一种电梯用钢丝绳及其制作方法
阅读说明：本技术 一种电梯用钢丝绳及其制作方法 (Steel wire rope for elevator and manufacturing method thereof ) 是由 杨岳民 高正凯 惠铭 于 2021-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种电梯用钢丝绳及其制作方法,该钢丝绳包括至少三根绳芯、内层股和外层股,各所述绳芯加捻构成绳芯股,组成所述内层股和所述外层股的钢丝上包覆有一层内保护层,所述内层股与绳芯股之间形成内填充层,所述外层股与所述内层股间形成外填充层,所述内填充层及所述外填充层内填充有阻水纱和构成绳芯的绳芯单丝,外层股外包裹有一外保护层,各所述绳芯间填充有阻水纱；外保护层与绳芯单丝的原料包括：聚醚砜、双酚A型环氧树脂、高碳钢粉、增韧纤维、纳米石墨烯、固化剂及消泡剂。本电梯用钢丝绳经过复合材料制备、绳芯制备、复合钢丝制备、捻股、合绳及外保护层形成步骤制得,其具有优良的整体性能,结构与性能稳定,实用性高。(The invention provides a steel wire rope for an elevator and a manufacturing method thereof, wherein the steel wire rope comprises at least three rope cores, an inner layer strand and an outer layer strand, each rope core is twisted to form a rope core strand, steel wires forming the inner layer strand and the outer layer strand are coated with an inner protective layer, an inner filling layer is formed between the inner layer strand and the rope core strand, an outer filling layer is formed between the outer layer strand and the inner layer strand, water-blocking yarns and rope core monofilaments forming the rope cores are filled in the inner filling layer and the outer filling layer, an outer protective layer is coated outside the outer layer strand, and water-blocking yarns are filled between the rope cores; the raw materials of the outer protective layer and the rope core monofilament comprise: polyether sulfone, bisphenol A epoxy resin, high-carbon steel powder, toughening fibers, nano graphene, a curing agent and a defoaming agent. The steel wire rope for the elevator is prepared by the steps of preparing a composite material, preparing a rope core, preparing a composite steel wire, stranding, rope combining and forming an outer protective layer, and has excellent overall performance, stable structure and performance and high practicability.)
技术领域
本发明涉及钢丝绳领域，尤其涉及一种电梯用钢丝绳及其制作方法。
背景技术
钢丝绳是将力学性能和几何尺寸符合要求的钢丝按照一定的规则捻制在一起的螺旋状钢丝束，钢丝绳的强度高、自重轻、工作平稳、不易骤然整根折断，工作可靠。
电梯在运行过程中，主要是依靠电梯绳与曳引轮的摩擦来提升电梯，同时有6-8根曳引钢丝绳提升吊厢，但由于钢丝绳的直径不均匀，各根钢丝绳在瞬时的运行线速度不一致，导致钢丝绳和曳引轮产生相对滑动，引起电梯的振动，并降低了钢丝绳和曳引轮的使用寿命，使用楼梯的建筑物越高，累积产生相对滑动的机率越高，电梯振动越明显。
电梯用钢丝绳需要沿着辊轮滚动，钢丝绳需要进行弯曲实现钢丝绳的角度变化，因此使用的钢丝绳不仅需要具备一定的强度，同时还需要具备一定的延伸性，另外，磨损和腐蚀是钢丝绳损坏的主要原因之一，普通电梯用钢丝绳很难不被磨损，而且钢丝绳暴露在空气中，而形成钢丝绳的钢丝股间存在一定的间隙，内外部均易氧化生锈，现有的钢丝绳多采用电镀锌或热镀锌的方式提高钢丝绳的耐磨耐腐蚀性能，然而在钢丝绳使用过程中，磨损会造成钢丝绳表面损伤的情况，进而造成钢丝绳腐蚀和氧化，影响钢丝绳的性能稳定和使用。
目前，电梯钢丝绳以8股剑麻芯为主，主要结构8*19S+NF，这类钢丝绳无法满足高层电梯耐磨耐腐、运行稳定的使用需求，而且以目前电梯钢丝绳的制作方法，无法保证钢丝绳直径的均匀性。
发明内容
本发明目的在于提供一种强度高、延展性良好、耐腐耐磨，且运行稳定的电梯用钢丝绳及其制作方法。
为达此目的，本发明提供一种电梯用钢丝绳，包括至少三根绳芯、包裹在所述绳芯周围的内层股和包裹于所述内层股外的外层股，所述绳芯加捻构成绳芯股，组成所述内层股和所述外层股的钢丝上包覆有一层内保护层，所述内层股与绳芯股之间形成内填充层，所述外层股与所述内层股间形成外填充层，所述内填充层及所述外填充层内填充有阻水纱和所述绳芯单丝，所述外层股外包裹有一外保护层，各所述绳芯间填充有阻水纱；所述绳芯单丝的原料包括：聚醚砜、双酚A型环氧树脂、高碳钢粉、增韧纤维、纳米石墨烯、固化剂及消泡剂；所述外保护层与所述绳芯单丝的原料一致。
进一步优选的，所述内保护层为超高分子量聚乙烯内保护层。
进一步优选的，所述绳芯单丝的原料包括质量分数的：2～6％聚醚砜、30～40％双酚A型环氧树脂、10～20％高碳钢粉、10～20％增韧纤维、15～25％纳米石墨烯、1～5％固化剂及1～5％消泡剂。
进一步优选的，所述外保护层外周均匀形成有防滑槽。
进一步优选的，相邻所述防滑槽间的所述外保护层形状与所述防滑槽适配。
进一步优选的，形成所述外层股与所述内层股的钢丝的内保护层内形成有一锌镀层。
本发明还提供一种电梯用钢丝绳的制作方法，包括以下步骤：
步骤1、复合材料制备：将配方量的双酚A型环氧树脂、聚醚砜、高碳钢粉、增韧纤维、纳米石墨烯分三次进行混合均匀，最后加入配方量的固化剂及消泡剂混合均匀得到复合材料；
步骤2、绳芯制备：将步骤1制得的复合材料通过拉丝制成绳芯单丝，然后将绳芯单丝捻制成绳芯；
步骤3、复合钢丝制备：将超高分子量聚乙烯材料通过挤出涂覆、喷涂、浸泡抽涂或机器刷涂形式涂覆在单根钢丝上，在钢丝表面形成内保护层，得到复合钢丝；
步骤4、捻股：使用步骤3得到的复合钢丝和阻水纱、绳芯单丝以复合钢丝包捻阻水纱和绳芯单丝的方式捻制得到内层股和外层股；
步骤5、合绳：将至少三根的绳芯、内层股、外层股、阻水纱和绳芯单丝通过特定排列方式捻制合绳而形成钢丝绳主体，排列方式为：绳芯呈圆周排列，预定数量阻水纱分布在绳芯构成的圆周间隙内，所述内层股和所述外层股依次呈圆周分布在绳芯外周，所述绳芯与内层股间间隙及所述内层股与外层股间间隙分布有阻水纱和绳芯单丝；
步骤6、外保护层形成：将步骤1制得的复合材料通过浸泡抽涂、经过出口结构成型，在钢丝绳主体外形成外保护层，获得所述电梯用钢丝绳。
进一步优选的，步骤3中的单根钢丝涂覆超高分子量聚乙烯材料前先对其进行镀锌处理，在表面形成一锌镀层。
进一步优选的，步骤5合绳包括以下步骤：
步骤5.1、第一次合绳：将三根以上绳芯包捻预定数量的阻水纱捻制，得到绳芯股；
步骤5.2、第二次合绳：将内层股包捻步骤5.1得到的绳芯股及阻水纱和绳芯单丝捻制得到中心绳，阻水纱与绳芯单丝设置在绳芯股与内层股间间隙内；
步骤5.3、第三次合绳：将内层股包捻步骤5.2得到的中心绳及阻水纱和绳芯单丝捻制得到中心绳，阻水纱与绳芯单丝设置在中心绳与外层股间间隙内；
第二次合绳与第一次合绳及第三次合绳的捻制方向相反。
进一步优选的，步骤6中浸泡抽涂为钢丝绳主体通过牵引设备浸泡在所述复合材料中，浸泡后通过出口结构成型，在钢丝绳主体外形成外保护层，所述外保护层外周均匀形成有防滑槽，相邻所述防滑槽间的所述外保护层形状与所述防滑槽适配。
本发明具有如下有益效果：本发明提供的所述电梯用钢丝绳，以复合材料制得绳芯单丝，再捻制成绳芯，以及以复合材料在钢丝绳表面形成外保护层，所述复合材料中包括聚醚砜、双酚A型环氧树脂、高碳钢粉、增韧纤维、纳米石墨烯、固化剂及消泡剂，以聚醚砜增韧环氧树脂体系为主体，分散相聚醚砜呈不规划的变形颗粒分散在双酚A型环氧树脂中,在固化过程中体系内形成半互穿网络，压力下分散的聚醚砜微粒会造成一定的变形，可较大地提高双酚A型环氧树脂的韧性，而不降低双酚A型环氧树脂自身优良的耐化学腐蚀性、力学强度和电绝缘性，使得到的钢丝绳表面及绳芯具有优良的耐化学腐蚀性、力学强度、韧性和电绝缘性。体系中加入纳米石墨烯、高碳钢粉及增韧纤维，增韧纤维的吸附作用使纳米石墨烯和高碳钢粉呈单分子排列在纤维表面形成结合力牢固的“结构纤维”，与聚醚砜增韧环氧树脂体系形成网状联接结构，从而加强体系的力学性能和稳定性，同时纤维的“加筋”，对裂纹扩展具有阻滞作用，大大提高绳芯及钢丝绳表面裂纹的自愈能力，增强弹性恢复，减少绳芯及钢丝绳表面裂缝问题，从而推迟钢丝绳的老化和破坏，提高了钢丝绳的抗拉强度、抗疲劳性能和耐磨性能，且性能稳定，实用性高。发泡剂的存在能降低溶液发泡率，避免得到的绳芯和外保护层内形成空泡，保证绳芯和外保护层性能。固化剂提高复合材料的固化率，加快固化速度，提高生产效率和产品强度。
在钢丝表面包覆有超高分子量聚乙烯保护层，一方面能提高钢丝绳的耐腐蚀性能、耐磨性能和延展性，另一方面能减少各钢丝股间、钢丝间摩擦，减少钢丝绳磨损，延长钢丝绳寿命。
在内层股与外层股及内层股与绳芯之间填充有阻水纱和绳芯单丝，以及各绳芯之间填充阻水纱，使钢丝绳内部形成密闭充实的结构，高度阻水、阻气，避免因水分或空气渗入造成腐蚀和氧化生锈，提高钢丝绳的耐腐蚀性能和实用性。另外，内层股与外层股及内层股与绳芯之间填充的绳芯单丝能提高钢丝绳的抗拉性和抗弯曲性，提高钢丝绳的延展性能和破断拉力。
本发明提供的所述电梯用钢丝绳的制作方法，双酚A型环氧树脂、聚醚砜、高碳钢粉、增韧纤维、纳米石墨烯分三次进行混合，使其充分混合均匀，形成良好网状联接结构，为后续制得性能优良的钢丝绳打下结实的基础，在所述外层股外通过浸泡抽涂涂覆一由复合材料构成的外保护层，并经过出口结构成型，保证钢丝绳直径一致，用于电梯运行时，各根钢丝绳在瞬时的运行线速度一致，运行稳定，不会引起电梯的振动，提高使用感和安全性。同时外保护层的设置使钢丝绳结构紧密且稳定，阻旋转性能好，提高钢丝绳的性能稳定性。
附图说明
图1为本发明提供的电梯用钢丝绳结构示意图。
具体实施方式
下面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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参阅图1，本实施例提供一种电梯用钢丝绳，包括至少三根绳芯1、包裹在所述绳芯1周围的内层股2和包裹于所述内层股2外的外层股3。
至少三根所述绳芯1加捻构成绳芯股，组成所述内层股2和所述外层股3的钢丝上包覆有一层内保护层21、31。所述内层股2与绳芯股之间形成内填充层4，所述外层股3与所述内层股2间形成外填充层5，所述内填充层4及所述外填充层5内填充有阻水纱和所述绳芯单丝。所述外层股3外包裹有一外保护层6，各所述绳芯1间填充有阻水纱。
所述绳芯单丝的原料包括：2～6％聚醚砜、30～40％双酚A型环氧树脂、10～20％高碳钢粉、10～20％增韧纤维、15～25％纳米石墨烯、1～5％固化剂及1～5％消泡剂。以聚醚砜增韧环氧树脂体系为主体，分散相聚醚砜呈不规划的变形颗粒分散在双酚A型环氧树脂中,在固化过程中体系内形成半互穿网络，压力下分散的聚醚砜微粒会造成一定的变形，可较大地提高双酚A型环氧树脂的韧性，而不降低双酚A型环氧树脂自身优良的耐化学腐蚀性、力学强度和电绝缘性，使得到的钢丝绳表面及绳芯1具有优良的耐化学腐蚀性、力学强度、韧性和电绝缘性。体系中加入纳米石墨烯、高碳钢粉及增韧纤维，增韧纤维的吸附作用使纳米石墨烯和高碳钢粉呈单分子排列在纤维表面形成结合力牢固的“结构纤维”，与聚醚砜增韧环氧树脂体系形成网状联接结构，从而加强体系的力学性能和稳定性，同时纤维的“加筋”，对裂纹扩展具有阻滞作用，大大提高绳芯1及钢丝绳表面裂纹的自愈能力，增强弹性恢复，减少绳芯1及钢丝绳表面裂缝问题，从而推迟钢丝绳的老化和破坏，提高了钢丝绳的抗拉强度、抗疲劳性能和耐磨性能，且性能稳定，实用性高。发泡剂的存在能降低溶液发泡率，避免得到的绳芯1和外保护层6内形成空泡，保证绳芯1和外保护层6性能。固化剂提高复合材料的固化率，加快固化速度，提高生产效率和产品强度。以2～6％聚醚砜、30～40％双酚A型环氧树脂、10～20％高碳钢粉、10～20％增韧纤维、15～25％纳米石墨烯、1～5％固化剂及1～5％消泡剂制得的绳芯1具有良好的抗拉强度、抗疲劳性能、耐磨性能、弹性恢复、耐化学腐蚀性和电绝缘性，且性能稳定。
所述外保护层6与所述绳芯单丝的原料一致，获得的外保护层6同样具有良好的抗拉强度、抗疲劳性能、耐磨性能、弹性恢复、耐化学腐蚀性和电绝缘性，且性能稳定，进而能提高钢丝绳的整体性能。
所述外保护层6外周均匀形成有防滑槽61，相邻所述防滑槽61间的所述外保护层6形状与所述防滑槽61适配。钢丝绳拿取或安装时易滑落，不便拿取和安装，所述防滑条的设置可以将相邻两钢丝绳通过防滑槽61卡接，便于拿取及多钢丝绳合并使用和安装，使用多根钢丝绳叠加用于电梯时，将相邻钢丝绳卡接使用也可进一步保证运行速度的一致性，避免相对滑动造成电梯振动，实用性与安全高。
进一步优选的，形成所述外层股3与所述内层股2的钢丝的内保护层21、31内形成有一锌镀层。
所述内保护层21、31由超高分子量聚乙烯构成，超高分子量聚乙烯一般是指粘均分子量150万以上的线性聚乙烯，具有耐腐蚀、耐磨损、摩擦系数小和自润滑等优良的综合性能，包覆在各钢丝表面能提高钢丝股和钢丝的耐腐蚀性能和耐磨性能，以及减少各钢丝股间、钢丝间摩擦，减少钢丝绳磨损，延长钢丝绳寿命。在所述内填充层4及所述外填充层5填充阻水纱和形成所述绳芯单丝，阻水纱吸水倍率高，纵向阻水效果好，能够避免因水分或空气渗入造成腐蚀和氧化生锈，提高钢丝绳的耐腐蚀性能，并具有良好的抗拉强度，另外，所述内填充层4、所述外填充层5及钢丝间填充的所述绳芯单丝能提高钢丝绳的抗拉性、抗弯曲性和力学强度，提高钢丝绳的延展性能。所述阻水纱与绳芯单丝配合使钢丝绳内部结构充实，结合外保护层6的包裹作用，能够提高钢丝绳结构的固定能力和阻旋转性，使结构和性能稳定，实用性强。
实施例2
本实施例提供实施例1提供的梯用钢丝绳的制作方法，包括以下步骤：
步骤1、复合材料制备：将配方量的双酚A型环氧树脂、聚醚砜、高碳钢粉、增韧纤维、纳米石墨烯分三次进行混合均匀，混合温度为80～90℃，最后加入配方量的固化剂及消泡剂混合均匀得到复合材料。
步骤2、绳芯1制备：将步骤1制得的复合材料通过拉丝制成绳芯单丝，然后将绳芯单丝捻制成绳芯1。
步骤3、复合钢丝制备：将超高分子量聚乙烯材料通过挤出涂覆、喷涂、浸泡抽涂或机器刷涂形式涂覆在单根钢丝上，固化后在钢丝表面形成内保护层21、31，得到复合钢丝，内保护层21、31涂覆方式为以下方式之一：
1、挤出涂覆：钢丝通过挤塑式设备热挤出的超高分子量聚乙烯材料；
2、喷涂：通过设备加温加压，将超高分子量聚乙烯材料通过喷枪喷射到钢丝上；
3、浸泡抽涂：钢丝通过牵引设备浸泡再超高分子量聚乙烯材料中，浸泡后通过出口环状结构成型；
4、机器刷涂：利用机器涂刷使超高分子量聚乙烯材料均匀涂覆在钢丝上。
步骤4、捻股：使用步骤3得到的复合钢丝和阻水纱、绳芯单丝以复合钢丝包捻阻水纱和绳芯单丝的方式捻制得到内层股2和外层股3；
步骤5、合绳：将至少三根的绳芯1、内层股2、外层股3、阻水纱和绳芯单丝通过特定包捻方式捻制合绳而形成钢丝绳主体，排列方式为：绳芯1呈圆周排列，预定数量阻水纱分布在绳芯1构成的圆周间隙内，所述内层股2和所述外层股3依次呈圆周分布在绳芯1外周，所述绳芯1与内层股2间间隙及所述内层股2与外层股3间间隙分布有阻水纱和绳芯单丝；
步骤6、外保护层6形成：将钢丝绳主体通过牵引设备浸泡在步骤1制得的所述复合材料中，浸泡后通过出口结构成型，在钢丝绳主体外形成外保护层6，所述外保护层6外周均匀形成有防滑槽61，相邻所述防滑槽61间的所述外保护层6形状与所述防滑槽61适配，获得所述电梯用钢丝绳。
进一步优选的，步骤3中的单根钢丝涂覆超高分子量聚乙烯材料前先对其进行镀锌处理，在表面形成一锌镀层。
进一步优选的，步骤5合绳包括以下步骤：
步骤5.1、第一次合绳：将三根以上绳芯1包捻预定数量的阻水纱捻制，得到绳芯股；
步骤5.2、第二次合绳：将内层股2包捻步骤5.1得到的绳芯股及阻水纱和绳芯单丝捻制得到中心绳，阻水纱与绳芯单丝设置在绳芯股与内层股2间间隙内；
步骤5.3、第三次合绳：将内层股2包捻步骤5.2得到的中心绳及阻水纱和绳芯单丝捻制得到中心绳，阻水纱与绳芯单丝设置在中心绳与外层股3间间隙内；
第二次合绳与第一次合绳及第三次合绳的捻制方向相反，可提高钢丝绳成品的抗扭转性，避免股间松散，提高钢丝绳的结构和性能的稳定性。
使用所述电梯钢丝绳的制作方法制得的钢丝绳，其具有良好的抗拉强度、抗疲劳性能、耐磨性能、弹性恢复性、耐化学腐蚀性和电绝缘性，且抗扭转性和爆裂拉力高，结构和性能稳定，实用性强，使用范围广。另外，钢丝绳的绳径公差控制在0.1～0.8％的钢丝绳绳径，钢丝绳每米内钢丝绳古的离散度控制在1％以内，通过上述方法所述的钢丝绳直径均匀性好，在运行过程中，电梯的舒适度和平稳性良好，而且，钢丝绳的防滑槽61设置，能进一步提高钢丝绳在电梯使用过程的稳定性，适合高层建筑所用的电梯。
以上所揭露的仅为本发明几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
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