ВИДЫ И СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СИНТЕТИЧЕСКИХ КАНАТОВ
Для тех, кому не интересно читать, а нужны цифры - Сводная таблица физико-химических свойств синтетических материалов
Cинтетические материалы обладают определенными физико-химическими свойствами. Это определяет характеристики и область применения канатов и веревок.
Материал |
Краткое наименование |
Другие названия |
Примечания |
Полиамид |
PA |
Нейлон, капрон |
|
Полиэстер |
PET |
Полиэфир, лавсан, терилен |
|
Полипропилен |
PP |
|
|
Полиэтилен |
PE |
|
|
Арамид |
PPTA |
Торговые марки: Technora, kevlar(twaron) |
|
Высокомолекулярный полиэтилен |
HMPE, HPPE |
Торговые марки Spectra, Dyneema, Trevo и др. |
Встречается большое количество торговых марок |
Вектра |
|
Vectra |
Жидко-кристаллические полимеры (LCP) |
Это - наиболее распространенные виды материалов. Остановимся более подробно на свойствах.
1. Влияние температуры
Как и положено, при нагревании (или охлаждении), материалы начинают менять свое агрегатное состояние. Для большинства синтетических материалов с увеличением температуры характерно:
- кристаллизация – (нормальное состояние) - размягчение - плавление – испарение (деструкция)
Эти переходы условны, могут проходить минуя некоторые стадии, что зависит от конкретного материала. Но углубляться в физхимию и полиморфные превращения мы не будем.
Как это отразиться на готовой веревке:
-Кристаллическое состояние. При достаточно низких температурах веревка будет хрупкой и жесткой, пользоваться ей по назначению не получится
-Нормальное состояние. Интервал температур, в которых веревка может нормально эксплуатироваться
-Размягчение. При дальнейшем нагревании веревка начинает вытягиваться под нагрузкой (как жевательная резинка). Грубо говоря, это точка не возврата. Если веревка была при такой температуре под нагрузкой, она растянется и потеряет (частично или полностью) свои свойства
-Плавление Если температура продолжает расти, вещество начнет плавиться и потом испаряться (либо разрушаться, тогда это будет тепловая деструкция)
Таким образом, чем больше диапазон температур, в которых материал (веревка) сохраняет нормальное состояние – тем лучше
Материал |
T хрупкости (морозостойкость) |
T рабочая* (не более) |
T размягчения |
T плавления |
Полиамид |
-30 |
100 |
170 |
215 |
Полиэстер |
-60 |
120 |
225 |
260 |
Полипропилен |
-15 |
80 |
140 |
170 |
Полиэтилен |
-70 |
70 |
120 |
140 |
Дайнима |
-70 |
70 |
120 |
150 |
Арамид |
|
250 |
- |
450-500 (разрушение) |
LCP |
|
|
330 |
* Температура, при которой канаты сохраняют свои свойства. Превышение сокращает срок службы и снижает эксплуатационные характеристики.
Рабочая температура всегда ниже тепрературы размягчения. При интенсивном использовании каната на него действуют силы трения – внутреннего и внешнего. Внешнее – это ролики, валы и все то, с чем он соприкасается при работе. Внутреннее – это трение волокон друг о друга. Чем больше скорость протяжки, чем больше нагрузка – тем сильнее разогревается канат. И если канат порвался, почти всегда в месте разрыва волокна будут оплавлены.
2. Чувствительность к внешнему трению
Устойчивость к истиранию (механическим повреждениям в результате трения) зависит от следующих факторов:
-Материал
-Шаг плетения/кручения (чем плотнее, тем более устойчив канат)
-Конструкция каната
-Вид поверхности, с которой контактирует канат
-Сила натяжения каната, сила прижатия каната к истирающей поверхности
-Скорость протяжки (перемещения) каната и/или истирающей поверхности
-Конечная обработка каната
Устойчивость к трению величина относительная. Сравнивается количество циклов истирания канатов из разных материалов о поверхность (канаты должны быть схожи по типу плетения, диаметру и т.д.) В целом, по материалам прослеживается следующая закономерность:
Материал |
Устойчивость |
Примечания |
Полиамид |
* * * *(сухой) |
зависит от влажности |
Полиэстер |
* * * * * |
|
Полипропилен |
* * * |
низкая точка плавления! |
Полипропилен мультифиламент |
* * * * |
низкая точка плавления! |
Дайнима |
* * * * |
низкая точка плавления! |
Арамид |
* * * |
есть марки с хорошей устойчивостью к трению |
Для материалов с низкой точкой плавления возможен нагрев и выход каната из строя раньше, чем от истирания!
3. Прочность, растяжимость
Прочность является важной характеристикой канатов. Для готовых канатов измеряется в усилии, которое надо приложить к канату, чтобы он порвался. В случае с исходным сырьем – нитями, это будет усилие, которое нужно приложить для разрыва нити толщиной 1 текс (Хотя если быть точным, текс – это мера линейной плотности. Текс это вес в граммах нити длинной 10км. Например, у нас есть нитка tex=2200. Мы понимаем, что 10 км такой нити будет весить 2200 грамм).
Любые нагрузки на нить (или на канат) приводят к его растяжению. Для каждого материала удлинение будет разным. Чем больше нагрузка – тем больше растяжение. Новые (не использовавшиеся канаты) тянуться сильнее, чем уже «поработавшие». Удлинение сильно зависит от типа каната (очень сильно!)
Удлинение и прочность для нитей:
Материал |
Удлиннение при разрыве, % |
Прочность mN/tex |
Полиамид |
20 |
820 |
Полиэстер |
12 |
840 |
Полипропилен |
20 |
620 |
Полиэтилен |
20 |
530 |
Дайнима |
3,5 |
3500 |
Арамид |
3,5 |
2000 |
4. Воздействие ультрафиолета
Со временем синтетические канаты теряют свою прочность. Это объясняется «старением» материала. Под действием солнечного света этот процесс протекает быстрее (дополнительные активаторы – кислород воздуха, повышенная температура). В качестве дополнительной защиты используются светостабилизирующие добавки.
Материал |
УФ устойчивость |
Полиамид |
* * * * |
Полиэстер |
* * * * * |
Полипропилен |
* * * |
Дайнима |
* * * * |
5. Влагопоглощение
При хранении и эксплуатации, нити, из которых состоят канаты, могут поглощать воду. Как правило, это никак не влияет на характеристики канатов, однако меняет вес.
Материал |
Водопоглощение, % |
Снижение прочности, % |
Полиамид |
5 |
5-10 |
Полиэстер |
0,5-2 |
0 |
Полипропилен |
0 |
0 |
Полиэтилен |
0 |
0 |
Дайнима |
0 |
0 |
6. Удельный вес (плотность)
Может играть важную роль – когда вес снаряжения должен быть минимален (например альпинизм, спелеология, и др.)
Материал |
Удельный вес, кг/дм3 |
Полиамид |
1,14 |
Полиэстер |
1,38 |
Полипропилен |
0,91 |
Полиэтилен |
0,95 |
Дайнима |
0,97 |
Арамид |
1,45 |
Полиэтилен |
1,4 |
Выводы
Знание свойств материалов, из которых делаются канаты, позволяет говорить о их применимости в тех или иных случаях.
Полипропиленовые канаты
Нашли широкое применение при вспомогательных, хозяйственных работах, буксировке (в основном водный транспорт), работа с неответственными грузами.
Преимущества: низкая стоимость, малый вес (плавают на воде)
Недостатки: средний срок службы, требуют аккуратной работы (низкая температура размягчения, средняя устойчивость к УФ, средняя устойчивость к истиранию).
Полиамидные канаты
Благодаря хорошо развитому производству полиамида (Россия, страны ближнего зарубежья), очень широко распространены. Основной объем выпускаемой нити – белый. Поэтому канаты, с точки зрения привлекательности для хозяйственно-бытового сектора, проигрывают полипропилену.
Полиамид хорошо тянется (амортизирует) и подходит для буксировочных, швартовых канатов. Высокие прочностные характеристики и не большой удельный вес позволяет использовать этот материал для производства страховочных веревок.
Недостатки: поглощает воду, меняет свойства во влажной среде (усадка, уменьшение прочности, ухудшается устойчивость к истиранию).
Полиэфирные канаты
Широко распространены в Европе. Полиэфир обладает низкой растяжимостью, очень высоким сопротивлением к истиранию, высокой температурой размягчения, не меняет свойств во влажной среде. Это обеспечивает большой срок службы канатов.
Применяются для растяжек, для подъема грузов, промышленного альпинизма, как лебедочные, яхтенные (шкоты, фалы, швартовые), буксировочные канаты.
Из недостатков можно отметить большой удельный вес (канаты будут тяжелее, чем скажем, полиамидные).
Полиэтиленовые канаты
Отлично подходят для работы в воде, влажных средах. Благодаря гладкой поверхности не удерживают воду. Хорошо переносят циклы замерзания/оттаивания.
Применяются в качестве леерных канатов, для производства сетей, в водном транспорте, при производстве потягов и др.
Недостатки: средняя устойчивость к истиранию, низкая рабочая температура.
Канаты из высокомолекулярного полиэтилена
Несмотря на высокую стоимость нашли широкое применение. Очень высокая прочность и крайне низкая растяжимость. Используются в яхтенном спорте, для растяжек, в лебедках, как направляющие (рулевые) лини, и пр.
Недостатки – низкая температура плавления – т.е. при интенсивном трении может расплавиться (как правило, решается с помощью специальных пропиток).
Арамидные канаты
Аналогично предыдущему – высокая стоимость, очень высокие разрывные нагрузки, крайне низкая растяжимость.
Частенько возникают споры, что лучше выбрать – арамид или высокомолекулярный полиэтилен. У материалов подгруппы арамиды высокая температура плавления, однако, устойчивость к трению не велика. Помимо этого, канаты из арамида «боятся» перегибов и заломов.
Сводная таблица характеристик синтетических материалов
Характеристики | Полиамид |
Полиэстер |
Полипропилен |
Полиэтилен |
HMPE |
Арамид |
Удельный вес, г/см3 | 1,14 |
1,38 |
0,91 |
0,95 |
0,95 |
1,4 |
плавучесть (вода) |
нет |
нет |
да |
да |
да |
нет |
Температура плавления,С | 215 |
260 |
170 |
140 |
150 |
450 |
Максимальная рабочая температура, С | 100 |
120 |
80 |
70 |
70 |
нет данных |
Разрывная прочность, mN/tex |
820 |
840 |
620 |
530 |
3500 |
2000 |
Удлиннение при разрыве,% |
20 |
12 |
20 |
20 |
3,5 |
3,5 |
Устойчивость к Ультрафиолету |
* * * * |
* * * * * |
* * * |
* * * |
* * * * |
* * * |
Сопротивление истиранию (изностостойкость) |
* * * * |
* * * * * |
* * * |
* * * |
* * * * * |
* * * |
Кислотостойкость |
* * |
* * * |
* * * * |
* * * * |
* * * * |
* * |
растворяемость в щелочах |
* * * |
* * |
* * * * |
* * * * |
* * * |
* * |
растворяемость в органических растворителях |
* * |
* * * |
* * * * |
* * * * |
* * * |
* * * * |
Срок службы |
* * * |
* * * * * |
* * * * |
* * * |
* * * * |
* * * |
При использовании материалов статьи ссылка на первоисточник www.remera.ru обязательна