Nu börjar alternativen till fluorvalla komma!

Det finns en produkt på Kickstarter nu som sägs ska revolutionera valla-industrin. En valla som bara appliceras en enda gång under en skidas livstid. Och som ska funka på alla snötyper! Men kan det verkligen vara sant? 

Jag skrev en text om fluorvallornas icke vara för två år sedan. Alltså om att de styggaste varianterna av fluorvalla kommer förbjudas från och med 2019 och att Swix strategi för att parera det är att lansera nya vallor – när förbudet väl trätt i kraft. Jag skrev också om att jag tyckte att det var ett bra förbud, eftersom att det skulle tvinga industrin att tänka om – även om det relativa bidraget från vallning med avseende på PFAS i miljön är litet. Och nu börjar det hända!

Om friktion mellan snö och skida 

När man bygger skidor och kokar vallor är det friktionen mellan snö och skida man vill reducera så långt möjligt är, vilket alltså är den faktor man ska ha koll på. Redan i början av 1900-talet finns det forskning på området. Då antog man att det var tycket mellan skida och snö som gjorde att snö smälte och gav ett tunt vattenlager som skidan gled på (Reynolds, 1901). Senare kom man fram till att det var friktionen som skapade vattenfilmen (Bowden och Huges, 1936).

Colbeck skrev en reviewartikel på ämnet friktionskrafter på skidor 1992. Där sammanfattade han krafterna till fyra stycken:

1) “Snöplöjning” i det fall det ligger lös snö i spåret som röjs undan och kompression av den snö som skidan går över,
2) Torr friktion uppstår när ojämnheter hakar i varandra på två ytor som läggs mot varann. När det gäller skidor antar man ofta att friktionen uppstår i skjuvkraften på snöflingornas ojämnheter. Alltså när en snöflingas spets böjs eftersom att belaget eller vallan som snöflingespetsen sitter fast i, rör sig framåt. Det är alltså ett slags mekaniskt hinder. Vissa forskare har dock nyligen pekat på att friktionen mellan vissa material uppstår genom kemiska bindningar som bildas mellan de två ytorna som gnids mot varandra. Intressanta fakta i sammanhanget är att den egentliga kontaktytan mellan belag och snökristaller är mellan 0,1 och 10 % av skidans totala yta, beroende på att snön inte är en ren yta utan sammansatt av många kristaller bredvid varandra.
3) Våt friktion, är det “sug” av belaget som bildas från vatten i snön genom så kallade kapillärkrafter. Ju tjockare vattenlager i relation till produkten av kontaktarea, viskositet och hastighet, desto lägre våt friktion. Det innebär alltså att vatten mestadels verkar som ett smörjmedel mellan snö och belag. Om man nu antar att torr friktion beror av bindningar mellan ytor, så skulle man kunna anta att detta även gäller för vatten och belaget. Alltså att vätebindningar mellan vatten och belag spelar stor roll utöver kapillärkrafterna.
4) Föroreningar såsom damm och andra partiklar vilka både fastnar i belaget och bromsar upp. Skulle kanske egentligen kunna sorteras in under torr friktion. 

I praktiken kommer en skida ofta påverkas av både torr och våt friktion samtidigt. Under främre delen mer torr friktion och den bakre mer våt. Enligt ny forskning (Li och Somorjai, 2007; Sazaki et al, 2012) spelar dock den våta friktionen mindre roll vid temperaturer under 0 grader. Man menar att det inte bildas något smältvatten då utan istället ett mellanting mellan is och vatten som är mycket tunt (1-10 nm) täcker snökristallerna och gör att det glider lättare på dem. En fråga man ställer sig är om strukturerna man ska ha i belaget verkligen är till för att få “släppet” i detta oerhört tunna vätskeskikt?

Det finns alltså både fysikaliska och kemiska orsaker till friktionen. För att minska de fysikaliska gäller att ytan är slät och tillräckligt hård, så att kristallerna inte kan hugga tag i eller tränga in och bromsa upp. Det gamla knepet att valla med kall glidvalla sent på våren för att belaget ska bli hårdare och därmed mer smutsavvisande får där en förklaring. För den första faktorn gäller dessutom att skidans form ska passa de aktuella snön. Det kemiska hindret minskas genom att belaget inte binder till underlaget. Eftersom underlaget består av vatten ska materialet alltså vara vattenavvisande.

Alltså, en skida ska ha en form som passar för dagen, ha ett belag som är slätt, hårt och vattenavvisande.

Belag

Idag består nära nog alla belag på bättre sortens skidor av sintrad uhmwpe (Ultra High Molecular Weight Polyethylene). Det är en polymer som är hård, slitstark och mycket vattenavstötande. Den består av mycket långa raka kolkedjor med väte på alla positioner. Det är alltså bara kol och väte. Dock kan vätemolekylerna avges relativt enkelt genom en oxidationsreaktion och istället bildas en karboxylgrupp på polymerens yta. Syre är mer polärt än väte, vilket borde leda till att egenskaperna försämras, men uhmwpe är så pass hydrofobt i grunden att det inte bör spela roll.

Så långt stämmer uhmwpe in på kravprofilen. Hårt och hydrofobt.

Det finns två olika sätt att tillverka belaget från råmaterialet uhmwpe. Antingen sintrat eller extruderat. De sintrade belagen tillverkas genom att små kulor pressas samman till ett ämne under högt tryck. Ur ämnet skär man sedan ut belagsskivor. Fördelen man sett med detta sätt att producera är att det bildas en slags håligheter i materialet i vilka man kan få in valla. Den andra varianten med extruderat ämne innebär att varm och mjuk polymermassa pressas in i en form för att bli ämnet som belagen skärs ut ur. Med detta sätt kommer kolkedjorna orientera sig längs med varandra och håligheterna uteblir. Detta är billigare och extruderade belag finns därmed på enklare skidor.

Om man jämför uhmwpe med ett teflonbelag så skulle det senare möjligen ha något bättre vattenavstötande egenskaper (friktionskoefficienten hos uhmwpe och PTFE, polytetrafluoretylen är likvärdiga), men vara alldeles för skört för att fungera under skidor. Uhmwpe verkar med andra ord den bästa kompromissen man hittat. Istället för att bygga in fluor i belaget har man alltså bäddat för att kunna få in det efteråt.

Både Madshus och Fischer har sina varianter av skidor som sätts samman vid lägre temperatur än konventionellt (Redline respektive Speedmax) och säger att det dels ger bättre spann och dels ger bättre belag som det går att få in med valla i. Alltså – om man värmer sintrade belag blir de mer som extruderade. Smältpunkten för uhmwpe 130-136 grader. Detta väcker flera frågor. Om man tar bort själva vallningsaspekten – borde inte strukturen i extruerade belag vara jämnare och därmed bättre i längden? Om man vallar med fluorpulver där järnet ska vara ca 140 grader, förändrar man inte belaget i grunden då? Slutligen undrar man varför man måste göra pellets av uhmwpe som smälts ihop? Skulle det inte vara bättre om kolkedjorna ligger orienterade längs med hela skidbelaget istället för i pellets där kolkedjornas ändar kan sticka upp här och var?

Konkurrenten fluorvalla

Det som Phantom ska konkurrera med är fluorvallor. Men varför är de så bra egentligen? Inom kemin finns det en tumregel som säger att lika löser lika. Alltså olja och vatten löser sig inte för att skillnaden i polaritet mellan de två är för stor, medan etanol och vatten löser sig fint. Ett bra teflonbelag däremot, stöter ifrån sig både fett OCH vatten. Det verksamma ämnet i teflon är fluor. Ett ämne som man såklart vill ha under skidan.

När man letar efter vilka ämnen som egentligen ingår i fluorvalla blir det svårt. Klart är att man började med det nu förbjudna ämnet pfos. Och man skulle kunna tro att de nu jobbar med substansen pfoa, som kommer förbjudas 2019. Därefter kommer man använda liknande substanser, men med kortare kolkedjor (6 kol istället för dagens 8, som har kortare halveringstid i kroppen – “bara” 3 år. ). Gemensamt för dessa är att de har en fettlöslig ände och en vattenlöslig. Det säger sig självt vilken ände man vill ha mot snön. Men hur får man då den vattenlösliga änden att fästa mot belaget?

Det finns antagligen andra ämnen i vallan också. Åtminstone i de första varianterna av fluorvalla fanns sds (sodium dodecyl sulfat) som är en kraftig komplexbildare. Det skulle kunna vara så att den attraherar de vattenlösliga ändarna och skapar små bollar av fluor. Samma fenomen skulle ske om man släppte ner tillräckligt hög koncentration av flourtensider i vatten. Då skulle de fettlösliga svansarna vara innerst i bollarna. Om den teorin stämmer, så blir det som håller fast fluorvallan vid belaget så kallade “hydrofoba interaktioner”. Det är inte särskilt starka bindningar och förklarar isåfall varför elitåkarna tjänar på att byta skidor med korta intervall. Och att effekten försvinner så snabbt. Alternativet är att bygga in fluor i någon form av hårt paraffin som släpper fluor under längre tid.

Varför är Phantom så coolt? 

Phantom gör alltså något helt annat än kokurrenterna. Det är en slags lösning som penetrerar belaget. Innehållet i lösningen ser ut som molekylen nedanför. Inga konstigheter. Sen berättar man inte så mycket mer om vad som sker.

Men man lyser på belaget med en UV-lampa. Det bör innebära att de ringformade bidningarna bryts och binder in i kolkedjorna i belaget istället. Eftersom belagets kolkedjor ligger i samma riktning kommer de nya bindningarna bli så kallade korslänkade molekyler. Som på bilden nedanför.

Det här kommer göra att materialet i belaget blir hårdare. Korslänkad uhmwpe är inget nytt, utan används idag redan i implantat i exempelvis höftleder där man behöver ett hårt material med låg friktion.

DPS som tillverkat Phantom säger att resultaten av deras försök är som på bilden nedan. Vilket är obegripligt.

Det märkliga är att Phantom kommer ha bättre effekt i varm snö. Att medlet gör belagets fysikaliska egenskaper bättre genom att det blir hårdare är logiskt och bra. Det borde minska den torra friktionen som uppstår när snökristaller tränger in i belaget. I varm snö kommer den våta friktionen vara en viktigare mekanism. Här borde de vattenavstötande egenskaperna vara viktigast. Men Phantom KAN inte ha någon effekt på detta! Det är bara inte möjligt.

Hur det än är med den saken så är det kul att det händer grejer. Man kan ju tänka att producenterna av belag borde gjort korslänkad plast redan från start, men det har de inte. Och antingen är det så att figuren ovan är fel, eller så betyder det att DPS har kommit på nycklar när det gäller friktion mot snö som gör att forskningen får ompröva en del av sina resultat.

Leave a Reply