Канаты, изготовленные из высокопрочных синтетических волокон, пользуются на рынке растущей популярностью. Они применяются для крепления и транспортировки, а также подъема грузов и по сравнению с другими подъемными канатами обладают рядом решающих преимуществ: с одной стороны, они имеют меньший вес, с другой стороны – обладают прочностью, сравнимой с прочностью стали. Процесс термофиксации, приводящий к переориентации молекул волокон, позволяет снизить последующее растяжение каната и повысить его прочность.
В НИИ подъемно-транспортного оборудования и пластмасс Технического Университета г. Хемниц был организован специальный отдел для производства и испытания таких канатов. В зависимости от способа производства (например, плетение или ткачество) можно достичь различные показатели растяжения и диаметры канатов. Существенным при этом является фактор деформации или остаточное удлинение канатов и, разумеется, несущая способность, возможная нагрузка на канаты.
Термофиксация технических тканей – процесс, известный несколько десятилетий и активно использующийся в первую очередь в лентоткацкой промышленности при производстве такелажных и крепежных ремней, а также автомобильных ремней безопасности. Для канатов в прошлом не существовало промышленно изготовленных агрегатов, позволяющих достичь подобные результаты по стабилизации и калибровке, а также контролируемой усадке. Было предложено 2 стандартных линии для разных диаметров: RopeLiner I для канатов с максимальным диаметром 25 мм и RopeLiner II с максимальным диаметром 60 мм. Для калибровки в RopeLiner I используются нагрузки до макс. 3 т и в RopeLiner II до 5 т на канат.
Технические канаты, в прошлом изготовляемые практически повсеместно из полиамида и полиэстера, в настоящее время все чаще производятся из высокопрочных волокон (например, Dyneema, Spectra), обладающих повышенной стабильностью, однако, чтобы достичь контролируемых качеств каната, и в этом случае важно внимательно отнестись к показателям растяжения и деформации.
Для волокон Dyneema, Vectran, Technora и Twaron в плетеных канатах диаметром 6 мм ТУ г. Хемниц удалось достичь следующего повышения прочности:
- Dyneema SK 75: 30 %.
- Vectran T150: 15 %.
- Technora T200: 5 %.
- Twaron T1000: 10 %.
Показатели повышения прочности полиэстера составляют 25 %. Возможно также увеличение прочности до 35 % ! Однако этот факт требует дополнительных статистических подтверждений. Наряду с высокопрочными волокнами возможна также обработка низкопрочных волокон, таких как обыкновенный полиэстер и полиамид/нейлон. При обработки полиамидов (например, в альпинистских канатах) однако увеличения прочности не наблюдается. В то же время у полиамидов может быть существенно снижены или целенаправленно отрегулированы параметры растяжения. Многие производителя канатов работают с агрегатами кустарного производства, которые хоть и обеспечивают процесс термофиксации, но не позволяют получить надежных параметров или воспроизводимых результатов, которые, как правило, зафиксированы только в документах для внутреннего пользования или были достигнуты эмпирическим путем.
Следует также учесть, что в канатах используются и другие жаропрочные волокна, как, например, арамид и вектран. Процесс термофиксации этих волокон также позволяет достичь положительного изменения характеристик прочности и деформации. Суть процесса термофиксации заключается в нагревании до соответствующей температуры и последующем растяжении под заранее установленной нагрузкой, что улучшает характеристики материала. Существенным является, как уже было сказано, и способ производства канатов или исходного сырья – кручение, трощение или обмотка сердцевинных волокон – так как это играет важную роль в выборе параметров термофиксации. Для обеспечения равномерного процесса термофиксации, то есть максимально одинакового растяжения и фиксации всех волокон и соответствующего увеличения их прочности, необходимо достичь правильного распределения температуры по всему канату. Следует избегать слишком высокого растягивающего усилия, так как в обмотанных канатах это может привести к повреждению матрицы.
НИИ подъемно-транспортного оборудования и пластмасс, кафедра подъемно-транспортного оборудования Технического Университета г. Хемниц провела обширные исследования и испытания и, таким образом, впервые получила надежные параметры процесса. Эти параметры подробно подтверждены документально и уже доступны в виде специальных публикаций для этого сектора промышленности. Тем не менее, испытания продолжаются и в настоящий момент включают в себя также такие волокна, как, например, Twaron® T1000 – продукт, по химическому составу идентичный кевлару. Для этих материалов также возможен и доказан процесс термофиксации с последующим улучшением характеристик. Линия отделки канатов RopeLiner , находящаяся в экспериментальном цехе Университета г. Хемниц, позволяет проводить испытания и разработки со всеми соответствующими параметрами процесса.
Особенностью этой машиной является использование микроволновой сушильной камеры, обеспечивающей особенно при применении водорастворимых пропиток равномерное высыхание каната, начинающееся в его сердцевине и распространяющееся на поверхность. Это позволяет избежать преждевременного образования пленки, препятствующей испарение влаги изнутри и даже иногда приводящей к разрушению внешнего слоя покрытия, что является контрапродуктивным для поверхностного покрытия. Интенсивность микроволновой сушки может варьироваться. Ее можно использовать для практически полного высушивания каната. Взаимодействие использованной энергии и скорости работы линии делает возможными практически любые настройки. Данные по увеличению прочности на разрыв, структурному растяжению и т.п. зафиксированы в документах ТУ г. Хемниц. По запросу линия по отделке канатов может быть предоставлена заинтересованным производителям канатов для проведения испытаний.
(Источник: Термофиксация канатов из высокопрочных синтетических материалов Дипл. инженер Торстен Хайнце (Thorsten Heinze), дипл. инженер Йенс Маммич (Jens Mammitzsch) НИИ подъемно-транспортного оборудования и пластмасс, кафедра подъемно-транспортного оборудования, Технический Университет (ТУ) г. Хемниц, ISSN 1860-5923)
