Синтетические канаты: из чего они сделаны

Основные виды синтетических материалов, применяемые при производстве канатов

Материал	Краткое наименование	Другие названия, торговые марки
Полиамид	ПА, PA(eng)	Найлон, капрон
Полиэфир	PET, PES	Полиэстер, лавсан, терилен, дакрон,
Полипропилен	PP
Полиэтилен	PE
Арамид	PPTA	Кевлар, technora, twaron и др.
Высокомолекулярный полиэтилен	HMPE, HPPE	Spectra, Dyneema, Trevo и др.
Вектран (Vectran)

Физико-химические свойства

Cинтетические материалы обладают определенными физико-химическими свойствами. Это определяет характеристики и область применения канатов и веревок.

Температура

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

Характерные температуры

Материал	T хрупкости (морозостойкость)	T рабочая* (не более)	T размягчения	T плавления
Полиамид	-50	100	170	215
Полиэфир	-60	120	225	260
Полипропилен	-20	80	140	170
Полиэтилен	-70	80	120	150
Высокомолекулярный полиэтилен	-70	80	120	150
Арамид	-70	250	-	450-500
Вектран				330

* Температура, при которой канаты сохраняют свои свойства. Превышение сокращает срок службы и снижает эксплуатационные характеристики.

Важно! Рабочая температура всегда должна быть ниже температуры размягчения.

Температура каната не всегда равна температуре окружающей среды. При интенсивном использовании действуют силы трения – внутреннего и внешнего. Внешнее – это ролики, валы и другие поверхности соприкосновения. Внутреннее – это трение волокон друг о друга. Чем больше скорость протяжки, чем больше нагрузка – тем сильнее разогревается канат.

Трение

Чувствительность к внешнему трению

Устойчивость к истиранию (механическим повреждениям в результате трения) зависит от следующих факторов:

• Свойства материала.
• Обработка нитей, из которых делается 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.

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:

Устойчивость к трению

Материал	Устойчивость к истиранию, По шкале от 1 до 10	Примечания
Полиамид	8	Снижается во влажном состоянии
Полиэфир	7
Полипропилен	4	Низкая температура плавления
Полиэтилен	5	Низкая температура плавления
Высокомолекулярный полиэтилен	10	Низкая температура плавления
Арамид	6

Важно! Для материалов с низкой точкой плавления возможен нагрев и выход каната из строя раньше, чем от истирания!
При интенсивном использовании в результате сил трения канат может разогреваться достаточно сильно. В этом случае устойчивость к истиранию материалов относительно друг друга меняется.

Например, интенсивный спуск по полиамидной веревке приведет к оплавлению ее оплётки, тогда как полиэфирная веревка при этих условиях не пострадает. Арамид же сможет выдержать еще более интенсивное разогревание без повреждений. Таким образом, могут возникнуть ситуации, когда веревка придет в негодность не от количества циклов трения, а от их интенсивности.

Прочность, растяжимость

Прочность является важной характеристикой синтетических нитей. Измеряется в усилии, которое надо приложить к нити, чтобы она порвалась.
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 конструкции каната.
Прочность каната зависит от следующих факторов:

• Прочность исходных нитей.
• Скорость приложения нагрузки.
• Наличие узлов, перегибов.
• Климатические условия (температура, влажность и т.д.).
• Конструкция каната.

Удлинение и прочность синтетических нитей

Материал	Прочность сN/dtex	Удлинение при разрыве, %	Примечания
Полиамид	6,2-8,2	22-24	Прочность снижается на 5-10% во влажном состоянии.
Полиэфир	6,2-8,4	10-17	Прочность снижается на 5-10% во влажном состоянии.
Полипропилен	6,1-6,6	20	Прочность снижается на 5-10% во влажном состоянии.
Полиэтилен	5,1-6	20
Высокомолекулярный полиэтилен	23-40	3,5-4
Арамид	20-35	2-5

Характеристики могут меняться в зависимости от производителя нити

Воздействие ультрафиолета

Со временем синтетические канаты теряют свою прочность. Это объясняется «старением» материала. Как правило, речь идет о процессах окисления, под действием кислорода воздуха. Под действием солнечного света процессы разрушения протекают быстрее (дополнительные активаторы – повышенная температура). В качестве защиты для исходных нитей используются светостабилизирующие добавки.

Готовые канаты защищают с помощью обработки специальными составами.

Если сравнивать стойкость к УФ различных материалов между собой, картина будет следующая:

Влияние ультрафиолетового излучения

Материал	УФ устойчивость, по шкале от 1 до 10
Полиамид	8
Полиэфир	10
Полипропилен	6
Полиэтилен	9
Высокомолекулярный полиэтилен	9
Арамид	6

Важно! Соотношения могут меняться при использовании светостабилизирующих добавок

Влагопоглощение

При контакте с водой, влага может проникать как между волокон (физическое взаимодействие), так и внутрь (химическое взаимодействие). Обычное проникновение воды между волокон не влияет на прочность и другие свойства.

Влагопоглощение

Материал	Водоотталкиваемость	Водопоглощение, масс%	Снижение прочности, %	Линейная усадка, %
Полиамид	нет	1-7	до 15	до 10
Полиэфир	нет	0,5-2	-	-
Полипропилен	нет	0	-	-
Полиэтилен	да	0	-	-
Высокомолекулярный полиэтилен	да	0	-	-
Арамид	нет	2-5	*	-

• При длительном воздействии воды арамиды могут снижать свою прочность
• При намокании полиамида происходит линейная усадка (до 10%). Снижение прочности до 15%. При высушивании прочность восстанавливается.

Удельный вес (плотность)

Помимо удельного веса (вес единицы объема материала) для нитей существует еще один параметр - линейный вес. Стандартно измеряется в текс (tex) или денье (den).

Текс - это вес в граммах 1 км нити. Т.е. если говорят "нитка толщиной 10текс", следует понимать, что 1км такой нитки весит 10г.

Денье - это вес в граммах 9км нити.

Плотность материала играет важное значение, если есть условия по ограничению веса. Для канатных изделий есть еще один интересный параметр - прочность с единицы веса.

Удельный вес (плотность)

Материал	Удельный вес, кг/дм3
Полиамид	1,14
Полиэфир	1,38
Полипропилен	0,91
Полиэтилен	0,97
Высокомолекулярный полиэтилен	0,97
Арамид	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 не ответственными 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.
  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: низкая температура.размягчения, плавления
• Канаты из высокомолекулярного полиэтилена. Очень высокая прочность, низкая растяжимость. Очень большое соотношение прочности к весу каната. Отлично подходят для работы в воде, влажных средах. Благодаря гладкой поверхности не удерживают воду. Хорошо переносят циклы замерзания/оттаивания. Применяются в качестве оттяжек для мачт антенн, водном спорте, рыболовстве (сети, тралы), яхтинге, в системах точного позиционирования.
  Недостатки: низкая температура.размягчения, плавления. Текучесть при больших нагрузках.
• Арамидные канаты. Аналогично предыдущему – высокая стоимость, очень высокие разрывные нагрузки, крайне низкая растяжимость. Высокие рабочие температуры - 250 градусов. Кратковременно до 400.
  Недостатки: средняя устойчивость к трению. Помимо этого, канаты из арамида «боятся» перегибов и заломов. Низкая устойчивость к УФ.

Сводная таблица характеристик синтетических материалов

Характеристики	Полиамид	Полиэфир	Полипропилен	Полиэтилен	Высокомолекулярный полиэтилен	Арамид
Удельный вес, г/см 3	1,14	1,38	0,91	0,95	0,95	1,4
Температура плавления, град С	215	260	170	150	150	450-500*
Максимальная рабочая температура, град С	100	120	80	80	80	250-300
морозостойкость, град С	-50	-60	-20	-70	-70
Разрывная прочность, сN/dtex	6,2-8,2	6,2-8,4	6,1-6,6	5,1-6	23-40	20-35
Удлиннение при разрыве, %	22-24	10-17	20	20	3,5-4	2-5
Устойчивость к Ультрафиолету 1-10	8	10	6	9	9	6
Сопротивление истиранию (изностостойкость) 1-10	8	7	4	5	10	6
Кислотостойкость	* *	* * *	* * * *	* * * *	* * * *	* *
Растворяемость в щелочах	* * *	* *	* * * *	* * * *	* * *	* *
растворяемость в органических растворителях	* *	* * *	* * * *	* * * *	* * *	* * * *

Источник: http://www.remera.ru/