Trattato sui
materiali delle corde per archi
DI ROBERT W.HALPIN
Seconda parte.
Dalle prime
fibre sintetiche diffuse sul mercato dalle industrie di automobili,
di velivoli e dai fabbricanti di tappeti, a quelle ultra resistenti
di oggi, gli arcieri le hanno sempre utilizzate per ottenere le loro
corde.
Acciaio
Negli anni
1950, in Svezia, furono prodotte delle corde di acciaio dagli stessi
costruttori degli archi ricurvi “seefab” con flettenti d’acciaio.
Queste corde raggiunsero la quasi perfezione tecnologica: erano
costruite con nove trefoli di sottile corda da pianoforte, avvolti
intorno ad un’anima composta da altri tre trefoli.
La corda
completa aveva un diametro di 1/16 pollice. Le asole alle estremità
erano grosse, legate con filo, saldate e quindi coperte con una
pesante protezione di pelle: era qui dove la corda si rompeva
sempre. Le corde “seefab” pesavano 500 grani. L’aumento del peso
della corda rallenta il volo della freccia, come se 2/5 del peso
della corda fossero aggiunti al peso della freccia.
Gli archi
d’acciaio Accles & Pollock inizialmente avevano corde di lino, ma
queste furono sostituite da corde di terylene (dacron): questo
materiale sintetico aumentava molto la velocità della freccia e
quindi migliorava la resa dell’arco.
Materiali sintetici
Prima della seconda guerra mondiale,
nuove fibre sintetiche vennero sviluppate da diverse industrie, tra
cui i produttori di automobili e di velivoli, come pure i
fabbricanti di tappeti.
Queste fibre venivano utilizzate dagli
arcieri alla ricerca di corde più resistenti.
Figura 1. Arco compound: cavi
d’acciaio e corda di Dacron.
Fortisan®. Negli anni 1930 un filo
sintetico denominato “celanese fortisan”, codice n. FF, apparve sul
mercato.
Era prodotto con filati di acetato
altamente tesi. I cavi da traino degli alianti negli Usa venivano
fatti di questo materiale: composto da tre trefoli attorcigliati per
ogni filo, era più sottile del miglior filo di lino; aveva un carico
di rottura di 9,5 libbre per filo e bassa elasticità. Per bloccare
le asole delle corde intrecciate era necessario usare cera e colla
di cellulosa, giacché i fili di fortisan erano, per la loro natura,
“scivolosi come un’anguilla”. Il filato utilizzato dagli arcieri
statunitensi, con la speranza di risolvere il problema della rottura
della corda, era il lyseth-4 cord ee-18, ed era stato
originariamente usato nella manifattura di paracadute e copertoni.
Purtroppo il fortisan necessitava di costante ceratura per tenere
fuori l’umidità, altrimenti cedeva rapidamente con l’uso.
Un altro svantaggio era il diametro
ridotto delle corde finite (circa la metà dello spessore di una
corda di lino per un arco dello stesso libbraggio).
Se la sede della corda nel tip
dell’arco non era ben smussata, la corda si rompeva nell’asola e
tendeva a rompersi pure al punto d’incocco. Il vantaggio dato da
queste corde era quello di una maggiore accuratezza di tiro a 100
metri, grazie alla velocità più alta della freccia, che dava una
traiettoria più tesa.
Figura 2. Schematizzazione della
tranciatura assiale del filo di Kevlar.
Dacron®. La fibra di poliestere
terylene fu scoperta nei laboratori della Calico Printers
Association, nel periodo 1939-1941 e, da allora, è stata oggetto di
molte migliorie. Lo sviluppo americano della fibra venne denominato
dacron (marchio della fabbrica Du Pont).
Il poliestere componente la fibra è il
polietilene tereftalato, un prodotto della condensazione dell’acido
tereftalico e del glicol etilene, derivato dalla sintesi chimica dei
prodotti della scissione del greggio. Nel 1954 la versione più
robusta e meno elastica era costituita da un filamento a 259 denari,
con una resistenza di sei-sette grammi per denaro. Una corda dal
peso di 60 grani aveva un carico di rottura di 230 libbre. Una corda
di lino della stessa resistenza avrebbe pesato 120–150 grani.
Il dacron aveva una buona resistenza
all’abrasione e l’umidità non alterava le sue prestazioni. Nel 1954,
il terylene (o dacron) si poteva trovare in due versioni: un filo
attorcigliato a tre trefoli e un tipo nominalmente “senza
attorcigliamento” (tre-quattro giri per pollice). Le corde venivano
costruite nella solita maniera, con l’ausilio dell’attrezzo di
montaggio. Con il filato “senza torsione”, le corde venivano
costruite con una lunghezza più corta, di circa ¾ pollice, rispetto
a quella finale, per tener conto dell’estensione della corda montata
sull’arco. La corda veniva poi strofinata con un pezzo di cuoio per
aiutare i trefoli a rimanere uniti.
Anche la cera d’api veniva applicata e
frizionata. Il brace veniva poi aggiustato girando la corda.
L’usanza dell’immersione nella cera calda continuò per poco tempo
con il dacron: con la cera a 100°C risultava una diminuzione di
lunghezza della corda del sette per cento. Inizialmente credute
“eterne”, le corde di dacron alla fine si rompevano, di solito dopo
aver tirato 1.000-1.200 frecce, nelle asole e nel punto d’incocco.
Si costruivano pertanto corde di
scorta, alle quali, dopo un “rodaggio” di 40-50 frecce, veniva
applicato un punto d’incocco; queste poi venivano tolte dall’arco e
tenute pronte per l’uso, mentre si riarmava l’arco con la prima
corda.
Il dacron B50 e il B66 vennero
sviluppati esclusivamente per la costruzione di corde per gli archi.
Lo sviluppo dell’arco compound (inizialmente come strumento di
caccia) e l’alta velocità della freccia che con questi si otteneva
crearono altri problemi.
I sistemi di puleggia con cavi
d’acciaio andavano incontro alla tranciatura dei punti d’ancoraggio
della corda, come pure alla rottura della corda stessa: un ritorno
sul tavolo da disegno per i materiali dei cavi e delle corde si rese
necessario (Figura 1).
Figura 3.Formula chimica del Kevlar.
Kevlar®. La scoperta nel 1965 di fibre
ad alto coefficiente ed alta tenacità (high modulus-high tenacity =
hm-ht), ottenute dalle soluzioni liquide cristalline di poliammidi
para-aromatiche, per mezzo di una reazione di policondensazione a
basse temperature sulla base di p-fenilenediamine e
tereftalilcloruro, portò nel 1971 alla produzione commerciale da
parte della Du Pont di fibre di arammide kevlar.
Questo materiale è usato nella
produzione di tappeti e nelle industrie automobilistiche e
aeronautiche. È cinque per cento meno elastico del dacron. Con
pochissima elasticità, diametro ridotto e risultante alta velocità
della freccia, questa fibra venne proposta come il migliore
materiale per le corde da arco “di tutti i tempi”. Però anche questo
materiale si rompeva, dopo 2.500-3.000 frecce, quasi sempre al punto
d’incocco, oppure all’asola. Questa fibra di polimeri può rompersi
per scissione assiale.
Qualsiasi imperfezione superficiale
porta ad una tensione assiale di tranciatura e, nell’utilizzo come
corda da arco, vi è anche un fattore di tensione, a causa della
flessione delle fibre, che porta ad una rottura a cascata attraverso
l’intera sezione, nel punto di inserimento sull’arco (Figure 2 e 3).
Per diminuire la frequenza di rottura si usava nastro Ptse (nastro
da fontaniere) come serving per le asole, così diminuendo l’attrito
con la sede della corda che, comunque, doveva essere ben smussata.
Come nel caso del dacron, si
costruivano contemporaneamente due o tre corde, si faceva il
“rodaggio” alle corde di scorta, con 50-60 frecce, un punto
d’incocco veniva posizionato su queste corde che così venivano
rimosse e tenute, avvolte, pronte per l’uso.
Si riarmava l’arco con la prima corda
e si settava il brace dando dei giri alla corda.
Tetron. Un’altra fibra per i tappeti,
questo materiale fece una breve comparsa negli anni 1970.
Era simile al Kevlar, ma aveva
un’elasticità maggiore dell’uno per cento.
Figura 4. Processo semplificato di
gel-spinning (filatura di gel).
Dyneema®. Nel 1979 la Società delle
miniere dello Stato olandese (Dutch state mining = Dsm) inventò e
brevettò il processo di filatura per “fibra-gel” (soluzione
colloidale semi-solida, ndr) per la produzione di dyneema. Questo
veniva prodotto in Olanda dallo stesso Dsm e in Giappone, sotto
licenza, dalla Toyobo. Nel decennio successivo, diverse migliorie
nel processo vennero brevettate dalla Dsm. Dalla prima realizzazione
negli anni 1930 di questi nuovi materiali, alla produzione a livello
industriale di fibre di polietilene ad alte prestazioni, c’era
voluto quasi mezzo secolo.
Le fibre di dyneema sono in commercio
dal 1990. Nel processo della filatura di gel (gel-spinning), le
molecole del polietilene vengono sciolte in un solvente e vengono
filate con una filiera. Nella soluzione le molecole vengono divise e
rimangono in questo stato anche quando la soluzione viene filata e
raffreddata per produrre filamenti. Questa fibra viene poi
trafilata, attraverso fori molto piccoli, per produrre un
polietilene ad alta resistenza alla trazione e ad alto coefficiente
(Hmpe = High modulus polyethelene, Figura 4). Quando fu usato per le
corde degli archi ricurvi compositi di prima generazione degli anni
1950 e 1960, la corda era così veloce che aveva lo stesso disastroso
effetto del tirare a vuoto (rilasciare la corda con l’arco teso
senza freccia): i flettenti si rompevano o, quantomeno, le lamine si
staccavano.
Questi problemi furono risolti
cambiando la colla usata per i flettenti e sviluppando la geometria
degli archi. Oggi questo materiale, soprattutto il tipo SK60, è uno
dei materiali più usati nel mondo per le corde degli archi.
Figura 5.Formula chimica del Vectran.
Spectra®. Partendo dagli stessi
principi, dyneema e spectra vengono prodotti con macchinari molto
diversi che producono fibre dalle caratteristiche simili. Spectra è
il marchio dell’Allied signal, Usa. Viene prodotto per mezzo
dell’estrusione continua di una soluzione concentrata di un
polietilene con un peso molecolare molto alto: risulta in un gel che
ha la caratteristica di rimanere unito durante il processo di
trafilatura.
È una fibra di polietilene a catena
estesa e ad alto coefficiente, che viene prodotto per mezzo della
polimerizzazione dell’etilene.
È costoso da produrre: la velocità di
produzione è di meno di 2 m. al minuto. La prima produzione
commerciale si chiamava spectra 900, ma cedeva sotto carichi di
tensione, a causa di difetti nei cristalli, che permettevano alle
molecole di polietilene di slittare l’una sopra l’altra: questa
debolezza accelerava con l’aumento della temperatura.
Spectra 1000 è un materiale di gran
lunga superiore e sono queste le fibre morbidissime ed intrecciate,
fatte di fino a 120 trefoli, rivestite di una guaina intrecciata,
che vengono usate per fare le corde degli archi.
Questa fibra è praticamente priva di
elasticità ed è molto resistente all’abrasione e ai raggi
ultravioletti. Si usa fare un “rodaggio” di 50-60 frecce, con un
arco compound, si fissa il peep e la corda dovrebbe poi rimanere
immutata per tutto il periodo di utilizzo.
Vectran®. Questo poliestere aromatico
(polimero cristallino a liquido termotropico = thermotropic liquid
crystalline polymer = tlpc) è un marchio della Cna Holdings, Usa.
Prima di essere lavorato, il tlpc
consiste in moduli molto rigidi a forma di catena, che si
posizionano in dominii orientati in ordine casuale (“at random”)
all’interno del polimero. Quando vengono riscaldati ed estrusi,
attraverso fori piccolissimi, il movimento del flusso e le forze di
taglio allineano questi dominii in maniera parallela nella direzione
del flusso.
Una volta raffreddate, le fibre
estruse hanno una struttura altamente orientata che dà un modulo ad
alta tensione e resa. Prodotto per mezzo della polimerizzazione
dell’acido p-idrossibenzoico e 6-idrossi-2-naftoico, questo polimero
è uno di una famiglia di Lcp a base di naftalina: fu sviluppato
dalla Celanese Corporation negli anni 1970 e la sua produzione
industriale e commercializzazione cominciò già nel 1989.
La fibra tlpc viene filata in colata
(“melt-spun”) utilizzando sistemi convenzionali di estrusione di
poliesteri. Non può essere colorata.
La fibra tlpc ad alta resistenza si
ottiene con un trattamento termico in ambiente controllato con gas
inerti e con l’acqua che viene usata come lubrificante per
facilitare il processo; la fibra viene prodotta in forma di
filamento continuo. Le caratteristiche che la rendono adatta
all’utilizzo per le corde degli archi sono: permanente
indeformabilità (“no creep”); resistenza ad abrasione e all’impatto;
ammortizzamento delle basse vibrazioni; alto coefficiente di forza;
minimo assorbimento di umidità; lunga durata (Figura 5).
Fastflight®. Standard fastflight è la
fibra prodotta, utilizzando la fibra spectra 1000, dalla Brownell &
Co, Usa. Le corde per gli archi sono di solito costruite con 14-20
trefoli, che formano una loop senza fine.
Una volta attorcigliata, è stato
dimostrato che la risultante corda è dieci volte più forte
dall’acciaio, a patto che non sia usurata o tagliata. Ha una
bassissima elasticità e una lunga durata.
Questo, in generale, costituisce il
materiale di riferimento per tutti gli altri materiali usati per le
corde degli archi in tutto il mondo.
Fastflight 2000 è un nuovo materiale
con un carico di rottura di 135 libbre in confronto a quella di 95
libbre dello standard fastflight. La corda da arco richiede soltanto
14 trefoli.
I cavi d’acciaio e le corde di dacron
dei compound sono stati rimpiazzati da sistemi di cavo e di corda
interamente in fastflight, in quanto dà una migliore stabilità e
aumenta la velocità della freccia.
Si fa una stima prudente di 30.000
frecce per ogni corda.
Infine, fastflight S4 (naturale e
nero) è un materiale composito, fabbricato dalla Brownells: una
mistura di spectra 1000 (46 per cento) e di vectran 150 (54 per
cento).
Ha un diametro di filo di 0,023
pollici ed un carico di rottura di 160 libbre.
Ultra Cam®. Questo materiale per le
corde dell’arco è fabbricato dalla Bcy fibres, Usa. È composto da
una mistura di vectran 150 (56 per cento) e dyneema SK75 (44 per
cento).
Ha un diametro di filo di 0,013
pollici e un carico di rottura di 120 libbre per filo. Corde per
arco costruite con questo materiale sono state testate fino a 20.000
frecce.
Materiali per il serving
Il serving, usato più anticamente per
proteggere la parte centrale della corda, era di tendine; sono stati
poi usati, attraverso i secoli, il lino, la seta e il cotone. Dagli
anni 1970 si è usato anche il filo interdentale, specie per
spessorare il punto d’incocco. Le fibre sintetiche, quali il dacron,
il monofilamento di nylon, il fastflight e le fibre Bcy intrecciate
sono adesso i materiali più usati. Nel 2003 un monofilamento di
nylon veniva già considerato un materiale “tradizionale”! I fili per
il serving centrale delle corde moderne variano in diametro tra lo
0,0015 e lo 0,025 pollice. Questo è necessario per rispondere ad
esigenze specifiche come quella per la sicurezza della cocca della
freccia quando viene inserita sulla corda. C’è la tendenza verso
l’utilizzo di fili intrecciati per il serving, con diverse
caratteristiche: lo spectra ha un’ottima durabilità; il polyester dà
una maggiore presa sulla corda; il monofilamento di nylon assicura
un rilascio più liscio della freccia.
Robert W.
Halpin
Traduzione a
cura di
Jill Victoria
Brazier
Il trattato originale di Robert Halpin,
socio scozzese della Society of Archer-Antiquaries, è stato
pubblicato nel Volume 46 del Journal
of the Society of Archer-Antiquaries del 2003.
Ringraziamenti
L’autore
ringrazia per il permesso di utilizzare materiali pervenuti dalla
Celanese-Acetate, Charlotte, Nc, Usa.
Bibliografia
Clarence N. Hickman.
Effect of rigid middle section of a bar on static
strains and stresses, Sylvan Archer.
Vol. 4, Nov. 1930, pp. 5-7.
Robert P. Elmer. Target archery. New York, 1946, p. 348.
Kenneth O. Arton.
Terylene (Dacron), British Archer. Vol. 6, 1954-55, p. 141.
Dyneema (Dsm, Usa).
Polymer Science Dictionary, 2nd
Edition. Chapman & Hall, 1997.
D. Beer. Vectran.
Melt-spun wholly aromatic polyester.
In High performance fibres, Ed Jws Hearle, Chap. 4.1, pp. 93-101.
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