Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein mehrschich tiges Belagsmaterial für die Laufsohle von Skis und auf die Verwendung des Materials für Rennskis, insbesondere für Abfahrtsrennen.
Für die Laufsohle von Skis sind verschiedene Belagsarten bekannt, die einerseits den Ski gegen Beschädigungen beim Überfahren von aperen Stellen schützen und anderseits zur Lösung des Wachsproblems beitragen sollen. Derartige Beläge können aus verschiedenen Materialien, vorzugsweise aus Kunststoffen bestehen und entweder in Form eines Anstrichs auf den Ski aufgetragen und dort zur Aushärtung gebracht oder in Form einer fertigen Kunststoffolie mit dem Ski ver leimt werden, wobei diese letztgenannte Ausführungsform zu nehmende Bedeutung gewinnt. Am weitesten verbreitet dürf ten heute die allgemein bekannten P-TEX > -Beläge sein, die in Form von fertigen Kunststoffolien auf Basis von Nieder druck -Polyäthylen aufgebaut sind.
Für den Normalgebrauch von mit P-TEX -Belägen versehenen Skis, d. h. für Alltagsportler. ist es durchaus möglich, auf das Wachsen überhaupt zu verzichten und in der Regel werden derartige Beläge höchstens durch Einreiben mit einer der handelsüblichen Skiwachs sorten gewachst.
Anders verhält es sich auf dem Gebiete der Skirennen, wo insbesondere die Abfahrtsrennen von Olympiaden und inter nationale Abfahrtsrennen oft durch Unterschiede der Abfahrtszeiten in der Grössenordnung von '/loo-'/looo sec entschieden werden.
Da während der Zeitdauer eines Abfahrtsrennens meist gleiche Witterungs- und Schneeverhältnisse herrschen und hinsichtlich der Qualität der verwendeten Skis wie auch der Form und des Könnens von Spitzenfahrern kaum deutliche Unterschiede feststellbar sind, fällt der Art des Wachsens der verwendeten Skis eine ausserordentlich grosse Bedeutung zu.
Es ist eine bekannte Tatsache, dass heute die Wachsvorschriften für nationale Rennmannschaften auf wissenschaftlicher Basis ausgearbeitet und strengstens geheim gehalten werden.
Das Wachsen nach der jeweils unter Berücksichtigung sämtlicher Einflussfaktoren meist sogar mittels Computer ermittelten Wachsvorschrift erfolgt mit peinlicher Genauigkeit, wobei das betreffende Wachs während einer Zeitdauer von ungefähr 10 min mittels thermostatgesteuertem Bügeleisen auf die Lauftläche jedes einzelnen Skis aufgebügelt wird. Die so erhaltene homogene Wachsschicht wird danach zur Egalisierung mittels einer Rakelklinge praktisch vollständig wieder abgezogen.
Hieraus und aus der bekannten Tatsache, dass auf der Laufsohle von Skis aufgetragene, handelsübliche Skiwachse im Gebrauch relativ schnell durch die Reibung des Schnees von der Lauffläche abgerieben werden, die Gleitfähigkeit der Skis gegenüber gleichen, jedoch nicht gewachsten Skis trotzdem deutlich besser ist, liess sich die logische Schlussfolgerung ableiten, dass nach der Entfernung der deutlich sichtbaren Wachsschicht trotzdem noch genügend Wachsspuren im Belag vorhanden sein müssen.
Zwecks Überprüfung dieser Vermutung wurde ausge dehnte Grundlagenforschung betrieben. Im allgemeinen sind die bekannten, handelsüblichen Skiwachse auf Basis von
Paraffin- und/oder Wachsgemischen als Grundkomponente aufgebaut. Diese Substanzen sind mit den für Skibeläge in
Frage kommenden Polyolefinen chemisch verwandt, und es ist bekannt, dass sie in einem gewissen Ausmass in diese Polymere eindiffundieren können. Aus bekannten Daten der Gasdiffusion von Polyäthylenfolien geht hervor, dass die Permeationskoeffizienten mit steigender Dichte des Polyäthylens abnehmen. Der Gedanke lag somit nahe, die Zusammenhänge von Dichte der Polymere und Diffusion bzw. Aufnahme von Skiwachsen abzuklären. Hierbei konnte einwandfrei nachgewiesen werden, dass die prozentuale Wachsaufnahme von Polyäthylen mit abnehmender Dichte des Polyäthylens ansteigt.
Die einfachste Lösung des Problems, einen Skibelag mit einem möglichst hohen Aufnahmevermögen für Skiwachs herzustellen, würde somit darin bestehen, das Belagsmaterial auf Basis von Hochdruck-Polyäthylen, das eine geringe Dichte aufweist, zu verwenden.
Hier musste jedoch auf frühere Erfahrungen zurückgegriffen werden, da die ersten in den Handel gebrachten P-TEX Beläge auf Basis des damals in industriellem Ausmass allein erhältlichen Hochdruck-Polyäthylens hergestellt wurden.
Diese Beläge zeigten wohl gute Gleiteigenschaften, jedoch waren aufgrund der artbedingten Weichheit des Hochdruck Polyäthylens die mechanischen Eigenschaften dieser Beläge unbefriedigend. Diese Beläge waren einem hohen Verschleiss durch Abrieb ausgesetzt und ausserdem beim Überfahren von aperen Stellen leicht verletzlich. Diese Nachteile konnten nach dem Aufkommen des Niederdruck-Polyäthylens höherer Dichte behoben werden, und die heute im Handel erhältlichen P -TEX -Beläge sind ausnahmslos auf Basis von Niederdruck Polyäthylen höherer Dichte aufgebaut. Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass die einfache Lösung, zur Erzielung einer höheren Wachsaufnahme des Skibelags diesen auf Basis von Hochdruck-Polyäthylen aufzubauen, nicht in Frage kommt.
Nachdem feststand, dass Verminderung der Dichte von Polyäthylen um 1% zu ungefähr 80 %iger Erhöhung der Wachsaufnahme führt, wurden gleiche Versuche in bezug auf das Molekulargewicht des Polyäthylens ausgeführt, wobei festgestellt wurde, dass durch Steigerung des Molekulargewichtes auch die Wachsaufnahme erhöht wird, wobei 400a'cige Steigerung des Molekulargewichtes eine 20%ige Steigerung der Wachsaufnahme ergibt.
In Anlehnung an die vorstehend beschriebene Methode des rennmässigen Wachsens wurde die Wachsaufnahme ermittelt, indem Abschnitte des zu prüfenden Polymers in Folienform mit dem jeweiligen, auf 100" C erwärmten Skiwachs während 10 min in Berührung gehalten, danach die Gewichtszunahme ausgewogen und daraus die prozentuale Wachsaufnahme errechnet wurde. Für die Versuche wurden zur Hauptsache die Produkte aus dem Sortiment der bekannten TOKO Skiwachse verwendet.
Zur Behebung der Schwierigkeiten in bezug auf die mechanischen Eigenschaften eines auf Basis von Hochdruck-Poly äthylen hergestellten Skibelags wurden nun Versuche mit Mischungen von Hoch- und Niederdruck-Polyäthylen unterschiedlicher Dichten ausgeführt. Die Prüfung der Wachsaufnahme von Folien aus solchen Gemischen ergab eine gute Übereinstimmung mit den vorstehend angeführten Versuchen, d. h. die Wachsaufnahme stieg proportional mit zunehmendem Mengenanteil an Hochdruck-Polyäthylen im Gemisch an, wobei natürlich auch die Festigkeitseigenschaften entsprechend absanken.
Bei Versuchen mit Mischungen von Niederdruck-Poly äthylen mit Polyisobutylen wurde ermittelt, dass durch einen Zusatz von 25 Gew.% Polyisobutylen zum Niederdruck-Poly äthylen eine gleiche Wachsaufnahmefähigkeit erzielt wird wie bei einem 50/50 Gemisch von Hoch- und Niederdruck-Poly äthylen, wobei jedoch die Dichte weniger stark vermindert wird.
Versuche mit Homo- und Copolymeren des Propylens ergaben, dass deren Wachsaufnahme im Grössenordnungsbereich derjenigen von Niederdruck-Polyäthylen liegt. Ähnliche Resultate wurden mit Polybuten-1 erhalten.
Alle Versuchsresultate weisen darauf hin. dass Hochdruck Polyäthylen einer Dichte von beispielsweise 0,926 g/cm3 in bezug auf Wachsaufnahmevermögen im angestrebten Mengenbereich die besten Resultate ergibt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, anhand der vorstehend erläuterten Forschungsresultate zu einem Belagsmaterial zu gelangen, das gegenüber dem bekannten, auf Basis von Niederdruck-Polyäthylen aufgebauten Belagsmaterial in bezug auf mechanische Eigenschaften praktisch unverändert ist, beim Wachsen nach der vorstehend beschriebenen rennmässigen Methode jedoch ein wesentlich verbessertes Wachsaufnahmevermögen aufweist und dadurch besonders geeignet ist für Rennskis, insbesondere für Abfahrtsrennen.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Belagsmaterial, das eine Laufflächenschicht aus Hochdruck-Polyäthylen aufweist.
Vorzugsweise beträgt die Gesamtdicke des erfindungsgemässen, mehrschichtigen Belagsmaterials 1-1,5 mm, wobei die Dicke der Laufflächenschicht 0,5-0,6 mm beträgt.
Die Resultate von Untersuchungen über den Mechanismus des Skigleitens lassen erkennen, dass mit steigendem E-Modul des Belages der Reibungskoeffizient Laufsohle/Schnee abnimmt.
Ein zweischichtiges Belagsmaterial, bestehend aus einer Grundschicht aus Niederdruckpolyäthylen und einer wachsaufnehmenden Gleitschicht aus Hochdruckpolyäthylen, ist deshalb einer reinen Hochdruckpolyäthylenlaufsohle vorzuziehen, weil auf diese Art und Weise ein Verbund entsteht, dessen E-Modul wesentlich über demjenigen eines Hochdruckpolyäthylenbelages liegt.
Der E-Modul eines Verbundes von Schichten aus Niederund Hochdruckpolyäthylen mit Schichtdicken von 0,8 bzw.
0,4 mm errechnet sich z. B. zu 6170 kp/cm2, wohingegen ein reiner Belag aus Hochdruckpolyäthylen einen E-Modul von 2000 kp/cm2 aufweist.
Es wurde gefunden, dass beim Wachsen des erfindungsgemässen Belagsmaterials nach der vorstehend beschriebenen, rennmässigen Methode, vorzugsweise unter Verwendung der bekannten Spezialtypen aus dem Sortiment der TOKO -Ski- wachse, die Wachsaufnahme durch das Hochdruck-Poly äthylen der obersten Oberflächenschicht in einem Dickebereich von ungefähr 20 ,um erfolgt, wobei die Wachskonzer- tration in der äussersten Grenzschicht dieser Diffusionstiefe selbstverständlich am höchsten ist und gegen das Schichtinnere hin abnimmt.
Beim Studium des Verhaltens des erfindungsgemässen Belagsmaterials während der Verwendung im rennmässigen Einsatz bei Abfahrtsrennen muss, wie eingangs erwähnt, der Abrieb des Wachses von der Gleitfläche des Skis aufgrund der Reibung der Schneeunterlage berücksichtigt werden. Es ist dabei anzustreben, dass während der gesamten, relativ kurzen Zeitdauer eines Abfahrtsrennens vom Start bis zum Ziel stets eine möglichst gleichmässige Menge des Skiwachses auf der Gleitfläche des Skis vorhanden ist. Dies lässt sich mit dem erfindungsgemässen Belagsmaterial aufgrund der bekannten Erscheinung des sogenannten Ausschwitzens der Wachse aus dem Polyäthylen erreichen.
Bei Annahme, dass die Geschwindigkeit der Diffusion von Wachs in das Polyäthylen hinein gleich sei der Geschwindigkeit der Diffusion des Wachses aus dem Polyäthylen heraus ergibt sich die Folgerung, dass durch Wachsen nach der vorstehend beschriebenen, rennmäs sigen Methode eine Wachsmenge durch Diffusion in die Lauf flächenschicht des Belagsmaterials gebracht werden muss, die grösser ist als der beim Ausschwitzen des Wachses aus dieser Schicht heraus in der Schicht festgehaltene, d. h. gelöste Mengenanteil. Bei Abklärung dieser Frage ist auch der Temperaturbereich zu berücksichtigen, in welchem das erfindungsgemässe Belagsmaterial zum Einsatz gelangt.
Durch Versuche wurde ermittelt, dass die im vorstehend genannten Dickenbereich der Laufflächenschicht von 20 um bei 0 C gelöste und daher nicht ausschwitzende Wachsmenge, in Abhängigkeit von der jeweiligen Wachssorte, in einem Bereich von 16 bis 20 Gew. %, bezogen auf das Gewicht der Laufflächenschicht, liegt.
Es wurde nun gefunden, dass das Wachsaufnahmevermögen der Laufflächenschicht des erfindungsgemässen Belagsmaterials in jedem Fall genügend hoch ist, um der vorstehend genannten Anforderung zu genügen. Das in einem Abfahrtsrennen von der Gleitfläche der Laufflächenschicht mechanisch abgeriebene Skiwachs wird laufend durch aus dieser Schicht ausgeschwitztes neues Skiwachs ersetzt, so dass vom Start bis zum Ziel stets Skiwachs auf der Gleitfläche vorhanden ist.
Es ist offensichtlich, dass derartige Anforderungen nur im Spitzensport gestellt werden, wo es, wie bereits erwähnt, um die Erzielung von Vorteilen in der Grössenordnung von Sekundenbruchteilen geht. Im Alltagssport spielen derartige Überlegungen keine oder höchstens eine untergeordnete Rolle.
Da, wie bereits erwähnt, Hochdruck-Polyäthylen den Nachteil einer geringeren mechanischen Festigkeit aufweist, ist damit zu rechnen, dass die relativ dünne Laufflächenschicht des beschriebenen Belagsmaterials bei länger dauernden Abfahrten und insbesondere bei Tourenfahrten nach relativ kurzer Zeitdauer abgenützt und ganz oder zumindest teilweise entfernt ist. Dies ist jedoch im Alltagsgebrauch ohne Bedeutung, da die darunterliegende Grundschicht auf Basis von Niederdruck Polyäthylen dem heute weltweit im Gebrauch stehenden, handelsüblichen P-TEX Belag entspricht.
The present invention relates to a multilayer covering material for the outsole of skis and to the use of the material for racing skis, in particular for downhill races.
Various types of surface are known for the outsole of skis, which on the one hand protect the ski against damage when driving over open areas and on the other hand are intended to help solve the wax problem. Such coverings can be made of various materials, preferably plastics, and either applied in the form of a paint to the ski and hardened there or glued to the ski in the form of a finished plastic film, this last embodiment becoming increasingly important. The most widespread today should be the well-known P-TEX> coverings, which are constructed in the form of finished plastic films based on low pressure polyethylene.
For normal use of skis with P-TEX coatings, i. H. for everyday athletes. It is entirely possible to forego waxing at all and, as a rule, such coatings are only waxed by rubbing in one of the commercially available ski waxes.
The situation is different in the field of ski races, where in particular the downhill races of the Olympics and international downhill races are often decided by differences in departure times in the order of magnitude of '/ loo -' / looo sec.
Since the weather and snow conditions are usually the same during the duration of a downhill race and there are hardly any clear differences in terms of the quality of the skis used, as well as the shape and ability of top skiers, the way in which the skis used are waxed is extremely important.
It is a well-known fact that today the wax regulations for national racing teams are scientifically developed and kept strictly secret.
The waxing is done with meticulous precision, taking into account all influencing factors, usually even by computer, the wax in question being ironed onto the running surface of each individual ski using a thermostat-controlled iron for a period of about 10 minutes. The homogeneous wax layer obtained in this way is then practically completely removed again using a doctor blade for leveling.
From this and from the well-known fact that commercially available ski waxes applied to the outsole of skis are rubbed off the running surface relatively quickly by the friction of the snow during use, and that the skis' gliding ability is significantly better compared to similar but not waxed skis derive the logical conclusion that after the clearly visible wax layer has been removed, there must still be enough traces of wax in the base.
Extensive basic research was carried out to check this assumption. In general, the known, commercially available ski waxes are based on
Paraffin and / or wax mixtures built up as a basic component. These substances are in with those used for ski bases
Polyolefins in question are chemically related, and it is known that they can diffuse into these polymers to a certain extent. Known data on gas diffusion from polyethylene films show that the permeation coefficients decrease as the density of the polyethylene increases. The idea was therefore to clarify the relationship between the density of the polymers and the diffusion or absorption of ski wax. It could be proven that the percentage of wax uptake by polyethylene increases with decreasing density of the polyethylene.
The simplest solution to the problem of producing a ski base with the highest possible absorption capacity for ski wax would therefore consist in using the base material based on high-pressure polyethylene, which has a low density.
However, earlier experience had to be used here, as the first P-TEX coverings brought to the market were manufactured on the basis of high-pressure polyethylene, which was then only available on an industrial scale.
These coverings showed good sliding properties, but the mechanical properties of these coverings were unsatisfactory due to the nature-related softness of the high pressure polyethylene. These pads were exposed to high levels of wear and tear and were also easily vulnerable when driving over open areas. These disadvantages could be remedied after the advent of low-pressure polyethylene of higher density, and the P-TEX coverings available today are all based on low-pressure polyethylene of higher density. It can be seen from the above that the simple solution of building up the ski base on the basis of high-pressure polyethylene in order to achieve a higher wax absorption of the ski base is out of the question.
After it was established that a 1% decrease in the density of polyethylene leads to an approximately 80% increase in wax uptake, similar tests were carried out with respect to the molecular weight of the polyethylene, it being found that increasing the molecular weight also increases the wax uptake, whereby 400% increase in molecular weight results in a 20% increase in wax absorption.
Based on the above-described method of racing growth, the wax uptake was determined by holding sections of the polymer to be tested in film form with the respective ski wax heated to 100 ° C. for 10 minutes, then weighing the weight gain and calculating the percentage wax uptake from this The products from the well-known TOKO ski wax range were mainly used for the tests.
To overcome the difficulties with regard to the mechanical properties of a ski surface produced on the basis of high pressure polyethylene, experiments have now been carried out with mixtures of high and low pressure polyethylene of different densities. The examination of the wax uptake of films made from such mixtures showed good agreement with the experiments cited above; H. the wax uptake increased proportionally with the increasing proportion of high-pressure polyethylene in the mixture, with the strength properties naturally also falling accordingly.
In tests with mixtures of low-pressure polyethylene with polyisobutylene, it was found that the addition of 25% by weight of polyisobutylene to the low-pressure polyethylene achieves the same wax absorption capacity as a 50/50 mixture of high-pressure and low-pressure polyethylene, however, the density is less reduced.
Tests with homopolymers and copolymers of propylene showed that their wax absorption is in the order of magnitude of that of low-pressure polyethylene. Similar results were obtained with polybutene-1.
All test results indicate this. that high pressure polyethylene with a density of 0.926 g / cm3, for example, gives the best results in terms of wax absorption capacity in the desired quantity range.
It is the object of the present invention, on the basis of the research results explained above, to arrive at a covering material which is practically unchanged in terms of mechanical properties compared to the known covering material based on low-pressure polyethylene, but which is waxed according to the racing method described above has significantly improved wax absorption capacity and is therefore particularly suitable for racing skis, in particular for downhill races.
The subject of the invention is thus a covering material which has a tread layer made of high-pressure polyethylene.
The total thickness of the multi-layer covering material according to the invention is preferably 1-1.5 mm, the thickness of the tread layer being 0.5-0.6 mm.
The results of investigations into the mechanism of ski sliding show that the coefficient of friction between the outsole and snow decreases with increasing modulus of elasticity of the covering.
A two-layer covering material, consisting of a base layer made of low-pressure polyethylene and a wax-absorbing sliding layer made of high-pressure polyethylene, is therefore preferable to a pure high-pressure polyethylene outsole because this creates a composite with a modulus of elasticity that is significantly higher than that of a high-pressure polyethylene surface.
The modulus of elasticity of a composite of layers made of low-pressure and high-pressure polyethylene with layer thicknesses of 0.8 or
0.4 mm is calculated e.g. B. to 6170 kp / cm2, whereas a pure covering made of high-pressure polyethylene has an E-module of 2000 kp / cm2.
It has been found that when the covering material according to the invention is waxed according to the racing method described above, preferably using the known special types from the TOKO ski wax range, the wax is absorbed by the high-pressure polyethylene of the top surface layer in a thickness range of approximately 20 .mu.m, the wax concentration in the outermost boundary layer of this diffusion depth being of course highest and decreasing towards the inside of the layer.
When studying the behavior of the covering material according to the invention during use in racing use in downhill races, the abrasion of the wax from the sliding surface of the ski due to the friction of the snow pad must be taken into account, as mentioned above. The aim is to ensure that the most uniform possible amount of ski wax is present on the sliding surface of the ski during the entire, relatively short period of time of a downhill race from the start to the finish. This can be achieved with the covering material according to the invention due to the known phenomenon of so-called exudation of the waxes from the polyethylene.
Assuming that the rate of diffusion of wax into the polyethylene is equal to the rate of diffusion of the wax out of the polyethylene, the conclusion that by waxing according to the above-described, racing method, an amount of wax diffused into the running surface layer of the covering material must be brought, which is larger than that held in the layer when the wax exudes from this layer, d. H. dissolved proportion. When clarifying this question, the temperature range in which the covering material according to the invention is used must also be taken into account.
It was determined through tests that the amount of wax dissolved and therefore not exuding in the aforementioned thickness range of the tread layer of 20 μm at 0 C, depending on the respective type of wax, was in a range from 16 to 20% by weight, based on the weight of the tread layer , lies.
It has now been found that the wax absorption capacity of the tread layer of the covering material according to the invention is in any case sufficiently high to meet the above-mentioned requirement. The ski wax mechanically rubbed off the sliding surface of the running surface layer in a downhill race is continuously replaced by new ski wax exuded from this layer, so that ski wax is always present on the sliding surface from the start to the finish.
It is obvious that such requirements are only made in top-class sport, where, as already mentioned, the aim is to achieve advantages in the order of magnitude of fractions of a second. In everyday sport, such considerations play no or at most a subordinate role.
Since, as already mentioned, high-pressure polyethylene has the disadvantage of lower mechanical strength, it is to be expected that the relatively thin tread layer of the described covering material will be worn out and completely or at least partially removed after a relatively short period of time on long descents and especially on touring trips . However, this is irrelevant in everyday use, as the underlying base layer based on low-pressure polyethylene corresponds to the commercially available P-TEX flooring that is in use worldwide today.