Введение
Прочная ткань, используемая для изготовления парусов. Парусный материал может быть изготовлен из различных материалов, включая натуральные волокна, такие как лен, конопля или хлопок в различных видах парусного полотна, а также синтетические волокна, такие как нейлон, полиэстер, арамиды и углеродные волокна в различных тканых, пряденых и формованных текстильных изделиях.
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.
Западные традиции
На длинных кораблях викингов шерсть использовалась для изготовления парусины. Ткань ткалась одним из трех способов, в зависимости от местности и традиции: полотняное плетение, где отдельные нити переплетаются одна над другой, трехниточное диагональное плетение с двумя нитями, идущими вверх и вниз на каждой нити основы, и четырехниточное диагональное плетение, где нить переплетается с двумя нитями одновременно в любом направлении. Такая практика применялась с XI по XIV века. Слово "doek" в голландском языке означает "ткань", которое со временем трансформировалось в английское слово "duck" (холст), обозначающее парусный холст. Холст обычно изготавливался из хлопка или льна (флакса), иногда с добавлением конопли. Эти натуральные волокна обладают низкой устойчивостью к гниению, ультрафиолетовому излучению и водопоглощению. Лен прочнее, но хлопок легче. Лен традиционно использовался для изготовления парусов, пока в XIX веке его не вытеснил хлопок. Изначально хлопок использовался из необходимости в Соединенных Штатах, поскольку он был местным сырьем, а поставки льна периодически прерывались войнами, такими как война 1812 года, когда спрос на парусный холст для военных нужд был особенно высок. С увеличением размеров парусов лен становился слишком тяжелым, поэтому хлопок приобрел большую популярность. Однако хлопок полностью не заменил лен во всем мире до конца эпохи парусного флота; в некоторых случаях прочность льна оставалась предпочтительной для определенных типов парусов. Лишь в конце XX века натуральные волокна были заменены синтетическими материалами в широком использовании. Хлопковая парусина до сих пор используется для спортивной одежды, обивки и драпировок. Традиционная ширина кардной хлопковой парусины в США составляла 23 дюйма (58 см), а британский стандарт – 24 дюйма (61 см).
Другие традиции
В традиционной практике строительства ва-проа на Каролинских островах для изготовления парусов использовали циновки из пандануса.
Современные волокна
Характеристики паруса определяются дизайном, конструкцией и свойствами волокон, из которых сплетается парусное полотно. В следующих разделах рассматриваются свойства волокон, предполагая грамотный дизайн и аккуратное исполнение. По мнению Мара, существует шесть ключевых факторов при оценке пригодности волокна для изготовления парусной ткани:
Начальный модуль упругости – Способность сопротивляться растяжению. Более высокое сопротивление предпочтительнее для парусов, идущих против ветра. Прочность на разрыв – Измеряется как сила, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения волокна. Чем выше, тем лучше для парусов. Ползучесть – Описывает длительную деформацию волокна или ткани под постоянной нагрузкой. Материал с выраженной ползучестью может обладать высоким модулем упругости, но со временем терять форму. Стойкость к ультрафиолетовому излучению – Потеря прочности от воздействия солнечных УФ-лучей, определяемая стандартизированным тестом на воздействие. Прочность при изгибе – Снижение прочности, вызванное изгибом, складыванием или трепетом, которое часто измеряется с помощью отраслевого стандарта – 50-кратного изгиба. Экономическая эффективность – Как первоначальная стоимость, так и долговечность материала определяют его экономическую целесообразность с течением времени. Не существует идеального решения, поскольку в большинстве случаев улучшение одного показателя обычно приводит к ухудшению другого. Снижение растяжимости, как правило, также снижает гибкость, что приводит к компромиссу между производительностью и долговечностью. Решение обеих проблем обычно делает цену недоступной для большинства яхтсменов.
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.
Нейлон
Найлон используется в спиннакерах благодаря своему легкому весу, высокой прочности на разрыв, превосходной устойчивости к истиранию и гибкости. Однако, он обладает низким модулем упругости, что приводит к чрезмерной растяжимости и делает его непригодным для галфвиндовых парусов. Найлон более подвержен воздействию ультрафиолета и химическому разрушению, чем полиэстер, и его физические свойства могут изменяться при поглощении влаги.
Полиэстер (PET)
Полиэтилентерефталат, наиболее распространенный тип полиэстера, является самым распространенным волокном, используемым в парусине; его также часто называют по фирменному наименованию Dacron. ПЭТ обладает отличной упругостью, высокой износостойкостью, высокой устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, высокой гибкой прочностью и низкой стоимостью. Низкая влагопоглощаемость обеспечивает быстрое высыхание волокна. Для большинства серьезных гонок ПЭТ был заменен более прочными волокнами, но он остается самой популярной парусиной благодаря более низкой цене и высокой долговечности. Dacron – это фирменное наименование высокомодульного волокна Type 52 производства компании Dupont, разработанного специально для парусины. Компания Allied Signal разработала волокно под названием 1W70 полиэстер, которое на 27% прочнее Dacron. Другие торговые марки включают Terylene, Tetoron, Trevira и Diolen.
ПЕН-волокно (Pentex)
ПЭН (полиэтиленовый нафталат), широко известный под торговой маркой "Pentex" компании Honeywell, является другим видом полиэфирного волокна, которое растягивается всего на 40% столько же, как стандартные волокна ПЭТ, но примерно вдвое больше, чем кевлар 29. Поскольку ПЭН усаживается примерно в три раза меньше, чем качественный ПЭТ, его нельзя ткать так плотно; поэтому тканый ПЭН необходимо пропитывать смолой, что делает паруса уязвимыми к повреждениям при неправильной эксплуатации и обращении. ПЭН лучше подходит для производства ламинированной парусной ткани, где волокна укладываются прямо для обеспечения прочности и соединяются с листами пленки для стабильности (например, ПЭТ-пленка, часто называемая одним из ее торговых наименований Mylar), или в качестве внешнего тафетного слоя ламината, защищающего ПЭТ-пленку. Ламинаты из ПЭН являются экономичной альтернативой для высокопроизводительных парусов.
Кевлар
Кевлар, арамидное волокно, с момента его представления компанией DuPont в 1971 году, стал основным материалом для гоночных парусов. Он прочнее стали, обладает более высоким отношением прочности к весу и модулем, который в пять раз превышает модуль ПЭТ и примерно в два раза выше, чем у ПЭН. Существуют два популярных типа кевлара: тип 29 и тип 49, причем последний имеет на 50% более высокий начальный модуль, чем тип 29, но меньшие потери при изгибе. Компания DuPont разработала типы с более высоким модулем – 129, 149 и 159, однако они получили ограниченное применение в парусах, поскольку, как правило, увеличение модуля приводит к снижению прочности на изгиб. Недавно DuPont представила Kevlar Edge – волокно, разработанное специально для парусов, с прочностью на изгиб на 25% выше и более высоким модулем, чем у Kevlar 49. Кевлар, как и другие арамидные волокна, имеет низкую устойчивость к ультрафиолетовому излучению (кевлар теряет прочность примерно в два раза быстрее на солнце, чем ПЭТ) и быстро теряет прочность при изгибе, складывании и трепыхании. Минимизация трепыхания и бережное обращение могут значительно увеличить срок службы паруса из кевлара.
Технология
Technora – это арамид, производимый в Японии компанией Teijin. Он обладает несколько меньшим модулем упругости, чем Kevlar 29, но несколько большей устойчивостью к усталости при изгибе. Низкая устойчивость волокна к ультрафиолетовому излучению повышается путем окрашивания естественно золотистого волокна в черный цвет. Technora чаще всего используется в качестве диагональной поддержки (X-слоя) в ламинированных парусах.
Тварон
Тварон – это арамид, производимый в Нидерландах компанией Teijin, который химически и физически схож с кевларом от DuPont. Twaron HM (высокомодульный) обладает схожими характеристиками растяжения с кевларом 49, большей прочностью на разрыв и лучшей устойчивостью к УФ-излучению. Twaron SM аналогичен кевлару 29. Как и кевлар, волокно имеет ярко-золотистый цвет.
Спектра
Spectra – это полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (UHMWPE), производимый компанией Honeywell, который обладает превосходной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению (сопоставимой с ПЭТ), очень высоким начальным модулем упругости (уступающим только углеродному волокну с высоким модулем), выдающейся прочностью на разрыв и высокой гибкой прочностью. Однако он также подвержен постоянной и непрерывной деформации под постоянной нагрузкой (так называемый ползучесть). Это приводит к изменению формы паруса в процессе эксплуатации. В связи с этим Spectra используется только в спиннакерах на высокоскоростных яхтах, где паруса регулярно обновляются.
Динема
Dyneema – эквивалент Spectra, это чрезвычайно прочное волокно, производимое голландской компанией DSM. Оно часто используется европейскими производителями парусины, доступно в большем разнообразии размеров пряжи, чем Spectra, и становится все более популярным. Dyneema DSK78 установила новый стандарт, сочетая в себе типично высокое отношение прочности к весу, отличную устойчивость к растяжению, истиранию и ультрафиолетовому излучению, а также в три раза лучшую устойчивость к ползучести по сравнению с Dyneema SK75 и почти в два раза лучшую, чем у Dyneema SK90.
Сертран
Hoechst Celanese производит полиэтилен Certran, аналогичный Spectra, с примерно вдвое меньшим модулем упругости, чем у Spectra. Он обладает схожими свойствами с Spectra, включая высокую устойчивость к усталости при изгибе и воздействию ультрафиолетового излучения, но также подвержен ползучести.
Цилон (PBO)
PBO (поли(п-фенилен 2,6-бензобисоксазол)) – это жидкокристаллический полимер, разработанный японской компанией Toyobo под торговой маркой Zylon. Это золотистое волокно с начальным модулем упругости, значительно превосходящим аналогичный показатель других высокомодульных волокон, включая арамиды. К числу ценных свойств ПБО относятся высокая термостойкость, низкая склонность к ползучести, высокая химическая стойкость, высокая устойчивость к порезам и истиранию, а также превосходная устойчивость к растяжению после многократных сгибов. ПБО также достаточно гибкий и приятен на ощупь. Однако ПБО обладает низкой устойчивостью как к УФ-, так и к видимому свету.
Вектран
Vectran – высокопроизводительный полиэстерный жидкокристаллический полимер (LCP), производимый компанией Ticona. Он имеет естественный золотистый цвет и модуль упругости, сопоставимый с кевларом 29, но сохраняет прочность при изгибе лучше. Это преимущество в изделиях, требующих высокой выносливости, и для круизных парусов, где важна долговечность. Дополнительные преимущества волокна Vectran включают в себя ползучесть всего 0,02% при 30% от максимальной нагрузки после 10 000 часов, высокую химическую стойкость и устойчивость к истиранию, а также высокую прочность на разрыв. Устойчивость к ультрафиолетовому излучению ниже, чем у ПЭТ и ПЭН, но скорость деградации стабилизируется примерно через 400 часов воздействия, в то время как арамиды и Спектра продолжают разрушаться.
Углеродное волокно
Углеродное волокно – это синтетическое волокно с высоким модулем упругости, изготовленное из атомов углерода. Оно практически не подвержено воздействию ультрафиолета и обладает исключительно низкой степенью растяжения. Различные варианты могут варьироваться в широком диапазоне – от хрупких, не растягивающихся, до чрезвычайно прочных и гибких с незначительно большей растяжимостью, чем у арамидных парусов.
Ткачество
Для спинакеров и передних парусов используется парусина из гребенной однониточной пряжи с высокой плотностью. Плотность часто составляет 148х160, а ширина ткани достигает, при отношении длины к массе около 13,10 м/кг (61/2 ярда/фунт). Качество и вес плетения могут быть важнее выбора волокна, поскольку плохое плетение может привести к сильной растяжимости и ухудшению формы паруса. Вес указывается в унциях, например, "парусина 8 унций". Это означает, что площадью в… весит… Парусина может быть сбалансированной и несбалансированной. В сбалансированной ткани нити основы (продольные) и утка (поперечные) имеют одинаковый диаметр и вес. Несбалансированная ткань означает использование более толстой нити в одном из направлений. Большинство современных парусов имеют "крестовой крой" – несбалансированную технику, при которой более толстая нить используется в утке. Это позволяет распределять большую нагрузку от шкотового угла (нижний задний угол) вдоль ликтроса (задней кромки). Это особенно важно для гротов и джибов с высоким удлинением. Тканая парусина имеет присущую ей проблему с сопротивлением растяжению. При плетении нити основы и утка переплетаются друг с другом. При нагрузке нити стремятся выпрямиться, что приводит к растяжению ткани, обычно называемому "кривом". Волокна, устойчивые к растяжению, нельзя сплетать так плотно, как более гибкие волокна, такие как ПЭТ, поэтому ткань в большей степени подвержена кривизне.
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.
Фильмы
Плёнки — это тонкий листовой материал, полученный экструзией из синтетических полимеров, и обычно используется в сочетании с ткаными материалами в ламинате (см. раздел «Ламинаты» ниже).
ПЭТ
Пленка ПЭТ – наиболее распространенная пленка, используемая в ламинированных парусинах. Она представляет собой экструдированную и двуосноориентированную версию ПЭТ-волокна. В США и Великобритании наиболее известны торговые марки Mylar и Melinex.
ПЕН-фильм
Пленка ПЭН – это экструдированная и двуосноориентированная версия волокна ПЭН. Как волокно ПЭН прочнее волокна ПЭТ, так и пленка ПЭН прочнее пленки ПЭТ. Однако пленка ПЭН редко используется в стандартных типах парусины, поскольку она быстрее сжимается, чем ПЭТ, менее устойчива к износу и сокращает срок службы паруса.
Стерлядь и пряжи
Нити формируются из волокон; это часто узкие плоские полосы или ленты высокопрочного материала. Скрим – это рыхлое плетение или решетка нитей, обычно склеенных в местах пересечения для сохранения сетчатой структуры. Нити и скрим используются для усиления или армирования парусины (см. ламинаты ниже).
Ламинированная парусное полотно
В 1970-х годах парусные мастера начали ламинировать несколько материалов с различными свойствами, чтобы добиться синергии их качеств. Использование листов ПЭТ или ПЭН снижает растяжимость во всех направлениях, в то время как тканые материалы наиболее эффективны по направлению нитей. Ламинирование также позволяет укладывать волокна по прямым, непрерывным траекториям. Существует четыре основных типа конструкции:
Пленочные ткани
Пленка располагается между двумя слоями тканого таффета, обеспечивая основную устойчивость к растяжению, а таффета повышает устойчивость к разрывам и истиранию. В более дорогих вариантах этой технологии используется тканый таффета из волокна Spectra или Kevlar. В некоторых новых моделях в ламинат также добавляют арамидные нити, уложенные вне основной линии плетения. В отдельных случаях второй слой таффета исключается для снижения стоимости и веса.
Пленка для обрамления или пленка для вставки пленки (пленка на пленку)
В этой конструкции скрем или нити (вставки) располагаются между слоями пленки. Это позволяет укладывать несущие элементы прямолинейно, что максимизирует модуль упругости волокон, в отличие от тканого материала, который обладает некоторым внутренним растяжением из-за структуры плетения. Ламинирование пленки вокруг нитей создает очень прочное и надежное соединение, снижая необходимое количество клея. В высококачественных материалах скрем или нити натягиваются в процессе ламинирования. К недостаткам можно отнести то, что пленка менее устойчива к истиранию и изгибу, чем ткань, и не защищает структурные волокна от ультрафиолетового излучения. В некоторых случаях добавляется УФ-защита.
Площадка пленка-пленка-пленка-пленка
Ткань с высокой УФ- и абразивной стойкостью добавляется к композиту "пленка на пленке". Это сочетает в себе преимущества вышеописанных методов, но является дорогостоящим, тяжелым и жестким решением. Этот способ привлекателен для объединения высокомодульных волокон с низкой устойчивостью к ультрафиолетовому излучению.
Ткани/сметанные/тканые
Плетение с обеих сторон сетки без плёночного слоя. Проблема заключается в том, чтобы обеспечить достаточное количество высокомодульной пряжи в композитной структуре и при этом добиться надёжной адгезии, поскольку разнородные ткани обычно плохо склеиваются. Эта технология пока больше экспериментальная, чем практичная, но в будущем может принести результаты.