Материал: Доска для сноуборда - конструкция и материалы

Доска для сноуборда - конструкция и материалы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

Горный институт

Кафедра ФГПиП

Самостоятельная работа №2 на тему:

Доска для сноуборда- конструкция и материалы

Москва, 2015г.

. Введение

Сноубо́рд (англ. snowboard, букв. «снежная доска») - спортивный снаряд, предназначенный для скоростного спуска с заснеженных склонов и гор. Сноуборд представляет собой многослойную конструкцию (в форме доски с загнутыми торцами, со среднестатистической длинной 140-165 см и шириной примерно с длину ступни райдера) с металлическим кантом по периметру нижней части и креплениями (обычно продаются отдельно) для ног. От монолыж сноуборд отличает стойка райдера: на сноуборде ступни направлены (в той или иной степени) поперёк доски, в монолыже - вдоль. Так же необходимым оборудованием для сноубордов являются сноубордические ботинки.

Рис.1. Доска для сноуборда (монолыжа).

. Типы сноубордов

По назначению доски классифицируют на четыре основных (не считая промежуточных и экзотических) типа:

Жесткие (Alpine). Направленные, длинные и узкие доски с явно выраженным носом и хвостом. Используются только с жёсткими креплениями и жёсткими (пластиковыми) ботинками. Предназначены как для спортивных дисциплин (параллельный слалом, параллельный гигантский слалом), так и для карвинга (фрикарвинга). Доски этого типа предназначены для высоких скоростей, четче и резче реагируют на управляющие движения, требуют специальной техники катания и физической подготовки. Слаломные доски для взрослых райдеров имеют ростовки около 160 см и радиусы от 7 до 13 м. Доски для гигантского слалома имеют ростовки около 180 см и радиусы от 11 до 21 м. Сноуборды для карвинга чрезвычайно разнообразны по форме бокового выреза, ростовке и ширине, поскольку выпускаются для большого количества стилевых направлений: бомер, еврокарвинг(экстрим-карвинг), памп, свободный стиль.

Сноубордкросс. Спортивные доски для участия в дисциплине Бордеркросс. Технологически устроены как Жесткие сноуборды (выпускаются теми же производителями на той же технической базе), но геометрия изменена для использования с мягкими ботинками и креплениями, а радиус бокового выреза подобран для оптимального прохождения кроссовой трассы. Допустимо использование с жестким сетапом. Часто используются для «софт-карвинга» и как переходный этап к жесткому сноубордингу.

Фрирайд. Направленные доски для катания в целине. Как правило, имеют значительную длину, широкий нос и смещённые к хвосту закладные. Доски этого типа используются как с мягким, так и с жёстким сетапом. Ярким представителем этого типа досок являются сваллоу-тейлы (англ. swallow-tail, «ласточкин хвост») - длинные доски с широким носом и хвостом, разделённым на две части подобно хвосту ласточки. Данные доски характеризуются увеличенной площадью скольжения, максимальной эффективной длиной кантов и способностью «всплывать» в снегу.

Мягкие: Наиболее распространённый тип досок. Существует множество разновидностей этого типа, предназначенные для дисциплин: фристайл, джиббинг и универсальные (All-Mountain) для бэккантри. Как правило, доски этих типов имеют небольшую длину, слабо выраженную направленность или не имеют направленности (Twin-tip), небольшую жёсткость. Доски для джиббинга делаются без кантов. Доски для фристайла могут предназначаться для отдельных его разновидностей: биг-эйра, хавпайпа, сноуборд-парка и т. д.

. Конструкция

Современный сноуборд - это высокотехнологичное изделие, представляющее сплав технологий и основанное на современных композитных материалах, а потому лёгкое и прочное. Конструкция сноуборда бывает трёх типов:

Сэндвич (англ. sidewalls - боковые стенки) - представляет собой оклейку сердечника сверху и снизу двумя плоскими слоями стекловолокна, края сердечника закрываются узкой полоской АБС-пластика. Такая конструкция тяжелее, гибче, проще ремонтируется и существенно лучше работает на предельных нагрузках.[2][3] Из-за того, что такая конструкция дороже в изготовлении, изначально она применялась только в топовых горнолыжных снарядах.

Конструкция сноуборда "сэндвич":

. Декоративный слой

. Оплетка

. Стенки

. Сердечник

. Оплетка

. Кант

. Скользяк

Кэп (от англ. cap - колпак) - конфигурация сердечника этого типа достаточно сложная и представляет собой слой стекловолокна в форме буквы П, приклеенный к другому слою отогнутыми ножками. Согнуть такую конструкцию поперек очень сложно. Благодаря вертикальным стенкам конструкция обладает большей жесткостью, и при этом немного уменьшается вес сноуборда. При максимальных и запредельных нагрузках такая доска не сломается, а расслоится. Конструкция также даёт немного лучшее сцепление, но в современных cноубордах встречается довольно редко.

Конструкция сноуборда "кэп":

. Декоративный слой

. Оплетка

. Сердечник

. Оплетка

. Кант

. Скользяк

Гибридная - совмещает в себе «сэндвич» и «кэп». Вариантов таких конструкций много, условно их можно поделить на 3 три основных типа:

«сэндвич» по длине рабочей поверхности + «кэп» на носу и хвосте;

«кэп» по длине рабочей поверхности + «сэндвич» на носу и хвосте;

«сэндвич» по периметру, но в нижней части + «кэп» в верхней части доски.

Как мы видим сноуборды разных конструкций состоят- из одинаковых материалов, имеется лишь конструкционное отличие. Рассмотрим по отдельности материалы- используемые для изготовления сноуборда.

Декоративный слой- служит для цветовой дифференциации владельца сноуборда, обычно чем красочней и дороже тем более он богаче, так же служит для защиты от внешних воздействий внутренние слои доски.

Оплетка (laminates, "ламинат") - оказывает влияние на продольную и поперечную (торсионную) жесткость доски. Сердечник либо весь оборачивают в ткань, либо её наклеивают снизу и сверху. Измение толщины, материала нитей оплетки и направления их волокон относительно друг друга влияет на поведение и характеристики доски. Существуют три вида оплеток

биаксиальная (biaxial) - углы 0° и 90°, увеличивает продольную жесткость, используется в досках для новичков и некоторых моделях для фристайла;

триаксиальная (triaxial) - углы 0°, 45° и 45°, увеличивает продольную и поперечную жесткость,используется в верхних моделях для опытных райдеров и фрирайдовых досках, т.к. увеличивает "хватку" канта;

квадраксиальная (quadraxial); - углы 0°, 90°, 45° и 45°, увеличивает продольную и еще больше поперечную жесткость.

Сердечник - основа сноуборда, служит каркасом на который крепится всё остальное, скрыта вутри.

Выделяются три основных способа изготовления деревянной основы:

а) Сплошной - изготовленный из одного куска дерева. Главный недостаток такого сердечника может появиться покоробленость. Такие дешевые и легкие сердечники используют в досках начального уровня.

б) С вертикальным ламинатом - состоит из продольных реек, склееных между собой. Волокна реек располагают в противоположном направлении, для предотвращения «скручивания». Для увеличения жесткости на скручивание, так же могут применятся различные породы дерева, часть реек по краю набора могут расположить не вдоль, а поперек.

в) С горизонтальным ламинатом - представляет собой фанеру. Для долговечности конструкции слои фанеры гнутся перед склейкой. Недостатком является большой вес. В настоящее время такой способ практически не применяют.

"Продольное" и «торсионное» усиление. В нижней части сноуборда поверх слоя стеклоткани дополнительно наклеивают две полосы из кевлара - для увеличения продольной жесткости. Некоторые фирмы в тех же целях используют «вертикальные стрингеры», представляющие собой полосы стеклоткани или карбона, вклеенные между рейками «вертикального ламината». Жесткость сноуборда при этом увеличивается так же. как и в описанном выше варианте «кэповой» конструкции.

В верхней части поверх слоя стеклоткани часто приклеивают дополнительное графитовое V-образное или Х-образное усиление, называемое «торсионными вилками» или «торсионным усилением». Некоторые фирмы, кроме дополнительных «плоских торсионных вилок», делают еще и «объемные», или «ЗD-торсионные вилки». Они получаются путем оклеивания стеклотканью предварительно обработанных на станках с ЧПУ сердечников. При этом получается набор дополнительных, расположенных в различных направлениях, вертикальных стенок, которые увеличивают как продольную, так и поперечную жесткость! Создавая торсионные вилки, некоторые компании доходят до использования совсем уж экзотических технологи, типа пьезоэлектрических микрочипов. В этой системе поперечные колебания сноуборда преобразуются пьезоэлектрическим элементом в электрическое колебание, затем, проходя через микрочип, это колебание меняет свою фазу на противоположную и направляется обратно в пьезоэлемент, где, преобразовавшись обратно в механическое колебание, но уже в противофазе, гасит вредную вибрацию. Другие же компании избирают более простые и изящные пути, просто заменяя часть стекловолокна в оплетке сноуборда на более жесткие волокна карбона или кевлара.

Кант - металлический профиль, проходящий по нижнему краю сноуборда. Служит для управления сноубордом - выполнения поворотов и торможения. С его помощью сноуборд "режет" снег (лед) должен соответствовать таким свойствам как износоустойчивость, гибкость и коррозионная стойкость. Именно за счёт этого элемента, у доски появляется управляемость, возможность делать резкие дуги и повороты. При производстве кант вклеивается в тело доски, обычно между скользяком и сердечником.

Скользяк нижняя часть сноуборда. Делается преимущественно из полиэтилена, с добавление графита, но опять же каждый производитель, в меру своей фантазии, называет свой материал, как хочет. Различают два вида скользяка (скользящей поверхности):

. Экструдированный (Extruded) - это лист полиэтилена, который получают путём раскатки расплавленной массы между валиками. Такой скользяк не требует частой обработки парафином или другого уходе, легко ремонтируется, дёшев и доступен. Его минусами может являться то, что он достаточно хорошо впитывает воду, хуже скользит чем второй вид поверхности, которая называется:

. Спечёной (Sintered). Такой вид скользяка получается при "выпекании" полиэтиленовых гранул при высоких температурах и низком давлении, часто сюда добавляют различные примеси, чаще всего - графит. Поверхность при этом получается жёстче и прочнее, не впитывает влагу. Правда и требует она больше ухода (парафинизации), но зато скользит на порядок выше, чем экструдированная база.

. Материалы

Для изготовления описанных выше изделий необходимо использовать современные материалы- которые должны обладать определенными свойствами. Рассмотрим материалы, использующиеся в изготовлении сноуборда в том же порядке что и конструкция.

Декоративный слой- . В качестве материалов для верхнего слоя обычно используют высокотехнологичный полиэтилен, винил, реже - натуральный шпон. Иногда доску просто покрывают толстым слоем лака.

Сердечник- Обычно состоит из дерева, оклееного слоями (англ. laminated) стекловолокна, иногда с дополнительными усилениями из карбона и кевлара. Наиболее распространённой древесиной, применяемой в сердечнике выступают бук и тополь, также используются и другие сорта древесины

Дерево (wood) - базовый материал при производстве сердечников, оно имеет высокие значения коэффициента качества (отношение предела прочности к плотности), хорошо сопротивляется ударным и вибрационным нагрузкам, легко обрабатывается и позволяет изготовлять детали сложной конфигурации, надёжно соединяется в изделиях и конструкциях с помощью клея. Из минусов можно отметить изменение формы и размеров деталей при колебаниях влажности. При производстве сердечников используются как хвойные (легкие, твердые, но хрупкие), так и лиственные (гибкие, мягкие, но тяжелые) сорта древесины. Вот некоторые проды древесины, применяемые в "сноубордостроении":

тополь (poplar, cottonwood);

бук (beech);

осина (aspen);

тик (teak);

дуб (oak);

ясень (ash);

береза (birch);

лиственница (larch);

сосна (pine);

ель (fir, deal);

абачи (abachi);

генетически измененная древесина (altered genetics); *

*Выращиванием мутантов занимаются товарищи из компании Mervin (бренды Gnu и Lib Technologies). Об этой древесине известно лишь, что она не имеет годовых колец, что влияет на её прочность и упругость.

Полимеры (polymer) - химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев). Полимеры обладают специфическим комплексом физико-химических и механических свойств. Важнейшие из этих свойств: способность образовывать высокопрочные анизотропные высокоориентированные волокна и плёнки; способность к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям. Благодаря механической прочности, эластичности, и др. ценным свойствам изделия из полимеров применяют при производстве сноубордов. Основные типы полимерных материалов - пластические массы, резины, волокна.

Композиты (composite) - многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и т.д. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по своим механическим свойствам и в то же время они легче. Использование композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при сохранении или улучшении ее механических характеристик.

Углеродное волокно (carbon fiber) - материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 5 до 15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода. Атомы углерода объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение. Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью.

Алюминий (aluminium) - Металл серебристо-белого цвета. Сам по себе алюминий довольно мягкий металл, поэтому используются в основном его сплавы, которые обладают в десятки раз большей прочностью, самый известный среди них - дюралюминий (сплав алюминия с медью). Основные свойства (сплавов) - лёгкость, жесткость, химическая инертность.

Кант- Изготавливается из нержавеющей стали твердостью 48 единиц по шкале Роквелла . Метод Роквелла является методом проверки твёрдости материалов. Способ основан на проникновении твёрдого наконечника в материал и измерении глубины проникновения.

Скользяк- изготавливается из высокомолекулярного полиэтилена.PE [Ultra High Molecular Weight Polyethylene], обладающий следующими свойствами:

высокая износостойкость;