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PU 涂层绳索：这是一生的决定

帕特·德雷普斯和约瑟夫·汤普森

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聚氨酯 (PU) 涂层绳索是一种用于电梯应用的高性能绳索。 这些绳索由涂有特殊类型聚氨酯材料的高强度钢丝绳制成。 钢丝绳和 PU 涂层的结合使绳索重量轻、耐用，并且与其他类型的绳索相比具有卓越的性能。 下面的图 1 显示了典型的 PU 涂层绳索的横截面。

在本文中，我们将探讨PU的特性，以及PU涂层绳索在电梯中的应用。 还将讨论与其他类型绳索相比的优点和缺点。

首先，PU 是一种用途广泛且耐用的聚合物，用途广泛。 PU 是通过多元醇（一种具有多个羟基的醇）与二异氰酸酯（一种具有两个异氰酸酯基团的有机化合物）在催化剂和其他添加剂存在下发生反应而制成的。 该反应产生具有一系列特性的柔性或刚性材料，包括硬度、弹性、耐磨性和耐化学性。 PU 可以模塑成各种形状，挤压成连续的长段（钢丝绳就是这种情况）或作为涂层喷涂到表面上。 它用于制造家具、鞋类、汽车零部件、涂料、粘合剂和绝缘材料，以及许多其他产品。 PU 因其耐用性、耐磨性和可定制性以满足特定需求而备受推崇。 这种可定制性是其在钢丝绳上使用的关键。 当涂层绳索和滑轮之间具有适当的牵引力时，这尤其有益。 PU 涂层在保护滑轮免受磨损在滑轮上的钢丝绳中的钢丝造成的损坏方面特别有益。 大多数在电梯机房呆过哪怕很短时间的人都看到了钢丝绳在滑轮槽上磨损的影响。 这通常是由于系统中绳索的张力不均，导致一根或两根绳索承载不成比例的负载。 涂有 PU 的绳索并不能解决张力不均的问题，但可以防止对滑轮造成损坏。 下面的图 2 显示了原始状态下的典型 PU 颗粒。

其次，钢丝抗拉强度和硬度之间的关系使得更强的钢丝通常比传统钢丝绳中使用的典型钢丝更硬。 在不使用 PU 涂层的情况下，不可能使用如此高的张力并因此更硬的钢丝，因为它们会损坏滑轮。 PU提供了一层保护层，通过减少钢丝绳与滑轮之间的摩擦，防止钢丝绳被滑轮损坏，有助于延长钢丝绳的使用寿命。 如果我们看一下PU涂层绳中的钢丝，它们的抗拉等级比传统钢丝绳高得多。 大多数人都熟悉用于传统钢丝绳的术语“牵引等级”或“EHS”（超高强度）。 “牵引等级”是指绳索中使用的外层钢丝的等级（见图 3），因此对于“牵引等级”，外层钢丝通常为 1,180 或 1,370 N/mm². 也就是说，在典型的 8 X 19 Seale 设计钢丝绳中，其结构为八股，每股由 19 根单独的钢丝组成，九根外钢丝的抗力为 1,180 或 1,370 N/mm².

根据用户的不同，有些人认为 EHS 为 1,570 N/mm², 1,680 牛顿/毫米² 或 1,770 牛顿/毫米². PU 涂层绳索中的钢丝可具有高达 3,500 N/mm 的抗拉等级². 这允许直径小得多的绳索具有比相同直径的传统钢丝绳大得多的强度。 可以看出，由于钢丝的硬度与钢丝的抗拉强度之间存在直接相关性，因此使用如此高的抗拉钢丝和未涂层的绳索会对滑轮造成严重损坏。 这不是 PU 涂层绳索的问题，因为钢丝永远不会与滑轮接触，允许使用如此高的张力（因此更硬的钢丝）而不会造成损坏。

PU 涂层钢丝绳特别适用于高性能应用，在这些应用中，可以严格控制其高度可定制的特性，以实现系统所需的性能。 它们的独特性能，包括高耐磨性、柔韧性和耐化学性，使它们成为用于钢丝绳涂层的理想材料。 此外，用于在钢丝绳周围涂敷 PU 的挤压工艺可以精确控制涂层厚度，从而形成一致且均匀的保护层。

如上所述，使用挤压工艺将 PU 应用于钢丝绳。 这种挤出 PU 涂层的过程涉及使用专用机械加热和熔化聚合物，然后将其强制通过模具形成特定的形状或轮廓（见图 4）。 对于钢丝绳，挤出过程包括将钢丝绳送入加热到特定温度的模具，然后在钢丝绳通过模具时将 PU 涂层挤出到钢丝绳周围。 这会形成光滑一致的涂层，紧密贴合钢丝绳的形状，提供出色的保护和改进的操作性。 PU 涂层可以定制以满足特定的应用要求，包括硬度、颜色和耐化学性的变化，使其成为适用于各种钢丝绳应用的多功能解决方案。 此外，该过程中使用的高挤压压力有助于将 PU 涂层压入钢丝绳内部，填充单根钢丝之间的任何间隙或空隙。 这会形成一个完整而均匀的涂层，提供出色的保护，防止磨损、腐蚀和其他形式的磨损。 PU 能够顺应钢丝绳的形状并渗透其内部结构，这是该涂层的一个关键优势，因为它有助于延长绳索的使用寿命并提高其整体性能。 挤出工艺还允许精确控制涂层的厚度和一致性，确保它满足应用的确切要求。

由于 PU 涂层绳索使用高强度钢丝，这些绳索通常具有比相同直径的同类传统绳索高得多的弹性模量，或者换句话说，拉伸率或伸长率较低。 由于这种低伸长率或拉伸值，地板水平的门槛对齐问题往往会减少。 当涉及过度重新整平时，此属性尤为重要。 我们都知道当人们进出汽车时可能会发生重新调平。 使用具有高弹性模量或低伸长量的钢丝绳可以最大限度地减少这种重新调平。 低伸长率特性也有助于平稳和无振动的电梯乘坐。

PU 涂层绳索上的聚氨酯涂层的另一个好处是它提供出色的耐磨性，同时保护钢丝绳和驱动滑轮免受摩擦和磨损造成的损坏。 如上所述，钢丝从不接触滑轮。 只有 PU 可以，因此与传统钢丝绳相比具有几个优点。 由于钢上 PU 的牵引系数通常是传统钢丝绳的三倍，因此无需使用会严重缩短绳索寿命的侵蚀性凹槽，例如底切 U 形凹槽或 V 形凹槽来产生所需的牵引力。 重要的是要了解驱动滑轮的表面粗糙度与 PU 涂层绳索的表面粗糙度一起决定了可以实现的牵引力。 与钢对钢且摩擦系数固定且众所周知的传统钢丝绳不同，PU 涂层钢丝绳的表面粗糙度可以改变或定制，以在给定的滑轮粗糙度上实现所需的摩擦系数。 这种定制是通过上述挤压过程中的各种控制实现的，是 PU 涂层绳索相对于传统钢丝绳的主要优势之一。

在讨论电梯设计时，悬挂装置的使用寿命始终是一个话题。 对于今天的电梯，人们普遍讨论今天的停工时间不会像过去那样持续那么久。 与传统钢丝绳相比，PU 涂层绳索的使用寿命始终更长，因为钢丝绳自然受到涂层保护，滑轮也自然受到涂层保护免受磨损。 根据 A17.1，电梯悬架意味着当其低于其原始断裂强度的 60% 时，成员必须报废。 一些 PU 涂层绳索已经过 90 万次循环的弯曲疲劳测试，该测试每天 24 小时，每周 90 天，持续多年。 当绳索从试验机上取下时，它们断裂，残余强度超过 XNUMX%。 

让我们考虑一个典型的 PU 涂层绳索 2:1 安装（这与 PU 涂层钢制平带电梯非常相似），其中在每次行程中最常用的绳索部分有三个简单的弯曲。 在本次讨论中，“行程”的意思是电梯上下运行时驱动绳轮方向的每一次变化。 例如，您从大堂出发，在前往 4 层的过程中停在 6、9、12 和 15 层，然后返回到 15 层，途中没有停留。 在上到 150,000 层的路上有多次启动，但在这个例子中只有一次行程（当电梯反转方向时）。 一部标准使用率的电梯平均每年运行 150,000 次。 在每次旅行中，本段中提到的 PU 涂层绳索在每次旅行中最常用的绳索部分经历三个简单的弯曲。 因此，该电梯最常用的绳索部分每年经历 3 x 450,000 次简单弯曲，相当于 15 次简单弯曲。 如果使用此示例希望悬挂装置持续 450,000 年，则 PU 涂层绳索将循环通过每年 15 次简单弯曲 X 6.75 年，总共 XNUMX 万次简单弯曲。

PU 涂层绳索在电梯应用中的另一个优势是它们能够抑制噪音。 由于电梯轿厢运动引起的振动，传统钢丝绳会产生大量噪音。 涂层绳索上的 PU 涂层起到消音器的作用，减少电梯运行期间产生的噪音量。 这对于需要将噪音水平保持在最低水平的建筑物尤其重要，例如医院、酒店和住宅楼。 PU涂层绳索的降噪特性有助于为电梯使用者和周边地区的人们创造一个更舒适、更安静的环境。

钢丝绳和 PU 涂层的结合使绳索比强度相当的其他类型的绳索轻得多。 这种轻质特性在电梯应用中尤为重要，因为绳索重量直接影响电梯的能效和性能。 不仅绳索本身更轻，而且上述更高的牵引系数允许使用更轻的轿厢，从而降低生产电梯的初始成本。 通过将轻型 PU 涂层绳索与较轻的轿厢结合使用，电梯制造商可以在不牺牲轿厢容量的情况下降低其产品的能耗并降低业主的运营成本。 PU 涂层绳索的另一个优点是它们能够以较小的滑轮直径与绳索直径 (D:d) 比运行。 传统的绳索需要更大的 D:d（40 比 1 是允许的最小值）以防止对钢丝造成过度损坏。 另一方面，由于保护性 PU 涂层和高强度钢丝，PU 涂层绳索可以使用较小的滑轮直径（D:d 为 25 比 1）运行。 这意味着使用 PU 涂层绳索的电梯系统可以具有更小的滑轮直径，从而降低驱动电机的扭矩要求，从而减小所需电机的尺寸。 这反过来又减小了电梯系统的整体尺寸，从而可以更有效地利用空间。 

与其他类型的绳索相比，PU 涂层绳索几乎不需要维护。 聚氨酯涂层将钢丝包裹在里面，并提供一些保护，防止钢丝本身相互磨损并产生红色，这在缺乏润滑的情况下在传统绳索中很常见。 这种 PU 涂层无需外部润滑。 事实上，润滑是不允许的，因为它会对牵引力产生不利影响。 

有些人想知道 PU 涂层绳索是否需要特殊的楔形卸扣或特殊的负载张力均衡装置。 答案是不。” PU 涂层绳索使用与传统钢丝绳相同的楔形卸扣。 PU 涂层绳索也使用与传统钢丝绳相同的负载均衡装置。

除了上述特性外，PU 涂层绳索还具有许多特殊优势，使其成为电梯应用的有吸引力的选择。 切割 PU 涂层钢丝绳时，聚氨酯涂层可防止钢丝散开，无需抓住绳索末端。 与传统的绳索相比，这是一个显着的优势，传统的绳索需要在切割绳索之前抓住末端，以防止股线移动到位。 图 6 是一张所谓的“分散的 I 线”的照片。 这清楚地表明股线已移出其原始位置。 绞线运动是不充分抓住的结果之一。 此功能使 PU 涂层绳索更易于管理和安装，从而节省时间并降低安装过程中受伤的风险，同时在拉入绳索后抓住并切割至最终长度。

与传统绳索相比，PU 涂层绳索的成本可能因绳索类型、所需长度和具体应用等多种因素而异。 由于特殊的制造工艺和高性能材料的使用，PU 涂层绳索的前期成本通常高于传统绳索。 然而，随着时间的推移，PU 涂层绳索具有更高的耐用性、最低的维护要求和更长的使用寿命，可以显着节省成本。 此外，在电梯等高性能应用中使用聚氨酯涂层绳索可以提高安全性和可靠性，减少与停机、维护和维修相关的潜在成本。

总之，在电梯应用中使用 PU 涂层绳索具有许多优势，包括高抗拉强度、低伸长率、出色的耐磨性、减轻重量和最低的维护要求。 与传统绳索相比，这些特性的结合使电梯系统更加节能、使用寿命更长并且需要更少的维护。 PU 涂层钢丝绳能够以较小的滑轮直径与钢丝绳直径比运行，并且在切割时无需抓住钢丝绳末端，这进一步增加了它们在电梯应用中的吸引力。