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.

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.

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.

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.