Wosk do nart - Ski wax

Wosk do nart

Zabytkowe woski narciarskie, kiedyś używane przez żołnierzy armii amerykańskiej . Od lewej do prawej to: wosk do chwytania w kanistrach (niebieski dla „suchego śniegu” i żółty dla „mokrego i kukurydzianego”) oraz parafinowy wosk poślizgowy .
Sektor (y) przemysłowy	Sprzęt i artykuły do ​​sportów zimowych
Główne technologie lub podprocesy	Tribology
Surowiec	Wosk parafinowy , żywice , fluorowęglowodory
Produkt (y)	Wosk do poślizgu, wosk do chwytania
Wiodące firmy	Brav Group ( Swix , Toko), Briko-Maplus, Dakine, Dominator, Hertel Wax , Holmenkol, Oneball, Purl, Rex, Rode, Skigo , Startex , Visti

Wosk narciarski to materiał nakładany na spód biegaczy śnieżnych, w tym nart , snowboardów i sanek , w celu poprawy ich współczynnika tarcia w różnych warunkach śniegowych . Dwa główne rodzaje wosku stosowane na nartach to woski ślizgowe i woski przyczepne. Zajmują się tarciem kinetycznym - które należy zminimalizować za pomocą wosku poślizgowego - i tarciem statycznym - które można osiągnąć za pomocą wosku do chwytania. Oba rodzaje wosku są zaprojektowane tak, aby pasowały do ​​różnych właściwości śniegu, w tym rodzaju i wielkości kryształów oraz zawartości wilgoci na powierzchni śniegu, która zmienia się w zależności od temperatury i historii temperatury śniegu. Poślizg wosk wybrany w celu zminimalizowania tarcia zarówno Alpine i biegowego jazdy. Wosk Grip (zwany także „woskiem do kopania”) zapewnia przyczepność na śniegu dla narciarzy biegowych, gdy poruszają się do przodu techniką klasyczną .

Nowoczesne tworzywa sztuczne (np. Polietylen o wysokim module sprężystości i teflon), stosowane w bazach nart, mają doskonałe właściwości ślizgowe na śniegu, co w wielu przypadkach obniża wartość dodaną wosku poślizgowego. Podobnie, jednokierunkowe tekstury (np. Rybia łuska lub włos w mikroskali) pod stopami na nartach biegowych mogą stanowić praktyczny substytut dla wosku przyczepnego dla tych narciarzy, wykorzystując technikę klasyczną .

Historia

Szwedzki zawodnik narciarski, Martin Matsbo , był pionierem w rozwoju nowoczesnych wosków do nart biegowych.

Johannes Scheffer w Argentoratensis Lapponiæ (Historia Laponii) w 1673 r. Podał prawdopodobnie pierwszą zapisaną instrukcję nakładania wosku narciarskiego. Poradził narciarzom, aby używali smoły sosnowej i kalafonii. Woskowanie nart zostało również udokumentowane w 1761 r. W 1733 r. Norweski pułkownik Jens Henrik Emahusen opisał stosowanie smoły. W latach czterdziestych XVIII wieku Lapończycy używali żywicy i łoju pod nartami na piśmie.

Począwszy od około 1854 roku, górnicy gorączki złota w Kalifornii organizowali wyścigi zjazdowe na nartach. Odkryli również, że bazy posmarowane dopalaczami warzonymi ze związków roślinnych i / lub zwierzęcych pomagają zwiększyć prędkość jazdy na nartach. Doprowadziło to do powstania pierwszych komercyjnych wosków do nart (mimo że w ogóle nie zawierały wosku), takich jak Black Dope i Sierra Lighting ; oba składały się głównie z oleju spermy, oleju roślinnego i paku sosnowego. Jednak niektórzy zamiast tego używali wosku parafinowego, który topił się na podstawach nart, i te działały lepiej w chłodniejszych warunkach.

Smoła sosnowa na drewnianych podstawach nart okazała się skuteczna w używaniu nart jako środka transportu na przestrzeni wieków, ponieważ wypełnia pory drewna i tworzy hydrofobową powierzchnię, która minimalizuje zasysanie wody w śniegu, ale ma wystarczającą szorstkość, aby umożliwić przyczepność do ruchu do przodu. W latach dwudziestych i trzydziestych XX wieku europejskie firmy opracowały nowe lakiery jako całoroczne bazy narciarskie. Znaczącym postępem w wyścigach terenowych było wprowadzenie klisterów, zapewniających dobrą przyczepność na ziarnistym śniegu, zwłaszcza w warunkach wiosennych; Klister został wynaleziony i opatentowany w 1913 roku przez Petera Østbye . Na początku lat czterdziestych szwedzka firma chemiczna, której doradzał Martin Matsbo , olimpijski narciarz biegowy , rozpoczęła opracowywanie wosków na bazie ropy naftowej, wykorzystujących parafinę i inne domieszki. Do 1952 roku takie znane marki jak Toko, Swix i Rex dostarczały szereg wosków oznaczonych kolorami i dostosowanych do temperatury.

W ostatnim ćwierćwieczu XX wieku badacze zajęli się podwójnymi problemami wody i zanieczyszczeń przylegających do nart w warunkach wiosennych. Terry Hertel zajął się obydwoma problemami, najpierw z nowym zastosowaniem środka powierzchniowo czynnego, który oddziałuje z matrycą woskową w taki sposób, aby skutecznie odpychać wodę, produkt wprowadzony w 1974 roku przez Hertel Wax . Firma Hertel opracowała również pierwszy produkt z fluorocarbonu i pierwszy wiosenny wosk, który odpycha i sprawia, że ​​powierzchnia bieżni jest gładka na wiosenne narty alpejskie i snowboard. Technologia ta została wprowadzona na rynek w 1986 roku przez firmę Hertel Wax. W 1990 roku Hertel złożył wniosek o patent w Stanach Zjednoczonych na „wosk narciarski do użytku z nartami ze spiekanego śniegu”, zawierający parafinę, wosk utwardzający, około 1% per-fluoroeterodiolu i 2% środka powierzchniowo czynnego SDS. Znaki towarowe wosków Hertel to Super HotSauce, Racing FC739, SpringSolution i White Gold. W latach 90. główny chemik Swix, Leif Torgersen, znalazł dodatek wosku poślizgowego, który odpycha pyłki i inne zanieczyszczenia śniegu - problem z woskami o miękkiej przyczepności podczas wyścigów długodystansowych - w postaci fluorowęglowodoru, który można prasować w podstawie nart. Rozwiązanie zostało oparte na pracy Enrico Traverso z Enichem SpA , który opracował proszek fluorowęglowodorowy o temperaturze topnienia zaledwie kilka stopni poniżej temperatury topnienia spiekanego polietylenu , opatentowany we Włoszech jako „smar narciarski zawierający wosk parafinowy i związki węglowodorowe zawierające segment perfluorowęglowodorowy ”.

Nauka o ślizganiu się po śniegu

Koncepcyjne przedstawienie tarcia ślizgowego po śniegu, jako funkcji grubości filmu wodnego, powstającego podczas przejazdu narty lub innego ślizgacza po powierzchni śniegu.

Zdolność narty lub innego biegacza do ślizgania się po śniegu zależy zarówno od właściwości śniegu, jak i nart, aby zapewnić optymalną ilość smarowania z topnienia śniegu przez tarcie o nartę - za mało i narta oddziałuje z twardym śniegiem kryształy, zbyt dużo i kapilarne przyciąganie roztopionej wody opóźnia jazdę na nartach.

Tarcie

Zanim narta będzie mogła się ślizgać, musi pokonać maksymalną wartość tarcia statycznego , dla kontaktu narty ze śniegiem, gdzie jest współczynnikiem tarcia statycznego i jest normalną siłą narty na śniegu. Tarcie kinetyczne (lub dynamiczne) występuje, gdy narta porusza się po śniegu. Współczynnik tarcia kinetycznego jest mniejszy niż współczynnik tarcia statycznego zarówno dla lodu, jak i śniegu. Siła potrzebna do ślizgania po śniegu jest iloczyn współczynnika tarcia i kinetyczne siły normalnej: . Zarówno statyczne, jak i kinetyczne współczynniki tarcia rosną wraz z niższymi temperaturami śniegu (dotyczy to również lodu). ${\ Displaystyle F_ {max} = \ mu _ {\ mathrm {s}} F_ {n} \,}$${\ displaystyle \ mu _ {\ mathrm {s}}}$${\ Displaystyle F_ {n} \,}$${\ displaystyle \ mu _ {\ mathrm {k}}}$${\ Displaystyle F_ {k} = \ mu _ {\ mathrm {k}} F_ {n} \,}$

Właściwości śniegu

Płatki śniegu mają różnorodne kształty, nawet gdy spadają; wśród nich są: sześcioboczne dendryty przypominające gwiazdę , sześciokątne igły, płytki krwi i lodowate granulki. Gdy śnieg nagromadzi się na ziemi, płatki natychmiast zaczynają ulegać przemianie (zwanej metamorfozą ) pod wpływem zmian temperatury, sublimacji i działania mechanicznego. Zmiany temperatury mogą wynikać z temperatury otoczenia, promieniowania słonecznego, wody deszczowej, wiatru lub temperatury materiału pod warstwą śniegu. Działanie mechaniczne obejmuje wiatr i zagęszczanie. Z biegiem czasu masowy śnieg ma tendencję do konsolidacji - jego kryształy ulegają skróceniu w wyniku rozpadu lub utraty masy w wyniku sublimacji bezpośrednio ze stanu stałego do gazu oraz podczas zamrażania i rozmrażania, powodując łączenie ich w gruboziarniste i ziarniste kryształki lodu. Colbeck informuje, że świeży, zimny i sztuczny śnieg oddziałuje bardziej bezpośrednio na podstawę nart i zwiększa tarcie, co wskazuje na użycie twardszych wosków. I odwrotnie, starsze, cieplejsze i gęstsze śniegi mają mniejsze tarcie, częściowo z powodu zwiększonej wielkości ziaren, co lepiej sprzyja tworzeniu się filmu wodnego i gładszej powierzchni kryształków śniegu, dla których wskazane są bardziej miękkie woski.

• 

  Dendrytyczny płatek śniegu - fotografia wykonana przez Wilsona Bentleya .

• 

  Płytki krwi i igły, dwie alternatywne formy płatków śniegu.

• 

  Świeży, suchy śnieg z nowo utworzonymi wiązaniami, z widoczną granicą ziaren (u góry po środku).

• 

  Skup ziaren lodu w mokrym śniegu o niskiej zawartości cieczy - zakres kryształków ziaren od 0,5 do 1,0 mm.

Właściwości cierne nart

Colbeck oferuje przegląd pięciu procesów tarcia nart na śniegu. Są to: 1) odporność na odrywanie śniegu z drogi, 2) odkształcenie śniegu, po którym jedzie narta, 3) smarowanie nart cienką warstwą stopionej wody, 4) kapilarne przyciąganie wody w śniegu do dna nart, oraz 5) zanieczyszczenie śniegu kurzem i innymi antypoślizgowymi elementami. Orka i deformacja dotyczą interakcji narty jako całości ze śniegiem i są pomijalne na twardej nawierzchni. Smarowanie, kapilarne przyciąganie i zanieczyszczenie to problemy związane z dnem nart i woskiem, który jest nakładany w celu zmniejszenia tarcia ślizgowego lub uzyskania odpowiedniej przyczepności.

Zazwyczaj ślizgająca się narta topi cienką i przejściową warstwę nawilżającej warstwy wody, spowodowaną ciepłem tarcia między nartą a śniegiem podczas jej przechodzenia. Colbeck sugeruje, że optymalna grubość warstwy wodnej mieści się w zakresie od 4 do 12 ľ m . Jednak ciepło wytwarzane przez tarcie może zostać utracone przez przewodzenie do zimnej narty, zmniejszając w ten sposób wytwarzanie stopionej warstwy. Z drugiej strony, gdy śnieg jest mokry i ciepły, wytwarzanie ciepła tworzy grubszą warstwę, która może powodować zwiększony opór kapilarny na dnie narty. Kuzmin i Fuss sugerują, że najkorzystniejsze połączenie właściwości materiału bazowego nart w celu zminimalizowania tarcia poślizgu nart na śniegu obejmuje: zwiększoną twardość i obniżoną przewodność cieplną materiału podstawowego w celu promowania tworzenia się stopionej wody do smarowania, odporność na zużycie w zimnym śniegu i hydrofobowość w celu zminimalizowania zasysanie kapilarne. Te atrybuty są łatwo osiągalne na bazie PTFE , co zmniejsza wartość dodaną przez woski poślizgowe. Lintzén twierdzi, że czynniki inne niż wosk są znacznie ważniejsze w zmniejszaniu tarcia na nartach biegowych - krzywizna nart i warunki śniegowe.

Wosk poślizgowy

Wosk ślizgowy można nakładać na narty alpejskie, deski snowboardowe, narty łyżwowe, narty klasyczne, narty biegowe i narty skitourowe. Tradycyjne woski zawierają stałe węglowodory. Wysokowydajne woski „fluorowęglowodorowe” zawierają również fluor, który zastępuje pewną część atomów wodoru w węglowodorach atomami fluoru w celu uzyskania niższych współczynników tarcia i wysokiej hydrofobowości niż czysty wosk węglowodorowy. Wosk jest dostosowany do twardości, aby zminimalizować tarcie ślizgowe w zależności od właściwości śniegu, które obejmują:

• Wiek : odzwierciedla metamorfozę kryształków śniegu, które są ostre i dobrze zdefiniowane, gdy są nowe, ale z wiekiem ulegają złamaniu lub ścięciu pod wpływem wiatru lub zaokrągleniu w granulki lodu podczas zamrażania i rozmrażania, co wpływa na współczynnik tarcia narty.
• Wilgotność : procent masy, który jest wodą w stanie ciekłym i może powodować tarcie przy ssaniu o podstawę narty podczas zjeżdżania.
• Temperatura : wpływa na łatwość, z jaką tarcie ślizgowe może stopić kryształki śniegu na styku nart ze śniegiem.

Nieruchomości

Różnorodne woski poślizgowe są dostosowane do określonych zakresów temperatur i innych właściwości śniegu o różnej twardości wosku i innych właściwościach, które mają na celu odpychanie wilgoci i brudu. Twardość wosku poślizgowego wpływa na topnienie śniegu, smarując jego przejście po powierzchni oraz jego zdolność do unikania zasysania roztopionej wody w śniegu. Zbyt mało topnienia i ostre krawędzie kryształków śniegu lub zbyt duża siła ssania utrudniają jazdę na nartach. Punkt krytyczny pomiędzy dominującym rodzajem kryształu a tarciem ślizgowym a zawartością wilgoci występuje w okolicach -3 ° C (26 ° F). Twardsze woski są przeznaczone do zimniejszych, suchszych lub bardziej ściernych warunków śniegowych, podczas gdy bardziej miękkie woski mają niższy współczynnik tarcia, ale łatwiej ścierają się. Formuły wosku łączą trzy rodzaje wosku w celu dostosowania współczynnika tarcia i trwałości. Od twardych do miękkich, obejmują woski syntetyczne z 50 lub więcej atomami węgla, woski mikrokrystaliczne z 25 do 50 atomami węgla i woski parafinowe z 20 do 35 atomami węgla. Dodatki do takich wosków obejmują grafit , teflon , krzem , fluorowęglowodory i molibden, które poprawiają poślizg i / lub zmniejszają gromadzenie się brudu.

Podanie

Wosk Glide można nakładać na zimno lub na gorąco. Zastosowania na zimno obejmują pocieranie twardego wosku, takiego jak kredka, nakładanie wosku w płynie lub wosku w sprayu. Gorące nakładanie wosku obejmuje użycie ciepła z żelazka, lampy na podczerwień lub pieca „gorącej skrzynki”.

Materiał bazowy

Rolą wosku poślizgowego jest dostosowanie i poprawa właściwości ciernych podłoża nart do oczekiwanych właściwości śniegu, które można napotkać w spektrum od zimnego, krystalicznego śniegu do nasyconego, ziarnistego śniegu. Nowoczesne bazy narciarskie często są wykonane z polietylenu o ultrawysokiej masie cząsteczkowej (UHMWPE) . Kuzmin twierdzi, że PE UHMW jest nieporowaty i nie zatrzymuje ani wosku, ani wody, więc nie ma możliwości wypełniania porów; ponadto zapewnia, że ​​PE UHMW jest bardzo hydrofobowy, co oznacza, że ​​mokry śnieg nie opóźnia dostatecznie narty, a wosk poślizgowy zapewnia niewielką dodatkową zdolność odpychania wody. Zauważa, że ​​przezroczyste bazy są trwalsze i bardziej hydrofobowe niż te z zawartością węgla. Ten sam autor twierdzi, że tekstura jest ważniejsza niż chemia powierzchni, aby uzyskać optymalną równowagę między zbyt suchą (nie dość śliską) a zbyt mokrą nawierzchnią (narty narażone na siły ssące). W ciepłym, wilgotnym śniegu tekstura może pomóc przełamać opóźniające przyciąganie kapilarne między podstawą nart a śniegiem. Giesbrecht zgadza się, że niski kąt zwilżania podstawy nart jest kluczowy, a także podkreśla znaczenie stopnia chropowatości powierzchni w skali mikrometrowej jako funkcji temperatury śniegu - zimny śnieg sprzyja gładszej nawierzchni, a wilgotniejszy, cieplejszy śnieg sprzyja teksturowanej powierzchni. Niektórzy autorzy kwestionują konieczność stosowania jakichkolwiek wosków poślizgowych na nowoczesnych bazach narciarskich.

Wosk do chwytania

Pojemnik z niemieckim woskiem do rączek

Radziecki Visti (Висти) - markowe klistry, klasyfikowane według koloru i zakresu temperatur.

Narciarze biegowi używają wosku zapewniającego przyczepność (zwanego również „woskiem do kopania ”) w woskowych nartach w stylu klasycznym, aby zapewnić przyczepność z tarciem statycznym na śniegu, które pozwala im poruszać się do przodu na płaskich i wzniesieniach. Są one nakładane w obszarze pod stopą narciarza i rozciągają się nieco do przodu, co jest utworzone przez wygięcie nart klasycznych, zwane „strefą przyczepności” (lub „strefą kopnięcia”). Obecność cambera pozwala nartom na chwytanie śniegu, gdy ciężar spoczywa na jednej nartach, a narty są w pełni wygięte, ale minimalizują opór, gdy narty są równomiernie obciążone, a zatem są mniej niż w pełni wygięte. Woski Grip są przeznaczone do określonych zakresów temperatur i rodzajów śniegu; Prawidłowo dobrany wosk przyczepny nie zmniejsza znacząco poślizgu nart, które mają pochylenie odpowiednie do wagi narciarza i warunków śniegowych. Do wosku do chwytania używane są dwie substancje: twardy wosk i klister.

• Wosk twardy : tradycyjna substancja na bazie wosku parafinowego z domieszkami - do śniegu zawierającego kryształy, które są stosunkowo nienaruszone i nie ulegają istotnej zmianie w wyniku pakowania lub zamrażania i rozmrażania . Domieszki, które zawierają barwnik, gumę, kalafonię, żywicę i kalafonię , dostosowują twardość wosku, aby dostosować jego przyczepność do określonych, dyskretnych zakresów temperatur (od około -25 ° F do + 35 ° F); woski są klasyfikowane i kodowane kolorami zgodnie z tymi zakresami temperatur. Woski o twardszej przyczepności są przeznaczone do niskich temperatur śniegu, ale słabo trzymają się w wysokich temperaturach. I odwrotnie, bardziej miękkie woski w niskich temperaturach powodują tarcie i topienie na tyle, że warstwa stopionej warstwy może się gromadzić i sprzyjać odkładaniu się zamarzniętego śniegu.

• Klister : lepka maść, która może zawierać kombinację kalafonii, wosków, rozpuszczalników i tłuszczów - z formułą dostosowaną do śniegu, który zawiera gruboziarniste kryształy, które zostały przetworzone przez zamrażanie-rozmrażanie lub dmuchane przez wiatr i dostosowane do określonych zakresów temperatur . Klister w sprayu jest wygodniejszy niż klister nakładany z tuby. Nieprawidłowe dopasowanie klisterów do warunków śniegowych może również powodować oblodzenie.

Niektóre narty są „bez wosku”, mają rybią łuskę lub inną teksturę, która zapobiega ślizganiu się nart do tyłu. Alpiniści używają tymczasowo przyklejonych fartuchów wspinaczkowych, aby zapewnić przyczepność pod górę, ale zazwyczaj usuwają je podczas zejścia.

• 

  Topi się wosk poślizgowy na nartach łyżwowych, które mają być prasowane i gładkie.

• 

  Nakładanie wosku na narty biegowe do klasycznych nart biegowych za pomocą pojemnika z woskiem, jak pokazano na lewym pierwszym planie.

• 

  Wygładzanie wosku na nartach biegowych do stylu klasycznego przy użyciu ręcznego „korka”, podobnie jak element oznaczony „Swix” na prawym pierwszym planie.

Rozpuszczalniki woskowe

Wosk można rozpuścić za pomocą niepolarnych rozpuszczalników, takich jak spirytus mineralny . Jednak niektóre dostępne w handlu rozpuszczalniki woskowe są wytwarzane z olejku cytrusowego , który jest mniej toksyczny, trudniejszy do zapalenia i delikatniejszy dla podstawy nart.

Skutki zdrowotne i środowiskowe

Zdrowie

Wosk narciarski może zawierać substancje chemiczne o potencjalnym wpływie na zdrowie, w tym substancje per- i polifluoroalkilowe (PFAS). Wykazano, że poziomy perfluorowanych kwasów karboksylowych , zwłaszcza kwasu perfluorooktanowego (PFOA) , wzrosły u techników woskowania nart w sezonie narciarskim.

Środowisko

Podczas jazdy na nartach tarcie między śniegiem a nartami powoduje ścieranie wosku i pozostawanie w pokrywie śnieżnej do wiosennych roztopów. Następnie roztopiony śnieg spływa do zlewni, strumieni, jezior i rzek, zmieniając w ten sposób chemię środowiska i łańcuch pokarmowy. PFAS w wosku do nart są odporne na ciepło, stabilne chemicznie i biologicznie, a tym samym trwałe dla środowiska. Wykazano, że gromadzą się w zwierzętach obecnych w ośrodkach narciarskich. Międzynarodowa Federacja Narciarska (FIS) ogłosiła wprowadzenie zakazu PFASs woskach we wszystkich konkurencyjnych dyscyplinach narciarskich od sezonu zimowego 2020/21.

Bibliografia

Dalsza lektura

• Brady, M. Michael; Torgersen, Leif (2001). Woskowanie i pielęgnacja nart i desek snowboardowych . Wilderness Press. ISBN   9780899973036 .
• Brown, Nat (1999). Kompletny przewodnik po przygotowaniu nart biegowych . Książki alpinistów. p. 140. ISBN   9780898866001 .
• Masia, Seth (kwiecień 1989). Konserwacja i naprawa nart alpejskich (poprawiona red.). Książki współczesne. ISBN   978-0809247189 .