Maty węglowe w blankach wędek - prepregi, moduły i technologie

Każdy węglowy blank zaczyna się jako arkusz cienkiej, lepkiej maty z włókien węglowych nasączonych żywicą, zwanej prepregiem. To, jakie włókno w nim siedzi, jak ułożono warstwy i ile jest żywicy, decyduje o wadze, czułości i wytrzymałości wędki bardziej niż jakikolwiek napis na blanku. Wyjaśniamy, skąd te maty się biorą, jakie są ich rodzaje i co naprawdę znaczą liczby oraz nazwy technologii z katalogów.

Skąd się bierze włókno węglowe

Około 90% włókna węglowego powstaje z poliakrylonitrylu (PAN). Metodę opracował w Japonii dr Akio Shindo, a patent zgłoszono w 1959 roku. Toray uruchomił produkcję przemysłową w 1971 roku i już do końca 1974 roku jego włókno trafiało do wędek, kijów golfowych i rakiet tenisowych. Według japońskiego stowarzyszenia producentów włókna węglowego pierwszymi węglowymi wędkami w Japonii były długie wędki do połowu ayu.

Produkcja włókna z PAN przebiega w trzech etapach:

1. Stabilizacja - włókno PAN wygrzewa się w powietrzu w temperaturze 200-300°C.
2. Karbonizacja - 1000-1500°C w atmosferze gazu obojętnego, pod naprężeniem.
3. Grafityzacja - dla włókien o najwyższym module nawet 2000-3000°C.

Na rynku blanków liczy się kilku producentów włókna: Toray (marka Torayca, największy producent na świecie), Teijin (Tenax), Mitsubishi Chemical (Pyrofil) i amerykański Hexcel (HexTow). Firmy wędkarskie kupują od nich gotowe prepregi albo zamawiają maty według własnej specyfikacji.

Czym jest prepreg, czyli „mata węglowa”

Prepreg to włókno wstępnie nasączone żywicą (najczęściej epoksydową) i dostarczone w rolkach gotowych do użycia. Żywica jest w nim tylko częściowo związana, dlatego mata jest lepka i musi być przechowywana w zamrażarce. W kartach prepregów Toray do sprzętu sportowego (seria 2500) trwałość to ok. 6 miesięcy w -18°C, a utwardzanie odbywa się w 120-135°C.

Na karcie prepregu do cienkościennych rurek liczą się dwie wartości:

• Gramatura włókna (FAW) - masa włókna na metr kwadratowy. Prepreg Toray G-78, wskazany wprost do wędek, występuje w gramaturach od 70 do 300 g/m². Cienkie maty pozwalają dokładniej rozłożyć materiał i zrobić lżejszy blank.
• Zawartość żywicy - w tym samym prepregu 24-44% masy. Mniej żywicy to lżejszy i bardziej sprężysty blank, ale trudniejszy w produkcji. Na tym opierają się między innymi technologie HVF i SVF Daiwy.

Rodzaje mat używanych w blankach

• Mata jednokierunkowa (UD) - wszystkie włókna leżą równolegle, bez przeplotu. Daje najwyższą sztywność i wytrzymałość wzdłuż włókien, dlatego tworzy główną warstwę blanku ułożoną wzdłuż jego osi.
• Tkanina (płócienna, skośna) - włókna przeplatają się, co obniża osiągi wzdłuż osi, ale daje odporność w kilku kierunkach. Spotkasz ją głównie w warstwach zewnętrznych, na łączeniach i jako warstwę ozdobną.
• Warstwa obwodowa - cienka warstwa z włóknami ułożonymi w poprzek osi blanku. Chroni przed owalizacją, czyli spłaszczaniem przekroju pod obciążeniem, które prowadzi do pęknięć. Przykładem jest technologia ART w wędkach St. Croix.
• Taśmy ukośne i krzyżowe - pasy węgla nawinięte pod kątem, często w kształcie litery X. Usztywniają blank na skręcanie, o czym niżej przy nazwach technologii.
• Włókno szklane - szkło E ma moduł ok. 72 GPa, a szkło S-2 ok. 87 GPa. To około trzy razy mniej niż popularny węgiel T700, ale szkło wydłuża się ponad dwa razy bardziej, zanim pęknie. Dlatego wędki szklane i hybrydowe są cięższe, ale bardzo odporne.
• Pełne szczytówki (solid) - zamiast rurki pełny pręt z węgla lub szkła. Daiwa (Megatop) i Shimano (Taftec) stosują je w lekkich wędkach, bo pozwalają zrobić bardzo cienki, czuły szczyt.

Moduł, tony i wytrzymałość

Moduł sprężystości mówi, jak sztywne jest włókno. W Japonii podaje się go w tonach siły na milimetr kwadratowy: jedna tona to ok. 9,8 GPa. Stąd popularne określenia:

• 24 t - włókna o module standardowym, ok. 230 GPa (Toray T300 i T700S).
• 30 t - moduł pośredni, ok. 294 GPa (T800, M30S). W tej samej klasie są włókna Hexcel IM6, IM7 i IM8 (ok. 276-304 GPa).
• 40 t - wysoki moduł, ok. 377 GPa (M40J). Dokładnie to ok. 38,5 t, więc nazwa jest zaokrąglona w górę.
• 46 t - ok. 436 GPa (M46J). Dokładnie to ok. 44,5 t, więc nazwa jest lekko zaokrąglona w górę.

Wyższy moduł ma swoją cenę. We włóknach Toray wraz z modułem spada wytrzymałość i wydłużenie przy zerwaniu: włókna T700 i T800 wydłużają się o ok. 2%, M40J o 1,2%, a M60J o zaledwie 0,7%, zanim pękną. Dlatego blanki z bardzo wysokim modułem są lekkie i szybkie, ale kruche przy uderzeniach.

Uwaga na tabelki, które przeliczają IM6, IM7 czy IM8 na konkretne tony. Nie ma na to standardu, a według kart katalogowych Hexcela IM6 to ok. 28,5 t, a nie 24 t, jak podaje wiele z nich. Pamiętaj też, że liczby z katalogu dotyczą włókna, a nie gotowego blanku: włókno T700S ma 230 GPa, ale laminat z 60% udziałem włókna - już tylko ok. 134 GPa. Amerykańscy producenci często w ogóle nie podają wartości. St. Croix opisuje swoje gatunki węgla (SCII, SCIII, SCIV, SCV, SCVI) słownie, jako coraz wyższy moduł, bez liczb.

Co kryje się za nazwami technologii

• Toray Nanoalloy - żywica z polimerami ułożonymi w strukturę w skali nanometrów, która podnosi jednocześnie wytrzymałość i odporność na uderzenia. Stosują ją m.in. Shimano i Daiwa (HVF Nanoplus).
• Shimano Spiral X - trzy warstwy: środkowa z włóknami wzdłuż osi oraz wewnętrzna i zewnętrzna z taśm nawiniętych ukośnie w przeciwnych kierunkach. Spiral X Core dodaje taśmę z żywicą Nanoalloy, a Hi-Power X to taśma w kształcie X na zewnętrznej warstwie, która ogranicza skręcanie blanku.
• Daiwa HVF i SVF - prepregi z mniejszą ilością żywicy i większą gęstością węgla (SVF ma jeszcze mniej żywicy niż HVF). X45 to warstwy pod kątem ±45° dodane do warstw wzdłużnych i poprzecznych, które zapobiegają skręcaniu.
• 3M Matrix Resin i Powerlux - żywice z nanocząstkami krzemionki. Matrix stosowały m.in. St. Croix i G. Loomis (NRX), a Powerlux - Abu Garcia w serii Veracity. Podobną żywicę z krzemionką (Sintrix) ma Hardy. Producenci deklarują do 30% wyższą wytrzymałość.
• St. Croix IPC, FRS i TET - IPC to trzpienie bez punktów przejścia zbieżności, FRS - system żywicy z utwardzaniem w sterowanych komputerowo piecach, a TET - wzory mat wycinane maszynowo po krzywych.
• G. Loomis Conduit Core - zastąpienie części nadmiarowych warstw grafitu lżejszym materiałem o tej samej wytrzymałości.
• Mata 4-osiowa - węgiel ułożony w czterech kierunkach (wzdłuż, w poprzek i po dwóch przekątnych). Taką konstrukcję reklamuje np. Major Craft.

Uwaga na pomyłki: Carbon Monocoque w wędkach Shimano to pusta w środku węglowa rączka, a nie technologia blanku.

Jak z maty powstaje blank

1. Rolka prepregu trafia z zamrażarki na stół. Wzory (tzw. flagi) wycina się maszynowo.
2. Flagi przykleja się gorącym żelazkiem do stalowego, zbieżnego trzpienia pokrytego środkiem antyadhezyjnym. Blank St. Croix składa się z 2 do 13 wzorów i maksymalnie 4 materiałów.
3. Podgrzewane płyty nawijają maty na trzpień, warstwa po warstwie.
4. Całość owija się ciasno taśmą (celofanową lub polipropylenową), która ściska warstwy i wypycha powietrze.
5. Blank wypieka się w piecu, potem zdejmuje się taśmę i wyciąga trzpień.
6. Na koniec blank się szlifuje (albo zostawia nieszlifowany ze śladem taśmy), maluje lub lakieruje.

Co z tego czujesz w ręce

• Waga i średnica - włókno o wyższym module daje tę samą sztywność z mniejszej ilości materiału, więc blank jest lżejszy i cieńszy.
• Czułość i szybkość - sztywniejszy, lżejszy blank szybciej wraca do prostej i lepiej przenosi drgania z przynęty do ręki. Więcej o tym w artykule o akcji i szybkości wędki.
• Odporność - blanki z wysokim modułem nie lubią uderzeń. Wędki pękają najczęściej nie w momencie uderzenia, ale później, pod rybą, w miejscu dawnego mikrouszkodzenia. Transportuj wędkę w pokrowcu i uważaj na ciężkie główki jigowe przy rzucie.

Kupując używaną wędkę albo pojedyncze sekcje, oglądaj blank pod światło i szukaj wgnieceń lakieru. Na afish.pl znajdziesz zarówno całe wędki, jak i osobno wystawione sekcje.

Najczęstsze pytania

Co oznacza „30 ton” albo „40 ton” w opisie wędki?

To japoński sposób podawania modułu sprężystości włókna w tonach siły na milimetr kwadratowy. Jedna tona to około 9,8 GPa, więc 24 t odpowiada mniej więcej 230 GPa (T300, T700), 30 t - 294 GPa (T800, M30S), a 40 t - 377 GPa (M40J). Liczba mówi o samym włóknie, nie o całym blanku.

Czy wyższy moduł zawsze oznacza lepszą wędkę?

Nie. Włókno o wyższym module jest sztywniejsze i pozwala zrobić lżejszy, cieńszy blank, ale wydłuża się mniej przed pęknięciem i gorzej znosi uderzenia. Dobra wędka to połączenie właściwych włókien, żywicy i konstrukcji warstw, a nie jedna liczba z katalogu.

Czym różni się mata jednokierunkowa od tkaniny węglowej?

W macie jednokierunkowej (UD) wszystkie włókna leżą równolegle, bez przeplotu, więc dają najwyższą sztywność i wytrzymałość w swoim kierunku - dlatego tworzą główną warstwę blanku. Tkanina ma włókna przeplatane, które się wyginają, więc jej osiągi wzdłuż osi są niższe; używa się jej raczej jako warstwy wzmacniającej lub ozdobnej.

Dlaczego wędka pękła bez wyraźnego powodu?

Najczęściej z powodu wcześniejszego uderzenia. Mocne stuknięcie ciężarkiem, główką jigową albo o burtę zostawia w ściance blanku mikrouszkodzenie, które pęka dopiero przy kolejnym dużym obciążeniu.