|
Хрупки ли высокомодульные графитовые удилища и насколько легко они ломаются?
Все современные спиннинги делаются полыми либо из углепластика, либо из стекловолокна, либо из их композиции (смеси). Следует помнить, что углепластик, графит, карбон — это одно и то же. Удилища из стеклопластика наиболее гибкие и тяжелые, с небольшим модулем упругости. Углепластиковые — самые легкие, жесткие и посылистые, с большим модулем упругости. Но они более хрупкие, чем стеклопластиковые и требуют, соответственно, более бережного обращения. Средние по жесткости и наиболее распространенные — это удилища, сделанные из композита (к графитовым волокнам добавляются волокна из стеклоткани). Встречаются также удилища с добавлением кевлара (прочнейший материал, из которого изготавливают бронежилеты).
Сегодняшние высокомодульные графитовые удилища не так прочны, как удилища, сделанные из низкомодульных волокон несколько лет тому назад. Но уменьшение прочности это не результат "хрупкости", как может показаться. Первые сорта графита, используемые для изготовления рыболовных удилищ, имели более высокую модульность, хотя и меньшую пластичность, чем стекловолокно. Однако их уровень эластичности был более чем достаточен для обеспечения адекватной прочности, и их высокий модуль упругости делает их экстремально чувствительными. На заре изготовления графитовых удилищ было тяжело достигнуть успеха даже с высокомодульными графитами потому, что при возрастании модуля упругости уменьшается пластичность. Больше углеволокна - больше жёсткость, но и хрупкость тоже, вот что предлагалось.
Но углеволокно, известное как IM6, всё изменило. У IM6 не только выросла модульность, но и пластичность тоже достаточно высока. Сразу стало возможно облегчить изделия, увеличить чувствительность удилища без потери прочности из-за хрупкости. Большинство высокомодульных графитовых волокон, используемых в бланках сегодня, имеют модульность и пластичность выше, чем IM6. Таким образом, было бы некорректно сказать, что они более хрупкие, даже при сравнении ранних графитов и стекловолокна. Всё ещё нет сомнения, что легче сломать высокомодульное графитовое удилище, чем стеклопластиковое удилище.
Но если они не более хрупкие, в чём же дело? Ответ довольно прост. Используя волокно, которое жёстче при том же весе, нет необходимости использовать столько же материала, достигая той же жёсткости, как было бы необходимо при использовании волокна меньшей модульности. Таким образом, сейчас мы имеем меньше материала в бланке, который обычно имеет при этом тонкие стенки. Более тонкие стенки не позволяют выдерживать те же нагрузки при ударе, как более толстые. Да, мы можем уменьшать диаметр и толщину стенок, но вы потеряете некоторую жесткость, поступая подобным образом и добавив больше волокна, улучшите эти … хорошо, мы просто начнём с начала до этой точки.
Установленный факт, что большинство современных высокомодульных удилищ не хрупки, но они имеют более тонкие стенки, нежели их предшественники несколько лет назад. Они разработаны для получения высочайшего уровня эксплуатационных характеристик, в то же время позволяя надеяться на адекватную прочность.
Если ломаете удилище сделанных из высокомодульного графита, скорее всего это происходит вследствие неправильного обращения с удилищем. Если не заботиться хорошо об удилище при хранении и эксплуатации, то я бы советовал опуститься к низкомодульным сериям бланков, которые лучше выдерживают удары и падения. Как и во многих других случаях, вы должны пойти на компромисс в одних характеристиках для достижения других. С очень высокомодульными удилищами вы теряете способность к падениям и ударам, но зато приобретаете более эффективный рыболовный инструмент. В другом случае, вы найдёте серии бланков, которые будут выдерживать испытания и вы должны решительно взять их, но, понимая, что это увеличение прочности будет ценой за характеристики.
Лучше вовсе отказаться от спиннингов из стекловолокна, поскольку их большой вес и сравнительно малый модуль упругости притупляют чувство проводки. Опять же вы можете мне возразить: всю жизнь ловим "стеклом" и никаких проблем! Чтобы убедиться, что проблемы все-таки есть, достаточно попробовать в деле качественный "углевый" спиннинг. Сразу бросится в глаза, насколько четче ощущается проводка, и будет гораздо меньше "слепых" поклевок.
Углепластик, при высоком его модуле, обладает и другими важными преимуществами перед "стеклом" и композитом. Возьмите произвольное удилище и встряхните его, как бы выполняя заброс. Как только движение руки остановится, вершинка спиннинга кивнет вперед и выпрямится. По тому, как это происходит, можно делать выводы о достоинствах удилища.
Если встряхивание удилища рождает несколько размашистых переколебаний, что типично для многих "стеклянных" спиннингов и некоторых графитовых, воздержитесь от покупки такого удилища. В некоторых случаях склонность к переколебаниям сознательно заложена в строй, однако чаще она является паразитным свойством удилища - когда недостаточный модуль используемого материала не позволяет ее избежать.
Считается, что "стекло" (и удилища из низкомодульных материалов вообще) лучше себя проявляет с теми типами приманок, которые предназначены для равномерной проводки. "Стеклянный" спиннинг не рвет рыбе губу и обладает определенными преимуществами при вываживании. Даже и среди "стекла" наблюдается широкий разброс по модулю упругости - от 6 млн. (E-glass) до 13 млн. (S-glass). Однако для наших с вами задач нужен модуль от 30 млн. единиц и выше, который недостижим для "стекла", но является вполне обычным для углепластика.
В прежние времена чувствительным называли удилище, которое главным образом по зрительному восприятию передавало максимум информации о происходящем с приманкой - ее ход, игру и, разумеется, поклевку. Зрительное восприятие касалось прежде всего самого кончика спиннинга - именно он служил основным индикатором проводки и поклевки. Непосредственно в руку, держащую удилище, что-то если и передавалось, то в очень и очень ослабленном виде....
Собственно, и сейчас кончик спиннинга остается для нас одним из источников информации, но роль его уже отнюдь не исключительна. С появлением и совершенствованием "углевых" удилищ все большее значение стало приобретать не визуальное, а мышечное восприятие проводки и поклевки рыбы.
По-настоящему чувствительный спиннинг дает возможность без напряжения, не глядя на вершинку и на леску, отчетливо ощущать все происходящее с приманкой. Это качество очень важно отнюдь не только для ловли, например, в темное время или для людей с неидеальным зрением. Чувствительность "в руку" делает процесс ловли более комфортным и менее утомительным, особенно когда речь идет о ловле на джиг. Кроме того, восприятие через мышечные рецепторы значительно сокращает интервал времени между поклевкой и подсечкой. И это уже не только практический рыболовный опыт, но и данные нейрофизиологической науки. Рука реагирует быстрее на то, что она непосредственно ощущает, нежели когда в роли приемника информации выступает глаз...
Насколько все это серьезно - попробуйте решить для себя сами. Все-таки спиннинги с чувствительностью "на глаз" были, есть и будут. Тем более что основная их масса принадлежит к недорогому, или народному, классу. Если же вы склоняетесь к выбору удилища с чувствительностью "в руку", то здесь надо иметь в виду несколько принципиальных моментов.
Первое. При прочих равных условиях более чувствительным будет тот спиннинг, бланк которого изготовлен из более модульного материала. Под модулем изначально подразумевается известный из школьного курса физики модуль упругости Юнга.
Наверное, нет особой необходимости лишний раз пояснять, что это такое - кто знает, тот в том не нуждается, кто не знает, тому оно вроде как и не интересно. Однако здесь стоит сделать одно существенное замечание. Разные фирмы, поставляющие на рынок спиннинговые удилища, пользуются разными системами количественной оценки модульных характеристик своих удилищ. Иными словами, впрямую сравнивать по заявленной модульности можно только удилища от одной фирмы.
Что еще важно - модуль упругости это внутренняя характеристика исходного материала бланка. То, что получается на выходе (то есть готовые удилища) при одинаковом исходном модуле могут иметь существенно разную чувствительность, поскольку она зависит и от других факторов.
Второе. С увеличением модуля графита возрастает его цена и обостряется вопрос "выживаемости": спиннинг из высокомодульного "угля" требует к себе более аккуратного обращения. Попытки создать одновременно дешевое и "звонкое" (то есть чувствительное за счет модульности) удилище, как правило, не очень удачны. В последнее время на рынке появилось изрядное количество китайских удилищ этого рода, которые, вроде бы, производят приятное начальное впечатление, но вот статистика поломок по ним в итоге оказывается просто неприличной.
Некоторые вопросы конструкций удилищ
Выбор подходящего спиннинга это проблема, решаемая по разному: в лоб по принципу - чем дороже, тем лучше, по степени доверия к фирме, по чьему-то совету или по собственной интуиции. Цена вопроса в денежном эквиваленте довольно высока, а информации крайне мало. Ассортимент в магазинах огромен и при этом отсутствует единая классификация. Единственный параметр, предлагаемый покупателю это массовый тест, но не все хорошо представляют себе, что это такое. Основные параметры конструкционных материалов хлыста нигде не сертифицируются. Каждая фирма - изготовитель естественно предлагает самое-самое. Специалисты говорят разное: одни, что должен быть параболический строй другие, что бывают удочки быстрые или не очень, а один сказал, растопырив пальцы, что это должно быть черным и тока от Гарри Лумиса, ну типа как у меня. Конечно, серьезные фирмы считают свои хлысты, но информацией не делятся, видимо имея на то причины, которых позже слегка коснемся.
Кроме эстетического услаждения своего владельца (что тоже конечно крайне важно) у любого удилища есть две функциональные обязанности - это заброс приманки и вываживание добычи. Последняя самая радостная стадия, как и большинство систем с биологическими объектами практически не поддается расчетам из-за многовариантности поведения последних. Описывая процесс качественно можно сказать, что ввиду наличия даже малого момента инерции у шпуль катушек всех типов растягивающее усилие на леске при резком рывке может значительно превышать установленное на тормозном фрикционе. Амортизацию таких рывков производит упругая конструкция хлыста, а вот доверять ситуацию полностью тормозам катушки можно только имея двух - трех кратный запас разрывной прочности.
Для производства современных спиннингов и нахлыстовых удилищ применяются композиционные материалы. Упрочнителями служат волокна: стеклянные, углеродные, борные и их разнообразные сочетания, уложенные слоями под разными углами. Содержание их в материале достигает 60 - 80 об %. Прочность и модуль упругости композита определяется свойствами упрочнителя. Матрица только связывает композицию, придавая ей форму. Как правило, это полимер: чаще всего встречаются эпоксидная фенолоформальдегидная или полиамидная матрица.
Ранее других появился ориентированный стеклопластик. Его недостаток это невысокий модуль упругости: Е ~ 60 Гпа, 0,6*105 h/mm2. Материал обладает высокой выносливостью на изгиб до 2*107 циклов, хорошим относительным удлинением при разрыве ~ 2 % технологичен и дешев. Его применение, на мой взгляд, полностью оправдано для удилищ с массовым тестом > 50 гр.
Карбоволокниты (углепласты) содержат углеродные волокна иногда с примесью стекловолокон. Модуль упругости на растяжение Е=150 - 200 Гпа, 1,5-2,0*105 h/mm2. Относительное удлинение при разрыве около 0,5 %. Обладают высокой электропроводностью. Устойчивы к воздействию агрессивных сред и излучения. Высокое статическое и динамическое сопротивление усталости сохраняется при нормальной и очень низкой температуре (высокая теплопроводность предотвращает саморазогрев за счёт внутреннего трения). Недостаток - технологически сложный процесс изготовления и соответственно высокая себестоимость.
Бороволокниты (упрочнитель - борные волокна) отличаются высокой прочностью Е > 200 Гпа, 2,0*105 h/mm2 и твердостью. Ячеистая микроструктура борных волокон обеспечивает высокую прочность при сдвиге на границе раздела с матрицей. Относительное удлинение на разрыв около 0,4%. Полупроводник. Для облегчения технологического процесса применяются комплексные боростеклониты, в которых несколько параллельных борных волокон оплетаются стеклонитью придающей формоустойчивость.
В заключение интересно привести значения модуля продольной упругости для некоторых материалов:
Сталь 195 / 210 Гпа 1,95 / 2,1*105 h/mm2
Алюминий 70 Гпа 0,7*105 h/mm2
Дерево 10 / 12 Гпа 0.1/0.12*105 h/mm2.
Таким образом, видно, что композиты по удельной жесткости (жесткость на единицу массы) в несколько раз превосходят обычные материалы. На практике это показатель, определяющий вес удочки с заданной жесткостью, которая достигается необходимой толщиной стенок полого трубчатого хлыста. Сравнивая между собой композиты, надо отметить, что углепласт на четверть легче бороволокнита, а это полностью компенсирует его меньший модуль упругости. Другой путь повышения жесткости конструкции не приводящий к увеличению веса лежит в увеличении наружного диаметра самой трубки. Следует отметить снижение величины относительного удлинения при разрыве с увеличением модуля упругости (удельная прочность однонаправленного стекловолокна в несколько раз выше бороволокна), что означает уменьшение допустимого угла изгиба удилища и накладывает ограничения на предельный внешний диаметр. Проще говоря, высокомодульный углепласт сломать намного проще дешевой удочки из стекловолокна, низкий модуль упругости которого можно компенсировать увеличением геометрии конструкции. В отношении бамбуковых удилищ вопрос сложнее, но преимущество синтетики это технологичность и инертность ко всякого рода воздействиям.
Изгибаясь самым невероятным образом, спиннинг работает в предельных режимах многократной деформации. Современные композиционные материалы допускают несколько миллионов подобных циклов и тысячи часов длительного изгиба. К сожалению подобного нельзя сказать о декоративных покрытиях, которые к тому же ухудшают упругие свойства или попросту скрывают дефекты самого бланка. По условиям эксплуатации на рыбалке композиты не нуждаются в защите. От механических повреждений хорошо предохраняет тубус и бережное отношение. Самая прочная конструкция с точки зрения теории должна иметь ровную полированную естественную поверхность.
Модуль: чем больше, тем лучше.
Прежде, чем рассматривать, как величина модуля волокон влияет на свойства спиннинга необходимо понять, что же собственно представляет собой этот модуль?
Определение из учебника по сопротивлению материалов: Коэффициент пропорциональности Е, связывающий нормальное напряжение и относительное удлинение, называется модулем упругости.
Другими словами, чем больше модуль, жестче стержень при тех же размерах.
В международной системе единиц модуль Е измеряют в тех же единицах, что и механическое напряжение или давление, т.е. в Па (паскаль). Поскольку численные значения модуля весьма большие, для компактности записи применяют приставку Г(гига), означающую миллиард. Пример модулей упругости материалов: стекловолокно 95-100 ГПа, сталь 195-205 ГПа, углеродное волокно 216-677 ГПа, вольфрамовая проволока 420 ГПа.
Модуль упругости материала численно равен механическому напряжению, которое необходимо создать в стержне, чтобы растянуть его в два раза.
А как влияет величина модуля волокон на свойства спиннинга?
Если критерием качества спиннинга считать модульность исходного материала, то спиннинги, изготовленные из стали и низкомодульного углеродного волокна будут обладать одинаковыми свойствами. Очевидно, что это не так.
Критерием качества материала для спиннинга является не величина модуля упругости и прочность, а отношение этих величин к массе, т.е. удельная прочность и удельная жесткость. По указанным параметрам углеродные волокна превосходят лучшие стали и титановые сплавы в несколько раз.
Чтобы наглядно представить, как влияет модуль на свойства бланка, проведем мысленный эксперимент.
Представим себе некоторый бланк, изготовленный из материала модулем, равным скажем Е некоторых единиц. Предположим, что мы приложили к нему максимально допустимую нагрузку, и он получил некую деформацию. Если модуль материала спиннинга увеличить в два раза, то под воздействием той же нагрузки он деформируется в два раза меньше, а накопленная потенциальная энергия уменьшится в четыре раза. Если попытаться деформировать спиннинг до прежней величины, то он сломается. В конечном результате мы получим спиннинг с более узким тестовым диапазоном, поскольку верхняя граница теста не изменится, а нижняя сильно возрастет.
Если одновременно с модулем увеличить вдвое прочность материала, то увеличится верхняя граница теста, и мы получим более совершенный спиннинг, но в другом весовом классе.
Чтобы вернутся к исходному весовому классу, мы можем уменьшить диаметр бланка или толщину стенок. При тех же упругих и прочностных свойствах мы получим боле легкий и, следовательно, более быстрый бланк.
Отсюда вывод: увеличение модуля упругости материала бланка оправдано только при одновременном увеличении прочности.
Структура углеродного волокна зависит от исходного сырья, состава макромолекул, степени вытяжки волокон, технологии их получения и многих других параметров. В связи с этим углеродные волокна, получаемые из разных синтетических волокон, имеют разное соотношение модуля упругости и прочности. Величина модуля упругости никак не связана с прочностью волокна.
Но даже лучшее углеродное волокно – это просто пучок ломких нитей. Чтобы получить из отдельных нитей высокопрочный материал, их необходимо соединить в одно целое посредством связующего вещества. Свойства конечного материала будут очень сильно зависеть от технологии укладки, уплотнения степени ориентированности и еще многих других параметров, определяемых технологией изготовления. Причем модуль упругости получаемого углепластика практически не изменится, а вот прочность, особенно удельная, целиком определяется технологией изготовления бланка.
Очень важно понимать тот факт, что жесткость удилища определяется не только модулем упругости материала, но и наружным диаметром, толщиной стенок и длиной.
Т.е. жесткость удилища определяется как модулем материала, так и геометрией бланка.
Важнейшее прочностное свойство углепластика – ударная вязкость, т.е. способность противостоять ударам целиком определяется технологией изготовления бланка и никак не зависит от изначальных свойств волокон
Углеволокно имеет определённые показатели прочности и способности сопротивляться растяжению. От способов производства углеволокна зависят эти характеристики. Но бланк - это композиционный материал, состоящий из углеволокна и связующего. Вторая часть не менее важна, чем первая, равно и характер их взаимодействия (адгезия и прочая). Но об этой второй части производители молчат в большинстве случаев. Ну представьте: вы строите 9-этажный дом из монолитного бетона. И будете покупателям квартир рассказывать, что у вас стоит титаново-углеволоконная арматура, аналогов которой нет. А бетончиком-то её завливаете марки М50, который пальцем ткни - рассыплется. Так и со всеми этими IM6-IM10.
Выводы:
1. Жесткость бланка, модуль упругости материала бланка и модуль упругости исходных углеродных волокон – это совершено разные характеристики.
2. Высокий модуль материала без высокой прочности бесполезен.
3. Увеличение модуля упругости материала бланка имеет смысл при одновременном увеличении прочности.
4. Высокая удельная прочность важнее, чем высокий модуль.
5. Величина модуля и прочность материала никак не связаны между собой.
6. Величину удельной прочности производители указывают.
7. Свойства бланка гораздо больше зависят от технологии изготовления и конструкции, чем от изначальных свойств углеволокна.
8. Для спиннингистов – практиков знание этих параметров не обязательно, и даже вредно, поскольку затуманивает объективное восприятие качества бланка.
Окончательный вывод: величина изначального модуля упругости углеродных волокон, без указания других параметров не дает никакой информации о свойствах бланка.
И, наконец, информация для размышления: материалы, из которых изготовлены консервная банка и лезвие хорошего ножа, имеют одинаковый модуль упругости
P.S. Я думаю что Кроевцы решили вопрос хрупкости c применением технологии
ART - Advanced Reinforcing Technology™ (ART™)
Nsi - 3M™ Matrix Resin (Nano Silica)
|
Вход
Регистрация
FAQ
Поиск
Новые сообщения
