艺术级皮划艇建造技术--材料篇

第一节：为什么用木条

国外个人玩家在自家庭院设计制作皮划艇由来许久，在中国也有类似的产品以同样的方式生产。木材是极容易获得的材料。中国的渔船，龙舟，基本都是以木材为基础建造的。随着技术的发展，在当下很多的材料都可以建造，但是我们还是会首选木材。同时有很多的技术改善了原始木材造的船艇的问题，比如说开裂，腐蚀等。这样使得木材造船工艺会更完美、更牢固耐用。

木材是一种天然的复合材料，它是由胶合在一起的纤维素、纤维管和木质素组成。就重量而言，他比钢更轻。也不像当今大多数的高科技材料那么容易产生疲劳。在现代木材仍然是用于建造高尖端的竞赛帆船和动力船的首选。也用于最新的风力发电机的转子叶片。现代商业建筑的大型结构横梁也是由木材层压而成。当你把木材和现代材料使用粘合剂结合在一起的时候，你就创造出来一种复合材料，它能保持木材的优异的硬度。

我们使用木材和玻璃纤维材料结合在一起，形成了一种工字钢结构。外层是玻璃纤维和树脂混合后的玻璃钢，中间是木材，内层还是混合的玻璃钢。这个结构的强度是非常高的。在国内没有这种材料强度测试数据，我在国外一篇文章中得到了这种混合结构科学的测试数据。J.R.Watson的文章，发表在《Epoxywarks》，编号10，Win-ter 1998，这是我看到的第一个科学测试，它给出了与皮划艇强度相关的数字。这个文章记录了雪松木板外层增加上玻璃纤维树脂后的单位面积强度和时效的最大力矩。

以下是对J.R.Watson的文章翻译转载：

它们有多强? by James R. Watson

一次我用木条拼合皮划艇翻过一个小瀑布。瀑布底部有破碎的混凝土，里面还有钢筋。我希望皮划艇底部有足够的强度，于是我咬紧牙关从上面穿过。但当我把皮划艇靠岸后检查损坏情况时，发现只有表面的擦伤。

从那时起，我们进行了适当的测试，帮助评估玻璃钢混合木条形成的层合板的强度。我们评估并比较了层合板中不同玻璃纤维规格、层数、木条厚度和重量对于刚度和极限强度的影响。结果表明，对于几种流行的皮划艇和船舶部件使用的尺寸是合适的。更重要的是，这个测试可以知道在木条结构船体中如何最好地建立强度和刚度。玻璃纤维布铺设在木条表面形成复合结构，为木板提供横纹强度。在更传统的造船方法中，船体内部的加强筋也有这种作用。虽然两层玻璃纤维布和木板是皮划艇的合适材料，但对于较大的船体来说是不够的。提高强度和刚度有三个方法：增加木板厚度；添加多层的玻璃纤维；或使用更硬的玻璃纤维。为了测量这些变量的影响，我们让300x300毫米大小的西部红雪松板在短时间内承受高负荷。模拟了船体在巨浪中，搁浅、拖运和下水时所承受的载荷。我们制作了16个雪松玻璃纤维复合样品，使用WEST SYSTEM牌环氧树脂将玻璃纤维布粘合到木板上。使用常规的湿铺程序，让环氧树脂在15摄氏度左右固化。我们制作了七个船用胶合板样品进行比较。我们测试了四种雪松厚度（3/16“、1/4“、5/16”和3/8“），两种重量的玻璃纤维编织物（4盎司/平方英寸和6盎司/平方英寸）。

接下来，我们精确地对模具样本进行加权载荷，并用我们的MTS机器测量和记录载荷和变形度。为了模拟实际的结构应用，机器施加的载荷平行于雪松样品上的纹理，平行于模压胶合板上的表面纹理。我们测量了以磅为单位施加的荷载，以及特定荷载点处的变形度，直到板子失效。施加压力的持续时间相对较短。图表显示强度为“失效磅数”，刚度为失效时的“变形英寸数”。用于小船建造的标准尺寸的船用胶合板（带或不带玻璃纤维）作为参考列在图表底部，以供比较。正如所料，当我们加入玻璃纤维布和环氧树脂时，木板变得更重。然而，令人惊讶的是，重量的增加与强度和刚度的增加有关。数据表明，在不增加重量的情况下，增加布面层数和芯模厚度可以提高木条结构的整体强度。我们发现，在一侧用6盎司玻璃布的雪松在承受221磅时失效。在木板两侧都增加6盎司的玻璃纤维，超达到450磅。这个数值超过了单面的一倍以上。可见内外都用玻璃纤维布可以有效的提高独木舟强度。大多数的失效都发生在木板的张力（底部）侧。这些数字并不能充分反映出导致失效所需的能量。我们继续试验，让iMTS压力机持续地施加力（高达100000磅）。在破碎的那一刻，有一种像步枪射击的声音，然后是雪松粉碎和玻璃破碎的声音。我们在最近的测试中使用了Hydromat测试夹具。它显示了平纹织物、E-玻璃纤维和3K碳纤维应用于木板一侧和两侧的刚度结果。这个数据也揭示了每平方英尺的玻璃钢重量增加对于强度的影响。通过对这些数据的检验，我们可以用更优化的方案来排列木条结构。我们希望这对那些正在考虑使用这种木条配合玻璃纤维的方法来建造皮划艇的人有一定的参考价值。

           以上来源于《Epoxywarks》，编号10，Win-ter 1998

通过这个文章我们了解到木条配合玻璃钢纤维布建造工艺的强度，另外木条建造皮划艇还有强大的容错性。木材加工制作的过程中，很容易修改错误，不会因为设计失误或者加工失误造成大的问题。即使有问题我们也很容易修改过来。

另外我们选择木材还有一个非常重要的原因是木材天然美丽的花纹。不管用木头做皮划艇有什么其他好处，它有一个无法比拟的优势，木头本身有非常美丽的花纹。玻璃纤维和环氧树脂的涂层增加了这种美丽。环氧树脂看起来像厚厚的清漆。以至于在人群中，木质皮划艇将成为人们关注的焦点。诚然，塑胶不会腐烂，但是木头被封装在环氧树脂和玻璃纤维中也不会腐烂。如果可以多加注意，皮划艇可以无限期的使用下去，根本不用担心腐烂的问题。优美的天然纹理叫你的皮划艇升级为一件优美的艺术品。木材自然的不断的变化的纹理，还有不同木材的不同颜色的搭配，船体外壳就是你的画布了，你可以自由的设计和搭配，自由的发挥你的想象力。这是量产级别的皮划艇完全不具备的优势，你建造的不单单是皮划艇，还是一件艺术品。



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zhb001 发表于 2020-4-30 14:28 围观支持

后续整理一个系列，在国内普及一下知识

厉害，学习了！