Tento článek navazuje na článek Vrstvení skluzných vosků (1) a Vrstvení skluzných vosků (2).
Z předchozích článků víme, že skluzné vosky se se skluznicí vyrobenou z UHMWPE provazují ve dvou oblastech:
- v rámci tzv. flokati koberce neboli v nejsvrchnější vrstvičce skluznice, tvořené chloupky či vlásky základního materiálu skluznice v řádu 100 až 200 nm
- v kavitách či dutinách mezi molekulárními řetězci UHMWPE v tzv. amorfních oblastech v hloubce ve stovkách nanometrů
V rámci tzv. flokati koberce, tedy mezi volnými zakončeními molekulárních řetězců v řádu 100 až 200 nm, je relativně dost prostoru pro molekulární řetězce kluzných vosků o velikosti cca 1 až 6 nm.
V čem je tedy problém?
Povrchová aplikace skluzných vosků
V nejsvrchnější vrstvě skluznice se molekuly kluzných vosků provazují s molekulami skluznice pouze pomocí mezimolekulárních vazeb. Tyto vazby jsou navíc velmi slabé, přibližně 0,2 až 0,5 kJ/mol na jednu vazbu, a tak vosk provázaný se skluznicí prostřednictvím milionů individuálních vazeb v nejsvrchnější vrstvičce sice nějak drží, ale není to žádná sláva.
Můžeme si to představit podobně jako vosk aplikovaný na povrch karoserie automobilu. Všichni víme, že vosk na lakovaném povrchu sice drží, když vyjíždíme z automyčky, vidíme, jak se zbylé kapičky vody krásně „odvalují“ po povrchu karoserie ve formě kuliček, tedy vosk tam rozhodně je, zároveň ale víme, že tam vosk nevydrží nijak dlouho - pár dešťů, pár cest na přímém slunci, a vosk je ten tam…
A nyní si srovnejme životnost vosku „ovívaného“ prouděním vzduchu, popř. „oplachovaného“ dešťovou vodou, s životností vosku, který je na každém centimetru vzdálenosti „sdírán“ struhadlem firnu nebo „rozrušován“ miliony čepelí polámaných krystalů přemrzlého prašanu.
Problém jsou slabé vazby mezi voskem a skluznicí v rámci tzv. flokati koberce na straně jedné a enormní abraze sněhové pokrývky za podmínek hraničního a smíšeného tření na straně druhé. Za agresivních sněhových podmínek mají skluzné vosky aplikované v rámci tzv. flokati koberce, tedy v nejsvrchnější vrstvě, skluznice minimální životnost.
V nejsvrchnější vrstvě se zpravidla provazují veškeré prostředky pro zlepšování skluzu aplikované za studena nebo za použití třecího tepla. Za hydrodynamických podmínek může být životnost takto aplikovaných a provázaných vosků v řádu kilometrů, za smíšených a hraničních podmínek pak spíše v řádu stovek metrů až několika málo kilometrů.
Vliv strukturování skluznice na trvanlivost voskování
Jedním z účinných prostředků, jak snižovat enormní abrazi a oděr skluzných vosků v nejsvrchnější vrstvě skluznice, je strukturování povrchu skluznice, které na straně jedné zvětšuje celkovou možnou kontaktní plochu, a tedy také plochu, kde je aplikován skluzný vosk v rámci flokati koberce, na straně druhé však snižuje skutečnou kontaktní plochu mezi oběma povrchy, tedy plochu, kde dochází k intenzivnímu oděru skluzného vosku.
Oba efekty jsou přitom zásadní. Strukturování zvyšuje plochu skluznice, na níž je aplikován vosk i několikanásobně. Zároveň ale strukturování zásadně snižuje skutečnou kontaktní plochu mezi skluznicí a sněhovou pokrývkou, přičemž za studených podmínek s krystalickými druhy sněhu se může jednat o kontaktní body s plochou v řádu desítek mikrometrů čtverečních.
Věřme nebo nevěřme, ale prapůvodním smyslem „drážkování“ skluznic běžeckých a sjezdových lyží byla ochrana skluzného vosku před enormním oděrem.
Hloubková aplikace skluzných vosků
Vedle flokati koberce se skluzné vosky provazují se skluznicí také v kavitách a dutinách mezi molekulárními řetězci UHMWPE. Tyto dutiny se však vyskytují pouze v amorfních oblastech skluznice a mají proměnlivou velikost v rozpětí od přibližně 1 nm do 10 nm. Aby skluzný vosk mohl zatéct až sem – odhaduje se maximální hloubka penetrace 800 až 900 nm, musí z vnějšku vložená energie systém rozhýbat: skluzný vosk musí být zkapalněn, v důsledku čehož se molekulární řetězce vosku stanou vysoce mobilní, UHMWPE musí být „nataven“, v důsledku čehož se kavity a dutiny lehce roztáhnou a zvětší. Do větších kavit pak lépe zatečou molekuly vosku. Při zpětném ztuhnutí UHMWPE se kavity opět lehce stáhnou a jaksi „uvězní“ nebo „zachytí“ molekuly vosku.
Skluzný vosk v prostoru mezi lineárními řetězci UHMWPE tedy drží nejenom mezimolekulárními vazbami jako v případě flokati koberce, nýbrž také „mechanicky“ v důsledku roztažení a následného „smrštění“ kavit a dutin působením tepla. Za tepla aplikovaný vosk může navíc penetrovat hlouběji do skluznice, cca 800 až 900 nm ve srovnání se 100 až 200 nm flokati koberce, a je tedy lépe chráněn či obklopen houževnatým a odolným materiálem skluznice.
Za tepla aplikovaný kluzný vosk má díky větší hloubce penetrace a díky lepšímu provázání s materiálem skluznice tedy výrazně lepší životnost, i když za vysoce agresivních sněhových podmínek není ani tato životnost nikterak oslňující.
Voskařský i servisní průmysl sjezdových i běžeckých lyží si je až bídné životnosti skluzných vosků za vysoce abrazivních sněhových podmínek velmi dobře vědom. S rostoucí frekvencí závodů světového poháru na technickém sněhu (běžecké disciplíny) nebo čistém ledu (alpské disciplíny), tedy za vysoce abrazivních podmínek, rostou také snahy průmyslu odolnost či životnost vosků zlepšit.
Hot wax boxes
Jedna ze slepých uliček se zaměřila na větší hloubku penetrace vosku do skluznice a na lepší nasycenost skluznice voskem. Jedná se o tzv. hot wax boxes. Princip je velmi jednoduchý: na skluznici lyže se plošně aplikuje dostatečné množství kluzného vosku, zpravidla se vosky nanesou ve větším množství a zažehlí, následně se celá lyže umístí do termoobalu, který je v celém svém objemu vytápěn či ohříván, nastaví se příslušná teplota v rozmezí cca 60 až 80 stupňů Celsia a celá lyže se ponechá např. 4 až 12 hodin v termoobalu. Cílem má být hlubší penetrace skluzného vosku do skluznice a lepší nasycení skluznice voskem.
Může něco takového fungovat?
Problematicky. Hlubší penetrace vosku do skluznice by se musela odehrávat primárně v mezimolekulárních kavitách a dutinách, kde je však kapacita pro absorbování vosku velmi omezená (kavity o velikosti 1 až 10 nm v amorfních oblastech). Pokud by skluzný vosk penetroval do skluznice do hloubky v řádu několika mikrometrů, jak tvrdí někteří skandinávští servisní pracovníci, pak je otázka, zda by takto hluboce penetrovaný vosk mohl ovlivňovat skluz na rozhraní mezi sněhovou pokrývkou a skluznicí?!? Teorii zpětného uvolňování vosku provázaného se skluznicí v hlubších vrstvách v důsledku tání vosku v důsledku třecího tepla považuji za velmi problematickou…
Aditiva
Přímo do základního materiálu skluznice, v našem případě UHMWPE, se přidávají nejrůznější aditiva pro zlepšení skluzných, mechanických či fyzikálních vlastností skluznic. Mezi nejčastější aditiva patří: grafit, grafém, carbon black, disulfid molybdenu, fluorizované uhlovodíky, keramické částice, nanočástice, nitrid bóru, nejrůznější látky na bázi silikonů atd.
Prakticky všechny druhy aditiv se se základním materiálem skluznice, tedy UHMWPE, provazují výhradně mechanicky, a nikoli chemicky. Jinými slovy: molekuly a částice aditiv obsazují tytéž kavity či dutiny mezi molekulárními řetězci UHMWPE, do kterých při aplikaci za tepla penetrují skluzné vosky. Rozdíl je pouze v tom, že aditiva se do UHMWPE přimíchávají již ve výrobním procesu, kdy se granulovaný PE promíchá s granulovanými či sypkými aditivy před vlastním procesem sintrování.
Skluzné vosky mohou tedy obsadit pouze zbývající volné kavity a dutiny mezi dlouhými molekulárními řetězci UHMWPE, které nebyly v rámci procesu výroby obsazeny grafitem, grafémem, disulfidem molybdenu nebo jinými částicemi aditiv.
Aditiva přimíchávaná přímo do skluznice snižují kapacitu skluznice absorbovat vosky.
Speeders neboli urychlovače
Zcela opačný trend sledují tzv. urychlovače neboli tekuté prostředky pro zlepšení skluzu aplikované ve formě aerosolu, kdy aktivní látka je navázána na nosič, který se po dopadu na skluznici rychle odpaří a aktivní látka ulpí na úplném povrchu – tedy ani mezi vlásky flokati koberce, ani v dutinách v mezimolekulárním prostoru.
Takto aplikovaný urychlovač je pak na úplném rozhraní mezi povrchem skluznice a povrchem sněhové pokrývky. Na skluznici, resp. na kluznou vrstvu tvořenou molekulami vosku provázanými s molekulárními vlásky skluznice v rámci flokati koberce je navázán pomocí velmi slabých bipolárních vazeb. Účinkům tření a abraze je vydán zcela na pospas, jako korouhvička ve větru. A jeho životnost je vpravdě jepičí…
Právě urychlovače na bázi fluoru jsou zodpovědné za kontaminaci sněhu a půdy na stadionech a ve startovních zónách…
Shrnutí
Do hlubších vrstev penetruje málo vosku, ale relativně dobře zde drží. V nejsvrchnější vrstvě skluznice se může provázat relativně velké množství vosku, jehož životnost je ale za abrazivních sněhových podmínek minimální. Na samém rozhraní mezi skluznicí a sněhem pak mohou „levitovat“ molekuly urychlovače, jejichž životnost je vpravdě jepičí…
Odpověď na otázku, zda je v jakékoli úrovni skluznice, v níž se vosk
se skluznicí provazuje, ať už to jsou dutiny či kavity v hloubce stovek
nanometrů, flexibilní vlásky flokati koberce nebo molekuly urychlovačů
levitující na samém rozhraní skluznice a sněhu, možné jakékoli vrstvení
skluzných vosků a prostředků, ponecháváme na váženém čtenáři, který
měl sílu pročíst se až sem. 
