Jaké vlastnosti by měl mít kartáč pro obnovování zalité struktury?

Jaké vlastnosti by měl mít kartáč pro obnovování zalité struktury?

 

V úvodním obecném článku jsme si řekli, že to musí být každopádně ruční kartáč, nikoli rotační… Lineární pohyb, kontrola přítlaku, dlouhé táhlé pohyby!

 

Pokud to ale s profesionálním servisem myslíme opravdu vážně, pak nám musí být jasné, že to rozhodně nemůže být jeden kartáč! Ano, bude to rozhodně celá sada kartáčů.

 

První parametr, který bude definovat jednu z vlastností našeho správného kartáče pro obnovu struktury je tvrdost kluzného vosku. Nechme zatím zcela stranou všechny prášky, urychlovače, aditiva, roztoky a mluvme pouze a jenom o za tepla aplikovaném uhlovodíkovém kluzném vosku, který však může být doplněn různými aditivy.

 

Tvrdost kluzného vosku je primárně dána délkou molekulárního uhlovodíkového řetězce, který tvoří jeho základ. Zde platí velmi jednoduché pravidlo: čím kratší molekulární řetězec, tím měkčí vosk, a naopak čím delší molekulární řetězec, tím delší vosk. 

 

Co z toho vyplývá? Měkčí vosky penetrují do skluznice o něco lépe, tvrdší vosky o něco hůře! Kratší řetězec se jaksi lépe „směstná“ v mezimolekulárním prostoru mezi extrémně dlouhými molekulárními řetězci UHMWPE. Na druhou stranu delší řetězce tvrdého kluzného vosku se lépe „zapletou“ do molekulární struktury skluznice, tedy i přesto, že tvrdé vosky penetrují do skluznice o něco mělčeji, lépe drží!

 

Co z toho vyplývá pro naši první vlastnost kartáče a pro naše první doporučení, jak obnovovat zalitou strukturu?

 

Kartáč pro obnovení struktury zalité tvrdým voskem musí mít sice jemný vlas (malý průměr jednotlivých vlasů), ale vlas by měl být o něco kratší, aby kartáč byl celkově o něco tvrdší, a bylo možné na něj o něco více tlačit, protože tvrdému vosku se 1) jednak z jemné struktury nebude chtít (jemný vlast proto, aby se dostal do jemné struktury a krátký vlas, aby umožnil přenést větší sílu a tlak) 2) jednak víme, že díky lepšímu propletení delších řetězců vosku s extrémně dlouhými řetězci UHMWPE vosk lépe drží, takže i lépe snese větší tlak.

 

Takže první vlastnost kartáče pro tvrdé vosky je jemný krátký vlas. První doporučení pro obnovování struktury zalité tvrdými vosky je vyšší tlak na kartáč.

 

Kartáč pro obnovení struktury zalité měkkým voskem by měl mít o něco hrubší vlas (tedy o něco větší průměr jednotlivých vlasů), ale vlas by měl být zároveň o něco delší. Měkké vosky – tedy vosky, které o něco lépe penetrují, ale o něco hůře drží – se totiž zpravidla aplikují na vlhké či mokré podmínky, kde struktura bývá hrubší (proto si můžeme dovolit o něco silnější vlas, díky kterému se kartáč tak rychle nezanáší odstraněným voskem). Delší vlas pak zajistí, že o něco silnější vlasy mohou šáhnout do hlubší struktury (hrubší struktura se automaticky rovná hlubší struktura). Delší vlas nás pak také tak trochu hlídá, abychom méně tlačili, protože když začneme tlačit moc, začne se prohýbat, a protože měkčí vosky s kratším řetězcem drží ve skluznici o něco hůře, je při obnovování zalité struktury nutné o něco méně tlačit!

 

Takže první vlastnost kartáče pro měkké vosky je o něco hrubší a delší vlas. První doporučení pro obnovování struktury zalité měkkými vosky je menší tlak na kartáč.

 

Druhý parametr, který bude definovat další z vlastností našeho správného kartáče pro obnovu struktury, je materiál skluznice.

 

Materiál skluznice pak ovlivňuje dva parametry, které jsou velmi důležité pro volbu správného kartáče pro obnovu struktury. Chemickou reakci mezi kartáčem a materiálem skluznice, byť zde zprostředkovanou voskem. Tvrdost kartáče ve vztahu k tvrdosti základního materiálu skluznice, byť opět zprostředkovanou voskem.

 

Chemická reakce mezi kartáčem a materiálem se zdá být důležitější, než by se na první dojem mohlo zdát. Pro obnovu zalité struktury se nejběžněji používají mosazné / bronzové / měděné nebo jemné ocelové kartáče.

 

Dlouho jsem byl osobně přesvědčen, že nejvhodnější jsou mosazné nebo bronzové kartáče, které jsou dostatečně jemné, ale zároveň dostatečně tuhé, aby na straně jedné odstranily vosk ze zalité struktury a na straně druhé nepoškodily zásadně provazby mezi voskem a skluznicí primárně ve flokati-koberci.

 

Bohužel se ale ukazuje, že měď – jako základní prvek mosazných / bronzových a měděných kartáčů – vyvolává na povrchu UHMWPE, tedy základního materiálu, reakci způsobující silnou oxidaci povrchu skluznice. Na povrchu skluznice se mohou tvořit tzv. volné radikály v důsledku porušení molekulárních chemických vazeb UHMWPE.

I přesto, že při obnovování zalité struktury se mezi povrchem kartáče a vlastním povrchem skluznice nachází vosk, je pravděpodobně lepší se komplikacím vyplývajícím ze zvýšené oxidace povrchu skluznice po kontaktu s mědí vyhnout.

 

Jako další materiál se nabízí nylon, tedy materiál, který se může přidávat do základního materiálu skluznice pro zlepšení celkových vlastností. Kontakt nylonu se povrchem skluznice je chemicky neutrální. Bohužel konce nylonových vlásků jsou oblé, a i tvrdší nylonový kartáč se bohužel zpravidla nedostane do vnitřních částí zalité struktury a je tedy pro obnovu zalité struktury nevhodný.

 

Jako nejvhodnější materiál kartáče pro obnovování voskem zalité struktury se jeví ocelový kartáč s jemným vlasem. U měkkých uhlovodíkových vosků s velmi krátkým molekulárním řetězcem by bylo možné testovat kartáče s vlasem z kančích štětin, které mají konce vlásků přirozeně zúžené a mají tedy výbornou prostupnost do zvláště jemné struktury. Zároveň jsou – např. ve srovnání s kartáčem z koňských žíní – relativně tuhé, ale zase výrazně měkčí než ocelový vlas. Kartáče s vlasem z kančích štětin navíc zabraňují tvorbě elektrostatického náboje.

 

Tvrdost skluznice ve vztahu k volbě správného kartáče je při aplikaci HC vosků spíše druhořadá, jelikož aplikovaný HC vosk tvrdost skluznice vždy pouze sníží. Běžná tvrdost skluznice závodních lyží s černou / transparentní i barevnou skluznicí se udává v rozmezí 62 až 65 shore D, zatímco nejtvrdší kluzné vosky dosahují tvrdosti na cca 55 shore D, měkké kluzné vosky mohou mít i pouze cca 10 až 15 shore D.

Tvrdost skluznice začne být zajímavá ve chvíli, kdy – oproštěni od tezí výrobců vosků – se za podmínek tzv. hraničního režimu tření zaměříme na tři zásadní faktory, a to tvrdost skluznice, schopnost skluznice eliminovat či snižovat statický náboj a omezení oxidace povrchu vhodných ochranným prostředkem. Zde začne hrát správná volba kartáče pro vyladění struktury opět PRIM, ale tak daleko v naší osvětě přeci jen ještě nejsme 

 

Třetí parametr, který bude který bude definovat další z vlastností našeho správného kartáče pro obnovu struktury, je tvar skluznice, respektive tvar skluznice v různých částech lyže.

 

Ano, pro profesionální práci budeme potřebovat alespoň jeden vetší (delší a širší) kartáč pro plochy a jeden menší kartáč pro přechodové oblasti skluznice (žlábek, špička, patka atd.)

Čtvrtý parametr, který bude který bude definovat další z vlastností našeho správného kartáče pro obnovu struktury a který jsme ji nakously výše, je struktura, kterou obnovujeme.

 

Ano, mezi strukturami jsou obrovské rozdíly. Zvláště u hrubých a velmi hrubých struktur se ukazuje, že je nutné použít – alespoň pro úvodní = hrubovací fázi obnovování zalité struktury – hrubší či řidší kartáč, jelikož husté a jemné kartáče se velmi rychle zanáší odstraněným voskem. U jemných struktur musíme použít jemný kartáč hned od počátku. A u jemných struktur zalitých tvrdým voskem je obnova zalité struktury vždy velká alchymie!

 

Tak nám držím palce!

 

 

 

 

 

 

 

 

Proč bychom měli při obnovování zalité struktury používat výhradně ruční kartáče?

 Skluznice

 

Skluznice moderních závodních lyží je tvořena UHMWPE s různými aditivy, nejčastěji grafitem, naštěstí už nikoli fluorem, UHMWPE (polyetylén s ultra vysokou molekulární hmotností) je tvořen extrémně dlouhými molekulárními řetězci, tyto řetězce jsou v některých částech skluznice uspořádané či krystalické, v jiných částech amorfní či neuspořádané, pro příjem a navázání vosku jsou rozhodující oblasti amorfní či neuspořádané

 

Víme, že skluznice není pórovitá, jak se dříve věřilo, ale že příjem vosků do skluznice probíhá několika základními mechanismy:

 

1)    Hloubková aplikace = aplikace za tepla

 

Mezi etrémně dlouhými molekulárními řetězky UHMWPE, primárně v tzv. amorfních oblastech, jsou jakési drobné mezery či kavity (podobné volnému prostoru v míse se zamíchanými špagetami). Abychom však mohli molekuly kluzného vosku, dnes již opět molekuly uhlovodíků s různými aditivy do těchto mezimolekulárních kavit či mezer dostat, musíme systém – tedy molekulární řetězce skluznice a molekulární řetězce vosku – rozhýbat. Na straně nejdné musíme uvést vosk do kapalného nebo tekutého stavu, a to co nejblíže tzv. teplotě skápnutí, čímž se stanou molekulární řetězce vysoce mobilní a mohou jaksi „zatéct“ do mezimolekulárních kavit či mezer uvnitř UHMWPE. Na straně druhé musíme ale také rozpohybovat molekulární řetězce UHMWPE, čímž zvýšíme počet kavit a vytvoříme lepší podmínky pro „zatékání“ vosku. K oběma procesům = roztavení vosku a rozhýbání molekulárních řetězců materiálu skluznice potřebujeme teplo, ano, teplo žehličky. Jakmile začne UHMWPE a vosk opět chladnout = tuhnout, začnou se teplem rozhýbané řetězce UHMWPE opět „stahovat“ a uvězní mezi sebou molekuly vosku. Takovéto provazby mezi skluznicí a voskem vytvořené zažehlováním jsou tzv. hloubkové (údaje o skutečné hloubce penetrace vosku se hodně rozcházejí), ale víme,že takto vytvořené provazby jsou relativně stabilní = trvanlivé.

 

2)    Povrchová aplikace = aplikace za studena

 

Na povrchu skluznice vyčnívají volná zakončení molekulárních řetězců UHMWPE, které jsou sami o sobě flexibilní i bez přísunu tepla, jelikož to jsou volná zakončení. Tato volná zakončení existují sami o sobě, ale dle teorie prof. Schergeho je možné jejich množství a orientaci ovlivňovat správným kartáčováním. Vytvořením tzv. flokati-koberce v horní molekulární vrstvě skluznice zvýšíme nejenom schopnost přijímat vosk, nýbrž zlepšíme i nasměrování těchto volných zakončení či chloupků, což se pozitivně odrazí v kluzných vlastnostech. 

 

Právě v této povrchové vrstvičce o tloušťce namo-metrů se provazují za studena aplikované vosky. Smateriálem skluznice se vosky provazují na molekulární úrovni na základě podobných mechanismů, s ohledem na tloušťku této povrchové vrstvyčky a relativně slabé mezimolekulární síly, kterými jsou molekulární řetězceskluznice a vosku provázány (tzv. van der Waalschen síly), je odolnost této vrstvičky vůči abrazi velmi malá.

 

Jak to souvisí s kartáčováním a obnovováním zalité struktury?

 

Kartáčování pro flokati-koberec

 

Jak jsme uvedli výše, tzv. flokati-koberec ovlivňujeme nebo přímo tvoříme vhodným kartáčováním. Musí být použit ocelový kartáč s dlouhým jemným vlasem. Kartáčování musí probíhat výhradně ve směru jízdy – od špičky k patce a musí být prováděno dlouhými táhlými pohyby se spíše větším přítlakem (míra přítlaku se však odvozuje od tvrdosti skluznice). Hroty či háčky na konci jednotlivých vlásků kartáče umí šáhnou do mezimolekulárního prostoru UHMWPE a vytvářet další / urovnávat existující volná zakončení molekulárních řetězců. Kartáčování pro vytvoření flokati-koberce se vytváří neprodleně před aplikací vosku.

 

Kartáčování pro mechanické čištění

 

Jak ale víme, musíme před aplikací vosku – za tepla i za studena – skluznici nejprve vyčistit, zbavit starých vosků, zoxidovaného UHMWPE, oživit, otevřít… Jak to děláme? Chemicky a mechanicky. K chemickému čištění používáme různé smývače, které nejsou zcela neproblematické, ale o tom někdy jindy. K mechanickému čištění pak používáme opět kartáč. Zpravidla ocelový či mosazný či bronzový.

Ano, a právě kartáč používaný k mechanickému čištění skluznice před aplikací nového vosku umí opět „sáhnout“ svými vlásky až do mezimolekulárních kavit či mezer mezi jednotlivými řetězci, ze kterých umí vytáhnout zbytky starého vosku. Z povrchu pak umí odstranit zoxidovaná zakončení molekulárních zakončení UHMWPE.

K tomuto účelu je vhodný rotační kartáč, za mě ale vždy jemný s dlouhým vlasem, čím jemnější vlas, tím lepší „prostupnost“ do hlubokých částí skluznice. Hrubší ocelové kartáče pak slouží k odstraňování zoxidovaného materiálu na povrchu.

 

Kartáčování pro odstraňování zalité struktury

 

Skluznici jsme vyčistili chemicky a mechanicky – hrubším rotačním ocelovým kartáčem jsme odstranili zoxidované části na povrchu, jemným rotačním ocelovým kartáčem s dlouhým vlasem jsme ze skluznice „vytáhli“ zbytky vosku a nečistot. Aplikovali jsme vhodnou manuální strukturu (chystáme lyže na mokré podmínky, tak můžeme aplikovat manuální struktury). Ručním ocelovým kartáčem s dlouhým vlasem jsme na povrchu skluznice vytvořili flokati-koberec. Skluznici jsme otřeli a aplikovali jsme (nejlépe v tuhém stavu) uhlovodíkový kluzný vosk, který jsme následně vhodnou teplotou zažehlili. Po vychladnutí při pokojové teplotě (výjimku tvoří kluzné vosky s velmi krátkým molekulárním řetězcem = extra měkké kluzné vosky, které je třeba před odstraňováním přebytečného vosku lehce schladit, aby se nemazaly) jsme plošnými a tvarovými škrabkami odstranili přebytečný vosk z plochy a ze žlábku (nejprve ze žlábku, následně z plochy), vždy pouze ve směru jízdy dlouhými táhlými pohyby. Tak a teď musíme uvolnit zalitou strukturu. Čím komplexnější struktura a čím tvrdší vosk, tím větší problém.

 

Kdo v tuto chvíli vezme do ruky rotační kartáč, ztratí veškerou kontrolu nad následným děním. Nemá šanci odhadnout, jestli vlasy rotačního kartáče obnoví „pouze“ zalitou strukturu, nebo zároveň „rozmašlují“ flokati-koberec, nebo ještě hůř „šáhnou“ i do kavit v mezimolekulárním prostoru mezi řetězci UHMWPE. Kartáč se točí moc rychle, vlasy obíhají kružnici, nikoli linku, ruční vrtačka s kartáčem je moc těžká na to, abyste odhadli správný tlak.

 

NEMÁTE ŽÁDNOU ŠANCI PROCES KARTÁČOVÁNÍ KONTROLOVAT.

 

Netvrdím, že použití ručního kartáče pro obnovování zalité struktury od přebytečného vosku je vše-spásné. To určitě ne, ale máte větší šanci, že se to povede, nebo jinak, máte nějakou šanci, že se to povede. U rotačního kartáče nemáte prakticky žádnou šanci!

 

U ručního kartáče opisují vlasy lineární křivku – základ pro správné nasměrování vlásků skluznice, díky přímému kontaktu můžete regulovat dobře tlak, díky dlouhým a táhlým pohybům máte šanci odstranit přebytečný vosk ze zalité struktury a zachovat jak vytvořené molekulární provazby na povrchu skluznice (flokati-koberec), tak uvnitř skluznice (molekuly vosku uvízlé v kavitách mezi řetězci UHMWPE).

 

Je to trochu pracnější, ale šance na dobrý výsledek je větší! A navíc, byly to Vaše ruce, co tvořily ten zázrak na skluznici!

 

Příště si zamyslíme nad tím, jaké by ten ruční kartáč pro obnovení struktury měl mít parametry…

 

 

 

Jak fungují struktury - teorie abraze

Druhá zásadní teorie objasňující podmínky tření v tzv. hraničním režimu staví do středu zájmu oděr a tvrdost, sníh a led.

 

Provádět laboratorní i polní zkoušky na sněhu je s ohledem na jeho specifické vlastnosti, jako jsou extrémní proměnlivost, enormní tvarová a strukturní pestrost, velmi problematické. Proto se také velká část – zvláště laboratorních – výzkumů provádí na vzorcích ledu, a nikoli sněhu. Výsledky získané na ledu se následně aplikují na sníh.

 

Zdá se, že teorie třecího tepla vyvinutá v oblasti skluzu na ledu (zvláště v oblasti bruslení, závodního sáňkování či bobování) platí pro kontakt ledu s kovovou čepelí, v oblasti skluzu plastové lyže na sněhu však zásadně pokulhává.

 

I přesto, že sníh se skládá z drobných ledových zrnek či krystalů vzájemně provázaných a propojených, má sníh natolik specifické vlastnosti, že výsledky výzkumu prováděné na ledu se ukazují být pro sníh nepoužitelné.

 

Alespoň teorie abraze sněhových krystalů na tyto skutečnosti odkazuje. Teorie abraze sněhových krystalů postuluje, že při teplotách hluboko pod bodem mrazu se zvyšuje tvrdost, ale také křehkost jednotlivých sněhových krystalů či zrn. Jak víme z teorie třecího tepla, dochází v režimu tzv. hraničního tření k přímému kontaktu asperit na povrchu skluznice a sněhové pokrývky. V místě kontaktních bodů působí velký tlak a velké tření. Dle teorie abraze však nedochází k natavování mikroskopických kontaktních míst a k produkci vodního filmu, jak pro kontakt ledu s kovovou čepelí postuluje teorie třecího tepla, nýbrž k odlamování drobných částí křehkých sněhových krystalů či zrn, nebo k vylamování celých zrn ze sněhové mřížky.

 

 

Obrázek č. 1, snímky a) až d) ukazují postupné zvětšování kontaktních bodů a jejich spojování do větších ploch při skluzu UHMWPE na suchém jemnozrnném sněhu, snímek e) ukazuje výslednou kontaktní plochu: červeně orámována jsou zvětšená a abrazí zploštělá sněhová zrna, červené šipky označují odlomené části sněhových zrn, které se zcela integrovaly do porézních oblastí sněhové pokrývky, modré šipky pak ukazují částečně integrované odlomené části sněhových zrn, kde ještě neproběhl proces sintrace, hvězdička označuje vývoj konkrétního zrna v průběhu testu, zdroj: J. H. Lever et. col., Evidence that abrasion can govern snow kinetic friction, Journal of Glaciology, 2018

 

Pokud dochází k odlamování drobných částí sněhových krystalů vlivem tlaku a tření, vyplňují tyto odlomené části sněhových krystalů porézní oblasti sněhové pokrývky. Odlomené části sněhových krystalů, které vyplnily porézní oblasti sněhové pokrývky, jsou extrémně rychle integrovány bleskurychlými sitračními procesy, a to v řádu zlomků vteřin. Jakmile jsou integrovány do sněhové pokrývky, dochází k jejich uhlazování dále probíhajícím skluzem a třením.

 

Pokud dochází k vylamování celých zrn ze sněhové mřížky, umožňují vylomená sněhová zrnka valivé tření mezi oběma povrchy, a to do okamžiku, než dojde k jejich zatlačení do porézního povrchu sněhové pokrývky. Jakmile jsou vylomená sněhová zrna zatlačena do porézního povrchu, následují již proces odlamování.

 

Je přirozené, že oba procesy – jak proces odlamování drobných částí ze sněhových zrn, ukládání odlomených částí do porézních oblastí sněhové pokrývky, rychlá integrace a následné uhlazování, tak proces vylamování celých zrn, valivého tření s následným zamáčknutím do porézní oblasti sněhové pokrývky – probíhají paralelně. Předpokládá se, že čím nižší jsou teploty pod bodem mrazu a čím sušší, a tedy tvrdší a křehčí sníh je, tím více narůstá podíl vylamování celých krystalů či zrn.

 

Pokud dochází k vylamování jemnějších či hrubších zrn, které jsou již méně či více zaoblená, dochází bezprostředně k valivému tření. Pokud však dochází k vylamování málo transformovaných zrn až krystalů, pak je jízda na lyžích extrémně náročná. Každý z nás si jistě vybaví skřípající prašen hluboko pod nulou… I jízda na písku by byla pohodlnější 

 

A tady jsme se propracovali k druhému fenoménu, který určuje skluzné vlastnosti za podmínek tzv. hraničního režimu tření, a tím je tvrdost.

 

Tvrdost skluznice je konstantní. U závodních lyží bývá kolem 65 shore D. Tvrdost sněhu je ale proměnlivá. Tvrdost sněhu je přímo závislá na vlhkosti. Čím vyšší vlhkost, tím měkčí sníh, a naopak, čím nižší vlhkost sněhu, tím tvrdší sníh. Vlhkost sněhu pak závisí na teplotě a vlhkosti vzduchu. Čím vyšší teplota a/nebo vlhkost vzduchu, tím měkčí sníh, a naopak, čím nižší teplota vzduchu a/nebo vlhkost vzduchu, tím tvrdší a křehčí sníh.

 

Je-li sníh dostatečně suchý, tedy jsou-li teploty dostatečně nízké, vzroste tvrdost jednotlivých sněhových zrn a krystalů nad tvrdost skluznice. V tento okamžik se sněhové krystaly začnou zarývat do skluznice. Proces „pluhování“ skluznice sněhem probíhá – naštěstí – souběžně s procesem elastické deformace vrchní části sněhové pokrývky, pokud by tomu tak nebylo, lyže by prakticky nemohla klouzat.

 

Co z toho vyplývá? Vedle strukturování ovlivňuje kvalitu skluzu za podmínek tzv. hraničního režimu tření především tvrdost skluznice. Ano, je to tak: čím tvrdší skluznice, tím dále se posune hranice, kdy sněhové krystaly začnou „pluhovat“ skluznici, což je jev, který je doprovázen enormním nárůstem tření.

 

 

Obrázek č. 2: i přesto, že tento graf je už hodně „vousatý“ a UHMWPE bude vykazovat výrazně lepší vlastnosti než prostý polyethylen (PE), ukazuje smutnou pravdu, jakýkoli skluzný vosk tvrdost skluznice vždy pouze sníží, a tvrdost ledu narůstá s úbytkem vlhkosti relativně příkře, sníh – díky oblasti elastické deformace – bude sledovat méně příkrou křivku, nicméně a UHMWPE bude o něco tvrdší než PE, ale i tak bude tvrdost sněhových zrn v určitém okamžiku vyšší než tvrdost skluznice, což se projeví jejím „pluhováním“ a enormním nárůstem tření, zdroj: S.C. Colbeck, Friction of Snow Skis, 1991

 

A zda jsme narazili na jeden z hlavních problémů aplikace kluzných vosků pro tzv. hraniční režim tření. Na světě prakticky neexistuje skluzný vosk, po jehož aplikaci by nedošlo ke snížení základní tvrdosti skluznice. Ano, je to tak! Vůbec nejtvrdší HF vosky dosahovaly tvrdosti cca 50 až 55 shore D, zatímco měkké vosky s krátkým molekulárním řetězcem mají tvrdost jen cca 10 až 15 shore D. Tedy jakoukoli aplikací kluzných vosků základní tvrdost skluznice vždy pouze snížíme.

 

 

 

 

Obrázek č. 3: křivky zobrazující změnu tvrdosti grafitové (GB = grafit base) a transparentní (TB = transparent base) skluznice po aplikaci tvrdého a měkkého vosku, jak je vidět, po aplikaci vosku dojde vždy pouze ke snížení tvrdosti základního materiálu, zdroj: L. Kuzmin, Hot Glide Wax Treatment and the Hardness of Ski Running Surface, Conference Article, 2008

 

Kolegu Kuzmina tedy napadlo, že bude lepší min. pro podmínky hraničního tření žádný skluzný vosk neaplikovat a nesnižovat tak tvrdost základního materiálu skluznice. Bohužel to příliš nefunguje, protože skluzný vosk skluznici nejenom adaptuje na aktuální sněhové podmínky za účelem zlepšení skluzu, nýbrž ji také chrání. Nechráněná skluznice bohužel nefunguje a zde také teorie kolegy Kuzmina naráží tak trochu do zdi!

 

Co s tím? O tom opět příště!

 

Kde se vzaly, tu se vzaly skiny! Část IV.

 JAK ZLEPŠIT ÚČINNOST LYŽÍ SKIN

 

Aby výrobci toto pásmo, kde mohér může fungovat, alespoň trochu rozšířili, uchylují se k opatřením, které bohužel zhoršují skluz.

 

Jedním z těchto opatření je prodloužení tzv. stoupací komory, tedy části skluznice, ve které je mohérový pásek aplikován (jako náhrada stoupacího vosku), i do těch oblastí skluznice, které zůstávají trvale v kontaktu se sněhovou pokrývkou, tedy do tzv. skluzných částí skluznice. Zní to nesrozumitelně, ale je to tak. Základní princip pohybu na běžeckých lyží při klasickém stylu je přenášení váhy. Při odrazu se převážná část hmotnosti lyžaře přenáší pouze na jednu lyži, primárně do její střední části, která se v důsledku tohoto zatížení dostává do kontaktu se sněhovou pokrývkou. Při následné fázi skluzu dojde k rovnoměrnému rozložení hmotnosti lyžaře na obě lyže, v důsledku čehož přestane být středová část lyže neboli stoupací komora neboli oblast, ve které se aplikují stoupací vosky nebo mohérový pásek, v kontaktu se sněhovou pokrývkou. Pokud se však stoupací vosky nebo mohérový pásek aplikují i mimo oblast stoupací komory, tedy mimo oblast skluznice, které má být v kontaktu se sněhovou pokrývkou pouze při plném zatížení lyže, pak stoupací vosk nebo mohérový pásek zůstává v trvalém kontaktu se sněhovou pokrývkou, což podstatným způsobem zlepší podmínky pro odraz, zároveň ale výrazně zhorší skluz lyže.

 

Další strategie, jak rozšířit účinnost skinů, je délka vlasu, respektive míra, jak moc či málo chloupky ze skluznice vyčnívají. Čím více chloupky ze skluznice vyčnívají, tím lépe mohou navazovat sněhové krystaly. Také stoupací vosky se mohou aplikovat ve více vrstvách. Toto opatření má hned dvě nevýhody. Čím více chloupky mohéru ze skluznice vyčnívají, tím větší je pravděpodobnost, že zůstanou v kontaktu se sněhovou pokrývkou také ve fázi skluzu, tedy že budou „dřít“. Čím delší jsou chloupky a čím více vyčnívají, tím rychleji se opotřebovávají. Není výjimkou, že po delší trase na velmi abrazivním firnu se vám chloupky mohéru odřou až na základ.

 

Výrobci se samozřejmě také snaží dále zdokonalovat tvar, hustotu, materiál a provedení mohérových pásků. Nový potenciál přinášejí lyže bez mazací komory, kde prakticky celá skluznice funguje jako odrazová i skluzná zóna. Jestli je to ale krok kupředu či zpět, ukáže až čas…

 

 

ZÁVĚR

Skiny nejsou nic víc, ani nic míň než relativně zdařilý pokus, jak zjednodušit mazání běžeckých lyží na odraz. Bohužel – nebo vlastně Bohu dík – je paleta sněhových podmínek tak široká a pestrá a transformace sněhu tak různorodá a rychlá, že žádný universální prostředek není schopen tuto paletu a variabilitu kvalitně a spolehlivě pokrýt. Proto i skiny neboli lyže s mohérovým páskem zůstanou pouze kompromisem s relativně úzkým pásmem sněhových podmínek, kde opravdu fungují. Ale ve srovnání s ostatními pokusy o universální řešení, jak zajistit spolehlivý odraz a rozumný skluz, jsou skiny pokusem relativně zdařilým, a to zvláště pro turistické účely.

 

Kde se vzaly, tu se vzaly skiny! Část III.

KDE MOHOU SKINY FUNGOVAT A KDE NIKOLI

 

Co z toho tedy vyplývá? Mohérový pásek dobře funguje – tedy zajišťuje relativně spolehlivý odraz a relativně dobrý skluz – v relativně úzkém pásmu sněhových podmínek. 

 

Za jakých podmínek tedy mohér může dobře fungovat? 1. Sníh musí být tvořen spíše sněhovými krystaly, a nikoli zrny. Tedy nový nebo starší jemnozrnný sníh z částečně transformovanými krystaly (krystaly jsou spíše ostré a křehké, zrna jsou oblá a mají tendenci se stále zvětšovat). 2. Sníh by měl mít spíše nižší vlhkost, aby neměl tendenci namrzat. Tedy sněhové podmínky pří teplotách níže pod nulou (řekněme - 3 stupně C a nižší) a spíše nízké vzdušné vlhkosti. 3. Sníh by si měl i ve stopách zachovávat určitou tvarovou stálost. Tedy spíše stabilní než proměnlivé podmínky.

 

A za jakých podmínek tedy mohér fungovat nebude? 1. Kdykoli bude sníh tvořen velkými oblými zrny, a to bez ohledu, zda tato zrna plavou v láku volné vody (klasické jarní mokré sněhy) nebo jsou provázány pevnými ledovými krčky (zledovatělý transformovaný sníh). Chloupky nemají možnost se těchto velkých oblých zrn zachytit. 2. Kdykoli bude sníh tvořen hladkými nebo vysoce abrazivními ledovými plochami. Na hladkých plochách se nemají chloupky čeho zachytit, abrazivní druhy ledovatého sněhu navíc chloupky snadno odřou. 3. Kdykoli má sníh tendenci se při přejezdu lyží výrazně přetvářet, uhlazovat se, mydlit se, sklovatět. Výrazná transformace sněhových krystalů ve stopě vede zpravidla k vyhlazení stopy. Ve vyhlazené stopě mají chloupky mohéru pramalou šanci vázat se na sníh. 4. Kdykoli má sníh vysokou tendenci lepit se a namrzat. Zpravidla se jedná o vlhký sníh při teplotách kolem nuly a vyšší vzdušné vlhkosti. Za těchto podmínek je mohér nutné chránit prostředkem proti namrzání, ale ani ten namrzání zcela nezabrání. Namrzlý mohér nejenom, že neumožňuje prakticky žádný odraz, nýbrž také parádně drhne! 5. Kdykoli bude sníh obsahovat velké množství volné vody. Ta zpravidla vytvoří mezi skluznicí lyže a sněhovou pokrývkou relativně silný vodní film, který pak bohužel velmi efektivně omezuje funkci mohéru navazovat sněhové krystaly. 6. Kdykoli bude sníh výrazně znečištěný. Nečistoty relativně rychle ucpou chloupky mohéru, a tak výrazně omezí jeho schopnost vázat se na sněhové krystaly…

 

Jak je již z prostého výčtu různých sněhových podmínek, za kterých mohér spíše bude a spíše nebude fungovat, patrné, lyže s mohérovým páskem mohou nabídnout relativně spolehlivý odraz a relativně dobrý skluz v poměrně malém pásmu sněhových podmínek.

Kde se vzaly, tu se vzaly skiny! Část II.

Kde se vzaly, tu se vzaly skiny…

JAK MOHÉR VLASTNĚ FUNGUJE?

 

Abychom si mohli na tuto otázku odpovědět, musíme si nejprve vysvětlit, jak takové skiny vlastně fungují. Mohérový pásek se nachází pouze v tzv. stoupací komoře, tedy v místech, kde se u běžných lyží na klasiku nanáší stoupací vosk. Mohérový pásek tedy nahrazuje stoupací vosk. Jak ale takový stoupací vosk, a tedy mohérový pásek má vlastně správně fungovat?

 

Stoupací vosk aplikovaný ve stoupací či odrazové komoře musí být dostatečně lepivý na to, aby na sebe ve fázi odrazu „navázal“ či „nalepil“ sněhové krystaly či zrna a umožnil tak odraz při plném zatížení lyže, zároveň však nesmí být příliš lepivý na to, aby umožnil ve fázi navazujícího skluzu snadné či hladké „setření“ sněhových krystalů, které se na stoupací vosk v předchozí fázi odrazu navázali.

 

Pokud je stoupací vosk málo lepivý, nenaváží se sněhové krystaly na stoupací vosk vůbec, nebo pouze nedostatečně a lyže podkluzuje, je-li stoupací vosk naopak příliš lepivý, naváží se sněhové krystaly vosk příliš intenzivně a nedojde k jejich následnému oddělení či setření ve fázi skluzu, v tomto případě lyže drhne – sníh nalepený na stoupací vosk zhoršuje nebo zcela znemožňuje skluz.

 

A ačkoli by si mnozí z nás přáli, aby mohérový pásek fungoval na jiném – hlubším či sofistikovanějším – principu, fungují také lyže s mohérovým páskem neboli skiny na úplně stejném principu. Chloupky mohéru musí krystaly sněhu ve fázi odrazu při plném zatížení lyže navázat a umožnit tak odraz, následně pak ve fázi skluzu snadno pustit a umožnit jejich setření, a tedy skluz.

 

V čem je tedy problém, stoupací vosk i mohér fungují na stejném principu, mohér ale na rozdíl od stoupacích vosků ani nepodkluzuje, ani nenamrzá… V čem je tedy problém?

 

Zatímco stoupací vosky reagují na nekonečnou paletu sněhových podmínek prakticky nekonečnou paletou různých stoupacích vosků, různými délkami stoupací komory a různými tloušťkami naneseného stoupacího vosku, má mohér k dispozici pro tutéž nekonečnou paletu sněhových podmínek – počínaje čerstvě napadlým prachovým sněhem při teplotách pod nulou, vlhkým či lehce mokrým novým vatovým sněhem při teplotách kolem nuly, přes staré znečištěné hrubozrnné mokré až vodou nasáklé jarňáky až po ledovaté, hladké či extrémně abrazivní firny – pouze a jenom jeden typ vlasu či chloupků, bez možnosti měnit délku pásu nebo výšku vlasu.

Kde se vzaly, tu se vzaly skiny! Část I.

Kde se vzaly, tu se vzaly skiny…

 

ŠIRŠÍ KONTEXT LYŽÍ SKIN

 

Ano, skiny neboli lyže s mohérovým stoupacím páskem v posledních letech nebo možná dokonce dekádách dominují turistickým běžkám… Ale proč a kde se vlastně vzaly?

 

Řekl bych, že téma skinů je mnohem zajímavější a hlubší, než se může na první pohled zdát… V obecné rovině bych řekl, že skiny nejsou nic jiného než další pokus, jak vyřešit složitosti a komplikace spojené s mazáním stoupacích vosků, které zajišťují odraz u klasického stylu neboli klasiky.

 

V ještě obecnější rovině by se dalo říci, že rovněž volný styl neboli bruslení není nic jiného než zatím nejzdařilejší pokus, jak vyřešit složitosti a komplikace stoupacích vosků… Ano, je to tak, mnoho hobby-lyžařů i zdatnějších turistů se uchyluje ke skatům především proto, že lyže na bruslení se nemusí mazat! No, nemusí mazat?!? Nemusí se mazat stoupacími vosky pro odraz. To ano! O to více se však musí mazat na skluz, nikoli snad pro to, aby jely lépe, i když i to se zvláště na tupém a pomalém sněhu šikne, ale především proto, aby neoxidovaly! Ano, je to tak, skluznice lyží oxiduje… A pozor! Nejvíce oxiduje právě při klouzání po sněhové pokrývce neboli při lyžování.

 

Ale je to tak, při volném stylu neboli bruslení odpadá úmorné mazání či patlání tuhých i tekutých stoupacích vosků v jakékoli formě a podobě… Kdo z nás to nezažil, upatlané ruce, upatlané lyže, lepící se sníh, namrzající lyže, zničená bunda nebo nové SWIX kalhoty…

 

Nejeden lyžař – při vzpomínce na tento hrůzný zážitek nebo při představě jeho opakování – se rychle a pokorně uchýlí ke skatům, a to bez ohledu na to, zda jeho fyzická kondice a/nebo dovednosti tento styl pohybu na běžkách umožňují či nikoli…

 

Mnozí z lyžařů turistů a méně zdatných hobíků však bohužel pouze vytloukají klín klínem nebo vyhání čerta ďáblem… Jak to myslím? Jak to říkám! Bruslení bohužel není pro každého. A kdo na to nemá, ten trpí, trpí jak zvíře…

 

Pokud nemáte na bruslení fyzičku a/nebo dovednosti, pak může Váš zážitek z bruslení vypadat následovně: na rovinkách a v mírném klesání to nemusí být vůbec špatné, zvlášť pokud Vám to na klasických bruslích na kluzáku nebo rybníku jde, jakmile to ale začne stoupat, začne být zle… Buď to budete muset urvat celé rukama, což by v případě mírnějších, a ne příliš dlouhých stoupání mohlo ještě nějak jít, nebo začne peklo. A čím větší bude stoupání, tím větší peklo to bude… Lyže Vás nepodrží a budou ujíždět do všech stran, ruce a břišní svaly tak velký nápor po čase také nezvládnou a začnou odpadat… Vrchol kopce v nedohlednu, zpocení až na prdeli, a ani stromeček Vás nezachrání… V krátkém sjezdu se trochu otřepete, ale po každém klesání přijde zákonitě zase kopec nahoru…

 

A právě pro ty z nás, kdo nemají dostatečnou fyzičku na to, aby elegantně vyklouzali i táhlé a prudké stoupáky, a zároveň netrpí úchylkou projevující se radostí či opojením z vůně dehtových stoupacích vosků (jinými slovy: nechtějí mazat stoupacími vosky, ať již jsou ve válečku, tubě, spreji nebo nanesené na pásce, zkrátka a dobře si nechtějí patlat ruce, lyže a oblečení tím lepivým svinstvem, které stejně většinou víc drhne, lepí a namrzá, než aby dělalo něco kloudného), ano právě pro nás jsou tady skiny neboli lyže s mohérovým páskem.

 

Skiny neboli lyže s mohérovým páskem jsou to správné řešení pro ty z nás – tedy turisty a rekreační hobby-lyžaře, kteří se nechtějí patlat se stoupacími vosky, ale zároveň nemají dostatečnou fyzičku a/nebo dovednosti na bruslení neboli volný styl. Je tomu ale opravdu tak?

Jak určit stoupací zónu běžeckých lyží?

Na rozdíl od běžeckých lyží na bruslení neboli volný styl, jejichž skluznice tvoří jenom jedna velká kluzná zóna sahající od špičky lyže až po její patku, tvoří skluznici běžeckých lyží na klasiku neboli klasický styl dvě zóny, a to zóna kluzná - stejně jako u lyží na bruslení - a zóna stoupací neboli odrazová. Kluzná zóna má přitom dvě části - horní a spodní, mezi horní a spodní kluznou zónou se pak nachází zóna stoupací.

A teď totéž názorněji: jistě jste si všimli, že běžecké lyže - zvláště ty na klasiku - jsou jaksi prohlé či vypouklé. Pokud lyže položíte na přiměřeně rovný a tvrdý povrch (v době mého mládí jsme na to vysazovali dveře od koupelny) a stoupnete si na ně tak, že rovnoměrně zatížíte obě lyže, zjistíte, že skluznice lyže se povrchu dotýká ve své spodní a horní části. Naopak v místech, kde máte botu s vázáním, zůstává mezi skluznicí lyže a povrchem drobná mezera. V místech, kde se lyže dotýká, jsou kluzné zóny, v místech, kde zůstává mezi skluznicí a povrchem mezera, se nachází stoupací zóna.

Výše popsaný jev nastane tedy pouze v případě, že Vaše hmotnost plus mínus odpovídá tvrdosti lyže. Stotřicetikilové chlapisko příliš měkké lyže úplně promáčkne, i při rovnoměrném rozložení váhy na obě lyže. Pokud se padesátikilový komár naopak postaví na příliš tvrdé lyže, bude stoupací zóna sahat s trochou nadsázky od špičky až po patku lyže.

První pravidlo tedy zní: Vaše váha musí plus mínus odpovídat tvrdosti lyže. 

Pokud nejste ani jeden extrém (ani stotřicetikilové chlapiskom, ani padesátikilový komár, váhu u žen se neodvážím komentovat), nemusíte této problematice věnovat žádnou velkou pozornost, jelikož běžné kategorie dnešních lyží jsou navrženy tak, aby pokryly takřka celé běžné váhové spektrum.

Pokud si ale chcete snadno a rychle ověřit, že tvrdost Vašich nových běžek odpovídá plus mínus Vaši hmotnosti, pak pro Vás máme jednoduchou radu: změřte si velikost stoupací zóny (jak se už za chvíli dozvíte), a pokud její velikost odpovídá přibližně 1/3 délky lyže, pak tvrdost lyže odpovídá Vaší hmotnosti.

Druhé pravidlo tedy zní: správná tvrdost lyže odpovídá správné velikosti stoupací zóny a naopak. Správná velikost stoupací zóny se přitom pohybuje mezi 50 až 70 cm a odpovídá přibližně 1/3 délky lyže.

Jak tedy určit stoupací zónu běžeckých lyží na klasiku?

Způsobů je hned několik, a tak si je projdeme jeden po druhém, od nejjednoduššího po nejpřesnější.

Rychlý způsob

Vezměte jednu z lyží do ruky a na boku lyže si např. fiksem označte místo, kde končí Vaše bota upnutá do vázání (když říkám, kde končí, tak myslím opravdu konec boty, a nikoli místo, kde na lyži dosedá Vaše pata). Teď od tohoto místa odměřte 50 až 70 cm směrem ke špičce lyže. 50 cm odměřte u krátkých lyží, jelikož jste menší postavy, 70 cm u dlouhých lyží, jelikož jste vysoké postavy. Toto druhé místo označte rovněž fiksem. Prostor mezi první a druhou značkou je mazací zóna. Hotovo! Do takto určené stoupací zóny mažeme jak tuhé, tak tekuté vosky i veškeré alternativní druhy mázy (např. tekuté vosky ve spreji, stoupací pásku).

Rychlý způsob pro tuhé a tekuté vosky

Tento způsob již vyžaduje spolupráci dvou osob a přiměřeně tvrdý a rovný povrch (dveře od koupelny). Lyžar se obuje do lyžařských bot. Obě lyže se položí na přiměřeně rovný a tvrdý povrch tak, jako by stály ve stopě. Lyžař se na ně postaví a upne boty do vázání (pozor na poškození skluznice!). Před tím, než lyžař lyže zatíží, zasune druhá osoba (doporučení: nikoli manželka) jednou přeložený list papíru pod střední část lyže. Lyžar zatíží rovnoměrně obě lyže a druhá osoba posunuje jednou přeložený list papíru směrem ke špičce lyže. V místech, kde už to nejde dál, udělá na boku lyže značku. Potom posunuje papírem ze středu lyže směrem k patce, v místech, kde se papír zastaví ještě značku neudělá, ale podívá se, jestli je za koncem boty, pokud ano, pak stoupací zóna končí nejdále koncem boty! Pokud ne, udělá značku. Takto zjištěná stoupací zóna slouží pro tuhé vosky. Pro tekuté vosky neboli klistry se použije stejný postup, avšak s tím rozdílem, že list papíru se přeloží 2x. Stoupací zóna pro klistry je tedy o něco kratší.

Přesná univerzální stoupací zóna

I tento způsob vyžaduje spolupráci dvou osob a přiměřeně tvrdý a rovný povrch (dveře od koupelny). Lyžar se obuje do lyžařských bot. Obě lyže se položí na přiměřeně rovný a tvrdý povrch tak, jako by stály ve stopě. Lyžař se na ně postaví a upne boty do vázání. Druhá osoba zasune nepřeložený list papíru pod střední část lyže. Lyžař zatíží rovnoměrně obě lyže (stojí např. jako při soupaži). Druhá osoba udělá značky na boku lyže tam, kde se papír zastaví. Druhá osoba vrátí list papíru opět do středu lyže. Lyžař zatíží jednu lyži celou váhou (jako při odrazu při stříďáku). Druhá osoba opět udělá značky na boku lyže tam, kde se papír zastaví. Nyní se obě zóny zprůměrují. Konec stoupací zóny je však vždy nejdále v místě, kde končí bota. Do takto určené stoupací zóny mažeme jak tuhé vosky, tak klistry.

Přesná stoupací zóna pro tuhé a tekuté vosky

Postup je stejný jako u přesné univerzální stoupací zóny. Rozdíl spočívá pouze v tom, že se celá operace (zatížit rovnoměrně, zatížit celou vahou, zprůměrovat, konec max. u konce boty) provede dvakrát, jednou s nepřeloženým listem papíru a podruhé s jednou přeloženým listem papíru, delší stoupací zóna je pro tuhé vosky, kratší je pro klistry.

Doporučení při nepříliš spolehlivém odrazu

Ještě před tím, než se rozhodnete zlepšit odraz tím, že přidáte další vrstvu vosku, nebo nanesete o stupeň měkčí vosk, můžete zkusit lehce prodloužit mazací zónu, a to především směrem k patce lyže (za konec boty).

Jak fungují struktury - teorie třecího tepla...

 Jak ale strukturování za podmínek tzv. hraničního režimu tření funguje? Co jsou základní principy a veličiny, které bychom se měly snažit ovlivňovat?

 

Je to tak, abychom mohli používat správně struktury v tzv. hraničním režimu tření, musíme jim rozumět, musíme chápat – alespoň rámcově, co se to tam dole pod skluznicí děje. Můžeme samozřejmě – podobně jako někteří naši přední odborníci na strukturování – navrhovat nové, mnohovrstvé struktury, měnit hloubku, tvar, přítlak, rychlost posuvu atd., aniž bychom tušili, jaký vliv má který parametr, protože, jak naši mistři brusu sami říkají, je třeba mít velké cíle… Ale vězte prosím, že podobně jako můj čtyřletý syn nemůže řídit provoz jaderné elektrárny, tak nemůže nikdo, kdo nemá ani páru, ani ánung o tom, jak struktury fungují a jaké parametry mají jaký vliv, ani vymyslet, ani vyvinout žádnou dobrou strukturu, bez ohledu na to, zda je to šéf servisu nebo jiný aparátčík kdovíjakého svazu 

 

Jedna z nejrozšířenějších a aktuálně nejvíce preferovaná teorie říká, že základem funkce struktur v tzv. hraničním režimu tření je třecí teplo. Zní to divně, ale smysl to celkem dává. Minimálně pro podmínky mezi ledovým povrchem a ocelovou čepelí. Z předchozího příspěvku víme, že v hraničním režimu tření se oba povrchy, tedy skluznice lyže na straně jedné, a sníh na straně druhé, dotýkají v oblasti asperit, tedy největších nerovností. Víme, že za těchto podmínek je skutečná kontaktní plocha mezi lyží a sněhem velmi malá a že v kontaktních bodech působí relativně vysoký tlak, který je společně s drsností obou povrchů zdrojem relativně velkého tření. A tření vytváří teplo. 

 

Dobře. Ale jak s třením a teplem souvisí strukturování? Díky jemné struktuře se sice zvětší celková plocha skluznice, ale skutečná kontaktní plocha mezi povrchem skluznice a povrchem sněhu se naopak ještě zmenší, rapidně se zmenší počet kontaktních bodů. A protože fyzika funguje i u lyžařů, tak při stejném zatížení (strukturování nemá – Bohu dík – žádný vliv na hmotnost lyžaře) a menší ploše opět vzroste tlak. V důsledku vyššího tlaku se dle této teorie zvýší tření. Vyšší tření vygeneruje více tepla. A? Jednoho teď musí napadnout, že kvůli strukturování jsme dosáhli přesně opačného efektu, než o který jsme usilovali, neb tření se nám naopak zvýšilo, tedy skluz lyže bude ještě horší a energeticky náročnější. To je sice pravda, ale pouze zčásti, respektive pouze v počáteční fázi. Protože – dle teorie třecího tepla – vyšší tření, vyrobí více tepla a větší množství tepla nataví mikroskopické kontaktní plochy. A? A začne se vytvářet vodní film. A? A vodní film začne na straně jedné působit jako lubrikant a jak víme – třeba ze sexu – zvláště tekutý lubrikant prudce snižuje tření, na straně druhé začne vodní film oddělovat povrchy, čímž začne přebírat část zatížení a díky tomu snižovat tlak, a s poklesem tlaku a narůstající lubrikovanou plochou začne prudce klesat tření… A? A lyže lépe klouže!

 

Podle teorie třecího tepla tedy správně zvolené strukturování zlepšuje produkci vodního filmu, a tím umožňuje změnu třecího režimu z tzv. hraničního třecího režimu do tzv. smíšeného režimu tření za chladných podmínek.

 

Obrázek č. 1: a) nenarušený povrch jemnozrnného sněhu, za zmínku stojí krčky či můstky propojující jednotlivá zrna, vznikající primárně při transformaci sněhu, b) v červeném orámování povrch sněhu natavený v důsledku působení tepla (v tomto případě otisk prstu), zdroj: J. H. Lever et. col., Evidence that abrasion can govern snow kinetic friction, Journal of Glaciology, 2018

 

 

Teorii třecího tepla podporuje – mimo jiné – skutečnost, že základní materiál skluznice, tedy UHMWPE je vynikající izolant, tedy kromě toho, že prakticky nevede elektrický proud, velmi špatně přenáší teplo. Pokud tedy teplo neodchází přes – izolující – skluznici směrem do lyže, odchází přes kontaktní body směrem do sněhové pokrývky, kde – jak postuluje teorie třecího tepla – natavuje mikroskopické kontaktní body a generuje vodní film.

 

Z pohledu teorie třecího tepla je naopak problematický grafit, který se ve formě sazí přidává takřka do všech závodních a většiny sintrovaných skluznic lyží. Grafit je totiž nejenom tzv. tuhý lubrikant. Podobně jako tuhý deodorant účinně snižuje pocení, tak grafit coby tuhý lubrikant výborně snižuje tření, a to díky své unikátní lamelární molekulární struktuře.

 

 

Obrázek č. 2: schematické znázornění molekulární struktury grafitu, kde atomy uhlíku v jednotlivých lamelách jsou vázány pevnými vazbami, zatímco jednotlivé vrstvy či lamely mezi sebou pouze velmi slabými silami, zdroj: R. Swar, Effects of Materials and Texturing on Wettability of Ski Base, Degree Project, 2022

 

Zatímco atomy uhlíku v jednotlivých vrstvách jsou vázány velmi pevnými kovaletními vazbami, jsou jednotlivé vrstvy neboli lamely mezi sebou vázány velmi slabými van der Waals silami, díky čemuž lamely po sobě krásně kloužou. Díky svým lubrikačním vlastnostem snižuje tedy grafit tření přímo v mikroskopických kontaktních bodech mezi nerovnostmi na skluznici a nerovnostmi na sněhové pokrývce, čímž částečně oslabuje nárůst třecího tepla v počáteční fázi kontaktu.

 

To ale není hlavní problém grafitu pro teorii třecího tepla. Jak jsme uvedli výše, je grafit nejenom výborný tuhý lubrikant, nýbrž také vynikající vodič. A jako vynikající vodič nejenom vede výborně elektrickou energii (což je u tření na studeném, suchém a krystalickém sněhu velmi preferovaná vlastnost), nýbrž vede také výborně teplo, ano, přesně to teplo, které je v teorii třecího tepla využíváno k natavování kontaktních bodů a produkci vodního filmu. Teplo, které je díky enormně vodivému grafitu odvedeno z místa kontaktních bodů do těla lyže, pak zpomaluje a oddaluje produkci vodního filmu a kontakt mezi skluznicí lyže a sněhem je déle řízen zákony tzv. hraničního tření, a to nikdo nechce…

 

Kromě lubrikačních vlastností a enormní vodivosti má grafit ještě jednu nikoli právě vítanou vlastnost pro podmínky tzv. hraničního režimu tření. Která to je? Grafit je měkký, extrémně měkký. A proto s rostoucím podílem grafitu ve skluznici (u závodních lyží může být podíl grafitu až 20 %) narůstá riziko poklesu tvrdosti skluznice. A právě tvrdost skluznice je ústředním tématem druhé teorie, která vysvětluje efekty strukturování za podmínek slabého vodního filmu neboli tzv. hraničního režimu tření… ale o té si povíme zase někdy příště!

 

 

Obrázek č. 2: tabulka specifikující vlastnosti speciální závodní skluznice pro studené podmínky od společnosti ISOSPORT. Co všechno zde můžeme vyčíst? Obsah sazí, tedy grafitu až 20 %, ale zároveň velmi dobrá tvrdost, tedy 65 shore D, vysoká hustota, tedy 0,985 g/cm3 a slušná schopnost absorbovat vosk 1,8 g/cm2, zdroj: internetová stránka společnosti ISOSPORT VERBUNDTEILE Austria

 

Teorie třecího tepla tedy postuluje, že strukturováním ještě více snížíme plochu kontaktních bodů mezi sněhem a skluznicí, čímž zvýšíme tlak a tření. Toto zvýšené tření má produkovat více třecího tepla. Teplo získané třením pak natavuje kontaktní body a generuje vodní film, vodní film postupně mění režim tření z hraničního na smíšený. Se změnou třecího režimu má prudce klesat tření, a tedy zlepšovat se skluz. Tak tedy dle teorie třecího tepla zlepšuje strukturování skluz v podmínkách hraničního režimu. Ale je tomu opravdu tak???

 

Jak vybrat lyže se správnou skluznicí? Část III.

 Jak vybrat lyže se správnou skluznicí? Část III.

V předchozím příspěvku jsme se věnovali aditivům zlepšujícím kluzné a mechanické vlastnosti skluznic běžeckých lyží, a to primárně grafitu a fluoru. Dnes jsou na pořadu dne barviva a antioxidační přípravky, které nám umožní se trochu zevrubněji podívat na fenomén oxidace skluznice jako takový.

Barviva

Barviva se přidávají do skluznic běžeckých lyží jednak z reklamních důvodů, jednak z důvodu rozdílného absorbování jednotlivých složek slunečního záření různě barevnými povrchy. Konkrétně se pak jedná o rozdílné absorbování viditelného světla, ultrafialového záření a infračerveného záření odraženého sněhovou pokrývkou.

Sníh velmi dobře odráží jak viditelné světlo, tak ultrafialové záření, o něco méně dobře záření infračervené, která na něj dopadají nejen během slunečných dnů, nýbrž i při zamračené obloze. Povrchem světlé, tedy neznečištěné sněhové pokrývky odražené viditelné světlo, ultrafialové a infračervené záření pak následně ovlivňuje kluzné vlastnosti skluznice lyže.

Tmavé barvy skluznice (např. černá) pak více světla a záření absorbují a méně odrážejí, naopak světlé barvy (např. transparentní) více světla a záření odrážejí a méně absorbují.

Efekt rozdílného absorbování viditelného světla a dalších složek slunečního záření odraženého od sněhové pokrývky se rovněž využívá pro zlepšení kluzných vlastností. Např. za velmi chladných, ale zároveň slunečných podmínek bude černá skluznice absorbovat větší množství jednotlivých komponent slunečního záření, které se odrazily od sněhové pokrývky, a může se tak lépe a rychleji „ohřát“. Ohřátá skluznice pak bude přispívat k produkci vodního filmu za chladných podmínek a díky tomu ke změně režimu tření mezi skluznicí a sněhovou pokrývkou, respektive vodním filmem. Změna třecího režimu z hraničního na chladný smíšený pak povede ke snížení koeficientu tření. Nižší koeficient tření pak znamená lepší skluz!

Až budete vybírat svým ratolestem lyže s barevnou skluznicí z pestré palety výrobci nabízených barev (vedle klasické černé a transparentní se nabízí zelená, modrá, žlutá, červená, fialová atd.), pak prosím nezapomínejte na to, že různé barvy rovněž různě ovlivňují kluzné vlastnosti. Ale dětem klidně dopřejte fialovou nebo červenou!

Antioxidační přípravky

Skluznice oxiduje, vlastní UHMWPE o něco méně, aditiva o něco více. Příčiny oxidace skluznice běžeckých lyží jsou různé, důsledky oxidace jsou ale vždy fatální.

Základní příčinou oxidace skluznice je kontakt s molekulami kyslíku obsaženými v běžné atmosféře, proto doporučujeme zvláště po sezóně před uskladněním lyží napustit skluznici dostatečně silnou vrstvou ochranného vosku, který zamezí přístupu kyslíku ke skluznici, a tím oxidaci v době uskladnění. Jednoduché a účinné! Kam kyslík nemůže, to nezoxiduje…

K oxidaci skluznice však dochází také při vlastním lyžování. Tření vytvářené při klouzání skluznice po povrchu sněhové pokrývky a vodního filmu vede – mimo jiné – ke štěpení vody na H+ a OH- s enormním chemickým potenciálem. OH- se díky negativnímu náboji velmi dobře váže na skluznici lyže, kde následně způsobuje oxidaci povrchu skluznice.

Oxidaci dále podporuje používání nevhodných servisních přípravků jako např. měděných, bronzových či mosazných kartáčů. Kontakt UHMWPE s mědí způsobuje na povrchu skluznice tvorbu tzv. volných radikálů, které následně způsobují silnou oxidaci.

Z předchozích příspěvků víme, že UHMWPE jako základní materiál skluznice je tvořen velmi dlouhými a navzájem propletenými molekulárními C-H řetězci. Uvnitř skluznice je mezi těmito molekulárními řetězci minimální volný prostor, nicméně na povrchu skluznice tvoří tyto řetězce jakési svazky či shluky, které volně vyčnívají na povrch. Tyto volně vyčnívající „vlásky“ či „chloupky“ mají délku cca 100 až 250 nm a je mezi dostatečný prostor pro molekuly kyslíku nebo hydroxidové ionty. A právě tyto volně vyčnívající vlásky molekulárních řetězců UHMWPE jsou nejrychleji a nejsnadněji zasaženy oxidací.

Zoxidované vlásky UHMWPE se následně extrémně dobře váží se sněhovými krystaly, čím ostřejší jsou sněhové krystaly, tím lépe se na ně zoxidované vlásky UHMWPE váží. Jakmile se na zoxidované vlásky UHMWPE naváží sněhové či ledové krystaly, skluznice začne drhnout, a kromě servisního zásahu nepomůže prakticky nic…

Základní způsob, jak zabraňujeme oxidaci povrchové nano-struktury skluznice je napouštění voskem. Je to tak, jeden z hlavních důvodů, proč na skluznici lyže aplikujeme kluzné vosky, je ochrana skluznice před oxidací při vlastním lyžování.

A protože i výrobci skluznic lyží jsou si velmi dobře vědomi fatálních důsledků oxidace na životnost a kluzné vlastnosti skluznice přidávají do základního materiálu různá aditiva omezující oxidaci UHMWPE. Častými antioxidanty používanými ve skluznicích běžeckých lyží jsou BHT, MBMBP nebo TDE, dále pak fosfitové estery nebo fenothiaziny. Volba a způsob použití vhodného antioxidačního prostředku však ovlivňuje celá řada faktorů, zvláště pak chemická struktura UHMWPE a způsob zpracování.

Bez ochrany skluznice pomocí kluzných vosků však ani nejlepší antioxidanty nezabrání relativně rychlé oxidaci povrchové nano-struktury skluznice.

Jakým způsobem je ale skluznice lyže chráněna voskem při vlastním lyžování?

Je samozřejmé, že při lyžování nemůžeme nechat na skluznici silný ochranný film vosku, který na skluznici lyže zůstane po napouštění skluznice voskem před uskladněním.

Je to tak, přebytečný vosk musíme ze skluznice před vlastní jízdou odstranit, aby nebrzdil a nezvyšoval tření. Co tedy skluznici lyže chrání primárně před působením OH- a následnou oxidací?

Jak již víme, je povrch skluznice tvořen flexibilními svazky molekulárních řetězců UHMWPE, které jaksi volně vyčnívají z hmoty skluznice, mají délku cca 100 až 250 nm a je mezi nimi relativně velký volný prostor. A právě tento volný prostor mezi jednotlivými molekulárními nano-vlásky na povrchu skluznice je hlavním místem, kde ulpívají molekuly kluzného vosku, které se tímto způsobem provazují se základním materiálem skluznice. Na molekulární úrovni tedy vzniká jakási nová kluzná vrstva tvořená molekulárními řetězci základního materiálu skluznice na straně jedné a molekulárními řetězci kluzných vosků na straně druhé.

Tato nová kluzná vrstva nejenom zlepšuje kluzné vlastnosti skluznice vyladěné podílem kluzného vosku na konkrétní sněhové podmínky, nýbrž základní materiál skluznice, tedy UHMWPE účinně chrání před oxidací, která by zásadním způsobem zhoršila kluzné vlastnosti a životnost skluznice.

Ale pozor! U dětských lyží lze oxidaci využívat také pozitivně, tedy pokud Vás úplně netrápí kratší životnost skluznice. Pokud na skluznici dětských lyží nějakou dobu neaplikujete kluzný vosk, dojde k oxidaci molekulárních vlásků na povrchu skluznice. Na vlásky se pak budou dobře vázat sněhové a ledové krystaly a lyže nepojedou, ba co víc, při pokročilejší oxidaci budou dokonce stoupat do kopce i bez stoupacích vosků, budou děti lépe poslouchat a nebudou se soustavně rozjíždět do všech stran, zkrátka a dobře nepojedou… A vězte, že budou situace, kdy tuto vlastnost Vaše děti zcela jistě ocení!