Vrstvení skluzných vosků (2) - kdy je možné a účinné?

Tento článek navazuje na článek Vrstvení skluzných vosků (1).

Skluznice vyrobená z UHMWPE je tvořena velmi dlouhými vzájemně propletenými lineárními molekulárními řetězci C-H. Tyto molekulární řetězce jsou tak dlouhé, že tento materiál je možné zpracovávat takřka výhradně procesem sintrování, kdy se nejprve vyrobí jakýsi „rondel“ a šířce cca 5 až 6 cm, ze kterého se následně v podélném směru odřezávají pomocí speciálního řezacího zařízení pásky skluznice o tloušťce cca 0,8 až 1,6 mm.

Polyetylen je tzv. semikrystalický materiál. To znamená, že v některých částech se molekulární řetězce uspořádají do pravidelné a velmi těsné struktury, v jiných částech pak zůstanou neuspořádané či amorfní. Právě a pouze v amorfních oblastech zůstávají mezi molekulárními řetězci drobné mezery či kavity. Podíl amorfních a krystalických oblastí v rámci plochy skluznice bývá přibližně 60 : 40 procent ve prospěch tzv. amorfních oblastí.

Technologický proces výroby, tedy sintrování a následné řezání, na straně jedné a semi-krystalický charakter základního materiálu skluznice, tedy krystalické a amorfní oblasti, na straně druhé definují hlavní vlastnosti a hlavní omezení pro to, jakým způsobem se provazují kluzné vosky se skluznicí a kdy je možné tyto kluzné vosky nanášet ve vrstvách.

Sintrování

Díky procesu sintrování vznikají mezi nahodile uspořádanými molekulárními řetězci UHMWPE drobné kavity či dutiny, ve kterých mohou následně ulpívat či zachytávat se molekuly kluzného vosku, a to pouze při aplikaci kluzného vosku za tepla, tedy v kapalném, tedy vysoce mobilním stavu. Tyto dutiny nebo kavity mají proměnlivou velikost, která se pohybuje v rozpětí od přibližně 1 nm do přibližně 10 nm, přičemž se předpokládá penetrace vosku do hloubky v řádu několika stovek nm.

Řezání

Při odřezávání pásků skluznice z rondelu dochází k přerušování milionů molekulárních řetězců jak v krystalických, tak amorfních oblastech a povrch odříznutého pásku je tedy na NANO-úrovni tvořen volnými konci přerušených molekulárních řetězců, tedy miliony jakýchsi chloupků či vlásků o délce cca 100 až 200 nm. V tomto tzv. flokati koberci se pak provazuje převážná většina kluzného vosku. Mezi vlásky v řádu nízkých stovek nm je dostatečný prostor pro molekuly kluzného vosku.

Semikrystalický charakter

Semikrystalický charakter PE způsobuje, že pro penetraci kluzných vosků pod úrovní tzv. flokati koberce je k dispozici pouze přibližně polovina z celkové plochy skluznice, a to právě a pouze tzv. amorfní oblasti. V krystalických částech skluznice žádné kavity, dutiny či mezírky nejsou. Molekulární řetězce jsou zde natolik těsně provázány, že sem žádný vosk zatéct nemůže.

Shrnutí

Vosk penetruje do hlubších vrstev kluznice v řádech stovek nanometrů pouze v amorfních oblastech, tedy cca na polovině plochy skluznice. Vosk se zachytává v drobných kavitách či dutinách uvnitř základního materiálu skluznice o velikosti od 1 do 10 nm. Převážná část skluzného vosku se však se skluznicí provazuje v nejsvrchnější vrstvě v oblasti tzv. flokati koberce tvořeného jemnými chloupky či vlásky o délce 100 až 200 nanometrů.

Nyní již tedy lépe rozumíme tomu, kde a jak se vosk provazuje se skluznicí. Abychom ale mohli lépe porozumět tomu, kdy má smysl vrstvit kluzné vosky na sjezdových či běžeckých lyžích, musíme se ještě trochu hlouběji ponořit do problematiky vosků.

Z předchozích příspěvků víme, že kluzné vosky jsou primárně uhlovodíky s různě dlouhými řetězci C-H. Tyto řetězce mohou být buď lineární, nebo větvené. Čím delší C-H řetězce, tím je kluzný vosk tvrdší. Čím kratší C-H řetězce, tím je kluzný vosk měkčí.

Tvrdší uhlovodíkové vosky mívají molekulární hmotnost v rozpětí 300 až 800 g/mol, měkčí uhlovodíkové vosky mívají molekulární hmotnost přibližně 150 až 350 g/mol.

Molekulární hmotnost a délka molekulárního řetězce jsou si přímo úměrné. Čím vyšší molekulární hmotnost, tím delší řetězec, a naopak čím nižší molekulární hmotnost tím kratší řetězec. Tvrdé vosky tak mají délku molekulárních řetězců v rozpětí přibližně 3 až 5 nm. Měkké vosky pak mají délku molekulárních řetězců v rozpětí přibližně 1 až 3 nm.

Na molekulární hmotnost však mohou mít významný vliv také přidaná aditiva. Jako příklad si můžeme uvést známá aditiva na bázi fluoru, kde se v zásadě rozlišovaly částečně a zcela fluorizované kluzné vosky. U částečně fluorizovaných vosků (LF a HF vosky) byly atomy fluoru nahrazeny pouze některé atomy vodíku, u zcela fluorizovaných vosků pak byly atomy fluoru nahrazeny veškeré atomy vodíku.

Jak jsme si již ukázali, jsou atomy fluoru větší, ale především těžší než atomy vodíku, a to násobně, a proto s mírou fluorizace také roste molekulární hmotnost kluzných vosků. U částečně fluorovaných kluzných vosků se molekulární hmotnost pohybuje v rozpětí 400 až 800 g/mol, zatímco u zcela fluorovaných kluzných vosků je molekulární hmotnost cca 1 000 až 2 000 g/mol.

Délka molekulárních řetězců je u fluorovaných vosků jen lehce vyšší než u běžných C-H vosků, a to přibližně 2 až 4 nm pro částečně fluorované a přibližně 3 až 4 nm pro zcela fluorované s kratšími řetězci a 4 až 6 nm pro zcela fluorované s delšími řetězci.

Co z toho tedy vyplývá pro vrstvení kluzných vosků?

Aby bylo možné „praktikovat“ něco jako vrstvení kluzných vosků, tedy nanášení kluzných vosků ve více vrstvách na sobě, je dobré uvědomit si následující skutečnosti a dodržovat následující zásady:

• První vrstva obsadí podstatnou část „volného prostoru“ skluznice, a to jak v kavitách mezi řetězci základního materiálu, tak v rámci tzv. flokati koberce.
• Skluzný vosk penetruje do hlubších vrstev skluznice v řádech stovek nanometrů přibližně na polovině z celkové plochy skluznice.
• Převážná část kluzného vosku se se skluznicí provazuje v nejsvrchnější vrstvičce tzv. flokati koberce v řádu 100 až 200 nm.
• Jako první je vhodné nanášet vosky s delšími řetězci, tedy vosky tvrdší, kde je délka řetězce v rozpětí 3 až 5 nm.
• I přesto, že tvrdší vosky obsadí větší část kavit mezi molekulárními řetězci UHMWPE, mohou vosky s kratšími řetězci v délce cca 1 až 3 nm, tedy vosky měkčí vyplnit menší kavity (tedy kavity o velikosti do cca 3 až 5 nm) a zároveň volný prostor mezi vosky tvrdšími a skluznicí.
• Vrstvení vosků v rámci tzv. flokati koberce je reálně neproveditelné.
• Aplikace vosků s významným podílem aditiv (např. aditiv na bázi fluoru) jako finální vrstvy je s ohledem na velikost molekulárních řetězců a „nasycenost“ skluznice přinejmenším problematická.

Naším původním záměrem bylo popsat situace a podmínky, kde je - tak často používané - nanášení kluzných vosků ve více vrstvách možné a proveditelné. Podrobnější popis dané problematiky však především ukazuje, že představa vrstvení vosků je spíše velmi iluzorní...