CN112941941B - 一种高强度纤维保护蹦极绳 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纤维绳索生产技术领域，具体涉及一种高强度纤维保护蹦极绳，由内至外包括乳胶内芯层、聚四氟乙烯层、高强度纤维保护层和弹性布套，其中所述乳胶内芯层为多股乳胶弹力绳经过12编斜纹或16编斜纹制得，单股弹力绳则由乳胶丝束经丙纶或涤纶编织物包裹制得；所述高强度纤维保护层由PBO纤维、碳纤维、高分子聚乙烯纤维组成；聚四氟乙烯层设置于乳胶内芯层与高强度纤维保护层之间，减少两层间摩擦；所述弹性布套为涤纶或尼龙织布套，长度为乳胶内芯层的2倍，在整条绳的两端与内部绳体捆扎固定。本发明将传统蹦极绳改进增强，设置高强度纤维保护层，大大提高了安全性。

Description

一种高强度纤维保护蹦极绳
技术领域
本发明属于纤维绳索生产技术领域，具体涉及一种高强度纤维保护蹦极绳。
背景技术
近些年有越来越多年轻人热衷于一种较为刺激又惊险的运动方式——蹦极。此项室外健身运动从发源地发展到全世界，它可以锻炼胆略、释放压力、拉伸筋骨、提升心肺功能，尽管具有一定危险性，还是有许多人前仆后继想要去体验。然而，全世界每年都有蹦极中出现事故的案例发生，于是，利用科学技术来提升蹦极运动的安全性，成为一个颇有意义的课题。
聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)(顺、反两种构象)苯环和噁唑环两者几乎与链轴共面，是左右对称的刚棒状分子结构，这种结构是能量最低的一种形式。由于使用了液晶纺丝技术，大分子链、晶体和微纤/原纤均沿纤维轴向呈现几乎完全取向的排列，形成高度取向的有序结构。因此PBO纤维独特的结构决定了其优异而杰出的性能，具有高强、高模、高耐热和阻燃性好的特点，其尺寸稳定好，耐化学稳定性高，是目前所有有机纤维中综合性能最好的
因此能否将PBO纤维与蹦极绳有机的结合在一起，获得一种具有更高安全性能的蹦极绳成为本领域研究的重点。
发明内容
本发明针对现有技术存在的诸多不足之处，提供了一种高强度纤维保护蹦极绳，包括乳胶内芯层、聚四氟乙烯层、高强度纤维保护层、弹性布套。所述乳胶内芯层为多股乳胶弹力绳经过12编斜纹或16编斜纹制得，单股弹力绳则由乳胶丝束经丙纶或涤纶编织物包裹制得；所述高强度纤维保护层由PBO纤维、碳纤维、高分子聚乙烯纤维组成，其中PBO纤维占重量份数为50-80％，重量比为1:1的碳纤维和高分子聚乙烯纤维共占重量份数为50-20％，三种纤维并排得到纤维束，12股纤维束经过12编斜纹制得复合纤维，用芳纶包覆该复合纤维并浸胶，螺旋式包裹在乳胶内芯层外部，伸直长度至少为乳胶内芯层的2倍，目的是作为掣动系统，控制最大伸长距离在乳胶丝最佳使用伸缩率内；聚四氟乙烯层设置于乳胶内芯层与高强度纤维保护层之间，减少两层间摩擦；所述弹性布套为涤纶或尼龙织布套，长度为乳胶内芯层的2倍，在整条绳的两端与内部绳体捆扎固定。本发明将传统蹦极绳改进增强，设置高强度纤维保护层，大大提高了安全性。
本发明的具体技术方案是：
一种高强度纤维保护蹦极绳，由内至外包括乳胶内芯层、聚四氟乙烯层、高强度纤维保护层和弹性布套，其中：
所述乳胶内芯层为多股乳胶弹力绳经过12编斜纹或16编斜纹制得，单股乳胶弹力绳则由乳胶丝束经丙纶或涤纶编织物包裹制得；
其中优选为16股乳胶弹力绳；
上述采用的单股乳胶弹力绳为市面乳胶弹力绳，直径8～10mm；
所述高强度纤维保护层由PBO纤维、碳纤维、高分子聚乙烯纤维组成；
所述聚四氟乙烯层设置于乳胶内芯层与高强度纤维保护层之间；
所述弹性布套为涤纶或尼龙织布套；
优选的乳胶内芯层、聚四氟乙烯层、高强度纤维保护层和弹性布套的厚度比为5:1:2:2；
更进一步的：
所述的高强度纤维保护层中PBO纤维占重量份数为50-80％，重量比为1:1的碳纤维、高分子聚乙烯纤维共占重量份数为50-20％，三种纤维并排得到纤维束，多股纤维束经过12编斜纹制得复合纤维，其中优选12股纤维束，用芳纶包覆该复合纤维，并将其浸润于胶液中，后取出缠绕于试样架上，放入烘箱中于100℃烘2小时，再升至140℃烘1小时，冷却至室温；浸胶后的复合纤维束螺旋式包裹在乳胶内芯层外部，伸直长度至少为乳胶内芯层的2倍。
其中用芳纶包覆复合纤维的具体方法为：
利用芳纶纤维线作为包覆层螺旋缠绕包覆在复合纤维外部，所述芳纶纤维线优选为10股，每股芳纶纤维线由200～300根芳纶纤维丝并捻而成；
浸胶所采用的胶液由以下重量份数成分组成：环氧树脂4～8份、固化剂0.2～0.8份、胶乳60～100份和去离子水100份，将其依次加入反应容器中在20-35℃下搅拌熟化6-12h，充分搅拌反应即得到胶液；
所述环氧树脂为水甘油醚型环氧树脂、聚丙三醇缩水甘油醚型环氧树脂、山梨醇型环氧树脂、双酚A型环氧树脂的一种或几种的组合；
所述胶乳为乙烯基吡啶胶乳、丁苯胶乳、丁苯吡胶乳、羧基丁苯胶乳、羧基丁腈胶乳、氯丁胶乳、丁腈胶乳中的一种或几种的组合；
所述固化剂具体为二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺中的一种或几种的混合。
上述获得的浸胶后的复合纤维束直径为10mm，拉力为2533-3120KN，远超市面同等直径复合绳缆抗拉强度，耐高温为800-1100℃，耐低温为-70℃；
所采用的聚四氟乙烯层，采用市场上直接购得的聚四氟乙烯层压膜布，用其直接包裹复合纤维层，减少乳胶内芯层和复合纤维层之间的相互摩擦，避免产生断丝和扭曲等现象。
所述弹性布套长度为乳胶内芯层的2倍，在整条绳的两端与内部绳体捆扎固定；捆扎固定所用扎带为不锈钢扎带和/或尼龙扎带；其同复合纤维层一起作为掣动系统，控制最大伸长距离在乳胶丝最佳使用伸缩率内。
本发明的有益效果为：
传统蹦极绳，一般包括乳胶内芯层和弹性布套，其中乳胶内芯层为多股乳胶弹力绳通过简单捆扎制得，单股弹力绳则由乳胶丝束经丙纶或涤纶编织物包裹制得；所述弹性布套为锦纶、涤纶或尼龙织布套；本发明在乳胶内芯层外部通过缠绕的方式增加高强度纤维保护层，来达到内部乳胶芯层的断裂保护，大大提高使用安全性。采用复合编制的乳胶绳作为缓冲结构，绳索瞬时受力时由其吸收冲击能量，防止被牵引者受到强烈的冲击力，达到高弹高伸缩率的目的；采用几种高强度抗拉的有机纤维作为防止绳索断裂的保护部分，使得绳索承受过高负荷时只有乳胶内芯断裂，而高强度复合纤维束随之舒展直至伸直，但不会断裂，从而保护使用者的人身安全。
在高强度纤维的选择上，PBO纤维断裂强度、模量都较高，是钢丝纤维的10倍以上，且密度低于刚，表现出质轻的特性，同时回潮率低、耐腐蚀、耐高温、具有不燃性；碳纤维、高分子聚乙烯纤维也具有良好的抗拉能力，用来包覆纤维束的芳纶纤维具有耐磨特性；通过混料机混合充分发挥各组分材料的性能，浸胶处理对复合纤维束起到保护作用，并进一步增加耐磨性；聚四氟乙烯层的设置同时保护了乳胶内芯层和高强度纤维保护层，避免产生断丝和扭曲等现象；采用耐磨、防腐蚀的涤纶或尼龙作最外层布套保护，同时起到保护内部结构不受磨损和限制最长延伸长度的作用。通过以上改进设置，能大大提高蹦极绳的使用安全性，延长使用寿命。
附图说明
图1为本申请所述高强度纤维保护蹦极绳的截面示意图；
图2为图1中复合纤维层的缠绕示意图；
图中1是乳胶内芯层，2是聚四氟乙烯层，3是高强度纤维保护层，4是弹性布套。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，可以使本领域技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明；
实施例1：
一种高强度纤维保护蹦极绳，包括乳胶内芯层、聚四氟乙烯层、高强度纤维保护层、弹性布套，厚度比约5:1:2:2。所述乳胶内芯层为乳胶丝和涤纶组成；所述高强度纤维保护层由PBO纤维、碳纤维、高分子聚乙烯纤维组成；聚四氟乙烯层设置于乳胶内芯层与高强度纤维保护层之间；所述弹性布套为涤纶或尼龙织布套。
作为可选实施方式聚四氟乙烯层，采用市场上直接购得的聚四氟乙烯层压膜布用其直接包裹复合纤维层；
作为可选实施方式，所述乳胶内芯层为市面乳胶弹力绳，直径8～10mm，16股乳胶弹力绳经过12编斜纹或16编斜纹制得，单股弹力绳则由乳胶丝束经丙纶或涤纶编织物包裹制得；
作为可选实施方式，所述复合纤维束，其中PBO纤维占重量份数为5％，碳纤维、高分子聚乙烯纤维重量比例1:1共占重量份数为50％，三种纤维并排得到纤维束，优选为12股纤维束经过12编斜纹制得复合纤维，用芳纶包覆该复合纤维，并将其浸润于胶液中，后取出缠绕于试样架上，放入烘箱中于100℃烘2小时，再升至140℃烘1小时，冷却至室温。
用芳纶包覆复合纤维的具体方法为：
利用芳纶纤维线作为包覆层螺旋缠绕包覆在复合纤维外部，所述芳纶纤维线优选为10股，每股芳纶纤维线由200～300根芳纶纤维丝并捻而成；
作为可选实施方式，所述复合纤维束，其浸胶中涉及的胶液由以下重量份数配方成分组成：水甘油醚型环氧树脂5份、二乙烯三胺0.3份、乙烯基吡啶胶乳70份和去离子水100份，将其依次加入反应容器中在20-35℃下搅拌熟化6-12h，充分搅拌反应即得到胶液。
作为可选实施方式，所述复合纤维束，螺旋式包裹在乳胶内芯层外部，伸直长度至少为乳胶内芯层的2倍。
作为可选实施方式，所述弹性布套，长度为乳胶内芯层的2倍，在整条绳的两端与内部绳体捆扎固定。
作为可选实施方式，所述弹性布套与内部绳体捆扎固定所用扎带为不锈钢扎带和/或尼龙扎带。
所述高强度纤维保护蹦极绳的直径为50mm，拉力为3115KN，耐高温为1100℃，耐低温为-70℃。
实施例2：
一种高强度纤维保护蹦极绳，包括乳胶内芯层、聚四氟乙烯层、高强度纤维保护层、弹性布套，厚度比约5:1:2:2；所述乳胶内芯层为乳胶丝和涤纶组成；所述高强度纤维保护层由PBO纤维、碳纤维、高分子聚乙烯纤维组成，三种纤维通过混料机均匀混合形成复合纤维束；聚四氟乙烯层设置于乳胶内芯层与高强度纤维保护层之间；所述弹性布套为涤纶或尼龙织布套。
作为可选实施方式，所述乳胶内芯层为市面乳胶弹力绳，直径8～10mm，多股乳胶弹力绳经过12编斜纹或16编斜纹制得，单股弹力绳则由乳胶丝束经丙纶或涤纶编织物包裹制得。
所述的聚四氟乙烯层采用市场上直接购得的聚四氟乙烯层压膜布用其直接包裹复合纤维层；
作为可选实施方式，区别于实施例1，所述复合纤维束，其中PBO纤维占重量份数为65％，碳纤维、高分子聚乙烯纤维重量比例1:1共占重量份数为35％，三种纤维并排得到纤维束，优选12股纤维束经过12编斜纹制得复合纤维，用芳纶包覆该复合纤维，包覆方式同实施例1，并将其浸润于胶液中，后取出缠绕于试样架上，放入烘箱中于100℃烘2小时，再升至140℃烘1小时，冷却至室温。
作为可选实施方式，所述复合纤维束，其浸胶中涉及的胶液由以下重量份数配方成分组成：聚丙三醇缩水甘油醚型环氧树脂6份、三乙烯四胺或四乙烯五胺0.7份、丁苯胶乳40份、氯丁胶乳40份和去离子水100份，将其依次加入反应容器中在20-35℃下搅拌熟化6-12h，充分搅拌反应即得到胶液。
作为可选实施方式，所述复合纤维束，螺旋式包裹在乳胶内芯层外部，伸直长度至少为乳胶内芯层的2倍。
作为可选实施方式，所述弹性布套，长度为乳胶内芯层的2倍，在整条绳的两端与内部绳体捆扎固定。
作为可选实施方式，所述弹性布套与内部绳体捆扎固定所用扎带为不锈钢扎带和/或尼龙扎带。
所述高强度纤维保护蹦极绳的直径为50mm，拉力为3564KN，耐高温为950℃，耐低温为-78℃。
实施例3：
一种高强度纤维保护蹦极绳，包括乳胶内芯层、聚四氟乙烯层、高强度纤维保护层、弹性布套，厚度比约5:1:2:2。所述乳胶内芯层为乳胶丝和涤纶组成；所述高强度纤维保护层由PBO纤维、碳纤维、高分子聚乙烯纤维组成，三种纤维通过混料机均匀混合形成复合纤维束；所述弹性布套为涤纶或尼龙织布套。
作为可选实施方式，所述乳胶内芯层为市面乳胶弹力绳，直径8～10mm，多股乳胶弹力绳经过12编斜纹或16编斜纹制得，单股弹力绳则由乳胶丝束经丙纶或涤纶编织物包裹制得。
所述的聚四氟乙烯层采用市场上直接购得的聚四氟乙烯层压膜布用其直接包裹复合纤维层；
作为可选实施方式，区别于实施例1，所述复合纤维束，其中PBO纤维占重量份数为80％，碳纤维、高分子聚乙烯纤维重量比例1:1共占重量份数为20％，三种纤维并排得到纤维束，优选12股纤维束经过12编斜纹制得复合纤维，用芳纶包覆该复合纤维，包覆方式同实施例1，并将其浸润于胶液中，后取出缠绕于试样架上，放入烘箱中于100℃烘2小时，再升至140℃烘1小时，冷却至室温。
作为可选实施方式，所述复合纤维束，其浸胶中涉及的胶液由以下重量份数配方成分组成：山梨醇型环氧树脂4份、双酚A型环氧树脂4份、二乙烯三胺0.3份、三乙烯四胺0.3份、丁腈胶乳100份和去离子水100份，将其依次加入反应容器中在20-35℃下搅拌熟化6-12h，充分搅拌反应即得到胶液。
作为可选实施方式，所述简单复合纤维束，螺旋式包裹在乳胶内芯层外部，伸直长度至少为乳胶内芯层的2倍。
作为可选实施方式，所述弹性布套，长度为乳胶内芯层的2倍，在整条绳的两端与内部绳体捆扎固定。
作为可选实施方式，所述弹性布套与内部绳体捆扎固定所用扎带为不锈钢扎带和/或尼龙扎带。
所述高强度纤维保护蹦极绳的直径为50mm，拉力为3815KN，耐高温为800℃，耐低温为-90℃。
比较例：
传统蹦极绳，包括乳胶内芯层和弹性布套。所述乳胶内芯层为多股乳胶弹力绳通过简单捆扎制得，单股弹力绳则由乳胶丝束经丙纶或涤纶编织物包裹制得；所述弹性布套为锦纶、涤纶或尼龙织布套，长度为乳胶内芯层的2倍，在整条绳的两端与内部绳体捆扎固定；所述弹性布套与内部绳体捆扎固定所用扎带为不锈钢扎带和/或尼龙扎带，经检测，市场上直接购得的直径为50mm的传统蹦极绳的拉力仅为856KN。
所述传统蹦极绳，在实验试用过程中，由于乳胶丝的应力蠕变以及老化，强度变弱，其可以承受的最大拉力不断减小，在经过一定使用时长后，达到一定拉力则会发生断裂。而外层弹性布套随着使用时长增加也存在磨损现象，导致其不能单独承受过大拉力，加上两端捆扎处为脆弱易断部位，因此不能靠外层弹性布套来承担拉力。这就意味着，当乳胶内心层发生断裂，此传统蹦极绳极大可能彻底断裂，从而对使用者造成人身安全伤害，甚至威胁生命。
可见本发明的技术方案解决了传统蹦极绳无多重保护、安全性低的问题，高强度纤维保护层不仅能在乳胶内芯层断裂后起到保护作用，且由于其螺旋缠绕在乳胶内芯层外部，会起到均匀分散应力的作用，进而延长蹦极绳的使用寿命。

Claims (9)

1.一种高强度纤维保护蹦极绳，其特征在于：由内至外包括乳胶内芯层、聚四氟乙烯层、高强度纤维保护层和弹性布套，其中：
所述乳胶内芯层为多股乳胶弹力绳经过12编斜纹或16编斜纹制得，单股乳胶弹力绳则由乳胶丝束经丙纶或涤纶编织物包裹制得；
所述高强度纤维保护层由PBO纤维、碳纤维、高分子聚乙烯纤维组成；
所述聚四氟乙烯层设置于乳胶内芯层与高强度纤维保护层之间；
所述弹性布套为涤纶或尼龙织布套。
2.根据权利要求1所述的高强度纤维保护蹦极绳，其特征在于：乳胶内芯层、聚四氟乙烯层、高强度纤维保护层和弹性布套的厚度比为5:1:2:2。
3.根据权利要求1所述的高强度纤维保护蹦极绳，其特征在于：
所述的高强度纤维保护层中PBO纤维占重量份数为50-80%，重量比为1:1的碳纤维和高分子聚乙烯纤维共占重量份数为20-50%，三种纤维并排得到纤维束，多股纤维束经过12编斜纹制得复合纤维，用芳纶包覆该复合纤维并浸胶；浸胶后的复合纤维束螺旋式包裹在乳胶内芯层外部，伸直长度至少为乳胶内芯层的2倍。
4.根据权利要求3所述的高强度纤维保护蹦极绳，其特征在于：
浸胶所采用的胶液由以下重量份组成：环氧树脂4~8份、固化剂0.2~0.8份、胶乳60~100份和去离子水100份，将其依次加入反应容器中在20-35℃下搅拌熟化6-12h，充分搅拌反应即得到胶液；
所述环氧树脂为水甘油醚型环氧树脂、聚丙三醇缩水甘油醚型环氧树脂、山梨醇型环氧树脂、双酚A型环氧树脂的一种或几种的组合；
所述胶乳为乙烯基吡啶胶乳、丁苯胶乳、丁苯吡胶乳、羧基丁苯胶乳、羧基丁腈胶乳、氯丁胶乳、丁腈胶乳中的一种或几种的组合；
所述固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺中的一种或几种的混合。
5.根据权利要求3所述的高强度纤维保护蹦极绳，其特征在于：浸胶后的复合纤维束直径为10mm，拉力为2533-3120KN，耐高温为800-1100℃，耐低温为-70℃。
6.根据权利要求1所述的高强度纤维保护蹦极绳，其特征在于：所述弹性布套长度为乳胶内芯层的2倍，在整条绳的两端与内部绳体捆扎固定；捆扎固定所用扎带为不锈钢扎带和/或尼龙扎带。
7.根据权利要求1所述的高强度纤维保护蹦极绳，其特征在于：用芳纶包覆复合纤维的具体方法为：
利用芳纶纤维线作为包覆层螺旋缠绕包覆在复合纤维外部，所述芳纶纤维线为10股，每股芳纶纤维线由200~300根芳纶纤维丝并捻而成。
8.根据权利要求1所述的高强度纤维保护蹦极绳，其特征在于：所述乳胶内芯层为16股乳胶弹力绳经过12编斜纹或16编斜纹制得。
9.根据权利要求3所述的高强度纤维保护蹦极绳，其特征在于：12股纤维束经过12编斜纹制得复合纤维。
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