Jaké vlastnosti skluznice rozhodují o dobrém skluzu za studených podmínek?

O dobrém skluzu za studených podmínek rozhodují:

  • tvrdost, čím tvrdší tím lepší
  • oděru-vzdornost
  • tepelná a elektrická vodivost
  • zvláště u krystalických druhů sněhu „oblost“ či „neostrost“ tvarů

Tvrdost

Nejhorší situace, která může při skluzu na lyžích za studených podmínek nastat, jsou podmínky, kdy tvrdost sněhových krystalů či ledových zrn překročí tvrdost skluznice. Ta úplně nejhorší situace vzniká za studených krystalických podmínek, lidově označovaných jako přemrzlý prašan, kdy tvrdost sněhových krystalů překračuje tvrdost skluznice a krystaly jsou navíc křehké a ostré. Křehké a ostré krystaly se pak lámou a reálně se zapichují do povrchu skluznice. Je-li skluznice navíc opatřena členitou a ostrou strukturou, vzniká hotové peklo!

S tvrdostí se to má tak, že základní tvrdost skluznice závodních lyží vyrobená z UHMWPE je cca 65 shore D. Tzv. černé skluznice s grafitem bývají o něco tvrdší, zatímco transparentní skluznice o něco měkčí.

Aplikací skluzných vosků – byť těch nejtvrdších – dochází vždy ke snížení celkové tvrdosti povrchu skluznice. Po aplikaci skluzného vosku – primárně po aplikaci za tepla – vzniká na povrchu skluznice nová vrstva, kterou zpravidla označujeme jako skluzná vrstva, která je tvořena jakou si směsí či mosaikou základního materiálu skluznice (nano-vlásky na povrchu skluznice) na straně jedné a voskem usazeným či mechanicky zaklíněným mezi těmito nano-vlásky na straně druhé. Výsledná tvrdost této nové skluzné vrstvy je dána tvrdostí základního materiálu skluznice a tvrdostí aplikovaného vosku.

Ačkoli se pro studené abrazivní podmínky používají ty nejtvrdší syntetické vosky s dlouhými větvenými řetězci a s obsahem tvrdidel, tedy pevných látek omezujících pohyb pružných částí systému, je tvrdost vosků vždy nižší než tvrdost základního materiálu skluznice.

Oděruvzdornost

Oděruvzdornost vosků je rozhodující jak pro skluzné vlastnosti lyží za studených podmínek, tak pro životnost a ochranu skluznice. Zvláště za tvrdých a abrazivních podmínek, jako např. na studeném technickém sněhu nebo na ledovatém firnu, dochází při jízdě na lyžích k intenzivnímu oděru. Jak víme, za určitých podmínek dokonce překročí tvrdost sněhových zrn tvrdost skluznice. Pokud se z povrchu skluznice neodírají vosky, musí se – zcela přirozeně – odírat skluznice samotná.

O oděruvzdornosti vosků rozhoduje primárně to, jak silné mechanické vazby vzniknou mezi voskem skluznicí. O počtu a síle mechanických vazeb pak rozhoduje hustota a délka nano-vlásků na povrchu skluznice a délka a členitost molekulárních řetězců vosků. Dlouhé a husté nano-vlásky na povrchu skluznice a dlouhé a členité řetězce se do sebe mohou dobře „zaplést“ a propůjčit tak skluzné vrstvě značnou oděruvzdornost.

Pokud je navíc flexibilita pružných řetězců PE a vosků navíc omezena „vklíněnými“ pevnými částicemi tvrdidel, může oděruvzdornost dosahovat i mnoho desítek kilometrů.

Tepelná a elektrická vodivost

Polyetylen i vosky jsou elektrický a tepelný izolant: nevedou ani elektrickou energie ani teplo. Studené podmínky se vyznačují tím, že jsou tvrdé a suché. Teorie třecího tepla postulující přítomnost vodního filmu i za studených podmínek byla opakovaně vyvrácena. Mimo jiné také tím, že na povrchu skluznice vzniká za studených tvrdých podmínek elektrostatický náboj.

Elektrostatický náboj vzniká v důsledku suchého prostředí, ve kterém je nevodivý materiál, v našem případě polymer, smýkán po materiálu s velmi omezenou vodivostí (elektrická vodivost ledu prudce klesá s teplotou, při teplotách kolem - 20 stupňů Celsia se led chová prakticky jako izolant).

Elektrostatický náboj na povrchu skluznice je jedním z hlavních zdrojů tření za studených podmínek.

Výrobci lyží, skluznic i vosků se snaží elektrostatickému náboji na povrchu skluznice za studených podmínek předcházet tím, že se snaží do nevodivého polyethylenu integrovat vodivé složky, nejčastěji grafit – viz černé skluznice s přídavkem grafitu či grafému, vosky s přídavkem grafitu či molybdenu.

Oblost tvarů sněhových krystalů

Za studených zvláště krystalických podmínek jsou sněhové krystaly tvrdé, křehké a velmi ostré. Při skluzném pohybu lyže po sněhové pokrývce se krystaly dále lámou, čímž vznikají další ostré „špice“ a „nože“.

Skutečná kontaktní plocha mezi povrchem skluznice a povrchem sněhu je za těchto podmínek navíc velmi malá, zpravidla se jedná o zlomek celkové plochy skluznice, v důsledku čehož působí v tzv. kontaktních bodech relativně vysoký tlak, jelikož hmotnost lyžaře zůstává stále stejná.

Ostré tvrdé křehké sněhové krystaly na straně jedné a vysokých tlak v mikroskopických kontaktních místech mezi povrchem sněhu a skluznice způsobují, že sněhové krystaly mají tendenci se „zamačkávat“ do skluznice.

Pokud tento fenomén dále „podporujeme“ ostrou, členitou, komplexní strukturou s velkým množstvím složitých tvarů a detailů, střelili jsme se do vlastního kolena…

V čem je tedy problém?

Vosky spíše snižují tvrdost skluznice, bez přítomnosti tvrdidel je snížení tvrdosti markantní.

Oděru-vzdorné vosky s dlouhými větvenými řetězci špatně kloužou.

O vzniku elektrostatického náboje rozhoduje výhradně vlastní rozhraní mezi sněhem a skluznicí: pokud se vodivé složky nedostanou sem, jsou zbytečné.

Strukturu zalitou voskem je prakticky nemožné obnovit do původní podoby, zůstává více či méně zalitá voskem.

Dovětek: zvláštní, přesto podstatná skutečnost

Nelze však opomenout ještě jednu podstatnou skutečnost, která významným způsobem ovlivňuje kvalitu skluzu za studených podmínek a kterou je možné zlepšit pouze a jenom dodatečnou úpravou skluznice.

Touto okolností je hydrofobie. Může se to zdát zvláštní, ale je tomu tak. Ano, i za studených a velmi studených podmínek hraje hydrofobie, tedy vodoodpudivost povrchu skluznice, velmi významnou roli. Nyní si říkáte - stejně jako já - proč hydrofobie?! Vždyť jsme sáhodlouze vysvětlovali, že teorie třecího tepla je nesmysl (primárně v oblasti XC lyžování) a že žádný vodní film se za studených podmínek pod skluznicí ani nevytváří, ani nenachází. Pokud není pod skluznicí za studených podmínek žádná voda, tak proč hydrofobie?

Může to sice znít šíleně, ale mezimolekulární vazby mezi povrchem skluznice na straně jedné a povrchem sněhu, tedy vody v pevném skupenství na straně druhé, se vytvářejí stejně, nebo možná ještě pevnější než u mnohem pružnější molekulární mřížky vody v tekutém skupenství. Jediná výhoda studených podmínek je velmi malá až nicotná skutečná kontaktní plocha mezi skluznicí a sněhem, která se omezuje na tzv. kontaktní body o velikost v řádu cca 150 mikrometrů čtverečních, jejichž celková plocha nebude příliš větší než 1 % celkové plochy skluznice.

Mezimolekulární síly či interakce mezi sněhem, tedy ledem, tedy vodou v pevném skupenství na straně jedné, a skluznicí, jejíž povrch je tvořen na molekulární úrovni nano-vlásky, na straně druhé působí - Bohu dík - na minimální ploše.

Právě hydrofobie umí tyto mezimolekulární síly mezi oběma povrchy velmi účinně blokovat či omezovat. Ač to tedy zní bláznivě, je to právě také hydrofobie, která významně snižuje tření i za studených podmínek.