Hand or Rotary Brush - That Is the Question? Service People Version - Wax Layers - Part. No. 1/3

 1.6 Effect of Additives on the Ski Base’s Capacity to Absorb Wax

Various additives and solid lubricants are commonly incorporated into UHMWPE intended for ski bases, including carbon black, graphite, and other carbon-based materials. The use of carbon particles and solid lubricants in ski-base materials is well documented in the technical literature.

Additives may affect wax absorption through several mechanisms acting simultaneously.

1.6.1 Replacement of Part of the Polymer Volume

Additive particles occupy volume that is no longer formed by UHMWPE.

A particle of carbon black, graphite, or another filler cannot absorb wax through the same mechanism as the amorphous polymer phase. As the additive content increases, the volume of polymer matrix that is potentially capable of absorbing wax decreases.

From this basic volumetric perspective, the following tendency can be expected:

The higher the additive content, the lower the maximum volumetric capacity of the ski base to absorb wax into the UHMWPE.

1.6.2 Modification of Polymer Crystallisation

Additives may act as heterogeneous nucleation sites and promote the formation of crystals. At higher concentrations, however, they may simultaneously restrict the motion of macromolecules and inhibit the growth of crystalline regions.

Both of these opposing effects have been described for carbon fillers: heterogeneous nucleation as well as restricted crystal growth caused by reduced chain mobility.

The effect of an additive on wax absorption is therefore not simply a function of its weight fraction. It also depends on whether the particular additive:

• increases or decreases crystallinity,
• changes the size of the crystalline lamellae,
• creates a rigid interphase zone around the particles,
• disrupts the continuity of amorphous regions,
• creates new defects or gaps at the particle–polymer interface.

1.6.3 Interphase Region Around Particles

An interphase zone forms around an additive particle in which the arrangement of the polymer chains may differ from that in the unrestricted polymer matrix.

Depending on the quality of bonding between the particle and the UHMWPE, this region may be:

• denser and more rigid,
• less mobile,
• or, conversely, defective and contain microscopic gaps.

A well-bonded rigid interphase region may restrict wax penetration. A poorly bonded interface may locally create space for the mechanical retention or capillary entry of wax.

It cannot therefore be assumed that every additive and every interface always reduce wax absorption in the same manner.

1.6.4 Practical Overall Relationship

When otherwise comparable ski bases are considered, a high proportion of solid additives can generally be expected to reduce the total volume of polymer matrix capable of absorbing wax.

The practical rule “the more additives, the less wax” is therefore a physically reasonable starting assumption.

It must, however, be understood as a general tendency rather than an absolute linear law. The resulting wax-absorption capacity is also affected by:

• the type of additive,
• particle size,
• particle shape,
• degree of agglomeration,
• spatial distribution,
• quality of bonding to the UHMWPE,
• the additive’s influence on crystallisation,
• the formation of defects during sintering.

Microscopic analyses of actual ski-base materials show that carbon particles may be distributed relatively homogeneously within the matrix, while agglomerates and other particulate inclusions may also be present.

1.7 Depth of Wax Penetration into the Ski Base

The ski base cannot be understood as an openly porous material that absorbs wax to depths of tens or hundreds of micrometres during hot-wax application.

Wax molecules enter primarily the uppermost part of the polymer, which becomes sufficiently heated during application and contains accessible amorphous, transitional, or defective regions.

Penetration is restricted by several factors:

• the very short period during which the ski base is heated,
• the relatively low temperature compared with the melting point of UHMWPE,
• the high molecular weight and density of the polymer,
• the high proportion of crystalline phase,
• the limited diffusive mobility of wax molecules,
• the rapid decrease in temperature with depth,
• the lack of connection between some amorphous regions and the surface.

For a working technical model, it may be assumed that during normal hot-wax application, the great majority of the absorbed wax is concentrated within an extremely thin surface region.

The following may be considered as an approximate working range:

• the main proportion of absorbed wax within approximately the first 250 to 350 nm,
• occasional or significantly lower penetration to depths on the order of up to 1 μm.

These values must be understood as estimates of the characteristic depth of the surface zone, not as a sharp boundary.

There is no interface above which the polymer is uniformly saturated with wax and below which no wax is present. The wax concentration is likely to be highest immediately at the surface and to decrease rapidly with depth.

The actual penetration depth will depend in particular on:

• the molecular size and distribution of the wax components,
• the viscosity of the molten wax,
• the temperature of the ski base,
• the duration of heating,
• the number of repeated applications,
• the density and crystallinity of the UHMWPE,
• the interconnectivity of amorphous regions,
• the content and distribution of additives,
• the condition of the surface after grinding.

Effect of Ski Base Material on Structure Quality - Part No. 2

 The Importance of Dimensional Stability in Wet Conditions

Some ski base manufacturers consider dimensional stability to be one of the decisive material properties, particularly for bases intended for warm and wet snow conditions.

In colder conditions, contact occurs predominantly between the ski base and individual ice grains, whose surfaces are covered by a very thin quasi-liquid layer, referred to as the QLL. At the points of actual contact, this layer can act as a highly effective boundary lubricant.

As snow temperature and moisture increase, or as a result of frictional heating, an additional and substantially thicker layer of free water may form in the contact zone. This can be described as a secondary water film.

Under certain conditions, a thin and discontinuous layer of water can reduce friction. Once the secondary water film becomes excessively thick and continuous, however, and is not removed from the contact zone quickly enough, its effect changes. Compared with the very thin QLL on the surface of the ice grains, it may no longer function as an effective lubricant, and other adverse tribological phenomena begin to dominate. These include capillary and suction forces, a substantial increase in the real contact area, viscous resistance during the displacement and shearing of water, non-uniform pressure distribution within the water film, and hydrodynamic losses associated with changes in flow direction and local turbulence.

The ski base structure plays a fundamental role in limiting these adverse effects of the secondary water film. Its purpose is not merely to reduce the contact area mechanically, but also to create a system of grooves and channels that captures, guides and removes water from the contact zone as quickly as possible.

For the structure to perform this function effectively, it must retain the geometry in which it was designed and produced. This remains true when the structure operates in combination with glide waxes or other surface treatments.

If its grooves deform, flatten or partially close under load, their cross-section, depth and water-drainage capacity change. The structure may then cease to function in the way for which it was originally designed.

The requirement for dimensional stability is particularly important in alpine skiing. At high speeds and under substantial dynamic loads, for example in a sharp turn, the ski is subjected to significant loading that is often concentrated on one side.

A soft and elastic ski base may yield locally under this pressure. The geometry of individual grooves can therefore change precisely when they are required to remove the greatest amount of water. A reduction in groove depth or cross-section may restrict water flow and increase the proportion of the secondary water film within the contact zone.

For this reason, some ski bases intended for warm conditions and alpine disciplines have a modulus of elasticity of approximately 950 to 1,050 MPa, equivalent to 0.95 to 1.05 GPa.

A higher E-modulus means that the material undergoes less elastic deformation under the same load. The structure therefore retains its original shape, groove depth and functional cross-section more effectively, even under high local loads.

The E-modulus value cannot, however, be assessed in isolation. It also depends on the measurement temperature, the test method used, the loading rate, specimen orientation, and whether the manufacturer reports a tensile, compressive or flexural modulus. Direct comparison of different ski bases therefore requires values obtained using the same test method and under comparable conditions.

Stiffness and Wear Resistance

Higher stiffness does not automatically imply a longer ski base service life.

The exceptional abrasive wear resistance of pure UHMWPE is related, among other factors, to its high toughness, elasticity and extremely long, entangled polymer chains. When exposed to an abrasive particle, an ice grain or another surface irregularity, the material can partially yield elastically without a fragment being immediately detached.

Adding a rigid reinforcing component limits deformation of the matrix and increases its dimensional stability. At the same time, however, local stresses may become concentrated around the particles.

If the amount, type or dispersion of the filler is unsuitable, the polymer matrix may be damaged around the particles, which can gradually loosen and be pulled out, causing the surface to crumble. Increased dimensional stability may therefore come at the cost of higher abrasive wear.

In simplified terms, pure UHMWPE absorbs part of the load through elastic deformation, whereas a stiffer composite material deforms less but may be more susceptible to local damage and particle separation.

There is therefore a trade-off between dimensional stability, machining quality, toughness and wear resistance.

The optimum ski base material need not be either the softest or the hardest. Its composition and internal structure must allow it to deform as little as possible during grinding, permit clean material separation, produce a minimum of unwanted fibres, retain the geometry of the structure under load, and at the same time preserve sufficient toughness and wear resistance.

The quality of the resulting structure is therefore determined not only by the grinding stone and machine settings. It is also significantly influenced by the design of the ski base material itself: the properties of the UHMWPE matrix, the type and quantity of added particles, their size and structure, the quality of their dispersion, and the course of the sintering process.

The same structure produced with the same grinding stone may therefore not have the same geometry, cleanliness or function on different materials. The ski base material is not merely a passive carrier of the structure. It actively determines how accurately the structure can be produced, how clean its surface will be, and to what extent it will retain its geometry under actual loading during skiing.

 

Hand or Rotary Brush - That Is the Question? Part. No. 1

Hand or Rotary Brush - That Is the Question?

To understand the fundamental differences between hand brushing and rotary brushing when removing excess wax from the surface of a ski base, we must first describe how wax is deposited on the base and how it interacts with the base material.

1. Three Types of Wax Reservoir in the Ski Base

After hot waxing, the wax is not present on the ski base as a single homogeneous layer. To assess the effect of brushing, it is useful to distinguish three basic reservoirs.

1.1. Macroscopic Excess Wax

The first reservoir consists of a continuous wax layer above the surface of the ski base and wax filling the ground structure.

This layer is predominantly a processing surplus. It covers the structure, may increase friction and restrict water drainage. It should therefore be removed with a plastic scraper followed by brushing.

1.2. Thin Film in the Surface Microstructure

The second reservoir consists of a very thin wax film adhering:

• to the peaks and walls of the ground structure,
• in fine grooves and surface defects,
• between UHMWPE fibrils and microscopic surface irregularities.

This layer is no longer merely a coarse excess and may contribute to the frictional and wetting properties of the ski base.

This is precisely where the difficult-to-define boundary lies between the desirable removal of excess wax and the undesirable removal of functional wax.

1.3. Wax Absorbed in the Uppermost UHMWPE Layer

The third reservoir consists of wax that, when heated, penetrated into the uppermost polymer zone of the ski base.

UHMWPE is not porous like a sponge. It is a semicrystalline polymer, and wax can penetrate primarily into its amorphous regions, interphase spaces and surface defects.

This wax cannot simply be 'brushed out' of intact polymer. It may, however, be removed together with the uppermost UHMWPE layer if the brush begins to wear it mechanically.

2. How a Fine Hand-Held Steel Brush Removes Wax

As a reference hand brush, we will assume:

• a wire diameter of approximately 0.12 mm,
• a wire length of approximately 25 mm,
• wires grouped into bundles approximately 8 mm in diameter,
• slow manual movement along the length of the ski base.

2.1. Basic Mechanism

Under pressure, the long and flexible wire bends, partially lies down in the direction of travel and slides over the surface along a relatively long path.

A hand brush therefore works predominantly by:

• slow and continuous shear,
• gradual loosening of particles,
• mechanical separation of wax from the surface,
• partial penetration into accessible parts of the structure.

It first removes loose flakes and fragments left after scraping. It then disrupts thinner wax residues by shear and gradually releases them from the walls and upper parts of the grooves.

A single stroke usually does not remove the wax completely. The first pass disrupts or shifts it, the next breaks it into smaller pieces, and subsequent strokes remove it. Hand brushing is therefore a cumulative process.

2.2. Penetration into the Structure

A 0.12 mm wire can enter only sufficiently wide and open grooves. Its actual penetration also depends on:

• the shape and depth of the structure,
• wire flexibility,
• applied pressure,
• the contact angle,
• wear of the wire tip.

A long wire has time to conform to the surface, but it often cannot reach into fine, oblique or multi-level structures.

2.3. Effect on the Individual Wax Reservoirs

A hand brush:

1. removes macroscopic excess very effectively,
2. gradually reduces the thin film in the microstructure,
3. does not directly remove absorbed wax from intact UHMWPE.

However, if the steel wire continues to contact the polymer itself, plastic deformation, micro-ploughing, removal of fibrils and a very small abrasive loss of UHMWPE may occur. Wax absorbed in the polymer may then be removed together with the polymer.

2.4. Characteristics of Hand Brushing

A hand brush is a slow and readily controllable tool. The applied pressure, number of strokes and area of action can all be adjusted continuously.

Its main weakness is non-uniformity. Hand pressure, the angle of travel and the number of contacts are not perfectly identical over the entire ski-base surface.

What are the main weaknesses of the existing UHMWPE ski base types? – Part III.

Third issue of existing UHMWPE ski base types are the fast changes of the ski base surface.

How it works?

We know that the main component of UHMWPE ski base types is PE with extremely long linear molecular chains (normaly 7 to 12 mil. g/mol) which is enriched with different additives where the most important is soot or carbon black.

Even if we speak about PE with extremely high molecular weight and about carbon black as singular material types, we need to understand that there are plenty of PEs and carbon blacks which very different and specific features.

Particular features of PE and carbon black as two main components of modern ski base types define how they interact if processed in sintration. Normally carbon black has low or no chemical interactions with PE matrix leading to pure “sitting” inside the PE matrix. This weak “sitting” of carbon black corns inside the PE matrix results in fast and easy “breaking out” of whole soot corns out of matrix, “breaking off” of soot corn parts or soot corns abrasion on the very top surface. All these processes - breaking out / breaking off / abrasion - result in quite fast microscopic changes of the very top surface. These changes are the faster and more significant, the larger and more complex the very top surface of the ski base is, i.e. complex structure patterns which enlarge the surface multiple times and create complex details accelerate these changes.

Due to very weak chemical interactions between PE matrix and carbon black the very top surface of the ski base is a subject of very fast - even if with the naked eye invisible - microscopic changes which do cause that skiers run on a new ski base surface latest in the next competition.

What are the main weaknesses of the existing UHMWPE ski base types? – Part I.

It is well-known that competition skis are equipped with UHMWPE ski bases where PE with ultra-high molecular weight = ultra-long molecular chains is enriched with different additives, first of all carbon black.  

UHMWPE is a type of material which is difficult to be processed. The longer the molecular chains, the more problematic the process-ability. One of the few possible processes is sintration. PE in granular form is mixed with soot and other additives and sintered with help of heat and pressure to a coil which is cut to a continuous strip which is grinded and flamed

 

Here the first issue of the existing UHMWPE ski base types originates. The coil has normally a diameter of ca. 1,5 m, the steel form is cooled down from edge to centre resulting in faster cooling of outer coil areas and slower cooling of inner coil areas. Cooling speed is directly influencing the fraction of crystalline and amorphous areas or ordered and disordered molecular structure. Molecular grid arrangement (crystalline and amorphous) is directly influencing the mechanical features and ability of the ski base material to create free cavities = to take additionally applied gliding waxes.

Only amorphous and transition fraction can take additonally applied wax. Crystalline fraction cannot be entered by any wax at all.

 

Each ski base surface revealed by each grinding is an original with a unique arrangement of crystalline, amorphous and transition fractions.

Which components of the ski base are the most important

 

 

Even if specialized magazines and articles mention many different additives and ingredients used in ski bases of competition skis, finally we will find out, if we look in much more detail, that there are only two main components which influence the most important features of each ski base type, especially now after fluor ban.

 

First is the UHMWPE itself which defines the features of the matrix. The matrix itself can get touch in contact with snow surface, that’s the reason why PE is used, because currently there is no other polymer with such a low coefficient of friction and so high hydrophobicity available. With respect to other components the matrix is responsible for the wear resistance and fixation of additives.

 

For wear resistance the most important figure is the length of molecular chains, the higher the length of molecular chains, the better the wear resistance. Reaching the value of 10.000.000 the polymer can be hardly processed.

 

Additive fixation in UHMWPE is problematic. The most additives do not form strong chemical bonds with the base matrix. Additives are bound in the matrix either by very weak chemical bonds or by mechanical retention. Especial close to the surface where the contact snow and ski base surface take place especially the mechanical retention decides.

 

The most important additive used in modern ski base types is soot or carbon black. The importance is given by the amount used in the competition ski base types which reaches up to 20 % of weight fraction in Nordic skis and up to 40 % of weight fraction in Alpine skis and by the way how carbon black is fixed in the PE matrix.

 

Some carbon black is incorporated directly in the PE matrix, but most of carbon black is filling the free space or cavities between the PE corns which are sintered together using heat and pressure. Especially the second type of soot fixation is responsible for high values of E-modulus which decides how ski base changes elastically under load.

 

Wax history in the ski base

We know that the very surface of the UHMWPE ski base is created by crystalline, amorphous and transition regions. In crystalline regions no wax can penetrate, transition regions are insignificant with respect to the area, the only ski base fractions where wax can penetrate are amorphous regions.

Amorphous regions consist of disordered structure of PE molecular chains with free cavities which size is in the order of tens of nanometres. In these free cavities there is enough space for wax molecules to get in and get stuck after hot wax application.

If ski base is ironed by temperatures close or above the melting point of UHMWPE which is ca. 140 degrees C the molecular chains of UHMWPE become more flexible and the free spaces between the chains are more easily to be accessed by wax molecules. After the ski base has cooled down again, the molecular chains “freeze” again and wax molecules remain trapped in the nano-cavities.

After skiing wax removers and cleaning brushes are used. Current wax removers evaporate very slowly which means their molecules are larger and heavier than those which were used in the past. They can access the cavities and dissolve the wax, however, they cannot remove the mixture out of the cavities.

Brushes are too coarse to reach the cavities. Some amount of wax - dissolved by removers - will remain in the cavities. After wax removers evaporate, solid wax remains in the cavities. This wax will stay here, until new wax is applied and mixed with the wax history in the ski base.

What is the main difference between cold and wet ski base?

Competition skis or racing skis are normally offered with three different types of ski base: cold ski base for cold, hard and abrasive snow conditions, wet ski base for wet, soft snow conditions with water film in the interface and universal ski base for transmission snow conditions between cold and wet.

Ski base compositions differ in the used additives to comply with different snow conditions.

Soot or carbon black in cold ski base types is used to increase hardness, wear-resistance.

Graphite in lamella form in cold ski base types is used to improve gliding features and electric / heat conductivity.

Metal oxides in cold ski base types are used to increase hardness and wear-resistance.

Molybdenum disulfide in wet ski base types is used to improve water and dirt repellency.

Wax like additives in wet ski base types are used to improve gliding features.

Are the different additives used in cold and wet skis the main difference between cold and wet ski base types?

I would say NO, they aren’t...

I would say that the main difference between cold and wet ski base types is the different ratio of crystalline and amorphous regions or fractions and the different wax intake capacity of those fractions.

UHMWPE which is the main material used for production of racing ski base types is a semi-crystalline polymer which consists of crystalline - for waxes and most types of additives inaccessible - regions and amorphous regions where the most additives are allocated and where the additionally applied wax is connected with the ski base. Crystalline and amorphous regions are normally separated by transitional regions which are - compared to micron-sized crystalline and amorphous regions - in nano-meter scale.

Cold ski base types have the majority of crystalline regions which are harder, compacter and more wear-resistant, but cannot absorb any additives and waxes (thus they are more or less pure UHMWPE), wet ski base types have a higher fraction of amorphous regions which are softer, modified by additives, contain cavities to absorb waxes...

 

This is the main difference between cold and wet racings skis :-) 

 

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! 

 

 

Jak vybrat lyže se správnou skluznicí? Část II.

 Jak vybrat lyže se správnou skluznicí? Část II.

V předchozí části příspěvku jsme si vysvětlili, že na kvalitu a parametry skluznice, a tedy skluzných vlastností lyže má vliv především technologický postup, kterým byla skluznice vyrobena, a materiál, který byl k výrobě skluznice lyže použit.

Další vlastnost, na kterou bychom se měli při výběru nových lyží s ohledem na skluznici zaměřit, jsou aditiva neboli další materiály, které byly do skluznice z různých důvodů přidány.

K základním aditivům přidávaným do skluznic běžeckých lyží patří:

·      Aditiva pro zlepšování skluzných vlastností

·      Aditiva pro zlepšování mechanických vlastností

·      Barviva

·      Antioxidační přípravky

·      UV-stabilizátory

·      Antistatické přípravky

Aditiva pro zlepšování skluzných a mechanických vlastností

Grafit

Grafit je asi nejčastějším aditivem ve kluznicích běžeckých lyží, a to možná také proto, že je velmi levný. Grafit propůjčuje společně s Carbon Black skluznici dnes typickou sytě černou barvu. Grafit je tzv. tuhý lubrikant, který má díky své lamelární struktuře velmi nízký koeficient tření. Díky své vynikající elektrické vodivosti zlepšuje grafit elektrostatické vlastnosti skluznice. Grafit je také velmi lehký, a proto při vyšší podílu v základním materiálu skluznice (UHMWPE) snižuje její hmotnost.

Grafit je bohužel také jeden z nejměkčích materiálů, a proto zásadním způsobem snižuje celkovou tvrdost skluznice, což je v tzv. hraničním režimu tření mezi skluznicí lyže a sněhovou pokrývkou extrémně nevýhodné, protože v hraničním režimu tření je právě tvrdost skluznice hlavním parametrem, který zlepšuje skluzné vlastnosti.

Bohužel primárně v hraničním režimu se na finální hodnotě tření mezi skluznicí lyže a sněhovou pokrývkou podílí také tzv. elektrostatické tření, které grafit díky své výborné elektrické vodivosti významně snižuje. V hraničním režimu tření je tedy využití grafitu rozporuplné.

Jsou-li sněhové podmínky spíše pouze agresivní a abrazivní, bez podílu elektrostatické třecí složky, pak za daných podmínek doporučujeme používat skluznice bez přídavku grafitu a usilovat o co nejvyšší tvrdost skluznice. Pokud naopak panují sněhové podmínky s vysokým podílem elektrostatické třecí složky (studený skřípavý sníh), doporučujeme skluznice s vysokým přídavkem grafitu, a to i přes klesající tvrdost skluznice.

V ostatních režimech tření (primárně hydrodynamickém, ale i teplém a studeném smíšeném třecím režimu) je skluznice s přídavkem grafitu vždy správná volba, pouze ve studeném smíšeném režimu musíme být obezřetní při sněhových podmínkách s narůstající abrazí.

Mějme prosím také na paměti, že primárně při abrazivních podmínkách se do prostředí grafit uvolňuje v podobě nanočástic, které se mají tendenci usazovat primárně v plicích.

Ve skluznicích závodních lyží může být použit také fluorizovaný grafit, jehož koeficient tření je ještě nižší než COF grafitu, a to především díky zvětšené vzdálenosti mezi jednotlivými vrstvami lamelové struktury grafitu. Fluorizovaný grafit však ztrácí elektrickou vodivost a nezlepšuje tedy elektrostatické vlastnosti skluznice.

Pokud by Vás tedy trenéři Vašich dětí přesvědčovali, že pro své ratolesti potřebujete různé lyže na studené a teplé podmínky, doporučujeme pro teplé podmínky skluznici s grafitem (tedy černou) a pro studené podmínky skluznici transparentní (tedy světlou). 

Fluor

Vedle fluorizovaného grafitu se můžete setkat i s fluorizovaným polyethylenem. Podobně jako vosky je také skluznice lyží tvořena uhlovodíkovými molekulárními řetězci. Molekulární řetězce C-H v základním materiálu moderních skluznic (UHMWPE) mohou být modifikovány takovým způsobem, že některé atomy vodíku jsou nahrazeny atomy fluoru. Jedná se tedy o tzv. částečně fluorizovaný UHMWPE, tedy určitou obdobu částečně fluorizovaných kluzných vosků.

V jiných případech byl fluor do skluznic lyží přidáván jako PTFE, neboli TEFLON. Granulovaný teflon se přidával do skluznic při procesu sintrování.

Předpokládalo se, že fluor obsažený ve struktuře skluznice je odolnější vůči sublimaci a vyčpívání než fluor obsažený v kluzných voscích. Je velká otázka, zda tomu tak opravdu bylo. Jedno je však jisté, fluor se do skluznic přidával a na rozdíl od vosků tam – alespoň na začátku – opravdu byl.

Nepředpokládáme, že byste dětem kupovali lyže s fluorizovaným grafitem, fluorizovaným UHMWPE nebo s přídavkem PTFE, ale kdyby nějakého šikovného obchodníčka v lokální speciálce napadlo se takových lyží na Váš účet zbavit, tak prosím vězte, že i přesto, že zákaz fluoru se Vašich dětí netýká, je fluor obsažený přímo ve struktuře skluznice stejně nebezpečný jako fluor obsažený ve fluorových voscích! Fluor je prostě FUJ!

Disulfid molybdenu

Disulfid molybdenu má vynikající lubrikační vlastnosti a jedinečné mechanické vlastnosti, jako jsou odolnost vůči oděru, pružnost, přilnavost a chemickou stálost. Vynikající lubrikační vlastnosti disulfidu molybdenu jsou dány jeho jedinečnou krystalickou mřížkou, kde jsou jednotlivé vrstvy či lamely spojeny slabými van der Waals vazbami, takže vykazují velmi nízký smykový odpor, zatímco síra a molybden jsou v rámci jednotlivých lamel provázány pevnými kovalentními vazbami, díky kterým jsou jednotlivé lamely velmi odolné proti oděru. Z těchto důvodů zlepšuje disulfid molybdenu jak kluzné, tak mechanické vlastnosti skluznic lyží. 

Carbon Black / Nylon / Graphen

Každý výrobce se snaží získat prakticky jakoukoli konkurenční výhodu spočívající ve zlepšení skluzných vlastností na straně jedné a zlepšení odolnosti vůči oděru na straně druhé. Jako aditiva ovlivňující primárně mechanické a sekundárně skluzné vlastnosti se ve skluznicích lyží mohou vyskytovat materiály jako Carbon Black, nylon či grafén.

Grafén je tvořen jedinou vrstvou uhlíkových atomů uspořádaných ve struktuře včelí plástve, zlepšuje odolnost a pružnost, vykazuje extrémní elektrickou vodivost a má nízkou hmotnost. K nevýhodám grafénu jako aditiva do skluznic lyží patří především vysoká cena a velmi dobrá tepelná vodivost. Zvláště v tzv. hraničním režimu a studeném smíšeném režimu tření mezi skluznicí a sněhovou pokrývkou je vysoká tepelná vodivost velmi nevýhodná, jelikož odvádí teplo z místa kontaktních bodů, které by mohlo být využito pro produkci vodního filmu.

Carbon Black je jemný černý prášek, který primárně zvyšuje pevnost, houževnatost a odolnost vůči oděru. Přidává se spíše do skluznic sjezdových lyží, nicméně jeho použití pro běžecké lyže na studené a vysoce abrazivní podmínky je rovněž výhodné. Carbon Black také zvyšuje elektrickou vodivost skluznice.

Nylon se přidává do skluznic běžeckých lyží primárně za účelem zvýšení odolnosti vůči oděru, kdy se nylonová vlákna rozpustí do lineární mřížky polyethylenu. Nylon jako aditivum do běžeckých lyží je tedy vhodný primárně pro studené a abrazivní podmínky.

Na rozdíl od grafitu a fluoru uvádíme tato aditiva spíše pouze pro úplnost či celkový přehled. S jejich přítomností či nepřítomností v dětských lyžích si rozhodně hlavu lámat nemusíte… Oni tam pravděpodobně stejně nebudou 