Кіріспе
Кеме желкендерін жасауға қолданылатын берік мата. Желкен матасы түрлі материалдардан жасалады, оның ішінде зығыр, қымыз немесе мақта сияқты табиғи талшықтардан (желкен кенепінің әртүрлі түрлерінде), сондай-ақ нейлон, полиэстер, арамидтер және көміртек талшықтары сияқты синтетикалық талшықтардан тоқыма, иірілген және қалыпталған маталардың түрлі нұсқаларынан тұрады.
Sailcloth is cloth used to make sails. It can be made of a variety of materials, including natural fibers such as flax, hemp, or cotton in various forms of sail canvas, and synthetic fibers such as nylon, polyester, aramids, and carbon fibers in various woven, spun, and molded textiles.
Батыс дәстүрлері
Викингтердің ұзын кемелерінде желкенге жүн қолданылған. Мата, жергілікті дәстүрлерге қарай үш түрлі тәсілмен тоқылған: қарапайым тоқыма – жіптер бір-бірінің үстінен және астынан өтеді, үш өрімді тоқыма – әр қиылыста екі жіп бір-бірінің үстінен және астынан өтеді, және төрт өрімді тоқыма – жіптер екі-екілеп, кез келген бағытта тоқылады. Мұндай тәжірибе 11-дан 14-ғасырларға дейін сақталған. "Doek" – голланд тілінде "мата" деген мағынаны білдіреді, ол ағылшын тіліндегі "duck" сөзіне айналды, ол желкен матасын білдіреді. "Duck" әдетте мақтадан немесе зығырдан (жүгеріден) жасалған, кейде қамыс та қолданылған. Бұл табиғи талшықтар шіруға, ультракүлгін сәулелерге және суды сіңіруге төзімсіз. Зығыр мақтадан мықтырақ, бірақ мақта жеңіл. 19-ғасырда мақтаға ауысқанға дейін желкендер зығырдан жасалған. Алғашқыда АҚШ-та мақта қажеттілік тудырып пайдаланылды, себебі ол жергілікті өнім болды және 1812 жылғы соғыс сияқты соғыстар зығырдың жеткізілімін үзіліске ұшыратты, сол кезде әскери мақсаттағы желкенге сұраныс арта түсті. Желкеннің көлемі артқанда зығыр тым ауыр болып кетті, сондықтан мақта көбірек танымал болды. Мақта желкендік кезеңнің соңына дейін әлем бойынша зығырдың орнын толық алмастырмады, алайда кейбір жағдайларда зығырдың беріктігі кейбір желкендер үшін артықшылықты болды. 20-ғасырдың соңына дейін ғана табиғи талшықтар синтетикалық талшықтармен ауыстырылды. Мақтадан жасалған желкен матасы әлі де спорттық киім, қаптама және перделерге қолданылады. АҚШ-та мақта матасының дәстүрлі ені 23 дюйм (58 см), ал британ стандарты 24 дюйм (61 см) болды.
Басқа дәстүрлер
Каролин аралдарының ва-проасы дәстүрлі түрде панданус жапырақтарынан тоқылған матаны желкен ретінде пайдаланған.
Қазіргі заманғы талшықтар
Желкеннің қасиеттері оның дизайнына, құрылысына және желкен матасын жасау үшін бірге тоқылған талшықтардың ерекшеліктеріне байланысты. Келесі бөлімдерде талшықтың қасиеттері жақсы жобаланғандығы және сақтықпен құрастырылғандығы ескеріледі. Махрдың айтуынша, желкен матасын тоқуға жарамды талшықты бағалау үшін алты негізгі фактор бар:
Бастапқы модуль – Созылуға қарсы тұру қабілеті. Желге қарсы желкендер үшін жоғары қарсылық жақсы. Ұзындыққа беріктігі – Талшықтың көлденең қимасының ауданына шаққандағы күш ретінде өлшенеді. Жоғарырақ мән желкендер үшін жақсы. Өздігінен созылу – Талшықтың немесе матаның ұзақ мерзімді созылуын сипаттайды. Өздігінен созылатын материалдың жоғары модулі болуы мүмкін, бірақ ол уақыт өте келе пішінін жоғалтады. Күлдізгі сәулелерге төзімділік – Күннің ультракүлдізгі сәулелеріне ұшырағандағы күш жоғалуы, стандартты сынақпен өлшенеді. Иілуге беріктігі – Иілу, бүктелу немесе қозғалыс кезінде жоғалған беріктік, көбінесе өнеркәсіптік стандарт бойынша 50 рет бүктеу сынағымен өлшенеді. Құн тиімділігі – Материалдың бастапқы құны және беріктігі уақыт өте келе оның құн тиімділігін анықтайды. Көп жағдайда бір қасиеттің жақсаруы басқасының тартымдылығын төмендеткендіктен, толыққанды шешім жоқ. Созылуды азайту, әдетте, икемділікті де азайтады, бұл өнімділіктің беріктікке сатуына әкеледі. Екі мәселені де шешу көбінесе бағаны көптеген теңізшілер үшін қол жетімсіз етеді.
Initial modulus – The ability to resist stretching. Higher resistance is better for upwind sails. Breaking strength – Measured as a force per cross sectional area of fiber. Higher is better for sails. Creep – Describes the long term stretch of a fiber or fabric. A material with creep may have a superior modulus, but lose its shape over time. Resistance to ultraviolet light – Strength loss from exposure to the Sun’s UV rays measured by a standardized exposure test. Flex strength – Strength lost due to bending, folding, or flogging, which is frequently measured with an industry standard 50 fold test. Cost effectiveness –Both the initial cost and its durability of the material define its cost effectiveness over time. There is no perfect solution since in most cases the increase of one attribute generally results in the decreased attractiveness of another. Reduced stretch generally also reduces the flexibility causing a trade off of performance for durability. Solving both problems generally sends the price out of range for most sailors.
Найлон
Найлон спинкерлерде жеңіл салмағы, жоғары созу беріктігі, тозуға жоғары төзімділігі және икемділігі болғандықтан қолданылады. Дегенмен, оның модулі төмен болғандықтан желге қарсы желкендер үшін тым көп созылуға мүмкіндік береді. Найлон полиэстерге қарағанда ультракүлгін сәулелерге және химиялық бұзылуға көбірек сезімтал, ал оның физикалық қасиеттері ылғалды сіңіру салдарынан өзгеруі мүмкін.
Полиэстер (PET)
Полиэтилен терефталат, полиэстердің ең көп таралған түрі, желкен матасын жасауда ең көп қолданылатын талшық; ол көбінесе Dacron деген брендтік атаумен де белгілі. ПЭТ талшығы өте жақсы серпімділікке, жоғары тозуға төзімділікке, күшті ультракүлгін сәулелерге төзімділікке, жоғары иілу беріктігіне және төмен бағаға ие. Ылғалды аз сіңіруі талшықтың жылдам кебуіне мүмкіндік береді. ПЭТ-ті көптеген жарыстарда одан мықтырақ талшықтармен алмастырған, бірақ төмен бағасы мен жоғары беріктігінің арқасында ол әлі де ең танымал желкен матасы болып табылады. Dacron – бұл Dupont компаниясының желкендерге арналған 52 типті, жоғары модульді талшығының сауда белгісі. Allied Signal компаниясы Dacron-нан 27%-ға артық беріктігі бар 1W70 полиэстер талшығын өндірді. Басқа саудалық атаулары: Terylene, Tetoron, Trevira және Diolen.
ПЕН талшығы (Pentex)
ПЕН (полиэтилен нафталаты), көбінесе Honeywell компаниясының "Pentex" саудалық атауымен танымал, полиэстер талшығының бір түрі. Ол стандартты ПЭТ талшықтарына қарағанда 40%-қа ғана созылады, бірақ Кевлар 29-дан шамамен екі есе артық. ПЕН жақсы ПЭТ-тен үштен бір бөлігіне жуық қысқарады, сондықтан оны тығыз тоқу мүмкін емес; демек, тоқыма ПЕН-ді шайырмен сіңдіру қажет, бұл желкендердің дұрыс пайдаланбау және қате тасымалдау салдарынан зақымдануына себеп болуы мүмкін. ПЕН ламинатталған желкен матасын жасауға жақсырақ, онда талшықтар беріктік үшін тік түсіріледі және тұрақтандыру үшін пленка қабаттарына (мысалы, ПЭТ пленкасы, көбінесе "Mylar" саудалық атауымен аталады) немесе ПЭТ пленкасын қорғайтын ламинаттың сыртқы қабаты ретінде таффетаға жабыстырылады. ПЕН ламинаттары – жоғары өнімді желкендерге экономикалық балама болып табылады.
Кевлар
Кевлар, арамид талшығы, 1971 жылы DuPont компаниясы ұсынғаннан бері жарыс желкендері үшін басым талшыққа айналды. Ол болаттан мықтырақ, мықтылығына шаққандағы салмағы жоғарырақ, ал модулі ПЭТ-тен бес есе, ал ПЭН-нен екі есе жоғары. Кевлардың екі танымал түрі бар: 29-түр және 49-түр. Соңғысының бастапқы модулі 29-түрге қарағанда 50%-ға жоғары, бірақ иілу кезінде беріктігі аз жоғалады. DuPont компаниясы 129, 149 және 159 типтерін жоғары модульді етіп жасады, бірақ олар желкендерде кеңінен қолданылмады, себебі модульдің артуымен иілу беріктігі төмендейді. DuPont соңғы уақытта Kevlar Edge-ті ұсынды – желкендер үшін арнайы жасалған, Kevlar 49-дан 25%-ға жоғары иілу беріктігіне және жоғары модуліне ие талшық. Кевлар, басқа арамид талшықтары сияқты, ультракүлгін сәулелерге төзімділігі нашар (Кевлар күн сәулесінде ПЭТ-ке қарағанда шамамен екі есе жылдам әлсірейді) және иілу, бүктелу және желкеннің соққыға ұшырауынан тез әлсірейді. Желкеннің қызмет ету мерзімін ұзарту үшін оны аз соқтыру және сақтықпен қолдану қажет.
Технора
Technora – Жапонияда Teijin компаниясы өндіретін арамидтік талшық, оның модульдік беріктігі Kevlar 29-дан сәл төмен, бірақ иілуге байланысты шаршауға төзімділігі сәл жоғары. Талшықтың төмен УФ сәулесіне төзімділігі, табиғи алтын түсті талшықты қара түске бояу арқылы арттырылады. Technora көбінесе ламинатты желкен матасында диагональдық қолдау (X ply) ретінде қолданылады.
Тварон
Тварон – Нидерландыда Teijin компаниясы өндіретін арамид, химиялық және физикалық тұрғыдан DuPont кевларына ұқсас. Twaron HM (Жоғары модульді) Кевлар 49-ға ұқсас созылу қасиеттеріне, жоғарырақ тартылу беріктігіне және жақсырақ ультракүлгін сәулеге төзімділігіне ие. Twaron SM кевлар-29 сияқты. Кевлар сияқты, бұл талшық жарық алтын түсті.
Спектра
Spectra – Honeywell компаниясы шығаратын ультра жоғары молекулалық салмақты полиэтилен (UHMWPE), ол өте жоғары УФ-сәулеге төзімділікке (ПЭТ-пен салыстырылатын), бастапқы модульдің өте жоғары мәніне (жоғары модульді көміртек талшығынан кейін екінші орында), жоғары сындыру беріктігіне және жоғары иілгіштік беріктігіне ие. Дегенмен, ол тұрақты жүктеме салғанда тұрақты және үздіксіз созылуға ұшырайды (әрі қарай: иілу). Бұл желкеннің уақыт өте келе пішінінің өзгеруіне себеп болады. Осы себепті Spectra жоғары өнімділікке егежейлі қайықтардағы спиннекерлерде ғана қолданылады, онда желкендер жиі ауыстырылады.
Динема
Spectra-ға баламалы Dyneema – голландтық DSM компаниясы шығаратын өте берік талшық. Оны еуропалық желкен маталарын жасаушылар көбінесе қолданады, ол Spectra-дан гөрі жіп өлшемдерінің әртүрлілігі жағынан кең ауқымды және танымалдылығы артып келеді. Dyneema DSK78 жоғары беріктік пен салмақ арақатынасы, төмен созылу, тозуға және ультракүлгін сәулелерге төзімділік сияқты қасиеттерін біріктіре отырып, жаңа стандартты белгіледі, сонымен қатар Dyneema SK75-ке қарағанда үш есе жақсы икемделуге және Dyneema SK90-ға қарағанда екі есе артық төзімділікке ие.
Сертран
Hoechst Celanese, Spectra-ға ұқсас Certran полиэтиленін, Spectra модулінің шамамен жартысына тең модульдік көрсеткішімен өндіреді. Ол Spectra-мен салыстырылатын қасиеттерге ие, оның ішінде иілуге байланысты шаршауға және ультракүлгін сәулелердің әсеріне жоғары төзімділік, бірақ сонымен қатар өзінің деформациялану қабілетін көрсетеді.
Зилон (PBO)
PBO (Poly (p phenylene 2, 6 benzobisoxazole)) – Жапониядағы Toyobo компаниясы Zylon сауда белгісімен әзірлеген сұйық кристалды полимер. Бұл алтын талшық, бастапқы модулі басқа жоғары модульді жіптерге, арамидтерге қарағанда едәуір жоғары. PBO-ның қажетті қасиеттерінің қатарында жоғары жылу тұрақтылығы, төмен жырылу, жоғары химиялық тұрақтылық, жоғары кесу және тозуға төзімділік, сондай-ақ көп рет бүктегеннен кейін созылуға жоғары төзімділік бар. PBO сонымен қатар өте икемді және жұмсақ. Бірақ PBO ультракүлгін және көрінетін жарыққа төзімділігі нашар.
Вектран
Vectran – Ticona компаниясы өндіретін полиэстер негізді жоғары өнімді LCP (сұйық кристалды полимер). Оның табиғи түсі алтын, ал модулі Kevlar 29-ға ұқсас, бірақ иілу кезінде беріктігі аз төмендейді. Бұл қасиет, төзімділік қажет болатын және круиздік желкендер үшін маңызды, себебі беріктік аса маңызды. Vectran талшығының қосымша артықшылықтары: 10 000 сағаттан кейін максималды жүктеменің 30%-ында 0,02% деформация, жоғары химиялық және тозуға төзімділік, сондай-ақ жоғары созу беріктігі. UV сәулесіне төзімділігі PET және PEN-нен төмен, бірақ шамамен 400 сағатқа дейін әсер еткеннен кейін ыдырау баяулайды, ал арамидтер мен Spectra ыдырауын жалғастыра береді.
Көміртек талшығы
Көміртек талшығы – көміртек атомдарынан жасалған жоғары модульді синтетикалық талшық. Ол ультракүлгін сәулелерге дерлік әсер етпейді және өте аз созылады. Оның түрлері қатаң, созылмайтын түрінен бастап, арамидтік желкендерден аздап ғана созылатын, өте берік және икемді түріне дейін өзгеруі мүмкін.
Тоқу
Бірден шырылдап жасалған жіптен жасалған желкен матасы жоғары санды спинкерлер мен бас желкендер үшін қолданылады. Сандары көбінесе 148х160 болып келеді, ал матаның ені ұзындығы мен массасының арақатынасы шамамен 13,10 м/кг (61/2 йд/лб) құрайды. Тоқыманың сапасы мен салмағы талшықтарды таңдаудан гөрі маңыздырақ болуы мүмкін, себебі нашар тоқыма жоғары созылуға және нашар желкен пішініне әкелуі мүмкін. Салмағы унциямен өлшеніп, мысалы, "8 унция мата" деп көрсетіледі. Бұл дегеніміз, белгілі бір аудандағы матаның салмағы ... құрайды. Желкен матасы екі түрде тоқылады: теңгерілген және теңгерілмеген. Теңгерілген матадағы жіптер ұзындығы бойынша ("жіп") және ені бойынша ("оңға толтыру") бірдей диаметр мен салмаққа ие. Теңгерілмеген матада бір бағытта ауыр жіп қолданылады. Көптеген қазіргі заманғы желкендер "қайшы кесімді" болып келеді, бұл теңгерілмеген техника, онда ауыр жіптер оңға толтыруда орналасады. Бұл жүктемелердің клейден (желкеннің артқы төменгі бұрышы) соқпақ бойымен (желкеннің артқы жиегі) таралуына мүмкіндік береді. Бұл әсіресе бас желкендер мен жоғары қатынасты желкендерге қатысты. Тоқыма желкен маталарында созылуға төзімділік мәселесі бар. Тоқымада жіптер бір-бірінің үстінен және астынан өтеді. Жүктеме түсірілген кезде жіптер түзуленуге тырысады, бұл матаның созылуына әкеледі, бұл әдетте "жіптердің бүгілуі" деп аталады. Созылуға төзімді талшықтар ПЭТ сияқты иілгіш талшықтардай тығыз тоқылмайды, сондықтан матаға бүгілудің әсері зор болады.
Sailcloth is woven in two forms: balanced and unbalanced. The yarns in balanced cloth are the same diameter and weight in lengthwise (the "warp") and across the width of the cloth (the "fill"). Unbalanced means a heavier yarn is used in one direction. Most moderns sails are "crosscut", which is an unbalanced technique where the heavier yarns is in the fill. This allows greater loads to radiate up from the clew (back lower corner) along the leech (back edge). This is especially true of mainsails and high aspect jibs. Woven sail cloths have an inherent problem with stretch resistance. In a weave the warp and fill yarns pass over and under one another. As load is applied the yarns attempt to straighten out, this results in the fabric stretching, commonly referred to as "crimp". Fibers which are resistant to stretching cannot be woven as tightly as more flexible fibers such as PET, thus the cloth is more affected by crimp.
Фильмдер
Пленкалар – синтетикалық полимерлерден сығылып жасалған жұқа қабатты материалдар, және әдетте ламинаттарда тоқыма матамен бірге қолданылады (ламинаттар туралы төменде қараңыз).
ПЭТ
ПЕТ пленкасы – ламинатталған желкен матасында ең көп қолданылатын пленка. Ол ПЭТ талшығының экструзиялық және екі осьті бағытта созылған түрі. АҚШ және Ұлыбританияда бұл пленканың ең белгілі саудалық атаулары Mylar және Melinex.
PEN фильмдері
ПЕН пленкасы – ПЕН талшығынан экструзияланып, екі осьті бағытта созылған түрі. ПЕН талшығы ПЭТ талшығынан берік болғандай, ПЕН пленкасы да ПЭТ пленкасынан берік. Дегенмен, ПЕН пленкасы стандартты желкендерге сирек қолданылады, себебі ол ПЭТ-ке қарағанда жылдам қысқарады, тозуға төзімділігі төмен және желкеннің қызмет ету мерзімін азайтады.
Қалшықтар мен жіптер
Талшықтардан жіптер тоқылады; олар көбінесе жоғары беріктік материалынан жасалған тар, жазық жолақтар немесе ленталар болып келеді. Скрим – жіптердің қиылысқан жерлерінде байланыстырылып, торлы құрылымын сақтайтын бос тоқыма немесе тор. Жіптер мен скримдер жаelкен матасын күшейту немесе нығайту үшін қолданылады (төмендегі ламинаттарға қараңыз).
Ламинаттелген желкен матасы
1970 жылдары желкен жасаушылар әрқайсысының ерекшеліктерін үйлестіру үшін әртүрлі қасиеттері бар бірнеше материалды ламинаттауды бастады. ПЕТ немесе ПЕН қабаттарын пайдаланудың арқасында барлық бағыттағы керілу азаяды, ал тоқыма жіптері бағыты бойынша тиімдірек болады. Ламинация талшықтарды түзу, үздірілмейтін жолмен орналастыруға да мүмкіндік береді. Негізгі құрылымдық стильдің төрт түрі бар:
Қалпақ-түті
Фильм екі қабат тоқыма тафтаның арасына орналастырылады, фильм созылуға төзімділікті қамтамасыз етеді, ал тафта жыртылу мен тозуға төзімділікті арттырады. Бұл әдістің жоғары сапалы нұсқаларында тоқыма Spectra немесе Kevlar тафтасы қолданылады. Кейбір жаңа үлгілерде ламинатқа жіп өзегінен тыс арамид жіптері де салынады. Кейбір жағдайларда, шығындарды азайту және салмақты жеңілдету үшін тафтан екінші қабаты алынып тасталады.
Пленка-пленка немесе пленка-пленка (пленка-пленкаға)
Бұл конструкцияда қабаттардың арасында тор немесе жіптер (қосымшалар) орналастырылады. Осылайша жүк көтергіш элементтер түзу жатады, бұл талшықтардың жоғары модулін максималды түрде пайдалануға мүмкіндік береді, ал тоқылған материал тоқыманың өзіне тән керілуге ие болады. Жіптерді пленкамен ламинациялау арқылы өте берік және сенімді байланыс жасалады, соның нәтижесінде қажетті жабысқыш мөлшері азаяды. Жоғары сапалы маталарда жіптер немесе тор ламинациялау процесінде керіледі. Кемшіліктері: пленка тоқыма сияқты тозуға немесе иілуге төзімді емес, және ол құрылымдық талшықтарды ультракүлгін сәуледен қорғамайды. Кейбір жағдайларда ультракүлгін сәуледен қорғаныс қосылады.
Қалпақ-қабық-қабық-қабық тоқыма
Жоғары ультракөзілді сәуледен және тозудан қорғалған тоқыма мата пленканың үстіне қосылады. Бұл жоғарыда аталғандардың ең жақсы қасиеттерін үйлестіреді, бірақ қымбатқа түседі, ауыр және қатаң болады. Бұл жоғары модульді талшықтарды нашар ультракөзілді сәулеге төзімділікпен үйлестірудің тиімді тәсілі.
Тоқылған/жүнді/тоқылған
Қалпақтың екі жағында пленка қабаты жоқ тоқыма маталар. Мәселе – сэндвич құрылымына жеткілікті мөлшерде жоғары модульді жіп енгізіп, сонымен қатар берік байланыс жасау, себебі әртүрлі маталар көбінесе жақсы байланыспайды. Бұл әдіс көбірек тәжірибелік сипатта, бірақ уақыт өте нәтиже беруі мүмкін.