釣魚線結的基本原理(Basic of Knots)-(4)
在今年(2007)9月號的日文版釣魚人雜誌裡頭，有一篇關於各種線結強度測試的文章，在這篇文章之中針對魚鉤線結及釣線搭接線結進行各種綁紥方式的殘留強度測試，線結的綁紥工作則由雜誌邀請幾位日本釣魚達人來負責，以確保所有參與試驗的線結均能有一定的品質及系統誤差。強度測試的部份則找來一台材料試驗室專用的拉力強度測試儀，藉由科學的儀器來取得準確可信的測試數據。試驗所使用的釣線在釣鉤線結部分分別使用0.1號與0.8號兩種規格的碳纖線與尼龍線，試驗採用的四種線結綁紥方式分別為漁夫(師)結、內掛式以及兩種改良式的外掛式線結，詳細的線結請參考下面的幾張從雜誌上擷取下來的附圖。
(下圖：本次試驗所採用的幾種規格廠牌釣線，資料來源：2007年9月號日文版釣魚人雜誌)
(下圖：本次試驗所採用內掛式、漁師結及基本型外掛式線結，資料來源：2007年9月號日文版釣魚人雜誌)
(下圖：本次試驗所採用兩種改良版外掛式線結，資料來源：2007年9月號日文版釣魚人雜誌)
按照這樣的試驗程序安排，在釣鉤線結方面有幾種控制變量的組合，第一種是不同材質釣線之間的關係，亦即碳纖系線v.s.尼龍系線的比較，本試驗均採用日本釣線大廠SunLine的釣線產品，其中尼龍線系採用「溪流VIP」系列，碳纖線則採用「黑森林」系列。第二種變量組合則是不同線徑釣線之間的關係，亦即0.1號線v.s.0.8號線的比較。第三種變量組合則是不同的線結綁紥方式之間的殘留強度關係，亦即漁夫(師)結、內掛式以及兩種改良式的外掛式線結之間的比較。
在這個部份的文章中我僅針對該試驗的第一部份結果來分析及說明，亦即僅針對釣鉤線結的試驗結果，釣線搭接部份的試驗內容與結果則等下次介紹搭接線結的時候再詳細說明。
在雜誌裡附上了兩組試驗結果的線結殘留強度圖表，第一組圖表是分別採用0.1號碳纖系與尼龍系線之間的比較(詳見下圖)，在本圖中左側的是碳纖線系的試驗結果，右側的則是尼龍線系的試驗結果；圖表的橫軸由左至右分別是第二種改良版外掛式線結、內掛式、第一種改良型外掛式線結及漁師結。
第二組圖表則是採用0.8號碳纖系與尼龍系線的比較結果(詳見下面第二張附圖)，與第一組試驗不同的是在本圖中左側的是尼龍線系的試驗結果，右側才是碳纖線系的試驗結果。
這裡所謂的第二種改良版外掛式線結，就是本系列第二篇文章中介紹過，一般釣友最常使用作為增加錨碇效果的改良方法。附帶一提的是前面第二篇文章中節錄自Toray型錄裡頭的外掛式線結圖示基本上是錯誤的，真正的外掛式線結綁紥圖示應該如上面第二張附圖裡頭的基本型外掛式線結的方式。
釣線的材質：碳纖線v.s.尼龍線
由下面兩個試驗結果附圖來看，不管是0.1號線還是0.8號線，尼龍線系的釣鉤線結強度明顯優於碳纖線系的結果。以0.1號尼龍線這組來看，試驗結果最差的內掛式線結也有0.225公斤的線結強度，然而左側的碳纖系試驗結果中，內掛式線結同樣是結果最低的一組，然而其線結強度僅有0.180公斤，僅為尼龍系的80%。
在0.8號線這組試驗中同樣地呈現相同的趨勢結果，在左側的尼龍線這組圖表中，內掛式線結的線結強度同樣是四種線結手法之中最低的，但是其試驗1.4公斤的釣力值還比右側碳線系這組的1.05公斤還要高，兩者之間的相對比例(1.05/1.40)僅為75%，還比0.1號線的80%還要低。
再同時比較兩組試驗之中其他線結的試驗結果，同樣地也呈現出相同的結果趨勢，這樣的試驗結果基本上已經完全顛覆了一般釣魚人認知裡頭，關於價格比較昂貴的碳纖線系實際的線結強度表現遠高於廉價的尼龍線系的既定印象。
(下圖：0.1號碳纖系線與尼龍系線魚鉤線結的強度測試結果，資料來源：2007年9月號日文版釣魚人雜誌)
(下圖：0.8號碳纖系線與尼龍系線魚鉤線結的強度測試結果，資料來源：2007年9月號日文版釣魚人雜誌)
釣線的線徑：0.1號v.s.0.8號
我去SunLine的官方網站(http://www.sunline.co.jp/catalog/keiryu/top_keiryu.html)查了一下規格資料，其中「溪流VIP」尼龍線的最大引張強度0.1號為0.30公斤，0.8號為2.15公斤。「黑森林」系列則無提供最大引張強度資料，不過基本上碳纖線的引張強度一般都會高於尼龍線系，因此為了方便比較起見在這裡先假設兩種線系具有相同的引張強度。
從上面的兩組試驗結果圖中來看，0.1號尼龍線的線結強度效率最高可以達到0.265/0.30=88.3%(以試驗值最高的漁師結為例)，0.8號相同品牌材質的尼龍線線結效率則為1.80/2.15=83.7%(第二種改良版外掛式線結)。
若以相同的線結來0.1號與0.8號之間的線結效率，則呈現下面的趨勢：
漁師結的線結強度效率由0.1號的0.265/0.30=88.3%下降至1.50/2.15=69.8%；
內掛式線結則由0.225/0.30=75%下降至1.40/2.15=65.1%；
第一種改良版外掛式線結0.26/0.30=86.7%下降至1.75/2.15=81.4%
第二種改良版外掛式線結0.24/0.30=80.0%增加至1.80/2.15=83.7%
碳纖系的部份試驗結果則呈現以下趨勢：
漁師結由0.1號的0.195/0.30=65.0%下降至1.35/2.15=62.8%；
內掛式線結則由0.18/0.30=60%下降至1.05/2.15=48.8%；
第一種改良版外掛式線結0.185/0.30=61.7%增加至1.45/2.15=67.4%
第二種改良版外掛式線結0.19/0.30=63.3%增加至1.40/2.15=65.1%
從上面的分析來看，漁師結與內掛式線結0.8號線的線結強度效率表現，不管是碳纖系還是尼龍系都遠不如0.1號來得好。第一種改良版外掛式線結在尼龍系的部分與前面兩種線結結果相同，但在碳纖線系的部份則有上升的趨勢。至於第二種改良版外掛式線結則在兩種材質線系都呈現上升的趨勢。
然而整體來看，0.8號線在釣線強度的利用效率上，其實並沒有比纖細的0.1號線來得優秀，這樣的試驗結果似乎了意味著不同號數釣線在綁紥線結的方式及細節上，必須要有不同的選擇與調整。
線結種類
從0.1號尼龍線的試驗結果來看，漁師結的線結強度最好，內掛式線結強度則最差。0.8號的尼龍線則以第二種改良版外掛式線結最好，同樣地也是內掛式線結強度最差。
至於碳纖線線系的部份，0.1號碳纖線呈現與0.1號尼龍線相同的趨勢分布，0.8號線則與相同號數的尼龍線略有差異，則以第一種改良版外掛式線結最好，第二種改良版外掛式線結次之，同樣地也是內掛式線結強度最差。
從這樣的試驗結果來看，極細線徑的釣線線結以漁夫線結最為理想，較粗一點的釣線則以改良式的外掛式線結為佳，至於內掛式線結強度則是不管哪一種線徑都是最差的。
試驗結果的分析
在釣線材質的部份，從上面的試驗結果及數據來看，尼龍線系的表現顯然地要優於碳纖線系，這樣的試驗結果其實也跟前面的文章中提到的關於尼龍線系摩擦係數要優於碳纖線系的分析相符合。除此之外，尼龍線的材質通常要比碳纖線來得柔軟，釣線表面與金屬鉤身的接觸面積也會比堅硬的碳纖系釣線來得理想。尼龍線系柔軟的材料性質還有比較理想的吸收衝擊能量能力，因此線結在受力拉扯的時候，一部分的力量會透材料本身的變形來吸收及消散，因此線結也比較不容易瞬間斷裂。
碳纖線的優點跟缺點其實是一體兩面的，堅硬光滑的材質特性讓碳纖線具備良好的耐磨耗能力及切水性，但是這些特質在組成線結單元的時候則會產生一些負面的影響，比如說在圈線結線圈的時候，堅硬的碳纖線系本身會受到最小彎曲半徑限制而影響到跟鉤身的密實程度。此外在鉤柄尾端的線結錨碇部份，光滑的碳纖線表面跟扁平橫擋之間的接觸面積較小，以至於容易產生剪切的效應或是滑動脫落的情形。
以碳纖系材質的特性來看，線結絕大部分的強度應該都是由這個錨定的強度來提供，線端束制及線圈摩擦所提供的強度效果應該不如尼龍線系的整體表現，這也意味著在使用碳纖線系綁紥釣鉤的時候，在線結的選擇及增加錨定效果這個部份必須要多花一點心思來考慮。從上面兩種特別增加了鉤柄尾端的錨定效果的改良版外掛線結來看，在碳纖系線結強度效率的部份分別從61.7%增加至67.4%以及從63.3%增加至1.40/2.15=65.1%，反觀其他兩種線結的強度效率卻是大幅度的降低。
長久以來大家對於碳纖線系高強度與高結節強度的觀念，基本上並沒有跟上面的試驗結果相互矛盾，事實上碳纖系線的引張強度(拉力強度)本來就普遍優於尼龍線系，至於所謂的結節強度，白話一點來說就是一條釣線中間打一個結之後還能殘留的強度，這個部份實際上也是碳纖線優於尼龍線的。但是材料本身的強度是一回事，製作成線結之後整體的強度表現卻是另外一回事，因此不難看出碳纖線系真正的困難點，其實是在於如何採用合適的線結才能將材料本身的優點發揮到最大。
至於釣線線徑的部份，從上面的試驗數據來看顯然地小號數線徑的強度效率普遍地會好於較大號數的釣線。從之前的分析來說明這種現象，其實還是釣線直徑所產生跟釣鉤金屬鉤身所謂的有效接觸面積及線圈密實程度的問題，小口徑的釣線因此可以獲得比較好的束制及摩擦效率，緊密的線圈也能顯著地提高端部的錨定程度，因此整體來說會明顯得到比較高的強度使用效率。
改善這個現象的幾種方式包括前面提到的釣線直徑與鉤身尺寸之間的搭配等等，此外像是採用本次試驗改良線結錨定效果的特別手法，也可以減緩或是改善這個問題。
最後則是線結種類的問題，從試驗的數據結果來看，顯然地內掛式線結整體的強度是四種線結之中最差的，但是從前面引用的1998年Toray所發表的線結試驗數據來看，在五種試驗的標準線結之中，內掛式線結還排名在第三位。事實上，如果採用的是標準的外掛式線結來做相同的試驗的話，我認為應該可能得到相類似的試驗結果。在這個試驗中所採用的兩種改良版外掛式線結基本上就是為了改進標準外掛式線結強度表現不理想的問題，因此能夠得到比較好的試驗數據其實也是合理的。
不過在兩種改良式線結中，第一種改良版使用了類似磯釣防咬線結的複雜手法，所得到的線結強度提高效果跟僅僅在尾端多加一道線圈的第二種改良版外掛式線結相差無幾，其實也就沒有必要大費周章再去採用這種複雜的線結。事實上，我看過一些資深釣魚人自己研發出來的各種異常複雜的獨門線結，坦白說如果真的拿來實地做測試的話，是不是能夠比幾種簡單的常用線結要來得牢固及可靠，其實也是很難說得準的事情。
幾個基本實驗假設及建議
從前面的試驗結果來看，事實上再怎麼好的線結手法其整體的強度表現都很難達到100%，影響線結整體表現的因素包括了釣線本身的材料特性、釣線與鉤身之間尺寸比例、線結的種類及手法，以及在之前文章裡頭提到的其他因素。不過從我本身工程師的觀點來看這次試驗，有以下幾個關於實驗假設及程序方面的建議與說明。
第一個是取樣的問題，由文章本文來看這些線結都是由參與試驗的釣魚達人來製作的，雜誌方面相信這樣可以有效控制線結製作的品質。這樣的作法基本上是正確且合理的，但是從統計的觀點來看必須有足夠的樣本數目才能得到有效的取樣樣本，不過這樣意味著這些釣魚達人可能會綁鉤子綁到吐血。再則，樣本的取樣空間也必須夠大，才能找出標準的系統誤差，這意味著同樣的線結要同時由一組人來製作，不過雜誌方面可能也沒能力作這種安排。比較合理可行的方式是採用自動化綁鉤的機器來製作線結，才有可能控制及消除這些潛在的變因及誤差。
第二個問題是拉力試驗機的載重速率問題，在所有的材料的試驗標準裡頭都必須明確地規範施加載重的增量速率，白話一點來說，假使機器最後要拉到2.15公斤的拉力，是在1秒鐘的時間之內立刻增加到2.15公斤，還是緩慢地在1分鐘之內加到2.15公斤，不同的速率做出來的試驗結果其實是完全不同的。以這個試驗來說，不同的載重速率可以清楚地辨別出哪一種線結吸收衝擊的能力較佳，這會明顯地影響到試驗的結果。我相信雜誌方面一定會事先設定一個試驗速率，只不過可能是太過學術專業的緣故，因此不會在文章之中提到。
第三個問題則是使用的鉤子尺寸類型方面的資訊，我初步的猜想不管是0.1號或是0.8號應該都是採用相同的鉤子來做試驗的吧。基本上，如果再增加其他不同號數釣線的試驗組合，這個尺寸比例的問題應該會更加的清晰明白。
最後一個問題則是個別線結強度的問題，白話一點來說，是不是派出來做試驗的這幾組線結本身已經是最強的。舉例來說，在外掛式及內掛式線結的方面，本次試驗採用的線圈數目統一規定為5圈，雖然這看起來有統一的試驗標準，但是問題是採用5圈線圈的線結是不是已經是最強的組合？
從線結的三種強度來源的觀點來看，三種強度在各種線結裡頭的貢獻比例其實並不相同，因此統一的線圈數目並不能保證參加試驗的會是同種線圈裡頭最強的組合。合理的作法應該是必須先針對個別線結進行試驗及評估，找出可能的最強組合方式然後再跟其他線結來做比較似乎比較客觀一些。這就像是要先選出地區優勝選手，然後由這些各地區最強的選手再來進行全國總決賽的方式道理一樣。
坦白說，這些建議跟說明其實都是強人所難，對於一本商業性的釣魚月刊能夠做到這樣的試驗成果其實已經難能可貴，更何況也不是學術單位在做嚴謹的科學性試驗，因此也無須過份強求，在這裡我僅僅是將一些基於專業背景所提出的建議跟說明，或許能幫助大家多了解一下其中的限制及可能的變因。