Materiály krídiel - www.ULETENI.sk

merlin nám odoslal(a) nasledujúci článok:
"

Počiatkom zimy som sledoval diskusiu ohľadne odolnosti krídiel voči snehu. Niektoré názory boli veľmi úsmevné, tak som to jednému kamarátovi komentoval v osobnom emaile. Ten ma požiadal, aby som o tom napísal podrobnejší článok. Takže tu je, aj keď pre väčšinu lietačov bude trochu nezáživný.

Vlastnosti chemických vlákien (tých, ktoré sa používajú na poťahy krídiel).

Polyamidy Polyamid 6 (kaprolaktámový typ), polyamid 6,6 (addipátový typ), značka PA staršia PAD. Pevnosť v ťahu 6 cN/dtex, bod mäknutia cca 120°C, sú menej odolné voči UV. UV spôsobuje radikálovú degradáciu so stratou pevnosti. Vo vlákne sa udržuje približne 5% monoméru, a ak dôjde k jeho extrakcii vodou, potom sa znovu ustanoví rovnováha odbúraním nového monoméru. Postupne dôjde k depolymerizácii.
Para-aramidy (napr. Kevlar). Pevnosť v ťahu 18 cN/dtex, veľmi malá ťažnosť, vysoká teplotná odolnosť, netopia sa, ale menia sa na uhlík. Ešte viac sú citlivé na UV žiarenie. Veľmi odolné vode a chemikáliám.

Polyesterová vlákna Väčšinou ide o polyetylentereftalátové vlákna (skratka PET, staršia PES). Pevnosť v ťahu 9 cN/dtex, bod topenia cca 225°C, vysoká chemická odolnosť aj voči vode, jedna z najvyšších odolností voči UV žiareniu. Jestvujú rôzne modifikácie, ktoré menia ich chemické aj fyzikálne vlastnosti.

Vysoko orientované polyetylénové vlákna Skratka UHMWPE. Najznámejšia je Dyneema. Pevnosť v ťahu 20 cN/dtex (teda o niečo viac ako bežné uhlíkové vlákna). Excelentne odolné voči vode, chemikáliám aj UV žiareniu. Po dlhoročnej expozícii na UV trocha sieťujú. Lenže bod mäknutia je okolo 90°C a bod topenia cca 116°C. Navyše vďaka vysokému dlženiu, ak sa zahrejú k bodu mäknutia, začnú sa zrážať.

Uhlíkové vlákna Vyrábajú sa karbonizáciou iných polymérov. Pevnosť v ťahu 19 cN/dtex, majú veľmi malú ťažnosť a sú veľmi krehké. Najviac tepelne odolné, výborne chemicky odolné okrem silných oxidantov.

Každé vlákno po chemickej reakcii na polymér žiadaných vlastností sa najprv zvlákňuje cez trysky, a potom za sucha alebo za mokra dĺži. Tým získa pozdĺžnu orientáciu molekúl a tým aj pevnosť. Z toho vyplýva, že ak sa zahreje k bodu mäknutia, či zdegraduje účinkom UV, alebo iným procesom, má snahu sa zrážať do pôvodnej dĺžky, pred dlžením. Každé vlákno sa vyrába ako strižné (staplové) a zo striže sa robia priadze, alebo (náš prípad) ako nekonečné, teda ide o hodvábne priadze. Z priadzí (z hodvábu) sa tkaním vyrábajú tkaniny pre poťahy krídiel. Sú v plátnovej väzbe. Na tkaninu sa kvôli úprave fyzikálnych a mechanických vlastností nanáša záter. Najviac sa diskutuje priedyšnosť, ale aj iné vlastnosti sú dôležité. Zátery sa skladajú principiálne z filmotvorného polyméru (v rozpúšťadle, v disperzii alebo emulzii), farebného pigmentu, zmäkčovadiel, chemikálií pre úpravu reologických vlastností, stabilizátorov a ďalších komponent. Pre nás majú význam predovšetkým tri komponenty.

Pastotvorný systém To, čo je použité ako rozpúšťadlo, dispergátor alebo emulgátor vie tiež narušiť uschnutý záter. Teda ak je napríklad rozpúšťadlom benzín, potom vie rozleptať záter. Alebo ak je dispergačnou zložkou voda, potom ho tiež napadá.

Filmotvorný polymér Je ich veľa, preto budú uvedené len tie, ktoré majú význam pre krídla.

Polyuretány Ich výhodou je, že sa dajú veľmi ľahko chemicky modifikovať a tým sa dostanú cielené vlastnosti. Môžu byť tvrdé až po elastické. Súčasne majú dobré adhezívne vlastnosti na väčšinu iných polymérov. Ich nevýhodou je vysoká citlivosť na UV žiarenie, kde veľa nezachránia ani UV stabilizátory. Tiež majú menšiu odolnosť voči chemikáliám.

Silikóny Správne polysiloxany. Tiež jestvuje veľké množstvo chemických modifikácií. Charakteristické pre ne je, že majú hydrofóbne vlastnosti, sú odolné voči chemikáliám, UV žiareniu, a majú vysokú teplotnú odolnosť. Nedajú sa však lepiť bežnými lepidlami a vôbec nie samolepkami.

Akrylátové kopolyméry Typ, množstvo a molekulárne usporiadanie kopolyméru ovplyvňuje chemické aj fyzikálne- mechanické vlastnosti filmu. Obecne pre ne platí, že majú menšiu odolnosť voči UV (aj keď nie takú nízku ako polyuretány), voda ich narušuje, a musia mať v sebe plastifikátory. Tieto plastifikátory časom migrujú k povrchu (teplotou sa proces urýchľuje), kde sa odparujú alebo ich odplavuje voda a film tvrdne.

Farebné pigmenty (disperzné farbivá) Vyrábajú sa ako anorganické oxidy alebo ako organické zlúčeniny. Sú nerozpustné vo vode. Je jedno ako sa daný pigment/farbivo volá, rozhodujúci je číselný kód. Ten je pre väčšinu pigmentov/farbív celosvetovo platný, takže keď si človek nájde podľa kódu istý výrobok, ktorý má podľa výrobcov rôzne názvy, je to chemicky a farebne to isté. Anorganické oxidy majú lepšiu odolnosť voči UV žiareniu (najviac sa používa biela, okrová, oranžová a červená). Ale v tých istých odtieňoch môžu byť aj organické pigmenty/farbivá, len majú iný kód. Biela ak je urobená z oxidu titaničitého rutilového typu má navyše schopnosť meniť UV na iné vlnové dĺžky. Čierna ak je vyrobená zo sadzí, je zasa skvelým lapačom voľných radikálov, teda pôsobí ako UV stabilizátor. Obecne ale platí, čím je farba reflexívnejšia, tým je odolnejšia voči svetlu. Ak by to niekoho zaujímalo, v technickej knižnici alebo v textilných farbiarniach sú k dispozícii katalógy výrobcov farebných pigmentov a disperzných farbív a ich svetlostálosti. Stačí si pozrieť katalóg Ostacetových farbív, Versalových alebo Versanylových pigmentov vyrábaných Synthésiou.

Teda textília spolu zo záterom tvorí kompozit požadovaných vlastností. Celkovo platí, že textílie z jemného aramidového hodvábu sa zle šijú, lebo kladú veľký odpor ihlám (používajú sa na nepriestrelné vesty), tkaniny z vysoko dlženého polyetylénu sa vplyvom frikčného tepla pod ihlou tavia, zátery zo silikónu sa dajú zle lepiť ale skvelo odpudzujú vodu, zátery z akrylátov krehnú a z polyuretánov sa na slnku rozpadajú.

Skytex Je tkanina z hodvábnej priadze PA 6,6 s akrylátovým záterom, ktorú vyrába Francúzka firma Porcher. Teda obe komponenty sú citlivé na UV žiarenie a voda ich narušuje. Lenže k tomu, aby došlo k odplavení plastifikátorov zo záteru, alebo rozpustení monoméru vo vlákne, je treba poriadne dlhý čas (desiatky minút pri pokojovej teplote). Preto rozhodujúcim faktorom, ktorý má vplyv na stálosť krídla je účinok UV žiarenia, prípadne kontakt s abrazívnym materiálom.

Čo škodí Keď sa krídlo krátkodobo namočí do sladkej čistej vody, nepomáha mu to, ale tiež až tak veľa sa nestane. Doba kontaktu je menšia, ako tá potrebná pre hydrolýzu PA 6,6 vlákna, alebo akrylátového záteru. Rozhodujúce je rýchlo krídlo vysušiť. To sa najlepšie urobí tak, že si ho človek hodí nad hlavu a pár minút robí handling. V krídle zostanú len niektoré sóle rozpustené vo vode, alebo mechanické nečistoty. V sladkej vode je solí tak málo, že ich vplyv na materiál v porovnaní s ostanými faktormi je nepatrný. Iné to však je s morskou vodou. Tá obsahuje chloridy a iné halogénové zlúčeniny, ktoré so záterom urobia krátky proces. Navyše vykryštalizovaná soľ má silný abrazívny efekt. So snehom je to ešte menej nebezpečné, lebo ten je čistejší ako sladká voda. Jeho abrázia je veľmi malá (asi 30 krát menšia, ako má prach). Takže keď sa krídlo dostane do kontaktu so snehom, je to mnohonásobne lepšie, ako keď si ho človek rozloží na betóne alebo asfalte. Sneh sa dokonca využíva pre očistenie krídla od blata. To malé množstvo vody, ktoré roztopením snehu vznikne, nehrá pre hydrolýzu textílie a záteru žiadnu rolu. Ale s vodou sa viaže jedno veľké riziko. Aj malé množstvo vody, ktoré by ostalo v krídle a zaparilo sa, stačí na kultiváciu rôznych mikroorganizmov. Tie produkujú rôzne metabolity a enzýmy. Predovšetkým enzýmy majú rozkladný účinok a enzymatickú reakciu je takmer nemožné na krídle zastaviť. Preto je nutné sneh z komôr vyklepať skôr , ako sa roztopí, a ak k tomu došlo, tak krídlo dobre usušiť. Najviac teda škodí účinok UV žiarenia a prach. Lietanie v podmienkach, kde je vysoký obsah prachu vo vzduchu, napríklad nad piesočnými plážami, vedie k rýchlemu opotrebeniu záteru. Ak si človek svojho krídla váži, tak sa stará, aby ho mal z čo najviac odolného materiálu voči UV a chráni ho pred slnkom. Údaje o svetlo stálosti upravených tkanín vydáva každý seriózny výrobca textílií.

Ideálny konštrukčný materiál Samozrejme, že nejestvuje. Ale na druhú stranu, že Skytex je priemerný materiál, vedia všetci výrobcovia padákov. Lenže povedomie, ktoré Porcher vytvoril, a ktorému ľudia veria, nedovolí výrobcom prejsť na iné materiály. Pokiaľ si piloti budú želať Skytex, bude sa vyrábať z neho, aj keď existujú oveľa lepšie materiály. Tiež malá životnosť tohto materiálu núti ľudí kupovať nové krídla. Ale teoreticky by krídlo mohlo vypadať aj takto: Horný poťah by bol z tkaniny z polyesterového hodvábu laminovaného tenkou PET fóliou (napríklad Mylar). Zvýšila by sa pevnosť, poťah by bol odolný voči abrázii aj voči UV, výrazne by sa znížila hmotnosť aj trecí odpor, trvale zlepšila priepustnosť. Navyše sa dá tento materiál lepiť namiesto šitia, takže by nedochádzalo ku znížení pevnosti v miestu vpichu ihly. Dolný poťah by mohol byť z vysoko dlženého PE so silikónovým záterom. Ten by bol ľahučký a odolný takmer voči všetkému. Tiež by sa znížil trecí odpor. Výsledok ... o tretinu menšia hmotnosť, žiadne starosti s UV a vodou, výrazne väčšia odolnosť proti abrázii, výrazne nižší trecí odpor. Len by spodná časť krídla nešla lepiť samolepiacimi patchi. "