ISO 18692-42023 海上救生用纤维绳第4部分聚芳基酯标准立项发展报告

海上救生用纤维绳第4部分：聚芳基酯标准立项发展报告英文标题：StandardizationDevelopmentReport:FibreRopesforOffshoreStationkeeping—Part4:Polyarylate摘要关键词：海上系泊；纤维绳；聚芳基酯；国际标准；ISO18692；海洋工程一、引言1.1立项背景海洋油气资源开发正加速从近海向深远海延伸，作业水深从数百米向三千米级跨越，这对系泊系统的安全性、可靠性和耐久性提出了前所未有的挑战。传统钢丝绳系泊系统在深水环境中存在自重过大、悬挂段载荷集中、耐腐蚀性不足等固有缺陷。自20世纪90年代起，合成纤维绳开始被引入海上系泊系统，聚酯（Polyester）绳率先实现了商业化应用。然而，随着作业水深的进一步增加以及系泊锚链对低蠕变、高模量性能的更高要求，聚酯绳在抗蠕变性能方面的局限逐渐显现。聚芳基酯（Polyarylate，简称PAR）纤维—亦称为液晶聚合物（LCP）纤维或Vectran®纤维—凭借其远优于聚酯绳的抗蠕变性能和高于芳纶（Aramid）的耐疲劳特性，成为超深水系泊系统的理想选材。聚芳基酯纤维的蠕变伸长率在同等载荷条件下仅为聚酯纤维的数十分之一，且具有极佳的尺寸稳定性和耐化学腐蚀性。因此，国际上主要的海上工程公司和绳缆制造企业自2010年前后开始将聚芳基酯纤维绳应用于张力腿平台（TLP）、Spar平台及半潜式平台的系泊系统之中。然而，在此标准发布之前，国际标准化组织虽已发布ISO18692系列标准的第1部分（通用要求）、第2部分（聚酯）和第3部分（高模量聚乙烯，HMPE），但针对聚芳基酯纤维绳的产品标准一直处于空白状态。各制造商采用各自的企业标准进行生产和检验，缺乏统一的技术要求、试验方法和验收准则，导致产品性能参差不齐、质量争议频发，也给设计单位的选型和工程验收带来了极大困扰。因此，制定一项专门针对聚芳基酯纤维绳的国际标准，已成为行业发展的迫切需求。1.2标准编制历程ISO18692-4:2023的制定工作由ISO/TC38（纺织品技术委员会）下设的SC1（纤维和纱线分技术委员会）牵头组织，具体由WG26工作组（纤维绳工作组）承担编制任务。该工作组的召集单位及秘书处由多方国际机构的专家共同组成，来自中国、挪威、荷兰、美国、日本、韩国等主要海洋工程国家的专家代表参与了标准草案的研讨与评审。标准编制过程中，工作组系统收集了全球主要聚芳基酯纤维生产商（如日本Kuraray公司、美国Celanese公司）、绳缆制造企业（如SamsonRope、Bridon-Bekaert、DSM等）以及挪威船级社（DNV）、美国船级社（ABS）等权威认证机构的技术资料与工程反馈，历经工作组草案（WD）、委员会草案（CD）和国际标准草案（DIS）等多个阶段，先后经过多轮意见征集和技术修订，最终于2023年9月19日由国际标准化组织正式发布。二、标准主要内容2.1范围界定ISO18692-4:2023规定了用于海上系泊定位的聚芳基酯纤维绳的分类、术语和定义、结构与规格、技术性能要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输和贮存等要求。该标准适用于直径范围通常在40mm至240mm之间的八股编绞绳（即每根绳采用8根绳股编织而成）和十二股编绞绳等结构形式的聚芳基酯纤维绳产品，涵盖新绳（NewRope）和在役绳（In-serviceRope）的性能评价。标准不适用于其他纤维材料制成的绳缆，也不适用于非海上系泊用途的纤维绳产品。标准明确指出，聚芳基酯纤维绳的核心选材为热致液晶芳族聚酯纤维，该材料应具有不低于某临界值的初始模量和断裂强度，以确保其满足海上系泊系统对低蠕变、高刚度和长期耐久性的综合要求。2.2分类与结构标准将聚芳基酯纤维绳按以下维度进行分类：（1）按绳股结构分类：八股编绞绳，各绳股以"两两交叉、相互穿插"的编绞方式成型。八股绳结构对称、扭矩平衡性能优良，是目前深海系泊纤维绳的主流结构形式。十二股编绞绳则具有更优异的柔韧性和抗弯疲劳性能，适用于对弯曲半径要求较高的工况。（2）按保护层类型分类：裸绳、带编织保护套绳及带挤塑保护套绳。保护套材料通常为聚丙烯（PP）或聚酯纤维编织物，部分高端产品采用热塑性聚氨酯（TPU）挤塑包覆，以增强耐磨性能和抗紫外线老化能力。2.3关键技术要求标准对聚芳基酯纤维绳的技术要求进行了全面规定，主要包括以下几个关键指标：（1）断裂强力（MinimumBreakingLoad,MBL）：标准规定了不同规格绳缆的最低断裂强力要求。断裂强力是系泊绳缆最核心的性能指标，直接影响系泊系统的设计安全系数和系泊布置方案。标准要求产品的实测断裂强力不得低于标称最小断裂强力，且制造工艺中应加入合理的强度利用率系数。（2）蠕变性能：蠕变是聚合物材料在持续载荷作用下发生的随时间递增的形变现象。标准对聚芳基酯纤维绳在特定载荷（通常为20%–50%MBL）和一定温度条件下（常温及高温）的蠕变伸长率设定了明确的限值要求。试验方法规定了加载程序、持载时间、温度控制及数据记录方法。（3）抗疲劳性能：海上系泊绳缆长期遭受波浪载荷的循环作用，张力-张力疲劳性能是决定绳缆服役寿命的重要指标。标准参照ISO2307及ISO18692-1中的试验原则，建立了适用于聚芳基酯纤维绳的疲劳试验方法，规定了疲劳循环次数、载荷幅值及失效判据。（4）直径与线密度：标准对绳缆的标称直径允许偏差、线密度均匀性进行了规定。制造过程中应保证绳缆横截面积的均匀性，以避免出现局部应力集中。此外，标准还涉及耐磨性、紫外线老化性能、接头强度效率（即绳端眼环或拼接处的强度保留率，通常要求不低于原绳断裂强力的90%）等技术要求。2.4试验方法ISO18692-4:2023引用了多项国际标准作为试验依据，主要试验方法包括：-断裂强力测试：参照ISO2307（纤维绳-有关物理和机械性能的测定）规定的试验原理和方法，采用适当的夹具和加载速率进行测试。-蠕变测试：采用恒定载荷试验装置，在规定的环境温度（如23℃±2℃和50℃±3℃）下持续加载，定期记录应变数据，绘制蠕变-时间曲线。-粘弹性行为测试：通过加载-卸载-再加载循环试验，表征绳缆的弹性回复能力和永久变形量。-疲劳试验：采用伺服液压疲劳试验机对绳缆试样进行正弦波载荷循环加载，直至规定循环次数或试样失效。2.5检验规则与标志标准对出厂检验和型式检验进行了区分。出厂检验项目包括外观质量、直径偏差、线密度及断裂强力等逐批检验项目；型式检验则涵盖标准规定的全部技术要求，在下列任一情况下须进行：新产品定型鉴定、正式生产后原材料或工艺发生重大变更、正常生产中周期性抽检以及国家质量监督机构提出型式检验要求时。产品标志应包含标准编号、制造商名称或商标、标称直径、产品等级、生产批号、生产日期、MBL值等信息。三、标准创新点与技术特色3.1首次确立聚芳基酯纤维绳的国际技术规范ISO18692-4:2023是国际上首部专门针对聚芳基酯纤维绳的产品标准，填补了该领域国际标准化工作的空白。此前，聚芳基酯纤维绳仅能参照聚酯绳的相关标准进行部分性能评价，但由于两种材料在蠕变特性、模量水平及破坏模式上的显著差异，直接套用存在明显的不适用性。本标准的发布为聚芳基酯纤维绳的生产、检验和认证提供了专属的技术依据。3.2突出蠕变性能的专项指标设计区别于聚酯绳和HMPE绳的标准设计思路，ISO18692-4:2023将蠕变性能作为独立的关键技术指标予以专项规定。这是基于聚芳基酯纤维的独特物理特性所作出的科学决策——聚芳基酯纤维的蠕变特性介于聚酯纤维与HMPE纤维（超高分子量聚乙烯）之间，在拉力载荷下具有较低的蠕变速率，对温度相对不敏感，且在高载荷水平下蠕变速率增加较平稳，不存在类似于HMPE的"蠕变断裂"突变风险。标准针对不同载荷水平、不同环境温度条件下的蠕变伸长率给出了明确的判定阈值，为工程设计人员提供了量化选型依据。3.3引入基于性能的验证方法标准在试验方法设计上贯彻了性能导向的验证理念，即并不局限于对材料本身的检验，而是从绳缆整体结构出发，注重考核端部连接、拼接工艺、保护套完整性等工程实际因素对绳缆综合性能的影响。例如，标准规定的疲劳试验须采用包含拼接段的完整试件进行，以真实模拟系泊系统中绳缆-连接件的最薄弱环节。四、标准实施的意义与应用前景4.1对行业的规范与引领作用ISO18692-4:2023的发布实施对全球海上系泊用聚芳基酯纤维绳市场将产生深远的规范和引领效应。第一，统一的技术要求消除了国际贸易中的技术壁垒，为制造商提供了清晰的产品开发和质量控制指南，有利于营造公平竞争的市场环境。第二，标准规定的试验方法和评价体系为第三方检测机构和船级社提供了权威的技术依据，有助于建立全球互认的合格评定体系。第三，基于性能的技术指标体系激励企业加大研发投入，通过改进纺丝工艺、优化绳缆结构设计来提升产品的高端性能指标。4.2对海洋工程安全的保障作用系泊系统被公认为海上浮式设施的关键安全保障系统，其失效可能导致平台漂移、井喷甚至人员伤亡等灾难性后果。聚芳基酯纤维绳以标准化的性能指标和严格的试验验证为依托，能够有效降低因产品质量不一致或性能评估不准确所带来的安全风险。尤其是标准对蠕变和疲劳性能的系统性规定，使得设计单位能够更准确地预测绳缆在役期间的长期性能衰减规律，从而科学制定检验更换周期，提高系泊系统的整体可靠性与冗余度。4.3应用前景分析随着全球海洋油气开发向超深水（水深超过1500米）持续推进，以及浮式风电、海上漂浮式光伏等新兴海洋工程业态的快速兴起，对高性能轻质系泊绳缆的需求将呈现持续增长态势。聚芳基酯纤维绳兼具低蠕变、高模量和优异的耐疲劳性能，在超深水系泊和动力定位辅助系泊等应用场景下具有显著的技术经济优势，有望在未来十年内逐步扩大市场份额。全球浮式风电市场的快速扩张为聚芳基酯纤维绳提供了全新的增量空间。五、主要编制单位介绍ISO18692-4:2023标准的制定汇聚了全球多个国家的行业智慧和工程经验。在众多参与编制工作的机构和专家中，日本可乐丽株式会社（KurarayCo.,Ltd.）发挥了不可替代的关键作用，作为聚芳基酯纤维（商品名Vectran®）的全球首创者和主要供应商，可乐丽公司为该标准的制定提供了丰富的材料科学数据和工程应用经验。可乐丽公司成立于1926年，总部位于日本东京，是全球领先的合成纤维和功能性材料制造商。公司于1980年代成功研发并工业化生产Vectran®聚芳基酯纤维。该纤维由对羟基苯甲酸（HBA）和6-羟基-2-萘甲酸（HNA）经热致液晶熔融纺丝工艺制成，具有高度取向的分子链结构，由此获得了超越大多数工程纤维的比强度和初始模量。Vectran®纤维的断裂强度可达20cN/dtex以上，初始模量可达500cN/dtex以上，且蠕变伸长率极低——在20%断裂载荷下持续加载一年的蠕变伸长率不足0.1%。目前，Vectran®纤维已广泛应用于航空航天（如NASA火星探测车的着陆缓冲绳）、深海系泊、光缆增强芯、高性能运动器材等领域。在ISO18692-4:2023的编制过程中，可乐丽公司在标准立项阶段提供了大量聚芳基酯纤维的蠕变数据库和老化试验数据；在标准起草阶段，其技术专家深度参与了蠕变试验方法的设计与验证，提出了基于蠕变速率—载荷—温度三元关系的工程评价模型；在DIS阶段意见处理中，可乐丽公司结合全球客户的实际使用反馈，为标准中有关拼接效率和保护套选型的条款提供了重要参考。作为全球聚芳基酯纤维最具影响力的生产企业，可乐丽公司还将其数十年来积累的质量控制体系和生产管理经验引入了标准的规范性附录之中。此外，来自挪威船级社（DNV）的系泊系统专家和来自美国、荷兰等国绳缆制造企业的技术负责人也为标准的完善作出了重要贡献。六、结论与展望ISO18692-4:2023《海上救生用纤维绳第4部分：聚芳基酯》的正式发布，是海上系泊纤维绳标准化进程中一座重要的里程碑。该标准以其科学的分类体系、严谨的技术指标和系统的试验方法，为全球聚芳基酯纤维绳产品的设计、制造、检验和认证提供了统一的技术遵循。标准填补了该材料类型在ISO18692系列标准框架下的空白，使该系列标准形成了覆盖聚酯、HMPE、聚芳基酯三种主流系泊纤维材料的完整标准簇。从行业发展角度审视，该标准的落地意味着聚芳基酯纤维绳从"无标可依"的工程定制阶段迈入了规范化、系列化、国际化的成熟产品阶段。对于制造商而言，标准既是质量提升的鞭策，也是进入国际市场的通行证；对于设计单位而言，标准提供了可靠的设计输入数据和性能评价依据；对于业主和运营方而言，标准为全寿命周期的安全管理和检验维护提供了制度性保障。展望未来，随着海洋工程向更深水域和更复杂环境条件持续拓展，聚芳基酯纤维绳的性能提升和应用创新仍将不断推进。建议相关行业从以下方面深化工作：一是加强聚芳基酯纤维绳在浮式风电等新兴应用场景中的适用性研究，积累更长周期的实海验证数据；二是推动将基于分布式光纤传感的智能监测技术与标准规定的在役检验方法相结合，构建系泊绳缆全寿命周期的数字化管理体系；三是建议我国相关标准化技术机构密切跟踪ISO18692-4:2023的实施动态，积极推进该标准的转化采用工作，适时制定适合我国海洋工程实际的国家标准或行业标准；四是强化高端聚芳基酯纤维国产化攻关，降低对进口原材料的依赖，提升我国在全球系泊绳缆产业链中的自主可控能力和话语权。参考文献[1]ISO18692-4:2023,Fibreropesforoffshorestationkeeping—Part4:Polyarylate[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2023.[2]ISO18692-1:2017,Fibreropesforoffshorestationkeeping—Part1:Generalspecification[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2017.[3]ISO18692-2:2017,Fibreropesforoffshorestationkeeping—Part2:Polyester[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardiza