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适用于深海浮标的系留缆绳及其制备方法和应用

2021-02-07 17:40:08

适用于深海浮标的系留缆绳及其制备方法和应用

  技术领域

  本发明涉及缆绳领域,且特别地,涉及适用于深海浮标的系留缆绳及其制备方法和应用。

  背景技术

  为测量和收集海洋环境的数据资料,观测浮标基于其长期、连续性且无人值守的特点被广泛使用,成为海洋环境观测最重要的手段。

  锚系系统是海洋观测浮标的重要组成部分,深海锚系浮标的锚系系统深达几千米,为了控制系统重量,锚系系统采用链缆混合的结构形式,中间的主体系留部分使用纤维缆绳。

  深海锚系浮标通常采用张紧式锚系形式,为此对系留缆绳的基本要求是具有较高的强度和较高吸收风浪能量的能力。系留缆绳具有较高强度,在受到较大拉力时缆绳不会发生断裂;缆绳具有较高吸收风浪能量的能力,即具有较大的拉伸伸长率和弹性回复率,当风大海流湍急浮标受到较大横向推力时,如果锚泊缆绳拉伸伸长率低会将浮标拽入水下,这时浮标的排水量增大进而产生更大的浮力使浮标上浮,结果会出现浮标将锚块拽离海底的情况造成走锚,使浮标观测点发生移动。如果锚泊缆绳有比较大的拉伸伸长率,风浪大时缆绳在拉伸张力下产生较大伸长形变,风浪的能量被缆绳吸收,就不会发生走锚的情况。当风速和海流速度变小时,浮标受到的横向推力变小,这时具有高弹性回复率的锚泊系统用系留缆绳因受到的拉伸张力变小而发生弹性回缩,回复到被拉长以前的长度,将浮标固定在最初的观测位置,如果缆绳的弹性回复率低,缆绳发生较大的塑性伸长,浮标将不能回到最初的观测位置,发生观测点的移动。所以,具有较高的强度和有较大的风浪能量吸收能力,是对深海观测浮标系留缆绳的最重要的要求。深海浮标系留缆绳的性能优劣直接关系到浮标的寿命和工作质量。

  现在常用的观测浮标张紧式锚系系留缆绳,存在着吸收风浪能量能力不够的问题,即拉伸伸长率低和弹性回复率小,容易造成观测点的移动,影响观测浮标的观测效果。

  因此,如何提供一种适于深海作业,拉伸伸长率高和弹性回复率大的系留缆绳,是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

  发明内容

  为了解决至少部分上述技术问题,本发明提供一种适用于深海浮标的系留缆绳及其制备方法和应用。具体地,本发明包括以下内容:

  本发明的一方面提供一种适用于深海浮标的系留缆绳的制备方法,该制备方法包括:

  制绳纱步骤,将多根聚酰胺纤维复丝加捻并线为1根绳纱;

  制绳股步骤,将多根所述绳纱并线加捻为1根绳股;

  制绳步骤,将多股绳股编织成缆绳;

  热定型步骤,将所述缆绳在高温蒸汽中进行定型处理,温度为100℃~140℃,时间为1h~8h;

  预牵伸步骤,对热定型处理后的缆绳施加拉力进行预牵伸,所述拉力为缆绳断裂强力的15%~35%,预牵伸采用循环拉伸方式进行。

  在某些实施方式中,在所述热定型步骤中,所述温度为110℃~130℃,时间为3h~6h。

  在某些实施方式中,所述绳纱步骤中,将6根~20根聚酰胺纤维复丝加捻并线为1根绳纱。

  在某些实施方式中,所述的制备方法中,所述聚酰胺纤维复丝断裂强度≥78cN/Tex,断裂伸长率≥21%。

  在某些实施方式中,所述制绳股步骤中,将5根~10根所述绳纱并线加捻为1根绳股。

  在某些实施方式中,所述制绳步骤中,将绳股编织成8股、12股或24股绳。

  本发明另一方面提供一种适用于深海浮标的系留缆绳,其中,该系留缆绳由上述制备方法制备而成。

  在某些实施方式中,所述的系留缆绳中,该系留缆绳的断裂强度≥40cN/Tex;

  室温下,向该系留缆绳施加断裂强力20%的拉力,该系留缆绳的伸长率≥15%,弹性回复率≥93%;

  室温下,向该系留缆绳施加断裂强力30%的拉力,该系留缆绳的伸长率≥20%,弹性回复率≥90%。

  本发明另一方面提供一种系留缆绳的应用,其中,包括上述系留缆绳在深海浮标锚系系统中的应用;或者,包括上述制备方法制备的系留缆绳在深海浮标锚系系统中的应用。

  应用本发明所述的系留缆绳的制备方法制备出的系留缆绳,具有较大的拉伸伸长率和弹性回复率,吸收风浪能量的能力强,缆绳能起到较好的系留效果,保证浮标的观测点稳定,且本发明所述的系留缆绳具有强度高的优点,适用于3000米以下的深海作业,能够较好地适应恶劣海况,安全可靠。

  附图说明

  图1为向本发明所述的适用于深海浮标的系留缆绳施加断裂强力20%拉力时的伸长率测试曲线;

  图2为向本发明所述的适用于深海浮标的系留缆绳施加断裂强力30%拉力时的伸长率测试曲线。

  具体实施方式

  通过解释以下本申请的优选实施方案,本发明的其他目的和优点将变得清楚。

  现详细说明本发明的多种示例性实施方式,该详细说明不应认为是对本发明的限制,而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

  应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式,并非用于限制本发明。另外,对于本发明中的数值范围,应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

  除非另有说明,否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料,但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入,用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时,以本说明书的内容为准。

  本发明中,名词术语既包括单数形式,也包括复数形式,除非上下文另行明确指出。本发明中所述的“至少之一”或“至少一种”不仅仅指包含“一”。

  本发明中提供一种适用于深海浮标的系留缆绳的制备方法,该制备方法包括如下步骤:

  选材,选择高强度、高伸长率和高弹性回复率的聚酰胺纤维复丝为原料;

  制绳纱步骤,将多根聚酰胺纤维复丝加捻并丝为1根绳纱;

  制绳股步骤,将多根所述绳纱并线加捻为1根绳股;

  制绳步骤,将多股绳股编织成缆绳;

  热定型步骤,将所述缆绳在高温蒸汽中进行定型处理,温度为100℃~140℃,时间为1h~8h,通过热定型赋予缆绳较高的拉伸伸长率;

  预牵伸步骤,为了获得更高的弹性回复率,在热定型后对缆绳进行预牵伸。预牵伸所施加的拉力为缆绳断裂强力的15%~35%,预牵伸采用循环拉伸方式进行。即采用绳缆断裂强力15%~35%之间的一个拉力,进行拉伸-松弛-再拉伸-再松弛的循环,每次拉伸过程完成和松弛过程完成后,停留一定的时间,停留时间为1-5分钟;循环拉伸的循环次数为10-15次。预拉伸可以消除系留绳缆的不可回复形变,提高绳缆的弹性回复率。

  在某些实施方式中,所述热定型步骤中,所述温度为110℃~130℃,时间为3h~6h。

  在某些实施方式中,所述的制备方法中,在所述热定型步骤之后还包括预牵伸步骤,其具体为:

  在某些实施方式中,所述的制备方法中,所述制绳纱步骤中将6~20根聚酰胺纤维复丝加捻并丝为1根绳纱,更优选地,所述制绳纱步骤中将6~16根聚酰胺纤维复丝加捻并丝为1根绳纱,例如,所述制绳纱步骤中将6根、10根或16根聚酰胺纤维复丝加捻并丝为1根绳纱。

  在某些实施方式中,所述聚酰胺纤维复丝断裂强度≥78cN/Tex,断裂伸长率≥21%。优选地,所述聚酰胺纤维复丝断裂强度为78cN/Tex~85cN/Tex,断裂伸长率为21%~28%;例如,所述聚酰胺纤维复丝断裂强度为78cN/Tex,断裂伸长率≥25%,或者,所述聚酰胺纤维复丝断裂强度为79cN/Tex,断裂伸长率≥24%,或者,所述聚酰胺纤维复丝断裂强度为80cN/Tex,断裂伸长率≥23%,或者,所述聚酰胺纤维复丝断裂强度为82cN/Tex,断裂伸长率为≥22%,或者,所述聚酰胺纤维复丝断裂强度为84cN/Tex,断裂伸长率为≥21.5%,或者,所述聚酰胺纤维复丝断裂强度为85cN/Tex,断裂伸长率≥21%。

  在某些实施方式中,所述的制备方法中,还包括设计缆绳的线密度。例如,根据浮标系泊系统的强度要求,设计系留缆绳的线密度,5根1260D聚酰胺纤维复丝并为1根绳纱,7根上述绳纱并纱为1根绳股,8绳股方形编织成缆绳,其制成的系留缆绳的线密度为165.6ktex,断裂强力为67kN,或者,缆绳的线密度为166.9ktex,断裂强力为68.1kN。

  在某些实施方式中,所述的制备方法中,所述制绳股步骤中将5~10根所述绳纱并线加捻为1根绳股;更优选地,所述制绳股步骤中将5~8根所述绳纱并线加捻为1根绳股;例如,所述制绳股步骤中将6根所述绳纱并线加捻为1根绳股,其结构为中间1股周围5股结构,并纱过程中加捻,捻度为50捻/米;或者,所述制绳股步骤中将7根所述绳纱并线加捻为1根绳股,其结构为中间1股周围6股结构,并纱过程中加捻,捻度为60捻/米;或者,所述制绳股步骤中将8根所述绳纱并线加捻为1根绳股,其结构为中间1股周围7股结构,并纱过程中加捻,捻度为50捻/米。

  在某些实施方式中,所述的制备方法中,在所述制绳步骤中,将8股、12股或24股绳股编织成8股绳、12股绳或24股绳。

  本发明另一方面还提供一种适用于深海浮标的系留缆绳,该系留缆绳由上述制备方法制备而成。

  在某些实施方式中,所述的系留缆绳中,该系留缆绳的断裂强度≥40cN/Tex;

  室温下,向该系留缆绳施加断裂强力20%的拉力,该系留缆绳的伸长率≥15%,弹性回复率≥93%;

  室温下,向该系留缆绳施加断裂强力30%的拉力,该系留缆绳的伸长率≥20%,弹性回复率≥90%。

  本发明另一方面提供一种系留缆绳的应用,其包括所述的系留缆绳用于深海浮标锚系系统中的应用;或者,所述的制备方法制备的系留缆绳用于深海浮标锚系系统中的应用。

  本发明所述的缆绳的强力和拉伸伸长率指标通过参考国家标准《GB8834-2016》来测试。

  本发明所述的缆绳的弹性回复率指标通过参考纺织行业标准《FZ/T01034-2004》来测试。

  实施例

  实施例1

  一种适用于深海浮标的系留缆绳的制备方法,该制备方法包括如下步骤:

  根据浮标系泊系统的强度要求,设计系留缆绳线密度为165ktex,断裂强力为67kN;

  制绳纱步骤,将5根聚酰胺6纤维复丝加捻并丝为1根纱线;其中,加捻并丝的具体过程为,并丝过程中进行初捻,捻度为70捻/米,再将3根纱线并为一根绳纱,并线过程中复捻,捻度为60捻/米,初捻和复捻捻度方向分为S捻向和Z捻向两种。其中,所述聚酰胺6纤维的纤度为1260D,断裂强度等于82.2cN/Tex,断裂伸长率等于24.6%;

  制绳股步骤,将7根所述绳纱并线加捻为1根绳股,结构为中间1股周围6股结构,并纱过程中加捻,捻度为50捻/米。

  制绳步骤,将8股绳股编织成缆绳;编织结构为8股方形编织,节距为70毫米。

  热定型步骤,将所述缆绳在高温蒸汽中进行定型处理,温度为130℃,时间为4h;

  预牵伸步骤,对热定型处理后的缆绳施加拉力进行拉伸,所述拉力为缆绳断裂强力的25%,预牵伸循环15次,每次拉伸和松弛后停留时间为2分钟。

  利用实施例1所述的制备方法制备的所述系留缆绳,其缆绳的线密度为166.6ktex,断裂强力为68.1kN。对用实施例1所述的制备方法制备的所述系留缆绳拉伸伸长率和弹性回复率进行检测,检测结果如图1和图2所示,结果表明,向该系留缆绳施加断裂强力20%的拉力,该缆绳的伸长率为22.3%,弹性回复率为95.4%;向该系留缆绳施加断裂强力30%的拉力,该缆绳的伸长率为26.2%、弹性回复率为90.5%。

  实施例2

  一种适用于深海浮标的系留缆绳的制备方法,该制备方法包括如下步骤:

  根据浮标系泊系统的强度要求,设计系留缆绳线密度为188ktex,断裂强力为75kN;

  制绳纱步骤,将4根聚酰胺6纤维复丝加捻并线为1根纱线;其中,加捻并丝的具体过程为,并丝过程中进行初捻,捻度为70捻/米,再将4根纱线并为一根绳纱,并线过程中复捻,捻度为60捻/米,初捻和复捻捻度方向分为S捻向和Z捻向两种。其中,所述聚酰胺6纤维的纤度为1260D,断裂强度等于82.2cN/Tex,断裂伸长率等于24.6%;

  制绳股步骤,将5根所述绳纱并线加捻为1根绳股,并纱过程中加捻,捻度为55捻/米。

  制绳步骤,将12股绳股编织成12股缆绳,节距为80毫米;

  热定型步骤,将所述缆绳在高温蒸汽中进行定型处理,温度为125℃,时间为3h;

  预牵伸步骤,对热定型处理后的缆绳进行拉伸,所述拉伸的拉力为缆绳断裂强力的30%,预牵伸循环次数为10次,每次拉伸和松弛后停留时间为1分钟。

  利用实施例2所述的制备方法制备的所述系留缆绳,其缆绳的线密度为187.6ktex,断裂强力为75.8kN。对用实施例2所述的制备方法制备的所述系留缆绳进行拉伸伸长率和弹性回复率检测,向该系留缆绳施加断裂强力20%的拉力,该缆绳的伸长率为18.9%,弹性回复率为94.1%;向该系留缆绳施加断裂强力30%的拉力,该缆绳的伸长率为22.6%、弹性回复率91.1%。

  实施例3

  一种适用于深海浮标的系留缆绳的制备方法,该制备方法包括如下步骤:

  根据浮标系泊系统的强度要求,设计系留缆绳线密度为225ktex,断裂强力为92kN;

  制绳纱步骤,将4根聚酰胺6纤维复丝加捻并线为1根绳纱;其中,加捻并丝的具体过程为,并丝过程中进行初捻,捻度为70捻/米,再将3根纱线并为一根绳纱,并线过程中复捻,捻度为60捻/米,初捻和复捻捻度方向分为S捻向和Z捻向两种。其中,所述聚酰胺6纤维的纤度为1260D,断裂强度等于82.2cN/Tex,断裂伸长率等于24.6%;

  制绳股步骤,将4根所述绳纱并线加捻为1根绳股,并纱过程中加捻,捻度为50捻/米。

  制绳步骤,将24股绳股编织成24股缆绳,节距为65毫米;

  热定型步骤,将所述缆绳在高温蒸汽中进行定型处理,温度为120℃,时间为3h;

  预牵伸步骤,对热定型处理后的缆绳施加拉力进行牵伸,所述拉力为缆绳断裂强力的25%,预牵伸循环10次,每次拉伸和松弛后停留时间为1分钟。

  利用实施例3所述的制备方法制备的所述系留缆绳,其缆绳的线密度为226.1ktex,断裂强力为91.9kN。对用实施例3所述的制备方法制备的所述系留缆绳进行拉伸伸长率和弹性回复率检测,向该系留缆绳施加断裂强力20%的拉力,该缆绳的伸长率为20.4%,弹性回复率为93.6%;向该系留缆绳施加断裂强力30%的拉力,该缆绳的伸长率为23.8%,伸长率为90.3%。

  在不背离本发明的范围或精神的情况下,可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化,这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

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