一种具有高强度、低伸长性能的电梯绳芯及其制备方法与流程

1.本发明属于材料领域，具体涉及一种具有高强度、低伸长性能的电梯绳芯及其制备方法。


背景技术：

2.众所周知，电梯钢丝绳是由钢丝、油脂及绳芯通过许多道复杂工艺加工而成的产品，长期以来人们一直把关注重点放在钢丝及其相关制造工艺方面(依次通过盘条、酸洗、拉丝、热处理、水箱拉丝、捻股、合绳工艺)，而忽略了另一个对电梯钢丝绳疲劳寿命极为重要的核心部件，即“绳芯”的开发及研究。
3.当前，电梯钢丝绳所采用的绳芯主要为剑麻绳芯、半钢绳芯和钢绳芯，其中又以剑麻绳芯居多。
4.剑麻绳芯其优点是储油性能优良，支撑力较好，但缺点亦极为明显：绳芯直径均匀性差，局部绳芯线密度不均匀，大多数产品只能用于梯速≤2.0米/秒普通梯速电梯。其最大劣势还在于普通剑麻绳芯很难达到电梯绳最佳质量要求。
5.半钢绳芯和钢绳芯大大改善了剑麻绳芯上述缺陷，并可以满足梯速≥2.5米/秒高速电梯。但缺点是：因绳芯含油率较少(3％左右)，常出现断丝断股情况，增大了在用电梯的维保费用并缩短了维保周期。而且，钢绳芯自重过大、制造成本过高，加重了电梯动力系统配置要求。
6.故基于此，提出本发明技术方案。


技术实现要素：

7.为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种具有高强度、低伸长性能的电梯绳芯及其制备方法。
8.本发明的方案是，提供一种具有高强度、低伸长性能的电梯绳芯，包括如下原料：聚丙烯、聚乙烯、增硬剂和抗氧剂。
9.优选地，所述具有高强度、低伸长性能的电梯绳芯，包括如下重量份的原料：聚丙烯65～75份、聚乙烯15～25份、增硬剂4～9份和抗氧剂0.5～1份。
10.优选地，所述具有高强度、低伸长性能的电梯绳芯，包括如下重量份的原料：聚丙烯70份、聚乙烯20份、增硬剂6.5份和抗氧剂0.75份。
11.优选地，所述聚丙烯的规格型号为ppk1708。
12.优选地，所述聚乙烯的规格型号为pps1003。
13.优选地，所述抗氧剂的规格型号为1010。
14.优选地，所述抗氧剂的规格型号为168。
15.基于相同的技术构思，本发明的再一方案是，提供一种具有高强度、低伸长性能的电梯绳芯的制备方法，包括如下步骤：
16.(1)造粒：将原料混合搅拌均匀，并挤压成颗粒状，得原料微粒；
17.(2)拉丝：将步骤(1)所述原料微粒加热熔融，并依次通过挤压、喷丝、拉伸工序，得到纤维丝；
18.(3)合绳芯：将步骤(2)所得纤维丝放入合绳机中进行合绳，得绳芯中间体；
19.(4)浸油：将步骤(3)所得绳芯中间体的一端浸入电梯油脂油槽内进行浸油，然后再经机械传动打轴形成成品电梯绳芯即可。
20.优选地，步骤(1)中，所述搅拌的转速为60～80r/min，所述搅拌的时间为30～40min。
21.优选地，步骤(2)中，所述加热熔融的温度为180～240℃。
22.本发明申请的研发思路如下：
23.申请人通过对三代配方的研究，得到了本发明所述的配方，首先：
24.第一代电梯绳芯配方为聚丙烯和聚乙烯，对其进行疲劳测试，结果为：60万次疲劳后“最差捻距内断丝数”＝8根，疲劳测试后“1米加载段断丝处”＝12处，疲劳后“伸长率”＝0.24％。此结果均不如一、二线品牌相同强度级别剑麻绳芯电梯绳厂商在售随机产品实物水平。(测试结果见表1)
25.第二代电梯绳芯配方为聚丙烯、聚乙烯、增强剂、结合剂和抗氧剂，对其进行疲劳测试，结果为：60万次疲劳后“最差捻距内断丝数”＝2～4根，疲劳测试后“1米加载段断丝处”＝1～8处，疲劳后“伸长率”＝0.15～0.16％。此结果优于大多数一线品牌相同强度级别剑麻绳芯厂商在售随机产品实物水平。(测试结果见表1)
26.第三代电梯绳芯(即为本申请所发明电梯绳芯)配方为聚丙烯、聚乙烯、增硬剂和抗氧剂，对其进行疲劳测试，结果为：60万次疲劳后“最差捻距内断丝数”＝0根，疲劳测试中“1米加载段断丝处”＝0处，疲劳后“伸长率”＝0.15％。此结果优于所有一线品牌相同强度级别剑麻绳芯厂商在售随机产品实物水平。
27.(测试结果见表1)
28.另外，在60万次疲劳测试后，对第三代电梯绳芯和剑麻绳芯进行拆解，具体如图1～图6所示，由图1、2可看出，本发明所述电梯绳芯(3股结构)经拆股后，无纤维断丝情况，性能优异；由图3、4、5、6可看出，无论是剑麻绳芯时3股结构还是4股结构，其经拆股后，均有断纱情况出现，表明本发明所述电梯绳芯性能优于剑麻绳芯。
29.其次，对耐环境性能进行测试，由图7可看出，在室温条件下，当拉力一定时，第一代电梯绳芯伸长量最大，性能最差；第三代电梯绳芯(本申请所发明电梯绳芯)伸长量最小，性能最佳；第二代电梯绳芯和南通大达剑麻绳芯性能居中；
30.由图8可看出，第二代电梯绳芯在室温(20℃)和低温(
‑
25℃)条件下拉伸性能接近于室温(20℃)天然剑麻绳芯性能，在高温(45℃)条件下劣于天然剑麻绳芯性能；第三代电梯绳芯在所有适用环境温度内(
‑
25℃、20℃、45℃)拉伸性能均优于室温天然剑麻绳芯性能。
31.最后，对不同类型的绳芯进行破断拉力测试，结果显示：
32.天然剑麻绳芯≤3300n；第一代电梯绳芯≤3290n，相当于天然剑麻绳芯整绳破断拉力；第二代电梯绳芯≤4392n，大于天然剑麻绳芯整绳破断拉力；第三代电梯绳芯(即为本申请所发明电梯绳芯)≥4897～6470n，明显优于天然剑麻绳芯整绳破断拉力。
33.综上所述，通过疲劳测试、耐温度测试、破断拉力测试，本发明所述的电梯绳芯性
能最为优异。
34.本申请所述电梯绳芯选择基础配方为聚乙烯和聚丙烯为主加元素，并且以聚丙烯为主，聚乙烯为辅；且为达到高弹性模量值和超低伸长率，必须加入增硬剂；同时，为了抗老化需要，必须加入抗氧剂。
35.国家标准gb/t 8903中的检测项目更多侧重于对钢丝内在质量的监控，而otis 60万次疲劳后“最差捻距内断丝数”更多侧重于主机厂及电梯绳客户对电梯绳使用寿命上的评价。按照国标gb8903检测结果，一组力学性能非常优异的拆股试验样品，必将对应一个疲劳寿命测试非常理想的结果，同理，按照主机厂及电梯绳客户的要求，一个疲劳寿命测试非常理想的结果，也必将对应一个力学性能非常优异的拆股试验。而不应该在拆股试验中存在若干数量超标或低值钢丝的情况发生。申请人在连续对各知名厂商随机产品疲劳测试结果中发现，测试结果大大颠覆了人们以往对电梯绳使用寿命评价上的认知。国家标准gb/t 8903和主机厂及电梯绳客户两者中间之所以不能形成一一对应关联，根源是中间缺失了对电梯绳疲劳寿命产生极为重要影响的核心部件“绳芯”的评价及约束条件。
36.例如：申请人对第一代电梯绳芯、第二代电梯绳芯、第三代电梯绳芯(本申请所发明电梯绳芯)及大量现有市售的产品进行了测试，如表1所示。其中，“天绳西奥样品麻芯绳”是为杭州西奥电梯提供的测试样品，其原料采用的国内最好的上海宝钢优质盘条，最终配置的内外层钢丝都经过了拆股力学性能筛选，钢丝性能离散性都非常小，优于绝大多数在售一线品牌电梯绳厂商的实物质量，但在60万次疲劳测试后“最差捻距断丝数”并不理想。在售产品麻芯绳3个测试样品均未达到主机厂疲劳测试要求(最差捻距断丝≤4根)，而且，其中一个样品拆股(4股)钢丝力学性能很优异，但因为绳芯线密度不足，支撑力很差，疲劳测试结果很差(即“天绳麻芯绳”)。
37.而形成鲜明对比的是，在所有工艺条件不变前提下，更换第二代电梯绳芯后，采用的是低于鞍钢(沙钢)的普通盘条，配绳钢丝也没有进行过任何力学性能筛选，4个样品中3个存在若干根低值钢丝，但60万次疲劳后“最差捻距断丝数”都优于该样品绳。需要强调的是，尤其是采用了第三代电梯绳芯(本申请所发明绳芯)后，60万次疲劳后“最差捻距断丝数”实现了“0断丝”，此结果优于所有在售一线品牌相同强度级别电梯绳实物质量，这些真实测试数据结果就是对电梯绳核心技术最好的诠释，也颠覆了以往人们对电梯绳质量控制理念上的认知。
38.表1各种电梯绳otis疲劳后关键数据统计结果
39.40.[0041][0042]
(续表1)
[0043]
[0044]
[0045][0046]
注：第二代电梯芯绳
‑
1、第二代电梯芯绳
‑
2、第二代电梯芯绳
‑
3、第二代电梯芯绳
‑
4为相同材质不同组别的电梯绳(下同)。
[0047]
经过大量数据测试后，由表1能得出丰富的结论：
[0048]
(1)决定电梯绳疲劳寿命的最主要因素是绳芯，其次是油脂，最后才是钢丝。
[0049]
(2)第二代电梯芯绳60万次疲劳后在1米加载段及最差捻距内的断丝绝大多数为轻微断丝(1根)，而普通麻芯绳和半钢芯绳60万次疲劳后在1米加载段及最差捻距内的断丝除出现轻微断丝(1根)，还有普通断丝(2根)及密集断丝(3根及4根情况发生)，且疲劳测试后1米加载段出现断丝处的多少，预示着该产品在实际使用中可能形成的断丝就有多少，即在相同条件下，第二代电梯芯绳比麻芯绳及半钢芯绳在实际使用过程中产生断丝及断股的几率更小，需要强调的是，第三代电梯芯绳则未出现断丝情况，性能更为优异。
[0050]
(3)在相同承载条件下，第二代电梯芯绳和第三代电梯芯绳具有比普通麻芯绳更强的支撑力，更小的伸长率、更高的弹性模量值，且由于第二代电梯芯绳和第三代电梯芯绳含油率为4～10％，介于钢芯绳和麻芯绳之间，有比半钢芯绳和钢芯绳更多的油脂消耗，以及更低的维保费用、更长的维保周期。它不但延续了钢芯绳的优点(超低伸长，超高刚性支撑力)也杜绝了其缺点(钢芯自重大，制造工艺难度大，存在断丝风险)同时，也解决了麻芯绳的缺点(支撑力不足，绳芯直径不均匀，局部线密度不一致，使用寿命不高)。
[0051]
更进一步地，申请人对绳芯支撑能力与钢丝性能及疲劳测试结果之间的对应关系进行了研究，结果如表2所示。
[0052]
表2绳芯支撑能力与钢丝性能及疲劳测试结果对应关系
[0053][0054][0055]
(续表2)
[0056][0057]
(续表2)
[0058]
[0059][0060]
通过表2亦能得出丰富的结论：
[0061]
(1)钢丝绳疲劳后断丝数与绳芯支撑能力存在相关性，支撑力优异绳芯断丝数少于支撑力不足的绳芯。
[0062]
(2)疲劳后断丝形态(轻微断丝，普通断丝、密集断丝)与绳芯支撑能力存在相关性，支撑力更优异绳芯通常只形成轻微断丝，支撑力较差的绳芯除形成轻微断丝外，还会形成普通断丝及密集断丝。
[0063]
(3)支撑力优异的绳芯可以包容部分钢丝性能的不足(低值扭转值钢丝>10次)。即在钢丝绳存在一定数量的低值扭转钢丝时仍可以达到较好的疲劳测试结果。
[0064]
(4)支撑力优异的绳芯不能包容所有钢丝性能的不足，当扭转值异常低时(<5次)且存在一定数量低值钢丝时，otis 60万次疲劳测试结果也很差。
[0065]
(5)支撑力差的绳芯无法获得好的疲劳测试结果，无论钢丝性能是否合格或优异。
[0066]
(6)当钢丝性能合格，但不是很优异时(存在较大离散性)，无论绳芯支撑力强或较强的钢丝绳，其疲劳后断丝数或疲劳测试结果会呈现一定的随机性和偶然性，即：钢丝性能更好一些的钢丝绳疲劳结果并不一定会比性能更差一些钢丝绳有更为理想的疲劳测试结果。
[0067]
本发明的有益效果为：
[0068]
1、本发明所述电梯绳芯，比普通麻芯绳更强的支撑力，更小的伸长率、更高的弹性模量值，且含油率为4～10％，介于钢芯绳和麻芯绳之间，有比半钢芯绳和钢芯绳更多的油脂消耗，以及更低的维保费用、更长的维保周期。它不但延续了钢芯绳超低伸长，超高刚性支撑力的优点，也杜绝了钢芯自重大，制造工艺难度大，存在断丝风险缺点，同时，也解决了麻芯绳支撑力不足，绳芯直径不均匀，局部线密度不一致，使用寿命不高的缺点。
[0069]
2、本发明所述电梯绳芯的制备方法，其工艺易控，操作简便，有利于规模化产出。
附图说明
[0070]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0071]
图1是本发明所述电梯绳芯(3股结构)经60万次疲劳测试后的实物图。
[0072]
图2是本发明所述电梯绳芯(3股结构)经60万次疲劳测试后的拆股实物图。
[0073]
图3是剑麻绳芯(4股结构)经60万次疲劳测试后的实物图。
[0074]
图4是剑麻绳芯(4股结构)经60万次疲劳测试后的拆股实物图。
[0075]
图5是剑麻绳芯(3股结构)经60万次疲劳测试后的实物图。
[0076]
图6是剑麻绳芯(3股结构)经60万次疲劳测试后的拆股实物图。
[0077]
图7是室温条件下，直径6.6mm不同类别绳芯的拉力与伸长散点图。
[0078]
图8是不同温度条件下，直径6.6mm不同类别绳芯的拉力与伸长散点图。
具体实施方式
[0079]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
[0080]
实施例1
[0081]
本实施例提供一种具有高强度、低伸长性能的电梯绳芯的制备方法，包括如下步骤：
[0082]
(1)造粒：将6500g商品号为ppk1708的聚丙烯、1500g商品号为pps1003的聚乙烯、400g增硬剂和50g商品号为1010的抗氧剂在60r/min条件下混合搅拌30min，并挤压成颗粒状，得原料微粒；
[0083]
(2)拉丝：将步骤(1)所述原料微粒加热至180℃熔融，并依次通过挤压、喷丝、拉伸工序，得到纤维丝；
[0084]
(3)合绳芯：将步骤(2)所得纤维丝放入合绳机中进行合绳，得绳芯中间体；
[0085]
(4)浸油：将步骤(3)所得绳芯中间体的一端浸入电梯油脂油槽内进行浸油，然后再经机械传动打轴形成成品电梯绳芯即可。
[0086]
实施例2
[0087]
本实施例提供一种具有高强度、低伸长性能的电梯绳芯的制备方法，包括如下步
骤：
[0088]
(1)造粒：将7500g商品号为ppk1708的聚丙烯、2500g商品号为pps1003的聚乙烯、900g增硬剂和100g商品号为168的抗氧剂在80r/min条件下混合搅拌40min，并挤压成颗粒状，得原料微粒；
[0089]
(2)拉丝：将步骤(1)所述原料微粒加热至240℃熔融，并依次通过挤压、喷丝、拉伸工序，得到纤维丝；
[0090]
(3)合绳芯：将步骤(2)所得纤维丝放入合绳机中进行合绳，得绳芯中间体；
[0091]
(4)浸油：将步骤(3)所得绳芯中间体的一端浸入电梯油脂油槽内进行浸油，然后再经机械传动打轴形成成品电梯绳芯即可。
[0092]
实施例3
[0093]
本实施例提供一种具有高强度、低伸长性能的电梯绳芯的制备方法，包括如下步骤：
[0094]
(1)造粒：将7000g商品号为ppk1708的聚丙烯、2000g商品号为pps1003的聚乙烯、650g增硬剂和75g商品号为1010的抗氧剂在70r/min条件下混合搅拌35min，并挤压成颗粒状，得原料微粒；
[0095]
(2)拉丝：将步骤(1)所述原料微粒加热至210℃熔融，并依次通过挤压、喷丝、拉伸工序，得到纤维丝；
[0096]
(3)合绳芯：将步骤(2)所得纤维丝放入合绳机中进行合绳，得绳芯中间体；
[0097]
(4)浸油：将步骤(3)所得绳芯中间体的一端浸入电梯油脂油槽内进行浸油，然后再经机械传动打轴形成成品电梯绳芯即可。
[0098]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。