垂直极限第二章布绳设备之绳子的性能

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绳索的一些性能至关重要,但更多的是方便或个人喜好的问题。最重要的性能取决于是否用于阿尔卑斯风格布绳还是IRT风格布绳,也与使用者的技能密切相关。

CE认证

A、B和L分类

CE认证涵盖了在欧洲购买的一切,尤其是涉及到安全设备时。无需深入细节,“如果是CE认证,它就是用起来安全的”是着眼于任何设备的好方法。这方面的一个影响是CE“半静力”绳有两种主要的大类。A类基于100kg负荷,B类则是基于80kg负荷。类型L是法国洞穴联合会(FFS)指定的特别轻量类型。A类最适合商业装置以及频繁使用/固定装置和救援。B类适合轻量的运动探洞和探险,L类只适合专家使用。“静力”绳现在比以往更有弹性以便吸收更高的负荷。对于探洞绳测试,80公斤仍然是一个很实际的负荷。

表2:1 EN1891标准综述
类型 A B
直径 9到16mm 9到16mm
静态抗力 最少2200kg 最少1800kg
使用8字结时的静态拉力 1500kg 3分钟 1200kg 3分钟
下落次数 5次,下落因子1(100kg) 5次,下落因子1(80kg)
冲击力(因子0.3) <600 daN(-600kg) <600 daN(-600kg)
50与150kg之间的延展 <5% <5%
来自Beal网站 (www.bealplanet.com)
外皮滑动 20-50mm(依赖于直径) 最多15mm(0.66%)
缩水 无限制 无限制

EN1891是一项CE标准并且不在欧洲以外使用。非欧洲绳索可能执行也可能不执行相似标准。这并不意味着这样的绳子有不足或不安全,只是可能很难知道到底买的是什么。

强度

绳子的“强度”是指它的极限拉伸强度,它是通过在一条干燥的新绳子上轻轻地逐渐增加负荷直到断裂为止而得到。绳索的各端绕在测试机光滑的大直径棒上,以消除小半径和绳结的影响。这样的测试与绳子在洞穴中加载的方式几乎没什么关系。绳索的强度是将绳索之间强度损失进行比较的相对值。

任何新绳子都必须至少有1500kg的断裂强度。这允许由于绳结、潮湿和低质量的布绳造成强度损失后仍然留有足够的安全余量,它也 具有 足够的耐冲击能力。

抗冲击能力

评估绳子强度的最实际的方法是使其经受跌落试验。这类似于它可能在极端探洞环境下的情况。例如,一个探洞者从竖井顶部滑倒并且在绳子拉紧之前跌落了一些距离,或一个锚点失败而探洞者掉落到备用锚点。

eEmJOS.jpg下落的严重程度通常描述为下落因子(FF),对于CE A类是100kg的标准重量,CE B类是80kg的标准重量。下落因子是下落长度和绳子长度之间的比值,例如。如果一个80kg的探洞者系在10米长绳子的上并且从保护点下落10米后停下来,他将绳索、保护及他自己置于FF1坠落状态。如果他在保护点上方10米,并且在停住之前下落了20米那么他发生了一个FF2的下落,这是探洞中最大的可能的冲坠并且有希望不存在。在探洞中,布绳和你怎样使用布绳都应该保持最大不超过FF0.3的下落风险,因此FF1测试提供了充分的余量。

理论上,下落长度是不相关的。牛尾绳上0.5m的FF1下落与30m的FF1下落严重程度是一样的(30m绳子几乎是牛尾绳的60倍长,吸收冲坠的能力也是大约60倍)。

事实上并非如此,由于绳结收紧的“末端效应”和安全带以及人体吸能的影响,有效地减少了1.5m以下跌落的严重程度。

80kg是标准重量,以便绳子能够进行比较,在下落测试中,更重的重量导致更严重的冲击。

下落测试使用2m的绳子打结形成1m的长度,结果一致显示新的、干燥的静力绳罕有在超过1次的FF2下落中幸存下来。大多数绳子能存活几个FF1下落,但每次下落之后绳子会丢失部分弹性,并且逐渐不太能吸收以后的下落。第一次下落可能产生绳子断裂强度50%的负荷。第二次80%、第三次100%——直到没有明显的“强度”损失而断裂。

绳子的抗冲击能力——它能够在下落中幸存——一大因素是它的拉伸能力,或更确切地说是它在“负荷下的伸长率”。由于绳子阻止一次下落它拉长并且吸收下落释放的能量。更大的拉伸意味着能吸收更多的能量,覆盖更远的距离,并且更少将负荷加载到锚点、绳子和下落的探洞者身上。人能够承受的力量也是有极限的。一个穿着全身安全带的人抗冲击的绝对最大值是1200kg。任何超过600kg的冲击力都可能伤害你。也就是说绳子必须抓住下落的攀登者而负荷不能达到接近1200kg. <FF1的探洞冲坠是不可能产生这个力量的。然而,探洞绳的静态特性意味着1200kg的限制和断裂强度可能在FF2(登山绳的CE标准)的冲坠下被超过。事实上,在洞穴条件下进行测试时,许多探洞绳甚至无法承受1200kg的载荷!

一条新的探洞绳必须能够经受2次以上FF1冲坠

缺乏抗冲击能力的探洞绳可能说服你使用更结实的绳子,但非常结实的绳子不一定安全,除非它能在不超过1200kg限制的情况下吸收FF1的冲坠。

记住,绳长1米的FF1下落仅是具有内建安全因子的对比测试,事实上在探洞中即使是最差劲的布绳也不可能发生。(见57页)

举一个最糟糕的例子,两个螺栓在同一水平面上相距15厘米,它们之间留有1米的站立绳圈——是的,它们确实存在!如果你直接挂在上面或者也许刚刚低于它时,关键的螺栓失败了,你将尝试一次2米FF1冲坠,但并不会成功。绳结和绳圈的每个末端都将吸收一定的能量,就像在测试例子中一样,但更重要的是,你的躯干和安全带将吸收大约30%的能量。这也将会产生一定的钟摆效应,毫无疑问你将向外跌落或撞到墙上,因此吸收更多能量。也许你偶尔经历一次FF0.6的下坠——如果绳子没有达到标准这也足够严重,但仍比FF1短很多。同样的两个螺栓正确的安装,在它们之间的绳子不超过30厘米,考虑到缓解因素将不太可能发生FF0.3的冲坠。考虑到FF0.3是布绳良好的绳索的最大预期,这提供了不错的安全宽容度。

探洞绳是足够结实的最有说服力的证据是,完全缺乏由于绳子在冲击负荷下失败的事故,这包括与尼龙绳比起来抗冲击力极低的老式聚酯绳。

延展

静力绳通常指那些新的干燥的绳子在80kg负荷下伸长率小于4%的绳子。厂家的延展数据往往与实际不符,在最初几次使用后,大多数绳子比声明的延展率更高。在延展超过4%的绳子上上升就象爬一条巨大的橡皮筋。除了不舒服之外,过度拉伸会使布绳变得困难,增加摩擦点上的锯切量以及绳索下落时撞到某些东西的可能性。从积极的方面来说,绳索的减震能力与其延展直接相关。

延展性不足(小于2%)上升效率惊人,布绳也更简单,减少了由于锯切造成的磨损问题,但如果收到冲击负荷将使绳子变得危险。缺乏弹性意味着在冲坠事件中将产生更大的力量。例如——某些聚酯绳几乎没有弹力,是做普鲁士抓结的梦想之绳。也因此它们的能量吸收能力相当低,甚至一次FF0.2的下坠都可能超过它们的强度。低延展、超结实的绳子将把冲击力传导给锚点和在绳子上的探洞者。

这必须有一个折衷。静力绳的使用主要是为了方便但它不能妨害到安全(见表2:4,第27页)。

直径与重量

绳子的直径对其它大多数属性有影响。探洞绳的直径范围从7mm到11.5mm,

如果布绳适当,

8mm以上的绳子都是安全的。

选择绳子的时候,需要考虑到布绳习惯,绳子的重量和携带空间。如果重量和体积不是问题,那么粗绳子更好;它更耐用,比细绳子允许更大的误差。如果绳子需要被带到山上,或下到深洞,你不能忽视8mm或9mm绳子的重量优势。

表2:2 绳子直径和布绳类型#
绳子(mm) 布绳类型
IRT 阿尔卑斯 超轻 细绳技术 攀登*
11 理想 永久性布绳 太重 太重 理想
10 最低限度 一般 太重 太重 谨慎
9 危险 运动/探险 胜任 谨慎
8 否! 运动/推绳 理想 理想 危险
*仅动力绳,9mm及以下绳子必须使用双绳
#布绳类型在第4章讨论
7 否! 否! 仅阿式探洞专家 否!

某些探洞者采取了明显的减重措施,并使用7mm的绳子。据我所知,没有8mm以下的静力绳能达到1500kg的断裂强度。但是,如果你能找到一条有足够弹力,能在2次及以上FF1下落中保持完好的绳子,务必小心使用。

使用细绳子布绳时别无选择,必须是完美的阿式布绳。细绳子比粗绳子磨损快得多,由于寿命短在长期使用中成本更高。(见第27页表2:4)

柔性和整理

eEGH2Q.jpg绳子的柔性部分得力于它的直径,部分是由于它的结构——主要是外皮的紧密度。柔软有弹性的绳子在操作、打结和装包时都比僵硬的绳子更令人愉快。

任何绳索都会因使用和缺乏清洁而变硬,显然一条在新的时候就僵硬的绳子有个好的开端。如果绳子太硬不能弯折以有效地装入绳袋中,稍微打湿之后会变得柔软一些。如果空间有限,则必须优先考虑柔软的绳子,但这也要有限度 – 非常柔软的绳子通常更不耐磨并且容易发生外皮滑动。

耐磨性

许多探洞者认为耐磨是探洞绳最重要的特点。只要恰当地布绳所有市售探洞绳和大多数攀登绳都满足条件。这个问题更多是指绳子的寿命/成本哪一个更长,而不是哪一个更安全。

如果正确布绳,阿尔卑斯风格不会直接导致磨损的问题。IRT使用粗绳子,通过它的体积解决迫在眉睫的磨损点问题。然而,由于不正确的布绳和对磨损点的错误判断,这两种布绳风格都已经发生过大大小小许多事故。

“在爬升了一段距离之后,绳子不在弹性十足,好像即将到达一个再保护点。我抬头看看是否在我的灯光范围内能看到它。看到的东西使我感到困惑。挂在钉子上的绳子在墙上快速上下移动,而不是把绳子拉向侧面的再保护绳圈。我可以在昏暗中看到有些毛绒绒的东西从绳子上伸出来。

我停下来把腿支撑在墙上,试图看得更清楚。这使我能够站得更直,我看见绳子停止在墙上锯切,发出‘砰砰’地声音。我向左边摆动了许多…

…距离我的上方上升器几厘米的地方,8mm的绳子正在分解为非常细的4股,其中两股在摩擦着,外皮破裂完全成丝带状。”——《澳大利亚探洞》170中的卡罗尔·雷顿

一般来说,粗硬的绳子比细软的绳子更耐磨。粗绳子比细绳子有更大的体积供切割,并且每一根纤维受到的张力更小,因此更难切割(尝试用锋利的刀切割松弛的绳子,然后看看它在受到张力时是多么容易)。

如已经提到的那样,由于抓绳上升和粗野的下降产生的负荷变化造成绳子上下移动可能发生锯切。在更长距离的下降中将不可避免的发生更多的锯切。锯切不会扩散磨损,因为使用有弹性绳索布绳的老一辈探洞者曾经就是这么坚持过来的。它会增加磨损,这是为什么动力绳比静力绳比较不适合用来布绳的主要原因。

一些制造商通过增加绳皮的紧密度及其相对于绳芯的体积来改进绳子的耐磨性。这种“改进”使绳子变得坚硬难以操作,同时也降低了吸收冲击的能力。

通过扭转绳皮纤维使左横向束向右扭曲而右横向束向左扭曲也可以改善耐磨性。这使所有裸露的绳纤维沿着绳子的轴向对齐,从而使它们在岩石上下移动时比较不容易被切割。对较为少见的侧向移动,这样的结构可能会失去一些抗性。

缩水

这是一个不幸的事实,尼龙绳在第一次打湿再干燥后将缩水15%(纵向)。这是不可避免的,你所能做的是买比需要的长度长15%的绳子,并且在用新绳子布绳时留有余量,在两个点之间不要拉得太紧,在长竖井的底部不要让绳尾因为缩水悬空。

吸水率

一条湿透的尼龙绳比干燥的时候重35%,花几天时间让其完全干燥。在某些情况下,值得用塑料袋包装长绳子以保持其干燥,并且尽可能地将一包湿绳子倒置以允许其排干水分。

表2:3 湿绳子强度*
年龄 湿/干 FF1下落(80kg,1m)
41
湿 25
4.5年 4
*使用9mm Bluewater II 绳子进行测试
4.5年 湿 4

水影响尼龙绳使它比干燥时更不耐磨,而其静态和冲击强度降低多达30%.

熔点

用于探洞绳的尼龙根据类型不同,熔点在210° C至250° C之间。更有意义的数字是软化温度:大约为150° C.在这个温度下绳子变得非常软,靠探洞者的体重就可以将其拉断。幸运的是在探洞环境中几乎不可能做到这一点。大多数下降器都可能达到足够高的瞬时温度融化绳子表面的绒毛,但下降器上发热的金属的体积不足以融化整条绳子。在干燥的绳子上下降过快可能使绳皮表面釉化。Petzl Stop非常容易出现这一现象,因为不锈钢的下滑轮升温非常迅速。幸运的是,它的冷却速度也非常快!只要你不用发热的下降器在绳子上停在一点不动,这几乎不会对绳子造成结构破坏。

化学劣变

尼龙是聚酰胺聚合物。也就是说,它是由一些彼此连接不是太紧密的长链分子制造。随着时间推移,这些聚合物缓慢崩解形成更简单的结构。氯对许多聚合物有不利的化学作用,因此永远别让氯漂白剂和含有氯漂白剂的洗衣粉接触到你的绳子。在车库和汽车后备箱中常见的许多物质有强烈化学作用,可能会对尼龙造成隐性影响——尤其要小心各种酸、溶剂、油漆和任何浓缩液。

阳光中的紫外线照射会加速聚合物分解,幸好探洞并不涉及太多的阳光。尽管如此,避免在阳光直射下晾晒绳子,避免在竖井入口处设置永久布绳,并且永远把绳子存储在暗处。

机械损伤

除了脏下降器对绳子外皮的磨损,在下降器加载到绳子上的负载下,恒定的复杂的弯曲度对尼龙强度还没有可测量的影响。

但是凯夫拉在下降100次后会损失原有强度的75%!很可能由抓绳上升、野蛮下降等引起的微弱冲击负荷造成了更隐蔽的物理损伤。正如一条探洞绳可能被2次FF1冲坠严重削弱,那么它也可能被20次FF0.1的下落损坏吗?也许可以做一次调研,同时,温和地探洞。

吸附污垢

泥浆和微小晶体形式的污垢慢慢进入绳子内,但它究竟会进入到什么程度会有什么伤害充满了变数。切开一条旧绳子即使是脏绳子,绳芯通常也十分干净。绳皮是非常高效的过滤器。许多污垢在绳皮里使绳子发硬难以使用。它也可能切割部分绳纤维削弱绳子,但更多的可能是使它更快磨穿而不是使它变得不安全。绳芯很少脏得引起任何实质问题。

年龄老化

时间对尼龙绳强度的影响不同的研究者得出的结果变化很大。一个人声称只用了10次之后强度就丢失了50%(史密斯,1980年)而另一个人则让我们相信使用超过2年的绳子强度没有损失(斯蒂布兰伊,1986)。最一致的迹象表明随着年龄的增长绳子迅速失去抗冲击能力——不管是否使用,尽管大量使用将加速恶化。悲观的看法认为,你的绳子在一年内将只剩它被制造出来时一半的强度。这种情况甚至可能在你购买的时候就已经发生了。有趣的是,尽管随着年龄的增长和/或结绳的比例的影响强度绝对恶化,而随着年龄增长湿润后的强度衰减却减小了。例如,一条旧绳子干的时候与湿的时候几乎一样结实,而同一条新绳子,湿润后强度则会大大减弱(见表2:3和表2:4)。

表2:4 绳子强度与年龄的关系*
年龄 状态 FF1下落(80kg,1m)
未使用 41
6个月 大约40次上升/下降 10
*使用Bluewater II 9mm干绳测试
4.5年 磨损、僵硬 4

一条绳子只有一次是新的,其强度随着前几次使用或湿润再干燥之后迅速减小,此后强度的损失速度显著减慢。表2:3和表2:4显示了年龄和水如何影响一条绳子,这些是在洞穴中使用绳子不可避免的部分。即使是为了测试,由于在绳子两端结绳,绳子的强度也已经大大降低了。

表2:5 新绳比较
直径 平均重量
(g/m)
延展*
80kg(%)
能放进25L包内的长度 静态强度*
(kg)
FF1冲坠*
80kg,1m
湿
11 75 98 1.25 75 3000 10+
10 62 81 2 100 2500 8 – 20+
9 50 65 3 120 1800 3 – 10+
8 38 49 4 180 1500 2 – 3
  • 数据来自制造商和供应商目录
    注意10毫米以上和以下的绳子之间抗冲击能力的不同。
    这表明当你选择使用“细”绳子代替“粗”绳子时必需进行 更多的保养
7 33 43 4 220 1000 0 – 2

强度的丢失可能与其他特点相关联,如可操作性和柔韧性的丢失。纤维不会像新绳子那样容易彼此越过并且增加摩擦。对待长期存放的绳子应与使用过的绳子一样,而不是认为其与“今年的新品”一样好。对待长时间留在洞穴中的绳子需要极为谨慎。谁知道它承受过几次冲坠,或有多少污垢在里面研磨。把旧绳子放进垃圾堆。

涂层和处理

制造商已经对使用预处理工艺改善绳子的操作性能并减少吸水进行过许多尝试。“干”皮处理对吸水率影响甚微,尽管在操作性能方面的改善是显著的。干绳心处理以及使用防水薄膜确实可以减少新绳子的吸水率,但该处理效果能持续多长时间以及是否值得花更多的费用,只有时间才能告诉我们。“干”处理的主要优点包括一定的预缩水,从而将绳子的长期缩水率减少大约5%.

防水膜似乎特别可疑,因为水能通过微孔渗入并随后被困在内部,使得绳子几乎不可能干透。

参考图书:

系列文章:
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分类 走向地心, 生活百科

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