CN218478955U - 一种多层复合式纤维绳索 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多层复合式纤维绳索，包括绳芯以及编织绳股，绳芯包括若干纤维增强复合材料筋，编织绳股包括若干纵向纤维绳股，若干纤维增强复合材料筋位于纤维绳索中心位置，若干纵向纤维绳股分别按照S捻向和Z捻向缠绕于纤维增强复合材料筋外，每股纵向纤维绳股外部分别设有第一编织纤维护套分别缠绕在每个纵向纤维编织绳股外侧表面，若干纵向纤维绳股外部设有第二编织纤维护套缠绕内部的若干纵向纤维绳股，第一编织纤维护套和第二编织纤维护套之间涂覆设有低弹模树脂，低弹模树脂对纵向纤维绳股进行固定。本实用新型可实现绳索综合性能提升，满足各种工况下的吊运需求。

Description

一种多层复合式纤维绳索

技术领域

本实用新型涉及绳索技术领域，具体为一种多层复合式纤维绳索。

背景技术

绳索由于具有易加工性、良好的柔韧性与综合力学性能，被广泛应用于起重吊装、紧急救援、海洋系泊与矿物采集等领域。传统绳索材料一般包括钢材、尼龙、涤纶和植物纤维等。钢丝绳的强度高，承载能力强，广泛应用于各类起重与吊装机械中，但其自重较大，自由破断长度较小，耐腐蚀性能差。尼龙绳索具有高弹性和能量吸收性能，但潮湿状态下耐磨性与耐腐蚀性能差，不宜于在复杂环境下长久使用。涤纶绳索柔韧性好，延伸率高，耐磨性好，目前应用最为广泛，但当绳索尺寸较大时，强度转化效率低。植物纤维天然绿色无污染，但其力学性能较差，耐腐蚀性能差，易受外部损伤，不适于长期使用。

编织绳结构具有高强度与低延伸率，强度转化效率优于捻制绳，广泛应用于工业、海洋、娱乐和一般公共事业服务中。其中12股编织绳结构扭矩平衡，使用过程中不会扭转，是目前使用广泛的绳索结构之一。其中心有小孔，在中心孔处加入绳芯，可使绳芯和外层编织绳股共同承受拉力，提高纤维绳索强度。

纤维增强复合材料是由纤维和树脂基体通过一定工艺固化形成的具有特定形状的结构材料，树脂基体保护相对脆弱的纤维单丝，同时保证纤维共同受力，充分发挥了纤维材料强度。由高性能纤维制作的纤维增强复合材料已广泛应用于航空航天、海洋风电、建筑结构加固与修复等领域。采用纤维增强复合材料筋作为绳芯，可以解决现有绳索尺寸大、强度转化效率低的问题。目前常用的高性能纤维包括碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维和玻璃纤维等。碳纤维具有优秀的力学性能，但柔韧性与抗冲击性能差；玻璃纤维成本低，但耐腐蚀性与抗蠕变性能差，难以满足长期持荷要求；芳纶纤维具有优越的物理化学性能，但应力松弛较大，且对紫外线敏感，压缩状态下易损伤；玄武岩纤维具有强度高、耐腐蚀、耐疲劳等特性，综合性价比最高，能适应复杂严峻环境。因此，玄武岩纤维适宜制备纤维增强复合材料筋，并作为纤维绳索绳芯。

绳索的研究与应用起源早，多集中于一般通用条件下，绳索材料多采用尼龙、钢、聚酯纤维和植物纤维等。目前尚缺乏适用于长距离、柔韧性好、耐弯曲疲劳的高性能纤维绳索。

发明内容

本实用新型提供一种适用于长距离提升的多层复合式纤维绳索，解决了现有纤维绳索强度转化效率低、耐腐蚀性不足、耐磨损与耐疲劳性能差的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种多层复合式纤维绳索，包括绳芯以及编织绳股，所述绳芯位于所述编织绳股中心位置，所述编织绳股紧密包裹所述绳芯，所述绳芯包括若干纤维增强复合材料筋，所述编织绳股包括若干纵向纤维绳股，若干所述纤维增强复合材料筋位于纤维绳索中心位置，若干所述纵向纤维绳股分别按照S捻向和Z捻向缠绕于所述纤维增强复合材料筋外，每股所述纵向纤维绳股外部分别设有第一编织纤维护套，所述第一编织纤维护套分别缠绕在每个所述纵向纤维编织绳股外侧表面，若干所述纵向纤维绳股外部设有第二编织纤维护套，所述第二编织纤维护套缠绕内部的若干所述纵向纤维绳股，所述第一编织纤维护套和所述第二编织纤维护套之间涂覆设有低弹模树脂，所述低弹模树脂对所述纵向纤维绳股进行固定。

优选的，所述绳芯包括单根纤维增强复合材料筋或者多根经平行排布或扭绞排布的纤维增强复合材料筋，且所述绳芯的直径范围为所述纤维绳索直径的1/3-1/2。

优选的，多根所述纤维增强复合材料筋经平行排列或者扭绞排列，且所述纤维增强复合材料筋材料包括单一形式纤维或者混杂形式纤维，纤维弹性模量不小于80GPa。

优选的，所述纤维增强复合材料筋的混杂形式包括但不限于单一材料分布、内外环形分布和交错间隔分布。

优选的，所述纵向纤维绳股材料包括单一材料纤维或者混杂不同材料纤维，纤维弹性模量不小于80GPa，且根据所述纤维绳索直径和纤维材料的不同，所述纵向纤维绳股平行排列或者胶合。

优选的，所述第一编织纤维护套和所述第二编织纤维护套的材料包括但不限于聚酯纤维、聚酰胺纤维以及聚丙烯纤维。

优选的，所述低弹模树脂的材料低性模树脂的材料包括但不限于环氧树脂以及聚酰胺树脂。

优选的，所述第一编织纤维护套与所述第二编织纤维护套之间填充设有粉末状润滑剂。

优选的，所述粉末状润滑剂的材料包括但不限于石墨、二硫化钼以及二硫化钨。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1、本实用新型中，采用纤维增强复合材料筋作为绳芯，发挥纤维增强复合材料的高抗拉强度优势，可实现绳索的高强度、刚度与强度转化效率。

2、本实用新型中，采用由多束纤维组成的纤维绳股编织缠绕于绳芯外，可实现纤维绳索的柔韧性与可反复弯曲盘卷要求。

3、本实用新型中，通过编织缠绕低弹模树脂涂敷的纤维护套，填充粉末状润滑剂，可实现绳股中纤维同步受力性能和承载效率提升。

4、本实用新型中，通过纵向纤维绳股的纤维混杂与捻度设计，可实现纤维绳索的强度、延伸率等性能可设计。

5、本实用新型中，通过绳索的多层复合式结构，由内层绳芯提供高强度与低延伸率，外层绳股保护绳芯并承担荷载，可实现绳索综合性能提升。

6、本实用新型中，可实现纤维绳索的长度可定制，索力可定制，且索力可达数千吨，满足各种工况下的吊运需求。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

在附图中：

图1是本实用新型多层复合式纤维绳索的结构示意图；

图2是本实用新型纵向纤维绳股不同纤维材料分布形式：(a) 单一材料；(b) 混杂两种材料（形式一）；(c) 混杂两种材料（形式二）；

图3是本实用新型纤维增强复合材料筋不同材料分布形式：(a) 单一材料；(b) 混杂两种材料（形式一）；(c) 混杂两种材料（形式二）；(d) 混杂两种材料（形式三）；

图中标号：1、纤维增强复合材料筋；2、纵向纤维绳股；3、第一编织纤维护套；4、低弹模树脂；5、粉末状润滑剂；6、第二编织纤维护套。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例：如图1所示，一种多层复合式纤维绳索，包括绳芯以及编织绳股，所述绳芯位于所述编织绳股中心位置，所述编织绳股紧密包裹所述绳芯，所述绳芯包括若干纤维增强复合材料筋1，所述绳芯包括单根纤维增强复合材料筋或者多根经平行排布或扭绞排布的纤维增强复合材料筋，且所述绳芯的直径范围为所述纤维绳索直径的1/3-1/2，承担30%-50%的绳索荷载，所述编织绳股包括若干纵向纤维绳股2，若干所述纤维增强复合材料筋1位于纤维绳索中心位置，多根所述纤维增强复合材料筋1经平行排列或者扭绞排列，且所述纤维增强复合材料筋1材料包括单一形式纤维或者混杂形式纤维，纤维弹性模量不小于80GPa，所述纤维增强复合材料筋1的混杂形式包括但不限于单一材料分布、内外环形分布和交错间隔分布，若干所述纵向纤维绳股2分别按照S捻向和Z捻向缠绕于所述纤维增强复合材料筋1外，所述纵向纤维绳股2材料包括单一材料纤维或者混杂不同材料纤维，纤维弹性模量不小于80GPa，且根据所述纤维绳索直径和纤维材料的不同，所述纵向纤维绳股2平行排列或者胶合，每股所述纵向纤维绳股2外部分别设有第一编织纤维护套3，所述第一编织纤维护套3分别缠绕在每个所述纵向纤维编织绳股外侧表面，若干所述纵向纤维绳股2外部设有第二编织纤维护套6，所述第二编织纤维护套6缠绕内部的若干所述纵向纤维绳股2，所述第一编织纤维护套3和所述第二编织纤维护套6的材料包括但不限于聚酯纤维、聚酰胺纤维以及聚丙烯纤维，所述第一编织纤维护套3与所述第二编织纤维护套6之间填充设有粉末状润滑剂5，所述粉末状润滑剂5的材料包括但不限于石墨、二硫化钼以及二硫化钨，所述第一编织纤维护套3和所述第二编织纤维护套6之间涂覆设有低弹模树脂4，所述低弹模树脂4对所述纵向纤维绳股2进行固定，所述低弹模树脂4的材料低性模树脂的材料包括但不限于环氧树脂以及聚酰胺树脂。

制备流程与工艺参数：

首先将纤维增强复合材料筋1置于纤维绳索中心，作为内层绳芯。

纤维增强复合材料筋1的直径为纤维绳索直径的1/3-1/2，承担30%-50%的绳索荷载。

纤维增强复合材料筋1可由单根纤维增强复合材料筋1组成，也可由多根经平行排布或扭绞排布的纤维增强复合材料筋1组成。

其中，纤维增强复合材料筋1的纤维组成为单一纤维或混杂纤维。纤维材料包括但不限于玄武岩纤维、碳纤维等。纤维弹性模量不小于80GPa。

如图2所示，纤维增强复合材料筋1的混杂形式包括但不限于单一材料分布、内外环形分布和交错间隔分布。

然后将12股纵向纤维绳股2编织缠绕于纤维增强复合材料筋1外，作为外层编织绳股。

其中，6股为S捻向，6股为Z捻向。每股纵向纤维绳股2可拆分成2-3根细绳股，组成24股或36股纤维绳索。

纤维增强复合材料筋1与纵向纤维绳股2的长度连续可定制，满足长距离提升要求。纤维绳索的外层绳股与内层绳芯紧密接触，纤维绳索的拉力与直径的平方成正比，如考虑纤维绳索安全系数为5，纤维平均工作应力为220MPa时，绳芯直径18mm，索力500kN的玄武岩纤维复合式绳索的直径约为54mm，其他情况以此类推。

其中，纵向纤维绳股2的纤维组成为单一纤维或混杂纤维。纤维材料包括但不限于玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维等。纤维弹性模量不小于80GPa。

根据绳索直径和纤维材料的不同，可将纤维平行排列或绞合为纤维绳股。纵向纤维绳股2的扭转角度范围为15°-40°，扭转角度与纤维绳索直径成正比，与强度转化效率成反比。

纵向纤维绳股2内纤维束的捻度依据纤维绳索的直径和纤维混杂的比例而定。对于单一纤维情况，纤维捻度范围为5-80圈/米，纤维捻度与纤维绳索直径成正比。对于混杂纤维情况下，纤维捻度与纤维绳索直径、纤维拉伸弹性模量及纤维混杂比例成正比，纤维捻度范围为5-100圈/米。如图3所示，纵向纤维绳股2的混杂形式包括但不限于单一材料分布、绳股内外分层分布、绳股间交错间隔分布。

将第一编织纤维护套3和第二编织纤维护套6交叉编织缠绕于每股纵向纤维绳股2与纤维绳索外部，对纵向纤维绳股2与纤维绳索进行约束与保护。

其中，第一编织纤维护套3和第二编织纤维护套6的材料包括但不限于聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维等。纤维编织角度范围为25°-45°，编织角度与纤维弹性模量成反比。

再将第一编织纤维护套3和第二编织纤维护套6涂敷低弹模树脂4，对纵向纤维绳股2进行二次固定。低弹模树脂4的材料包括但不限于环氧树脂、聚酰胺树脂等。树脂拉伸弹性模量不大于3.5GPa。

最后在第一编织纤维护套3和第二编织纤维护套6填充粉末状润滑剂5，粉末状润滑剂5的材料包括但不限于石墨、二硫化钼、二硫化钨等。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多层复合式纤维绳索，其特征在于：包括绳芯以及编织绳股，所述绳芯位于所述编织绳股中心位置，所述编织绳股包裹所述绳芯，所述绳芯包括若干纤维增强复合材料筋，所述编织绳股包括若干纵向纤维绳股，若干所述纤维增强复合材料筋位于纤维绳索中心位置，若干所述纵向纤维绳股分别按照S捻向和Z捻向缠绕于所述纤维增强复合材料筋外，每股所述纵向纤维绳股外部分别设有第一编织纤维护套，所述第一编织纤维护套分别缠绕在每个所述纵向纤维编织绳股外侧表面，若干所述纵向纤维绳股外部设有第二编织纤维护套，所述第二编织纤维护套缠绕内部的若干所述纵向纤维绳股，所述第一编织纤维护套和所述第二编织纤维护套之间涂覆设有低弹模树脂，所述低弹模树脂对所述纵向纤维绳股进行固定。

2.根据权利要求1所述的一种多层复合式纤维绳索，其特征在于：所述绳芯包括单根纤维增强复合材料筋或者多根经平行排布或扭绞排布的纤维增强复合材料筋，且所述绳芯的直径范围为所述纤维绳索直径的1/3-1/2。

3.根据权利要求1所述的一种多层复合式纤维绳索，其特征在于：多根所述纤维增强复合材料筋经平行排列或者扭绞排列，且所述纤维增强复合材料筋材料包括单一形式纤维或者混杂形式纤维。

4.根据权利要求1所述的一种多层复合式纤维绳索，其特征在于：所述纤维增强复合材料筋的混杂形式包括但不限于单一材料分布、内外环形分布和交错间隔分布。

5.根据权利要求1所述的一种多层复合式纤维绳索，其特征在于：所述纵向纤维绳股材料包括单一材料纤维或者混杂不同材料纤维，且根据所述纤维绳索直径和纤维材料的不同，所述纵向纤维绳股平行排列或者胶合。

6.根据权利要求1所述的一种多层复合式纤维绳索，其特征在于：所述第一编织纤维护套和所述第二编织纤维护套的材料包括但不限于聚酯纤维、聚酰胺纤维以及聚丙烯纤维。

7.根据权利要求1所述的一种多层复合式纤维绳索，其特征在于：所述低弹模树脂的材料低性模树脂的材料包括但不限于环氧树脂以及聚酰胺树脂。

8.根据权利要求1所述的一种多层复合式纤维绳索，其特征在于：所述第一编织纤维护套与所述第二编织纤维护套之间填充设有粉末状润滑剂。

9.根据权利要求8所述的一种多层复合式纤维绳索，其特征在于：所述粉末状润滑剂的材料包括但不限于石墨、二硫化钼以及二硫化钨。

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