enduroefnisfræði

Hlífðarföt fyrir mótorhjólafólk hafa tekið miklum beytingum á undanförnum áratugum. Nú er ekki eingöngu hægt að vera í leðri, heldur bjóða framleiðendur upp á mikið úrval öryggisfatnaðar úr gerfiefnum. Fjöldi þeirra gerfiefna sem eru á markaðnum í dag hleypur á hundruðum, ef ekki þúsundum og því má ætla að gæðin séu æði misjöfn.

Enduroefnisfræði 101 er ætlað að opna augu mótorhjólafólks fyrir þeirri staðreynd að vefnaðarvara er ekki bara vefnaðarvara, leður er ekki bara leður og að ekki er kálið sopið þó í ausuna sé komið. Með því að þekkja hugmyndafræðina á bak við notkun öryggisefnana og virkni þeirra aukast líkurnar á að við kaupum öryggisfatnað sem þjónar réttum tilgangi.

Enduroefnisfræði 101 er ekki ætlað að vera heildarsamantekt á öllum efnum sem notuð eru í mótorhjólageiranum, heldur aðeins gefa innsýn í notkun, blöndun og grunneiginleika nokkura efna.

Ekki verður tekið á hönnun eða saumaskap, en ljós er að sterkt efni gerir ekkert gagn ef saumar og frágangur þeirra er slæmur. Mikilvægt er að þráðurinn sem notaður er sé sterkur og saumar helst tvöfaldir, eða/og límdir aftur.

Rauði þráðurinn í gegnum þessa grein er fyrirbæri sem kallast denier. Denier er mælieining sem segir til um þéttleika ofinna efna, bæði náttúrulegra og gerfi. Eitt denier er sú þyng í grömmum sem 9000m af ofnu efni vega. Sem dæmi má nefna að 15 denier efni er gagnsætt. Vefnaðarvaran sem notuð er í öryggisfötin okkar hefur öll ákveðna denier tölu og því hærri sem talan er því meira öryggi gefur hún (að því gefnu að efnið sé slitsterkt).

Staðlaður útbúnaður í endúro byggist upp á harðplasthlífum (brynju, hné- og olbogahlífum), hjálm, gleraugum, uppháum motocross stígvélum, hönskum og slitsterkum utanyfirfatnaði. Harðplasthlífarnar gera það að verkum að álagið sem myndast við högg dreifist á stærra svæði og því er dregið úr áhættu á beinbroti. Hágæða mótorhjólaföt eru hönnuð með það fyrir augum að þola mikið álag, bæði núningsálag og höggálag. Fyrir okkur skiptir mestu að búnaðurinn okkar þoli mikið högg. Áverkar sem verða á svæðum fyrir utan harðplasthlífarnar skilja oft eftir sig ljót sár og oftar en ekki mar. Með því að klæðast hágæða öryggisfatnaði komum við ekki í veg fyrir beinbrot, en við getum aftur á móti komið í veg fyrir svöðu- og brunasár, sem leytt gæti til mikils blóðmissis og jafnvel dauða.

Upp á síðkastið hefur notkun gerfiefna aukist hröðum skrefum. Gerfiefnin eru öll verksmiðjuframleidd og byggjast upp af fjölliðum.

Eitt og annað um fjölliður

Fjölliða er íslenskt orð fyrir enska forskeitið poly-, en allur vefnaður sem framleiddur er úr fjölliðum flokkast sem gerfiefni. Fjölliða er ekkert annað en keðja af efnasamböndum, svokölluðum einliðum. Ólíkt venjulegum járnkeðjum sem læsa sig saman með möskva inn í möskva, þá notast einliðurnar við rafkrafta til að halda sér saman, svonefnda vetniskrafta (hydrogen bond), sjá mynd 1. Hver og einasta einliða í fjölliða keðjunni okkar samanstendur af eins uppröðuðum frumefnum. Fjöldi og tegund frumefna fer eftir tegund einliðunar, en algengt er að vetni (H), súrefni (O) og kolefni (C) myndi hluta einliðunnar. Gegnum tíðina hafa verið framleiddar ótal einliður, en þeir sem hafa áhuga á að búa til eina slíka er bent á lífefnafræði í Háskólanum.

Mynd 1 Vegna uppröðuna elektóna umhverfis rauðu kúlurnar (súrefni) verður rafsviðið umhverfis þær örlítið neikvætt, en á hinn bógir er rafsvið bláu kúlanna (vetni) jákvætt. Þessi rafspennumunur veldur því að frumefnin dragast að hvort öðru og mynda vetniskrafta (hydrogen bond).

Cordura®

Gerfiefnið Cordura® er skrásett merki hjá Dupoint Cordura® og er notað í mjög margar vörur, t. d. töskur, skó, útivistaföt og aðrar vörur sem þurfa slitsterk efni. Cordura® er gerfiefni sem ofið er saman í a. m. k. 6 þéttleikaflokka: 160, 330, 500, 1000, 1350 og 2000 denier. Framleiðendur eiga það til að blanda Cordure öðrum efnum, eins og akrýl, Lycra, Supplex og hugsanlega öðrum gerfiefnum með það fyrir augum að auka þægind, en á kostnað öryggis.

Notendum Cordura® hefur fjölgað mikið undanfarin ár og vilja sumir meina að efnið leysi leðrið af hólmi. Rannsóknir sýna þó að gerfiefnaiðnaðurinn eigi nokkuð í land með að ná leðrinu í styrk og slitþoli (sjá kaflan Samanburð hér að neðan).

Dæmi um blönduð Cordura® efni er Cordura® Naturelle. Þetta efni er framleitt í 500 og 1000 denier útgáfum. Efnið er slitsterkt eins og allt Cordura® auk þess að vera mjúkt og líkjast bómull. Efnið er til dæmis notað í útivistargræjur, mótorhjólaföt og ferðatöskur. Auglýsingartextinn fyrir þetta efni er þá þessa leið: “looks like cotton, feels like cotton…performs like Cordura®”.

Samkvæmt þessu er Cordura® ekki bara Cordura®, og því er ekki allt Cordura® slitsterkt og hentugt í mótorhjólaföt. Áður en Cordura® galli er keyptur þarf að ganga úr skugga um hversu mörg denier efnið er og hvaða aukaþræðir eru innan um Cordura® þræðina. Almennt er hægt að segja að því þykkari sem efnið er því sterkara. Sömuleiðis má segja að því stífara sem efnið er, því sterkara. Bröggð eru nefnilega á því að framleiðendur eftirmeðhöndli efnin með það fyrir augum að míkja þræðina, sem strax kemur niður á styrk þeirra við álag.

SuperFabric® (www. superfabric. com)

Þetta efni er ekki enn notað í mótorhjólaiðnaðinum. Ég hafði samband við framleiðandann sem tjáð mér að unnið væri að koma Superfabric® í mótorhjólavörur. Þetta efni á víst að vera 1,6 sinnum slitsterkara en leður, þola meiri högg en leður , og nánast órífanlegt. Ekki fylgdi sögunni hvernig leður þeir nota í þessum samanburði, en við skulum vona að það sér hágæðaleður. Efnið er það þétt að garðyrkumenn nota það til að halda á kaktusum.

Kevlar®

Efnaverkfræðingar höfðu hannað Kevlar® efnið strax árið 1939, en það var ekki fyrr en 1960 sem tókst að búa efnið til og upp úr 1965 var efnið komið í fulla framleiðslu. Kevlar® er aromatísk fjölliða og samanstendur af fjölliðum aromata og amida (polyaromat amid). Gerfiefni sem einkennast af miklum brotstyrk innihalda bæði eða annað hvort þessara efnasambanda.

Keflar® er ótvírætt konungur vefnaðariðnaðarinns þegar kemur að höggálagi, því Kevlar® þráður er 5 sinnum sterkari en sama þyngd stáls. Þrátt fyrir það að þola höggbylgju frá byssukúlu kemur á óvart að efnið skuli ekki reynast betur í slitprófum en raun ber vitni (sjá hér að neðan). . Þetta orsakast af eðlisfræðilegum eiginleikum Kevlar® þráðanna, sem eru stífir og brotna því auðveldlega við álag, í stað þess að dreifa því með aðliggjandi neti þráða. Myndin hér til hliðar sýnir brotna Kevlar® þræði. Tvöfallt Kevlar® hefur gefið betri sliteiginleika en einfallt, því þá tekur ytra lagið við högginu, og neðra lagið hefur fullan slitstyrk. Við þetta má bæta að brotstyrkur Kevlar® er 20-30 gr/denier.

Kevlar, eins og það er notað í mótorhjólaföt, er í raun eins og hver önnur vefnaðarvara, þ. e. Keflar® þráðunum er ofið saman í þéttriðið net. Þræðirnir eru ofnir mis þétt og er þéttleikinn metin í denier (sjá skýringu á einingunni denier hér að ofan).

Í sínu hreinasta formi er Kevlar® léttara en nylon, og hefur meiri togspennu. Hreint Kevlar® bráðnar ekki eins og nylon þegar komið er við heitt púst eða skautað er eftir malbiki. Efnið er nokkuð dýrara en nylon og erfitt í vinnslu (stíft), sem gerir alla hönnun kostaðarsama og erfiða.

Til að koma til móts við hönnuði og framleiðendur mótorhjólafatnaðar eru Kevlar® efnin blönduð með nylon og Lycra, en þá um leið tapar það niður hitaþolseiginleikum hreins Kevlars og léttleikanum. Kevlar blöndurnar brenna eða bráðna eins og venjulegt nylon í eldi, við snertingu heitra hluta og við hitamyndun vegna núnings. Þrátt fyrir þetta las ég á áströlskum mótorhjóla spjallvef að Lycra® í sambland við Kevlar® ætti að auka þjálnina og auka þannig slitstyrk. En sem komið er hef ég ekki séð nein gögn sem styðja þessa fullyrðingu.

Í dag er kevlar notað í mótorhjólaföt, skotheld vesti, hlífðargrindur á keðjusagir og þess háttar dót.

Sama gildir um Kevlar® eins og Cordura®: Framleiðendur hika ekki við að setja Kevlar® merkið á fötin þó svo að aðeins 10-20% sé í raun Kevlar®. Kaupendur verða að vera vakandi fyrir þessu og fá nákvæmar upplýsingar um þéttleika og staðsetningu.

Lycra

Lycra® er skrásett merki hjá DuPont® og hefur mikla þanmöguleika. Efnið er þjált og notað t. d. í mótorhjólahanska og “underleather” flíkur. Einnig er Lycra® ofið með Cordura® til að fá teygjanlegt efni. Helsti kostur Lycra® er sá að efnið gengur til baka eftir þan. Lycra hefur enga sliteiginleika og er eingöngu ofið í mótorhjólaföt til að auka þægindi.

Það eru þessi efni sem gera mótorhjólaföt þægileg í akstri en MJÖG óþægileg þegar við skautum eftir malbikinu eða lendum á hvössu grjóti. Þó þægindi séu mjög mikilvæg þá verður að taka tillit til magns þessara “þægindaefna” í mótorhjólafatnaði.

Lorica

Þetta gerfiefni er notað í mótorhjólaskó í stað leðurs. Kostir þessa efnis fram yfir leðrið er líklega verðið og öndunarþátturinn en framleiðandinn fullyrðir að efnið innihald þrjú milljón göt á fercentimeter. Auk þess að anda þá er Lorica slitsterkt, létt og rispast ekki (hvernig svo sem þeir fá það út).

Lorica er búið til úr örtrefjum sem eru minni en einn þúsundasti af þykkt silkis. Þessir þræðir eru svo steyptir saman með sérstöku lími.

Ég fann engar rannsóknir sem gáfu til kynna raunverulegan styrk í samanburði við leður og hef því bara orð framleiðandans (sem getur verið hættulegt).

Polyamid

Polyamid er gerfiefni samsett úr fjölliðum (poly-); hvítt og plastkennt í sínu hreinasta formi. Efnið verður til þegar smásameindir raðast saman í eina stórsameind, þ. e. efnið. Polyamid gerfiefnin eru notuð í íþróttaföt, tískuföt, teppi og eru oft blönduð við t. d ull eða bómul. Polyamid er notað víða í vélaiðnaði. Efnið þolir ekki hærri hita en 40°C í þvotti og alls ekki má strauja föt úr polyamid. Polyamid fjölliðurnar þola þung högg, auk þess sem þær þola núning.

Engar rannsóknir fundum sem stutt gæti högg og núningseiginleika efnisins. Engar upplýsingar fundust um þéttleika efnisins, en ávalt skal hafa í huga að þykk efni eru oftast sterkari en þau sem þynnri eru.

Leður

Um árabil var leður einkennisefni mótorhjólamanna, en svo er ekki lengur. Þrátt fyrir það er hágæða náttúrulegt leður samt sem áður með bestu slitvörnina af þeim efnum sem eru í notkun í dag.

Leðurflíkur fyrir mótorhjólafólk ættu ekki að vera undir 1. 3mm að þykkt, með tvöföldum saumi og samsett úr sem fæstum pörtum. Leðrið er langt frá því að vera gallalaust, því einangrunargildi þess er lágtv, vatnsupptaka mikil og engin flík er eins. Ekki er ráðlegt að kaupa mótorhjólaföt úr gervileðri, þar sem það er oft viðkvæmara fyrir hita og á það til að bráðna, alveg eins og á við um mörg gerfiefni.

En hvers vegna er leðrið svona slitsterkt? Galdurinn liggur í uppröðum og eiginleikum prótínanna sem byggja það upp. Meginuppistaða skins er prótínið kollagen, en það lítur út eins og fjaðurgormur (sjá myndina hér til hliðar). Þessi gormlaga prótín vefjast svo utan um hvort annað á óreglulegan hátt og þannig búa til þrívíðan vef sem dreifir mjög vel núningskraftinum sem myndast þegar t. d. fylliefni í malbiki höggvast inn í leðrið á ferð.

Inotex®

Inotex® er ofið saman með Lycra® en undir er sambland af Kevlar® og Dynafil®, Allt eru þetta gerfiefni, sem líkja eiga eftir gallaefnum, en búa yfir miklu slitþoli. Þó svo að engar prófanir hafi fundist, þá ábyrgist notandinn (BMW-mótorhjól) styrk efnisins og segir það ekkert gefa leðri eftir. Ég trúi því nú ekki fyrr en ég sé það.

Í kynningu á efninu kemur fram að þó svo að við séum hard-core hjólamenn þá þurfum við ekki að líta út eins og við séum að fara í tíu þúsund mílna túr. Útlitið skiptir því miklu máli hjá BMW. Það er einmitt þetta viðhorf sem hefur orðið til þess að margur hjólakappinn hefur skemmt nýju gallabuxurnar sínar í þeirri grátlegu viðleitni sinni til að hjálpa Gatnamálastjóra að fylla upp í holurnar í malbikinu með sínu eigin skinni.

Sjálfur mundi ég ekki taka sénsinn með svona flíkur nema fyrir lægi rannsókn, framkvæmd af óháðum aðila, sem sýndi svo ekki væri neinn vafi á að efnið þyldi mikinn núning og högg.

Dynatec®

Þetta efni er notað í tískuföt fyrir mótorhjólafólk. Það er með þetta efni eins og svo mörg önnur að ómögulegt er að komast í prófanir sem sýna slitþol og höggþol. Samkvæmt lýsingu á efninu er það mjög slitþolið, rifnar illa og gefur ekki eftir, auk þess að þola mikinn hita. Það “andar” og er mjög gott viðkomu. Sjálflýsandi þræðir eru oft ofnir í efnið sem eykur öryggi í umferðinni.

Wearforce®

Þetta gerfiefni er framleitt í þremur útgáfum: F, G og Composite. Aðeins F útgáfan er notuð í mótorhjólaföt. Þetta efni á að sameina styrk Kevlars®, teygjanleika Lycra® og þægindi polyesters.

Samkvæmt framleiðandanum er efnið fimm sinnum slitsterkara en leður jafnframt því að vera teygjanlegt og anda.

Vel má vera að þetta efni sé svona frábært, en hafa verður í huga að hér er það framleiðandinn sem talar. Sjálfur hef ég ekki séð neinar óhlutdrægar prófanir á þessu efni og því verða kaupendur bara að láta vaða og treysta sinni eigin dómgreind.

Samanburður

Til að gera sér grein fyrir raunverulegum gæðum efnanna sem við erum að kaupa þá þurfa að liggja fyrir prófanir. Sjálfum finnst mér að framleiðendur efnanna og fatnaðarins ættu að sjá sér hag í að prófa þær vörur sem eru á boðstólnum og þannig tryggja öryggi og trúverðugleika. Í langflestum tilfellum er aðeins hugsað um að selja og öryggið virðist ekki oft ráða miklu.

Í þeirri byltingu sem orðið hefur á seinustu áratugum í hátækni-vefnaðarvörum hafa hefðbundnar prófaðferðir úrelst. Dæmi um þetta er koma Cordura® inn á markaðinn. Þegar sýnt var að venjulegt Wyzenbeek slitpróf dugði ekki til að slitmæla efnið var prófinu breytt í “modified” Wyzenbeek slitpróf. Niðurstöðurnar úr því prófi sýna að Curdura®Plus sé 2,5 sinnum sterkara en nylon (sjá http://www. fabriclink. com/pk/Cordura/home. html).

Samkvæmt þeim upplýsingum sem ég gat aflað mér eru þrjár megin prófanir framkvæmdar á hátækni-vefnaðarvörum: Slitpróf (abrasion), togpróf (tensile) og rifpróf (tear). Einnig eru framkvæmdar fall og slitprófanir út í mörkinni og þannig reynt að líkja eftir raunverulegum aðstæðum.

Slitprófið er framkvæmd með Wyzenbeek (USA), Martindale (Europe) eða Taber. Eflaust eru mun fleiri aðferðir til en þessar komu oftast upp hjá mér. Almennt ganga þessar prófanir út á að mynda núning við efnið, annað hvort með sandpappír eða slitdufti.

Togprófið er framkvæmt þannig að efnisbútur er klemmdur niður á bekk, sem slítur efnið bókstaflega í sundur. Bæði er hægt að prófa efnið sjálft með þessari aðferð, sem og sauma og samskeyti.

Rifprófið mælir þann kraft sem þarf til að rífa efni, bæði þann kraft sem þarf til að hefja upprif og einnig til að halda áfram að rífa efnið.

Prófanir sem framkvæmdar eru út í mörkinni miða að því að prófa efnin á ákveðnum hraða, eftir ákveðnu undirlagi og með ákveðna þyngd. Vegna þess að prófin eru eingöngu framkvæmd á malbiki nýtast þau enduro sportinu lítið. Samt sem áður gefa niðurstöður þessara prófa okkur vitneskja um gagnsemi öryggisfatnaðar og að öryggisfatnaður er jafn misjafn og mikið er framleitt af honum.

Eiginleikar Cordura til að rifna og slitþol

Framkvæmd af Curdura®. Niðurstöðurnar benda til að Cordura® sé mun sterkara en t. d. leður. Það er með þessi gögn eins og svo mörg önnur að mjög erfitt er að taka nokkuð mark á niðurstöðunum því engar upplýsingar um efnin né aðferðina fylgja niðurstöðunum.

Myndirnar hér að neðan sýna niðurstöðu Wyzenbeck slitprófsins. Hér er ekki um að ræða “modifed” útgáfuna og því sér ekki á Cordura® efninu eftir 4991 hringi. Jafnvel þó að próftækið væri keyrt í milljón hringi þá gaf efnið sig ekki.


Bómull 211 hringir	Nælon 1075 hringir	Polypropylene 1314 hringir	Mjög sterkt nælon 3043 hringir	Cordura® 4991 hringir

Wearforce borið saman við leður

Framkvæmt af framleiðanda Wearforce™. Framleiðandi Wearforce™ F sá sér greinilega hag í því að birta niðurstöður prófanna um eiginleika efnissins til að rifna og slitstyrk. Eins og við er að búast eru niðurstöður Wearforce™ F nokkuð hærri en viðmiðunarsýnin.

Niðurstöðurnar hér að neðan sýna “tangartog afl” (tear) sem þurfti til að rífa Wearforce™. (1pund er 453gr. og 1oz. er 28gr. )

Modified Wyzenbeek slitpróf með 80-grit sandpappír. Niðurstöðurnar sýna fjölda umferða sem efni þoldi.

Samanburður á Cordura® Naturelle og bómull.

Framkvæmt af Dupont®. Myndin hér að neðan sýnir niðurstöðu úr modified Wyzenbeek slitprófinu. Borin eru saman Cordura® Naturelle og bómull (cotton). Einingin á X-ás sýnir hversu margar umferðir tækið fór áður en efnið gaf sig.

Myndin hér að neðan sýnir mismun á rifprófi venjulegrar bómullar (cotton) annarsvegar og Cordura® Naturelle hinsvegar. Einingarnar á X-ásnum eru í newtonum (N), en 100N eru jafnt og u. þ. b. 10kg.

Niðurstöður úr samanburði Cycle

Í september tölublaði Cycle árið 1988 birtist grein um slitþol mótorhjólafatnaðar. Gögnin eru byggð á prófunum sem framkvæmdar voru á rannsóknarstofu (Taber) annarsvegar og hinsvegar á raunverulegu malbiki (dragpróf). Prófaðar voru átta efnisgerðir:

Keppnisleður (0,9kg/m2) , létt bert (nude) leður (0,7kg/m2) , tískuleður (0,55kg/m2) , Cordura® 440 nylon , mjög sterkt nylon (senior ballistic nylon) , gallabuxur (nýjar) , gallabuxur (2 ára) , Kevlar 29 (tegund 713)

Dragprófið var framkvæmt þannig að sýnunum var slakað rólega neðan úr pallbíl á 80km/klst. Hvert sýni var 67x37cm að stærð og 34kg að þyngd. Til að sjá hvenær efnin gæfu sig var sett kalk inn í sýnin.

Rannsóknarstofuprófið var framkvæmd með svokölluðu Taber slittæki, en það samanstendur af snúningsplötu og tveimur núningssteinum sem liggja með max 2000gr þunga á efninu. Niðurstaða prófsins fer eftir fjölda hringja áður en efnið gefur sig.

…leður er slitsterkast. Árið 1988 áttu önnur efni langt í land með að ná gæðum leðurs. Í dag, 14 árum seinna, má búast við að þessi þróun gerfiefna hafi náð í rassinn á leðrinu.

…sliteiginleikar leðurs og gerviefna fer eftir þyngd og þykkt. Því þykkari því lengri tíma tekur að vinna efnið niður.

…áferð efna hefur áhrif á slitþol. Slétt efni mynda minna viðnám við götuna.

…veikleiki Cordura® í samanburðinum er fólgin í því hversu létt og þunnt efnið er. Eftirmeðhöndlun í verksmiðju mýkir efnið og þ. a. l. veikið það fyrir bragðið.

…gallabuxur og lággæða leður eru “no good”. Alveg eins gott að hjóla alsber.

…efnin þurfa að vera stinn til að komast hjá hnykri og samloðun við undirlag.

Í samantekt er lögð áhersla á að mótorhjólafatnaður þurfi að vera vandaður. Ekki sé nóg að olbogar séu með sterkum bótum, heldur er einnig mikilvægt að saumar séu þéttir og þræðirnir úr sterkum efnum, t. d. kevlar eða cordu a.

Samantekt

Hér hef ég stikklað á stóru um vefnaðarvörur í mótorhjólafötum, gerð þeirra, notkun og rannsóknir. Aðeins hefur verið fjallað um brot af þeim vörum sem eru á markaðnum í dag, enda var það ekki ætlunin að fjalla um allan pakkan.

Aðalatriðið er að við gerum okkur grein fyrir því að efnin eru eins mismunandi og þau eru mörg. Hafa verður í huga virkni og áreiðanleiki efnanna sem eru í öryggisfatnaðinum okkar, auk frágangs og þæginda.

Framleiðendur svífast einskis til að slá sér upp með frægum merkjum eins og Kevlar® og Cordura®; hafa verður í huga að lang oftast er aðeins nokkur prósent af þessum þráðum í heildar efnismassanum.

Flestar rannsóknirnar sem ég fann voru frá framleiðendunum sjálfum, fyrir utan eina. Hún var framkvæmd 1988 og sýndi svo um munaði að leðrið er slitsterkast. Ég fann engar nýlegar óháðar rannsóknir um styrk efna.

	Drag próf (metrar)	Taber (fjöldi hringja)
Keppnisleður (0,9kg/m2)	26,2	2600
Létt bert (nude) leður (0,7kg/m2)	1,3	564
Tískuleður (0,55kg/m2)	1,3	750
Cordura® 440 nylon	5,6	559
Mjög sterkt nylon	0,9	817
Gallabuxur, nýjar	0,9	225
Gallabuxur, 2 ára	1,4	168
Kevlar 29 – tegund 713	6,7	506