Skiwachs - Ski wax

Skiwachs
Winterskiwachs - Fort Devens Museum - DSC07132.JPG
Vintage Ski - Wachsen, einmal in gebrauchtem US - Armee Skitruppen . Von links nach rechts sind: Griffwachse in Kanistern (blau für "Trockenschnee" und gelb für "Nass- und Maisschnee") und ein Paraffin- Gleitwachs .
Industriesektor (en) Wintersportausrüstung und Zubehör
Haupttechnologien oder Teilprozesse Tribologie
Ausgangsmaterial Paraffinwachs , Harze , Fluorkohlenwasserstoffe
Produkte) Gleitwachs, Griffwachs
Führende Firmen Brav-Gruppe ( Swix , Toko), Briko-Maplus, Dakine, Dominator, Hertel-Wachs , Holmenkol, Oneball, Purl, Rex, Ritt , Skigo, Startex, Visti

Skiwachs ist ein Material, das auf den Boden von Schneeläufern, einschließlich Skiern , Snowboards und Rodeln , aufgetragen wird, um deren Reibungskoeffizienten unter verschiedenen Schneebedingungen zu verbessern . Die beiden Hauptwachsarten, die auf Skiern verwendet werden, sind Gleitwachse und Griffwachse. Sie befassen sich mit kinetischer Reibung - die mit einem Gleitwachs minimiert werden soll - und statischer Reibung - die mit einem Griffwachs erreicht werden soll. Beide Wachssorten sind so konzipiert, dass sie auf die unterschiedlichen Eigenschaften des Schnees abgestimmt sind, einschließlich Kristalltyp und -größe sowie Feuchtigkeitsgehalt der Schneeoberfläche, die mit der Temperatur und dem Temperaturverlauf des Schnees variieren. Gleitwachs wird ausgewählt, um die Gleitreibung sowohl beim alpinen als auch beim Langlauf zu minimieren . Grip Wax (auch "Kick Wax" genannt) bietet Langlauftraktion für Langläufer, die mit klassischer Technik vorwärts schreiten .

Moderne Kunststoffmaterialien (z. B. Polyethylen mit hohem Modul und Teflon), die auf Skibasen verwendet werden, weisen auf Schnee hervorragende Gleiteigenschaften auf, die unter vielen Umständen den Mehrwert eines Gleitwachses verringern. Ebenso können unidirektionale Texturen (z. B. Fischschuppen oder Haare im Mikromaßstab) unter den Füßen auf Langlaufskiern einen praktischen Ersatz für Griffwachs für diese Skifahrer bieten, wobei die klassische Technik verwendet wird.

Geschichte

Der schwedische Skirennfahrer Martin Matsbo war Pionier bei der Entwicklung moderner Langlaufwachse.

Johannes Scheffer in Argentoratensis Lapponiæ (Geschichte Lapplands) gab 1673 die wahrscheinlich erste aufgezeichnete Anweisung für die Anwendung von Skiwachs. Er riet den Skifahrern, Kiefernteerpech und Kolophonium zu verwenden. Das Wachsen von Skiern wurde ebenfalls 1761 dokumentiert. 1733 wurde die Verwendung von Teer vom norwegischen Oberst Jens Henrik Emahusen beschrieben. In den 1740er Jahren wird der Gebrauch von Harz und Talg durch Sami unter ihren Skiern schriftlich festgehalten.

Ab 1854 veranstalteten kalifornische Goldrausch-Bergleute organisierte Abfahrtsrennen. Sie entdeckten auch, dass Basen, die mit aus pflanzlichen und / oder tierischen Verbindungen gebrauten Seilen verschmiert waren, zur Erhöhung der Skigeschwindigkeit beitrugen. Dies führte zu einigen der ersten kommerziellen Skiwachse (obwohl sie überhaupt kein Wachs enthielten), wie Black Dope und Sierra Lighting ; Beide bestanden hauptsächlich aus Spermienöl , Pflanzenöl und Kiefernpech. Einige verwendeten jedoch stattdessen Paraffinkerzenwachs, das auf Skibasen schmolz, und diese funktionierten unter kälteren Bedingungen besser.

Kiefernteer auf hölzernen Skibasen erwies sich im Laufe der Jahrhunderte als effektiv für die Verwendung von Skiern als Transportmittel, da er die Poren des Holzes füllt und eine hydrophobe Oberfläche erzeugt, die das Ansaugen von Wasser im Schnee minimiert und dennoch eine ausreichende Rauheit aufweist, um Traktion für Vorwärtsbewegung zu ermöglichen. In den 1920er und 30er Jahren wurden von europäischen Unternehmen neue Lacke als saisonale Skibasen entwickelt. Ein bedeutender Fortschritt für Langlaufrennen war die Einführung von Klister für eine gute Traktion bei körnigem Schnee, insbesondere bei Frühlingsbedingungen. klister wurde 1913 von Peter Østbye erfunden und patentiert . In den frühen 1940er Jahren begann ein schwedisches Chemieunternehmen, das vom olympischen Langläufer Martin Matsbo beraten wurde , mit der Entwicklung von Wachsen auf Erdölbasis unter Verwendung von Paraffinwachs und anderen Beimischungen. Bis 1952 lieferten bekannte Marken wie Toko, Swix und Rex eine Reihe farbcodierter, temperaturangepasster Wachse.

Im letzten Viertel des 20. Jahrhunderts beschäftigten sich die Forscher mit den Doppelproblemen von Wasser und Verunreinigungen, die unter Frühlingsbedingungen an den Skiern haften. Terry Hertel ging auf beide Probleme ein, zunächst mit der neuartigen Verwendung eines Tensids , das mit der Wachsmatrix so wechselwirkte, dass es Wasser wirksam abweist, ein Produkt, das 1974 von Hertel Wax eingeführt wurde . Hertel entwickelte auch das erste Fluorkohlenwasserstoffprodukt und das erste Frühlingswachs, das die Lauffläche für alpines Ski und Snowboard im Frühling abstößt und glatt macht. Diese Technologie wurde 1986 von Hertel Wax auf den Markt gebracht. 1990 meldete Hertel ein US-Patent für ein "Skiwachs zur Verwendung mit Schneeskiern auf Sinterbasis" an, das Paraffin, ein Härterwachs, ungefähr 1% pro Fluoretherdiol und 2% SDS-Tensid enthielt. Markenzeichen für Hertel-Wachse sind Super HotSauce, Racing FC739, SpringSolution und White Gold. In den 1990er Jahren fand der Chefchemiker von Swix, Leif Torgersen, einen Gleitwachszusatz zur Abwehr von Pollen und anderen Schneeverunreinigungen - ein Problem mit Wachs mit weichem Griff bei Distanzrennen - in Form eines Fluorkohlenwasserstoffs, der in die Skibasis gebügelt werden konnte. Die Lösung basierte auf der Arbeit von Enrico Traverso bei Enichem SpA , der ein Fluorkohlenwasserstoffpulver mit einer Schmelztemperatur entwickelt hatte, die nur wenige Grad unter der von gesintertem Polyethylen lag und in Italien als " Skischmiermittel " patentiert war, das Paraffinwachs und Kohlenwasserstoffverbindungen mit a enthielt Perfluorkohlenstoffsegment ".

Wissenschaft vom Rutschen auf Schnee

Konzeptionelle Darstellung der Gleitreibung über Schnee als Funktion der Wasserfilmdicke, die durch den Durchgang eines Skis oder eines anderen Schiebers über eine Schneeoberfläche erzeugt wird.

Die Fähigkeit eines Skis oder eines anderen Läufers, über Schnee zu rutschen, hängt sowohl von den Eigenschaften des Schnees als auch des Skis ab, um eine optimale Schmiermenge durch Schmelzen des Schnees durch Reibung mit dem Ski zu erzielen - zu wenig und der Ski interagiert mit festem Schnee Kristalle, zu viel und kapillare Anziehungskraft von Schmelzwasser verzögern den Ski.

Reibung

Bevor ein Ski rutschen kann, muss er den Maximalwert der Haftreibung für den Kontakt zwischen Ski und Schnee überwinden , wobei der Haftreibungskoeffizient und die Normalkraft des Skis auf Schnee sind. Kinetische (oder dynamische) Reibung tritt auf, wenn sich der Ski über den Schnee bewegt. Der kinetische Reibungskoeffizient ist sowohl für Eis als auch für Schnee geringer als der Haftreibungskoeffizient. Die zum Gleiten auf Schnee erforderliche Kraft ist das Produkt aus dem kinetischen Reibungskoeffizienten und der Normalkraft : . Sowohl die statischen als auch die kinetischen Reibungskoeffizienten nehmen mit kälteren Schneetemperaturen zu (gilt auch für Eis).

Schneeeigenschaften

Schneeflocken haben eine Vielzahl von Formen, auch wenn sie fallen; Dazu gehören: sechsseitige sternförmige Dendriten , sechseckige Nadeln, Blutplättchen und eisige Pellets. Sobald sich Schnee auf dem Boden ansammelt, beginnen die Flocken aufgrund von Temperaturänderungen, Sublimation und mechanischer Einwirkung sofort eine Umwandlung ( Metamorphose genannt ) . Temperaturänderungen können von der Umgebungstemperatur, der Sonneneinstrahlung, dem Regenwasser, dem Wind oder der Temperatur des Materials unter der Schneeschicht abhängen. Die mechanische Wirkung umfasst Wind und Verdichtung. Im Laufe der Zeit neigt der Massenschnee dazu, sich zu verfestigen - seine Kristalle werden durch Sublimation direkt von fest zu gasförmig und durch Einfrieren und Auftauen abgeschnitten, wodurch sie sich als grobe und körnige Eiskristalle verbinden. Colbeck berichtet, dass frischer, kalter und künstlicher Schnee direkter mit der Basis eines Skis interagiert und die Reibung erhöht, was auf die Verwendung härterer Wachse hinweist. Umgekehrt weisen ältere, wärmere und dichtere Schneefälle eine geringere Reibung auf, was teilweise auf eine erhöhte Korngröße zurückzuführen ist, was einen Wasserfilm und eine glattere Oberfläche der Schneekristalle besser fördert, für die weichere Wachse angezeigt sind.

Frisch gefallene und verwandelte Schneekristalle

Skireibungseigenschaften

Colbeck bietet einen Überblick über die fünf Reibungsprozesse von Skiern auf Schnee. Dies sind: 1) Widerstand durch Wegpflügen von Schnee aus dem Weg, 2) Verformung des Schnees, über den der Ski fährt, 3) Schmierung des Skis mit einer dünnen Schicht Schmelzwasser, 4) kapillare Anziehung von Wasser im Schnee bis zum Skiboden und 5) Verschmutzung des Schnees mit Staub und anderen rutschfesten Elementen. Pflügen und Verformung beziehen sich auf das Zusammenspiel des gesamten Skis mit dem Schnee und sind auf festem Untergrund vernachlässigbar. Schmierung, Kapillaranziehung und Verunreinigung sind Probleme für den Skiboden und das Wachs, das angewendet wird, um die Gleitreibung zu verringern oder einen angemessenen Grip zu erzielen.

Typischerweise schmilzt ein Gleitski einen dünnen und vorübergehenden Film aus einer Schmierschicht aus Wasser, der durch die Reibungswärme zwischen dem Ski und dem Schnee beim Vorbeifahren verursacht wird. Colbeck legt nahe , dass der optimale Wasserfilmdicke im Bereich zwischen 4 und 12 μ m . Die durch Reibung erzeugte Wärme kann jedoch durch Wärmeleitung zu einem kalten Ski verloren gehen, wodurch die Produktion der Schmelzschicht verringert wird. Im anderen Extremfall, wenn der Schnee nass und warm ist, erzeugt die Wärmeerzeugung einen dickeren Film, der einen erhöhten Kapillarwiderstand auf dem Skiboden erzeugen kann. Kuzmin und Fuss schlagen vor, dass die günstigste Kombination der Eigenschaften des Skibasismaterials zur Minimierung der Reibung des Skigleitens auf Schnee Folgendes umfasst: erhöhte Härte und verringerte Wärmeleitfähigkeit des Basismaterials zur Förderung der Schmelzwassererzeugung zur Schmierung, Verschleißfestigkeit bei kaltem Schnee und Hydrophobizität zur Minimierung Kapillarabsaugung. Diese Eigenschaften sind mit einer PTFE- Basis leicht erreichbar , was die Wertschöpfung durch Gleitwachse verringert. Lintzén berichtet, dass andere Faktoren als Wachs viel wichtiger sind, um die Reibung auf Langlaufskiern zu verringern - die Krümmung der Ski- und Schneebedingungen.

Gleitwachs

Gleitwachs kann auf alpinen Skiern, Snowboards, Skateskiern, klassischen Skiern, Langlaufskiern und Tourenskiern angewendet werden. Traditionelle Wachse umfassen feste Kohlenwasserstoffe. Hochleistungs-Fluorkohlenwasserstoffwachse enthalten auch Fluor, das einen Teil der Wasserstoffatome in den Kohlenwasserstoffen durch Fluoratome ersetzt, um niedrigere Reibungskoeffizienten und eine hohe Wasserabweisung zu erzielen, als dies mit reinem Kohlenwasserstoffwachs möglich ist. Das Wachs wird an die Härte angepasst, um die Gleitreibung in Abhängigkeit von den Schneeeigenschaften zu minimieren. Dazu gehören die folgenden Auswirkungen:

  • Alter : Reflektiert die Metamorphose von Schneekristallen, die im Neuzustand scharf und gut definiert sind, aber mit zunehmendem Alter durch Windeinwirkung zerbrochen oder abgeschnitten oder mit Frost-Tau-Effekt zu Eisgranulat gerundet werden, was sich auf den Reibungskoeffizienten eines Skis auswirkt.
  • Feuchtigkeitsgehalt : Der Prozentsatz der Masse, der flüssiges Wasser ist und beim Gleiten Saugreibung mit der Basis des Skis verursachen kann.
  • Temperatur : Beeinflusst die Leichtigkeit, mit der Gleitreibung Schneekristalle an der Grenzfläche zwischen Ski und Schnee schmelzen kann.

Eigenschaften

Eine Vielzahl von Gleitwachsen ist auf bestimmte Temperaturbereiche und andere Schneeeigenschaften mit unterschiedlicher Wachshärte und anderen Eigenschaften zugeschnitten, die sich mit der Abweisung von Feuchtigkeit und Schmutz befassen. Die Härte des Gleitwachses beeinflusst das Schmelzen des Schnees, um seinen Durchgang über die Oberfläche zu schmieren, und seine Fähigkeit, das Ansaugen von Schmelzwasser im Schnee zu vermeiden. Zu wenig Schmelzen und scharfe Kanten von Schneekristallen oder zu viel Saugkraft behindern den Durchgang des Skis. Ein Wendepunkt zwischen der Dominanz des Kristalltyps bei der Gleitreibung und der Dominanz des Feuchtigkeitsgehalts liegt bei –3 ° C (26 ° F). Härtere Wachse behandeln kältere, trockenere oder abrasivere Schneebedingungen, während weichere Wachse einen niedrigeren Reibungskoeffizienten haben, aber leichter abreiben. Wachsformulierungen kombinieren drei Arten von Wachs, um den Reibungskoeffizienten und die Haltbarkeit einzustellen. Von hart bis weich umfassen sie synthetische Wachse mit 50 oder mehr Kohlenstoffatomen, mikrokristalline Wachse mit 25 bis 50 Kohlenstoffatomen und Paraffinwachse mit 20 bis 35 Kohlenstoffatomen. Additive zu solchen Wachsen umfassen Graphit , Teflon , Silizium , Fluorkohlenwasserstoffe und Molybdän , um das Gleiten zu verbessern und / oder die Schmutzansammlung zu verringern.

Anwendung

Gleitwachs kann kalt oder heiß aufgetragen werden. Kalte Anwendungen umfassen das Reiben von hartem Wachs wie einem Wachsmalstift, das Auftragen eines flüssigen Wachses oder eines Sprühwachses. Heiße Anwendungen von Wachs umfassen die Verwendung von Wärme aus einem Bügeleisen, einer Infrarotlampe oder einem "Hot Box" -Ofen.

Basismaterial

Die Rolle von Gleitwachs besteht darin, die Reibungseigenschaften einer Skibasis an die erwarteten Schneeeigenschaften anzupassen und zu verbessern, die in einem Spektrum von kaltem kristallinem Schnee bis zu gesättigtem körnigem Schnee auftreten. Moderne Skibasen bestehen häufig aus ultrahochmolekularem Polyethylen (UHMWPE) . Kuzmin behauptet, dass UHMWPE nicht porös ist und weder Wachs noch Wasser aufnehmen kann, so dass es keine Möglichkeit gibt, Poren zu füllen. Darüber hinaus behauptet er, dass UHMWPE sehr hydrophob ist, was bedeutet, dass nasser Schnee den Ski nicht nennenswert verzögert und dass Gleitwachs nur eine geringe zusätzliche Fähigkeit bietet, Wasser abzuweisen. Er stellt fest, dass klare Basen haltbarer und hydrophober sind als solche mit Kohlenstoffgehalt. Der gleiche Autor behauptet, dass die Textur wichtiger ist als die Oberflächenchemie, um das optimale Gleichgewicht zwischen einer Lauffläche zu schaffen, die zu trocken (nicht rutschig genug) und zu nass (Ski, der Saugkräften ausgesetzt ist) ist. Bei warmem, feuchtem Schnee kann die Textur dazu beitragen, die verzögernde Kapillaranziehung zwischen der Skibasis und dem Schnee zu brechen. Giesbrecht stimmt zu, dass ein niedriger Benetzungswinkel der Skibasis entscheidend ist, und betont auch die Bedeutung des Grads der Oberflächenrauheit im Mikrometerbereich als Funktion der Schneetemperatur - kalter Schnee für eine glattere Oberfläche und feuchterer, wärmerer Schnee für eine strukturierte Oberfläche. Einige Autoren stellen die Notwendigkeit in Frage, Gleitwachse auf modernen Skibasen zu verwenden.

Griffwachs

Kanister mit deutschem Vintage-Griffwachs.
Sowjetära Visti (Висти) -Marke Klister, abgestuft nach Farbe und Temperaturbereich.

Langläufer verwenden ein Grip-Wachs (auch "Kick-Wachs" genannt) für Wachs -Ski im klassischen Stil , um Traktion mit statischer Reibung auf dem Schnee zu erzielen , die es ihnen ermöglicht, sich auf Ebenen und bergauf vorwärts zu bewegen . Sie werden in einem Bereich unterhalb des Fußes des Skifahrers angebracht und erstrecken sich etwas nach vorne, der durch den Sturz des klassischen Skis gebildet wird, der als "Griffzone" (oder "Kickzone") bezeichnet wird. Das Vorhandensein eines Sturzes ermöglicht es den Skiern, den Schnee zu greifen, wenn das Gewicht auf einem Ski liegt und der Ski vollständig gebogen ist, minimiert jedoch den Luftwiderstand, wenn die Skier gleich gewichtet sind und daher weniger als vollständig gebogen sind. Griffwachse sind für bestimmte Temperaturbereiche und Schneearten ausgelegt. Ein richtig ausgewähltes Griffwachs verringert das Gleiten von Skiern, die für das Gewicht des Skifahrers und die Schneebedingungen geeignet sind, nicht merklich. Für Griffwachs werden zwei Substanzen verwendet: Hartwachs und Klister.

  • Hartwachs : Eine traditionell auf Paraffinwachs basierende Substanz mit Beimischungen - für Schnee mit Kristallen, die relativ intakt sind und durch Packen oder Einfrieren und Auftauen nicht wesentlich verändert werden . Die Beimischungen, die einen Farbstoff, Gummi, Kolophonium, Harz und Kolophonie enthalten , passen die Härte des Wachses an, um die Wirksamkeit seines Griffs für bestimmte, diskrete Temperaturbereiche (von ungefähr -25 ° F bis +35 ° F) anzupassen; Wachse werden gemäß diesen Temperaturbereichen sortiert und farbcodiert. Wachse mit härterem Griff sind für kältere Schneetemperaturen ausgelegt, halten aber bei warmen Temperaturen schlecht. Umgekehrt erzeugen weichere Wachse bei kalten Temperaturen eine ausreichende Reibung und Schmelze, so dass sich die Schmelzschicht ansammeln und die gefrorene Ansammlung von Schnee fördern kann.
  • Klister : Eine klebrige Salbe, die eine Kombination aus Kolophonium, Wachsen, Lösungsmitteln und Fetten enthalten kann. Die auf Schnee zugeschnittene Formulierung besteht aus groben Kristallen, wurde durch Einfrieren und Auftauen umgewandelt oder vom Wind geblasen und auf bestimmte Temperaturbereiche eingestellt . Aufsprühklister ist bequemer als Klister, der aus einer Tube aufgetragen wird. Eine falsche Anpassung des Klisters an die Schneebedingungen kann ebenfalls zu Vereisung führen.

Einige Ski sind "wachsfrei" und haben eine Fischschuppe oder eine andere Textur, um zu verhindern, dass der Ski nach hinten rutscht. Skibergsteiger verwenden vorübergehend haftende Kletterhäute , um bergauf zu sorgen, entfernen sie jedoch normalerweise zum Abstieg.

Wachslösungsmittel

Wachs können durch gelöstes werden unpolare Lösungsmittel , wie Lösungsbenzin . Einige handelsübliche Wachslösungsmittel werden jedoch aus Zitrusöl hergestellt , das weniger giftig, schwerer zu entzünden und schonender auf der Skibasis ist.

Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt

Gesundheit

Skiwachs kann Chemikalien mit potenziellen gesundheitlichen Auswirkungen enthalten, einschließlich Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS). Es wurde gezeigt, dass der Gehalt an perfluorierten Carbonsäuren , insbesondere Perfluoroctansäure (PFOA) , bei Skiwachstechnikern während der Skisaison zunimmt.

Umgebung

Beim Skifahren führt die Reibung zwischen Schnee und Skiern dazu, dass Wachs abrieb und bis zum Frühjahrstauwetter in der Schneedecke verbleibt. Dann fließt die Schneeschmelze in Wassereinzugsgebiete, Bäche, Seen und Flüsse und verändert dadurch die Chemie der Umwelt und der Nahrungskette. PFAS in Skiwachs sind hitzebeständig, chemisch und biologisch stabil und somit umweltbeständig. Es wurde gezeigt, dass sie sich in Tieren ansammeln, die an Skigebieten vorhanden sind. Der Internationale Skiverband (FIS) kündigte an, ab der Wintersaison 2020/21 ein Verbot von PFAS in Wachsen in allen wettbewerbsfähigen Skidisziplinen einzuführen.

Verweise

Weiterführende Literatur