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
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.
В предыдущей статье мы выяснили, что удельная жесткость определяет мощность, развиваемую удилищем при разгибе. А высокая удельная прочность материала позволяет накапливать энергию при забросе, и в прямом смысле получать легкое и прочное удилище. 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.
Выводы:
- Жесткость бланка, модуль упругости материала бланка и модуль упругости исходных углеродных волокон — это совершено разные характеристики.
- Высокий модуль материала без высокой прочности бесполезен.
- Увеличение модуля упругости материала бланка имеет смысл при одновременном увеличении прочности.
- Высокая удельная прочность важнее, чем высокий модуль.
- Величина модуля и прочность материала никак не связаны между собой.
- Величину удельной прочности производители указывают.
- Свойства бланка гораздо больше зависят от технологии изготовления и конструкции, чем от изначальных свойств углеволокна.
- 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.
Шутливый (но абсолютно правдивый) пример рекламного слогана: «Графит наших удилищ и природные алмазы состоят из одинаковых атомов».