【原创】海洋用缆绳材料与产品的应用现状与发展趋势 - 海洋工程材料

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随着纤维新材料技术、绳网加工技术、渔具材料技术及海洋综合开发利用技术等的进步，我国绳网产业也由技术低端、工艺简单的传统产业模式向技术创新、科学规范的新型产业模式过渡。绳网加工用纤维材料主要分为天然纤维和合成纤维两大类。与天然纤维相比，合成纤维具有强度高、耐磨性和耐腐蚀性好等优点，因此现有海洋绳网产品主要使用合成纤维。普通绳网材料主要包括聚酯（PET）纤维、聚酰胺（PA）纤维、聚乙烯（PE）纤维、聚丙烯（PP）纤维等；高性能绳网材料主要包括超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维、对位芳香族聚酰胺（PPTA）纤维、碳纤维（CF）等。此外，绳索还有以钢丝、碳纤维复合材料为原材料的钢丝绳及碳纤维复合材料缆绳。近年来，在所有实现产业化的高性能纤维中，比强度最高的UHMWPE纤维获得迅猛发展，国内UHMWPE纤维生产企业已达20余家，这为绳网的高强轻量化开发提供了丰富的纤维材料来源。

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海洋经济是国民经济的重要组成部分，在开发利用各类海洋产业以及相关经济活动的过程中都离不开绳网的应用，如浮式生产储卸油装置、半潜式生产储油平台、半潜式养殖装备等重大海上结构均需配备高性能系泊缆索。2022年，工业和信息化部、国家发展和改革委员会联合印发了《关于产业用纺织品行业高质量发展的指导意见》，在该意见的重点领域八大提升行动中，将“海洋产业与渔业用纺织品”作为重点领域之一，表明了国家对绳网产业的高度重视。

因海洋领域用缆绳产品分为航运系泊缆、海洋工程系泊缆、海洋浮标系泊缆、海上能源设施系泊缆、海洋科考作业缆、休闲海洋缆索、海上吊装作业缆等7个方向，内容较为丰富，故本文章分两期对其进行介绍。本期将介绍航运系泊缆、海洋工程系泊缆、海洋浮标系泊缆3个领域的应用情况。

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航运系泊缆

航运系泊缆是让船停于泊位的一种系缆设备，是船舶系泊系统必备的重要柔性装备。我国系泊缆索的生产企业众多，主要集中于江苏、浙江、山东等近海地区。对于各种缆绳用原材料与产品的国家标准或行业标准也非常齐全，企业间的同质化竞争较为严峻。

由于液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）运输船的干舷较高，容易受到风浪影响，并且液化天然气存在泄漏爆炸的风险，因此LNG运输船系泊的安全性与稳定性问题是航运系泊领域的研究热点。LNG钢丝系泊缆一般采用表面镀锌的高强度钢丝为原材料，如选用纤维材料一般采用PP、PA、PET及UHMWPE纤维。相较于钢丝绳，纤维缆绳重量更轻、安全性更高、耐腐蚀性也更强，但存在温度耐受性差等缺点，所以现在一般采用复合材料来弥补单一材料的缺点，如利用UHMWPE纤维为缆绳主体，以PET或PA等普通纤维混合而成的缆绳作为尾缆，组合成的复合缆绳兼具高强度与高耐磨性等优点。另外，LNG运输船和液货船等高性能船舶需要系泊组合连接索，以保证远洋运输的安全可靠性。

图片来源：中国海洋石油集团有限公司

海洋工程系泊缆索

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海洋工程是对海洋资源进行合理开发、利用与保护的海上设施工程。海上设施容易受海上风浪以及各种气候环境的干扰，为保障海上工作平台系统的稳定性，就需要利用系泊固定缆对各类海洋工程装备如钻井平台、浮式生产平台和辅助类海洋平台等进行固定。传统海洋工程系泊缆索使用钢丝为制绳材料，钢丝绳强度高，但耐磨性一般、抗腐蚀性差、重量大，逐渐被性能更强、重量更轻的合成纤维系泊缆所替代。尤其是聚酯纤维，其强度高、弹性好、蠕变低且有着较好的抗疲劳性，能够满足深海系泊的技术要求。2021年 6 月25日正式投产的全球首座10万t级深水半潜式生产储油平台“深海一号”为我国首个用于开发1 500 m深水自营大气田的海上深水半潜式生产储油平台，该平台系泊缆索采用聚酯作为基体材料，单根缆绳直径275 mm、长度2 000 m、重51 t，四兄绳业承担了其中一根系泊缆的研发制造，打破了欧美企业在深水系泊缆领域的长期垄断。

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图片来源：中新网

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海洋浮标系泊缆

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海洋浮标是一种锚定在海面上的海洋水文气象观测站，它能对海水的各种理化参数及气候环境数据（如大气的气压、温度，海水的温度、盐度等）进行全天候采集。浮标采用锚与系泊链等组成的系泊系统来实现固定。传统海洋浮标系泊系统采用钢制锚链作为系泊缆，根据钢材级别的不同，系泊链强度也有变化。目前，海洋浮标大部分使用的仍是传统锚链，相关研究也基本是基于传统系泊链材料对系统进行优化升级或进行系统设计。

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目前，国内对于海洋浮标系泊缆的研究尚处于发展初期，结合其他领域的系泊缆索发展态势，合成纤维系泊缆索、系泊组合连接索、碳纤维复材系泊缆索等新型缆索及其组合缆索对传统钢制锚链的替代将是未来的发展趋势。

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更多内容，请关注《纺织导报》2023年第5期“海洋用绳网材料与产品的应用现状与发展趋势”一文。