Cera de esqui - Ski wax

Cera de esqui
Cera de esqui de inverno - Fort Devens Museum - DSC07132.JPG
Ceras de esqui vintage, antes usadas pelas tropas de esqui do Exército dos EUA . Da esquerda para a direita estão: ceras de aperto em vasilhas (azul para "neve seca" e amarela para "neve molhada e de milho") e uma cera deslizante de parafina .
Setor (es) industrial (es) Equipamentos e suprimentos para esportes de inverno
Principais tecnologias ou subprocessos Tribologia
Matéria-prima Cera de parafina , resinas , fluorcarbonos
Produtos) Cera de deslizamento, cera de aperto
Empresas líderes Brav Group ( Swix , Toko), Briko-Maplus, Dakine, Dominator, Hertel Wax , Holmenkol, Oneball, Purl, Rex, Rode, Skigo , Startex, Visti

A cera para esqui é um material aplicado ao fundo de corredores de neve, incluindo esquis , pranchas de snowboard e tobogãs , para melhorar seu coeficiente de desempenho de atrito em condições variáveis ​​de neve . Os dois tipos principais de cera usados ​​em esquis são glide waxes e grip wax. Eles tratam do atrito cinético - a ser minimizado com uma cera deslizante - e do atrito estático - a ser obtido com uma cera de aperto. Ambos os tipos de cera são projetados para serem combinados com as propriedades variáveis ​​da neve, incluindo tipo e tamanho do cristal e teor de umidade da superfície da neve, que variam com a temperatura e o histórico de temperatura da neve. A cera Glide é selecionada para minimizar o atrito deslizante para esqui alpino e cross- country. A cera de aderência (também chamada de "cera de chute") fornece tração na neve para esquiadores de cross-country, conforme eles avançam usando uma técnica clássica .

Os materiais plásticos modernos (por exemplo, polietileno de alto módulo e Teflon), usados ​​em bases de esqui, têm excelentes propriedades de deslizamento na neve, que em muitas circunstâncias diminuem o valor agregado de uma cera deslizante. Da mesma forma, texturas unidirecionais (por exemplo, escama de peixe ou pêlos em microescala) sob os pés em esquis cross-country podem oferecer um substituto prático para a cera de aderência para aqueles esquiadores, usando a técnica clássica .

História

O corredor de esqui sueco, Martin Matsbo , foi o pioneiro no desenvolvimento de ceras de esqui cross-country modernas.

Johannes Scheffer em Argentoratensis Lapponiæ (História da Lapônia) em 1673 deu o que é provavelmente a primeira instrução registrada para aplicação de cera de esqui. Ele aconselhou esquiadores a usar piche de pinheiro e resina. O enceramento do esqui também foi documentado em 1761. Em 1733, o uso do alcatrão foi descrito pelo coronel norueguês Jens Henrik Emahusen. Na década de 1740 Sami pessoas usam de resina e de sebo sob seus esquis é registrado por escrito.

Começando por volta de 1854, os mineiros da corrida do ouro da Califórnia organizaram corridas de esqui alpino. Eles também descobriram que bases manchadas com drogas feitas de compostos vegetais e / ou animais ajudavam a aumentar a velocidade de esqui. Isso levou a algumas das primeiras ceras comerciais para esqui (embora não contivessem nenhuma cera), como Black Dope e Sierra Lighting ; ambos eram compostos principalmente de óleo de esperma , óleo vegetal e breu de pinheiro. No entanto, alguns usaram cera de vela de parafina que derreteu nas bases de esqui e funcionou melhor em condições mais frias.

O alcatrão de pinheiro em bases de esqui de madeira provou ser eficaz no uso de esquis como transporte ao longo dos séculos, pois preenche os poros da madeira e cria uma superfície hidrofóbica que minimiza a sucção da água na neve, mas possui aspereza suficiente para permitir a tração para o avanço. Nas décadas de 1920 e 30, novos vernizes foram desenvolvidos por empresas europeias como bases de esqui para toda a temporada. Um avanço significativo para as corridas de cross country foi a introdução do klister, para uma boa tração em neve granular, especialmente em condições de primavera; klister foi inventado e patenteado em 1913 por Peter Østbye . No início dos anos 1940, uma empresa química sueca, assessorada pelo esquiador olímpico Martin Matsbo , iniciou o desenvolvimento de ceras à base de petróleo, usando cera de parafina e outros aditivos. Em 1952, marcas famosas como Toko, Swix e Rex estavam fornecendo uma variedade de ceras codificadas por cores e sob medida.

No último quarto do século 20, os pesquisadores abordaram o problema duplo da água e das impurezas que aderem aos esquis durante as condições da primavera. Terry Hertel tratou de ambos os problemas, primeiro com o novo uso de um surfactante que interagia com a matriz da cera de forma a repelir a água com eficácia, um produto introduzido em 1974 pela Hertel Wax . Hertel também desenvolveu o primeiro produto de fluorocarbono e a primeira cera da primavera que repele e torna a superfície de corrida lisa para o esqui alpino e o snowboard da primavera. Esta tecnologia foi introduzida no mercado em 1986 pela Hertel Wax. Em 1990, Hertel entrou com um pedido de patente nos Estados Unidos para uma "cera de esqui para uso com esquis de neve de base sinterizada", contendo parafina, uma cera endurecedora, cerca de 1% por fluoroéter diol e 2% de surfactante SDS. As marcas registradas das ceras Hertel são Super HotSauce, Racing FC739, SpringSolution e White Gold. Na década de 1990, o químico-chefe da Swix , Leif Torgersen, encontrou um aditivo de cera glide para repelir pólen e outras impurezas da neve - um problema com ceras de aderência macia durante corridas de longa distância - na forma de um fluorocarbono que poderia ser passado para a base de esqui. A solução foi baseada no trabalho de Enrico Traverso da Enichem SpA , que desenvolveu um pó de fluorocarbono com uma temperatura de fusão apenas alguns graus abaixo do polietileno sinterizado , patenteado na Itália como um "lubrificante de esqui compreendendo cera parafínica e compostos de hidrocarbonetos contendo um segmento de perfluorocarbono ".

Ciência de deslizar na neve

Representação conceitual do atrito deslizante sobre a neve, em função da espessura do filme de água, gerado pela passagem de um esqui ou outro carro deslizante sobre uma superfície de neve.

A capacidade de um esqui ou outro corredor de deslizar sobre a neve depende das propriedades da neve e do esqui para resultar em uma quantidade ideal de lubrificação do derretimento da neve por atrito com o esqui - muito pouco e o esqui interage com a neve sólida cristais, muito e atração capilar de água derretida retarda o esqui.

Atrito

Antes que um esqui possa deslizar, ele deve superar o valor máximo de atrito estático,, para o contato esqui / neve, onde é o coeficiente de atrito estático e é a força normal do esqui na neve. O atrito cinético (ou dinâmico) ocorre quando o esqui está se movendo sobre a neve. O coeficiente de atrito cinético,, é menor que o coeficiente de atrito estático para gelo e neve. A força requerida para deslizar sobre neve é o produto do coeficiente de atrito cinético e a força normal: . Os coeficientes de atrito estático e cinético aumentam com temperaturas mais frias da neve (também verdadeiro para o gelo).

Propriedades da neve

Veja também: Neve

Os flocos de neve têm uma ampla variedade de formas, mesmo quando caem; entre estes estão: dendritos semelhantes a estrelas de seis lados , agulhas hexagonais, plaquetas e pelotas de gelo. Uma vez que a neve se acumula no solo, os flocos imediatamente começam a sofrer transformação (chamada metamorfose ), devido às mudanças de temperatura, sublimação e ação mecânica. As mudanças de temperatura podem ser da temperatura ambiente, radiação solar, água da chuva, vento ou a temperatura do material abaixo da camada de neve. A ação mecânica inclui vento e compactação. Com o tempo, a neve volumosa tende a se consolidar - seus cristais ficam truncados ao se quebrar ou perder massa com a sublimação direta do sólido para o gasoso e com o gelo-degelo, fazendo com que se combinem como cristais de gelo grosseiros e granulares. Colbeck relata que neve fresca, fria e feita pelo homem interagem mais diretamente com a base de um esqui e aumentam o atrito, indicando o uso de ceras mais duras. Por outro lado, neves mais antigas, mais quentes e mais densas apresentam menor atrito, em parte devido ao aumento do tamanho do grão, que melhor promove uma película de água e uma superfície mais lisa dos cristais de neve para os quais ceras mais macias são indicadas.

Cristais de neve recém-caídos e metamorfoseados

  • Floco de neve dendrítico - micrografia de Wilson Bentley .

  • Plaquetas e agulhas, duas formas alternativas de flocos de neve.

  • Neve fresca e seca com ligações recém-formadas, mostrando um limite de grãos (parte superior central).

  • Aglomerado de grãos de gelo na neve úmida com baixo teor de líquido - os cristais de grãos variam de 0,5 a 1,0 mm.

Propriedades de fricção de esqui

Colbeck oferece uma visão geral dos cinco processos de fricção dos esquis na neve. São eles: 1) resistência devido à remoção da neve do caminho, 2) deformação da neve sobre a qual o esqui está viajando, 3) lubrificação do esqui com uma fina camada de água derretida, 4) atração capilar da água na neve até o fundo do esqui; e 5) contaminação da neve com poeira e outros elementos não escorregadios. A aragem e a deformação dizem respeito à interação do esqui, como um todo, com a neve e são insignificantes em uma superfície firme. Lubrificação, atração capilar e contaminação são problemas para o fundo do esqui e a cera que é aplicada para reduzir o atrito de deslizamento ou obter aderência adequada.

Normalmente, um esqui deslizante derrete uma película fina e transitória de camada lubrificante de água, causada pelo calor de fricção entre o esqui e a neve em sua passagem. Colbeck sugere que a espessura óptima película de água se encontra na gama entre 4 e 12 μ m . No entanto, o calor gerado pelo atrito pode ser perdido por condução para um esqui frio, diminuindo assim a produção da camada derretida. No outro extremo, quando a neve está úmida e quente, a geração de calor cria uma película mais espessa que pode criar um maior arrasto capilar no fundo do esqui. Kuzmin e Fuss sugerem que a combinação mais favorável de propriedades do material de base de esqui para minimizar o atrito de deslizamento de esqui na neve inclui: maior dureza e baixa condutividade térmica do material de base para promover a geração de água derretida para lubrificação, resistência ao desgaste em neve fria e hidrofobicidade para minimizar sucção capilar. Esses atributos são facilmente alcançáveis ​​com uma base de PTFE , o que diminui o valor agregado pelas ceras glide. Lintzén relata que outros fatores além da cera são muito mais importantes na redução do atrito nos esquis de skate cross-country - a curvatura do esqui e as condições da neve.

Cera deslizante

A cera Glide pode ser aplicada em esquis alpinos, pranchas de snowboard, esquis de skate, esquis clássicos, esquis de back-country e esquis de turismo. As ceras tradicionais contêm hidrocarbonetos sólidos. As ceras de "fluorocarbono" de alto desempenho também contêm flúor que substitui alguma fração dos átomos de hidrogênio nos hidrocarbonetos por átomos de flúor para obter coeficientes de atrito mais baixos e alta repelência à água do que a cera de hidrocarboneto pura pode alcançar. A cera é ajustada para dureza para minimizar o atrito de deslizamento em função das propriedades da neve, que incluem os efeitos de:

  • Idade : reflete a metamorfose dos cristais de neve que são nítidos e bem definidos, quando novos, mas com o envelhecimento se quebram ou truncados pela ação do vento ou arredondados em grânulos de gelo com congelamento-degelo, todos afetando o coeficiente de fricção de um esqui.
  • Conteúdo de umidade : a porcentagem de massa que é água líquida e pode criar atrito de sucção com a base do esqui conforme ele desliza.
  • Temperatura : afeta a facilidade com que o atrito deslizante pode derreter cristais de neve na interface entre o esqui e a neve.

Propriedades

Uma variedade de ceras glide são feitas sob medida para faixas de temperatura específicas e outras propriedades da neve com dureza de cera variada e outras propriedades que tratam da repelência de umidade e sujeira. A dureza da cera glide afeta o derretimento da neve para lubrificar sua passagem sobre a superfície e sua capacidade de evitar a sucção da água derretida na neve. Muito pouco derretimento e pontas afiadas de cristais de neve ou muita sucção impedem a passagem do esqui. Um ponto de inflexão entre onde o tipo de cristal domina a fricção deslizante e o teor de umidade domina ocorre em torno de 26 ° F (-3 ° C). As ceras mais duras tratam de condições de neve mais frias, mais secas ou mais abrasivas, enquanto as ceras mais macias têm um coeficiente de fricção mais baixo, mas abrasam mais facilmente. As formulações de cera combinam três tipos de cera para ajustar o coeficiente de fricção e durabilidade. De duras a macias, elas incluem ceras sintéticas com 50 ou mais átomos de carbono, ceras microcristalinas com 25 a 50 átomos de carbono e ceras de parafina com 20 a 35 átomos de carbono. Os aditivos para tais ceras incluem grafite , teflon , silício , fluorcarbonos e molibdênio para melhorar o deslizamento e / ou reduzir o acúmulo de sujeira.

Inscrição

A cera Glide pode ser aplicada fria ou quente. As aplicações frias incluem esfregar cera dura como um giz de cera, aplicar cera líquida ou cera em spray. As aplicações quentes de cera incluem o uso de calor de um ferro, lâmpada infravermelha ou forno de "caixa quente".

Material base

O papel da cera deslizante é adaptar e melhorar as propriedades de fricção de uma base de esqui para as propriedades de neve esperadas a serem encontradas em um espectro de neve cristalina fria a neve granular saturada. As bases de esqui modernas geralmente são feitas de polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMWPE) . Kuzmin afirma que o UHMWPE não é poroso e não pode reter cera nem água, portanto, não há possibilidade de preencher os poros; além disso, ele afirma que o UHMWPE é muito hidrofóbico, o que significa que a neve molhada não retarda sensivelmente o esqui e que a cera deslizante oferece pouca capacidade adicional de repelir a água. Ele observa que as bases transparentes são mais duráveis ​​e hidrofóbicas do que aquelas com teor de carbono. O mesmo autor afirma que a textura é mais importante do que a química da superfície para criar o equilíbrio ideal entre uma superfície de corrida que é muito seca (não escorregadia o suficiente) e muito molhada (esqui sujeito às forças de sucção). Na neve quente e úmida, a textura pode ajudar a quebrar a atração capilar retardadora entre a base de esqui e a neve. Giesbrecht concorda que o ângulo de umedecimento baixo da base do esqui é fundamental e também enfatiza a importância do grau de rugosidade da superfície na escala de micrômetro em função da temperatura da neve - neve fria favorecendo uma superfície mais lisa e neve mais úmida e quente favorecendo uma superfície texturizada. Alguns autores questionam a necessidade de usar qualquer glide waxes em bases de esqui modernas.

Cera de aperto

Vasilha de cera de aperto alemão vintage.
Da era soviética Visti (Висти) klisters Brand, classificados por cor e faixa de temperatura.

Os esquiadores cross-country usam uma cera de aderência (também chamada de "cera de chute") para esquis enceráveis ​​de estilo clássico para fornecer tração com atrito estático na neve que permite que eles se impulsionem para frente em planos e subidas. Eles são aplicados em uma área abaixo do pé do esquiador e estendendo-se, um pouco para frente, que é formada pela curvatura do esqui clássico, chamada de "grip zone" (ou "zona de chute"). A presença de curvatura permite que os esquis agarrem a neve, quando o peso está em um esqui e o esqui está totalmente flexionado, mas minimiza o arrasto quando os esquis têm o mesmo peso e, portanto, não estão totalmente flexionados. As ceras Grip são projetadas para faixas de temperatura e tipos de neve específicos; uma cera de aderência selecionada corretamente não diminui sensivelmente o deslizamento dos esquis que têm curvatura adequada para o peso do esquiador e para as condições da neve. Existem duas substâncias usadas para cera de aperto: cera dura e klister.

  • Cera dura : uma substância tradicionalmente à base de cera de parafina com aditivos - para neve compreendendo cristais que estão relativamente intactos e não substancialmente alterados por embalagem ou congelamento-descongelamento . As misturas, que incluem um corante, borracha, resina, resina e colofônia , ajustam a dureza da cera para adequar a eficácia de sua aderência para faixas de temperatura específicas e discretas (de aproximadamente -25 ° F a +35 ° F); as ceras são classificadas e codificadas por cores de acordo com essas faixas de temperatura. As ceras de maior aderência são projetadas para temperaturas mais frias da neve, mas não aderem bem em temperaturas quentes. Por outro lado, ceras mais macias em temperaturas frias criam fricção e derretimento suficientes para que a camada derretida possa se acumular e promover o acúmulo de neve congelada.
  • Klister : uma pomada pegajosa, que pode conter uma combinação de colofônias, ceras, solventes e gorduras - com a formulação feita sob medida para neve que compreende cristais grossos, tendo sido transformada por congelamento-degelo ou sendo soprada pelo vento, e ajustada para faixas de temperatura específicas . Spray-on klister é mais conveniente do que klister aplicado a partir de um tubo. Uma combinação incorreta de klister com as condições de neve também pode causar congelamento.

Alguns esquis são "sem cera", possuindo escama de peixe ou outra textura para evitar que o esqui escorregue para trás. Os alpinistas de esqui usam peles de escalada temporariamente aderidas para fornecer aderência em subidas, mas normalmente as removem para a descida.

  • A cera derretida desliza em um esqui de skate para ser passada a ferro e lisa.

  • Aplicação de grip wax num clássico esqui de fundo, utilizando uma vasilha de cera, como as apresentadas em primeiro plano à esquerda.

  • Alisamento da cera de aderência em um esqui cross-country clássico, usando uma "rolha" manual, como o item marcado "Swix" em primeiro plano à direita.

Solventes de cera

A cera pode ser dissolvida por solventes não polares , como álcool mineral . No entanto, alguns solventes de cera comerciais são feitos de óleo cítrico , que é menos tóxico, mais difícil de inflamar e mais suave na base de esqui.

Efeitos na saúde e no meio ambiente

Saúde

A cera de esqui pode conter produtos químicos com potenciais efeitos à saúde, incluindo substâncias per- e polifluoroalquílicas (PFASs). Foi demonstrado que os níveis de ácidos carboxílicos perfluorados , especialmente ácido perfluorooctanóico (PFOA) , aumentam em técnicos de cera de esqui durante a temporada de esqui.

Ambiente

Ao esquiar, o atrito entre a neve e os esquis faz com que a cera se abrase e permaneça na camada de neve até o degelo da primavera. Em seguida, o derretimento da neve drena para bacias hidrográficas, riachos, lagos e rios, mudando assim a química do meio ambiente e da cadeia alimentar. PFASs em cera de esqui são resistentes ao calor, química e biologicamente estáveis ​​e, portanto, ambientalmente persistentes. Foi demonstrado que eles se acumulam em animais presentes em locais de esqui. A Federação Internacional de Esqui (FIS) anunciou a introdução de uma proibição de PFASs em ceras em todas as modalidades de esqui competitivas a partir da temporada de inverno de 2020/21.

Referências

Leitura adicional