Poliamid, poliester, polipropylen czy bawełna: jak dobrać taśmę do konkretnego wyrobu

„Która taśma jest mocniejsza” — pytanie, na które nie ma odpowiedzi

Siła zrywająca opisuje dokładnie jeden moment: sposób, w jaki pęka nowa, sucha taśma zaciśnięta w szczękach maszyny wytrzymałościowej. Gotowy wyrób pracuje inaczej. Moknie, stoi na słońcu, trzyma ciężar tygodniami, ociera się o klamrę, sąsiaduje z chemikaliami i ma mieć kolor, który odbiorca rozpozna.

Dlatego zanim wymienię materiał, pytam o zupełnie inne rzeczy. Czy obciążenie jest statyczne, czy udarowe. Czy taśma moknie stale, sporadycznie, czy wcale. Ile lat ma przepracować pod gołym niebem. Jaka jest najwyższa temperatura kontaktu — i czy coś przesuwa się po taśmie pod obciążeniem. Oraz czy kolor ma trafić we wzorzec.

Krótka odpowiedź od razu, żeby nie trzymać Państwa do końca tekstu. Statyka, słońce, wilgoć, stabilność wymiaru — poliester. Szarpnięcie, udar, tarcie na sucho — poliamid. Polipropylen tam, gdzie długotrwałego obciążenia nie ma w ogóle i gdzie koloru nikt nie dobiera. Bawełna — dotyk, naturalność, brak topnienia, i stanowczo nie tam, gdzie mokro i długo.

Dalej — dlaczego właśnie tak, bo każdy z tych punktów kiedyś kosztował kogoś całą partię.

Kilogram mówi co innego niż metr

Gęstość polipropylenu 0,90–0,91 g/cm³ — jako jedyny z tej czwórki unosi się na wodzie. Poliamid 1,14, poliester 1,38. Przy tym samym przekroju z kilograma PP wychodzi mniej więcej półtora raza więcej metrów niż z kilograma PES. Kupuje się i szyje metry, a targuje o kilogramy — i pomyłka o te półtora raza wraca regularnie.

Druga część rachunku to woda, za którą również Państwo płacą. Wartości znormalizowane zebrano w ASTM D1909: bawełna 7,0 %, poliamid 4,5 %, poliester 0,4 %, polipropylen 0,0 %. W kilogramie taśmy bawełnianej około 70 gramów to wilgoć z powietrza. Ta sama rolka zważona zimą w ogrzewanej hali i latem w wilgotnym magazynie pokaże inną masę. Niedoboru tam nie ma i nie ma o co się spierać.

Trzecia pułapka brzmi logicznie i dlatego żyje długo: „PP jest lekki, więc ma dobrą wytrzymałość właściwą”. Otóż nie. Wytrzymałość włókna mierzy się w gramach na denier, a to już siła odniesiona do masy liniowej — lekkość jest w tej liczbie uwzględniona. PA66 8,5–10 g/den, PET 7,0–9,0, PP 5,0–7,0, bawełna 3,0–5,0. Polipropylen wypada od poliamidu mniej więcej półtora raza gorzej na jednostkę masy, a po poprawce na niższą gęstość — jeszcze wyraźniej na jednostkę przekroju.

Najmniej użyteczna liczba w karcie technicznej

Dwie taśmy o tej samej wytrzymałości katalogowej to dwa różne wyroby.

Jeżeli poliamidowa i poliestrowa zrywają się przy tej samej sile, poliamidowa wydłuży się przed zerwaniem mocniej i pochłonie po drodze więcej energii. Mówiąc wprost: przy tej samej liczbie w karcie poliamid pochłania szarpnięcie, a poliester przekazuje udar dalej na konstrukcję. Wydłużenie przy zerwaniu: PA66 18–30 %, PET 12–20 %. Pod obciążeniem roboczym zawiesie poliestrowe wyciąga się o około 3 %, poliamidowe o 8–10 %.

Drugiej warstwy zaopatrzeniowiec zwykle nie widzi w ogóle. To pełzanie — nieodwracalne wydłużenie pod długotrwałym, stałym obciążeniem. Poliester trzyma najlepiej, poliamid jest pośrodku i załamuje się na mokro, polipropylen wypada najgorzej, i to z dużym zapasem. U PP przyczyna jest fizyczna: temperatura zeszklenia leży mniej więcej od −20 do 0 °C, czyli już w temperaturze pokojowej obszary amorficzne są ruchliwe, a łańcuchy powoli się prześlizgują. Rząd wielkości — około 1,5 % odkształcenia rocznie przy naprężeniu 5 MPa i temperaturze pokojowej, 2,5 % przy 60 °C. Reguła znana z lin jest prosta: obciążenie stałe nie wyżej niż 15–20 % siły zrywającej.

Najlepiej widać to na taśmie spinającej do pakowania. Taśma PP przy zakładaniu wyciąga się o jakieś 25 %, po czym cofa się o mniej więcej 10 %. PET wydłuża się około sześciokrotnie mniej, dlatego trzyma napięcie przez cały transport, a PP „siada” w kilka dni. To samo pełzanie, tylko przeliczone na pieniądze przewoźnika.

Mokra taśma to już inny materiał

Absorpcja wilgoci: PP 0,01–0,1 %, PES około 0,4 %, PA 4,2–5 %, bawełna 8,5 %.

Mokry poliamid zachowuje 85–90 % wytrzymałości suchej. Ale te minus 10–15 % to nie jest tu najważniejsze. Wydłużenie przy zerwaniu rośnie z 15–30 % do 30–45 %, a odporność na pełzanie z przeciętnej robi się zła. Mechanizm to plastyfikacja: woda wchodzi między grupy amidowe i rozrywa wiązania wodorowe między łańcuchami. Skalę zjawiska widać w termofizyce: różnica temperatury zeszklenia między suchym PA6 a PA6 z 4,9 % wody przekracza 70 °C. Po namoknięciu poliamid zsuwa się ze stanu sztywnego w miękki. Taśma nośna w deszczu nie pęka — po prostu się wyciąga i zwisa. A po wyschnięciu wraca do normy, strata jest odwracalna.

Bawełna zachowuje się odwrotnie: pęcznienie celulozy zdejmuje naprężenia wewnętrzne i włókno mokre jest o 20–25 % mocniejsze od suchego. Rzadki przypadek, w którym naturalne bije techniczne na konkretnym parametrze.

Poliester i polipropylen na wodę praktycznie nie reagują.

Znamienne, że normy na samochodowe pasy bezpieczeństwa w ogóle nie wymieniają polimeru — konstruują go warunkami. UN R16 wymaga szerokości nie mniejszej niż 46 mm pod obciążeniem 980 daN, zerwania nie niżej niż 1470 daN przy rozrzucie między próbkami nie większym niż 10 % oraz nie mniej niż 75 % średniej siły zrywającej po każdym kondycjonowaniu: światło, zimno −30 °C, ciepło 60 °C przy wilgotności 65 %, zanurzenie na 3 godziny w wodzie o temperaturze 20 °C z zerwaniem w ciągu następnych dziesięciu minut. FMVSS 209 dokłada nie mniej niż 75 % po ścieraniu i nie mniej niż 85 % po ekspozycji na mikroorganizmy. Dlatego kiedy pada prośba o „taśmę jak do pasów bezpieczeństwa”, rozmowa nie toczy się o liczbę na zerwanie, tylko o to, czy taśma trzyma wymiar i kolor po cyklu mokrym.

Słońce zjada taśmę, a po taśmie tego nie widać

Najuczciwsze liczby dał tu wieloletni program branżowy WSTDA, w którym mierzono realne zawiesia, a nie próbki włókna. W poliestrowych większość strat przypada na pierwszych dwanaście miesięcy — około 30 %, dalej krzywa się wypłaszcza. Poliamid degraduje się równomiernie przez wszystkie 36 miesięcy i dochodzi do 50–60 % bez śladu plateau. Właśnie dlatego dla zawiesi pracujących w stałym słońcu wymaga się profesjonalnej próby obciążeniowej na podwójny udźwig co najmniej raz na pół roku, a wycofuje się je z eksploatacji według kalendarza, a nie wyglądu: po dwóch latach zawiesia jedno- i dwuwarstwowe, po trzech — trzy- i czterowarstwowe.

Niestabilizowany polipropylen zauważalnie traci wytrzymałość już po mniej więcej 500 godzinach bezpośredniego słońca. Dla niego stabilizacja UV nie jest opcją, a potwierdzenie pakietu stabilizatorów trzeba wyegzekwować od dostawcy włókna, nie przyjmować na słowo.

A teraz najciekawsze, bo prawie nikt tego nie bierze pod uwagę na etapie wyboru koloru. W badaniu taśmy poliamidowej wg MIL-DTL-4088 (ksenon, 0,83 W/m²·nm przy 340 nm, 43 °C, 30 % wilgotności, do 15 dób) navy, black i tan straciły 20 % wytrzymałości, a biała 6 %. FTIR pokazał wzrost piku 1740 cm⁻¹: UV uruchamia hydrolizę. Mikroskopia elektronowa niczego przy tym nie wykazała. Taśma wygląda jak nowa i pęka o 20 % wcześniej. To jedno badanie i podajemy je właśnie jako jedno badanie, ale wniosek jest zasadniczy: receptura koloru należy do trwałości, a nie do kosmetyki.

Druga strona medalu. We włóknie barwionym w masie pigment jest zamknięty wewnątrz polimeru w całym przekroju, a dla najlepszych pigmentów zewnętrznych skala niebieskiej wełny daje 7–8. Tani polipropylen barwiony w masie potrafi na słońcu przeżyć drogi barwiony poliamid.

Granica robocza leży daleko poniżej temperatury topnienia

Topnienie: PP 160–170 °C, przy czym mięknięcie zaczyna się już około 150 °C. PA6 około 220 °C, PA66 i PET 255–265 °C. Bawełna się nie topi — zwęgla.

Granice dopuszczalne wyglądają zupełnie inaczej. EN 1492-1: poliester i poliamid −40…+100 °C, polipropylen −40…+80 °C. EN 12195-2 dla mocowania ładunku dopuszcza PES do +120 °C. Praktyka amerykańska dla zawiesi jest ostrzejsza — nie wyżej niż 90 °C. Odstęp między temperaturą topnienia a wartością dopuszczalną jest dwu- do trzykrotnej, zależnie od materiału, i nie jest to zapas wytrzymałości, tylko strefa powolnej degradacji termicznej, w której materiał rozpada się po cichu.

Stąd praktyczny wniosek dla każdego eksportu: zakres temperatur bez nazwy normy to w ofercie pusta liczba.

Najostrzejszy przykład to sprzęt pożarniczy i ratowniczy. NFPA 1983 odsiewa materiał jednym parametrem: temperatura topnienia nie niższa niż 204 °C. To wyrzuca polipropylen, a razem z nim superwytrzymałą Dyneemę z jej 144–152 °C, mimo że na jednostkę masy jest ona wielokrotnie mocniejsza od stali.

Poliester ma własną granicę, przed którą nikt nie ostrzega. Hydrolizą steruje temperatura zeszklenia, a ta leży około 70–80 °C: poniżej proces ledwo się toczy, powyżej przyspiesza gwałtownie. Autoklaw, sterylizacja parowa i gorące pranie przemysłowe to realne ryzyko. O temperaturę procesu u klienta lepiej zapytać przed podpisaniem specyfikacji niż po.

Drobiazg, który często rozstrzyga o technologii szycia: PA, PES i PP tnie się i zgrzewa gorącym nożem, taśmy bawełnianej tak się nie wykończy — potrzebny jest overlock albo impregnacja końcówki.

Chemicznie poliamid i poliester są swoim lustrzanym odbiciem

Poliamid znosi zasady, węglowodory, oleje i paliwa — niszczą go kwasy. Poliester odwrotnie: znosi kwasy, utleniacze i wybielacze, a nie znosi gorących zasad. Bawełna zachowuje się jak poliamid: ług znosi (na tym opiera się merceryzacja), a kwasy ją rozkładają. Polipropylen jest najbardziej obojętny — cały zakres pH w temperaturze pokojowej, kwas siarkowy do 50 %, azotowy do 40 %, za to jest wrażliwy na silne utleniacze oraz na węglowodory chlorowane i aromatyczne.

To, co ług robi z poliestrem, nie jest straszakiem, tylko dopracowanym procesem technologicznym: 5 % NaOH w 90 °C przez godzinę daje około 15 % ubytku masy, w 100 °C w tym samym czasie już ponad 22 %.

Najbardziej wprost ujęła to OSHA 1910.184: zawiesi poliamidowych nie stosować tam, gdzie występują kwasy lub fenole; poliestrowych i polipropylenowych — tam, gdzie występują zasady.

Dlatego klienta trzeba pytać nie o branżę, tylko o środowisko. Myjnie, beton, soda — nie poliester. Akumulatorownie i myjki kwasowe — nie poliamid i nie bawełna. Uniwersalnej odpowiedzi na pytanie „które włókno jest odporniejsze” nie ma; prawidłowa odpowiedź brzmi zawsze „odporniejsze na co”.

Odporności na ścieranie nie obiecujemy

Porównania ogólnotekstylne stawiają poliamid na pierwszym miejscu, a wygrywa on nie wytrzymałością, tylko wydłużeniem i zdolnością pochłaniania pracy zniszczenia. Poradniki dla lin i zawiesi układają ranking inaczej: poliester bardzo dobrze, poliamid suchy bardzo dobrze, polipropylen przeciętnie, poliamid mokry źle. Są dane branżowe dla samej taśmy, gdzie poliestrowa zachowała więcej wytrzymałości resztkowej niż poliamidowa, a wyjaśnienie jest geometryczne — sztywniejsze filamenty pakują się ciaśniej, ścierniwo zostaje na powierzchni.

Ogólny ranking włókien nie jest obietnicą dla konkretnej taśmy. Liczb cykli Martindale z cudzych tabel nie podajemy celowo: rozrzut między źródłami jest większy niż sama różnica między włóknami, a cytowanie takich liczb klientowi to podpisanie się pod cudzym błędem. Jeżeli ścieranie jest krytyczne — bada się konkretną taśmę o konkretnym splocie i w tym stanie, suchym albo mokrym, w którym będzie pracować.

Co wiadomo na pewno i jest użyteczne: poliamid mokry spada do najgorszej oceny. Rynek środków ochrony indywidualnej już to uwzględnił — ANSI/ASSP Z359.11 normuje taśmę nośną nie tylko nową (nie mniej niż 22,2 kN), ale i po kondycjonowaniu ściernym (nie mniej niż 16,0 kN).

Normy wybrały już za Państwa, tylko nie napisały tego wprost

W zawiesiach kolor jest dokumentem prawnym. EN 1492-1 wymaga identyfikacji materiału kolorem etykiety: poliamid zielony, poliester niebieski, polipropylen brązowy; ten sam kod powtórzono w EN 12195-2. A kolor samej taśmy koduje udźwig: 1 t fioletowy, 2 t zielony, 3 t żółty, 4 t szary, 5 t czerwony, 6 t brązowy, 8 t niebieski, od 10 t pomarańczowy — i norma osobnym punktem zabrania oznaczania tymi kolorami zawiesi o innych udźwigach. Nietrafiony odcień czerwieni dla 5 t to nie reklamacja na wygląd, tylko niezgodność z normą bezpieczeństwa. Amerykanie doszli niezależnie do czegoś bardzo podobnego: w WSTDA-WB-1 nitka identyfikacyjna w środku taśmy jest niebieska dla poliestru, a dla poliamidu nie występuje wcale.

Lista dopuszczonych włókien bywa zamknięta. EN 1492-1 dopuszcza wyłącznie poliamid, poliester albo polipropylen, wyłącznie wysokowytrzymały multifilament, wyłącznie o wytrzymałości właściwej nie niższej niż 60 cN/tex; monofilament jest wyłączony z zakresu normy, wszystkie nitki mają być z jednego materiału, a nić szwalnicza — z tego samego polimeru. Jedna nitka poliamidowa w zawiesiu poliestrowym to już niezgodność. Znormalizowana jest też geometria (szerokość 25–450 mm, tolerancja ±10 % do 100 mm i ±8 % powyżej) oraz krotności: zerwanie zawiesia 7× względem obciążenia roboczego, a przy mocowaniu ładunku wydłużenie nie większe niż 7 % przy LC i zerwanie nie mniejsze niż 3×LC.

W ochronie przed upadkiem włókna naturalne są zakazane literą przepisu: OSHA wymaga, by liny i taśmy lonży, lin asekuracyjnych oraz elementów nośnych szelek bezpieczeństwa były wyłącznie syntetyczne.

Warto też zobaczyć, jaka część tych norm w rzeczywistości reguluje barwienie. Specyfikacja wojskowa A-A-55301 zabrania jakiegokolwiek bielenia przędzy; wymaga zgodności ze wzorcem koloru jednocześnie pod filtrowaną lampą 7500 K przy 100 fc i pod lampą żarową 2300 K, czyli wprost normuje metameryzm; ustala odporność na światło nie niżej niż 4 i odporność na tarcie na sucho nie niżej niż 3,5 wg AATCC; dla Camouflage Green normuje odbicie spektralne od 600 do 860 nm co 20 nm, a chybienie na czterech długościach fali oznacza brak całej partii. Do tego pH wyciągu wodnego 5,0–8,5 i krzywizna boczna nie większa niż ćwierć cala na jard. Taśma wojskowa to przede wszystkim praca farbiarza ze spektrofotometrem.

Dla UE jest jeszcze wymaganie, które łatwo przeoczyć, bo dotyczy chemii barwnika, a nie konstrukcji: REACH, załącznik XVII, pozycja 43 — barwniki azowe zdolne uwalniać określone aminy aromatyczne powyżej 30 mg/kg są zakazane w wyrobach włókienniczych mających bezpośredni i długotrwały kontakt ze skórą. Na liście przykładów stoją wprost torby, paski, rękawice, obuwie. Metoda EN ISO 14362-1, a badanie robi już u siebie kupujący.

Dlaczego szerokość ucieka

Trzy różne przyczyny i tylko jedna z nich dotyczy naszej hali.

Skurcz termiczny. Najgorszy w polipropylenie: przy zwykłych temperaturach przetwórstwa do 130 °C skurcz wynosi 2,5–5 %, monofilament we wrzącej wodzie potrafi dać do 15 % w 20 minut, a zależnie od warunków produkcji liczba sięga nawet 30 %. Kondycjonowaniem schodzi się z nią do 0,5 %. Ta różnica jest odpowiedzią na pytanie, dlaczego krzywizny bocznej taśmy PP nie da się wyleczyć przestawieniem maszyny: potrzebny jest osobny etap stabilizacji termicznej z własnym czasem i własnym kosztem, a okno procesowe jest wąskie — 130–145 °C przez 10–60 sekund przy temperaturze topnienia 165 °C. Sami widzieliśmy, jak na taśmie PP krzywizna boczna doszła do 11 cm na metr już po produkcji, na resztce magazynowej, której nikt nie dotykał.

Wilgoć. Poliamid jest higroskopijny i pęcznieje głównie w poprzek, więc ta sama taśma zmierzona zimą w ogrzewanej hali i latem w wilgotnym magazynie pokaże inny wynik. To właściwość polimeru, a nie niedopatrzenie. Jeżeli dla klienta krytyczna jest stabilność geometrii pod okucia — to bezpośredni argument za poliestrem.

Naprężenie osnowy. Taśmę wytwarzamy pod naprężeniem, a naprężenie zmienia się w miarę schodzenia nawoju — stąd dryf od początku do końca partii. To już nasza strefa odpowiedzialności i właśnie dlatego normy przewidują tolerancję szerokości.

Wszystko w jednej tabeli

Co przysłać w zapytaniu, żeby potem nie przerabiać partii

Obciążenie — statyczne czy udarowe, jaka wartość i na jak długo. To wybór między poliestrem a poliamidem, i to od razu odcina polipropylen przy długiej statyce.

Środowisko mokre — stale, sporadycznie czy wcale. Mokry poliamid wyciąga się dwa razy bardziej niż suchy.

Lata pod gołym niebem. Przy okazji wychodzi z tego termin wymiany w dokumentacji wyrobu.

Najwyższa temperatura kontaktu — i osobno, czy wyrób przejdzie autoklaw, obróbkę parową, gorące pranie, laminowanie, gorącą prasę, druk sublimacyjny. To ostatnie to pytanie o termomigrację barwnika, a nie o wytrzymałość.

Co jest obok: kwasy, zasady, rozpuszczalniki, pH. Nie branża — właśnie środowisko.

Czy coś przesuwa się po taśmie pod obciążeniem: klamra, zacisk krzywkowy, krawędź okucia.

Kolor: w jakim systemie podany jest wzorzec (Pantone TCX czy system papierowy), czy jest fizyczna próbka, z czym taśma ma się zgadzać w gotowym wyrobie, z jakiego to włókna i przy jakim świetle będą Państwo odbierać partię.

Rynek zbytu. UE wymaga zgodności z REACH w zakresie barwników azowych dla wszystkiego, co styka się ze skórą; zawiesia, środki ochrony indywidualnej i sprzęt ratowniczy mają własne wymagania co do włókna i znakowania.

Szerokość, grubość, tolerancje i to, czy stabilność geometrii pod okucia jest krytyczna.

Jednego włókna „na wszystko” nie ma, bo właściwości kłócą się ze sobą na poziomie fizyki. Ta sama rozciągliwość, dzięki której poliamid jest najlepszy na szarpnięcie, robi z niego najgorszy wybór tam, gdzie liczy się stabilność wymiaru. Kiedy potrzebne są obie skrajności naraz, rozwiązuje się to konstrukcją wyrobu, a nie szukaniem cudownego włókna.

---

Osobno o kolorze — tam rządzi własna mechanika i własne przyczyny rozbieżności: Dlaczego kolor taśmy może nie zgodzić się ze wzorcem.