CN104562814B - 一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的制备方法，它涉及一种绳索的制备方法。本发明的目的是要解决现有钢丝绳索在太空环境中使用存在钢丝绳索重量大，长期使用存在安全隐患的问题。一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索是由PBO纤维作为绳芯，Kevlar纤维作为绳衣，通过高速编织机将Kevlar纤维包覆编织在PBO纤维外部，得到高刚度高比强度的超耐磨复合绳索。制备方法：一、制备绳芯；二、包覆编织，得到高刚度高比强度的超耐磨复合绳索。本发明制造工艺简单、安装使用方便，可以通过现有设备进行制造与装配，具有很高的实用价值。本发明可获得一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索及其制备方法。

Description

一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的制备方法
技术领域
本发明涉及一种绳索的制备方法。
中国探月工程已全面进入“绕、落、回”三步走发展规划的第三期，计划于2017年前后执行嫦娥五号任务，实现月壤无人自动采样返回，将实现具有划时代意义的月球钻探-取芯-返回实验。在这个实验过程中将存在非常多的技术难点，其中钻取采样取芯袋需要有效地完成月壤样品的获取及层理保持工作，将月壤样品包裹于取芯柔性袋中并对柔性袋末端进行可靠地封口，提芯拉绳主要具有连接部件和载力的作用，是钻取采样装置必不可少的一部分，包括与软袋连接端和取芯机构连接端。软袋缠绕用提芯拉绳完成提芯、整形的可靠牵拉功能，是取芯过程顺利进行的必要保障。
在整体机构设计中，对软袋缠绕用提芯拉绳提出了兼具有高刚度及高强度的性能要求，钢丝绳索可以较好满足该项要求，但考虑到钢丝绳索重量大，且如长期暴露在太空环境中，因月面高低温交替、辐照剂量大及磨损等因素对其使用安全性带来的潜在影响，如果改用一种高刚度、高比强度且超耐磨的高性能纤维绳索代替钢丝绳，则可在降低绳索的重量的同时，减小震动动态影响，在发射及着陆过程中有效的避免了共振，从而提高机构整体稳定性，顺利完成对取芯软袋的轴向提取工作。
发明内容
本发明的目的是要解决现有钢丝绳索在太空环境中使用存在钢丝绳索重量大，长期使用存在安全隐患的问题，而提供一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的制备方法。
一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索是由PBO纤维作为绳芯，Kevlar纤维作为绳衣，通过高速编织机将Kevlar纤维包覆编织在PBO纤维外部，得到高刚度高比强度的超耐磨复合绳索。
一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、制备绳芯：
①、选用PBO纤维作为筒子纱线；
步骤一①中所述的PBO纤维为旦数为50旦～1600旦的PBO纤维中的一种或其中几种的混合纤维；
②、将50根～200根具有一定长度的筒子纱线从纱管引出，采用分条方法相互平行地卷绕在整经机上的盘头上，形成50根～200根长度为100m～1000m的经轴，每个经轴由经纱平等排列而成，得到整经后的PBO纤维；
③、将整经后的PBO纤维集成一束，从整经机盘头上以5N～60N的张力、2m/min～15m/min的速度退纱，并将纱束均匀绕于工字轴以防止散乱，至所需长度停止，再在尾部集束、切断和打结，得到绳芯；
二、包覆编织：
①、加捻：将Kevlar纤维进行加捻处理，加捻为100捻/米～300捻/米，得到加捻后的Kevlar纤维；
②、将步骤一③得到的绳芯通过高速编织机成型孔，将加捻后的Kevlar纤维进行分纱并装配于高速编织机的编织锭上；高速编织机编织锭上的加捻后Kevlar纤维分成两组股线，每一组股线按同一斜度以同方向平行地缠绕在绳芯上，两组股线间互相相反并互相交织地包覆编织在绳芯的外表面，编成外包空心绳，编织至一定长度后进行切断、打结和点胶，得到高刚度高比强度的超耐磨复合绳索。
本发明的优点：
一、本发明旨在保证探月工程三期“无人自动采样返回”任务执行过程中，取芯软袋及提芯拉绳正常功能保持的基础上，制备了一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索，替代了钢丝绳索；避免了因钢丝绳索长期暴露在太空环境中，因高低温交替、辐照剂量大及磨损等因素对其使用安全性带来的潜在影响；本发明制备的一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索可在降低绳索的重量的同时，减小震动动态影响，在发射及着陆过程中有效的避免了共振，从而提高机构整体稳定性，顺利完成对取芯软袋的轴向提取工作；
二、本发明制备的一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索可以很好的满足钻探取芯组件中对提芯拉绳的功能要求，而且具有很高的可靠性；与此同时，本发明制造工艺简单、安装使用方便，可以通过现有设备进行制造与装配；因此，本发明制备的一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索具有很高的实用价值；
三、本发明制备的高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的断裂强度为3800N～16000N。
本发明可获得一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索及其制备方法。
附图说明
图1为试验一得到的高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的断裂强度曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索是由PBO纤维作为绳芯，Kevlar纤维作为绳衣，通过高速编织机将Kevlar纤维包覆编织在PBO纤维外部，得到高刚度高比强度的超耐磨复合绳索。
本实施方式的优点：
一、本实施方式旨在保证探月工程三期“无人自动采样返回”任务执行过程中，取芯软袋及提芯拉绳正常功能保持的基础上，制备了一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索，替代了钢丝绳索；避免了因钢丝绳索长期暴露在太空环境中，因高低温交替、辐照剂量大及磨损等因素对其使用安全性带来的潜在影响；本实施方式制备的一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索可在降低绳索的重量的同时，减小震动动态影响，在发射及着陆过程中有效的避免了共振，从而提高机构整体稳定性，顺利完成对取芯软袋的轴向提取工作；
二、本实施方式制备的一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索可以很好的满足钻探取芯组件中对提芯拉绳的功能要求，而且具有很高的可靠性；与此同时，本实施方式制造工艺简单、安装使用方便，可以通过现有设备进行制造与装配；因此，本实施方式制备的一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索具有很高的实用价值。
三、本实施方式制备的高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的断裂强度为3800N～16000N。
本实施方式可获得一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索及其制备方法。
具体实施方式二：本实施方式是一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的制备方法是按以下步骤完成的：
一、制备绳芯：
①、选用PBO纤维作为筒子纱线；
步骤一①中所述的PBO纤维为旦数为50旦～1600旦的PBO纤维中的一种或其中几种的混合纤维；
②、将50根～200根具有一定长度的筒子纱线从纱管引出，采用分条方法相互平行地卷绕在整经机上的盘头上，形成50根～200根长度为100m～1000m的经轴，每个经轴由经纱平等排列而成，得到整经后的PBO纤维；
③、将整经后的PBO纤维集成一束，从整经机盘头上以5N～60N的张力、2m/min～15m/min的速度退纱，并将纱束均匀绕于工字轴以防止散乱，至所需长度停止，再在尾部集束、切断和打结，得到绳芯；
二、包覆编织：
①、加捻：将Kevlar纤维进行加捻处理，加捻为100捻/米～300捻/米，得到加捻后的Kevlar纤维；
②、将步骤一③得到的绳芯通过高速编织机成型孔，将加捻后的Kevlar纤维进行分纱并装配于高速编织机的编织锭上；高速编织机编织锭上的加捻后Kevlar纤维分成两组股线，每一组股线按同一斜度以同方向平行地缠绕在绳芯上，两组股线间互相相反并互相交织地包覆编织在绳芯的外表面，编成外包空心绳，编织至一定长度后进行切断、打结和点胶，得到高刚度高比强度的超耐磨复合绳索。
本实施方式的优点：
一、本实施方式旨在保证探月工程三期“无人自动采样返回”任务执行过程中，取芯软袋及提芯拉绳正常功能保持的基础上，制备了一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索，替代了钢丝绳索；避免了因钢丝绳索长期暴露在太空环境中，因高低温交替、辐照剂量大及磨损等因素对其使用安全性带来的潜在影响；本实施方式制备的一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索可在降低绳索的重量的同时，减小震动动态影响，在发射及着陆过程中有效的避免了共振，从而提高机构整体稳定性，顺利完成对取芯软袋的轴向提取工作；
二、本实施方式制备的一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索可以很好的满足钻探取芯组件中对提芯拉绳的功能要求，而且具有很高的可靠性；与此同时，本实施方式制造工艺简单、安装使用方便，可以通过现有设备进行制造与装配；因此，本实施方式制备的一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索具有很高的实用价值；
三、本实施方式制备的高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的断裂强度为3800N～16000N。
本实施方式可获得一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索及其制备方法。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二的不同点是：步骤二①中所述的Kevlar纤维的旦数为25旦～1600旦。其他与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三的不同点是：步骤二②中所述的高速编织机的锭数为4锭～64锭。其他与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四的不同点是：步骤二②中所述的高速编织机的锭数为8锭～64锭。其他与具体实施方式二至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五的不同点是：步骤一①中所述的PBO纤维为旦数为200旦～500旦的PBO纤维中的一种或其中几种的混合纤维。其他与具体实施方式二至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六的不同点是：步骤一②中将50根～200根具有一定长度的筒子纱线从纱管引出，采用分条方法相互平行地卷绕在整经机上的盘头上，形成100根～150根长度为100m～200m的经轴，每个经轴由经纱平等排列而成，得到整经后的PBO纤维。其他与具体实施方式二至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至七的不同点是：步骤二①中将Kevlar纤维进行加捻处理，加捻为200捻/米～300捻/米，得到加捻后的Kevlar纤维。其他与具体实施方式二至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式二至九的不同点是：步骤一③中将整经后的PBO纤维集成一束，从整经机盘头上以20N～30N的张力、3m/min～6m/min的速度退纱，并将纱束均匀绕于工字轴以防止散乱，至所需长度停止，再在尾部集束、切断和打结，得到绳芯。其他与具体实施方式二至九相同。
采用以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、制备绳芯：
①、选用PBO纤维作为筒子纱线；
步骤一①中所述的PBO纤维为旦数为200旦的PBO纤维；
②、将50根具有一定长度的筒子纱线从纱管引出，采用分条方法相互平行地卷绕在整经机上的盘头上，形成50根长度为200m的经轴，每个经轴由经纱平等排列而成，得到整经后的PBO纤维；
③、将整经后的PBO纤维集成一束，从整经机盘头上以20N的张力、5m/min的速度退纱，并将纱束均匀绕于工字轴以防止散乱，至所需长度停止，再在尾部集束、切断和打结，得到绳芯；
二、包覆编织：
①、加捻：将Kevlar纤维进行加捻处理，加捻为200捻/米，得到加捻后的Kevlar纤维；
步骤二①中所述的Kevlar纤维的旦数为200旦；
②、将步骤一③得到的绳芯通过高速编织机成型孔，将加捻后的Kevlar纤维进行分纱并装配于高速编织机的编织锭上；高速编织机编织锭上的加捻后Kevlar纤维分成两组股线，每一组股线按同一斜度以同方向平行地缠绕在绳芯上，两组股线间互相相反并互相交织地包覆编织在绳芯的外表面，编成外包空心绳，编织至一定长度后进行切断、打结和点胶，得到高刚度高比强度的超耐磨复合绳索；
步骤二②中所述的高速编织机的锭数为24锭。
使用万能拉力试验机对试验一步骤二②得到的高刚度高比强度的超耐磨复合绳索进行测试，如图1所示；图1为试验一得到的高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的断裂强度曲线；从图1可知，试验一得到的高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的断裂强度为3800N。

Claims (8)

1.一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的制备方法，其特征在于一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的制备方法是按以下步骤完成的：
一、制备绳芯：
①、选用PBO纤维作为筒子纱线；
步骤一①中所述的PBO纤维为旦数为50旦～1600旦的PBO纤维中的一种或其中几种的混合纤维；
②、将50根～200根具有一定长度的筒子纱线从纱管引出，采用分条方法相互平行地卷绕在整经机上的盘头上，形成50根～200根长度为100m～1000m的经轴，每个经轴由经纱平等排列而成，得到整经后的PBO纤维；
③、将整经后的PBO纤维集成一束，从整经机盘头上以5N～60N的张力、2m/min～15m/min的速度退纱，并将纱束均匀绕于工字轴以防止散乱，至所需长度停止，再在尾部集束、切断和打结，得到绳芯；
二、包覆编织：
①、加捻：将Kevlar纤维进行加捻处理，加捻为100捻/米～300捻/米，得到加捻后的Kevlar纤维；
②、将步骤一③得到的绳芯通过高速编织机成型孔，将加捻后的Kevlar纤维进行分纱并装配于高速编织机的编织锭上；高速编织机编织锭上的加捻后Kevlar纤维分成两组股线，每一组股线按同一斜度以同方向平行地缠绕在绳芯上，两组股线间互相相反并互相交织地包覆编织在绳芯的外表面，编成外包空心绳，编织至一定长度后进行切断、打结和点胶，得到高刚度高比强度的超耐磨复合绳索。
2.根据权利要求1所述的一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的制备方法，其特征在于步骤二①中所述的Kevlar纤维的旦数为25旦～1600旦。
3.根据权利要求1所述的一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的制备方法，其特征在于步骤二②中所述的高速编织机的锭数为4锭～64锭。
4.根据权利要求3所述的一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的制备方法，其特征在于步骤二②中所述的高速编织机的锭数为8锭～64锭。
5.根据权利要求1所述的一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的制备方法，其特征在于步骤一①中所述的PBO纤维为旦数为200旦～500旦的PBO纤维中的一种或其中几种的混合纤维。
6.根据权利要求1所述的一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的制备方法，其特征在于步骤一②中将50根～200根具有一定长度的筒子纱线从纱管引出，采用分条方法相互平行地卷绕在整经机上的盘头上，形成100根～150根长度为100m～200m的经轴，每个经轴由经纱平等排列而成，得到整经后的PBO纤维。
7.根据权利要求1所述的一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的制备方法，其特征在于步骤二①中将Kevlar纤维进行加捻处理，加捻为200捻/米～300捻/米，得到加捻后的Kevlar纤维。
8.根据权利要求1所述的一种高刚度高比强度的超耐磨复合绳索的制备方法，其特征在于步骤一③中将整经后的PBO纤维集成一束，从整经机盘头上以20N～30N的张力、3m/min～6m/min的速度退纱，并将纱束均匀绕于工字轴以防止散乱，至所需长度停止，再在尾部集束、切断和打结，得到绳芯。
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