V čem byly fluorové vosky tak jedinečné a proč je nebude snadné nahradit?
Abychom mohli správně pochopit, v čem byly fluorové vosky při zlepšování kluzných vlastností mezi sněhovou pokrývkou a skluznicí závodních běžeckých lyží tak jedinečné, musíme si nejprve říci něco málo o tom, jak probíhá kontakt mezi skluznicí a sněhem.
Pro účely tohoto popisu budeme používat obecnou kategorii „sníh“, a to i přesto, že jsme si dobře vědomi toho, že nic jako „sníh“ neexistuje, existují pouze prakticky nekonečné druhy, typy a varianty sněhových podmínek, ovlivňované celou řadou faktorů jako je např. stáří sněhu, teplota, vlhkost, stupeň zhutnění, typ / velikost či tvar krystalů nebo zrn, podíl volné vody, sluneční svit atd. Např. v jazyce Eskymáků neexistuje žádné obecné označení pro sníh, ale existuje v něm několik tisíc názvů označujících základní kategorie sněhových podmínek. Ale zázraku jménem „sníh“ se budeme věnovat někdy příště…
Jak tedy probíhá kontakt mezi skluznicí a sněhem? Nijak. Ano, je to tak. Skluznice lyže a sníh v kontaktu zpravidla vůbec nejsou. Mezi skluznicí závodních lyží, při jejichž použití se předpokládají strojově upravené lyžařské stopy, a sněhovou pokrývkou se ve většině případů nachází vrstvička vody, neboli vodní film. Kontakt skluznice lyží a sněhové pokrývky mimo strojově upravené stopy je mnohem komplexnější a pro účely našeho povídání o jedinečnosti fluorových vosků nerelevantní fenomén (kdo by taky jezdil s aplikovanými fluorovými vosky ve volném terénu, při jejich cenách), a proto se jím v tomto článku nebudeme zabývat.
Ale zpět k našemu tématu: mezi skluznicí závodních lyží a sněhem se ve většině případů nachází vodní film. V závislosti na okolních podmínkách může tento vodní film mít různou tloušťku. Pro účely hodnocení kluzných vlastností mezi skluznicí a sněhem rozlišujeme tři kategorie tloušťky vodního filmu:
· optimální tloušťka vodního filmu, který funguje jako lubrikant mezi dvěma povrchy (povrchem skluznice a povrchem sněhové pokrývky)
· příliš malá tloušťka vodního filmu, kdy oba povrchy vstupují do dílčího přímého kontaktu
· příliš velká tloušťka vodního filmu, kdy mezi oběma povrchy oddělenými vodním filmem vznikají tzv. kapilární krčky
Velmi jednoduše řečeno se optimální tloušťka vodního filmu vyskytuje při běžných podmínkách vzdušné vlhkosti přibližně při teplotách přibližně - 3 až - 7 stupňů C. Příliš malá tloušťka vodního filmu se vyskytuje přibližně při teplotách pod - 13 stupňů C, kdy vodní film kolem jednotlivých zrn či krystalů je natolik slabý, že nevygeneruje dostatečné množství lubrikantu. Za těchto podmínek se vodní film vytváří až na základě tření mezi skluznicí a sněhovou pokrývkou a jím vytvořené energie a pohyb na lyžích je extrémně náročný. Příliš velká tloušťka vodního filmu vzniká primárně v důsledku tzv. volné vody mezi sněhovými zrny a projevuje se tzv. sacím efektem, který způsobuje maximální možné tření.
A protože je třetí kategorie, tedy příliš velká tloušťka vodního filmu pro naše povídání nejpodstatnější, a protože je tření na příliš silném vodním filmu naprosto nejvyšší, ilustrujeme si sílu tzv. sacího efektu na několika příkladech.
Je příjemné slunečné počasí na začátku jara, řekněme první polovina března, slunce už příjemně hřeje, ale ve stinných lesních úsecích je sníh ještě pořádně zmrzlý a jede jak čert. Zrovna si to svištíte z kopce dolů po zledovatělé stopě, dole pod kopcem je ale kratší úsek, kam už svítí slunce. Sníh je taky už pořádně mokrý až nasycený vodou. V plné rychlosti vlítnete do vodou nasyceného sněhu… A? Zůstanete stát skoro na místě a málem padnete na hubu V lepším případě Vás to pěkně rozhodí a jste rádi, že jste to nějak vybrali.
Ano, ta neviditelná síla, která Vás z plné rychlosti málem na fleku zastavila, byly neviditelné kapilární krčky neboli sací efekt. Vodní film se přisál k povrchu Vaší skluznice a nechtěl se pustit…
Sedíte doma s přáteli, děti u stolu převrhly pití a Vaše žena stůl pohotově otřela mokrou utěrkou od sladkého džusu. Aby omyla sladkou šťávu ze stolu, nechala utěrku dost namočenou a na hladké desce stolu se vytvořil slabý vodní film. Po chvíli jste si na mokrou desku stolu postavil /-a skleničku s vínem. Chcete se napít, ale fuj, sklenička nejde vůbec odlepit od stolu, zaberete a skoro se polijete.
Ano, skoro jste se polil /-a, protože Vám skleničku na desce stolu přidržel sací efekt neboli kapilární krčky.
Jaké závěry plynou z první části našeho povídání? Největší tření, a tedy nejhorší kluzné podmínky nevznikají na přemrzlém suchém sněhu, jehož krystaly či zrna se přímo zařezávají do skluznice, nýbrž na vlhkém, mokrém či vodou prosyceném sněhu, kdy se mezi jednotlivými krystaly či zrny nachází velké množství volné vody, která vytváří silný vodní film, v důsledku něhož vznikají kapilární krčky a sací efekt, který dělá vše proto, aby nepustil lyži z místa.
Když nyní víme, že skluz lyže na povrchu sněhu se ve většině případů odehrává na vodním filmu, musíme se nyní říci něco málo o tom, jak fluorové vosky s tímto vodním filmem interagují, abychom mohli pochopit, proč byly tak jedinečné.
Jak tedy fluorové vosky interagují s vodním filmem?
· Fluorové vosky jsou extrémně hydrofobní, tedy vodu-odpuzující, a snaží se tedy vodní film od povrchu skluznice odpuzovat.
· Fluorové vosky zvyšují tzv. kontaktní úhel mezi vodními kapičkami, které tvoří vodní film, a povrchem skluznice.
· Fluorové vosky snižují tzv. kontaktní plochu mezi povrchem sněhu a povrchem skluznice.
· Fluorové vosky zlepšují odpudivost vůči nečistotám obsaženým primárně ve starém mokrém sněhu.
Hydrofobie a schopnost nepřijímat nečistoty spolu úzce souvisí a můžeme si je hezky ilustrovat na parketách. Dřevo jako typicky nasákavý materiál se voskuje, aby se chránil proti vodě a nečistotám. Navoskované parkety navíc krásně kloužou, což je tedy u parket – z pohledu dospělých – efekt nechtěný (naši kluci si ale klouzání po navoskovaných parketách v celém bytě parádně užívají), u lyží se ale o zlepšení skluzu snažíme. Hydrofobie tedy zlepšuje skluz na vodním filmu a jde ruku v ruce s odpuzováním nečistot.
Mnohem zajímavější a podstatnější jsou ale prostřední dvě vlastností fluorových kluzných vosků.
Fluor má tu zvláštní vlastnost, že umí měnit povrchové napětí vody, která se objeví v jeho blízkosti. Tím, že naneseme na povrch skluznice vosky s přídavkem aditiv na bázi fluoru, zajistíme, že u vodního filmu, po kterém – jak již víme lyže klouže – se začne měnit povrchové napětí, v důsledku čehož se z „plochých“ kapiček vody, stanou „kulaté“ kapičky vody, tedy změní se kontaktní úhel, který svírají kapičky vody tvořící vodní film s povrchem skluznice.
Tuto skoro až čarovnou vlastnost fluoru si můžeme obrazněji ukázat na chování běžné outdoorové bundy a outdoorové bundy s GORE-TEXem za deště. Při výrobě GORE-TEXu se používala identická látka PFOA/C8, která tvořila základ fluorových kluzných vosků. Pokud dopadne kapka dešťové vody na běžnou bundu, po dopadu se rozplácne a následně ve formě jakési placky pomalu sjede po povrchu dolů (v lepším případě) nebo se do bundy rovnou vsákne (v horším případě). Pokud tatáž dešťová kapka spadne na bundu s GORE-TEXem vyrobeného za použití PFOA/C8, pak se tato kapička dešťové vody těsně před dopadem zabalí či sroluje do jakési kuličky, která následně hladce sklouzne po povrchu dolů.
Fluorové vosky tedy mění vodní film pod skluznicí lyže na jakési kuličky po jejichž vrcholcích lyže klouže.
Skluznice lyže klouže po „kuličkách“ mnohem lépe než po „placičkách“, stejně jako „kulaté“ nebo „placaté“ kapičky vody po bundě, ale kuličky také zásadním způsobem zmenšují kontaktní či styčnou plochu mezi lyží a vodním filmem, menší styčná plocha znamená menší tření a lepší kluzné vlastnosti.
Když už jsme ale nakousli téma kontaktní plochy, pojďme si o něm povědět trochu více.
Na vlhkém, mokrém či velmi mokrém sněhu snižují fluorové vosky kontaktní plochu mezi vodním filmem na povrchu sněhové pokrývky a povrchem skluznice tím, že kapičky vody, které vodní film tvoří, „zakulacují“.
A není nic nového pod sluncem, že fluorové vosky zlepšují kluzné vlastnosti – díky hydrofobii, odpudivosti vůči nečistotám, zvyšování kontaktního úhlu a snižování kontaktní plochy – primárně a především na vlhkém, velmi vlhkém, mokrém, velmi mokrém až vodou nasyceném sněhu. To snad ví úplně každý.
Ale fluorové vosky zlepšují kluzné vlastnosti – a to už tak úplně jasné nebývá – také na suchém, ostrém a vysoce abrazivním sněhu. Také zde totiž fluorové vosky snižují kontaktní plochu mezi skluznicí a slabým vodním filmem na straně jedné a ostrými abrazivními sněhovými krystaly či zrny na straně druhé, které se za těchto podmínek dostávají do přímého kontaktu se skluznicí lyže. Za těchto podmínek totiž ostré a vysoce abrazivní sněhové krystaly pronikají přímo do skluznice. Díky tomu, že fluorové vosky jsou výrazně tvrdší než jakékoli běžné hydro-karbonové vosky, a díky tomu, že při správném provázání se základním materiálem skluznice zvyšují dokonce i tvrdost tzv. kluzné vrstvy sestávající z UHMWPE a vlastního kluzného vosku, zabraňují či alespoň omezují pronikání ostrých a vysoce abrazivních zrn do povrchu skluznice, čímž také snižují kontaktní plochu a tím celkové tření.
Při správném použití tedy fluorové vosky zlepšují kluzné vlastnosti také na suchém, přemrzlém, agresivním a vysoce abrazivním sněhu.
V čem jsou fluorové kluzné vosky tedy tak jedinečné? Jedinečnost fluorových vosků spočívá v takřka neuvěřitelné kombinaci extrémní hydrofobie, schopnosti měnit povrchové napětí vody, zvyšovat tvrdost skluznice a snižovat kontaktní plochu, čímž enormně zlepšují kluzné vlastnosti na vlhkém a mokrém sněhu a pomáhají snížit tření na suchém, agresivním a vysoce abrazivním sněhu.
Proč je nebude snadné nahradit? Protože aktuálně neexistuje známá chemická látka, která by nabízela takovouto kombinaci skluz zlepšujících vlastností mezi vodním filmem na povrchu sněhové pokrývky na straně jedné a UHMWPE na straně druhé.
Ale netruchleme, zatímco mezi chemickými látkami se alespoň zatím na lepší časy neblýská, vzbuzuje hned několik organických látek velkou naději na ještě lepší kluzné vlastnosti, v ještě širším pásmu použití, a navíc bez balastu ekologické a zdravotní zátěže!
Na co se můžeme těšit příště:
Co je Achillova pata fluorových vosků? Co asi výrobci nechtěli, abychom věděli?