CN113564944B - 一种复合绳索 - Google Patents

Abstract

本发明涉及绳索制造技术领域，具体为一种复合绳索，绳索是由绳纱和支撑骨架以编织或加捻的方式形成；所述绳纱由超高分子量聚乙烯纤维和超高分子量聚乙烯膜裂纤维制成；所述支撑骨架包含多根且分散于绳索内部。本发明制备的复合绳索，利用材料本身的性能制备一种高强、耐磨、抗弯曲绳索，其中，支撑骨架提供韧性，超高分子量聚乙烯纤维提高绳索的强度，超高分子量聚乙烯膜裂纤维加强绳索的耐磨性能。本发明还提供一种由多根该绳索制成的缆绳，缆绳的强度可达300Kn以上,可广泛应用于高端的绳网领域。

Description

一种复合绳索

技术领域：

本发明涉及绳索制造技术领域，具体为一种复合绳索。

背景技术：

现有的钢丝绳具有较大的强力和较高的耐久性，但是其弹力小，不耐受冲击载荷，质硬，承受不了急剧的弯曲和扭结，在操作中握持困难，易从手中滑落，有时绳索表面有破断的钢丝头漏出，极易发生刺手的现象。且钢缆密度大，其绳索重量很重，在使用和操作时往往会带来不便甚至危险，因此在一些高强度绳索的应用场景，有必要寻找钢丝绳索的替代品。

为解决上述问题，现有采用高分子材料绳索替代钢丝绳索的研究。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料以其较小的密度、极高的比强度和比模量、良好的化学稳定性、耐紫外性、耐腐蚀性等优点，广泛应用在军事、公安、边防、武警等防弹防护领域以及高性能绳索网具等民用领域。然而，超高分子量聚乙烯纤维绳索虽然具有较高的抗拉强度，但是其本身很柔软，且耐磨性较差，因此用其制成的绳索在刚性、抗弯曲性能和耐磨性能上存在不足，在一些如斜拉钢缆等特殊场合不能完全替代现有的钢丝绳索。为解决耐磨性的问题，中国专利CN210596791U、CN111962316A、CN112323247A等提出了一些解决方案，其方案主要是在超高分子量聚乙烯纤维绳索中添加耐磨层或润滑剂，但是添加常规的耐磨材料会对绳索的抗拉强度产生较大影响，润滑剂的添加会降低超高分子量聚乙烯纤维之间的抱合力，从而对绳索的性能产生不利影响。此外，抗弯曲性能的不足又会造成超高分子量聚乙烯纤维绳索的应用场景受到限制。

为解决上述技术问题，本发明制备了一种具有质轻、高强、耐磨、高韧性的绳索。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种复合绳索，以解决背景技术中现有绳索的不足，制备具有质轻、高强、耐磨、高韧性的绳索。

本发明提供的一种复合绳索，其特征在于：绳索是由绳纱和支撑骨架以编织或加捻的方式形成，所述绳纱的材料包括超高分子量聚乙烯纤维和超高分子量聚乙烯膜裂纤维，所述支撑骨架包含多根且分散于绳索内部。。

为便于描述，下文中超高分子量聚乙烯用其缩写UHMWPE表示。

所述绳索可分为①绳索、②绳纱、③纱线、④纤维四级结构，前文所述的UHMWPE纤维和UHMWPE膜裂纤维是第④级结构，即绳纱的基材。

在本发明中，各基础层级可采用加捻或编织的方式得到更高层级的结构，例如，纤维可采用加捻或编织的方式得到纱线，纱线通过加捻或编织的方式得到绳纱，绳纱通过加捻或编织的方式得到绳索。此外，如果采用编织的方式，则各基础层级都为编织。

对于第④级结构纤维，所述纤维可以是UHMWPE纤维或UHMWPE膜裂纤维。

对于第③级结构纱线，所述纱线可以是仅由UHMWPE纤维制成的纯UHMWPE纤维纱线；或仅由UHMWPE膜裂纤维制成的纯UHMWPE膜裂纤维纱线；或由UHMWPE纤维和UHMWPE膜裂纤维制成的混合纱线。

对于第②级结构绳纱，所述绳纱可以是仅由纯UHMWPE纤维纱线制成的纯UHMWPE纤维绳纱；或仅由纯UHMWPE膜裂纤维纱线制成的纯UHMWPE膜裂纤维绳纱；或全部用混合纱线制成的混合绳纱；或由纯UHMWPE纤维纱线、纯UHMWPE膜裂纤维纱线和混合纱线这三种中的至少两种纱线制成的混合绳纱。

对于第①级结构绳索，制成所述绳索的绳纱为纯UHMWPE纤维绳纱、纯UHMWPE膜裂纤维绳纱和混合绳纱这三种中的至少两种；或全部用混合绳纱制成的绳索。此外，在实际使用中，可以根据绳索粗细等实际情况，进一步调整绳子的层级结构的数量。

通过上述层级结构，能保证最终制得的绳索中，其绳纱由超高分子量聚乙烯纤维和超高分子量聚乙烯膜裂纤维两种材料制成，能在提高UHMWPE绳索耐磨性能的同时，尽可能不降低绳索的抗拉强度。

本发明所述绳纱的材料包括但不限于UHMWPE纤维和UHMWPE膜裂纤维，绳纱中也可添加其他功能性添加剂或功能性材料用于进一步增强绳索的性能。

进一步的，优选绳索结构中绳索外围绳纱选用纯UHMWPE膜裂纤维绳纱，内部绳纱选用纯UHMWPE纤维绳纱。采用这种方式可以充分发挥UHMWPE膜裂纤维的耐磨性和UHMWPE纤维的高强度性能。

进一步的，优选绳索中所用的纱线均为UHMWPE纤维和UHMWPE膜裂纤维制成的混合纱线，从最基础的层级将两种纤维混合能使最终制得的绳索更加均匀。

进一步的，绳索使用的纤维可以是由UHMWPE膜裂纤维包覆一束UHMWPE纤维制成的复合纤维，由该复合纤维逐步制成纱线、绳纱和绳索。

更进一步的，绳索使用的纱线可以是由UHMWPE膜裂纤维包覆纯UHMWPE纤维纱线制成的混合纱线，采用这种方式，相比于上一段所述的方式，减小了UHMWPE膜裂纤维的用量，减小了UHMWPE膜裂纤维对绳索强度的影响。而如果在绳纱表面包覆UHMWPE膜裂纤维，则会由于UHMWPE膜裂纤维是膜状，造成绳纱之间接触面积变小造成绳纱之间抱合力降低。因此，在纱线这一层级采用UHMWPE膜裂纤维包覆纯UHMWPE纤维纱线的方式制成混合纱线是较为优选的方式。

所述纤维表面由于包覆了UHMWPE膜裂纤维，因此能最大程度上利用膜裂纤维的耐磨性能和UHMWPE纤维的高强度性能，更进一步提高最终绳索的耐磨性能，同时保持UHMWPE绳索的高强度性能。

优选的，所述绳纱由至少三根纱线制成。

优选的，所述支撑骨架可以是PET、PP、PA、PE、PPS、环氧树脂、金属等具有一定硬度和抗弯曲性能的材料制成。

相比于单根较粗的支撑骨架，多根较细的支撑骨架分散于绳索内部的方式可以使支撑骨架与绳纱分布更加均匀，同时使支撑骨架与绳纱之间抱合更加紧密，能有效避免支撑骨架与绳纱之间滑脱。

优选的，所述支撑骨架在绳索中所占的质量比为15-20％。

所述支撑骨架的模量及占比需要根据使用场景灵活调整，本发明对此不做具体限定。

优选的，所述支撑骨架的直径为1-4mm。

优选的，所述超高分子量聚乙烯膜裂纤维在混合纱线所占的质量比为50-90％。超高分子量聚乙烯膜裂纤维的含量较高可以提升绳索的耐磨性和抗蠕变性。

优选的，所述绳纱的直径为1-3mm。

优选的，所述混合纱线的直径为0.1-2mm。

优选的，所述超高分子量聚乙烯膜裂纤维和超高分子量聚乙烯纤维在绳索中的总含量为60-95％。

优选的，所述超高分子量聚乙烯膜裂纤维纱线的直径为0.1-1mm。

优选的，所述超高分子量聚乙烯膜裂纤维的纤度为800-5000D。

优选的，所述超高分子量聚乙烯纤维纱线的直径为0.1-1mm。

优选的，所述超高分子量聚乙烯纤维的纤度为300-1600D。

优选的，所述绳索的直径为4-15mm。

优选的，所述绳索的断裂强度为20-40KN。

进一步的，本发明还提供一种复合缆绳，其特征在于：所述缆绳由多股上述的单根绳索以进一步加捻或编织的方式形成。

优选的，由加捻方式制得的缆绳的股数为3股、4股、6股等。

优选的，由编织方式制得的缆绳的股数为8股、12股、16股、24股等。

优选的，所述缆绳的直径为15-50mm。

优选的，所述缆绳的断裂强度为100-900KN。

所述缆绳在实际应用中可以替代钢丝绳。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

该复合绳索由超高分子量聚乙烯膜裂纤维、超高分子量聚乙烯纤维和支撑骨架三种材料复合而成，其中支撑骨架提供抗弯曲性能，超高分子量聚乙烯纤维提高绳索的强度，超高分子量聚乙烯膜裂纤维加强绳索的耐磨性能。由于超高分子量聚乙烯膜裂纤维在具有优异的耐磨性的同时，其强度也与UHMWPE纤维接近，因此使用UHMWPE膜裂纤维与UHMWPE纤维混编制成绳索，能在有效增加绳索耐磨性的同时尽可能保持超高分子量聚乙烯绳索的高强度，这是其他耐磨纤维难以做到的。通过三种材料的复合，利用材料本身的性能制备一种质轻、高强、耐磨、高韧性绳索。

根据本发明提供的方案，由多根该绳索以加捻或编织的方式制备成缆绳，在实际应用中可以代替钢丝绳。且相比于钢丝绳索，本发明提供的缆绳大大降低了绳索的重量，提高了操作施工中的方便性和安全性。

附图说明：

现拟参照下列直观的附图结合某些最佳实施例对本发明加以描述。须强调的是，图文描述系让本专业技术人员清楚本发明的若干形式如何可付之实施，而并不局限于提出的具体附图。

图1为绳索的截面图。

图2为绳纱的截面图。

图3为缆绳的截面图。

图4为缆绳的立体图。

其中，图1中11为纯UHMWPE纤维绳纱，12为纯UHMWPE膜裂纤维绳纱，13为支撑骨架。

图2A为纯UHMWPE纤维纱线制成的纯UHMWPE纤维绳纱；

图2B为纯UHMWPE膜裂纤维纱线制成的纯UHMWPE膜裂纤维绳纱；

图2C为UHMWPE纤维纱线和UHMWPE膜裂纤维纱线混合制成的绳纱；

图2D为UHMWPE纤维纱线、UHMWPE膜裂纤维纱线和混合纱线制成的绳纱。

具体实施方式：

实施例1

本发明提供一种复合绳索，具体制作步骤如下所示：

S1：将纤度为1600D超高分子量聚乙烯纤维、纤度为3600D超高分子量聚乙烯膜裂纤维分别加捻制成直径为0.6mm的超高分子量聚乙烯纤维纱线和直径为0.8mm的超高分子量聚乙烯膜裂纤维纱线，其中捻度为25T/m，捻向为S。此处，超高分子量聚乙烯纤维纱线也可以是不加捻的的超高分子量聚乙烯纤维。

将捻制的纱线缓慢通过胶池，用水性聚氨酯橘红色胶水浸渍30s，采用小于捻线直径20％的纱孔挤出多余胶水。再将浸渍过胶水的纱线通过50℃的恒温烘箱烘干后重新收卷，烘干时间为2min。

S2：将3根超高分子量聚乙烯纤维纱线、3根超高分子量聚乙烯膜裂纤维纱线分别加捻制成直径为1.5mm的超高分子量聚乙烯纤维绳纱，截面图如图2A所示，和直径为1.8mm的超高分子量聚乙烯膜裂纤维绳纱，截面图如图2B所示。其中加捻时捻度为25T/m，捻向为S。

S3：用4根直径为1mm、纤度为9600D的PET圆丝作为支撑骨架，7根超高分子量聚乙烯纤维绳纱和11根超高分子量聚乙烯膜裂纤维绳纱三者一起加捻制成直径为8mm、断裂强度为30KN、断裂摩擦次数为600次的绳索，截面图如图1所示，图中11为纯UHMWPE纤维绳纱，12为纯UHMWPE膜裂纤维绳纱，13为支撑骨架。其中绳索的捻距为56mm，捻向为Z。

实施例2

本发明提供的一种复合绳索还可以用如下方式进行制得：

S1：将纤度为1600D的超高分子量聚乙烯纤维和纤度为3600D的超高分子量聚乙烯膜裂纤维混合加捻制成直径为1mm的混合纱线，其中超高分子量聚乙烯纤维占30wt％，超高分子量聚乙烯膜裂纤维占70wt％，捻度为25T/m，捻向为S。

将捻制的纱线缓慢通过胶池，用水性聚氨酯橘红色胶水浸渍30s，采用小于捻线直径20％的纱孔挤出多余胶水。再将浸渍过胶水的纱线通过50℃的恒温烘箱烘干后重新收卷，烘干时间为2min。

S2：将3根混合纱线加捻制成直径为2mm的混合绳纱，捻度为25T/m，捻向为S。

S3：用4根直径为1mm、纤度为9600D的PET圆丝作为支撑骨架，和18根混合绳纱一起加捻制成直径为8mm、断裂强度为26KN、断裂摩擦次数为750次的绳索，其中捻距为56mm，捻向为Z。

实施例3

本发明提供的一种复合绳索还可以用如下方式制得：

S1：纤度为1600D超高分子量聚乙烯纤维、纤度为3600D超高分子量聚乙烯膜裂纤维分别加捻制成直径为0.6mm的超高分子量聚乙烯纤维纱线和直径为0.8mm的超高分子量聚乙烯膜裂纤维纱线，其中捻度为25T/m，捻向为S。

将捻制的纱线缓慢通过胶池，用水性聚氨酯橘红色胶水浸渍30s，采用小于捻线直径20％的纱孔挤出多余胶水。再将浸渍过胶水的纱线通过50℃的恒温烘箱烘干后重新收卷，烘干时间为2min。

S2：将1根超高分子量聚乙烯纤维纱线和2根的超高分子量聚乙烯膜裂纤维纱线混合加捻制成直径为2mm的混合纤维绳纱，截面图如图2C所示。其中加捻时捻度为25T/m，捻向为S。

S3：用4根直径为1mm、纤度为9600D的PET圆丝作为支撑骨架，和18根混合纤维绳纱一起加捻制成直径为8mm、断裂强度为34KN、断裂摩擦次数为710次的绳索，其中捻距为56mm，捻向为Z。

实施例4

本发明提供的一种复合绳索还可以用如下方式制得：

S1：1)将纤度为1600D超高分子量聚乙烯纤维、纤度为3600D超高分子量聚乙烯膜裂纤维分别加捻制成直径为0.6mm的超高分子量聚乙烯纤维纱线和直径为0.8mm的超高分子量聚乙烯膜裂纤维纱线；

2)将纤度为1600D的超高分子量聚乙烯纤维和纤度为3600D的超高分子量聚乙烯膜裂纤维混合加捻制成直径为0.8mm的混合纱线，其中超高分子量聚乙烯纤维占30wt％，超高分子量聚乙烯膜裂纤维占70wt％。

其中加捻时，捻度为25T/m，捻向为S。

将捻制的纱线缓慢通过胶池，用水性聚氨酯橘红色胶水浸渍30s，采用小于捻线直径20％的纱孔挤出多余胶水。再将浸渍过胶水的纱线通过50℃的恒温烘箱烘干后重新收卷，烘干时间为2min。

S2：将1根超高分子量聚乙烯纤维纱线、1根超高分子量聚乙烯膜裂纤维纱线和1根混合纱线一起加捻制成直径为2mm的混合纤维绳纱，截面图如图2D所示。其中加捻时捻度为25T/m，捻向为S。

S3：用4根直径为1mm、纤度为9600D的PET圆丝作为支撑骨架，和18根混合纤维绳纱一起加捻制成直径为8mm、断裂强度为33KN、断裂摩擦次数为550次的绳索，其中捻距为56mm，捻向为Z。

实施例5

本发明还包括由实施例1制得的1根绳索为绳芯，6根绳索作为绳股以加捻的方式制成直径为26mm、断裂强度为280KN、断裂摩擦次数为7500次的缆绳，截面图如图3所示，立体图如图4所示。其中缆绳的捻距为175mm，捻向为Z。由此方法制得的缆绳的断裂强度达到了一般钢丝绳的强度，并且与高分子绳索相比还有一定的抗弯曲性能，在实际应用中可以替代钢丝绳。

实施例6

本发明还包括由实施例1制得的8股绳索以编织的方式制成直径为26mm、断裂强度为300KN、断裂摩擦次数为7000次的缆绳，其中截距为186mm，捻向为Z。

本发明提供的一种复合绳索，以及由该绳索制备的缆绳。与钢丝绳相比，材质柔软，不易伤人，并且还有很高的强度；与超高分子量聚乙烯纤维制得的绳索相比，具有一定的硬度，并且耐磨性好；加入支撑骨架，可以很好地提高绳索的抗弯曲性能。该绳索在实际使用中不需要任何防护措施，可以广泛应用于高端的防护和绳网领域。

以上内容尽管已经参考优选实施例对本发明进行阐述，本领域技术人员应当理解，可以针对本发明进行不同的修改和组合而不脱离本发明的范围。

Claims (4)

1.一种复合绳索，其特征在于：绳索是由绳纱和支撑骨架以编织或加捻的方式形成，所述绳纱的材料包括UHMWPE纤维和UHMWPE膜裂纤维，所述绳纱是由纱线制成，所述纱线是由UHMWPE膜裂纤维包覆一束UHMWPE纤维制成的复合纤维制成，所述支撑骨架包含多根且分散于绳索内部。

2.根据权利要求1所述的一种复合绳索，其特征在于：所述支撑骨架是PET、PP、PA、PE、PPS、环氧树脂、金属的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种复合绳索，其特征在于：所述支撑骨架在绳索中所占的质量比为15-20%。

4.一种复合缆绳，其特征在于：缆绳由多根如权利要求1-3任一所述的绳索进一步加捻或编织的方式形成。

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