Снижение прочности веревки после воздействия различных химических веществ

Отчет по исследованию

ООО Альпика-Спецтехнологии

В.Б. Еремеев

В 2018-2019 году выполнена программа  исследований по оценке  влияния различных химических веществ на прочность веревок, использующихся в промышленном альпинизме и горных видах спорта.

Проект исследований, подготовка образцов, анализ и обработка данных – Владислав Еремеев (ООО Альпика-Спецтехнологии, Москва, ropeworks@mail.ru).

Тестирование образцов, получение фактического ряда данных – Испытательная лаборатория  НИУ МГСУ, отдельная благодарность лично инженеру ИЛ ИКБС Кириллу Жердеву.

Партнер исследовательской программы - Российское представительство PETZL , предоставившее часть веревки для тестов.

В марте-июле 2018 года и в июле - сентябре 2019 года было подготовлено около 95 образцов статических (low-stretch) веревок, искусственно подвергнутых воздействию тех или иных химических веществ (список см. на диаграмме ниже). После отмеренного времени экспозиции образцы выдерживались на воздухе несколько дней и  нагружались до разрушения на статическом испытательном стенде, позволяя таким образом увидеть уменьшение прочности по сравнении с контрольными образцами тех же веревок, не подвергавшихся воздействию химикатов.

Сводные результаты показаны на диаграмме ниже:

tab.jpg

Как и было известно ранее, критически влияет на прочность полиамида даже кратковременное воздействие кислоты, снижая прочность веревки иногда более чем на 70% за 70 секунд. А при воздействии той же кислоты в течении 1 часа – прочность веревки может снизиться на 90%.

Чуть менее опасно согласно полученным данным влияние на полиамид щелочей: при воздействии щелочи с pH 12-14 при температуре 220С существенное снижение прочности веревки отмечено после 24 и более  часов экспозиции.

Существенную роль тут играет и температура: при отрицательных температурах химические процессы замедляются, а в условиях положительных температур и при их повышении – ускоряются и могут привести к еще более высокой потере прочности за меньшее время.

Следует отметить, что при анализе влияния 44% серной кислоты четко выделились различия в результатах тестов для веревок целиком из полиамида (такие выпускает сейчас большинство отечественных и зарубежных производителей, и, например, прежняя модель Petzl PARALLEL) и веревок с сердечником из полиамида, но оплеткой из полиэстера (полиэфира) (это например, выпускаемые сейчас  веревки Petzl). Состав материала веревки указан на сопровождающей товар маркировке, в каталоге производителя и в инструкции в разделе стандартов.

Полиэстер по сравнении с полиамидом является более износостойким материалом, поэтому оплетка из него более прочная. Кроме того, он существенно более стоек к воздействию некоторых кислот. Это с одной стороны является «плюсом» - так как снижает потери прочности веревки после воздействия целого ряда химических веществ, но с другой стороны играет «злую шутку»: ибо на оплётке из полиэстера практически не видны следы воздействия кислоты, тогда как внутри – состоящие из полиамида пряди сердцевины могут быть практически полностью растворены (см. фото ниже).

На веревках, состоящих целиком из полиамида – практически любое воздействие химических реагентов сразу же отражается в изменении цвета (осветление) и структуры (жесткая, липкая, рассыпающаяся) оплётки веревки и поэтому достаточно легко может быть диагностировано.

В тестах использовались:

- электролит для автомобильных аккумуляторов (плотность 1,34 г/см3), представляющий собой примерно 44% раствор серной кислоты (H2SO4), продающийся в автомагазинах.

- щелочные растворы с pH 12-14 – средство для чистки и отбеливания «Белизна» (5-15% гипохлорит натрия) и средство для устранения засоров в канализации «Sanfor» (в состав входят: 5-15% гипохлорит натрия; гидроксид натрия, и пр.).

- ацетон технический (плотность 0,79 г/см3).

- медицинский раствор перекиси водорода 3%.

- бензин АИ-95.

- дизельное топливо (солярка).

 

Во время экспозиции середины образцов веревок (участки 15-30 см) погружались в стальную ёмкость с налитым реагентом. Ряд тестов был сделан путём погружения образца веревки в лужу реагента так, чтобы прямому воздействию подверглась лишь часть всей толщины веревки. Но отличия результатов этой серии тестов от других – не было зафиксировано.

Другой ряд тестов проводился с образцами предварительно замоченной в воде веревки – но также не дал существенных отличий от базовых алгоритмов тестов.

 

В проведенных тестах с образцами веревок, вымоченными в бензине АИ-95 или в солярке (всего было по 6 образцов веревок - для бензина и 5 - для солярки) – не отмечено ни какого значимого влияния этих веществ на прочность веревки.

 

 

Следует иметь ввиду, что представленные результаты исследования должны рассматриваться как ориентировочные в виду не достаточной статистической обоснованности.

 

Детальное  исследование  этого вопроса начато в 2019 году в испытательной лаборатории НИУ МГСУ по инициативе и совместно с Татьяной и Юрием Карасёвыми.

 

Ниже – фотографии с тестов, иллюстрирующие полученные данные.

2.jpg
3.jpg

Рис.1,2.

Веревка с оплеткой из полиэстера и сердцевиной из полиамида, подвергшаяся воздействию кислоты после испытания на разрыв. Видно что оплётка из полиэстера не повреждена и даже не имеет ни каких видимых следов воздействия кислоты, тогда как полиамидные пряди сердцевины имеют ярко выраженные следы растворения и сплавления под её воздействием (особенно пряди, расположенные по периферии пучка прядей сердцевины).

4.jpg
5.jpg

Рис.3,4.

Тоже, что и на рис. 1.2.  Веревка с оплеткой из полиэстера и сердцевиной из полиамида, подвергшаяся воздействию кислоты после испытания на разрыв. Видно что оплётка из полиэстера не повреждена и даже не имеет ни каких видимых следов воздействия кислоты, тогда как полиамидные пряди сердцевины имеют ярко выраженные следы растворения и сплавления под её воздействием (особенно пряди, расположенные по периферии пучка прядей сердцевины).

6.jpg
7.jpg

Рис. 5,6.

Контрольные образцы веревки, разорванные без воздействия химических веществ. Хорошо видно, что внутренние пряди сердцевины не повреждены в отличие от образцов, показанных на фотографиях выше.

8.jpg
9.jpg

Рис.7,8.

Веревка, состоящая целиком из полиамида после воздействия кислоты имеет заметное изменение цвета оплётки даже для белой веревки. Также этот участок веревки становится существенно более жестким и ломким, чем не подвергавшиеся воздействию реагента.

10.jpg
11.jpg

Рис. 9,10.

Аналогично предыдущим фото - веревка состоящая целиком из полиамида после воздействия кислоты имеет заметное изменение цвета и структуры оплётки. Также этот участок веревки становится существенно более жестким и ломким, чем не подвергавшиеся воздействию реагента.

12.jpg
13.jpg
14.jpg

Рис. 11, 12, 13.

Хорошо заметные следы кратковременного воздействия кислоты на веревках с полиамидной оплёткой, выраженные в изменение цвета и структуры поверхности оплётки.

 

Прочность веревки при подобном воздействии может быть снижена боле чем на 70%.

15.jpg
16.jpg

Рис.14.  

Участок образца веревки, подвергшийся воздействию кислоты – после нагрузки на статическом стенде. Видно выдавливание преобразовавшегося в клейкую однородную массу полиамида сердцевины сквозь неповрежденную кислотой полиэстерную оплётку.

 

 

           Рис. 15.

Испытания одного из образцов веревки на статическом стенде Испытательной лаборатории НИУ МГСУ.