Od ponad 100 lat ludzie skutecznie wykorzystują sztuczne materiały do produkcji żagli. Są one bardziej wytrzymałe, droższe i ważą znacznie mniej niż ich przodek – żagiel wykonany z materiału. Renomowane marki oferują materiały o różnych właściwościach. Rozważmy je bardziej szczegółowo.
Żagiel tkaninowy
Nici tkaniny na żagiel krzyżują się ze sobą wzdłuż i w poprzek pod kątem 900. Splot jest dość gęsty. Takie tkaniny dobrze znoszą naprężenia w postaci rozciągania i zagięć. Współczesna produkcja zastąpiła len i serwantki sztucznymi nićmi, co nadało materiałowi dodatkowe walory użytkowe.
Poliester
Materiał ten jest najpopularniejszy obecnie do produkcji żagli. Wynaleziono go podczas II wojny światowej i zastąpiono nim naturalne tkaniny lniane i bawełniane. Materiał ten jest dość lekki, odporny na zużycie, trwały i niedrogi. Chociaż obecnie markowy „Dacron” jest dość drogi, wielu żeglarzy kupuje do swoich jachtów mniej znane i nie drogie marki poliestru. Uniwersalny materiał stosowany do wielu rodzajów żagli jachtów turystycznych. Ponadto z takiego poliestru szyje się garderobę dla łodzi motorowych.
Nylon
Lżejszy materiał niż dacron, ale równie mocny. Nylon jest bardziej elastyczny, dzięki czemu łatwo absorbuje przeciążenia powodowane przez wiejący wiatr. Materiał ten jest szeroko stosowany w produkcji spinakerów i genakerów.
Materiał ten wygląda bardzo efektownie, ponieważ można go malować na różne kolory, a barwienie jest bardzo stabilne.
Ze względu na swoje właściwości, żagiel wykonany z nowoczesnej tkaniny może służyć od 10 do 20 lat, jeśli jest prawidłowo i sprawnie uszyty. Nie będzie trudno przerobić lub naprawić takie żagle własnymi rękami. Niestety, z biegiem lat żagiel traci swój pierwotny kształt, co prowadzi do spadku efektywności. Jest to istotna wada takich żagli. We włóknach gromadzi się zmęczenie spowodowane zmiennym napięciem i rozciąganiem tkaniny (szczególnie z powodu obciążeń skośnych padających ukośnie na przeplatane włókna). W efekcie stopniowe przemieszczanie się „brzucha” (głębszej części żagla) do tyłu prowadzi do nieefektywnego zużycia energii wiatru, łódź kołysze się, a siła pociągowa maleje.
Obecnie technologia produkcji żagli poliestrowych polega na przetwarzaniu tkanin o różnym składzie, głównie różnych żywic pochodzenia syntetycznego, cięciu według określonych technologii, łączeniu poliestru z różnymi tkaninami kompozytowymi. Niestety, nie zapobiega to rozciąganiu się żagla, choć je spowalnia. Najbardziej na rozciąganiu się żagla cierpią łodzie regatowe, ponieważ żagiel poddawany jest większym obciążeniom. Kombinacja żagli na łodziach regatowych musi być zmieniana częściej niż na jachtach rekreacyjnych, co sprawia, że wszystkie triki służące utrzymaniu jakości żagli są nieskuteczne. W związku z tym wynaleziono nowy typ żagla – żagiel laminatowy.
Żagiel laminowany
Żagle te mają budowę kompozytową. Wewnętrzna warstwa tkaniny wykonana jest z włókien elastycznych, dzięki czemu wytrzymuje silne i długie obciążenia, a zewnętrzna część tkaniny jest elastyczna i bardzo wytrzymała (laminat), z której szyje się korpus i profil żagla. Aby zabezpieczyć go przed promieniowaniem ultrafioletowym, uszkodzeniami mechanicznymi i wilgocią, na taki żagiel nakłada się czasem warstwę włókien elastycznych.
Ta cecha struktury tkaniny sprawia, że żagiel nie traci swojej skuteczności przez wiele lat użytkowania. Zmniejszenie negatywnych skutków ekspozycji na wiatr, słońce i słoną wodę. Tak długo jak warstwa laminatu pozostaje nienaruszona, unikalne właściwości żagla pozostają nienaruszone. Podobnie, żagiel z laminatu można porównać do laminowanej deski podłogowej.
W produkcji żagla laminatowego oprócz poliestru stosuje się również inne materiały. Ponadto od wybranego podłoża zależą również charakterystyczne cechy materiałów, które mają swoje wady i zalety.
Aramidy (lub poliamidy aromatyczne)
Na początku lat 70-tych wynaleziono włókna syntetyczne, które są na tyle mocne, że mogą rozciągnąć się o 2,5% -4% przed zerwaniem. Aramidy są odporne na wysokie temperatury do 4000, a także na działanie chemiczne różnych substancji, nawet kwasy solne i azotowe nie stanowią dla nich zagrożenia. Jest jednak duża wada – aramidy są słabe przed ekspozycją na promieniowanie ultrafioletowe. Żagiel z takimi włóknami szybko staje się kruchy. W żeglarstwie aramidy są skręcane w włókna i pokrywane różnymi specjalnymi związkami.
Najpopularniejsze obecnie tkaniny aramidowe to:
Twaron® i Technora® – produkowane przez Teijin (Japonia).
Kevlar® – produkowany przez firmę DuPont (USA).
Waga żagli wykonanych z takich tkanin jest znacznie mniejsza niż zwykłych żagli poliestrowych. Mniej się zużywają i zachowują swoje właściwości użytkowe. Jednocześnie tkaniny są podatne na zagniecenia i fałdy, są też podatne na szkodliwe działanie promieni słonecznych. Obecność tych negatywnych czynników doprowadzi do utraty właściwości włókien tkaniny, a ona sama ulegnie załamaniu.
Cena tkaniny zależy od wielu wskaźników (waga, rozciąganie, elastyczność), a także od tego, gdzie zostanie zastosowana. Na przykład w przypadku szybkich jachtów stosuje się tkaniny o zwiększonej początkowej elastyczności, takie jak Kevlar 49 i Twaron 2200. Tkanina Technora jest bardziej wytrzymała niż Kevlar, choć jej składniki chemiczne są do niego bardzo podobne. Jednak pod wpływem promieniowania UV właściwość ta nadal jest tracona. Żagiel wykonany z tej tkaniny pokrywa się czarną mieszanką, aby chronić go przed słońcem.
Ultra PE (lub polietylen o bardzo wysokiej masie cząsteczkowej)
Od niedawna zaczęło być stosowane w żeglarstwie, choć zostało opracowane w połowie lat 50-tych ubiegłego wieku. Takie włókno jest łatwo odporne na promieniowanie UV, wilgoć, a także łatwo znosi działanie większości kwasów w porównaniu z materiałami aramidowymi, a także jest lżejsze wagowo. Ultra PE jest o 30-40% mocniejsze od włókien aramidowych i Kevlaru oraz mniej rozciągliwe. Tkanina ta jest dostarczana głównie przez amerykańską firmę Allied Signal i jej filię Dyneema w Europie.
Materiały Spectra® / Dyneema® są często stosowane w połączeniu z innymi włóknami w tym samym żaglu i mają bardzo podobne właściwości do poprzedniego materiału. Ultra PE jest bardziej wytrzymały na zagniecenia i fałdy niż Kevlar, nie boi się promieni UV, ale jest mniej odporny na wysokie temperatury, a także bardziej rozciągliwy. Dlatego nie nadają się na łodzie regatowe.
PEN (lub naftolan polietylenu)
Ulepszenie konwencjonalnego tworzywa sztucznego (PET). Tkanina wykonana z tego włókna jest znacznie lepsza od tradycyjnego poliestru. Jest najmocniejsza i najbardziej rozciągliwa, a także bardzo odporna na działanie kwasów i środków chemicznych. W porównaniu z aramidami jest mniej podatna na negatywne działanie promieni UV, ale mniej rozciągliwa i mniej trwała. Dużą zaletą jest cena żagla PEN. Właściciel jachtu kupuje żagle o dobrym zestawie cech, lepsze od żagli poliestrowych, ale korzystniejsze cenowo od żagli aramidowych.
Tkanina Pentex® PEN pochodzi z USA, produkowana jest przez firmę Allied Signal i jest szeroko stosowana w niektórych modelach łodzi regatowych (na przykład One Design), jeśli stosowanie żagli z włókien aramidowych jest zabronione ze względu na przepisy klasowe.
LCP (lub polimery ciekłokrystaliczne)
Wynalezione w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku. Bardzo odporny na wysokie temperatury, kwasy, odczynniki, chemikalia. Ale wymagane jest też dodatkowe zabezpieczenie tkaniny przed promieniami UV.
Na przykład żagiel niemieckiej firmy Hoechst, stworzony z tkaniny Vectran, jest prawie tak mocny jak Kevlar (moduł średni), również jest odporny na rozciąganie, bardzo dobrze znosi zagięcia i jest mniej podatny na rozdarcia.
Mylar
Już w latach 50-tych amerykańska firma DuPont wynalazła syntetyczną folię poliestrową / lavsan, która miała zastąpić plastikowe folie do pakowania. W 1955 roku Mylar zaczął być używany przy szyciu żagli.
Żagiel z mylaru nie tracił swojego profilu. Przy dowolnym ruchu jednostki względem wiatru dawał pełną widoczność, nie wyciągał się z kształtu, nie niszczył się pod wpływem promieni UV i wody. Ogromną wadą było głuche trzaskanie, gdy statek zmieniał swoją pozycję. W upalny dzień, że tak powiem, „smażył” sternika, zamieniając pływanie w tortury, tworząc na pokładzie efekt szklarni. A także możliwości technologiczne sklejenia takiego żagla z różnych części znacznie ograniczały jego wielkość. Na wytrzymałość żagla z Mylaru duży wpływ ma grubość folii, której nie można zwiększać do nieskończoności.
Obecnie żagiel mylarowy jest stosowany na małych jachtach, ale folia mylarowa jest również wykorzystywana w bazie do produkcji żagli laminowanych do stosowania na jachtach żaglowych do żeglugi morskiej, w połączeniu z różnymi włóknami aramidowymi, włóknami PEN oraz z tkaniną dakronową. Specjalne ułożenie nici mylarowych w kierunku spodziewanych obciążeń sprawia, że żagle prawie nie zużywają się. Żagiel prawie nie traci swojego kształtu i jest zwykle używany przez profesjonalnych zawodników, ponieważ jest dość drogi. Należy unikać różnych tarć o część kadłuba łodzi, ponieważ może to uszkodzić parsę i całkowicie ją unieruchomić.
Carbon (lub włókno węglowe)
Jego nici składają się z kryształów utworzonych z atomów węgla. W żeglarstwie materiał ten zaczął być stosowany pod koniec XX wieku, choć wynaleziono go w XIX wieku. Wynalazcy skręcili go w elastyczne nici, co zostało wykorzystane do produkcji żagli. Podczas Pucharu Ameryki w 1992 roku żagle laminowane z włókna węglowego spisały się znakomicie. Ich waga okazała się dość niewielka, natomiast rozciągały się mniej niż aramidowe i były mniej podatne na promieniowanie UV.
Takie żagle były jednak dość drogie. Za ich zalety trzeba było dosłownie zapłacić. Cena przekraczała nawet 40% kosztów żagli aramidowych. Ponadto takie żagle były bardziej wrażliwe na obciążenia mechaniczne. Pomimo tego, dziś wynalazcy nadal udoskonalają te włókna, gdyż materiał z nich wykonany najbardziej nadaje się do żagli regatowych. Przy laminowaniu żagli stosuje się czysty węgiel, jak również łączy się go z włóknami aramidowymi.