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QC Lab：終極強度檢測

來源：Black Diamond | 作者：himalaya | 發(fā)布時間：2018-06-05 | 1899 次瀏覽 | 分享到:

你是否曾經(jīng)疑惑過，當機械塞以傘狀方式張開放置到裂縫中的時候，它的強度到底有多大？或者是，打上繩結(jié)的扁帶強度是否受到影響？在今天的QC Lab里，KP和他的團隊，用他們最擅長的方式—破壞性檢測—為你答疑解惑！來看看我們從終極強度檢測中得到的數(shù)據(jù)和結(jié)論吧。

非常感謝為此次QC Lab 檢測出謀劃策的所有人員。有些點子很棒，有些點子很瘋狂，有些我們已經(jīng)實現(xiàn)，有些還未成型。這里，我們并不深入探索和研究專一的主題；我們只是采取快速簡單的做法，用破壞性方式檢測一些裝備，然后做出不涉及繁瑣細節(jié)的簡單探討。

我征募了我們的一名質(zhì)量工程師，以及工廠里的攝影巫師，一起花了好幾個小時時間，在我們值得信賴的拉力測試儀上，破壞裝備。

這里我們采取的是典型的“非科研”風格，我們的樣本數(shù)量 n=1，也就是說每個測試只有一個樣本數(shù)據(jù)。雖說我總是聲明這只是一種信息性質(zhì)的數(shù)據(jù)，僅供探討之用；但是總有很多數(shù)學家、科學家、工程師給我反饋說這個數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)計學相關(guān)性，因為樣本數(shù)量太少。

我懂。

如果他們想要對任一款攀登裝備做一個全面的科學研究，那可真的是太好了；采集的數(shù)據(jù)越多，就越可以為所有的新老攀登者提供更好的信息和指導。

關(guān)于檢測

圖片：Andy Earl

我們決定檢測一些最基本裝備：巖石塞，六角塞，機械塞，扁帶，以及保護環(huán)。我們探索一下它們的終極斷裂強度，看看它們從哪里斷裂，并研究一下為什么。

說到攀登裝備的終極斷裂強度，我們通?？紤]的是在野外的典型攀登情景下，加在裝備上的負荷；當然，我們也得記住，有時候荷載會超出典型情景的界限。Petzl的朋友剛剛就此議題發(fā)布了一篇短文，關(guān)于真實使用情形中的真正荷載問題，很值得一讀，也可以更好的了解關(guān)于攀登裝備所需強度的背景知識，這里是鏈接：

Forces At Work in a Real Fall（沖墜時的受力）

https://www.petzl.com/US/en/Sport/Forces-at-work-in-a-real-fall

巖石塞和六角塞

不同尺寸的巖石塞和六角塞，往往有不同的額定強度。這是因為它們使用的纜索直徑不同，以及塞頭的不同尺寸導致纜索或尖銳或柔和的彎曲弧度而造成的。有些人問巖石塞一般從哪里斷裂，于是我們拉斷了幾個便于比對。

我們使用了一個標準塞體夾具和六角固定器，形成完美的塞子放置位，然后在另一端扣上鐵鎖，模擬真實使用場景。

#1 巖石塞–額定強度–2kN

斷裂強度3.3kN–塞頭端纜索斷裂

非常細的纜索，在塞頭部位彎曲成細窄半徑，所以在這個位置斷裂毫不意外。這些超小塞子一般用于器械輔助攀登，它們不會承受超過2千牛的荷載。

#5 巖石塞–額定強度–6kN

斷裂強度8.3kN–塞頭端纜索斷裂

同樣的，此次實例中依然是塞頭端纜索斷裂。這個荷載強度，在實際操作中不太常見，但有可能出現(xiàn)。

#11 巖石塞–額定強度–10kN

斷裂強度11.2kN–鐵鎖端纜索斷裂

纜索直徑較粗，塞頭端彎曲弧度柔和，于是斷裂位置轉(zhuǎn)換到了鐵鎖端較為尖銳彎曲的部位。當然，依然是在超過額定強度的力度下，這個力度，在現(xiàn)實世界的真實攀登序列中也幾乎不可能出現(xiàn)。

#4 六角塞–額定強度10kN

斷裂強度11.4kN–鐵鎖端纜索斷裂

與上一個塞子情景類似。

#6 六角塞–額定強度10kN

斷裂強度11.9kN–鐵鎖端纜索斷裂

如今六角塞都配置了纜索，請注意，一個六角塞，如果與塞子配置同樣直徑的纜索，那么它也很可能會在同樣的荷載強度下斷裂。

#6 六角塞–采用 6mm 輔繩懸掛

斷裂強度7.4kN–塞頭端輔繩斷裂

我們的一位制造工程師，挖掘了自己的裝備庫，發(fā)現(xiàn)了一些老舊的六角塞，穿在里面的是輔繩。實際上，在我剛開始攀巖的那些日子，六角塞只有塞頭，沒有纜索，沒有輔繩，什么連接方式都不帶。你得自己穿6mm輔繩上去，打上雙漁人結(jié)。

為了對比強度，我們也按照老法兒實驗了一下，看看使用纜索的新派做法是否真的屬于明智之舉。當然，為了避免毀壞Taylor 的古董裝備，我們是從一個全新六角塞上割斷纜索，重新套上一根6mm輔繩。毫不奇怪，比使用纜索時強度小多了，輔繩最后被六角塞上的孔洞邊緣割斷了。

在六角塞上配置纜索，不僅讓它更為強韌，而且會更容易放置，具有更好的功能性，也更容易取出，因為纜索相對來說較為硬實。配置軟性輔繩的六角塞，像一根濕面條一般松散耷拉，很難操作。

機械塞

不同尺寸的機械塞有不同的額定強度。不同風格的機械塞，也會有不同的額定強度，并且會以不同的方式斷裂。絕大多數(shù)人沒見過以終極斷裂強度檢測機械塞（拉斷它們！），所以我們決定以不同的放置方式拉斷幾個給大家看。

心疼嗎？

破壞之王KP可不是浪得虛名，

他的工作間里有無數(shù)的裝備殘?。?/span>

#1 Camalot–額定強度14kN

–以50%收縮狀態(tài)檢測

斷裂強度15.5kN–大拇指環(huán)處纜索斷裂

一個非常漂亮的紅色機械塞，用教科書式的放置方式進入檢測。在通常的攀登情形下，我們幾乎不可能出現(xiàn)這個范圍的荷載，如果真的出現(xiàn)，可能有更大的麻煩在等著你了。

很多人疑惑，為什么我們在機械塞上配置了雙厚度的扁帶？讓我來告訴你。

其實我以前在

QC Lab: Reslinging Camalots and C3s

https://www.blackdiamondequipment.com/en_US/qc-labreslinging-camalots-and-c3s.html

這篇文章里闡釋過，

雙厚度的扁帶能均勻分配荷載，防止纜索緊縮掐擠，割斷扁帶。同時還可以防止纜索在承受沖墜時被扭曲，從而讓機械塞強度更大。

#1 超輕機械塞–額定強度 12kN

–以50%收縮狀態(tài)檢測

斷裂強度18kN–銷釘處纜索斷裂

超輕機械塞，斷裂的位置跟C4機械塞不同。超級強韌的Dynex 內(nèi)核，環(huán)繞塞頭處細窄半徑的銷釘，這里成為破壞性測試時最薄弱的地方。

#1 機械塞–額定強度 14kN

–以傘狀張開（被動方式）檢測，50%間距

斷裂強度15.2 kN–齒輪片損毀

在我超過25年的攀登生涯中，從來沒有以傘狀方式放置機械塞；如果有誰打算這么做，事實證明其強度是相當可觀的。在被動放置方式下，雙軸機械塞不僅強韌結(jié)實，同時還提供更大的齒輪片范圍。

#1 機械塞–額定強度 14kN

–以傘狀張開（被動方式）檢測，間距較窄

斷裂強度15.4kN–大拇指環(huán)處纜索斷裂

我們檢測了另一個機械塞，依然是被動方式放置，但間距較窄。其失效模式很典型：大拇指環(huán)處纜索斷裂。當然，如果你要以傘狀方式放置機械塞，間距越窄越好。

扁帶圈：鋼索 VS 尼龍 VS Dynex

從前，大家都是自己打結(jié)做扁帶圈。如今，機制扁帶圈更為常見，通常它們采用尼龍或者 Dyneema/Spectra/Dynex（其實這些都是同一種東西）制作。

現(xiàn)在我們以拉拔檢測方式，展示扁帶圈的終極斷裂強度；期間你可以看到不同材質(zhì)的不同延展性和它們是如何斷裂的；另外，我們也用了一個“鋼質(zhì)纜索圈”作為對比。我們使用12毫米銷釘，以避免檢測過程中出現(xiàn)鐵鎖斷裂的潛在可能性。

3/16”鋼纜，雙型鍛接頭–60cm

斷裂強度 27.1kN–鐵鎖端纜索斷裂

重量：154g

這個只是作為參考，以及進行強度和彈性的對比。

18mm 尼龍扁帶圈–機制

–60cm–額定強度–22kN

斷裂強度27.2 kN–銷釘處扁帶斷裂

重量：37g

尼龍扁帶圈比鋼纜的彈性好多了。

10mm Dynex 扁帶圈–機制

–60cm–額定強度 22kN

斷裂強度 27.4kN–銷釘處扁帶斷裂

重量：20g

人們說Dynex 跟鋼纜一樣結(jié)實。在此次檢測中，這個結(jié)論是正確的。這條60厘米的機制10毫米Dynex 扁帶圈，重量大約只有20克，斷裂強度卻超過了27千牛。作為比照，3/16”鋼纜的重量是154克，在差不多同樣的力度下—27千牛多一點—被拉斷；而60厘米機制18毫米扁帶圈重量是36克，斷裂強度也是27千牛多一點。

強度/重量比

拉伸量（荷載 VS 位移）

從曲線圖中可以看出，鋼纜直到在27千牛斷裂之前，沒有拉伸太多，也就1英寸多一點。Dynex 拉伸量是鋼纜的幾乎四倍，在同樣的荷載下斷裂。是的，Dynex 比鋼纜延展性好。然后再看看尼龍，它的拉伸量是Dynex 的兩倍，鋼纜的八倍，斷裂強度都差不多。

這就是為什么我們要根據(jù)使用目的來選擇最恰當?shù)难b備。

輕裝快進的項目，可以采用Dynex，你得甘愿承受系統(tǒng)中較高的荷載，因為Dynex 彈性緩沖沒那么好。如果對重量沒那么計較，如果你希望整個系統(tǒng)能更多吸收沖擊能量，那么請選擇更具彈性的裝備。

扁帶圈：有問題的扁帶圈

18mm 尼龍扁帶圈，有個小洞–機制

–60cm–額定強度–22kN

斷裂強度19.4kN–孔洞處斷裂

這次的檢測很有趣，因為大大出乎我們的意料。這條扁帶是從我的辦公室翻出來的，沒人知道它的來歷，干什么的，或者使用歷史之類的。在把它放進拉力測試儀的時候，我們發(fā)現(xiàn)上面有個很小的，但肉眼可見的小孔，直徑大概1毫米吧。我們覺得這沒什么，尼龍的彈性很好嘛，它應(yīng)該能支撐到額定的22千牛吧。所以，當它在19千牛爆裂，并伴隨砰的一聲巨響，甚至嚇到了旁邊的人群時，我們真的有點驚訝。

額外的收獲：

1. 絕不要盲目相信從KP辦公室拿到的任何東西。

2. 檢查裝備是個好習慣。

3. 即使是非常微小、看上去毫不可疑的問題，也會大大影響強度、耐久度等等。

4. 如果你在檢測之前發(fā)現(xiàn)不對勁的地方，那么一定先拍個照—我們就沒拍，太倒霉了。

18mm 尼龍扁帶圈–我們專門戳了個洞–機制

–額定強度–22kN

斷裂強度16.7 kN–孔洞處斷裂

基于前面的檢測，我們試圖重現(xiàn)一次，于是在一條扁帶上戳了個洞。這個洞要稍微大一點，而且有點爛稀稀的。這一次，毫不意外的，它沒有達到額定強度就斷裂了。

??再次重申：使用之前請檢視你的裝備。如果有任何疑慮，最好淘汰更換。

扁帶圈：打結(jié)的扁帶圈

機制扁帶圈必須達到22千牛的強度，才能通過CE 標準的認證。不過有些人依然喜歡購買扁帶，自行打結(jié)制作扁帶圈。而另一些時候，身處野外，你不得不割斷扁帶圈，以便圍繞樹木或石頭制作保護點。所以，我們也檢測了一些打結(jié)的扁帶圈的強度。

18mm 尼龍扁帶圈–割斷后用水結(jié)連接

斷裂強度20.1kN –繩結(jié)處斷裂

不出意料，它比機制扁帶圈的斷裂強度小，在繩結(jié)處斷裂也很正常。絕大部分情況下，繩結(jié)是最薄弱的環(huán)節(jié)。

10mm Dynex - 水結(jié)

7.7kN時出現(xiàn)滑動

這就是為什么不建議大家購買 Dynex/Dyneema/Spectra 扁帶自行打結(jié)的原因。這種材質(zhì)非?；?，繩結(jié)很難固定卡緊。

??提醒：不要采用自行打結(jié)的方式制作 Dynex 扁帶圈！

10mm Dynex - 水結(jié)

7.8kN時出現(xiàn)滑動

為了確認一下，我們使用了另外一條樣本，打結(jié)檢測。結(jié)論相同：不要采用自行打結(jié)的方式制作Dynex 扁帶圈！

隨意的一條扁帶 - 水結(jié)

斷裂強度13.9kN

其實各種像扁帶一樣的東西很多，有時候是否“強韌結(jié)實”并不那么明顯。

我又一次從辦公室的地板上撿了一條扁帶。我不知道它從哪里來，或者說以前做什么用的，可能是背包束帶，或者滑雪褲的腰帶，或者什么什么的。我們打了個水結(jié)，它承受的荷載大約14千牛。還不錯，但比18毫米尼龍打結(jié)制作的扁帶圈和機制扁帶圈差得遠。

??提醒：不要盲目相信任何“看上去”像攀登扁帶的東西。

保護環(huán)

安全帶上的保護環(huán)非常結(jié)實。很久以前我們做過關(guān)于保護環(huán)的檢測

QC Lab: Strength of Worn Belay Loops。

https://www.blackdiamondequipment.com/en_US/experience-story?q=qc%20lab%20belay%20loops&format=landing&cid=qc-lab-strength-of-worn-belay-loops

隨著CE 對安全帶標準的完善，不再有專門針對保護環(huán)的檢測。在檢測過程中，保護環(huán)是整個安全帶系統(tǒng)的一部分，必須能承受15千牛的荷載。

絕大部分Black Diamond 的安全帶，在保護環(huán)上有一層保護性扁帶，保護里層的套結(jié)加固縫線免于磨損；所以，在對保護環(huán)進行破壞性測試的時候，其實是保護層首先剝離。

這個情形看上去真的很酷！于是我們拉斷了幾個保護環(huán)。

保護環(huán)–額定強度–15kN

樣本1–斷裂強度22.9kN–套結(jié)加固線處斷裂

樣本 2–斷裂強度21.9kN–套結(jié)加固線處斷裂

保護性覆蓋層首先噼啪開裂，在較低荷載下砰地斷裂，但整個保護環(huán)的終極斷裂強度，遠遠超過實地典型使用所需的強度。

主要收獲

小號巖石塞沒有大號巖石塞結(jié)實，纜索會斷裂。
不要在六角塞上穿輔繩使用，這樣很難放置，而且輔繩在較低荷載下就會被割斷。
C4機械塞會在大拇指環(huán)處斷裂，雙厚度扁帶可以有效防止被纜索割斷。
超輕機械塞會在塞頭附近的鉚釘處斷裂。
雙軸機械塞，以傘狀方式放置式依然很強韌。
Dynex 真的像鋼索一般結(jié)實。
尼龍的彈性比Dynex 好。
小洞、小破損也會嚴重削弱扁帶強度。請留意檢視裝備。
打結(jié)的尼龍扁帶圈可以使用。
不要用Dynex 材質(zhì)打結(jié)制作扁帶圈，它會在較低荷載下開始滑動。
即使一條帶子“看上去”很像結(jié)實的扁帶，事實可能并不如此。
保護環(huán)非常結(jié)實。
不要相信從KP 辦公室拿到的任何東西。

祝各位安全攀登！

關(guān)于Kolin Powick（KP）

KolinPowick（KP）是來自加拿大卡爾加里的機械工程師。他在工程領(lǐng)域有著近20年的經(jīng)驗，2002年出任Black Diamond 的全球質(zhì)量總監(jiān)。Kolin 負責監(jiān)督所有對Black Diamond 裝備進行的檢測，包括從原型試制階段到一直持續(xù)的最終產(chǎn)品隨機抽樣測試。如果你有什么技術(shù)問題想請教KP，發(fā)郵件至：askkp@bdel.com，他會盡量回復。

出鏡裝備