CN102782361B - 混杂绳索 - Google Patents

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Abstract

一种混杂绳索(1)，其具有包含合成纱线(5)、被包含钢丝绳股的外层(5)围绕的芯，该绳索通过具有锥形空腔(3)的索节(2)封端其至少一个端部，索节的锥形空腔的锥角α为2-8°，长度为5D-20D，D是锥形空腔的最小直径，含有合成纱线的芯和钢丝绳股在其至少一个端部是解开的，用树脂填充索节的中空锥体中解开的钢丝和纤维周围的空隙(6)。

Description

混杂绳索
本发明涉及一种混杂绳索，其具有包含合成纱线、被包含钢丝绳股的外层围绕的芯。
具有包含合成纱线且被包含例如螺旋形绞捻的外部钢丝绳股的外层围绕的芯的混杂绳索是已知的。混杂绳索旨在结合合成纱线类和钢丝绳股类这两类的最好性能。相对于全合成的纱线，混杂绳索的优点为，这种绳索对机械断裂不那么敏感。该绳索更耐磨并且更耐尖锐物体的攻击。此外，外层保护芯的合成纱线不受外部影响，例如UV和臭氧袭击以及高温辐射。
混杂绳索在例如GB-1290900、US 4,887,422和WO 2008/141623中有所描述。
相对于全钢的绳索，混杂绳索的优点为，绳索的重量较轻并且具有改善的性能，例如拉伸疲劳性能和弯曲疲劳性能。
混杂绳索可以例如用于提升操作(例如起重机缆绳)、深海安装、海运和离岸系泊、商业捕鱼(例如作为网的经线)、和采矿操作。
因此，需要适当地封端绳索，因为张力通过绳的端头传递到起重机定滑轮的钩或绳的锚定点或钩环上。绳端头的一种可能是插接环眼。然而对于多种应用，优选索节(socket)。这是因为索节占据更小的空间并且容易与索节进行各种连接。同样，锌索节(树脂或熔融的锌)与绳索组装时产生100％的效率。
绳索通常用具有锥形空腔的索节封端，所述锥形空腔接纳由绳索形成的插塞。索节被置于绳上的一端或两端，其中，锥形空腔的大直径部分指向该端，混杂绳索的纱线和丝绳在绳末端是解开的并展开，并在锥形空腔中形成含有解开的纱线和丝绳的插塞。插塞阻止绳索从索节中拔出。
存在形成插塞的多种可能方法。对于全钢的绳索来说，通常使用具有相对短、宽角度的锥体的索节。通过下列方法形成插塞：将树脂或低熔点的金属倒入索节，填充索节的锥形空腔中解开的金属丝周围的空隙。例如US 3,507,949描述了一种使用冷固化合成树脂套接包含钢丝线或天然纤维或合成纤维或其组合的绳索的方法。然而，如果将用于钢绳索的传统索节和传统方法用于混杂绳索，绳索在相对低的负荷下断裂。
对于全合成绳索来说，通常通过如下形成插塞：将锥形楔(有时也被称为尖锥或圆锥头)推入含有解开的纱线的锥形空腔的中心。这种索节在例如GB-2313853中有所描述。索节提供非常强的端部连接，因为如果向绳施加张力时，纱线的插塞和楔子在索节中进一步被拉紧，以这种方式增大纱线与索节的摩擦并逐步增大绳中的张力。然而，如果应用于混杂绳索，这种索节的问题在于，通过索节与混杂绳索的连接不够强，特别是在负荷下长时间使用之后，连接可能失效。
本发明的目的是提供一种不显示这些问题的混杂绳索。该目的通过一种混杂绳索实现，该混杂绳索具有包含合成纱线的、被包含钢丝绳股的外层围绕的芯，该绳索由具有锥形空腔的索节封端其至少一个端部，其特征在于，索节的锥形空腔的锥角α为2-8°，长度A为5D-20D，D是锥形空腔的最小直径，含有合成纱线的芯和钢丝在所述至少一个端部是解开的，索节的空锥体中解开的钢丝和芯周围的空隙用树脂填充。
根据现有技术的混杂绳索，合成纱线被剪切并且不进入索节。仅钢丝被解开并被树脂围绕。因而在现有技术中，仅有钢丝对索节内的负荷起作用。与之不同，在本发明中合成纱线也是解开的，并与钢丝一样被树脂围绕。所以合成纱线和钢丝均加强了索节内的负荷。
由于特殊索节的使用，绳索在更高的负荷下断裂。因此，得到其中更好地利用合成纱线和钢丝的高强度的混杂绳索。索节甚至如此牢固，使得绳索不再从索节拔出或在索节的出口处断裂。混杂绳索与索节的组合表现很好，从而达到混杂绳索的100％断裂负荷。
尽管本身不排除索节包含楔子，但是优选不存在楔子。这简化了将索节应用到混杂绳索的工艺，并且令人惊讶的是，没有楔子时，根据本发明的混杂绳索得到非常高的强度。
优选地，含有合成纱线的芯是由合成纱线制成的绳索。芯可以具有用于合成绳索的任何已知结构。芯可以具有辫状、编织、绞捻、加捻或平行结构、或其组合。优选地，芯具有绞捻或编织结构、或其组合。
在所述绳索结构中，绳索由绳股制成。绳股由绳索纱线制成，绳索纱线包含合成纤维。由纤维形成纱线的方法、用纱线形成绳股的方法、用绳股形成绳索的方法是本领域已知的。绳股本身可以具有辫状、编织、绞捻、加捻或平行结构、或其组合。
对绳索结构的进一步描述，例如参见″Handbook of fibre ropetechnology″，McKenna，Hearle and O′Hear，2004，ISBN 0-8493-2588-9。
编织绳索结构的实例从US 5901632可知。在该专利公开中，描述了一种大直径编织绳索，该绳索包含初级绳股，该初级绳股本身优选由包含高强度聚合物丝线的绳索纱线编织。在该文指出的最优选的实施方式中，该绳索为12股、两上两下的圆形形编织物(two-over/two-under circularbraid)，其中每一绳股本身为高模量聚乙烯(HMPE)丝线制成的12股编织物(12×12结构)。
编织绳索的另一个实例为12股编织的中空绳索，亦被称为12×1结构。对于这样的结构来说同样参考上述手册。
芯绳索可以进一步具有在绳索和含有钢丝绳股的外层之间的覆盖物。该覆盖物可以选自由合成纱线制成的覆盖物、挤出的覆盖物或涂层。优选的覆盖物在同时待决的申请EP 10165263.4中有所描述。
用于本发明的混杂绳索的含有合成纱线的芯可以具有任何已知的粗度，这取决于混合纱线的最终用途。通常芯的直径为2mm到300mm。优选地，芯的直径为5mm到200mm。
提到“解开”时，表示含有合成纱线的芯是打开的，使得组成部分变得松散。因而解开也包括使芯变松散，将芯解编织或使芯解缠。如果芯是绳索，这表示绳索可以被打开以得到松散的绳股，而且绳股也可以进一步打开以得到松散的纱线或甚至是松散的纤维或丝线。
优选地，合成纱线的芯和外层钢丝在索节的整个长度A上是解开的。在一些情况下，合成纱线的芯和外层钢丝可以在稍微较大的距离上是解开的，优选A+D的长度。
通常，首先使钢丝绳股在这样的长度上解开，从而使绳股以平行结构进入索节。这允许使索节入口处的强度最优化。
随后，通常在下一个步骤中，将含有合成纱线的芯解开。解开的程度通常取决于芯的粗度。因而，对于相对粗的芯(例如直径为50mm到200mm)来说，解开芯以得到松散的绳股。对于较细的芯(例如直径小于50mm，特别地小于20mm)来说，解开芯可以得到松散的纱线或甚至是松散的纤维。
在一些情况下，挤出的覆盖物可以存在于含有合成绳股的芯上。在这种情况下，优选地，在解开合成纤维和钢丝之前除去该挤出覆盖物。
可用在本发明的混杂绳索的芯中的合成纱线包括其在全合成绳索中的用途而为人所知的所有纱线。所述纱线可以包括由聚丙烯、尼龙、聚酯制成的纱线。优选地，使用高模量纤维的纱线，例如液晶聚合物(LCP)、芳族聚酰胺、高分子量聚乙烯(HMwPE)、超高分子量聚乙烯(UHMwPE)、PBO(聚(对苯撑-2，6-苯并二噁唑))及其混合物的纤维的纱线。优选地，高模量纤维的拉伸模量为至少2MPa。优选地，基于芯的总重，芯包含至少60wt.％，更优选至少70wt.％，最优选至少80wt.％的高模量纤维的纱线。
本文中“纤维”被理解为细长体，其长度尺寸远远大于宽度和厚度的横向尺寸。因此，术语“纤维”包括丝线、带、条、条带、带以及其它具有规则或不规则横截面的物体。纤维可以具有连续的长度(在本领域中被称为丝线)或不连续的长度(在本领域中被称为定长纤维)。定长纤维通常是通过剪切或拉断丝线而得到。本发明目的的纱线是含有多根纤维的细长体。
如果绳索的芯中使用的纱线是高分子量或超高分子量聚烯烃的凝胶纺丝纤维的纱线(优选HMwPE或UHMwPE纱线)，将得到最好的结果。
优选地，基于芯的总重，芯包含至少60wt％的HMPE纱线。更优选地，芯包含至少70wt.％、或甚至至少80wt.％的HMPE纱线。芯的剩余重量可以由如上面所列的其他聚合物制成的纱线组成。
凝胶纺丝工艺在例如GB-A-2042414、GB-A-2051667、EP 0205960A和WO 01/73173A1中有所描述。该工艺基本上包括：制备高特性粘度聚烯烃的溶液，在高于溶解温度的温度下将溶液纺成丝线，将丝线冷却至低于凝胶温度，从而发生凝胶化，并且在除去溶剂之前、期间或之后拉伸丝线。
通过选择纺丝孔的形状可以选择丝线的横截面形状。
优选地，所用HMwPE的特性粘度为至少5dl/g(在135℃下在十氢化萘溶液中测定)，纱线的纤度为至少50旦尼尔，纱线的拉伸强度为至少25cN/dtex、更优选至少30cN/dtex、甚至更优选至少32cN/dtex、甚至更优选至少34cN/dtex，拉伸模量为至少1000cN/dtex。
根据方法PTC-179(Hercules Inc.Rev.Apr.29，1982)来测定上述特性粘度，测试条件为：在135℃下，十氢化萘中，溶解时间为16小时，采用用量为2g/l溶液的DPBC作为抗氧剂，将在不同浓度下测量的粘度外推得到零浓度下的粘度。
绳索的外层可以包含可用于生产钢缆的任何已知钢丝。优选地，钢丝是普通的高碳钢丝。高碳钢丝可以具有符合如下的组成：碳含量的范围为0.30％-1.15％，优选为0.40％-0.90％；锰含量的范围为0.10％-1.10％；硅含量的范围为0.10％-0.90％；硫和磷的含量限制为0.15％，优选限制为0.10％或甚至更低。可以加入额外的微合金元素，例如铬(至多0.20％-0.40％)、铜(至多0.20％)和钒(至多0.30％)。所有百分比都是重量百分比。
单根钢丝可以用涂料涂布或者可以不用涂料涂布，所述涂料为例如耐腐蚀涂料，例如锌涂料或锌铝涂料或锌铝镁涂料。
若干的单根钢丝被捻成几股。根据最终的应用，单根钢丝的直径可以在0.30mm-7.0mm之间变化。
优选地，绳索的外层包含一层围绕芯螺旋形绞捻的钢丝绳股，但不排除两层钢丝绳股。
绳索的外层可以包含不止一层围绕芯螺旋形绞捻的钢丝绳股。优选地，这些层以与相邻层相反的方向加捻。
本发明特别适合所有直径的混杂绳索。对于提升操作来说，优选地，所用绳索的直径为10-60mm。对于深海安装和海运以及离岸系泊来说，直径优选地为40-200mm。
对于索节来说，可以是多种结构，这例如取决于绳索的用途，只要索节具有锥形空腔即可。索节可以包含所有种类的部件以转移来自混杂绳索的负荷。索节可以例如是开口的或闭合的索节。通常，这些索节由钢制成。索节的锥形空腔具有截锥形状。得到这种索节的方法是本领域技术人员已知的。
锥形空腔的锥角是由锥形空腔所形成的圆锥体的轴线与经过轴线的平面和包围锥形空腔的壁的相交线之间的角度。因而锥张角为2α。
优选地，长度A大于5.5D，更优选大于6D，更优选大于6.5D，更优选大于7D。优选地，长度A小于20D，更优选小于18D，更优选小于16D，更优选小于14D，更优选小于12D，更优选小于10D。
优选地，α小于6°，更优选小于5°。优选地，α大于2°。
D通常为绳索直径的1.05-2倍，优选为1.05-1.25倍。
用于填充中空体内纤维与钢丝之间的空隙以形成插塞的树脂是本领域熟知的，且通常被称为填充树脂。填充树脂可以基于不饱和聚酯、聚氨酯和环氧树脂。在树脂的选择中，优选地，必须注意固化温度要足够低，从而防止合成纱线的性能损失。
在树脂的选择中，优选地，必须注意固化温度要足够低，从而防止高模量合成纱线转变为低模量合成纱线。
本发明的另一个目标是一种用于封端具有包含合成纱线、被含有钢丝绳股的外层围绕的芯的混杂绳索的方法，该方法包括下列步骤：
将具有锥形空腔的索节放置在绳索的至少一个端部上，其中索节的锥形空腔的锥角α为2-8°，长度为5D-20D，其中D为锥形空腔的最小直径；
在所述至少一个端部解开含有合成纱线的芯和钢丝；
用树脂填充索节的中空体内解开的钢丝与纤维周围的空隙。
解开含有合成纱线的芯和钢丝之后，优选地，所得到的纱线和钢丝展开成索节的形状。
用树脂填充空隙的步骤之后可以进行固化树脂的步骤。
通过图1-3进一步说明本发明。
在图1中，示出了根据本发明的混杂绳索和索节的侧视图。
在图2中，示出了具有锥形空腔的本发明的索节的截面。
在图3中，示出了与图1相同的混杂绳索，但是示出了纵向截面。
在图1中，示出了根据本发明的索节的侧视图。绳索1与索节2相连。锥形空腔3的长度用A表示。
在图2中，给出了穿过空腔的轴线B(同样示于图1)的平面内的索节2的截面，示出了锥形空腔3。很明显锥形空腔是截头的。在图2中给出了锥形空腔的角度α和空腔的长度A。D是锥形空腔的最小直径。锥形空腔由索节壁4来限定。
在图3中，显示了图1的绳索，然而现在示出了纵向截面。绳索1在锥形空腔3中连接到索节2，锥形空腔3容纳绳索5的解开的芯和钢丝。用填充树脂填充纤维和钢丝周围的空隙6。
实施例
通过使用标准设备来制备下列混杂绳索。
实施例1混杂绳索(本发明)
首先制造合成纱线的12股编织芯，各绳股由14*1760dTex Dyneema1760dTex SK78纱线组成。芯的直径为8mm。
随后，通过下列方法得到混杂绳索：首先将8根均由19根光亮(即，未经涂布)的钢丝组成的绳股加捻，将其压紧，之后将这些压紧的8根绳股围绕编织芯绞捻，形成混杂绳索的芯。钢丝的拉伸强度为1960MPa。混杂绳索的最终直径为13mm。
实施例2钢/剑麻绳索(对比)
如实施例1一样制备绳索，不同之处在于，芯是由4股剑麻制成的绳索。芯的直径为8mm。钢/剑麻绳索的最终直径为13mm。
实施例3钢/钢绳索(对比)
如实施例1一样制备绳索，不同之处在于，芯由钢丝制成并且具有7×7结构，直径为6.7mm。
提供了下列索节
索节A
索节A通常用于全钢丝的绳索。索节的锥形空腔具有下列尺寸：
A＝4.4D(D是绳索的直径)
α＝6.3°
索节B
索节B为了本实验的目的特意制造。索节的锥形空腔具有下列尺寸：
A＝8.8D(D是绳索的直径)
α＝2°30’
索节与绳索连接的方法
用索节1或索节2封端绳索的两端。为此，使绳索的末端穿过索节的小直径开口。然后，清洁绳索和绳索的绳股，并在A+D的距离上解开。之后，使绳索的钢丝和纱线展开成索节的中空锥形空腔的形状。被解开和展开的绳索的末端随后被拉入锥形空腔。容纳解开和展开的绳索末端的索节被垂直放置，索节的锥形空腔的宽的开口指向上方。
然后，混合由Phillistran提供的不饱和聚酯双组分树脂Socket FastBlueTM，倒入索节来填充解开和展开的绳索末端的纱线和钢丝之间的空隙。允许树脂固化24小时的时间。
绳索的长度为4m。
绳索的测试
根据ISO 2307测试绳索。绳索通过其索节连接到标准绳索断裂测试设备上。绳索被预拉伸5次以达到其预期断裂强度的约50％，为7吨。之后，拉伸绳索直到断裂。绳索的断裂强度报告在表1中。作为参比，测试相同的绳索，使用相同的过程，但是没有索节，而是通过夹子将绳索连接在测试设备上。以该方式测定的强度报告在表1中(行“被夹的断裂强度”)。
表1
从表1的结果中明显看出，根据本发明的混杂绳索(实施例1B)在其末端显示出改善的效率。混杂绳索与索节的组合的断裂负荷达到混杂绳索本身的100％断裂负荷(如使用夹子测量的)。相反地，绳索与已知用于全金属绳索的索节的组合(实施例1A，不是根据本发明)显示出的断裂负荷低于相同的绳索被夹到测试设备时所测的断裂负荷。
此外，可以看出，将索节用于其它类型的绳索(即，具有剑麻芯的钢或具有钢芯的钢)没有导致绳索的断裂强度显著不同。

Claims (10)

1.一种混杂绳索，其具有包含合成纱线且被包含钢丝绳股的外层围绕的芯，所述绳索通过具有锥形空腔的索节封端其至少一个端部，其特征在于，所述索节的锥形空腔的锥角α为2°-8°，长度A为5D-20D，D是锥形空腔的最小直径，含有合成纱线的所述芯和所述钢丝绳股在所述至少一个端部是解开的，用树脂填充所述索节的中空锥体中所述解开的钢丝绳股和芯周围的空隙。
2.如权利要求1所述的混杂绳索，其中，所述合成纱线是液晶聚合物(LCP)、芳族聚酰胺、高分子量聚乙烯(HMwPE)、超高分子量聚乙烯(UHMwPE)或PBO(聚(对苯撑-2,6-苯并二噁唑))的单丝纱线。
3.如权利要求1所述的混杂绳索，其中，所述合成纱线是凝胶纺丝的高分子量聚乙烯的纱线。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的混杂绳索，其中，所述含有合成纱线的芯和钢丝在长度A或长度A+D上是解开的。
5.如权利要求1-3中任意一项所述的混杂绳索，其中，α为2°-6°。
6.如权利要求1-3中任意一项所述的混杂绳索，其中，α为2°-5°。
7.如权利要求1-3中任意一项所述的混杂绳索，其中，A小于18D。
8.如权利要求1-3中任意一项所述的混杂绳索，其中，A小于16D。
9.如权利要求1-3中任意一项所述的混杂绳索，其中，A小于14D。
10.一种用于封端混杂绳索的方法，所述混杂绳索具有包含合成纱线且被含有钢丝绳股的外层围绕的芯，该方法包括下列步骤：
将具有锥形空腔的索节放置在绳索的至少一个端部上，其中所述索节的锥形空腔的锥角α为2°-8°，长度A为5D-20D，其中D为所述锥形空腔的最小直径；
在所述至少一个端部解开包含合成纱线的所述芯和所述钢丝绳股；
用树脂填充所述索节的中空体内所述解开的钢丝绳股与芯周围的空隙。
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