[发明专利]一种混合绳索

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程领域，尤其涉及用于预应力结构部分或悬挂结构部分中的混合绳索。

背景技术

普通的金属线缆索通常的特征在于金属芯，该金属芯是由螺旋加捻的钢丝或钢丝股线包围，具有长度较长时过重的缺点。

目前，已经出现了混合绳索的技术方案，混合绳索是将加捻在一起的金属线股与天然的或合成的纤维芯包围在一起，混合绳索相对与全钢绳索的优点是较低的重量和较高的性能，例如拉伸和弯曲疲劳；混合绳索相对于全合成绳索，其优点是具有较高的抗磨、抗压、和抗拉伸性，同时具有合适的韧性和优良的冲击强度。

混合绳索的优点特别在用于悬挂使用较大长度绳索的情况下有效，例如采矿、起重机和升降机中的牵引绳索或提升绳索、用于深海设备的架空绳索、或者在海洋商业捕鱼用途和海上锚泊中使用。但是在这些用途中，绳索自身的重量已经占据它的负载承载能力和绞车负载能力的较大部分，有效负载相应地有限。

发明内容

为了解决上述混合绳索存在的问题，本发明公开一种成本低、安全性高、单位重量轻、负载能力高的混合绳索。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种混合绳索，包括芯元件以及包围在芯元件外侧的金属线股；芯元件由高模量碳纤维束和玻璃纤维束浸渍环氧基树脂涂层后加捻而成在芯元件的横向截面中碳纤维占比为55％～66％；金属股线由金属丝合股加捻后以1000～1500转/米包围在芯元件外侧；芯元件的截面面积是混合绳索截面面积的34％～42％。

在上述技术方案中，高模量碳纤维是一种力学性能优异的材料，具有重量轻、耐腐性高、非磁性、热传导率高、膨胀系数低、拉伸强度高等优点，高模量碳纤维的单位截面积抗拉强度大于2GPa，模量大于50GPa，但高模量碳纤维成本高；玻璃纤维直径在数微米及二十微米之间，比重介于2.4～2.7g/cm3，拉伸强度可达7g/d,导热系数0.03千卡/米·度，有良好的耐热性、耐湿性、不燃性、耐化学腐蚀性、抗霉、抗蛀、电绝缘性，玻璃纤维的成本低；将高模量碳纤维与玻璃纤维的结合起来，在保证了混合绳索拉伸强度、抗疲劳性、断裂负载等参数的前提下，不会使混合绳索的成本过高，并且芯元件浸渍环氧基树脂涂层在提高摩擦力、提高耐磨性的同时，还提高了耐腐蚀性，减少芯元件与金属线股之间的滑动；本发明提供的混合绳索自身重量在0.8～1.2kg/m，远远小于现有混合绳索的重量，从而提升其负载能力。

进一步地，高模量碳纤维束由碳纤维单丝在第一方向上以100～150转/米加捻而成，玻璃纤维束由玻璃纤维单丝在与第一方向相反的第二方向上以250～300转/米加捻而成，形成有效合股为±150转/米；

或，芯元件是由高模量碳纤维束和玻璃纤维束合股后浸渍环氧基树脂涂层后以100～200转/米的方式加捻而成。

进一步地，高模量碳纤维和玻璃纤维均经丙酮超声及粗化预处理后浸渍0.5～2mm环氧基树脂涂层，高模量碳纤维和玻璃纤维经丙酮超声及粗化预处理后，断裂伸长率为降低了6％～12％、拉伸强度提高了10％～18％、单位质量降低了8％～15％。

进一步地，环氧基树脂涂层由以下质量分数的成分组成：树脂组分100份，固化剂组分12～19份，树脂组分包括在树脂组分内所占重量比为26～38wt％的含缩水甘油基的烯类单体、18～27wt％甲基丙烯酸酯类、23～35wt％的酚醛环氧基树脂、10～20％环氧活性稀释剂、0～5％增韧剂、5～10％无机填料，固化剂组分包括在固化剂组分内所占重量比为45％～60％酯环胺、0～20％固化促进剂、30％～40％白刚玉粉。该组分的环氧基树脂涂层在提高耐磨性的同时，还提高了防腐性、附着力、耐湿热侵蚀、耐候性、耐水性、耐久性等性能。

进一步地，金属丝上涂覆有锌铝合金涂层，锌铝合金涂层由以下质量分数的成分组成：铝：27％～34％，镁：0.5％～2％，硅：0.01％～0.014％，镧和/或铈：0.03％～0.08％，钽:0.08％～0.26％,余量为锌。该锌铝合金涂层中加入了镧和/或铈、钽等微量元素，通过对合金涂层结构的联合作用及影响进一步提高了混合绳索的力学性能，硅、铝和镁等元素的加入提供了更好的抗腐蚀性。

上述任一种技术方案中的混合绳索的用途，是用于建筑结构中承受张力的构件，形成用于预应力缆索的一部分或悬挂系统缆索的一部分。

本发明还公开一种混合绳索的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备芯元件：将高模量碳纤维束和玻璃纤维束浸渍环氧基树脂涂层后加捻形成芯元件，并使碳纤维截面面积占芯元件横向截面面积的55％～66％；