Katamaran Hokulea

WEST neznamená západ, ale Wood Epoxy Saturatin Technique. Tuto techniku používají již víc než 40 let profesionálové i amatéři na celém světě ke stavbě velmi lehkých, pevných a trvanlivých lodí, od malých veslic až po velké jachty pro turistiku i transoceánské regaty. Dřevo lidé používají ke stavbě lehkých a pevných konstrukcí mostů, střech i lodí odedávna. Teprve novější materiály, ocel, hliník, i lamináty vyztužené skleněnými nebo uhlíkovými vlákny, používání dřeva podstatně omezily. Důvody jsou známé – dřevo vlivem vlhkosti mění svoje rozměry i vlastnosti a hnije.

Vlhké dřevo je těžké a jeho pevnost klesá. Stavitelé lodí se proto snaží chránit jeho vnější povrch před vodou povlakem ze skleněné tkaniny a pryskyřice. To však nestačí. Hlavním problémem je vodní pára. Mnoho expertů potvrdilo, že vnitřní povrch lodi nesmí být chráněn, aby dřevo mohlo dýchat. Ve skutečnosti je však vlhkost vzduchu uvnitř lodi vyšší než vně. Při nedostatečném větrání i malé množství vody na dně lodi vytvoří destruktivní stoprocentní vlhkost. Pokud někdo chce dřevo větrat, měl by raději chránit vnitřní povrch a vnější ponechat volný.

Mnoho nátěrových hmot může na povrchu dřeva vytvořit film chránící proti kapalné vodě, který však většinou nedostatečně brání pronikání vodní páry. Je to způsobeno tím, že při odpařování ředidel vznikají póry, a také tím, že většina nátěrových filmů se při schnutí nebo vytvrzování smršťuje. I polyesterové pryskyřice se smršťují o 8 – 12 %. Nejlepší vlastnosti mají speciální epoxidové pryskyřice, jež jsou základním prvkem techniky WEST. Slouží jako pevná lepidla a současně i nátěrové hmoty, které účinně brání přístupu vody ke dřevu nejen ve skupenství kapalném, ale i plynném.

Pro různé účely se základní pryskyřice mísí s různými plnidly. Jemná bavlněná mikrovlákna zvyšují pevnost pryskyřice, ale směs není tixotropní, je řídká, může snadno vnikat mezi vlákna dřeva; současně je schopna přemostit mezery a vytvořit dokonalý spoj. Koloidní kysličník křemičitý se používá k regulaci viskozity směsi. Pryskyřice s vysokým podílem křemene se však takřka nedá obrábět. Je-li nutné spoj po vytvrzení obrobit, přidáme do směsi duté skleněné mikrokuličky, které zároveň snižují měrnou hmotnost směsi. Do pryskyřice přidáme také barevné pigmenty, abychom dosáhli požadovaného vzhledu a chránili dřevo před sluncem. Nejlepší ochranu před negativními účinky ultrafialového záření však poskytuje příměs jemného hliníkového prášku. Jemný grafit přidáváme tam, kde chceme snížit povrchové tření, například do nátěrů ploutví.

Ke zpevnění spojů dřevěných konstrukcí se tradičně používají hřebíky, šrouby nebo různé kovové spony, které mají zvýšit bezpečnost lepených spojů. Tyto spony však soustřeďují účinky sil přenášených na malé plochy a vysoká napětí, která tak vznikají, často překračují pevnost dřeva. Na kovových dílech, které dobře vedou teplo, se sráží voda, jež je příčinou koroze kovových dílů a současně vniká do dřeva. Jestliže používáme tak účinné a pevné lepidlo, jakým je vhodně naplněná epoxidová pryskyřice, a současně důsledně rozložíme působení sil přenášených na velké plochy, můžeme kovové spojovací prvky zcela vynechat. Přítlak nutný po dobu vytvrzování spoje při lepení epoxidovými pryskyřicemi je podstatně nižší, než když použijeme lepidla rezorcínová nebo močovinová. Dřevo nasycené epoxidovou pryskyřicí je pevnější, významně se zvyšuje zejména pevnost v tlaku napříč vláken. To vše zvyšuje pevnost takto budovaných dřevěných konstrukcí, usnadňuje spojování dřeva a umožňuje používat spoje dříve neproveditelné.

Ani nejlepším stavitelům lodí se vždy nepodaří spojované díly dokonale slícovat. Při lepení epoxidovou pryskyřicí to ani není nutné. Vhodně naplněná pryskyřice přemostí všechny mezery a do jisté míry vyrovná nepřesnosti. Musíme však dodržet několik zásad. Pryskyřice bez plniva se vsákne do dřeva, a pokud je jí málo, není čím vyplnit mezery. Proto do pryskyřice přidáváme jemná bavlněná mikrovlákna, až směs dosáhne konzistence hustého sirupu nebo měkkého másla. Bavlněná mikrovlákna zachovávají schopnost pronikat do dřeva, a současně ji zahušťují, aby dobře vyplnila mezery. Čím větší máme mezery ve spoji, tím hustší směs použijeme. Při lepení naneseme směs kartáčem nebo vroubkovanou stěrkou rovnoměrně na oba spojované povrchy. Jestliže po chvíli zjistíme, že většina pryskyřice se vsákla do dřeva, přidáme další. Spotřeba pryskyřice pro nasycení dřeva je zvlášť velká při spojování ploch vzniklých řezem napříč vláken dřeva. Pokud jsme na pochybách, kolik pryskyřice nanést, naneseme raději více. Přebytek po stlačení spoje snadno odstraníme. Můžeme také nejprve nasytit všechny slícované plochy spojů nenaplněnou pryskyřicí, zbytek pak smíchat s koloidním kysličníkem křemičitým tak, až dosáhne konzistence krémové pasty, kterou naneseme na nenasycené plochy v takovém množství, aby vyplnila nepřesnosti slícování spoje. V některých případech nasytíme pryskyřicí celé díly. Pokud díly lepíme, až když pryskyřice zcela vytvrdla, musíme plochy spojů před lepením přebrousit a důkladně očistit. Lepené plochy balzy nasytíme vždy jen malým množstvím pryskyřice a necháme vytvrdnout, jinak jí nasaje tolik, že ztratí svou hlavní přednost, nízkou váhu.

Pro kvalitu lepeného spoje je velmi důležitý správný tlak v lepené ploše po dobu vytvrzování pryskyřice. Správný je takový tlak, který přidržuje lepené plochy těsně u sebe, ale nevytváří ve spoji předpětí. Příliš velký tlak je stejně škodlivý jako tlak nedostatečný. K jeho vyvolání používáme drátěné spony, gumové pásy a různé typy svěrek, které citlivě dotahujeme.

Vhodně naplněné epoxidové pryskyřice umožňují použít v konstrukcích ze dřeva i koutový spoj, který je základem mnoha velmi jednoduchých řešení spojů při upevňování žeber, polic a podobných dílů. Pro koutový spoj smísíme epoxidovou pryskyřici s takovým množstvím koloidního kysličníku křemičitého a případně i skleněných dutých mikrokuliček, až vznikne hustá pasta. Tato pasta je tixotropní, lepené plochy musíme nejdřív nasytit základní nenaplněnou pryskyřicí. Pak do kouta nanášíme pastu plochou tyčinkou, která je na konci zaoblena podle požadovaného poloměru koutového spoje. Přebytek pasty odstraníme břitem dláta nebo jiným nástrojem, ještě než vytvrdne.

Postup při vyplňování koutového spoje směsí a jeho čištění :

 

1.       Spoj natřený pryskyřicí dočasně upevněný sponou

2.       Zahuštěná pryskyřice

3.       Kornout s ustřiženým rohem

4.       Přebytek

5.       Stěrka

6.       Čistý pás, kde se stěrka dotýká povrchu dřeva, usnadňuje odstranit přebytek

7.       Dláto nebo nůž

 

 

 

A – spoj při použití směsi o vysoké pevnosti  –  zkoušky s různě plněnou směsi dovolují nalézt tak pevnou směs, že překližka praská mimo spoj.

B – spoj s použitím směsi o nízké pevnosti :

1 - Výplň o nízké pevnosti se pod zatížením stlačí,   

2 -  Výplň praskne tahem a začíná lom podél vláken dřeva,

3 - Dřevo praskne podél základny spoje

 

výplň	síla překližky               poloměr  stěrky
Směs o vysoké pevnosti	4 mm                                 16 mm 5 mm                                 19 mm 6 mm                                 22,5 mm
Směs o nízké pevnosti	Tyto poloměry postačí, aby nastal lom dle A 4 mm                                 19 mm 5 mm                                 19 mm 6 mm                                 19 mm Při poloměrech menších než 19 mm nastane lom dle B

 

Technika WEST se pravděpodobně nejčastěji používá při výrobě skořepin nebo obšívek lodních trupů slepovaných z několika vrstev pásů dýhy nebo tenkých překližek kladených v různých směrech na kopyto nebo kostru lodi. Díky tomu, že epoxidové pryskyřice nevyžadují při lepení vysoký tlak, vystačíme s poměrně malým počtem svorek. V tomto případě lepíme velké plochy tenkého dřeva, a proto není tak důležité nasycení, ale především dokonalý styk pryskyřice mezi dýhami. Pryskyřici mírně zahustíme koloidním kysličníkem a v dostatečném množství pečlivě rovnoměrně naneseme na oba slepované povrchy pomocí válečku z mechové pryže.

Technika WEST se používá také při stavbě lodí z překližek, které se připevňují na dřevěnou kostru. Nejvíce práce však ušetří postup SEŠIJ A SLEP, kdy kostra odpadá. Tak můžeme stavět malé veslice, plachetnice OPTIMIST, FIREBALL nebo TORNÁDO, ale i větší lodě, dlouhé 10 až 12 metrů. Z tabulí překližky nejprve vyřežeme celé boky, dna, zrcadla i paluby a přesně je opracujeme do tvaru, který zkouškami určil konstruktér lodi. Pokud nemáme po ruce dostatečně velké tabule, slepíme několik kusů překližky úkosovým spojem. Aby nebyla pevnost překližky v místě spoje nižší, musí být úkos alespoň osmkrát širší než tloušťka překližky. Podél okrajů, které chceme spojovat, vyvrtáme dírky a jednotlivé díly „sešijeme“ měděným drátem. Vzniklý kout vyplníme vhodně naplněnou epoxidovou pryskyřicí, jak jsme už o tom hovořili. Spoj často zpevňujeme pruhem skleněné tkaniny nebo rohože. Při tomto postupu zásadně nenasycujeme povrch překližky pryskyřicí předem. Vytvrzená pryskyřice zpevní překližku, jež se pak obtížně ohýbá. Překližku natíráme teprve v konečném tvaru.

Má-li být dřevěná konstrukce při malém zakřivení lehká, tuhá a pevná, nebo má-li dobře tepelně izolovat, používáme sendvič ze dvou vrstev pevného dřeva nebo překližky, mezi které vlepíme lehkou výplň z balzy řezanou napříč, pěnové PVC nebo voštinu z papíru impregnovaného pryskyřicí. Tak vyrábíme desky stolů, lavice, police i lůžka, skořepiny trupů i paluby.

Vlastnosti lepených dřevěných konstrukcí podstatně zlepšíme, když v silně namáhaných místech přidáme uhlíková vlákna ve formě pramenců nebo tkaniny, kterou pokládáme ve směru nevyššího zatížení. Uhlíkové vlákno má podstatně vyšší pevnost i modul pružnosti. Oba materiály praskají při stejné deformaci jen asi ve 0,8 % případů, a proto v konstrukci dobře spolupracují a jejich pevnost je zcela využita. Dřevěné konstrukce s uhlíkovým vláknem jsou při stejné pevnosti lehčí.

Zcela jiná situace nastává, použijeme-li vlákno skleněné. Jeho pevnost je jen nepatrně nižší než uhlíkového, ale jeho modul pružnosti, což je velmi důležité, je podstatně nižší. Při stejné deformaci pak pružnější skleněné vlákno přebírá jen malou část působících sil. Dřevo praskne (při deformaci 0,8 %, zatímco skleněné vlákno praská až při deformaci kolem 3 %) pod neporušeným laminátem, který se postupně od dřeva separuje, praská a loupe se. Porušený laminát dřevo špatně chrání proti vodě a páře a brání jeho vysychání, takže při stálém nasycení vodou rychle hnije.

Nezapomínejme! Správně navržená a dobře vyrobená dřevěná konstrukce je pevná a trvanlivá, konstrukce špatně navržená, špatně vyrobená nebo udržovaná nemůže dobře sloužit a její chyby neodstraní žádná dodatečná vrstva laminátu se skleněnými vlákny (ale určitě zvýší její hmotnost). Laminát je dvakrát až třikrát těžší než dřevo. Překližka silná 5 mm potažená 1 mm silnou vrstvou laminátu má na jednotku plochy stejnou hmotnost jako překližka silná 7 – 8 mm. Taková překližka je v ohybu pevnější a tužší než překližka s laminátem, což je například u obšívky trupu rozhodující.

Povlak ze skleněné tkaniny se hodí v případě, že potřebujeme zvýšit pevnost dřeva v tahu napříč k vláknům a zabránit tak štípání a také chceme-li povrch dřeva chránit proti oděru. Tak například chráníme spodní části vnějšího povrchu trupu lodí, které mohou být nešetrně smýkány po písku a kamení při vytahování na břeh.

Všem, kteří se chtějí podrobně seznámit s výhodami techniky WEST, doporučujeme, aby si nejprve vyrobili jednoduché modely různých typů spojů, které míní ve svých konstrukcích použít; aby je rozlámali, ne roztrhali, a poznali tak jejich slabá místa. Po několika takových pokusech získáte praxi v odhadu správného mísení a naplnění směsi, zručnost v jejich nanášení a tvarování a mnoho dalších zkušeností.

To jsou ve zkratce názory a zkušenosti autorů příručky The Goudeon Brothers on Boat Construction, ve které na 315 stranách velmi podrobně píší o všem, co je nutné znát pro úspěšnou stavbu dřevěných lodí. Kniha vyšla v USA poprvé v roce 1979 a nyní je na trhu třetí, doplněné vydání.

Firma Goudeon Brothers vyvíjela a testovala na zakázku NASA 18 m dlouhé vrtulové listy lepené ze dřeva pro větrné elektrárny. Zatímco listy z hliníkových slitin měly poruchy po 2 000 hodinách provozu, lepené dřevěné pracovaly bez poruch více než 10 000 hodin. Dělaly se únavové zkoušky různých materiálů, jež byly vystavovány až 10 milionům cyklů střídavého zatížení. Po milionu cyklů ztratilo lepené dřevo 40 %, hliníkové slitiny a ocel 60 % a laminát se skleněnými vlákny ztratily 80 % původní pevnosti. Milion třísekundových cyklů představuje 833 hodin provozu, například plavby ve vlnách. Tyto informace přesvědčivě dokazují vynikající vlastnosti dřevěných konstrukcí vyrobených technikou WEST.

Epoxidové pryskyřice, tužidla i plnidla určená pro techniku WEST vyrábějí a dodávají firmy Goudeon Brothers, Systém Three Resins, SP-Structual Polymer Systém a další. Byly též vyvinuty v Polsku.

                                                                                                                                                                               J. W.