Материалы для вёсел

Оригинал: www.paddles.com/library/matl0.html

Предисловие

Лучшим веслом будет самое лёгкое из вёсел, обладающих нужными вам ценой и прочностью. Как правило, чем легче весло, тем оно дороже. Потому что обычно более лёгкие материалы дороже и сложнее в производстве. Остальная статья посвящена этим вопросам.

Запомните, вы покупаете весло, а не материал. Выбирайте весло для вас и ваших целей, а не материал, потому что он "новый" и "крутой" и всё такое. Может оказаться, что не всякий материал подходит для ваших целей и может быстро выйти из строя несмотря на "крутость".

Содержание

1. Армирование ткани
   E-Glass | S-Glass | Kevlar (TM) | Graphite
   Spectra (TM) | Vectran (TM) | Polyester
2. Плетение ткани и смешаное плетение.
3. Смолы.
4. Другие материалы используемые в производстве вёсел
   Дерево | ABS and Other Plastics | Алюминий | Титан

Введение

Вёсла изготавливали из множества разных материалов и на сегодняшний день количество доступных материалов больше чем когда бы то ни было. Изначально использовались ткани растительного и животного происхождения, в оснвном дерево, и, конечно, жилы, чтобы связать деревянные части. Неизвестно, были ли каменные вёсла, но ведь легко могли быть образцы металлических весёл, произведённых в бронзовом или железном веке, которые просто потонули? Может быть восстания на галлерах подавляли выбрасывая такие вёсла (вместе с прикованными к ним рабами) за борт.

Затем пришёл век индустрии композитов с их пластиком и прочими усилениями. Производители до сих пор используют все три категории материалов в вёслах. Иногда даже комбинации всех из них - дерево, металл и композит - в одном весле. Безусловно, технологический уровень обработки материалов значительно возрос.

Композитный материал это сочетание двух или более разных материалов, такое, что результат получается лучше, чем исходные материалы по отдельности. Настоящяя стеклоткань/стекловолокно("fiberglass") это на самом деле стекло, вытянутое в очень тонкие волосообразные волокна. Отдельные волокна соединяются в нити и, затем, из нитей плетётся ткань. А то, что большинство людей зовёт стеклотканью, на самом деле - композит из двух компонент - собственно стеклоткань и смола, которая её пропитывает, в результате чего рассыпчатая ткань держит форму.

Усиленные материалы используемые в вёслах.

Стеклоткань типа "E" (E-Glass)

Как было упомянуто во введении, стеклоткань это стекло, вытянутое в тонкие волокна, из которых плетётся собственно ткань. Для производства волокон используется несколько видов стекла с различными химическими формулами, каждый со своими преимуществами. Обычное стекло, используемое в окнах и бутылках, в это множество не входит. Формулы стекла для стеклоткани были разработаны для улучшения прочности и прочих механических свойств.

Стеклоткань типа "E" первенствовала среди композитов с конца 40-х годов 20-го века. Её химическая формула, была результатом первых исследований в области изделий и стекловолокон. Изначально эта формула разрабатывалась как диэлектрик для использования в Электропромышленности (тип "Е" от слова "Electrical"-Электрический). Потом оказалось, что и её механическая прочность тоже очень хорошая.

Стеклоткань типа "E" относительно дёшева, проста в производстве и достаточно прочна для некритичных узлов, поэтому она до сих пор производится для использования в качестве структурного усиления. Причём в таких объёмах, что порой для усиления используется больше стеклоткани типа "E" чем всех остальных усиливающих тканей вместе взятых. Зачем отказываться от хорошей вещи! Она отлично подходит для больших лодок с относительно низкими требованиями к механической прочности. Также она хорошо работает в маленьких лодках и даже в вёслах, если условия использования не слишком жёсткие. Основной недостаток стеклоткани типа "E" это хрупкость, а основное достоинство - низкая цена.

Стеклоткань типа "C" (S-Glass)

Стеклоткань типа "C" использует другую химическую формулу стекла, повышая, в результате, прочность конструкции (буква "S" появляется отсюда - "Structural strength"). Изначально стеклоткань типа "C" была разработана "Ferro Corporation" (или для неё). Там формула называлась "S-1014". Затем компания, или разработавщее формулу подразделение было куплено "Reichhold Chemical" и производство "S-1014" было прекращено в начале 1980-х. До этого Owens Corning выпустил несколько более дешёвую и менее качественную версию стеклоткани и назвали её "S2-glass" (видимо по-русски будет стеклоткань типа "C2"). После завершения производства исходного волокна, "С2" стали называт более красивым названием "S-Glass".

Основные преимущества "С" перед "Е" это несколько более высокая прочность и жёсткость на еденицу веса, а также для того чтобы его сломать его нужно деформировать сильнее. Основной недостаток это бОльшая цена и, соответственно, меньшая доступность чем у типа "Е". Некоторые новые варианты стеклоткани типа "С" имеют модификации поверхности для лучшей смачиваемости смолой. Один из методов называется "direct sizing", но пока (на 1996 год) эти методы всё ещё на стадии тестирования.

Кевлар (Kevlar) (TM)

Кевлар - это собственное имя для пластмассы из класса арамидов, часто используемого в виде плетёных тканей, как и стекловолокно. Он был разработан "DuPont" и использовался для усиления автошин. От людей, которые давно работают с композитами можно слышать названия "PRD" или "Волокно "Б" - так волокно называлось на стадии исследований. Эксклюзивный патент "DuPont"а на формулу уже истёк и теперь существует несколько конкурирующих продуктов.

Кевлар хорош для некоторых конструкций, таких как самолёты и лодки. Но, к сожалению, оказалось, что для вёсел (что для лопастей, что для трубок) он не так хорош как ожидалось. Основное преимущество кевлара это вес, в два раза меньший чем у стеклоткани и хороший предел прочности на разрыв. Однако прочность при сжатии низка, а очень большой процент нагрузог на весло по своей природе компрессионные. Если вы ударите краем лопасти о камень то возникшее напряжение будет почти полностью компрессионным. Это разружит кевларовую лопасть. Также, сгибание шафта или лопасти ведёт к тому, что одна часть шафта тянется (кевлар хорошо справляется с этим), но другая сжимается (а это плохо).

Некоторые вёсла, например, многие вёсла для гладкой воды, в основном используются "в одну сторону". То есть для гребли только вперёд. Обратных и управляющих гребков очень мало, поэтому нагрузка на лопасть и шафт всегда прилагается в одних и тех же местах и в одном и том же направлении. При разумном использовании кевлара такие вёсла только выиграют. Однако вёсла для бурной воды или морских путешествий используются так, что нагрузка прилагается в разных направлениях. Например для прямых и обратных гребков, для низких и высоких опор. Это значит, что Кевлар в таком весле когда-нибудь окажется не в том месте независимо от того, где он расположен. Кевлар, оптимально расположенный для прямог гребка и высокой опоры, находится в неправильном месте для обратной гребли и низкой опоры. Он может быть использован (и используется) в вёслах, но необходим очень осторожный дизайн с использование очень тонких слоёв.

Другой недостаток кевлара это дороговизна и сложности использования в производстве. К кевлару, как и к большинству основанных на пластмассе синтетических материалов, плохо липнет смола. Некоторые смолы лучше, чем другие, но ни одна не подходит идеально, или даже просто хорошо. Несмотря на недостатки кевлар используется в вёслах для улучшения продукта, но в очень ограниченных количествах и только в отдельных местах. Он лучше работает в вёслах для морских каяков, так как там меньше нагрузки, чем в вёслах для бурной воды.

Уголь (Graphite) (Углеволокно, Карбон))

Карбон - замечательный материал для лодок и вёсел. Он дорог, но цена значительно упала в последние годы и теперь материал действительно стоит этих денег. С его использованием можно сделать невероятно лёгкие вёсла. Карбоновые волокна не очень легки сами по себе, но они настолько жёсткие (с разумной прочностью на разрыв и на сжатие), что из них можно построить очень лёгкие и удобные конструкции.

Уголь очень жёсток, но хрупок, если не использовать его в сочетании с другим материалом как, например, стеклоткань типа "С". В отличие от алмаза, этот вид карбона мягок и материал не так хорошо выдерживает трение, этим занимается стеклоткань. В таблицах механических свойств указано, что карбон имеет хорошую компрессионную прочность, но тесты этого не показывают. Низкая стойкость к ударам это основная часть этой проблемы. Аккуратный послойный дизайн и разумное использование стеклоткани делают чудеса в отношении прочности и износоустойчивости лопасти. Смола липнет к карбону хуже чем к стеклоткани.

Spectra (TM)

Spectra - чудесный материал "Allied Signal Corporation". Это "супер" полиэтилен, основной материал, из которого сделаны морские и бурноводные каяки (и горшки!). Как и другие усиливающие материалы основная форма использования - плетёная ткань. Характеристики похожи на кевлар - высокая прочность на разрыв, низкая на сжатия, и он даже легче кевлара. Он чень дорог и тяжёл в обработке. Как и кевлар он лучше подходит для производства гоночных лодок, чем вёсел.

Vectran (TM)

Vectran - название другого нового материала из волокон производимого "Hoechst Celanese". Он, кажется, довольно крут и большинство механических характеристик очень хороши. Он дорог и нов, поэтому ещё неизвестно, насколько он хорош для вёсел. Первичное тестирование показало, что он очень стоек к трению и его показатели прочности приемлемы.

Полиэстер (Polyester) (Диолен)

Полиэстер, также как нейлон, полипроилен и аналогичные пластмассы редко используются в вёслах. Но, однако, в небольшом количестве они используются. Смола плохо липнет к ним, и в этом отношении полиэстер лучше всех. Diolen (TM) и Dacron (TM) - плетёные материала, а Mylar (TM) - цельный. Всё это материалы основанные на полиэстере.

С давних пор для замены в стеклянных(фибергласовых) каяках для бурной воды используют нечто под названием "ХАП"("CAP") (Химически Активированный Полиэстер (Chemically Activated Polyester)). Это плетёная ткань из полиэстера с улучшенной поверхностью для лучшей смачиваемости смолой. Это что-то вроде кевлара "для бедных".

Плетение ткани

Прежде чем продолжить, следует представить различные плетения, используемые производителями материалов. Как и ткани для одежды, усиленные ткани имеют множество различных видов плетения. Конечно, некоторые виды лучше других в определённых ситуациях.
Прочность композитного материала в основном зависит от:

• тип усиливающего материала
• количество усиления на еденицу объёма
• типа цементирующего материала, который удерживает плетение и слои

Смола это только связывающий материал нужный для того, чтобы ткань удерживала необходимую форму, и к прочности результата имеет минимальное отношение. В пределе, лучше максимум усиления на минимум смолы. Тугие, более компактные плетения позволяют использовать меньше резины и обеспечить большее усиление на еденицу объёма, и поэтому они, в целом, прочнее, чем рыхлые виды плетения. Однако они дороже и труднее в производстве. Хорошие смолы следует использовать с хорошими тканями во избежание проблем.

Смешанное плетение ткани

Часто в лодках и вёслах используются смешаные плетения. Такая ткань плетётся из обычно двух различных материалов, таким образом, чтобы, по возможности, чтобы хорошие характеристики одного материала дополняли плохие характеристики другого материала. Вероятно кевлар и карбон это наиболее часто встречающаяся комбинация. Также используются стекло/карбон, стекло/кевлар, стекло/полиэстер(например диолен). Детали из карбон-кевлара хорошо дополняют друг друга и некоторые способы плетения могут дать потрясающий внешний вид.

Смолы для вёсел

Эпоксидная, полиэфирная и виниловая смолы - основные кирпичики в изготовлении лодок и снаряжения из композитных материалов. Эпоксидные смолы считаются лучшими, но в некоторых случаях имеют противопоказания. Большинство действительно хороших из них дороги, токсичны и трудны в использовании. Полиэфирные гораздо проще и дешевле. Механическая прочность большинства полиэфирных смол значительно ниже эпоксидных.

Виниловые эфиры это по сути полиэфиры с виниловой составляющей в конце молекулярной цепочки. Виниловая составляющая значительно увеличивает прочность, износостойкость и связывающие свойства базового материала. Они повышают многие прочностные характеристики до уровня или даже выше уровня эпоксидов. Цена выше полиэфиров, но разумная, и применимость очень хорошая.

Другие материалы для вёсел

Дерево

Дерево - отличный материал. Оно использовалось дольше чем всё остальное вместе взятое и общее количество производимых вёсел из него всегда было больше. Большинство деревянных вёсел очень недороги и нацелены на оздоровительные задачи, но некоторые из самых дорогих вёсел также сделаны из дерева. Деревянные вёсла могут шикарно выглядеть и с хорошими экземплярами возникает ощущение, что весло у вас в руках почти живое. Материал легко обрабатывается и легко чинится. Однако, если вам нужна прочность и износоустойчивость, дерево тяжело. Сотворение хорошего весла - сложный и дорогой процесс - как форма искусства. Также необходимо бережное содержание. Большинство "деревянных" веслоделателей покрывают результат стеклотканью, чтобы защитть и усилить конечный продукт.

ABS и другие "неусиленные" пластмассы

АБС это общий термин для термопласта, основанного на стироле. Royalex (TM) (используемый в открытых каноэ) и Cycolac (TM) (используемый в футбольных(амер.) шлемах) это имена собственные для обычноого АБС. Другие такие пластмассы это полиэтилен и полипропилен.

Эти и другие полученные методом литья пластмассы недороги и могут быть очень стойкими. Большинство вёсел из этих материалов довольно тяжелы и не обладают большой прочностью на единицу веса, если не усилены какой-нибудь плетёной тканью. Сейчас так делают, но общий вес весла не снижается. Полимер обычно используется для лопасти, которая прикрепляется к алюминевому или стеклопластиковому шафту. Такие вёсла - хороши в качестве недорогих запасных или в случаях сдачи в прокат, когда клиент слишком деструктивен по отношению к снаряжению.:)

Алюминий

Алюминий - один из относительно новых чудесных металлов. В больших количествах недорогой алюминий появился в результате авиационных разработок времён Второй Мировой Войны. Из-за малого веса, большой прочности и стойкости к ржавчине он хорошо используется в лодках и принадлежностях. Однако применение металлов в вёслах имеет как достоинства так и недостатки. Различные образцы несколько отличаются характеристиками и ощущения от использования некоторых шафтов одного типа превосходны. Металлические шафты также могут быть лекго изогнуты различными способами для увеличения эффиктивности в определённых стилях гребли. Металлы греются на солнце и сильно охлаждаются в плохую погоду(или в холодной воде). Однако их можно обернуть пеной, если получится. Металлы бывают с раковинами, довольно жёстки, но и тяжелы в сравнении с многими другими материалами на еденицу веса (при тех же свойствах).

Кроме использования в шафтах, алюминий очень часто используется в вёслах для защиты краёв лопастей. Его либо оборачивают вокруг края лопасти и крепят на заклёпках, либо вставляют в качестве слоя при клейке лопасти. Также бывают деревянные лопасти с алюминием вклееным в желобок на краю лопасти.

Алюминий "цеплюч" за камни, им хорошо отталкиваться от них. К сожалению "обёрточный" вариант защиты алюминием цепляет камни при обычной гребле, поэтому встраивание его в качестве слоя намного лучше. Большая проблема с алюминием заключается в том, что он плохо сочетается с композитами. Когда к краю весла прилагается чрезмерная нагрузка он деформируется, нарушая контакт с окружающим материалом. Повторные деформации в других местах могут привести к тому, что наконечник вывалится из лопасти и весло вскоре самоуничтожится. Заклёпки по всей лопасти позволяют несколько продлить жизнь, но это не панацея.

Дерево и пластмасса имеют "память формы" и если их согнуть, то они попытаются вернуть исходную форму после снятия напряжения. Когда же прилагается сила за пределами упругости металла (как правило очень ограниченного), он изгинается и остаётся изогнутым, делая всё весло гнутым. Производительность лопасти в воде от таких деформаций падает. Чтобы это исправить, надо постучать по сломанному месту камнем или молотком(если он у вас в лодке есть). Весло не будет хорошо работать и выглядеть, особенно до обработки камнем. Возвращая форму таким образом, мы несколько улучшаем производительность, но повреждаем структуру материала. Можно решить проблему путём "переработки структуры", делая её достаточно массивной, чтобы она не деформировалась, но это добавляет лишний вес на краях лопасти - месте где он меньше всего нужен.

Алюминий недорог и доволно крепок, но как и дерево чересчур тяжёл, если нужна достаточная крепость. Также он бывает с раковинами и ваши руки почернеют, если долго держать его в руках (анодирование шафта исправит это). Несмотря на недостатки алюминий - довольно хороший материал и много достойных вёсел сделано с его использованием.

Титан

Титан - чудо космического века. Некоторые гонщики и навороченые отдыхальщики любят шафты с ним. Вокруг этого металла много шума. Его лучшие характеристики это сопротивление коррозии и высокая температура плавления. Оба хороши для ракет, но совершенно бесполезны для вёсел. Титан очень прочен и износостоек, но весит почти в два раза больше алюминия. Как и уголь, он прочен настолько, что не так много металла нужно для производства шафта. Достаточно прочные шафты весят столько же, сколько из стеклопластика, однако гораздо тяжелее угольных. Большинство негативных характеристик алюминия и других металлов также относятся и к титану.

Шафты из титана довольно жёсткие и, кажется, очень износостойкие. Они могут быть блестящего или матового серебристого цвета, поверхность может быть анодирована для большего разнообразия цветов. Металл сейчас очень дорог, но цены падают и через несколько лет могут достичь приемлемой отметки. Странно почему он так дорог, так как титан это один из самых распространённых элементов на земле. Возможно это из-за того, что его сложно добывать и обрабатывать.

Сказанное выше вовсе не означает, что титан совсем не подходит для вёсел. Разговоры с несколькими фанатами титана убеждают, что можно сделать шафт по весу как стеклопластиковый, а по прочности значительно лучший. Шафт будет жёстче, однако лопасти будут также изнашиваться. Цена титана будет ограничивать производство вёсел с его содержанием до тех пор, пока цена на материал не упадёт. или гребцы не осознают каких-то выдающихся преимуществ титана, за которые не жалко таких денег. Возможно это произойдёт раньше, чем ожидается.

All contents Copyright (C) 1996 by Hank Hays, all rights reserved.
Скопировано правильно, by Pooh