V předchozím díle Jak vybrat lyže se správnou skluznicí (1) 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.

Aditiva se přimíchávají k základnímu materiálu, kterým je PE (UHMWPE, HDPE, Cross-linked HDPE atd.) ještě před tepelným zpracováním, a to zpravidla do míchacího zařízení.

Je důležité upozornit na to, že aditiva se zpravidla neprovazují na molekulární úrovni přímo s mřížkou základního materiálu, tedy molekulárními řetězci PE, nýbrž je pouze obalují nebo vyplňují „kavity“ či „dutiny“ mezi nimi, což následně ovlivňuje životnost či provázanost aditiv se základním materiálem, kterým v naprosté většině případů a s naprostou objemovou převahou zůstává PE, tedy UHMWPE, HDPE, Cross-linked HDPE atd.

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 skluznicích sjezdových i běžeckých lyží, a to možná také proto, že minimálně některé jeho podoby jsou velmi levné. Grafit propůjčuje společně s uhlíkovou černí (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, HDPE, Cross-linked HDPE atd.) snižuje její hmotnost.

Grafit je bohužel také jeden z nejměkčích materiálů, a proto některé jeho formy mohou zásadním způsobem snižovat 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.

A nyní babo raď. Výrobci skluznic se s problematickou grafitu a jeho rozporuplných vlastností vyrovnali následovně: Grafit se zpravidla přidává do základního materiálu skluznice ve více podobách či formách. Čistý grafit či grafém pak zpravidla obaluje jednotlivá zrna či molekulární řetězce jakousi grafitovou vrstvičkou, která je sice měkká, je ale zároveň navázána na vlastní molekulární strukturu polyetylenu. Hlavní podíl grafitu se však do tzv. tmavých skluznic přidává ve formě sazí, a to primárně z důvodu ceny. Saze, ač mají vlastnosti grafitu, tedy tuhého lubrikantu, jsou relativně tvrdé. Saze pak zpravidla vyplňují volný prostor mezi molekulárními řetězci.

Všimněte si, že u lyží, u nichž narůstá podíl grafitu ve skluznici, u sjezdových lyží to může být až 30 % objemového podílu, zároveň prudce klesá schopnost skluznice přijímat či vázat vosky. Důvod je velmi jednoduchý: prostor mezi jednotlivými molekulárními řetězci je již obsazen čili vyplněn sazemi. Výrobci také často neudávají podíl tzv. čistého grafitu či grafému a podíl sazí, ale pouze celkový obsah grafitu. Dá se tedy předpokládat, že převážnou část grafitu obsaženého ve skluznicích budou představovat právě saze.

Saze budou na straně jedné snižovat schopnost skluznice vázat vosk, na straně druhé jsou neproblematické s ohledem na tvrdost (nesnižují tvrdost skluznice) a vodivost (efektivně zabraňují elektrostatickému náboji na povrchu skluznice za studených skřípajících podmínek).

Mějme ale na paměti, že primárně při abrazivních podmínkách se do prostředí grafit uvolňuje v podobě nanočástic, které se mají tendenci usazovat v plicích. Jedná se o nanočástice ze sazí vyplňující volně prostor mezi molekulárními řetězci.

Ve skluznicích závodních lyží byl v minulosti používán také fluorizovaný grafit, jehož koeficient tření je ještě nižší než 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.

Grafit a grafém

Hlavní rozdíl mezi grafitem a grafémem je cena. Proto se také grafém vyskytuje ve skluznicích běžeckých lyží spíše výjimečně a potkáme se s ním spíše ve skluznicích lyží sjezdových. Zatímco grafit vytváří lamelární strukturu, je grafém tvořen jedinou vrstvou uhlíkových atomů uspořádaných ve struktuře včelí plástve, díky čemuž zlepšuje odolnost a pružnost. Podobně jako grafit vykazuje rovněž grafém extrémní elektrickou vodivost a má nízkou hmotnost. K nevýhodám grafému 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.

A co z toho všeho vyplývá?

Černé skluznice hlavně pro studené podmínky

Lyže s černou skluznicí, tedy se skluznicí s přídavkem grafitu, grafému, ale především levných sazí, jsou určeny především pro studené, skřípající, abrazivní a agresivní podmínky. Hlavním důvodem je elektrostatický náboj, který se na povrchu skluznice v důsledku skluzu po studeném a suchém povrchu vytváří. Vysoký podíl grafitu a sazí díky své vodivosti tento náboj z rozhraní mezi skluznicí a sněhem odvádí, a tím snižuje tření. Nižší schopnost skluznice s vysokým podílem sazí absorbovat vosk je za daných podmínek rovněž výhodná. I ten nejtvrdší vosk vždy snižuje tvrdost skluznice, a protože za studených a abrazivních podmínek je právě tvrdost rozhodující, není nevýhodné, že se se skluznicí prováže vosku méně, a tedy skluznice ztratí méně ze své původní tvrdosti.

Další výhodou černé skluznice za studených, ale slunečných podmínek je skutečnost, že černá barva absorbuje výrazně vyšší množství slunečního záření, toho přímého i odraženého, jeho viditelných i neviditelných složek, díky čemuž se může o něco rychleji ohřívat a napomáhat tak vytváření třecího tepla pod skluznicí. Teorie tzv. třecího tepla sice platí spíše v oblasti ledu a kovových čepelí, ale pro zajímavost ji uvést můžeme.

Světlé či transparentní skluznice spíše pro teplé podmínky

Za mokrých a zpravidla měkkých, výjimkou ale nejsou ani mokré a abrazivní podmínky (např. mokrý technický sníh) je přínos grafitu spíše malý. Za mokrých podmínek nevzniká na rozhraní mezi skluznicí a sněhem elektrostatický náboj, a není ho tedy nutné z tohoto rozhraní odvádět.

Za mokrých podmínek není funkce grafitu jako tuhého lubrikantu nijak zásadně výhodná, jelikož o skluzu rozhoduje primárně hydrofobie, špíno-odpudivost a struktura a nic z toho grafit nezlepšuje.

Nepřítomnost grafitu, a zvláště sazí pak významně zlepšuje schopnost skluznice přijímat a vázat skluzné vosky. Silně hydrofobní a špíno-odpudivé vosky jsou to pravé, co může za daných podmínek výrazně zlepšit skluz bez ohledu na negativní dopad na tvrdost skluznice.

Za mokrých – zvláště slunečných – podmínek se může navíc černá skluznice vlivem slunečního záření – přímého i odraženého, viditelných i neviditelných složek – rychleji ohřívat, což negativně – za daných podmínek reálně – přispívá k tvorbě nežádoucího silného vodního filmu.

Pokud vám po lyžování na abrazivním sněhu nebo po použití silnějších smývačů nebo poté, co jste lyže nenamazali delší dobu skluzným voskem, začnou „šedivět“, pak vězte, že se v první fázi zpravidla nejedná ani o vysušování ani oxidaci, ale v první fázi se jedná o obnažený polyetylen, ze kterého byl „sedřen“ (v důsledku abraze), tedy uvolňen (v důsledku chemických přípravků) nebo odstraněn (v důsledku dlouhodobějšího namáhání) grafit, a to jak ve formě sazí (z prostoru mezi vlákny UHMWPE), tak ve formě grafitu či grafému, který vlákna volně obaluje lamelovitou či plástvovitou strukturou. Šedivá barva skluznice tedy v počáteční fázi značí uvolněný grafit, který se může ve formě nano-částic usazovat ve sněhu, ale i v plicích lyžařů.