钢丝绳
技术领域
本公开涉及一种钢丝绳，其包括纤维芯元件和外股层。
背景技术
在钢丝绳的绳制造和使用中，芯起到以下作用：支撑钢丝绳的外股层，保持绳结构的完整性，提高钢丝绳的柔韧性。另外，芯可以储存润滑剂，从而保持外股层的润滑以减少摩擦、磨损和腐蚀。
在钢丝绳制造中，由包括硬纤维(例如，马尼拉麻等)和软纤维(胡麻、剑麻、棉纱等)在内的天然植物纤维制成的纤维绳广泛用作芯。天然纤维芯的常见缺点之一是其在潮湿环境中的耐腐蚀性差。有机纤维素是天然纤维芯的常见构建嵌段(building block)，具有很强的吸水能力，因此容易劣化并且失去原有性能特性，诸如径向刚度。如果绳芯的抗压性差，则外股层变得不稳定，相邻股之间的接触应力会增加，从而导致钢丝磨损，最终断裂。纤维芯的吸湿性将进一步增加绳索内的水分含量，导致钢丝绳中钢丝的腐蚀。这种腐蚀会加剧钢丝的脆性，并且降低钢丝绳的抗拉强度。这会缩短钢丝绳的使用寿命。
对于钢丝绳经受潮湿和酸性环境的应用，绳芯通常由合成纤维而非天然植物纤维制成。然而，在一些工业和农业生产中，剑麻绳广泛用作钢丝绳的芯。它具有合成纤维绳芯所不具备的特点，并且在某些行业中不可替代。
实用新型内容
本公开的主要目的是开发一种钢丝绳，其纤维芯的抗腐蚀性显著提高，特别适用于关键应用，诸如用于湿酸性矿井中。
本公开的另一目的是设计一种钢丝绳，其径向阻力和动态横向冲击压力能力得以改善。
根据本公开，提供了一种钢丝绳，其包括由至少一层外层包围的芯元件，所述芯元件包含天然植物纤维，所述至少一层外层包括多个钢丝股，其中所述芯元件用厚度范围为0.2mm至2mm的聚合物包覆。
因此，钢丝绳的直径范围可以为10mm至100mm，例如，30mm至60mm，例如，30mm、40mm、50mm、或60mm。优选地，芯元件的直径为钢丝绳的直径的30％至60％，更优选地，芯元件的直径为钢丝绳的直径的40％至50％。芯元件的护套的厚度范围为0.2mm至2mm，优选地，0.3mm至1.5mm，更优选地，0.5mm至1mm。芯元件上的护套厚度可以依据芯和钢丝绳的直径来选择。
本申请中所提及的天然植物纤维可以包括但不限于麻(例如，马尼拉麻、苎麻、或黄麻等)和软纤维(胡麻、剑麻、棉纱等)。
芯元件可以具有任何已知的纤维绳构造。比如，3股、4股、1x4或1x6股的构造。股由纱线组成，该纱线含有天然植物纤维。本领域已知由纤维形成纱线和由纱线形成股的方法。
另外，天然植物纤维绳可以在进一步加工之前通过例如预拉伸、退火、热定形或压实而进行预处理。还可以通过在施加护套之前或在将外线股闭合到芯上期间充分预张紧芯，来在绳生产期间移除结构伸长。
本公开的芯元件可以用润滑剂润滑。润滑剂的重量范围可以是所述钢丝绳的总重量的10％至25％，其小于通常用于没有护套的纤维芯元件的重量。例如，润滑剂的重量范围可以是所述钢丝绳的总重量的10％至12％。
根据本公开的钢丝绳具有至少一层外层，其由钢丝股，例如，6、8、12或16个钢丝股组成。钢丝股可以具有现有技术中已知的任何构造。钢丝股的形状可以为三角形或圆形。
作为另一示例，芯元件可以被两个外层包围，每个外层由多个钢线股组成。优选地，两个外层的扭转方向不同。
钢丝股可以由高碳钢制成。高碳钢的钢成分如下：0.5％至2.15％的碳、0.10％至1.10％的锰、0.10％至1.30％的硅、0.15％(优选地，0.10％或甚至更低)的硫和磷；可以添加附加微合金元素，诸如铬(最多0.20％至0.40％)、铜(最多0.20％)、以及钒(最多0.30％)。所有百分比均为重量百分比。
可替代地，钢丝股可以由低碳钢(0.05wt％至0.30wt％的碳)、中碳钢、或不锈钢制成。
根据本公开，钢丝股可以涂覆有锌和/或锌合金。优选地，外层的钢丝股的钢丝分别用锌和/或锌合金涂覆。更优选地，通过镀锌工艺在钢丝的表面上形成涂层。作为示例，可以应用锌铝合金。与锌相比，锌铝涂层的整体耐腐蚀性更好并且耐高温性更好。与锌相比，锌铝合金当暴露于高温时没有剥落。锌铝涂层的铝含量可以为2wt％至12wt％，例如，5％至10％。优选的组分位于共析位置周围：约5wt％的铝。锌合金涂层还可以具有润湿剂，诸如镧或铈，其量小于0.1wt％的锌合金。涂层的其余部分是锌和不可避免的杂质。另一优选组分含有约10％的铝。与具有约5wt％的铝的共析组分相比，铝的量的这种增加提供了更好的防腐蚀性。可以将诸如硅和镁之类的其他元素添加到锌铝涂层中。更优选地，为了优化耐腐蚀性，特定的良好合金包括2％至10％的铝和0.2％至3.0％的镁，其余为锌。
芯元件上的护套聚合物可以是任何热塑性聚合物。比如，它可以选自
合适地，共聚酯弹性体是共聚酯酯弹性体、共聚碳酸酯弹性体、和/或共聚醚弹性体；即，具有软嵌段的共聚酯嵌段共聚物，该软嵌段由聚酯、聚碳酸酯或聚醚的链段组成。例如在EP-0102115-B1中描述了合适的共聚酯弹性体。例如在EP-0846712-B1中描述了合适的共聚碳酸酯弹性体。例如共聚酯弹性体可以以商品名
由于在绳闭合期间施加在芯元件上的压缩力，所以本公开的钢丝绳的带护套的芯元件可以被外层压缩。护套还在绳闭合压缩期间保护芯纤维免受损坏。带护套的芯元件可以进入外层的钢丝股之间，并且横截面呈自然星形或三个维度呈螺旋槽形。在钢丝绳的使用寿命期间，可以保持芯元件的横截面的自然星形。
根据本公开，提供一种钢丝绳的制造方法，其包括以下步骤：
(a)提供芯元件，其中所述芯元件含有天然植物纤维；
(b)将所述芯元件与厚度范围为0.2mm至2mm的聚合物共同挤出；以及
(c)围绕所述芯元件扭转多个钢丝股以形成外层，使得所述钢丝绳闭合。
根据本公开，步骤(b)中的挤出优选为护套挤出(jacket extrusion)。挤出的聚合物可以选自
据本发明人所知，需要专业设备和技术以在天然植物纤维(具体地，剑麻)上挤出聚合物，因为天然植物纤维易于燃烧。另一方面，为了充分避免液体(例如，水)渗透，护套应当具有良好的防渗性能。而且，希望在绳的使用寿命期间芯上的护套始终存在。由于芯元件与外钢丝股的磨损，护套的厚度范围优选地为0.2mm至2mm，更优选地，0.5mm至1mm。用于在天然植物纤维芯元件上形成聚合物护套的挤出工艺优选地是精心设计的同心护套挤出(concentric jacket extrusion)。施加护套挤出的优点是要确保围绕纤维芯元件和沿着芯的长度的聚合物层的厚度均匀和一致，因为纤维芯的形状和直径在张力下比钢丝绳更不稳定。另一方面，在护套挤出过程中熔融聚合物的施加温度和纤维芯的高温停留时间对于天然植物纤维应当是可承受的，因此避免了天然植物纤维芯元件燃烧的风险。该技术包括使纤维芯通过挤出头，同时以预先确定的拉伸比和优化的线速度将聚合物覆盖在纤维芯上，以在纤维芯上形成紧密且同心的护套。
根据本公开，在步骤(c)中，所述芯元件可以在绳闭合期间经受压缩，使得所述芯元件在绳闭合后横截面呈自然星形或三个维度呈螺旋槽形。
本文中所说明性描述的本公开可以在缺少本文中未具体公开的任何一个或多个元件、一个或多个限制的情况下适当地实施。因此，例如，术语“包括(comprising)”、“包括(including)”、“含有(containing)”等应当被广泛地阅读而不受限制。附加地，本文中所使用的术语和表达已被用作描述的术语而非限制，并且无意使用这些术语和表达来排除所示和所描述的特征的任何等同物或其部分，但是应当认识到在所要求保护的本公开的范围内可以进行各种修改。
附图说明
当结合非限制性示例和附图进行考虑时，参考具体实施方式会更好地理解本公开，其中：
图1是根据本公开第一实施例的钢丝绳的横截面。
图2是根据本公开第二实施例的钢丝绳的横截面。
具体实施方式
钢丝绳1
图1是根据本公开的第一实施例的钢丝绳的横截面。本公开的钢丝绳10包括天然植物纤维芯12、涂覆聚合物层13、以及含有钢丝股16的外层。如图1所示的钢丝绳10具有6XV39(K3/9-12)-15)-FC绳构造(绳的名称符合BSEN12385-2：2002+A1：2008钢丝绳-安全-第2部分：定义、名称和分类，V代表三角形，K代表压实)。这是指具有外层的绳设计，该外层具有六个单三角形线股16和纤维芯(缩写为FC)12。三角形线股16具有K3/9-12-15结构。外钢丝股16的四层优选地在相同方向上扭转，即，如果是右旋绳，则在3/9、12/(3-9)和15/12都是右旋(Z)，所以绳是郎式布置绳。
作为示例，扭转的3股剑麻绳12用作钢丝绳的芯。在下一步骤中，使用具有设计的加工条件的护套挤出机在芯12上挤出护套聚合物层13(诸如
通过在带护套的剑麻绳芯12周围扭转六根钢丝股16以形成外钢丝股层以使钢丝绳闭合而获得钢丝绳。
应当指出，带护套的芯元件在绳闭合期间经受压缩，使得所述芯元件在绳闭合后横截面呈现自然星形，如图1所示。
钢丝绳2
图2是根据本公开的第二实施例的本公开的钢丝绳的横截面。本公开的钢丝绳20包括剑麻纤维芯22、挤出热塑性护套23、以及包含钢丝股26的外层。在该实施例中，钢丝绳20具有6xK19(1-9-9)-FC的绳构造。与上述第一钢丝绳相比，该第二钢丝绳中的外钢股26是压实的独立钢丝绳并且具有圆形形状。如图2所示，股26具有1-9-9结构。
