Alles wat je moet weten over Dyneema, Kevlar en Polyamide

Deze vragen hebben betrekking op de volgende drie punten, namelijk verschillende kenmerken of eigenlijk materiaaleigenschappen van Nylon, Dyneema of kevlar: het smeltpunt, de knoopbaarheid (oppervlakte eigenschap/kwaltijd) en de breuksterkte (elasticiteit). Het smeltpunt is de temperatuur waarop het materiaal gaat smelten. De elasticiteit in procenten is het percentage van de totale lengte van het materiaal dat het materiaal maximaal kan uitrekken zonder dat het breekt. De hoekbelastbaarheid heeft betrekking op de sterkte van het materiaal als het een hoek over, bijvoorbeeld, een kant maakt, snijdt het materiaal in deze situatie snel door? De UV-bestendigheid geeft aan hoe goed het materiaal tegen langdurige blootstelling van zonlicht kan, zonder sterkteverlies. De belangrijkste materiaaleigenschappen van deze vezels zijn weergegeven in tabel 1:

Tabel 1. Materiaaleigenschappen van Nylon, Dyneema en Kevlar.

Naast de genoemde eigenschappen is het nog belangrijk om te weten dat het oppervlakte van Dyneema zeer glad is. Hierdoor slipt het materiaal sneller door en is het lastiger te knopen.

Dyneema is de merknaam van het bedrijf DSM voor zijn vezelproductie polyethyleen, de exacte naam is HPPE (high performance polyethyleen). Omdat er tientallen verschillende polyethyleen-verbindingen zijn is er een soortgelijke vezel bekend onder de naam Spectra.

Nylon is de merknaam van DuPont voor de polyamidevezel. Daarnaast produceert Dupont ook Kevlar. Dit is de merknaam voor een aramidevezel. Aramide is een afkorting voor aromatische polyamiden. Andere vezels van de aramide groep dragen de naam Twaron, Nomex of Technora.

Vaak zijn bandslinges en setjes met dun bandmateriaal van Dyneema gemaakt: dun, licht en wit van kleur. Deze worden alleen vernaaid verkocht, omdat het om extreem glad materiaal gaat, kunnen knopen snel losraken. De afgelopen jaren zie je ook veel vaker een combinatie van Nylon en Dyneema, de mixvezelslinge. Het voordeel hiervan is dat gladheid minder is dan Dyneema, maar dat dit materiaal wel sterker is dan normaal nylon.

Afb. 2 Mixvezelslige, Dyneemaslinge

Deze mixvezel zie je bijvoorbeeld bij de inbindlus van de klimgordel. Er zijn ook nog hulptouwtjes (prusik ) waarvan de mantel en kern uit verschillende materialen bestaan. Vaak gaat het hier om een Nylon of Nylon/kevlar mix buitenmantel met een Dyneema of kevlar kern. Deze hulptouwjes bestaan naast het klassieke hulptouw/prusik, waar de kern en mantel beide uit Polyamide/Nylon gemaakt zijn. Het is niet altijd goed zichtbaar van welke vezel de kern gemaakt is.

Wat zijn de FAQ’s en hoe is het in de praktijk

Een laboratoriumtest:
Met een ijzermassa van 80 kg - afhankelijk van de valhoogte breekt de slinge . Maar ook een statische polyamide slinge breekt bij ongeveer dezelfde belasting. De bekende en veel verspreide video van www.dmmclimbing.com (Link) laat dit zien. Volgens deze test kan Dyneema dus breken.

Een praktijktest:
In deze test is de bandslinge met een ankersteek vastgemaakt aan de inbindlus, de slinge is verkort met een zaksteek en met een mastworp vastgemaakt in de karabiner. Een 80 kg zware zak gevuld met autobanden wordt gebruikt als valgewicht. De maximale valhoogte bedraagt 2,1 meter. (Dit is het maximum voor de 120 cm slinge, met de drie knopen erin, het maximum haalbare met valfactor 2) Nog het polyethyleen (PE), nog het polyamide (PA), of de gemengde slingers (PE/PA) zijn gebroken bij de deze test. Deze test is gedaan door de DAV-onderwijsteam en het Berg & Skigidsen bond/vereniging VDBS. Deze test maakt duidelijk dat in de praktijk een Dyneema schlinge niet zal breken.

Bij hogere vallen: Er is ingebonden zoals beschreven hier boven, maar toegepast op een klettersteig als tijdelijke beveiliging. De testuitslag was dat alle slinges braken vanaf een valhoogte van vier meter.

Conclusie: je mag in geen geval gezekerd door een bandslinge (of hulptouw) te ver wegklimmen van je standplaats. Een val in je zelfzekering doet niet alleen pijn maar ook de krachten die op het lichaam inwerken is de bovengrens van wat het lichaam aan kan. Ook al breekt de bandslinge niet, de impact is te groot op het lichaam om de energie op te nemen.

DUS: Een Dyneema bandslige kan je prima gebruiken als zelfzekering of bij het abseilen maar je moet voorkomen dat er grote ( > 1m) afstanden er invalt.

JA, dat mag.

Ondanks dat Dyneema een glad materiaal is kan dit omdat deze slinges alleen maar als lus/ genaaid te koop zijn zodat het bij een statische belasting niet van elkaar kan glijden. Een oog gemaakt met een zaksteek in een dyneema slinge houdt onder statische belasting 11 kN, een achtknoop 17kN, en het oog gemaakt met een dubbele bulin “ weiches auge” (Reihenschalgungschlinger) 24KN. De dubbele bullin geniet daarom de voorkeur, maar is ook lastigere los te maken als er druk op heeft gestaan. Toch is een zaksteek niet per se onveilig.

Extra veiligheid: Veroudering van de slinge en een dynamische belasting (val) kunnen de statisch gemeten breeksterkte met 30-50 % verminderen, dit is nog een extra reden om de voorkeur te geven aan de dubbele bullin als centraal punt.

 Dan roetsjt de knoop toch door? Vindt er dan geen smelt verbranding plaats bij Dyneema?

Er zijn oppervlakkige "brandwonden", vergelijkbaar met die op de touwmantel als je je klimpartner te snel laat zaken. Dezelfde smeltverbranding zal ook optreden bij een polyamidebandslinge. Het feit is dat een bandslinge in deze situatie onmogelijk kan doorbranden. Net als bij het naar beneden laten van een persoon over een HMS knoop is er altijd een nieuw stuk touw/slinge dat doorloopt.
Laat je klim partner (dan snel ex-partner) zakken over een touw met de zo geheten catastrofale touw op touw situatie, zijn Dyneema en Polyamide in deze situatie zo verschillend? De praktijk en laboratorium test komen tot de volgende uitkomst hoe Polyamide en Dyneema zich in deze situatie gedragen:

Dyneema heeft de volgende materiaaleigenschappen ten opzichte van Polyamide, het is veel gladder de materiaaldoorsnede is vaak veel minder en heeft een lage smelt punt 155c. De oppervlakte gladheid heeft als voordeel dat er minder wrijving plaatsvindt, minder warmte. Zal deze eigenschap de polyamide slinger/prusik compenseren?

Het resultaat: polyamide en Dyneema verschillen bijna niets van elkaar. De eigenschappen (dunner, gladder) heffen elkaar op.

Een 16 mm PA-slinger is ca na. 4,8 meter is doorgebrand, de 8 mm Dy-slinger na 4,2 meter.

Het argument dat dunne/gladde Dyneema slinges gevaarlijk zijn als standplaats slinge omdat ze sneller doorbranden, gaat dus niet op.

Overigens zijn de bandslinges niet doorgesmolten maar eigenlijk was het een combinatie van hitte en het ruwe touwoppervlak wat er voor zorgde dat het doorgesneden werd tijdens de test.

De aramide bandslinge/pursik kon bij deze test optelling niet worden doorgesneden.

Rand-/hoekbelasting is eigenlijk meer een beschrijving dan een term, een betere term is "snijweerstand".

Als een bandslinge tijdens een pendelbeweging over een rotsrand getrokken word kan deze natuurlijk afscheuren of breken.

De afstudeerscripties van Peter Riesch en Michael Bückers aan de TU München en het DAV-veiligheidsonderzoekcentrum hebben op indrukwekkende wijze aangetoond dat Dyneema hier duidelijk beter is dan nylon.

Afb. 3 Kevlar (links) Dyneema (midden), Nylon (rechts)

Dyneema heeft een zes tot zeven keer hogere door snijweerstand dan nylon. En een 5,5 mm dik Dyneema-touw met een polyamide mantel heeft dezelfde energieabsorptiecapaciteit als een 9,2 mm dik enkeltouw.

Kevlar heeft ook een energieabsorptievermogen dat ongeveer drie keer zo hoog is als dat van nylon. Voor scherpe hoeken of zandlopers is een Dyneema of Kevlar prusik ideaal. Maar denk eraan wel op de juiste manier knopen en het object niet wurgen.

En is Kevlar niet gevoelig voor knikbelasting? Is dit materiaal vaker aan vervanging toe?

Uv-straling kan alleen een probleem worden als het materiaal zeer lang word bloot gesteld aan UV-licht bijvoorbeeld bij een abseilstand of bij vaste setjes in een sportklimgebied of aan buitenklimwanden. Persoonlijk klimmateriaal wordt alleen beïnvloed door mechanische impact en dat is optisch herkenbaar.

Als men nu de drie materialen met betrekking tot UV-stabiliteit wil vergelijken dan kan je het blootstellen in een klimaatkamer dacht Stefan Dürrbeck. In zijn afstudeerscriptie met samenwerking van SKZ- Kunststof centrum in Würzburg kwam hij met de uitkomsten: Aan de ene kant worden de materialen in verschillende mate verzwakt door UV-licht, aan de andere kant zijn de materialen verschilt de diepte van de impact door het UV-licht.

Polyamide van 6,6mm dat blootgesteld wordt aan UV-staling vertoond een relatief grote krachtreductie/verzwakking, wat ook opviel is dat een geringe "indringdiepte" van de straling plaats vond. Aramide heeft een vergelijkbare lage indringdiepte maar minder verzwakking. Polyethyleen/Dyneema daarentegen vertoont een hoge indringdiepte van de straling met minder krachtreductie.

Afb. 4 Illustratie van impakt diepte van de UV-staling op het materiaal en de krachtreductie/inwerkingstijd op het materiaal werktijd geel = geringe invloed, donkergroen = grotere invloed (volgens Dürrbeck).

De indringdiepte van UV-staling in polyamide en aramide/kevlar is zeer laag. Alle materialen met een polyamide mantel verouderen alleen aan het oppervlak. De kern word beschermt.

De indringdiepte van UV-straling in de polyethyleen “dyneema” is zeer hoog. Polyethyleen zonder beschermende polyamidemantel verliest na verloop van tijd aanzienlijk aan sterkte, veroudering door UV. Hoewel de vermindering van de sterkte door UV bij polyethyleen lager is dan bij Polyamide, is het wel zo dat de zeer grote indringdiepte het sterkteverlies hoger is in loop der tijd dan bij Polyamide.

De indringdiepte bij aramide/kevlar is zeer laag en ook de Krachtreductie door UV-staling.

Bij een abseilstand moeten oude Dyneema slingers/ prusik touwjtes (slecht te herkennen door de nylon mantel) met scepsis worden behandeld.

Over het algemeen zijn oude bandslingers zonder beschermende mantel zowel van nylon als dyneema een gevaar voor ons als klimmer.

Bij Kevlar is de knikbelasting vaak het onderwerp van discussie: dit speelt echter pas een rol als dit op één en hetzelfde plek/punt 10.000 x knikbelasting plaatsvindt, dit is in de praktijk te verwaarlozen.

Elk materiaal heeft zo zijn voor- en nadelen, het gaat er om dat je als klimmer weet wat je aan deze touwtjes hebt. Of het nou om klassieke nylon of de hi-tech vezels gaat, uiteindelijk draait het om de materiaaleigenschappen. We zullen veel bewuster keuzes moeten maken waar het desbetreffende materiaal voor wordt ingezet. Door goede kennis wordt de bergsport er alleen maar veiliger door, leuker en lichter. Met de kennis van nu weet je dat UV indringdiepte bij Nylon niet al te hoog is. Daarnaast is bekend dat de steeds dunner wordende prusiktouwtjes, door UV-licht ook sneller worden verzwakt. Het zelfde geld voor de Bulin knoop, deze moet meer gebruikt worden in onze zelfzekering slinge i.p.v. de zaksteek.

Deze tekst is gebaseerd en deels ook een vertaling van het artikel:

- Bergundsteigen 3/12 FAQs-Dyneema

Overige bronnen:

•  Bergundsteigen, #1/09, „Schlingen & Stand“ en #2/10, „Das weiche Auge“
•  Panorama, Ausgabe 6 und 7/2007
•  Alpinlehrplan Band 2A, „Klettern – Sicherung und Ausrüstung“, blv-Verlag
•  Diplomarbeiten an der TU München von Stefan Dürrbeck, Peter Riesch und Michael Bücker
•  https://dmmclimbing.com/Knowledge/June-2010/How-to-Break-Nylon-Dyneema%C2%AE-Slings

Met bijzonder dank aan Bertho Bussink, Tomas van Lieshout en Court Haegens.