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 волокно216—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.

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:

  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.

Шутливый (но абсолютно правдивый) пример рекламного слогана: «Графит наших удилищ и природные алмазы состоят из одинаковых атомов».