
尼龙与尼龙直接摩擦会很快产生大量的热量,其足以在短时间内融化尼龙。
我们的试验最早从测量绳索与顶部锚点主锁摩擦生热开始。影响温度的因素很多,比如:攀爬人员的体重,高度,下放速度,环境温度,主锁结构,湿度,风力等,主要因素是前四个.总能量为mgh,(m:攀爬人员体重,g:重力加速度,h:高度),这些能量释放后全部转变为热能,这些热量主要集中于保护员的保护系统和上方锚点。
重力势能一定的情况下,下放的速度越快,会在越短的时间内释放这些能量,导致更高的瞬间温度。环境温度和风力也是一个影响因素,特别是对于体积比较大的锁,它直接影响了每次下放间隔的散热效率。
我们在实际情况下做了以下几次测试:
1. 地点:首体攀岩馆
高度:12m
攀爬人体重:52kg(太轻了)
室内空气温度:25℃(非常凉快,无风)
连续攀爬了5次,温度如图。导致温度不高的原因主要是攀爬人员体重轻,环境温度低,以及特殊的锚点设置,首体的顶部锚点除了顶部的主锚点外,在岩板上有一个快挂做的导向,方便让两股绳子分开,这也让部分能量分布在了这个快挂上。
2.回龙观岩馆(多次试验)
高度:8m
攀爬人员体重:80kg
室内空气温度:30℃(无风)
连续攀爬了6次
不过这里的顶有些特殊,我使用了内径28mm,接触环厚度12mm的铝合金环。然后设置了备份锚点(不受力),这样顶部能更集中的受力发热。这里模拟的是使用dyneema扁带的快挂,测量放人时的温度影响。
使用了很细的绳索BEAL joker 9.1mm。温度最高测得96℃,比室温提高了66℃,我相信如果继续爬,温度会更高。值得注意的是生产商对于PPE产品的使用温度上限为80℃。此外,此次试验使用了5mm 的纯dyneema辅绳,后来我观察了辅绳的状态,辅绳接触面完好无损,但我不确定长时间接触高温会不会对材料造成影响。
3.白河
高度:25m
攀爬人员体重:73kg
室内空气温度:29℃(有微风,且无太阳直射)
连续攀爬了2次
顶部锚点是钢制主锁,由于攀爬次数太少(测试人员体力不支,爬不动),温度峰值只有54℃。如果继续攀爬温度应该也会提高到100℃。但是这条线路由于线路磨绳没法比较快速的下放攀爬者。这也制约了温度的上升。
由于前几次试验的环境温度都是相对温和的,为了模拟最恶劣的环境,我们还得测量在高温天气,太阳直射情况下的主锁温度。很可惜在整个试验周期内由于北京的“雾霾”问题,没有出现气温很高的,且有太阳直射的大晴天。
取两次测量(均为太阳直射,微风)
1.室外空气温度33℃, 挂片温度36℃,黑色钢锁℃,连接挂片铝锁38℃。
2. 室外空气温度38℃,黑铝锁46℃,空调机箱55℃!关于为什么白色的空调机箱温度会比黑色的锁高,主要原因是机箱壳的面积很大,且很薄,有很好的吸热效率。
破坏试验:
由于现实情况有各种的限制,无法达到预期,我想看看到底多高的温度能对扁带造成破坏,我使用单根蜡烛对紫色的铝制主锁进行了加热,主锁的下端使用扁带连接,为了防止高温对其他设备造成影响,我在上端使用了aramid辅绳连接(芳纶材料,有很好的耐高温效果,无熔点,碳化温度560℃,详见http://weibo.com/2095924641/yfrVZzTth?mod=weibotime 或用微博扫二维码 ),以便对高温隔离。
但是一根蜡烛的升温有限,当测量点温度达到150℃时,温度就很难继续上升。此外,施加的重量只有10kg(严格应该使用100kg的重物),测量结束后管式尼龙扁带无很大的异常,但是能看出主锁接触部位的印子,说明这个温度还是对材料造成了影响。
第二次使用BEAL 5mm Pure dyneema辅绳,温度达到130℃时,辅绳的接触部分就已经开始了形变,145℃时能看到明显的融化,随后融化加速。
随后我们在顶绳保护站使用绳索(10.2mm)直接在尼龙扁带上摩擦进行试验,一个攀爬者攀爬8m的岩壁,下放3次,图片中是被破坏的扁带,我仔细观察了黑色的部分,这应该不是碳化或氧化不完全造成的,而是扁带上黑色的织线融化后,以及绳索上的灰尘造成的。
我又用3mm辅绳对一根蓝色的10.5mm绳索摩擦切割,确实无黑色产生,但是能看到有蓝色的色素染到白色的尼龙上。
关于紫外线照射对尼龙设备的影响,我们在室外放置了一根扁带,大概一个月就导致扁带褪色,这主要是紫外线对染色色牢度的影响,我们认为这并不会对扁带强度产生显著的影响(但我们依然要求客户避免在室外保存设备)。虽然试验证明过紫外线会影响尼龙织物的强度,包括irata之前发布过类似的警告,但对强度的影响通常要经过很长时间的紫外线照射,且对强度的影响并不大。
结论:我们认为更可能导致安徽的扁带熔断事故的原因是绳索直接与扁带发生了摩擦,摩擦产生的高温导致扁带融化,强度下降,遂发生断裂。使用者很可能错误放置了保护站。
通过实验,我们认为实际情况主锁的升温趋势图如下,温度会在下放攀爬者时温度上升,然后在下次攀爬时,温度开始下降,到第二次下放时,温度再次上升,如果是一个攀爬者连续攀爬,随着体力消耗,他的攀爬时间会越来越长,这也意味着散热时间也会增长,温度下降得也越多。直至温度升高和下降平衡,趋于稳定,除非有新的攀爬替换攀爬。
我们认为即使在炎热的夏日,太阳直射情况下,顶绳保护的尼龙扁带很难被绳索与主锁摩擦产生的热量破坏。但是在极端情况下,如果使用dyneema的扁带,若岩壁高度足够高,连续不间断的攀爬(至少几十次的攀爬和下降),主锁温度可能会超过130℃,这个温度足以带来致命的破坏。dyneema扁带和尼龙扁带相比更窄,更薄,所以dyneema扁带更容易遭到破坏。
此外,一般的顶绳保护主锁的温度很容易被升高到生产商要求的温度上限80℃,但一般不会对设备带来致命的破坏。
我们的建议:
1.绳索系统不是永久性系统,注意经常检查,在完成工作后要拆除设备,进行妥善的保管。
2.尽量不要在炎热,太阳直射的情况下攀岩,相比之下,脱水带来的危险性更大,要有足够的饮水。
3.半永久性的攀岩保护站使用尼龙扁带,而不是dyneema扁带。
4.半永久性保护站要有备份保护。
5.保护员不要快速下放攀爬者,攀爬者发生下放坠地的概率要比保护站被融化的概率大得多。
6.阅读产品说明书,按照规范操作,不要轻视每一秒在高空中的时间。