Wprowadzenie
Kevlar jest uznawany za jedno z najmocniejszych włókien stosowanych w konstrukcji lin. Co jednak dzieje się, gdy konstrukcja rdzenia decyduje o różnicy między wysoką a zaskakująco niską wytrzymałością? Ten 3mm sznurek Kevlar z neonowo żółtym oplotem poliestrowym wykorzystuje konstrukcję rdzeń-oplot, która różni się od większości innych sznurków Kevlar — a wyniki są znaczące.
Jaka jest wytrzymałość na zerwanie tego 3mm sznurka Kevlar z neonowo żółtym oplotem poliestrowym? W testach sznurek zrywał się przy średniej wartości 1,59 kN (162 kg), z najwyższym pomiarem 1,64 kN i najniższym 1,56 kN, w 5 próbach.
Podsumowanie
Ten 3mm sznurek Kevlar z neonowo żółtym oplotem poliestrowym zrywa się przy średniej wartości 1,59 kN (162 kg). Jest to znacznie niżej niż w przypadku innych wariantów Kevlar o średnicy 3mm.
Przyczyna leży w konstrukcji rdzenia — luźnych włóknach bez skrętek ani plecionki — lub w ilości użytego Kevlaru.
Wymaga to dalszego zbadania.
Odpowiedni do lekkich zastosowań, w których ważna jest mała masa i odporność na ciepło, lecz nie do zastosowań wymagających maksymalnej wytrzymałości na rozciąganie.
Jaki to rodzaj liny?
Ten sznurek ma konstrukcję rdzeń-oplot z rdzeniem z włókien Kevlar (aramidowych) i oplotem poliestrowym. Oplot jest neonowo żółty, dzięki czemu sznurek jest dobrze widoczny w terenie.
Rdzeń składa się z luźnych, skręcanych włókien Kevlar biegnących w tym samym kierunku — nie ma oddzielnych skrętek, a włókna nie są plecione ani skręcane wokół osi centralnej.
Kevlar (aramid) charakteryzuje się z natury wysoką wytrzymałością na rozciąganie, małym wydłużeniem przy zerwaniu i dobrą odpornością na ciepło. Oplot poliestrowy chroni wrażliwy rdzeń Kevlar przed promieniowaniem UV, pod wpływem którego Kevlar szybko degraduje, gdy pozostaje niechroniony. Bez ochronnego oplotu aramid traci znaczną wytrzymałość przy długotrwałej ekspozycji na promieniowanie UV.
Typowe zastosowania tego rodzaju sznurka obejmują: lekkie mocowanie, wędkarstwo, modelarstwo, zastosowania dekoracyjne lub techniczne, w których istotna jest odporność na ciepło lub odporność na przecięcie, lecz obciążenie pozostaje ograniczone.
Metodologia testów
Testy przeprowadzono na uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej z uchwytami przeznaczonymi do lin, umożliwiającymi pomiar wytrzymałości liny bez konieczności wykonywania splotu.
Prędkość testu wynosiła 20 mm/s. Wykonano pięć powtórzeń na próbkach z tego samego sznurka. Wytrzymałość na zerwanie określono jako maksymalną siłę, jaką sznurek był w stanie wytrzymać przed zerwaniem. Nie stosowano wstępnego naprężenia ani wstępnego obciążenia.
Testy przeprowadzono możliwie jak najbliżej zasad normy ISO 2307, międzynarodowego standardu określania właściwości mechanicznych lin z włókien.
Wyniki testów
Średnia wytrzymałość na zerwanie z 5 testów wyniosła 1,59 kN (162 kg). Najwyższa zmierzona wartość to 1,64 kN, najniższa 1,56 kN. Rozrzut jest niewielki: 0,08 kN między najwyższym a najniższym pomiarem, co wskazuje na spójne wyniki w grupie testowej.
Podczas drugiego testu sznurek nie zerwał się całkowicie i nie nastąpiło drugie zerwanie — odstępstwo od pozostałych testów. W teście 5 drugi punkt zerwania był wyższy niż pierwszy, co jest rzadkością w przypadku materiałów linowych. Może to wskazywać na miejscowe skupienie wiązek włókien w rdzeniu, gdzie nie wszystkie włókna są jednocześnie obciążone.
Niska wartość bezwzględna jest godna uwagi: 1,59 kN dla 3mm sznurka Kevlar jest znacznie niżej niż to, czego ogólnie oczekuje się od włókien aramidowych. Dla porównywalnych sznurków 3mm średnia w bazie danych testów Prorope wynosi 3,64 kN. Ten sznurek osiąga zatem wynik o około 56% niższy od tej średniej.
Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest konstrukcja rdzenia. Rdzeń składa się z luźnych, skręcanych włókien bez skrętek. W rdzeniu plecionym lub skręcanym siły są rozłożone na wiele elementów.
W przypadku luźnych włókien biegnących w jednym kierunku nie ma wzajemnego mechanicznego sprzężenia, co oznacza, że włókna nie są obciążane jednocześnie i proporcjonalnie. Efektem jest niższa efektywna wytrzymałość na zerwanie, niż wynikałoby to z wytrzymałości surowego włókna.
Porównanie z innymi sznurkami 3mm
Poniższe porównanie pokazuje, jak ten sznurek wypada na tle innych wariantów 3mm testowanych przez Prorope:
- Kevlar pleciony 8-skrętkowy bez rdzenia: 5,85 kN
- Nylonowa pleciona bez rdzenia: 2,90 kN
- Kevlar rdzeń-oplot z 2 równolegle biegnącymi skręcanymi rdzeniami: 2,16 kN
- Ten sznurek (Kevlar rdzeń-oplot z luźnym skręcanym rdzeniem): 1,59 kN
Różnica w stosunku do 8-skrętkowego plecionego sznurka Kevlar jest szczególnie duża: 5,85 kN wobec 1,59 kN, czyli współczynnik 3,7. Nawet pleciona linka nylonowa bez rdzenia osiąga znacznie wyższą wytrzymałość — 2,90 kN.
Sznurek Kevlar rdzeń-oplot z dwoma równoległymi skręcanymi rdzeniami (2,16 kN) jest bliższy temu sznurkowi, jednak nadal przewyższa go o 36%. Konstrukcja rdzenia — skrętki, plecionka lub luźne włókna — ma zatem decydujący wpływ na ostateczną wytrzymałość na zerwanie.
Do jakich zastosowań ten sznurek nadaje się najlepiej?
Ten sznurek nadaje się najlepiej do zastosowań wymagających połączenia małej masy, odporności na ciepło i odporności na przecięcie, lecz gdzie obciążenie pozostaje znacznie poniżej 1,59 kN. Przykłady obejmują:
- Lekkie mocowanie i oznaczanie w środowiskach technicznych lub przemysłowych
- Zastosowania, w których linka jest narażona na ciepło lub ostre krawędzie (rdzeń Kevlar oferuje większą odporność niż poliester lub nylon)
- Modelarstwo, instalacje elektroniczne lub prowadzenie przewodów, gdzie wymagany jest cienki, mocny i odporny na ciepło sznurek
- Zastosowania, w których neonowo żółty kolor oplotu zapewnia wymaganą widoczność
Bardzo małe wydłużenie — charakterystyczne dla włókien aramidowych — sprawia, że ten sznurek nadaje się do zastosowań, w których istotne jest utrzymanie pozycji pod obciążeniem, pod warunkiem że obciążenie pozostaje niskie.
Ograniczenia
Ten sznurek nie nadaje się do następujących zastosowań:
- Duże obciążenia rozciągające: Przy zmierzonej wytrzymałości na zerwanie wynoszącej 1,59 kN sznurek ten nie nadaje się do zastosowań krytycznych dla bezpieczeństwa ani do podnoszenia ładunków. Przy współczynniku bezpieczeństwa 5:1 WLL (dopuszczalne obciążenie robocze) wynosi zaledwie około 32 kg.
- Obciążenia udarowe: Kevlar ma bardzo małe wydłużenie (mniej niż 4% przy zerwaniu). Obciążenia udarowe są praktycznie nieabsorbowane. Pod wpływem nagłego obciążenia sznurek może zerwać się gwałtownie bez ostrzeżenia.
- Obciążenia dynamiczne lub cykliczne: Aramid traci znaczną wytrzymałość przy wielokrotnym zginaniu lub obciążeniu cyklicznym. Ten sznurek nie nadaje się do zastosowań na bloczkach ani tam, gdzie regularnie ugina się wokół punktu.
- Długotrwałe obciążenie statyczne w wysokich temperaturach: Mimo że Kevlar jest odporny na ciepło, oplot poliestrowy może ulegać odkształceniu powyżej 120°C.
- Ekspozycja na UV bez oplotu: Oplot poliestrowy chroni rdzeń Kevlar. Uszkodzenie oplotu naraża sznurek na degradację pod wpływem promieniowania UV.
Alternatywy
Jeśli wytrzymałość na zerwanie wynosząca 1,59 kN jest niewystarczająca dla danego zastosowania, warto rozważyć następujące alternatywy:
- 3mm HMPE z czarnym oplotem poliestrowym na metr — HMPE (Dyneema) ma najwyższy stosunek wytrzymałości do masy spośród wszystkich włókien syntetycznych, zajmuje czołową pozycję wśród sznurków 3mm i jest równie odporna na działanie wody. Odpowiednia do zastosowań wymagających maksymalnej wytrzymałości przy minimalnej masie.
- Nylonowa pleciona (poliamid) (3mm, szpula 100 metrów, biały) — Przy zmierzonej wytrzymałości na zerwanie wynoszącej 2,90 kN sznurek ten oferuje znacznie większą wytrzymałość niż sznurek Kevlar opisany w tym artykule. Nylon absorbuje obciążenia udarowe dzięki wysokiemu wydłużeniu (20–35% przy zerwaniu), co czyni go odpowiednim do zastosowań dynamicznych, takich jak cumy kotwiczne lub liny holownicze.
Wniosek
Ten 3mm sznurek Kevlar z neonowo żółtym oplotem poliestrowym nadaje się najlepiej do lekkich zastosowań odpornych na ciepło, w których obciążenie rozciągające pozostaje znacznie poniżej 1,59 kN (162 kg).