用0.935～0.990；绳捻系数与股捻系数之比采用1.12、绳捻系数采用2.6～2.9；将一定数量直径0.20mm的高强度渔用聚乙烯单丝以“Z”向捻成绳纱、将1～20根“Z”向绳纱以“S”向捻成1根绳芯，再由制绳机将一定数量绳纱和1根绳芯一起以“S”向加捻成绳股，绳股用绳纱采用分层结构且除绳芯外从表层到绳芯之间相邻两层绳纱用纱根数均递减6～8根，通过绳股张力平衡调节使三股绳股保持大小一致的张力进入制绳机规格控制器，最后将三股绳股以“Z”向捻制成网箱或渔具用高性能三股聚乙烯绳索。
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