CN104762748A - 一种耐磨高强缆绳及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用非单一材料生产的耐磨高强缆绳及其制备方法。缆绳绳体是由超高分子量聚乙烯（UHMWPE）和高强聚酯按数量比3:1制成的8股结构芯体；芯体外是由聚芳酯（Vectran）纤维编织的高韧耐磨套管，在套管外表面涂覆了一层由耐磨材料PTFE为基体特制的耐磨涂层。其制备方法：通过制粗纱，制绳纱，浸树脂，制绳股，编绳，预拉处理，干燥处理等工序制作缆绳芯体并在芯体表面编织高韧耐磨套管，最后在套管外层浸渍涂覆一层由PTFE为基体特制的耐磨涂层。

Description

一种耐磨高强缆绳及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用非单一材料生产的耐磨高强缆绳及其制备方法。

背景技术

缆绳使用的性能要求具有强度高、重量轻、小直径、低延伸、耐磨损、耐气候、耐化学腐蚀、抗老化、低吸水、操作轻便、经久耐用、安全性高等基本特性，但目前在缆绳制造过程中，一方面选用的纤维材料，如棉、麻、丙纶、涤纶、锦纶、超高分子量聚乙烯、钢丝等，都有各自的不足，棉麻强度不高，丙纶不耐老化，涤纶偏重沉于水，锦纶伸长过大，超高分子量聚乙烯的耐磨性又不如涤纶，钢丝柔性不佳。另一方面大多选用单一纤维材料制成，或强度低，或不耐磨，或偏重，性能常不能满足实际需求，需要加以改进与完善。计划通过优选纤维材料、创新编织工艺和使用新型耐磨涂层，研制一种更适于实用的耐磨高强特种缆绳，用于工业、国防、海洋石油、远洋渔业、海上拖带、船舶系泊、起重运输、建筑施工、矿山开采、体育运动等在高磨损恶劣环境下使用且对缆绳强度及耐磨性能要求较高的诸多应用领域。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用非单一材料生产的耐磨高强缆绳及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耐磨高强缆绳，所述缆绳绳体是由超高分子量聚乙烯和高强聚酯按数量比3:1制成的8股结构芯体；芯体外是聚芳酯纤维编织的高韧耐磨套管，在套管外表面涂覆一层由PTFE为基体特制的耐磨涂层。

本发明一种耐磨高强缆绳的制作方法，其制作方法如下：

步骤一、8股芯体制作

a、制粗纱，选取特毅纶超高分子量聚乙烯纤维和高强聚酯纤维各3根，分别捻合成粗纱；

b、制绳纱，将3根合成的特毅纶粗纱和1根合成的高强聚酯粗纱,其数量比3:1混合捻成绳纱；

c、浸树脂，将合成的绳纱浸渍LAG050树脂，并挤出多余的树脂；

d、制绳股，将3根浸过树脂的绳纱捻合成绳股；

e、编绳，将8根合成的绳股经8股制绳机编织成8股芯体；

f、预拉处理，采用特制拉力机对芯体进行预拉处理，拉力为缆绳设计的实际使用拉力的2～3倍，预拉时间50～60秒，预拉处理的目的，是使缆绳结构紧固，捻合的纤维不易松散，消除早期蠕变，提高缆绳的抗拉强度和耐磨性能；

g、干燥处理，预拉处理后将芯体放到绳架上晾干或送入烘房烘干，待缆绳干燥后卷装成形候用；

步骤二、高韧耐磨套管制作

a、拼线，选用聚芳酯纤维3根，捻合成粗纱；

b、加捻，将3根合成的粗纱，通过加捻机捻合成绳纱；

c、制股，将3根合成的绳纱，在制股机上制成符合双层编绳机锭子大小的筒子绳股；

d、编制，将32根绳股围绕芯体经双层编绳机一次性编织成高韧耐磨套管；

步骤三、在高韧耐磨套管外表面浸渍涂覆一层由PTFE为基体特制的耐磨涂层。

采用本发明后，其有益效果为：

绳体设置从内向外依次选用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和高强聚酯按数量比3:1制成8股结构芯体；同时选取高分子耐磨材料聚芳酯(Vectran)纤维在芯体外经双层编绳机一次性编织成高韧耐磨套管，形成皮芯复合双层结构缆绳；再在高韧耐磨套管外表面浸渍、涂覆一层由耐磨材料PTFE为基体特制的耐磨涂层，这种复配组合式结构体系缆绳，既克服了超高分子量聚乙烯耐磨损、抗蠕变性相对较差和聚酯材料偏重、强度不够高等固有性能的弱点，又兼具了超高分子量聚乙烯高强轻质与高强聚酯高耐磨性能的优点，最大程度优化其抗磨损性，提高缆绳的综合性能。另外，在绳体设置高韧耐磨套管，并使用新型耐磨涂层，以对在高磨损恶劣环境下使用的缆绳实施保护，并获得超常耐磨性能，相比普通超高分子量聚乙烯和聚酯缆绳，破断强力更高，耐磨性能更好，使用寿命更长。

通过使用耐磨涂层，减少缆绳内部纤维间的摩擦，剩余强度得到提高，进而大大提高缆绳内部纤维的耐磨性，延长缆绳的实际使用寿命。经试用和测试证明，这种复配组合式结构体系缆绳，其耐磨性较同类普通缆绳提高20％以上，其强度比同类普通缆绳增强12％左右；在等强条件下耐磨高强特种缆绳具有明显的价格比，一般较同类缆绳成本低10％左右。

本发明一种耐磨高强缆绳，其主要特性：

1、具有高强轻质、小直径、耐磨损、耐气候、耐腐蚀、抗老化、低延伸、不吸水、漂浮于水、操作轻便、使用寿命长等基本特性，在各种应用方面都有很强的适应性；

2、与其它纤维材料缆绳相比，具有经济、高效、适用的特征，其价格在等强条件下有明显的价格比，一般降低成本10％左右；

3、使用独特耐磨涂层技术，使缆绳既具有比普通聚酯更高的摩擦系数，而且减少内部磨损面，还能提高缆绳的残余强度；

4、克服了传统材料抗蠕变性能较差、耐久性明显不好等缺点，而且在使用过程中更加稳定可靠；

5、磨损试验，采用直到试样磨断为止的摩擦次数来计，比同类缆绳提高20％以上，其实际使用寿命比同类普通化纤缆绳高出2～3倍；

6、试用并测试证明，缆绳拥有钢缆在强度和耐磨性能方面等同的使用效果，进而引发对传统钢缆在更多场合应用的替代，也使得耐磨高强特种缆绳在一些传统意义上普通化纤缆绳难以胜任的应用场合具有了竞争力；

7、缆绳的特性设计，显示了比钢丝缆绳和传统化纤缆绳更加适于实用的性能，必将获得越来越多的推广应用。

选用纤维材料的重要因素是纤维的性能和能否满足耐磨高强特种缆绳性能要求以及价格比。

不同纤维材料耐磨及主要性能比较

缆绳常用纤维材料主要性能比较

由试验检测可知，超高分子量聚乙烯纤维的比强度是当今世界上最高的，相当于优质钢丝的15倍，比普通化纤高近10倍，比芳纶高40％。

不同纤维材料制成的缆绳进行千次循环负荷水平测试，其剩余强度比较：

几种常用超高分子量聚乙烯纤维基本性能比较

通过应用调研、实验室测试和比较分析，表明超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、高强聚酯和聚芳酯(Vectarn)纤维性能指标符合耐磨高强特种缆绳设计性能要求。拟定选用特毅纶纤维作为耐磨高强特种缆绳绳体的增强基材。因为超高分子量聚乙烯纤维是目前世界上强度最高的商业化高性能纤维，而特毅纶纤维属于国内领先产品，已达到国际同类产品的先进水平。在具有高性能的同时，又有相对较大的伸长，因此又具有良好的耐弯曲形变性能。其使用寿命比普通化纤一般高出2～3倍。再者，由于纤维表面光滑，具有较低的摩擦系数和比其他高性能纤维更加优越的耐磨性能，但相比聚酯纤维，其耐磨性能又相对较差，所以耐磨高强特种缆绳需要复配高耐磨纤维以有利于提高其耐磨性能。实验室测试研究发现，选用普通聚酯作为缆绳耐磨强化材料，还必须加以改进与完善，弥补自身耐磨和强度的不足，使其达到耐磨、高强、低延展、抗疲劳的特性。通过与国内化纤企业合作研发符合其设计特性要求的高强聚酯，相比普通聚酯具有更好的耐磨性，较高的强度，不仅能完善缆绳对耐磨性要求较高产品的性能，更可以拓展聚酯纤维的应用空间。高韧耐磨套管则优选新型高分子耐磨材料聚芳酯(Vectran)纤维一次性编织而成。聚芳酯(Vectran)纤维具有高强、柔软、坚韧、耐磨、耐挤压特点。目前聚芳酯(Vectran)纤维在国内还没有在缆绳上得以应用的报道。

其浸渍涂覆的耐磨涂层是选取高性能耐磨材料PTFE为基料特制而成的水溶性高聚物，专门用于增强绳索的耐磨性处理，具有良好的耐磨性、摩擦系数、纤维渗透性、柔软性、干燥性、化学稳定性、抗水洗性、抗紫外线等特点，其中摩擦系数高、耐磨性能强特别明显。缆绳使用耐磨涂层后，随着缆绳干燥，水份脱除，活性固体附着在缆绳上，起到固定缆绳、提高耐磨性能的作用，具有防水功能，但缆绳仍然能够保持较好的柔软度。

附图说明

图1为本发明耐磨高强缆绳皮芯复合双层结构示意图。

图2为本发明耐磨高强缆绳截面结构示意图。

图3为本发明耐磨高强缆绳耐磨涂层工艺示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明一种耐磨高强缆绳，缆绳绳体是由超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和高强聚酯按数量比3:1制成的8股结构芯体1；芯体外是由聚芳酯(Vectran)纤维编织的高韧耐磨套管2，在套管外表面涂覆一层由PTFE为基体特制的耐磨涂层3。

一种耐磨高强缆绳的制作方法，其制作方法如下：

步骤一、8股芯体制作

a、制粗纱，选取特毅纶纤维和高强聚酯纤维各3根，分别捻合成粗纱；

b、制绳纱，将3根合成的特毅纶粗纱和1根合成的高强聚酯粗纱(其数量比3:1)混合捻成绳纱；

c、浸树脂，将合成的绳纱浸渍LAG050树脂，并挤出多余的树脂；

d、制绳股，将3根浸过树脂的绳纱捻合成绳股；

e、编绳，将8根合成的绳股经8股制绳机编织成8股芯体；

f、预拉处理，采用特制拉力机对芯体进行预拉处理，拉力为缆绳设计的实际使用拉力的2～3倍，预拉时间50～60秒。预拉处理的目的，是使缆绳结构紧固，捻合的纤维不易松散，消除早期蠕变，提高缆绳的抗拉强度和耐磨性能；

g、干燥处理，预拉处理后将芯体放到绳架上晾干或送入烘房烘干，待缆绳干燥后卷装成形候用；

在制粗纱、绳纱、绳股时，均具有一定的捻度，捻距一般控制在20～30cm。单丝捻入粗纱，粗纱捻入绳纱，绳纱捻入每一绳股中，从而确保单纱的断裂不会将强度的损失传递很远，一般在几个捻距后就没有影响了。同样单股绳纱的强力损失也不会传递很远。另外，合成绳纱时浸树脂，与整条芯体完工后再浸树脂相比，树脂浸入充分。这种创新的编织工艺与常规的编织方法相比，缆绳的整体耐磨性能有明显的改善与提高，具有更好的抗磨损性，即使缆绳芯体表面磨起毛，也不会对强度产生大的影响。使用证明，缆绳强力能够提高12％左右。

步骤二、高韧耐磨套管制作

a、拼线，选用聚芳酯(Vectran)纤维3根，捻合成粗纱；

b、加捻，将3根合成的粗纱，通过加捻机捻合成绳纱；

c、制股，将3根合成的绳纱，在制股机上制成符合双层编绳机锭子大小的筒子绳股；

d、编制，将32根绳股围绕芯体经双层编绳机一次性编织成高韧耐磨套管；

步骤三、在套管外表面浸渍涂覆一层由PTFE为基体特制的耐磨涂层。

如图3所示，其工艺流程如下：

Claims (2)

1.一种耐磨高强缆绳，其特征在于：所述缆绳绳体是由超高分子量聚乙烯和高强聚酯按数量比3:1制成的8股结构芯体（1）；芯体外是聚芳酯纤维编织的高韧耐磨套管（2），在套管外表面涂覆一层由PTFE为基体特制的耐磨涂层（3）。

2.一种耐磨高强缆绳的制作方法，其特征在于：其制作方法如下：

步骤一、8股芯体制作

a、制粗纱，选取特毅纶超高分子量聚乙烯纤维和高强聚酯纤维各3根，分别捻合成粗纱；

b、制绳纱，将3根合成的特毅纶粗纱和1根合成的高强聚酯粗纱,其数量比3:1混合捻成绳纱；

c、浸树脂，将合成的绳纱浸渍LAG050树脂，并挤出多余的树脂；

d、制绳股，将3根浸过树脂的绳纱捻合成绳股；

e、编绳，将8根合成的绳股经8股制绳机编织成8股芯体；

f、预拉处理，采用特制拉力机对芯体进行预拉处理，拉力为缆绳设计的实际使用拉力的2~3倍，预拉时间50~60秒，预拉处理的目的，是使缆绳结构紧固，捻合的纤维不易松散，消除早期蠕变，提高缆绳的抗拉强度和耐磨性能；

g、干燥处理，预拉处理后将芯体放到绳架上晾干或送入烘房烘干，待缆绳干燥后卷装成形备用；

步骤二、高韧耐磨套管制作

a、拼线，选用聚芳酯纤维3根，捻合成粗纱；

b、加捻，将3根合成的粗纱，通过加捻机捻合成绳纱；

c、制股，将3根合成的绳纱，在制股机上制成符合双层编绳机锭子大小的筒子绳股；

d、编制，将32根绳股围绕芯体经双层编绳机一次性编织成高韧耐磨套管；

    步骤三、在高韧耐磨套管外表面浸渍涂覆一层由PTFE为基体特制的耐磨涂层。