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1、 高性能乙纶八股绳性能研究 石建高 王鲁民 陈晓蕾 史航 刘永利 汤振明 马海有 柴秀芳 陈晓雪（中国水产科学研究院东海水产研究所；农业部海洋与河口渔业重点开放实验室）中国上海市军工路300号邮编：200090【提要】2007年2010年期间在东海水产研究所对高性能乙纶八股绳性能进行了研究。结果表明，公称直径12.0 mm和14.0 mm高性能乙纶八股绳的力学性能、耐磨性和使用寿命优于等直径的普通三股乙纶绳，其性能价格比优于普通三股乙纶绳和普通三股锦纶绳。高性能乙纶八股绳为我国节能降耗型网具的研制提供了配套材料，具有一定的安全效果和经济可行性，能在我国渔业中应用并推广。石建高等，2010。高性
2、能乙纶八股绳性能研究，现代渔业信息杂志，25( 11)：17-20。关键词：节能降耗；高性能乙纶；八股绳；性能；渔用材料绳索（简称绳）是必不可少的渔用材料，因渔具、网箱和漂浮构件等对结缚定位、纲举目张、主承载荷等功能的需要，在绳索基体纤维材料的选择和制作工艺上，绳索应与渔网线有一定的区别。正常状态下，绳索作为柔性结构材料，断裂强力、断裂伸长率和线密度等是衡量其渔用性能的主要指标，渔用绳索的分类方法很多，按其生产工艺分为捻绳、搓绳和编织绳等；按制绳用基体纤维材料分为天然纤维绳索、合成纤维绳索和钢丝绳等；按其性能分为普通绳索、高性能绳索和特种性能绳索等；按其股数分为三股绳、四股绳、八股绳和多股绳等
3、。随着合成纤维工业的发展，合成纤维绳索逐渐取代了天然纤维绳索；普通三股乙纶绳和普通三股锦纶绳等合成纤维绳索在渔业上应用较广。渔用合成纤维绳索新材料的开发对提高网具渔用效果、促进渔业节能降耗以及提高网具抗风浪性能等都具有十分重要的作用。随着水产科学的发展，对绳索的性能，尤其是综合性能，有了更高的要求，普通纤维绳索已不能满足现有渔业作业特殊化以及渔业节能减排政策的特殊需要。但具有优异性能的高性能绳索在渔业上的应用使这种需要成为可能。东海水产研究所科研人员采用自增强工艺生产出渔用高性能乙纶单丝新材料，并将该种渔用高性能乙纶单丝新材料通过特定的制绳工艺研制出一种渔用高性能乙纶八股绳新材料。本文以200
4、7年2010年期间在东海水产研究所进行的高性能乙纶八股绳的研究结果为依据，分析比较高性能乙纶八股绳与普通三股乙纶绳的力学性能、耐磨性和使用寿命，分析比较高性能乙纶八股绳与普通三股乙纶绳索及普通三股锦纶绳索的住价比，以期为节能降耗型渔用材料的生产加工、结构优化、推广应用及其相关网具设计提供基础资料。1材料与方法1.1试验材料1.1.1高性能乙纶八股绳索用基体材料高性能乙纶八股绳索用基体材料为渔用高性能乙纶单丝，它由东海水产研究所采用自增强纺丝工艺生产，其主要纺丝工艺流程如下：HDPE原料+助剂一混合一共混一熔融挤出一水冷却一收卷一初生丝一自增强热牵伸工艺-+收卷一渔用高性能乙纶单丝束一分丝一渔用
5、高性能乙纶单丝1.1.2高性能乙纶八股绳材料高性能乙纶八股绳材料由东海水产研究所设计开发。先将1.1.1节所述的数根渔用高性能乙纶单丝在高速环锭捻线机上捻合，制得S向和Z向绳纱；再将一定数量的绳纱按照优化规律排列，经合股机定位孔导向分别进入合股机相应的口模，然后经合股机捻度齿轮的合理配比牵引、加捻操作得Z向和S向绳股（即1/8股）；最后将两对Z向绳股和两对S向绳股按对应的位置成对装入八股编绳机摇篮内，两两成对交替编绞、加以适量的牵引速度和特定的张力获得高性能乙纶八股绳，其主要制绳工艺流程如下：渔用高性能乙纶单丝高性能乙纶八股绳1.2测试方法1.2.1试验仪器英国INSTRON-4466型强力试
6、验机，德国RH2-1600型强力试验机，TG729C型单盘电光分析天平和TCT-50 kg台秤等。1.2.2试验条件试验在标准实验室环境里进行，实验室温度为( 202)，相对湿度为（65士5）%，试样在实验室平衡24h以上。渔用高性能乙纶单丝力学性能试验时，INSTRON-4466型强力试验机的拉伸速度为300 mm/min，试样长度为500 mm。高性能乙纶八股绳力学性能试验时，RH2-1600型强力试验机的拉伸速度为140 mm/min。1.2.3试验方法按SC 5005标准进行渔用高性能乙纶单丝力学性能的测试，按GB/T 8834标准进行高性能乙纶八股绳力学性能的测试。1.2.4数据处理
7、试验所取得的有效数据按SC 5005和GB/T 8834标准规定进行整理。2结果与分析2.1高性能乙纶八股绳索用基体材料性能分析高性能乙纶八股绳索用基体材料为1.1.1节所述的渔用高性能乙纶单丝，它和普通乙纶单丝标准指标比较结果见表l。由表1可以看出，采用自增强纺丝工艺生产的渔用高性能乙纶单丝较普通乙纶单丝标准优等品指标具有明显断裂强度优势，在具有近似直径的条件下，渔用高性能乙纶单丝比普通乙纶单丝增加了25.0%；此外，渔用高性能乙纶单丝断裂伸长率达到14%，其伸长符合渔业生产需要。2.2高性能乙纶八股绳材料力学性能分析绳索的力学性能主要取决于制绳所用的基体材料、制绳时绳纱的强力利用率和制绳工
8、艺（如绳索捻距、绳股粗细及绳纱排列结构等）。高性能乙纶八股绳的测试结果以及CB/T 18674规定的普通三股纤维绳索标准指标的比较见表2。由表2可见，公称直径12.0 mm的高性能乙纶八股绳强力较CB/T 18674标准中同等直径普通三股乙纶绳的标准合格品指标、优等品指标分别提高41.7%、8.9%；公称直径14.0 mm的高性能乙纶八股绳强力较CB/T 18674标准指标中同等直径普通三股乙纶绳的标准合格品指标、优等品指标分别提高41.8%、9.3%。高性能乙纶八股绳具有强力高的特性，在保持强力优势的前提下，以公称直径12.0 mm的高性能乙纶八股绳替代具有合格品指标的公称直径14.0 mm
9、的普通三股乙纶绳用作渔用绳索（如网箱纲索、主动性渔具纲索和鱿钓用海锚绳等），能使绳索线密度减小24.2%、使用直径减小14.3%、原材料消耗减小24.2%。在保持强力优势的前提下，以公称直径14.0 mm的高性能乙纶八股绳替代具有合格品指标的公称直径16.0 mm的普通三股乙纶绳用作渔用绳索（如网箱箱体用纲索、拖网用纲索和鱿钓用海锚绳等），能使绳索线密度减小29.7%、使用直径减小12.5%、原材料消耗减小29.7%，其相关网具的水阻力也相应减小。综上，通过在渔业上使用高性能乙纶八股绳，人们可实现网具的重量、水阻力及原材料消耗的减少，增加网具滤水性，从而实现网具生产的节能降耗。渔用普通三股乙纶
10、绳的断裂伸长率范围一般为2101055%、普通三股锦纶绳的断裂伸长率范围一般为38%65%，而公称直径12.0 mm、14.0 mm的高性能乙纶八股绳断裂伸长率分别为24%、29%（表2）。高性能乙纶八股绳断裂伸长率稍小于普通三股乙纶绳和普通三股锦纶绳，这对相关网具作业时的抗冲击性不利；但是，其伸长不足可以通过强力优势进行弥补。断裂强力大的绳索承载能力和耐磨性相对较好，在相同外力作用下不易变形，适合用作恶劣海况下网具的制作，而断裂强力小的绳索承载能力和耐磨性相对较差，在相同外力作用下易变形，从而使综合性能大幅度下降。渔用绳索设计时保险系数一般选取58，尤其是在保险系数较大的情况下，高性能乙纶八
11、股绳受力远小于其自身模量值，加上强力优势使其承载能力较好，伸长不足对其渔用适应性影响不大。此外，在保持相同强力的前提下，采用本试验用高性能乙纶八股绳加工的网具用绳的直径较小，其所受水阻力也相对较小。随着阻力的下降，分配在绳上的应力也相应下降，理论上讲还可以进一步减小网具用绳的直径。而一旦网具用绳直径及阻力减小，作业时网具用绳承受的冲击强度就必然会随之下降，因此，综合影响的结果使得用高性能乙纶八股绳线制作的网具具有较好的抗冲击性。2.3高性能乙纶八股绳材料性能价格比分析高性能乙纶八股绳材料具有强力高的特性，根据表2中绳索线密度及现有绳索价格推算，在保持强力优势的前提下，以公称直径12.0 mm的
12、高性能乙纶八股绳替代相同使用长度具有合格品指标的公称直径14.0 mm普通三股乙纶绳索用作渔用绳索，即使单价增加13.3%，但由于使用高性能乙纶八股绳后绳索重量可减少24.2%，成本仍可减少14.1%左右；在保持强力优势的前提下，以公称直径14.0 mm的高性能乙纶八股绳替代相同使用长度具有合格品指标的公称直径16.0 mm普通三股乙纶绳索用作渔用绳索，即使单价增加13.3%，但由于使用高性能乙纶八股绳后绳索重量可减少29.7%，成本仍可减少20.3%左右。高性能乙纶八股绳材料具有强力高的特性，根据表2中绳索线密度及现有绳索价格推算，在保持强力优势的前提下，以公称直径12.0 mm的高性能乙纶
13、八股绳替代相同使用长度具有合格品指标的公称直径10.0 mm普通三股锦纶绳索用作渔用绳索（如网箱纲索、主动性渔具纲索和鱿钓用海锚绳等），即使重量增加16.1%，但由于使用高性能乙纶八股绳的单价可降低47.5%，成本仍可减少39.0%左右；在保持强力优势的前提下，以公称直径14.0 mm的高性能乙纶八股绳替代相同使用长度具有合格品指标的公称直径12.0 mm普通三股锦纶绳索用作渔用绳索（如网箱纲索、主动性渔具纲索和鱿钓用海锚绳等），即使重量增加1.1%，但由于使用高性能乙纶八股绳的单价可降低47.5%，成本仍可减少48.0%左右。综上，在保持绳索断裂强力优势的前提下，使用高强度乙纶八股绳比普通三
14、股乙纶绳索或普通三股锦纶绳索更经济，高强度乙纶八股绳在渔业生产上推广应用具有经济可行性。2.4高性能乙纶八股绳材料安全性、耐磨性与使用寿命分析和其他多股绳类似，高性能乙纶八股绳不但柔软、操作方便，而且安全性高（高性能乙纶八股绳在使用中即使有12股断裂，它也不至于松散）；此外，高性能乙纶八股绳在外力作用下抗回转性优于普通三股合成纤维绳索，因此，高性能乙纶八股绳具有良好的渔用性能和适应性。在保持同等强力的前提下，以高性能乙纶八股绳替代传统普通三股乙纶绳用作网箱纲索，它能有效提高网箱设施的安全性；以高性能乙纶八股绳替代传统普通三股乙纶绳用作主动性渔具纲索，它能有效降低主动性渔具的作业能耗；以高性能乙
15、纶八股绳替代传统普通三股锦纶绳用作鱿钓用海锚绳，它能有效提高鱿鱼钓作业中海锚的抗风浪性能等。天然纤维绳索主要受到微生物的腐蚀而使强度下降，限制了绳索的使用寿命。高性能乙纶八股绳等合成纤维绳索耐腐蚀，它们的使用寿命主要受到磨损和机械撕扭外力的限制，在不同条件下测得的绳索材料的耐磨性不尽相同。石建高和王鲁民等曾对渔用高强度乙纶单丝和普通乙纶单丝耐磨性进行了系统的比较研究，结果表明干摩擦和水润滑条件下渔用高性能乙纶单丝较普通乙纶单丝具有较高的耐磨度和断裂强度保持率；而普通乙纶单丝较渔用高性能乙纶单丝具有较大的断裂伸长率变化，渔用高性能乙纶单丝耐磨性较好。一般而言，使用耐磨性较好的渔用高性能乙纶单丝制
16、成的高性能乙纶八股绳比普通乙纶绳索具有较好的耐磨性。此外，文献相关资料显示，八股绳用纤维间的内摩擦低于三股绳。综上，高性能乙纶八股绳的使用寿命长于普通三股乙纶绳。3结论与讨论高性能乙纶八股绳具有强力高的特性，在保持强力优势的前提下以高性能乙纶八股绳替代具有合格品指标的普通三股乙纶绳用作渔用绳索，能使绳索线密度减小、使用直径减小、原材料消耗减小、网具阻力减少，从而实现渔业生产的节能降耗；此外，高性能乙纶八股绳通过强力优势弥补了其伸长不足，满足了渔业生产中绳索承载一定冲击载荷的需求。在保持强力优势的前提下，使用高性能乙纶八股绳比使用普通三股乙纶绳和普通三股锦纶绳更经济，其在渔业生产中推广应用上具有可行性。结论可供网具设计及渔用材料选配时参考。断裂强力是绳索拉伸时的最主要机械性质，这
