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 

Jak vybrat lyže se správnou skluznicí? Část I.

 Jak vybrat lyže se správnou skluznicí? Část I.  

Máte doma více dětí a potřebujete před novou sezónou obnovit lyžařskou výbavu - přirozeně zvláště tu dětskou, protože my dospělí už naštěstí nerosteme? Děsí vás, co všechno bude stát, když nakupujete opět na jednu či dvě sezóny, než z vybavení dítě vyroste? A možná se obáváte, abyste se při nákupu nových dětských lyží opět nespálili?

Velký tlak na cenu, který se s ohledem na dění ve světě bude spíše nadále zvyšovat, vede k tomu, že se na trhu objevuje stále větší podíl nekvalitních výrobků a trend se bohužel nevyhýbá ani renomovaným firmám, z čehož vyplývá první doporučení: Nespoléhat pouze na kvalitní značky, i ty dnes, bohužel, nabízí vedle velmi kvalitních výrobků i velmi nekvalitní.

Jinými slovy, ani ti, co nemají právě hluboko do žlabu, se nespasí tím, že pro své ratolesti pořídí blyštivou značku, protože se lyžuje na skluznici, a nikoli na reklamní ploše. A protože právě skluznice je asi vůbec nejdražší část lyže, nejčastěji a nejvíce se na ní šetří, je drahá a není vidět. Z této úvahy tedy vyplývá druhé doporučení: Lyže, včetně dětských, se kupují primárně podle skluznice a nikoli podle reklamní plochy na horní části.

Teď si mnozí z vás řeknou, že se jich to netýká, protože máte naštěstí speciální obchody, kde vám dobře poradí. Nechci vypadat jako škarohlíd, ale i některé z nich jsou nakonec jen obchody, jejich obživou bývá zisk a prodává se naskladněný materiál, na kterém je možné hodně vydělat. V některých případech ani hromadné nákupy lyží přes sportovní kluby nemusí být žádnou výhrou. Může, ale nejedná se o zásadu. Záleží tedy na serióznosti prodejce: Nespoléhejme se na druhé (speciální obchody a kluby), ale sami požadujme informace, na základě kterých se budeme moci spolehlivě rozhodnout.

V následujících odstavcích si tedy pojďme vysvětlit, jaké jsou možnosti výroby skluznic a použitých materiálů, a s tím související kvality skluznic. 

­__________________________________________________________________________________

1. Výrobní postup, kterým byla skluznice lyže vyrobena

Existují dva základní druhy skluznic: extrudované a sintrované 

 

Extrudované skluznice jsou spíše doménou rekreačního lyžování, zatímco sintrované skluznice slouží primárně pro výkonnostní či vrcholový sport. Jak extrudované, tak sintrované skluznice se zpravidla nabízejí v černé, transparentnía kolorované variantě. 

 

Černé zbarvení způsobuje primárně přídavek grafitu, zpravidla ve formě sazí.  Do černa zabarvuje jinak transparentní PE dále carbon black a grafén, které se však do skluznic běžeckých lyží přidávájí spíše vzácně. U sintrovaných skluznic může podíl grafitu dosahovat až 20 procent objemové hmotnosti, u extrudovaných bývá podíl grafitu v rozpětí 2 až 5 procent. S rostoucím podílem grafitu se zlepšují lubrikační vlastnosti skluznice (grafit je tzv. tuhý lubrikant s lamelární strukturou), narůstá elektrická, ale bohužel také teplená vodivost skluznice a může klesat tvrdost.

 

Transparentní či bíle zbarvené skluznice odkazují na barevnost základního materiálu, tedy polyetylenu. U transparentních skluznic se můžeme – pravděpodobně z důvodu menšího podílu plniv –  setkat s překvapivě lepší schopností absorbovat skluzné vosky. Schopnost skluznice absorbovat skluzný vosk se udává v gramech na mm2 a pohybuje se v rozpětí od cca 0,5 až 3 g na 1 mm2. Schopnost skluznice absorbovat vosk bychom neměli zaměňovat s tím, kolik skluzného vosku na skluznici před zažehlením (při aplikaci za tepla) nebo rozetřením (při aplikaci za studena) naneseme, ani s tím, jak dobře či špatně se absorbovaný vosk na skluznici naváže, a tedy jakou bude mít trvanlivost. Proto se můžeme setkat i s tím, že některé extrudované – zvláště transparentní – skluznice mohou mít podstatně vyšší hodnotu absorbce skluzného vosku než dražší a lepší skluznice sintrované.

 

Kolorování či probarvování skluznic do různých barev (modrá, červená, fialová, zelená, žlutá, a celá řada dalších barev) slouží primárně k reklamním účelům, a to zvláště u levnějších extrudovaných skluznic. Primárně u závodních lyží se různé zabarvení skluznice využívá pro ovlivňování absorbce jednotlivých viditelných i neviditelných složek slunečního záření, a tedy skluzných vlastností.

 

Extrudované skluznice jsou zpravidla levnější, z důvodu nižší molekulární hmotnosti však mají celkově horší mechanické a skluzné vlastnosti. Zpravidla jsou charakteristické také nižší schopností přijímat skluzné vosky, ale i zde existují výjimky (zvláště u transparentních skluznic). Extrudované skluznice se zkrátka a dobře používají na levnějších lyžích pro primárně rekreační účely, existují však i výrobky, kde se hranice mezi extrudovanými a sintrovanými skluznicemi mohou přiblížit (např. CROSS-LINKED PE).

 

Sintrované skluznice jsou zpravidla výrazně dražší než extrudované, ale existuje zde značný rozptyl v kvalitě a ceně, který je dán relativně velkým rozdílem molekulární hmotnosti základního materiálu (UHMWPE) a různými speciálními aditivy. Sintrované skluznice mají – ve srovnání s extrudovanými skluznicemi – lepší mechanické a skluzné vlastnosti a zpravidla také lepší schopnost vázat, a tedy udržet skluzný vosk. Mezi sintrovanými skluznicemi však můžeme narazit na průměrné univerzální skluznice na straně jedné, které nebudou nad dobrými extrudovanými skluznicemi nijak významně vyčnívat, na straně druhé můžeme sehnat špičkové univerzální, ale i vysoce specializované skluznice závodních lyží. 

 

Obrázek č. 1: Schematické znázornění výroby extrudované skluznice

 

 

Obrázek č. 2: Schematické zobrazení výroby sintrované skluznice. Granulovaný materiál se působením tepla a tlaku zformuje do bloku o příslušné šířce. Z tohoto bloku se následně „odřezávají“ pásky skluznice, které se následně lepí na tělo lyže. Velká část výrobců lyží, vyrábí pouze vlastní tělo lyže a skluznici nakupuje u specializovaných výrobců skluznic

 

 

 

__________________________________________________________________________________

 

2.  Materiál, ze kterého byla skluznice vyrobena

 

Jak extrudované, tak sintrované skluznice se dnes vyrábí z polyethylenu (PE), který se skládá z dlouhých řetězců etylenu a přetransformuje se na polyethylen v procesu nazývaném polymerizace.

 

 

Obrázek č. 3: Schematické zobrazení polymerizace. První část obrázku (a) zobrazuje molekulu etylenu. Zdvojená vazba mezi atomy uhlíku se při polymerizaci uvolňuje a reaguje s dalšími monomery etylenu (b). Tímto způsobem vznikají dlouhé molekulární řetězce polyethylenu (c). Čím delší molekulární řetězec, tím vyšší molekulární hmotnost.

 

 

 

Pokud polymery vytvářejí přímé, tedy nerozvětvené molekulární řetězce (c), jsou schopné krystalizovat a získávají tak mnohem kompaktnější strukturu. Polyethylen je však schopen vytvářet krystalickou strukturu pouze částečně, a proto ho také označujeme jako semi-krystalický polymer. Skluznice lyže tvořená polyethylenem s přímými a různě dlouhými molekulárními řetězci je pak tvořena, stejně jako základní materiál, krystalickými a amorfními oblastmi.

 

Obrázek č. 4: Krystalická a amorfní struktura polyetylenu. Krystalické části propůjčují polyethylenu tuhost a tvrdost, amorfní části pak elasticitu a odolnost vůči oděru

 

__________________________________________________________________________________

 

Typy polyetylenů a kvalita skluznic

 

 

Přehled jednotlivých typů polyethylenů   Existuje prakticky nepřeberné množství různých polyethylenů, v případě lyžařských skluznic se však nabízí primárně následující typy:   UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene) – polyetylen s ultra vysokou molekulární hmotností   CROSS-LINKED PE – křížově provázaný polyethylen   HMWPE (High Molecular Weight Polyethylene) – polyetylen s vysokou molekulární hmotností   HDPE (High Density Polyethylene) – polyetylen s vysokou hustotou   Upozornění: názvosloví jednotlivých materiálů se může u různých výrobců lišit!

 

 

V současnosti se nejkvalitnější skluznice běžeckých lyží vyrábí z UHMWPE, do kterého se dále přidávají různá zlepšující aditiva. Molekulární hmotnost tohoto materiálu dosahuje asi 3 až 12 milionů g/mol. UHMWPE se zpracovává prakticky výhradně technologií sintrování. I v případě sintrovaných skluznic z UHMWPE však existují značné rozdíly v kvalitě, jak je patrné právě z rozptylu molekulární hmotnosti. 

 

Zpravidla se nabízí jako černá skluznice, tedy s přídavkem grafitu, nabízí se ale i transparentní a kolorované verze. Neobvyklé nejsou ani skluznice s přídavkem aditiv, jako je např. fluor či disulfid molybdenu. Tady už si ale sáhnete do kapsy celkem hluboko.

 

CROSS-LINKED PE spadá svojí molekulární hmotností do kategorie HDPE a zpracovává se technologií extrudování. Nicméně díky křížovému provázání molekulárních řetězců se svými primárně mechanickými (nikoli kvalitními skluznými) vlastnostmi blíží sintrovanému UHMWPE. CROSS-LINKED PE je nejlepším materiálem, který můžete v kategorii extrudovaných skluznic pořídit.

 

HDPE je základní materiál extrudovaných, tedy primárně turistických skluznic. Molekulární hmotnost HDPE se pohybuje v rozmezí asi 300 až 600 tisíců g/mol. Nabízí se jak černé extrudované HDPE skluznice, kde však přídavek grafitu dosahuje maximálně 5 %, tak transparentní či kolorované. Zvláště u transparentních může být schopnost skluznice absorbovat vosk nadprůměrně dobrá, je však otázkou, zda nadprůměrná schopnost přijímat vosk zde také znamená, že skluznice vosk dostatečně naváže a udrží.

 

HMWPE je něco jako lepší HDPE, tedy HDPE na horní hranici molekulární hmotnosti. Může se však stát, že výrazy HMWPE a HDPE fungují jako synonyma ve skupině tzv. komoditních polymerů. HMWPE se zpracovává procesem extrudování a vedle CROSS PE bude použit u lyží s extrudovanou skluznicí vyšší kategorie.

 

Jak způsob výroby skluznice a jednotlivé druhy polyethylenu poznáte prostým pohledem? Nijak! Požadujte od prodejce technický list, kde by mělo být uvedeno, z jakého materiálu je skluznice lyže vyrobena a jaké jsou její základní vlastnosti. Údaj o použitém materiálu je zcela zásadní. K základním vlastnostem patří: tvrdost, podíl grafitu či jiných aditiv, hustota a schopnost absorbovat vosk. Je však velká otázka, zda budou tyto informace vždy k dispozici.

 

Pokud je v technickém listu lyže uveden jako materiál skluznice pouze PE (polyethylen), pak lyže rozhodně nepořizujte. Jedná se o podobnou situaci jako v případě nákupu medu z EU, nevíte o něm vůbec nic. 

 

 

 

 

Jaké rozlišujeme režimy tření mezi skluznicí a sněhem?

Mýty a omyly při strukturování, aneb jak správně používat manuální struktury

 

Část I. – režimy tření

 

Abychom mohli problematice strukturování skluznic běžeckých lyží lépe porozumět, musíme si uvědomit několik základních skutečností, a sice:

 

      I.         Strukturování, bez ohledu na to, zda se provádí technikou broušení s odběrem materiálu, nebo tlačení s přetvářením materiálu, představuje vždy pouze jeden z prostředků pro ovlivnění kluzných vlastností skluznice, a to tzv. mechanický prostředek.

    II.         Jednotlivé prostředky pro ovlivňování skluzu, bez ohledu na to, zda mechanické, chemické nebo smíšené se vždy musí odvozovat či vztahovat k základním principům tření mezi skluznicí lyže a sněhovou pokrývkou.

   III.         Základní principy tření mezi skluznicí lyže a sněhovou pokrývkou definují fyzikální, mechanické, chemické či tribologické podmínky, za kterých se kontakt, nebo chcete-li skluz, mezi skluznicí lyže a sněhem odehrává.

  IV.         Podmínky konkrétního principu tření pak definují rozhodující vlastnosti či parametry, které skluz za daných podmínek nejvíce či nejintenzivněji ovlivňují.

    V.         Zvolenými mechanickými, chemickými či smíšenými prostředky – a strukturování k nim rozhodně patří – se pak snažíme ovlivnit právě tyto rozhodující vlastnosti či parametry, které skluz v daném principu tření definují či nejvíce ovlivňují.

Bez pochopení těchto souvislostí nemůžeme nikdy dobře pochopit problematiku strukturování…

 

Dost bylo přemítání! Kontakt mezi skluznicí lyže a sněhovou pokrývkou se řídí třemi základními principy tření, a to 

1)    hydrodynamickým principem tření,

2)    smíšenými principem tření a 

3)    hraničním principem tření. 

Obrázek č. 1: schématické znázornění základních principů tření, zdroj: D.A. Moldestad, Some Aspects of Ski Base Sliding Friction and Ski Base Structure, Dr. Thesis, 1999

 

V rámci každého principu tření pak zpravidla existuje několik podružných mechanismů, jako např. optimální či okrajový smíšený princip tření.

 Obrázek č. 2: schématické znázornění závislosti tření mezi povrchem skluznice a povrchem sněhové pokrývky na tloušťce vodního filmu, zdroj: D.A. Moldestad, Some Aspects of Ski Base Sliding Friction and Ski Base Structure, Dr. Thesis, 1999

 

Hydro-dynamický režim tření

Obrázek č. 3: schématické znázornění hydrodynamického režimu tření, kde jsou oba pevné povrchy odděleny vodním filmem, zdroj: N.H. Haaland, Nano Ski Wax, Effects and Benefits, Master Thesis, 2013

 

Teoretický rámec

 

Hydrodynamický princip tření je charakterizován silným vodním filmem. Silný vodní film způsobuje, že povrch skluznice, tedy asperity na povrchu skluznice, a povrch sněhu, tedy asperity na povrchu sněhu, se vůbec nedotýkají. Celá hmotnost lyžaře je nesena vodním filmem. Skutečná kontaktní plocha mezi skluznicí a sněhem se rovná nebo blíží skutečné ploše skluznice. Kontaktní plocha má tedy maximální velikost.

 

 

Hlavní zdroje tření

• sací síly
• kapilární krčky
• smykové síly uvnitř vodního filmu

Sací síly

• jsou hlavním zdrojem tření, skluznice lyže se k vodnímu filmu na povrchu sněhu, který vykazuje extrémní smáčivost, “přicucává” a vodní film ji nechce pustit
• tyto síly jsou obrovské, umí víceméně zastavit rozjetého lyžaře 
• příklad 1: vybavte si, co se stane, když na jaře vjedete z lesního umrzlého úseku do sluncem rozbředlého sněhu
• příklad 2: vybavte si, co se stane, pokud postavíte skleničku s vínem na vlhkým hadrem otřený skleněný konferenční stolek

Kapilární krčky

• jakmile překonáte hlavní sací sílu, která drží oba povrchy těsně u sebe (sklenička “přilepená” ke konferenčnímu stolku), je nutné ještě překonat sílu tzv. kalipárních krčků
• kapilární krček znamená, že přisátá voda se “nepustí” hned, ale jakmile se oba přisáté povrchy od sebe začnou oddalovat (např. lyžař začne po skluzu zvedat nohu pro přípavu dalšího odrazu), začne se vodní film - po překonání hlavní sací síly - jaksi “natahovat” (trochu jako žvejkačka), krček začne někdě ve středu slábnout, až se přetrhne
• a síla potřebná k přetržení kapilárního krčku, přirozeně brzdí, “zastavuje” lyžaře

Smykové síly uvnitř kapaliny

• ty se projevují hlavně při vlastním skluzu - když skluznice lyže klouže po vodním filmu na povrchu sněhu
• uvnitř kapaliny působí síly, které je nutné při pohybu jaky “přestřihnout”, aby skluznice lyže mohla klouzat dopředu
• velikost těchto sil je dána primárně vlastnosti vodního filmu, v našem případě specifickým vodním filmem na povrchu sněhu

Veličiny ovlivňující velikost hlavních třecích sil v hydro-dynamickém režimu

• smáčivost
• kontaktní úhel
• hydrofobie
• kontaktní plocha
• drsnost
• aquaplaning
• hydrodynamický tlak a proudění uvnitř kapaliny

Smíšený režim tření

Obrázek č. 4: schématické znázornění smíšeného režimu tření, kde jsou oba pevné povrchy částečně odděleny vodním filmem a částečně se dotýkají, zdroj: K. Kalle et. Col., Charakterisation of the Contact between Cross Country Skis and Snow: a Micro-Scale Study Considering the Ski Base Structure, 2023

 

Teoretický rámec

 

Smíšený režim tření je charakterizován na straně jedné vodním filmem, který částečně odděluje oba povrchy, mezi nimiž dochází ke tření, na straně druhé dílčím kontaktem obou povrchů v oblasti asperit. Vodní film ve smíšeném režimu není tak silný, aby oba povrchy oddělil zcela, má však dostatečnou tloušťku na to, aby byl schopen přenášet podstatnou část zatížení, které na skluznici lyže přenáší lyžař. Ve smíšeném režimu je tedy část zatížení vytvářená hmotností lyžaře přenášena vodním filmem a část dílčím kontaktem povrchů v oblasti asperit. Skutečná kontaktní plocha mezi skluznicí a sněhem není zdaleka tak velká jako v hydrodynamickém režimu, ani zdaleka tak malá jako v režimu hraničním. Skutečná kontaktní plocha se v odborné literatuře odhaduje na cca 50% plochy tzv. kontaktních oken.

 

Hlavní zdroje tření

• valivé tření
• kinematické tření
• elastické tření
• smykové síly uvnitř vodního filmu

S ohledem na velmi nízké hodnoty koeficientu tření v tzv. smíšeném režimu tření, zvláště pak v tzv. optimálním smíšeném režimu tření se v nejnovějších výzkumech předpokládá mezi povrchem skluznice a povrchem sněhu tzv. valivé tření na straně jedné a minimální smykové síly uvnitř vodního filmu na straně druhé.

Předpokládá se, že za podmínek smíšeného režimu působí v místech kontaktu mezi skluznicí lyže a sněhové pokrývky relativně malý tlak a sněhová pokrývka je za sněhových podmínek, ve kterých se primárně vyskytuje smíšený režim tření, tvořena na molekulární úrovni různě velkými a tvrdými „kulovitými“ částicemi. Obě okolnosti – relativně malý tlak a kulovité částice na molekulární úrovni – pak umožňují valivé tření, které je výrazně nižší než běžné kinetické tření.

Smykové síly uvnitř vodního filmu jsou rovněž relativně malé, jelikož vodní film přenáší pouze část zatížení. Smykové síly uvnitř vodního filmu jsou navíc „přerušovány“ přímými kontaktními místy, jejichž plocha však může být ve srovnání s hraničním režimem větší, a proto zde působí nižší tlak.

Přítomnost vodního filmu a valivého kontaktu navíc prakticky vylučuje vznik elektrostatického náboje. Díky vodnímu filmu a valivému tření prakticky nehrozí, že by mohlo doházet k rozsáhlejším trvalým deformacím na straně sněhové pokrývky. Oděr kluzného vosku a základního materiálu skluznice je rovněž malý.

Všechny výše popsané okolnosti způsobují, že právě za smíšeného režimu tření je možné docílit optimálních kluzných podmínek a minimálních hodnot koeficientu tření.

Veličiny ovlivňující velikost hlavních třecích sil ve smíšeném režimu tření

• hydrofobie
• kontaktní plocha
• drsnost
• hydrodynamický tlak a proudění uvnitř kapaliny
• tvrdost povrchů

Hraniční režim tření

Obrázek č. 3: schématické znázornění hraničního režimu tření, kde se oba pevné povrchy přímo dotýkají v oblasti asperit, zdroj: N.H. Haaland, Nano Ski Wax, Effects and Benefits, Master Thesis, 2013

 

Teoretický rámec

 

Hraniční princip tření je charakterizován běžnými prostředky neměřitelným vodním filmem. Absence vodního filmu způsobuje, že nerovnosti či asperity na povrchu skluznice a nerovnosti či asperity na povrchu sněhové pokrývky jsou v přímém kontaktu. Celá hmotnost lyžaře je nesena tzv. kontaktními body v místech, kde se asperity obou povrchů dotýkají. Skutečná kontaktní plocha mezi skluznicí a sněhem je tedy součtem plochy těchto kontaktních bodů a představuje pouze zlomek celkové plochy skluznice lyže. V odborné literatuře se uvádí hodnoty v rozpětí 0,4 až 4% skutečné plochy skluznice.

 

Hlavní zdroje tření

• kontaktní síly
• adhezivní a kohezivní síly
• třecí síly
• statické tření
• kinematické tření
• viskózní tření
• elastické tření

Nejprve je nutné překonat kontaktní síly vyplývající z přímého kontaktu obou povrchů. Čím menší je kontaktní plocha a čím těžší je lyžař, tím větší tlak bude působit v kontaktních místech a tím větší budou kontaktní síly. Kontaktní síly definují tzv. statické tření. Jakmile je statické tření překonáno, lyže se dá do pohybu a začne klouzat po povrchu sněhové pokrývky, začne působit kinematické tření, které je zpravidla výrazně nižší než tření statické. Velikost kinematického tření je opět definována především kontaktní plochou, tlakem, který v místech kontaktu působí, a rychlostí, jakou se lyžař pohybuje. S ohledem na charakter sněhové pokrývky začne být kinematické tření takřka neprodleně doprovázeno třením viskózním a elastickým. Sněhová pokrývka se v důsledku tření začne totiž velmi rychle deformovat. 

V hraničním režimu tření rozlišujeme mezi tzv. permanentní či trvalou a elastickou či dočasnou deformací sněhu. K deformaci sněhu dochází v případě, že tvrdost a pevnost skluznice je vyšší než tvrdost a soudržnost sněhové pokrývky. 

Trvalá deformace sněhu je buď tepelná nebo mechanická. Při tepelné deformaci dochází k tání asperit na povrchu sněhu v důsledku třecího tepla generovaného tření. Roztavené asperity přispívají k produkci vodního filmu v kontaktních místech mezi sněhem a skluznicí. Při mechanické deformaci dochází buď k ustřihnutí nebo odlomení asperit sněhových zrn či krystalů nebo k vylomení celých zrn nebo krystalů ze sněhové mřížky. Elastická deformace sněhu se odehrává v povrchové mikro-vrstvě sněhu. Elastické deformaci vděčíme za relativně dobré kluzné podmínky i v rámci hraničního režimu tření. Bez elastické deformace by byla jízda na lyžích mnohem náročnější.

Překročí-li však tvrdost sněhu tvrdost skluznice, začnou se asperity na povrchu sněhu zařezávat do povrchu skluznice. V této situaci začne sníh „pluhovat“ skluznici, oděr vosku i skluznice je enormní. Za těchto podmínek je pohyb na lyžích enormně náročný.

Veličiny ovlivňující velikost hlavních třecích sil v hraničním režimu

·      tvrdost povrchů

·      kontaktní plocha

·      drsnost povrchů

·      tlak v kontaktních místech

·      třecí teplo generované v kontaktních místech

·      trvalé a elastické deformace povrchů

·      statická elektřina

Přijde Vám to složité? Nebojte, není to tak hrozné… Mezi základními principy tření a strukturami existují relativně jednoduché a srozumitelné provazby! Žádná magie to není!