Materialdata

Material karakteriseras på lite olika sätt och det beror på vad man önskar av materialet. Hårdhet, styvhet och styrka är olika begrepp som man ofta stöter på. Men var är det och var innebär det för en kajak?

För att jag skall välja rätt material och dimensionera min kajak så behöver jag reda ut några av begreppen:

Hårdhet: Mäts ofta genom att man med en bestämd geometri (spets, kula, spik) trycker med en bestämd kraft mot ytan av materialet, sedan så mäter man intryckets djup eller utbredning för att fastställa hårdheten. Hårdheten har inget med godstjockek eller liknande utan det är en ytegenskap. Hårdhet mäts ofta i enheter som Brinell, Rockwell eller Vickers. Rockwell och Vickers är inte relevant för trä eftersom det är ganska små intryck så om man träffar en årsring eller inte påverkar resultatet mycket. Brinell med stör kula är eventuellt mera rättvisande? Hårdhet har väldigt ofta en stark korrelation med styrka men det behöver inte vara 1:1. För dimensionering av en kajak är hårdhet något som är väldigt svårt att relaterat till, det motsvarar belastningen när man går på grund eller gör en oaktsam landkänning. Men det är också förmodligen det som oftast ger skador på en kajak. En sandwich med glasfiber-trä-glasfiber gör det mycket svårt att skatta hårdheten, det beror förmodligen väldigt mycket på tjockleken av glasfibern samt hur pass väl epoxin har härdat.
Styvhet beskriver hur mycket materialet töjer sig för en given last. Vill man räkna på hur mycket en kajak flexar eller vrider sig så är styvhet det som är intressant. För att mäta styvhet så belastar man materialet och mäter sedan en förlängning eller böjning. Benämns ofta som E-modul och har ingen korrelation med varken hårdhet eller styrka. Det beskriver bara hur materialet beter sig innan det går sönder, deformationen är reversibel, dvs geometrin återgår till ursprunget när belastningen är borta. Som hårdhet så är styvhet något som är svårt att använda för dimensionering av en kajak, möjligtvis kan man räkna på hur kajaken böjer/vrider sig i grov sjögång eller med olika last men det kräver numeriska metoder som löses av datorer i speciella programvaror och det är inte enkla ekvationer. Likväl så kan styvhet vara intressant, man vill inte att kajaken skall upplevas som mjuk och att den deformeras när man sätter sig i den eller lyfter i en av stävarna.
Styrka är vilken kraft som behövs för att uppnå brott i materialet. Det mäts genom att man belastar, antingen med drag- eller tryckspänning alternativt med böjning (en kombination av de båda) och sedan så räknar man ut vid vilken spänning (kraft delat på yta) som behövs för att brott skall uppstå. Fram till brott är det styvheten som bestämmer vad som händer och vid brott är det styrkan som bestämmer. Ofta finns det en gråzon innan brott, man pratar om elastisk (reversibel) och plastisk(irreversibel) deformation. Brytpunkten mellan elastisk och plastisk kallas för sträckgräns och brottet kallas för brottgräns.

En strippbyggd kajak är en komposit av trä och glasfiber (ibland även kolfiber) och det gör att det är inte så enkelt att jämföra tabelldata rakt av. Vid t.ex böjning så måste man förstå fördelningen av krafter mellan glasfiber och trä. Det är dessutom ännu krångligare genom att varken trä eller glasfiber är isotropt, dvs det har olika egenskaper i olika dimensioner. För trä så måste man beakta växtriktningen och det är därför olika egenskaper i X, Y och Z. glasfiber består av fibrer som är mycket små, buntade i knippen som sedan flätats, beroende på hur de har flätats så har glasfiber olika egenskaper. Nu använder vi tunna lager glasfiber (ca 0,25mm) så det går att förenkla till 2 dimensioner, vävd glasfiber har samma egenskaper i X & Y, men inte i en vinkel mellan fibrerna därför kan man alltid funder en extra gång hur man lägger glasfibern. Man kan generalisera till att det inte finns någon styrka i Z-led för glasfiber.

Det finns tabelldata för både gran och paulownia på nätet. Man skall ta dessa data med en stor nypa salt och endast se det som vägledande. Osäkerheten i data beror på vart och hur fort trädet har växt, det beror på vart man tagit provet ur stammen (kärnvirke eller inte) samt hur man har sågat ut sitt prov. Det kan mycket väl vara variationer på +/- 20-30% mellan olika mätningar utan att det egentligen är fel.

I tabellen ovan så ser man att Gran i stort sett är överlägset paulownia på alla punkter utom densitet, här är paulownia 25-30% lättare. Det skiljer inte heller så mycket i hårdhet och det är det som gör att jag tror att paulownia är användningsbart i en kajak utan att behöver ändra allt för mycket i konstruktionen. Jämfört med balsa som har en hårdhet som är 1/6-del i hårdhet, där skulle det kräv helt andra ytskickt av glasfiber för att behålla motståndskraften för att punktera ytan vid landkänning.

paulownia är mycket svagare än gran när det gäller brottstyrka och kompression. Här gäller det att se upp så att kajaken inte går av när man t.ex tappar den ifrån takräcket.

Styvheten är också mycket mindre, den kan upplevas som sladdrig om man inte tänker till hu hur man bygger en styv konstruktion. Nu är en kajak i princip ett tunnväggigt rör och det är det styvaste man kan bygga näst efter ett fackverk. Men det är också ett stort hål i mitten där paddlaren skall sitta, här gäller det tänkta till så att man inte bygger onödigt svagt där det är som mest belastning.