Из чего это сделано...

Александр ВЕРТЫШЕВ

Этот материал для тех, кто разбирал в детстве свои игрушки, чтобы посмотреть, что у них внутри, или для тех, кому интересно, из чего сделаны современные лыжные смазки, почему они работают по-разному, и чем друг от друга отличаются. Источником послужили несколько статей из Интернета. Частично они повторяют друг друга, поэтому здесь оставлена полезная (по мнению переводчика) информация без лишней "воды". Однако большая часть взята с сайта http://www.sierranordic.com/archives/tech_tip_four.html. Автор, Ноэль Чароннат (Noel Charonnat) любезно разрешил нам использовать эти материалы при публикации в "Л.С.". Но для начала - несколько слов об авторе. Мы попросили его написать пару слов о себе, и вот что он написал нам.

ОТКУДА?

Ноэль Чароннат

Я живу в маленьком городке Сода Спрингс (Soda Springs), в Калифорнии, США. Городок этот находится в горах Сьерра Невада около озера Тахо, примерно в 3 часах езды от Сан-Франциско. Магазин "Sierra Nordic" расположен неподалёку от курорта беговых лыж "Royal Gorge" - крупнейшего местечка для занятий беговыми лыжами в Северной Америке, где находится 325 км подготовленных беговых трасс. Поблизости от "Royal Gorge" находится еще шесть курортов беговых лыж. В марте 2002 года здесь будет проводиться открытый Национальный чемпионат США среди ветеранов. Также в "Royal Gorge" ежегодно проводится марафон "Gold Rush", который будет частью этого чемпионата.

КВАЛИФИКАЦИЯ?

За исключением школьных команд, в Америке очень мало других команд или клубов. Большинство лыжников участвуют в гонках как индивидуалы, тренируются и ездят на гонки с друзьями или поодиночке. Я раньше участвовал в соревнованиях ветеранов, но теперь магазин отнимает слишком много времени. Поэтому я катаюсь на лыжах только для удовольствия (впрочем, мы все это делаем именно для удовольствия!). Кроме этого, я занимался велосипедным спортом (как спортсмен, тренер, директор гонок, и как велотурист). У меня есть научная степень в клеточной биологии (университет Беркли в Калифорнии), за которой стоит несколько лет химических исследований.

КАК ПОЯВИЛСЯ ЭТОТ САЙТ?

Я открыл магазин "Sierra Nordic" в 1985 году. Интернет-сайт появился 4 года назад. Посетителей на сайте много, но мы их не считаем. Еженедельно мы делаем e-mail-рассылку подписчикам с новостями, включающими отчет о погоде на курорте и состоянии снега, технические рекомендации и дискуссии о смазке, инструментарии, катании на лыжах, обзоры лыжного инвентаря и т.п. Мы также планируем с будущего сезона принимать заказы через Интернет. Но большинство наших покупателей (со всей страны) либо приезжает к нам, либо звонит. "Sierra Nordic" считается одним из лучших в США среди магазинов, торгующих экипировкой для беговых лыж. Мы торгуем только экипировкой для беговых лыж, в основном для свободного стиля и продаем топ-модели классических лыж.

ЧТО КРОМЕ?

У меня также есть туристский бизнес "Alpine Adventure Tours" (Туры горных приключений) - велосипедные туры и туры для любителей беговых лыж.(см. сайт www.AlpineAdventureTours.com)
Мы организуем велосипедные туры по Франции и Италии, а также туры для любителей беговых лыж в Австрии.

P.S. переводчика: в конце своих писем ко мне Ноэль обычно прибавляет фразу: "The secret of life is enjoying the passing of time." ("Секрет жизни - в наслаждении течением времени").

Александр Вертышев, редактор перевода

Сначала повторим известное, чтобы при рассмотрении дальнейшей информации отталкиваться от самых общих принципов, и держать их в голове.
Когда лыжа двигается по снегу, снежные кристаллы плавятся в точке контакта со скользящей поверхностью, и лыжа скользит на тонкой пленке воды в каждой точке контакта.

-3

Идеальная температура для скольжения -3 градуса Цельсия. Когда температура понижается, начинает преобладать сухое скольжение. Когда температура становится выше -3 градусов, начинает образовываться слишком много воды под лыжей, и усиливается капиллярное притяжение между лыжей и водой на поверхности снега.

Холодный снег

Скольжение также зависит от структуры снега. В зависимости от погодных условий снег может быть влажным, мокрым, сухим, новым, старым, порошкообразным, покрыт ледяной коркой и так далее.

Теплее -3

Каждый тип снега по-своему взаимодействует со скользящей поверхностью лыжи. Поэтому скользящая поверхность лыжи (база) сделана из такого материала, который можно приспособить к различным погодным условиям, просто нанося соответствующую смазку.

СКОЛЬЗЯЩАЯ ПОВЕРХНОСТЬ (БАЗА).

Все производители для гоночных моделей лыж применяют твердые скользящие поверхности из пластика с высоким молекулярным весом. Твердость защищает базу от агрессивного снега, пористая структура позволяет впитывать больше смазки. Пластик современных лыж сделан из полиэтилена со специальными добавками (графит, фторуглероды), который полимеризуется в кристаллическую структуру при высокой температуре и под давлением. Такой процесс называется спеканием (sintering). Между химически и физически соединенными кристаллами остаются поры и области, заполненные некристаллическим (аморфным) полиэтиленом и графитовыми частицами.

схематичный рисунок спеченной базы

Хорошая лыжная база содержит до 8% графита внутри полостей кристаллической структуры полиэтилена. Графит снижает статический электрический заряд, и, соответственно, электрическое притяжение между базой и снегом. Графит также хорошо проводит тепло, производимое трением базы о снег. Он отводит его внутрь лыжи, что при теплых условиях снижает избыточное образование воды в точках контакта, минимизируя капиллярное притяжение. Одна из причин того, что производители делают на носке лыжи участок скользящей поверхности без графита, это стремление инициировать на носке лыжи достаточную для оптимального скольжения водяную пленку. А графит в остальной части базы не даст образоваться излишкам воды.

После циклевания и нанесения структуры база должна быть немедленно пропитана парафином, чтобы предотвратить ее окисление. Для первой смазки новых лыж должен использоваться чистый парафин без добавок силикона, графита или фторорганики. Мягкий парафин впитывается в поры базы, покрывая поверхность полиэтиленовых волокон (кристаллического полиэтилена) и смешиваясь с аморфным полиэтиленом и графитовыми частицами (в черных базах), находящимися между кристаллами полиэтилена. Парафин и аморфный полиэтилен имеют близкую температуру плавления, и смешиваются очень хорошо, поэтому новые лыжи требуют немало парафина, который должен добавляться по мере впитывания в базу.

СМАЗКИ СКОЛЬЖЕНИЯ.

В России термины "смазка скольжения" и "парафин" применительно к лыжам в значительной мере смешались. Чаще всего слово "парафин" как раз и понимается как лыжная смазка. В англоязычных материалах для обозначения смазки чаще используется термин wax (воск). А термин парафин используется в основном для обозначения химического соединения. Имейте это в виду при чтении следующего раздела.(Примечания переводчика).

Обычные лыжные смазки сделаны в основном из углеводородов. Молекулы углеводородов имеют вид длинных цепочек атомов углерода. К каждому атому углерода в такой цепочке присоединено несколько атомов водорода, поэтому такие соединения и называются углеводородами. В современных лыжных смазках используется три вида углеводородов, смешивая которые, получают обычные смазки с различными свойствами. Это парафины, микрокристаллины и синтетические смазки.

Парафины

- это относительно мягкие углеводороды, состоящие из линейных цепочек длиной от 20 до 35 атомов углерода. Они обеспечивают низкие коэффициенты трения и хорошо скользят по снежным кристаллам. Однако парафины не обладают достаточной механической прочностью и разрушаются под давлением.

Микрокристаллины

- это ветвистые углеводороды, содержащие от 25 до 50 атомов углерода. Они имеют более высокий коэффициент трения, чем парафины, но зато более пластичны, упруги и поэтому лучше переносят давление. Парафины и микрокристаллины получают из нефти. Они являются основными компонентами лыжных смазок.
Смазки, предназначенные для теплых погодных условий, состоят из смеси мягких парафинов и микрокристаллина. Они имеют низкий коэффициент трения и легко скользят по округленным снежным кристаллам, отталкивая воду лучше, чем твердые смазки. Холодный снег, особенно свежевыпавший, состоит из острых кристаллов, которые легко проникают в мягкую смазку и тормозят лыжу. Поэтому смазки для холодного снега содержат парафины и микрокристаллины с более длинными цепочками атомов углерода. Они тверже и поэтому лучше сопротивляются проникновению острых снежных кристаллов.

Синтетические смазки

- это третий тип углеводородов, использующихся в производстве лыжных смазок. Они представляют собой слегка ветвистые цепочки атомов углерода, состоящие из 50 и более атомов. Они очень твердые и хрупкие, и используются как отвердители для парафиновых смазок.

Синтетические смазки

   Зеленый START - отличный пример смазки, содержащей синтетические компоненты. Смазки для очень холодного снега защищают лыжную базу, отшелушиваясь по мере проникновения в них снега. К синтетическим смазкам также относится полиэтиленовая или "пластиковая" смазка.
   Мягкие парафины лучше впитываются в поры и смешиваются с аморфным полиэтиленом. Твердые синтетические и пластиковые смазки поглощаются хуже. Но если многократно нанести мягкий парафин, то после этого твердые смазки начнут впитываться намного легче, будут оставаться в базе и дольше не снашиваться. Начиная смазку с нескольких слоев мягкого парафина, вы обеспечите лучшее проникновение погодных твердых парафинов.
   Кроме углеводородных компонентов в состав лыжных смазок включаются различные добавки, улучшающие их свойства. Графитовые добавки в смазках увеличивают содержание графита в порах на поверхности базы. Оксиды металлов повышают износоустойчивость. Фторуглероды снижают трение и прекрасно отталкивают воду и грязь.
   Разработки лыжных фторуглеродных смазок начались в 80-х годах. Фторуглероды отличаются от углеводородов тем, что все атомы водорода замещены в них атомами фтора. Фтор имеет плотный слой электронов вокруг ядра и является самым электроотрицательным элементом. Атом кислорода в молекуле воды также имеет плотный слой электронов. Фторуглеродные смазки хорошо работают благодаря взаимному отталкиванию атомов фтора и кислорода. Важно помнить, что фторуглероды отталкивают только воду, находящуюся в жидком состоянии. Холодный снег содержит меньшее количество "свободной воды" (жидкости вокруг снежных кристаллов) чем теплый, поэтому фторуглероды лучше работают на мокром теплом снеге или на холодном снеге при высокой влажности.

Фторуглерод

Первым фторуглеродом, использовавшимся в лыжных смазках в качестве добавки, был тефлон, (PTFE - политетрафторэтилен). В дополнение к своим водоотталкивающим свойствам, тефлон известен как превосходная твердая смазка, имеющая один из самых низких коэффициентов трения среди всех известных. К сожалению, тефлон имеет малую механическую прочность и не выдерживает воздействия холодного агрессивного снега. К тому же молекула тефлона состоит из более 500 атомов углерода, и поэтому имеет высокую температуру плавления, намного выше, чем полиэтиленовые базы. Так что он не может использоваться как традиционные лыжные смазки, вплавляемые в поры скользящей поверхности. Он в основном применяется в поверхностных смазках или используется в гоночных смазках и добавках, опять же оставаясь на поверхности лыжи. Примерами таких смазок могут служить Maxiglide (жидкая, паста и порошок), Swix F4, Ski-Go 280, Star C2.
В конце 80-х компании, выпускающие лыжные смазки, начинают использовать фторорганическую технологию, первоначально разработанную для покрытия днища лодок и кораблей. Swix Cera-F была первой коммерчески доступной смазкой такого рода. Технически такие смазки известны как перфторуглероды, то есть углеводороды, в которых все атомы водорода замещены атомами фтора. Длина молекулы перфторуглерода не превышает 20 атомов углерода, в отличие от тефлона. Из-за небольшого размера молекул такие смазки имеют невысокую температуру плавления и могут наноситься с помощью утюга без повреждения базы. (Когда вы видите надпись 100% FLUOR, то это означает, что смазка состоит из чистых фторуглеродов, а не чистого фтора - Примечание переводчика).

Перфторуглерод

   Преимущество фторорганических смазок в их высокой водоотталкиваемости, очень низком коэффициенте трения, и в способности отталкивать частицы грязи, в основном имеющие отрицательный заряд. Также хорошо они отталкивают машинное масло, остающееся после укатывающих трассу машин, и воскоподобную пыльцу деревьев. Поэтому такие смазки особенно хороши весной, когда снег становится влажным и грязным.
   К сожалению, производство фторорганических соединений очень сложное и дорогостоящее. В мире есть всего несколько заводов и лабораторий, производящих эти соединения из исходного сырья. Компании, производящие лыжные смазки, сами не производят фторорганику, а покупают ее на одних и тех же заводах.
   Как парафины и тефлон, фторуглеродные смазки также не обладают достаточной механической прочностью, холодные снежные кристаллы легко проникают в них. Поэтому они тормозят при низких температурах и низкой влажности. Свойства фторуглеродов можно изменять, меняя структуру углеродной цепочки молекул. Кроме того, меняется их процентное содержание в составе смазки. Это позволяет разрабатывать фторуглеродные добавки для различного снега и температурных условий, что объясняет наличие на рынке различных типов F-порошков и ускорителей. За последние годы были разработаны различные структуры фторуглеродных смазок, часто включающие атомы других элементов для повышения механической прочности и расширения температурного диапазона. Например, итальянская фирма STAR имеет 8 различных составов фторуглеродных смазок (F1 - порошок и брикет, F2 - порошок и брикет, F3, ускорители серии DICE - 3 вида).

Часть II