KEVLAR, DYNEEMA, SPECTRA
Na początek małe wyjaśnienie, czym jest kevlar, dyneema i spectra (często spotyka się również nazwę dynema, która nie jest poprawna). Kevlar (inaczej aromatyczne włókna poliamidowe – ogólnie zwane włóknami aramidowymi) jest nazwą zastrzeżoną przez firmę Du Pont. Istnieją również nazwy handlowe tego typu włókien takie jak: Tehnora, Twaron produkowane przez inne firmy. Są pewne różnice w parametrach tych włókien, ale jeśli chodzi o szczegóły to więcej można znaleźć w dziale poświęconym włóknom. Może dodam tylko, że obecnie produkuje się, co najmniej kilkanaście odmian kevlaru, który w zależności od przeznaczenia może mieć bardzo różne parametry.
Dyneema jest to włókno będące „odmianą” polietylenu. Dyneema i Spectra to właściwie to samo tylko produkowane przez dwie różne firmy. Jeśli chodzi o ten typ włókien, to tutaj ilość występujących odmian jest znacznie mniejsza. Na rynku dostępne są trzy lub cztery typy włókna, w zasadzie różniące się tylko wytrzymałością.
Już z tej pobieżnej charakterystyki można się przekonać, że kevlar i dyneema to dwa różne włókna znacznie odbiegające od siebie pod względem budowy chemicznej. Odmienna budowa chemiczna oczywiście ma bezpośredni wpływ na różne właściwości mechaniczne i chemiczne. Zanim wymienię istotniejsze różnice na początekwspólne cechy dla obydwu włókien, dzięki którym są tak znane i cenione w wielu zastosowaniach – bardzo duża wytrzymałość i małe wydłużenie przy zerwaniu. Włókno kevlarowe jest blisko trzykrotnie wytrzymalsze od poliamidowego czy poliestrowego, a wytrzymałość dyneemy jest prawie dwukrotnie większa od kevlaru. W tym momencie kończą się cechy wspólne obydwu włókien.
Co do różnic jest ich sporo i w sposób znaczący wpływają na możliwość użycia danego włókna w konkretnych zastosowaniach.
Jeśli chodzi o odporność na warunki atmosferyczne to kevlar jest włóknem bardzo podatnym na promieniowanie UV. Linka wykonana z kevlaru po 3-4 miesiącach działanie słońca, traci około 50-60% ze swojej pierwotnej wytrzymałości. Z tego względu wszystkie liny kevlarowe (z wyjątkiem specjalistycznych) są oplatane innym włóknem, stosunkowo mało wrażliwym na działanie słońca. Najczęściej stosowaną konstrukcją w linach kevlarowych jest oplot wykonany z włókien poliestrowych oraz rdzeń kevlarowy w formie plecionej (rzadziej kręconej). Takie rozwiązanie zapewnia maksymalną ochronę nie tylko przed UV, ale również przed przecieraniem wrażliwych włókien aramidowych. Używanie lin z czystego kevlaru (bez zabezpieczającego oplotu) jest bardzo kosztowne i nie praktyczne. Z powyższych względów, tak jak wcześniej wspomniałem najlepiej sprawdza się konstrukcja w której włókna kevlarowe stanowią tylko rdzeń liny.
Inną niekorzystną cechą włókien aramidowych jest mała odporność na załamania. Z tego względu należy unikać stosowania węzłów na linach kevlarowych. Średnio można przyjąć, że węzeł może zmniejszyć wytrzymałość takiej liny nawet o 60%. Średnica bloczka używanego dla lin aramidowych powinna być znaczne większa niż dla lin poliamidowych czy poliestrowych.
Teraz koniec z narzekaniem i przechodzimy do samych zalet. Po pierwsze wysoka odporność na temperaturę na tym polu włókna aramidowe ustępują miejsca tylko włóknom mineralnym. Lina kevlarowa może być używana bez wyraźnego spadku wytrzymałości w temperaturze 180C. Natomiast temperatura rozpadu dla tego włókna wynosi ok. 400C. Dzięki tym właściwościom kevlar znalazł także zastosowanie w specjalistycznych ubraniach jako materiał zabezpieczający przed wysokimi temperaturami. Wracając jednak do lin, włókna aramidowe oprócz zapewnienia wysokiej wytrzymałości gwarantują bardzo małe wydłużenie. Średnio można przyjąć, że liny kevlarowe posiadają wydłużenie przy zerwaniu rzędu 4-6%, dla poliamidu może to być nawet 30-40%. Następną zaletą lin kevlarowych jest ich niewielkie pełzanie (bardzo małe wydłużenie podczas długiego działanie sił). Ten parametr gwarantuje, że naprężona lina podtrzymująca ciężar nie będzie luzować z biegiem czasu. Ze względu na tą cechę liny kevlarowe często zastępują liny stalowe w różnego rodzaju odciągach. Ogólnie można przyjąć, że zachowanie lin kevlarowych jest podobne do stalówek, małe wydłużenie prawie zerowa absorpcja sił dynamicznych. Z tego też względu pomimo rewelacyjnych wytrzymałości absolutnie nie nadają się do zastosowań alpinistycznych jako liny dynamiczne lub półstatyczne, odpadnięcie na linie kevlarowej można porównać do odpadnięcia na stalówce.
Teraz przyjrzyjmy się bliżej linom z dyneemy. Liny z tego włókna są dużą konkurencjom dla lin kevlarowych, a w niektórych zastosowaniach znacznie je przewyższają, ale są dziedziny, w których należy uznać wyższość kevlaru. Na początku krótko o różnicach. Z tego co pamiętam można wymienić kilka. Liny z dyneemy są mało odporne na wysokie temperatury (temperatura topnienia w granicach 130C), tutaj ich parametry są zbliżone do polietylenu – żadna rewelacja. Te niedostatki nadrabiają niesamowitą wytrzymałością, lekkością (pływają na wodzie) oraz względnie dobrą odpornością na warunki atmosferyczne w tym na UV. Pomimo prawie dwukrotnie większej wytrzymałości niż liny kevlarowe charakteryzują się dość dużym pełzaniem dlatego nie jest wskazane poddawanie ich długotrwałym obciążeniom– w skrajnych przypadkach może dojść do zerwania liny, którą obciążono tylko 40-50% jej siły zrywającej. Liny z dyneemy czy spectry bardzo często posiadają konstrukcję zbliżoną do lin kevlarowych – oplot poliestrowy rdzeń z dyneemy. Ma to służyć nie tyle ochronie przed UV tak jak to miało miejsce w przypadku lin kevlarowych, ale ochronie najistotniejszego elementu liny (w tym wypadku rdzenia, który przenosi wszystkie obciążenia) przed zbyt szybkim przetarciem bądź innym uszkodzeniem mechanicznym. Tak jak w przypadku lin kevlarowych, liny ze spectry czy dyneemy, ze względu na znikome pochłanianie energii nie nadają się do zastosowań alpinistycznych.
Myślę, że po przeczytaniu tych paru zdań na temat lin z kevlaru i dyneemy, każdy będzie mógł sobie odpowiedzieć czy do jego zastosowań bardziej będzie przydatny pierwszy czy drugi typ lin.
Na koniec zostawiłem kilka wykresów pokazujących różnicę pomiędzy kevlarem dyneemą i innymi włóknami.
Na rysunku przedstawiono w dość nietypowy sposób wytrzymałość poszczególnych włókien. Posłużono się tutaj parametrem, który dawniej używano do określania wytrzymałość – samozryw. Samozryw wyraża teoretyczną długość włókna w kilometrach, przy której następuje zerwanie włókna pod wpływem własnego ciężaru. Samozryw oblicza się według następującego wzoru, S=q/y gdzie:
S – somozryw [km]
Q – naprężenie zrywające [kg/mm2]
Y – ciężar właściwy [g/cm3]
W uzupełnieniu można podać wartość samozrywu dla włókien naturalnych, i tak dla bawełny wynosi on 35 km i wełny 13 km.
Na następnym rysunku można zobaczyć jak te dysproporcję w wytrzymałości wpływają na właściwości liny. Tutaj nie powinna nikogo dziwić stosunkowo małą różnica w wytrzymałości lin z kevlaru i dyneemy.dla lin o tych samych średnicach.
Znaczne rozbieżności w wytrzymałości, jakie były widoczne na rysunku 1, są niwelowane z powodu stosunkowo dużej gęstość kevlaru (1,45 g/cm3) w porównaniu z dyneemą (0,96 g/cm3), nie wspominając o linach stalowych. Inaczej mówiąc lina (o tej samej średnicy) z materiału o większej gęstości, ale mniejszej wytrzymałości zbliża się pod względem wytrzymałości do liny z materiału o znacznie większej wytrzymałości lecz o mniejszej gęstości. Oczywiście to wyrównywanie się wytrzymałości jest okupione znacznym wzrostem ciężaru liny..
Wystarczy zmienić kryterium względem, którego rozpatrujemy wytrzymałość liny, a wyniki ulegają diametralnej zmianie. Jeżeli chodzi o stosunek siły zrywającej do masy liny, to w takim zestawieniu liny z dyneemy pozostawiają konkurencję daleko z tyłu i to właśnie stanowi o ich wyższości w porównaniu z kevlarem i linami stalowymi.
Było trochę o wytrzymałości, teraz pora przyjrzeć się następnemu istotnemu parametrowi – wydłużeniu. Jak już wcześniej wspomniałem jest to następny plus jeśli chodzi o dyneeme czy kevlar. Linę poliestrowa przedstawiona na wykresie dopiero zerwie się przy wydłużeniu około 20%, pozostałe liny już przy wydłużeniu 2%.
Następny wykres przedstawia odporność poszczególnych włókien na przetarcie, oraz zdolność do zachowania elastyczności po kolejnych cyklach (można to potraktować jako miarę wytrzymałości zmęczeniowej).
Jeszcze raz potwierdza się, że liny kevlarowe najlepiej sprawdzają się tam gdzie działa stałe obciążenie, wszelkie mocne szarpnięcia, naprzemienne luzowanie i naprężenie może znacznie osłabić linę.
Na koniec zostawiłem wykres, który powinien każdego przekonać co do zasadności stosowania oplotu, szczególnie w przypadku lin kevlarowych. Jak widać z powyższego wykresu dyneeme również warto chronić przed światłem.
Jeżeli macie taką możliwość to warto kupić liny, w których rdzeń aramidowy czy z dyneemy jest chroniony oplotem poliestrowym. Taka konstrukcja znacznie wydłuży okres używania w cale nie najtańszych lin.
(źródło: http://www.linyhobby.liny.cba.pl/Kevlar_Dyneema.html)