Om trä, epoxy, glasfiber mm

Latest updated Sunday, January 5, 2020, 29 comments

This page is currently available in Swedish only. I may find the time to translate it eventually, but in the meantime Google Translate may provide something intelligible.

Till skillnad från alla syntetiska fibrer och kemikalier är trä utvecklat av naturen under många miljoner år till ett oöverträffat strukturmaterial – lättare, starkare och segare. Utöver detta är trä jämförelsevis billigt, vackert, lätt att forma, sammanfoga och ytbehandla. Det flyter, isolerar mot kyla, värme och ljud och det åldras med behag. De flesta upplever trä som ett trevligt, vänligt material att umgås med och arbeta i.

Trä är vidare ett av de mest hållbara konstruktionsmaterial som finns: naturligt, förnybart, återvinningsbart, biologiskt nedbrytbart, giftfritt och med låg CO2-emission vid bearbetning.

Två speciella egenskaper bidrar till den enastående styrkan i förhållande till vikten:

• ligninet i cellväggarna innebär att cellstrukturen har bättre kompressionsstyrka än betong (ca 2400 kg/cm2)
• cellulosa som hålls ihop med ligning har bättre draghållfasthet än stål (10 000 kg/cm2).

Låg vikt

Med träribbor, glasfiber och epoxi går det att bygga extremt lätt. Till skillnad från traditionellt båtbygge där ett antal olika delar och lager av olika material hålls ihop av mekaniska fästelement – spikar, skruvar och nitar – får ett stripskrov sin styrka av skalverkan och klarar sig helt utan spant och förstyvningar. Påfrestningar fördelas ut i hela skrovet istället för att lokaliseras till fogarna.

Densiteten för gran är mellan en tredjedel och en fjärdedel av glasfiberns densitet. Genom att använda gran som kärnmaterial mellan två lager glasfiberväv vinner man både styvhet och vikt jämfört med massiv glasfiber/polyester eller glasfiber/vinylester.

En lättare kajak är trevligare både på land och i vattenEn lättare kajak är trevligare både på land och i vatten; lättare att lasta på bilen och att dra upp på stranden, lättare att manövrera, accelerera, svänga, stoppa – lastkapaciteten ökar och det blir lättare att paddla långt och hålla farten länge.

En normallång träkajak brukar hamna mellan 16 och 20 kg beroende mycket på generositeten med epoxi. Motsvarande glasfiberkajak brukar väga 22-25 kg och en termoplastkajak (polyeten m fl) 25-30 kg. Medan kommersiella byggare tar till all high-tech som finns för att spara ett par kilo, sparar hemmabyggaren flera kilo bara genom att använda trä.

För att nå riktigt låga vikter gäller det naturligtvis att fundera över material – det är lätt att dekorationer av tunga exotiska träslag stjälper kalkylen. Gummiluckor med sargar, roder i rostfritt stål, överdesignade däcksbelag och mycket annat kan öka vikten förfärande mycket. Träluckor, aluminium eller träroder, lättviktsbeslag, sits i uretanskum mm hjälper till att hålla vikten. Allt detta finns i byggbeskrivningen.

Styrka och smidighet

Ett sandwichlaminat består av två ytterskikt med stor drag- och tryckhållfasthet som hålls isär av ett lätt kärnmaterial. Styvheten är till största delen en funktion av avståndet mellan ytterskikten – ju större avstånd desto starkare skrov. Därför är ett stripskrov med 5 mm avstånd mellan glasfiberskikten väsentligt styvare än ett massivt glasfiberskrov (med avståndet 0).

Men till skillnad från andra lätta kärnmaterial (balsa, uretanskum mm) har gran en drag- och tryckhållfasthet som i förhållande till vikten är högre än alla andra båtbyggarmaterial (stål, aluminium, kolfiber, kevlar etc – se tabellen nedan). Tillsammans med sandwichprincipen är resultatet ett lättare och styvare skrov än vad som går att åstadkomma med andra byggmetoder.

Ytterligare styrka uppstår genom att de flesta stripkajaker är konstruerade med dubbelkrökta ytor – ytor med krökning i två dimensioner. Kanoter av skivmaterial - plywood, aluminium etc kan inte dubbelkrökas utan består av ett antal hopkopplade flata ytor – och saknar mycket av stripkanoternas styvhet.

En stripkajak känns därför mycket solid ute i grov havssjö – ingenting flexar, vibrerar eller slamrar. Det betyder också att ingenting av muskelkraften går åt till att flexa skrovmaterialet – allt blir fart – och att de rörelser som minskar livslängden i andra material är väsentligt mindre.

Nedan några jämförelser mellan några vanliga båtbyggnadsmaterial. Träslaget som avses är Western Red Cedar, som är det vanligaste träslaget för kanotbygge i USA. Egenskaperna är ungefär de samma som för svensk gran. (Mätningarna är gjorda av Gougeon Brothers och MIT).

Tabell 4; visar resultatet av provbelastning av balkar 610 x 12 mm och med tjockleken avpassad så att vikten är exakt 25 gram. Balkarna fästes i ena änden – den andra belastades först med 200 gram, sedan med 500 gram och nerböjningen mättes. Prisuppgifterna är från jan -99 och kan naturligtvis variera mycket.

Tabell 5; visar vad som händer några olika material efter ett antal töjningar. En kajak som ute till havs möter en våg var tredje sekund utsätts för ca 10³ (= 1000) töjningar per timme. 10⁶ (=1.000.000) motsvarar ungefär 4 års normal havspaddling.

Detta förklarar varför lätta tävlingskajaker i plast bara är konkurrenskraftiga ett par år (sedan mjuknar laminatet) och varför havskajaker i plast är så tunga. De måste överdimensioneras rejält för att hålla ihop även efter 10⁶ möten med vågor.

En ny undersökning av trä/epoxi-laminats konstitutiva egenskaper vid Kungliga Tekniska Högskolan visar ännu större skillnader: jämfört med traditionell glasfiber/vinylester får trälaminatet 70 gånger bättre värde när det gäller böjstyvhet i fiberriktningen och 20 gånger bättre mot fiberriktningen! (En glasfiberkanot kommer alltså att väga 70 gånger mer innan den är lika styv.) Böjhållfastheten är 7 gånger bättre i fiberriktningen och 1,5 gånger bättre mot fiberriktningen. Dragstyvhet 4 gånger bättre och draghållfasthet 2 gånger bättre i fiberriktningen. (Mot fiberriktningen är däremot glasfiber/vinylester starkare. Plastlaminatet är lika starkt i alla riktningar, även där det inte behövs, vilket ger onödigt hög vikt)

Hållfasthet i trä/epoxi-laminat (pdf - 266 kb)
Diagrambilaga (pdf - 45 kb)

Styrka på rätt håll

Trä är anisotropiskt – plast är isotropiskt, vilket innebär att plast till skillnad från trä är lika starkt i alla riktningar. Trä är starkt i fiberriktningen men inte tvärs fibrerna. Trä är alltså utomordentligt väl lämpat för långa smala föremål, som trädstammar och trädgrenar – eller kanoter. En plastkanot kommer att vara kraftigt överdimensionerad tvärskepps när långskeppsstyrkan är tillräcklig.

Obegränsad formbarhet

Stripskrov kan se ut hur som helst. Det finns i praktiken inga begränsningar till vilka former som går att bygga. Det innebär att konstruktören kan renodla den hydrodynamiskt bästa skrovformen för varje kajak eller kanot utan att vara låst av materialets begränsningar.

Till skillnad från ribb-och-duk-kajaker där duken trycks in till en rad med konkava fack mellan längsgående stringers och plywoodkajaker som består av plana ytor med skarpa slag, ger ett slätt stripskrov mindre motstånd i vattnet – man kommer längre med mindre ansträngning. För mig är det fullt tillräcklig anledning att välja stripbygge.

Slitstarkt?

Alla skrovmaterial har sina svagheter. Glasfiber kajaker är dyra och ömtåliga, termoplastkajaker är tunga, långsamma när de blir repade och svåra att reparera, ribb-och-dukkajaker har spant som stjäl utrymme och gör dem svårlastade, plywoodkajaker har större våt yta än stripkajaker och är sällan lika vackra. Stripkajakens akilleshäl är slitstyrkan. Eller rättare sagt: slitstyrkan är god, men vill man att kajaken skall se ut som ny även under botten får man vara lite försiktig vid landning på steniga stränder.

Risken att åstadkomma repor som funktionellt skadar skrovet är litenRisken att åstadkomma repor som funktionellt skadar skrovet är liten. Jag har forspaddlat med flera av mina kajaker, surfat upp på stenstränder med fullastad kajak i grov bränning, missat vid översurfningar av grynnor och mycket annat - utan att mer än någon enstaka gång skada laminatet så att det behövt repareras. Det enda som behövts är en årlig strykning med lack för att hålla ytan jämn och friktionsfri och för att skydda epoxin från UV-strålning. Men reporna förblir synliga under klarlack – vilket kanske inte tilltalar alla.

Nackdelar då?

Traditionellt träbygge har två mycket välkända nackdelar. Den ena är att trä sväller och krymper när fuktigheten ändras vilket gör det svårt att få limfogar att hålla och ytbehandling att sitta kvar. Den andra är att det finns små otrevliga mikroorganismer som älskar att äta upp träfibrerna om bara de yttre förutsättningarna är gynnsamma – fuktigt, varmt och god tillgång på syre.

Byggmetoden jag använder bygger på att alla träytor förseglas med epoxy genom hela byggnationen. Metoden kallas WEST (Wood epoxy Saturation Technique) och har använts med stor framgång i drygt tjugo års tid för allt mellan jollar och minsvepare, rotorblad till vindkraftverk, master och lätta flygplan. Epoxyskiktet hindrar fuktvandring och låser fuktkvoten vid ca 10-12 % där träet har sin största styrka. Träets rörelser upphör, mikroorganismerna dör av syre- och vattenbrist och din kanot blir i praktiken underhållsfri och mycket, mycket långlivad.

Underhåll

Underhållet är ungefär som för en glasfiberkajak – endast skador behöver ses över. Efter några års flitig användning kan det vara idé att våtslipa skrovet och lacka om, så ser kajaken ut som ny igen – och går som ny (smårepor som uppstår under botten även om man är försiktig, ökar friktionen).

En nyfernissad yta (utan damm och andra ojämnheter) har lägre friktionskoefficient än de flesta andra båtbyggnadsmaterial.

Vacker - en bisak

Få skulle förneka att en lackad träyta har mer charm än gelcoat och genomfärgad polyeten. Många skulle hålla med om att havskajaker i trä är de vackraste farkoster man kan se. Extra tydligt blir detta när man går iland och folk samlas för att titta, när omkörande bilar ligger kvar en stund extra i omkörningsfilen och föraren bara tittar på kajaken på takräcket eller när man för hundrade gången säger:”nej, sådana kan inte köpas, man får bygga själv”.

1. 1. Om olika träslag och deras lämplighet för kanotbygge

   Lämpliga träslag, deras vikt, hållfasthet, rötbeständighet mm

2. 2. Om olika armeringsvävar

   Armeringsväv behövs vid stripbyggen för att ge tvärskeppsstyrka, för att stabilisera ytan och för att tillsammans med epoxy ge ett tätt membran. Men vilket är bäst: glasfiber, kolfiber, kevlar?

3. 3. Om lätta distansmaterial

   Är lätta distansmaterial ett bra alternativ till trä?

4. 4. Om limmer, epoxy mm

   Det finns många olika sorters limmer att köpa. Vilka är skillnaderna och vilket är bäst?

5. 5. Om linolja, tjära mm

   Linolja och tjära hör väl mest till gammeldags båtbyggeri, men till paddlar föredrar jag dem framför alla moderna preparat.