Vliv vody na statická lana

Zkoumání vlivu vody (v kapalném i tuhém skupenství) na pevnost uzlů statických lan vyrobených z polyamidu
(typ PA6).
Radek Fáborský

Obsah

Předmluva

Statická lana (definovaná dle normy EN 1891, Typ A nebo Typ B, norma UIAA 107) se používají při práci ve výškách, speleologii a pro určité aplikace i v horolezectví. Zdánlivě odbočím: Dynamická lana jsou z hlediska textilního inženýrství na velmi vysoké úrovni aktivní bezpečnosti. Tato lana jsou mnohdy v bezpečnostním řetězci až pro případ, stane-li nějaká nehoda, kontrolovaný nebo naopak nepředvídaný pád. Na druhou stranu, statická lana jsou téměř vždy v bezpečnostním řetězci jako primární prostředek dostat se dolů a poté také nahoru. Selžou-li tyto lana, potom např. jeskyňář nemá další cesty ven (zbývá záchranná akce). V případě krizové situace při záchranné akci nebo poruše vybavení hluboko pod zemí, musí jeskyňář s jistotou slepce např. rozvázat zatažený uzel nebo provést další činnosti, kdy kvalita používaného lana může rozhodnout o úspěchu celé akce. Pohlížíme-li na lano (obecně) i z těchto úhlů pohledu, je statické lano minimálně stejně tak exponované jako lano dynamické. Proto bychom měli i výběru a chování statických lan věnovat velkou pozornost. Statické lano ze svého principu dělá méně "práce" samo. Není elastické, aby absorbovalo energii, neb kdyby bylo elastické, uživatel by se při stoupání na laně dle postupů jednolanové techniky houpal jako jo-jo, čímž by krom nepříjemného pocitu také namáhal kotvící bod. Pro tyto i další důvody jsme se rozhodli rozpracovat několik studií chování statických lan z nichž první (a presentovaná zde) se týká zkoumání vlivu vody (v kapalném i tuhém skupenství) na statická lana vyrobená z polyamidu (nylon), respektive na chování osmičkových uzlů na těchto lanech. Zaměřili jsme se na uzly ve smyslu známé fráze, že neslabší článek každého lana je jeho uzel. Některé práce na toto téma jsou staré i několik dekád a naším úkolem je, mimo jiné, zjistit jsou-li stále platné či nikoli nebo je doplnit. Velmi nám šlo o to, aby veškeré zkoušky byly maximálně opakovatelné a byl minimalizován jakýkoli prostor pro chybu plynoucí z nesprávné měřící metody nebo přípravy vorků.

Vlastnosti a použití statických lan

Jak už bylo řečeno výše, statická lana slouží k zachycení osob nad volnou hloubkou a nikoli pro zachycení pádu z výšky. Nejsou tedy vhodná k horolezectví, s výjímkou fixního lana a vytahování břemen. I při použití statických lan v jednolanové technice se dá udělat pár chyb. Mezi osobou a kotvícím bodem by tedy na statickém laně neměl být žádný průvěs. Proč? Není-li průvěs, osoba se po uklouznutí pouze maximálně zhoupne a kotvící bod je zatížen pouze staticky nebo minimálním rázem. V případě průvěsu mezi osobou a kotvícím bodem (do kterého je lano zavázáno uzlem) vyšle osoba vlivem tíhového zrychlení do kotvení a uzlu větší ráz, což je pro jednolanovou techniku statických lan nepřípustné. Statické lano totiž (na rozdíl od dynamického lana) není staveno na absorbování energie pádu. Ano, statická lana se také testují na rázovou sílu. Ale u zkoušky u statických lan padá závaží na 2m dlouhém laně pouze 0,6 metru, tedy pádový faktor 0,3. Nikoli pádový faktor cca 1,75 jako u lan dynamických. Statické chování statických lan nabádá k větší pozornosti při dalším použití. Při slaňování je třeba postupovat dolů plynule, zastavovat v průběhu pozvolna a nezatěžovat tak kotvící bod. O jumarování jsem se již zmínil v Předmluvě.

Rozdělení statických lan

Před popisem vlastností lan a výsledků testů je nutno se seznámit s označováním statických lan ze strany výrobců. Konzultačním místem pro zjišťování relevantních informací byl německý institut TÜV Mnichov, který se specializuje na Osobní Ochranné Prostředky (dále jen OOP). Popisuji statická lana, jenom pro úplnost informací uvádím, že jejich správný název by měl být nízko-průtažná kernmatel lana (z anglického originálu Low stetch kernmantel rope; kernmatel je nepřekládaný terminus-technikus). Jediná použitelná směrnice pro posuzování těchto lan umožňuje uvést na trh statická lana průměr 8,5 až průměr 16,0 testované dle EN 1891 typ A nebo B. Taková lana slouží k zachycení osob nad volnou hloubkou (neslouží pro zachycení pádu z výšky!!). Lana typu A jsou hlavní lana systému a lany typu B jsou lana, která z jakýchkoli důvodů potřebují větší péči než lana typ A (např. mají menší průměr, nižší pevnost nebo kombinaci obojího). Existuje-li tedy lano, které nemá všechny vlastnosti které předepisuje norma EN 1891 (Typ A nebo B), není možno takovýto textilní výrobek uvést na trh OOP jako lano k zabezpečení osob.

Popis testů

Při zkoumání níže opisovaných jevů jsme používali následující metody pro měření, přípravu vzorků a statistické vyhodnocování.

# Použité trhací zařízení: Trhačka interní laboratorní zkušebny Singing Rock. Přesnost odečítané hodnoty pevnosti [kN] +/-0,5%. Rychlost posuvu 2,5mm/sec, konstantní rychlost.
# Atmosférické podmínky zkušebny: T = 20 +/- 3_C, rH = 55 +/-5%
# Teplota vody pro namáčení vzorků: 10 +/-3_C
# Doba provedení testu po vytažení z vody nebo z podchlazeného prostředí: max. 2 minuty
# Doba trvání jednoto trhu: 4 minuty
# Zmrzlé vzorky měly na sobě a v sobě tuhý led i po ukončené zkoušce
# Doba namáčení, mrznutí (i s teplotou), případně sušení vzorků je vždy uvedena v každé tabulce výsledků
# Testované oka osmičkových uzlů byla natahována přes čep průměr 10mm
# Rozměry zkoušených uzlů a vzorků: vnitřní délka oka O1 = 80 +/-10mm, délka těla uzlu U1 = 75 +/-5mm, volná délka mezi uzly Lv = 350 +/-30mm.
# Při zkoušení jednoho druhu lana bylo použito vždy lano ze stejné výrobní série
# Referenční vzorek je vždy u každé zkoušky suchý vzorek daného lana

Výsledky a komentáře

Dosažené výsledky jsou zobrazeny v následujících tabulkách. Výsledná hodnota kN je vždy průměr tří náměrů (také zobrazeny).

TEST A

TEST A - Lano 1 - typ A - 10,5mm průměr
Druh vzorku Pevnost v 8 uzlu
kN
Průměrná pevnost
kN
Odchylka od
referenčního lana
suchý 19,124
19,835
21,476
22,257 Ref. vzorek
Mokrý = 80 hod ve
vodě
16,766
17,134
18,114
17,338 -13,93 %
Zmrzlý = 68 hod ve
vodě pak 12 hod v
-2,5_C venkovní
16,766
17,134
18,114
22,257 +10,48 %

TEST A - Lano 2 - typ A - 10,5mm průměr
Druh vzorku Pevnost v 8 uzlu
kN
Průměrná pevnost
kN
Odchylka od
referenčního lana
suchý 21,691
24,430
21,975
22,699 Ref. vzorek
Mokrý = 48 hod ve
vodě
20,583
19,196
19,979
19,919 -12,25 %
Zmrzlý = 36 hod ve
vodě pak 12 hod v
-9_C venkovní
23,804
23,970
25,687
24,487 +7,88 %

Komentář k testu A:
při zaokrouhlení výsledků se dá říci, že mokré lano sníží svou pevnost v uzlu cca o 10%, naopak u lana zmrzlého zde překvapivě došlo k nárůstu pevnosti o cca 10%. K poklesu dochází z důvodu působení vody na polyamid, ,kdy vratnou reakcí s vodou dochází k oslabení amidové vazby v polymeru a v důsledku ke ztrátě pevnosti lana. Před zmrznutím byly vzorky napřed déle namočeny. Předpoklad je tedy, že před uložením do mrazu by také měly cca 10% pokles pevnosti. Důsledkem snížení teploty, dojde k přeměně skupenství vody, kdy se její molekuly váží do hexagonální krystalové mřížky, do které jsou zapojeny veškeré vodíkové vazby, které v kapalném stavu reagují vratnou reakcí s amidovou vazbou nylonu a způsobují její oslabení. Pravděpodobně proto zmrzlá lana nevykazují pokles pevnosti, jako lana mokrá. Časy namočení a mrznutí nejsou stejné u obou vzorků. Tyto rozdíly mohou mít malou měrou vliv na výsledky. Podle mého názoru již nehraje roli, jestli je vzorek ve vodě 12 hodin, nebo 80 hodin. Nemohu to ale s určitostí tvrdit. Cílem těchto testů bylo zjistit obecné chování lan, nikoli porovnávání desetinných čísel.

TEST B

TEST B - Lano 1 - typ A - 10,5mm průměr
Druh vzorku Pevnost v 8 uzlu
kN
Průměrná pevnost
kN
Odchylka od
referenčního lana
suchý 21,711
19,689
21,107
20,836 Ref. vzorek
Mokrý = 48 hod ve
vodě
17,909
19,162
18,634
18,568 -10,89 %
Zmrzlý = 36 hod ve
vodě pak 12 hod v
-11_C venkovní
24,707
22,408
23,505
23,540 +12,98 %

TEST B - Lano 3 - typ A - 10,5mm průměr
Druh vzorku Pevnost v 8 uzlu
kN
Průměrná pevnost
kN
Odchylka od
referenčního lana
suchý 20,959
22,288
21,182
21,476 Ref. vzorek
Mokrý = 48 hod ve
vodě
19,491
20,305
18,791
19,529 -9,07 %
Zmrzlý = 36 hod ve
vodě pak 12 hod v
-11_C venkovní
24,841
23,772
25,270
24,628 +14,68 %

Komentář k testu B:
test B je principem shodný s testem A, pouze proměnné se u obou vzorků liší od testu A. Opět zhruba 10% pokles a nárůst.

TEST C

TEST C - Lano 1 - typ A - 10,5mm průměr
Druh vzorku Pevnost v 8 uzlu
kN
Průměrná pevnost
kN
Odchylka od
referenčního lana
suchý 20,432
20,396
21,066
20,631 Ref. vzorek
Sušený = 55 hod ve
vodě pak 14 dní
sušený pokojová
teplota
20,227
20,366
20,394
20,329 -1,46 %
Sušený = 36 hod ve
vodě pak zmrzlý 18
hod v -10_C
venkovní pak
sušený 14 dní
pokojová teplota
21,756
18,617
21,8050
20,726 +0,46 %

TEST C - Lano 3 - typ A - 10,5mm průměr
Druh vzorku Pevnost v 8 uzlu
kN
Průměrná pevnost
kN
Odchylka od
referenčního lana
suchý 19,815
19,677
20,467
19,968 Ref. vzorek
Sušený = 55 hod ve
vodě pak 14 dní
sušený pokojová
teplota
20,466
21,905
22,1794
21,517 +7,66 %
Sušený = 36 hod ve
vodě pak zmrzlý 18
hod v -10_C
venkovní pak
sušený 14 dní
pokojová teplota
22,155
20,982
22,867
22,001 +10,08 %

Komentář k testu C:
u tohoto testu, šlo především o to, prokázat, že pokles nebo nárůst fyzikálně mechanických parametrů po působení tekuté vody, je vratný proces, a tedy nehrozí nebezpečí pro uživatele. Namoknou-li jednou lana, jejich původní vlastnosti nejsou ztraceny, ale pouze dočasně změněny (sníženy). Na laně 1 (test C) se tento předpoklad projevil beze zbytku. Vzniklé malé rozdíly mohou být zatíženy chybou měření. Chápal bych tedy výsledek u lana 1 (test C) za navrácení původních vlastností po vysušení. Naopak u lana 3 (test C) se lano po působení vody "zlepšilo" v měřených parametrech. Jenom připomínám, že u testu tohoto mokrého lana byl také zaznamenán téměř 10% pokles pevnosti. Domnívám se, že působením vody se vysrážením vyrovnaly rozdíly v napětí mezi vlákny. Lano také znatelně ztvrdlo. Podstatné ale je, že ani u lana 3 nedošlo ke ztrátě vlastností po konečném vysušení.

Závěr

Buďte opatrní, když budete používat mokrá lana, protože taková lana mají nižší pevnost. Jestliže se lana důkladně vysuší, jejich původní fyzikálně mechanické vlastnosti zůstanou zachovány.