NO157086B - Fremgangsmaate for fremstilling av en flerfasepolyetylenstruktur for en skisaale, samt skisaale. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører fremgangsmåte for fremstilling av en flerfasepolyetylenstruktur for en skisåle, samt skisåle.

En langrennsskiløper avhenger av en forskjell i statisk og dynamisk friksjon på snøen slik at "fraspark og glidning" skal bli mulig. Da ski ble fremstilt av tre, var det et rimelig forhold mellom statisk og dynamisk friksjon på tørr snø. Når et vannsmørende lag var til stede på snøen (fuktig snø), ble imidlertid den statiske friksjon sterkt redusert, hvilket gjør det vanskelig å bevege seg fremover ved en enkel "fraspark- og glidnings"-teknikk. Det ble utviklet skivokser for å overvinne dette problem. Ved å justere konsistensen av voksen til den hos snøen, var det mulig å tilveiebringe et forbedret feste på snøpartiklene mens skien var i ro uten i urimelig grad å kompromittere den glidende friksjon.

Med den mer nylige tilveiebringelse av plastskisåler med deres iboende forbedrede glidningsevne ble den statiske friksjonen nedsatt så meget at voksing ble vesentlig under alle snøforhold. Voksing på riktig måte er imidlertid noe av en kunst, og det er åpenbart at det er behov for en skisåle som vil tilveiebringe en tilfredsstillende "fraspark- og gli"-funksjon uavhengig av de sterkt varierende snøforholdene. Det har følgelig vært en sterk etterspørsel etter en slik skisåle, og forskjellige forsøk har vært gjort for å oppfylle denne. Festet på snøen avhenger av to faktorer, en mekanisk tilpasning til snøoverflaten og en overflatekjemisk adhesjon. Den mekaniske teknikken har blitt sterkt forbedret, og består i å tilveiebringe en retningsformet overflate på skisålen i form av flatetrinn eller "fiske-skjell" som kommer i inngrep med snøen når skien har tendens til å gli bakover. Jo dypere trinnene er, og jo flere det er av dem, desto bedre feste, men desto dårligere gli.

Den kjemiske adhesjonsteknikk har også vært forsøkt og består i å tilveiebringe hydrofile seter eller steder på skisåle-overflaten (US patent 3.897.074). Disse hydrofile stedene virker gjennom en film av vann, og på denne måte tilveie-bringes klatreevne, men på tørr snø er det også nødvendig med en viss mekanisk effekt.

En annen metode som har vært forsøkt, kombinerer både mekaniske og kjemiske effekter. Den såkalte glimmer-skisåle inneholder mange relativt store glimmerflak innleiret i plast-grunnmassen og er orientert for ved abrasjon å tilveiebringe en avtrappet overflate i mikro-målestokk. Bruken av glimmer resulterer i en overflate som er hydrofil. Slike ski lar seg godt bruke i oppoverbakke på våt snø, men glir meget dårlig på nesten alle typer snø. Glimmerski er beskrevet i norsk patentsøknad nr. 772.044.

Alle disse mønstrede overflatene forsøker å skape en overflate som har en lav friksjonskoeffisient i gliretningen, men en høyere koeffisient i den motsatte retning; således ideen med orienterte trinn, eller "fiskeskjell" eller glimmer-strukturer. Alle disse overflatene er imidlertid forbundet med det samme kompromiss mellom klatre- og gl iegenskaper.

Smørefrie ski ville ikke være tilfredsstillende med mindre de kan brukes under de fleste snøforhold like godt som godt smurte eller voksede ski, noe som hittil har vært ansett som praktisk talt umulig.

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å simulere den lave dynamiske friksjonskoeffisient på våt eller tørr snø som utvises av godt smurte ski, mens det fremvises en meget høy statisk friksjon. I denne form er friksjons-koeffisient i den motsatte retning av liten interesse.

Ifølge oppfinnelsen er det således tilveiebragt en fremgangsmåte for fremstilling av en flerfasepolyetylenstruktur for en skisåle, samt skisåle. Denne fremgangsmåte og skisåle er kjennetegnet ved de trekk som fremgår av kravene 1—5.

Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse opprettes et mekanisk feste eller grep 1 en mikro-målestokk som er så fint at det ikke i vesentlig grad forstyrrer glidningen, men likevel er tilstrekkelig til å gi klatreegenskaper ved alle snøforhold. Den fysiske overflatestruktur som kontinuerlig fornyes ved normal slitasje av skien, består fullstendig av meget hydrofobe materialer, Jioe som er vesentlig for en god ytelsesevne for en skisåle.

Skisålen ifølge oppfinnelsen er en flerfasestruktur omfattende en polyetylenfilm som har innleiret deri flere partikler av polyetylen av høyere hardhet eller molekylvekt enn den filmdannende polyetylen, og som er svakt bundet i fiImfasen. Forskjellen i molekylvekt eller hardhet mellom partiklene og den filmdannende polyetylen er tilstrekkelig til å skape friksjonsmessige diskontinuiteter mellom filmen og partiklene slik at ved abrasjon av overflatene 1 flerefasestrukturen så vil flere mikrofibriIler dannes ved strukturens overflate. Selv om disse mikrofibriller slites av ved skigåing, vil den normale slitasje som foregår ved skigåing, kontinuerlig regenerere mikrofibrillene.

Fremgangsmåten for fremstilling av multifase-polyetylen-strukturene ifølge foreliggende oppfinnelse, og som er særlig nyttige som skisåler, innbefatter at man først behandler i det minste en del av overflatene til polyetylenpartiklene som benyttes for dannelse av partikkelfasen, med et hydrofobt materiale som er uforenlig med polyetylen, eller et som vil redusere adhesjonsstyrken til polyetylenpartiklene til polyetylenfiImen under normale ekstruderingsbetingelser. Disse behandlede partiklene blir deretter inkorporert i en polyetylen med lavere molekylvekt eller hardhet som danner filmfasen. Forskjellen i molekylvekter eller hardhet er tilstrekkelig slik at når de to typene av polyetylen blandes sammen og ekstruderes, så vil polyetylenen med lavere molekylvekt eller hardhet danne en film på normal måte mens partiklene som benyttes for dannelse av partikkelfasen, vil forbli som partikler. På grunn av behandlingen av partiklene før blanding, vil adhesjonen av partiklene til den filmdannende polyetylenf asen være mindre enn det som normalt ville ha forekommet i fravær av slik behandling, og i virkeligheten forekommer en meget liten tredje fase mellom film- og partikkelfasen. Denne behandling av partiklene er også til hjelp for bibeholdelse av integriteten til både partiklene og filmen, og gjør fasene delvis uforenlige slik at det utvikles mikrofibriller ved diskontinuitetene eller grenseflatene mellom partikkelen og filmen når strukturen slipes, slik at mikrofibrillene vender bakover.

Størrelsen på de benyttede partikler bør være omtrent den samme som den tykkelse som er ønsket for flerfasestrukturen. F.eks., dersom det er ønskelig med en film på 1,5 mm, bør partikkelen også være ca. 1,5 mm eller mindre. Det er ikke nødvendig at polyetylenene som utgjør de to fasene, blandes i pellet- eller granulatform, fordi partiklene som utgjør partikkelfasen, i virkeligheten kan lamineres eller innleires i strukturen mellom to filmer av polyetylen. Selv om denne struktur kan dannes ved hjelp av forskjellige metoder slik som ved varme og trykk, har man funnet at belteekstrudering er ideelt.

Valget av de spesielle polyetylenene for film- og partikkelfasen for oppnåelse av flerfasestrukturen ifølge foreliggende oppfinnelse, kan bestemmes under henvisning til de kjente egenskapene til de forskjellige polyetylenene som er tilgjengelige på markedet. Det er bare nødvendig at de spesielle fase-polyetylenpartiklene eller -pelletene har en tilstrekkelig høyere hardhet eller tilstrekkelig høyere molekylvekt slik at partiklene forblir som sådanne under bearbeidelsen ved belteekstruderingen, f.eks. for dannelse av ski sål en. Som det fremgår fra eksempel 1, når polyetylen-granulater av meget høy tetthet ("HYFAS 1900") blandes med polyetylenpellets av lav tetthet og ekstruderes, danner polyetylenen av lav tetthet en film hvori polyetylengranulatene av høy tetthet forblir intakt under ekstruderings-prosessen.

Betegnelsene "høy tetthet", "lav tetthet", "middels tetthet", osv. er veldefinerte betegnelser innen teknikken, se f.eks.

the Encyclopedia of Chemical Technology, Kirk-Othmer, 3. utgave (1981), sidene 385-452. Smelteindeksene og hardheten til disse forskjellige typer av polyetylenpolymerer er også gitt i den ovenfor angitte tekst, og det ville være en enkel sak å velge de spesielle polyetylenene for fremstilling av skisålen ifølge foreliggende oppfinnelse ved enkel henvisning til litteraturen, slik som den ovenfor angitte del i nevnte bokverk.

Polyetylen av lav tetthet kan bestråles med 1, 2 eller 3 megarad av kobolt 60 for å øke dens hardhet og molekylvekt i tilstrekkelig grad slik at den kan anvendes som den hardere partikkelfasen med den samme polyetylen av lav tetthet. Kryssbundet polyetylen av lav tetthet kan også benyttes for partikkelfasen. F.eks. kan en stav av polyetylen av lav tetthet behandles med en silikonolje, eksponeres for tre megarad kobolt 60 og oppdeles i pellets. Størrelsen på staven bør være vesentlig den samme som dem som er ønsket for såletykkelsen, f.eks. ca. 1,5 mm.

Behandlingen av partikkelfase-polyetylenen med et uforenlig hydrofobt materiale, slik som silikonolje, er viktig for oppnåelse av den sluttlige mikrofibrill-struktur ved abrasjon. Overflatene eller deler av overflatene til de således behandlede partikler, blir derved uforenlig i forhold til den mykere fllmfasen. Dette hindrer sterk binding av partiklene til fllmfasen og tillater ekstrudering av blandingen under bibeholdelse av de to adskilte fasene. Selv om den fore-trekkes, er silikonolje ikke vesentlig ettersom et hvilket

som helst annet inkompatibelt eller uforenlig hydrofobt

materiale som vil utfylle den ovenfor angitte funksjon, kan benyttes.

Skisålene kan benyttes direkte, og fibrillene vil ganske enkelt dannes ved bruk. Friksjonen og den normale abraslve slitasje vil danne mikrofibrillene. Som et praktisk forhold er det best å foreta abrasjonen i fabrikken. En hvilken som helst abrasjonsanordning kan benyttes.

Abrasjonsanordningen skjærer opp overflaten i meget små fordypninger eller spor i glidningsretningen, men p.g.a. diskontinuitetene i materialet er de således dannede fibrer korte og orientert bakover. Den således fremstilte begynnelsesoverflate er en masse av tettpakkede fibrer som kan gi en effektiv glidebasls-hydrofob, og som under statisk friksjon utøver en sterk adhesjon til snøen.

Så effektiv som overflate-abrasjonsanordningen er, er imidlertid effekten helt forskjellig fra den til naturlig snø-friksjon. Man har funnet en måte for simulering av slitasje-egenskapene til snø på sålemateriale. Vanlig gnidning med sten anvendes for å trimme polyetylensålen til riktig størrelse som en sluttlig preparering av skien. Skjærevæsken er vann, og effekten er å fjerne materialet slik at det etterlates en skinnende glatt overflate. Ved tilsetning av en silikonoljedispersjon til skjærevæsken (vann), blir overflatematerialet lett fjernet, men det utvikles en mikro-struktur som nøyaktig ligner den som resulterer ved naturlig glidningsfriksjon på snø. I tilfelle for ubestrålt materiale utvikles fllament-strukturen mer eller mindre jevnt over overflaten, mens i tilfellet for bestrålt såle bibeholdes den opprinnelige struktur, og mikrofilamentstrukturen utvikles ved grenseflatene mellom de bestrålte korn. Dette er den struktur som utvikles ved bruk og er mest ønskelig for den optimale "gli-fest"-skisålen.

Eksempel 1

Granulert polyetylen av ultrahøy molekylvekt ("HIFAX 1900") ble behandlet 1 en væske-faststoff V-blander med 0, 25% dimetylsilikonolje ("Dow Corning 200", 60.000 eps). Denne harde behandlede polyetylen ble blandet med polyetylenpellets av lav tetthet og høy smelteindeks ("DYNN") under anvendelse av 20 vekt-S& polyetylen av ultrahøy molekylvekt, og deretter ekstrudert til en 19 mm tykk film for opprettholdelse av Integriteten til polyetylengranulatene av ultrahøy molekylvekt. En avkjølt kalandreringsvalse ble benyttet for å regulere tykkelsen. Den således dannede film ble flammebehandlet på konvensjonell måte for å gi filmen en riktig adhesjon til skien. Filmen ble deretter bundet til et par langrennsski. Lett abrasjon med et temmelig grovt sandpapir ga en jevn utvikling av polyetylen-mikrofibrlller over hele glideoverflaten. Skiene ga gode klatre- og glideegenskaper på alle snøtyper på en måte som kunne sammenlignes med godt smurte eller voksede ski. Glidningen var ekvivalent med normale polyetylenbaserte alpinski. Den statiske friksjon var meget høy.

I det ovenfor angitte eksempel representerer 20 vekt-5é den optimale mengde av partikkelfasen. Ved ca. 536 slites fibrillene av, og ved ca. 30$ begynner glidningen å minske. Prosentandelen av partikkelfasen står naturligvis i direkte forhold til antall fibriller som oppnås ved abrasjon.

Eksempel 2

Polyetylen av lav tetthet ble ekstrudert til en stav med en diameter på ca. 1,59 mm. Den ble deretter tørket med klede inneholdende silikonolje ("GE viskosil 10.000") og gitt en dose av 3 MR elektronbestråling. Denne stav ble deretter oppkuttet til pelletsform.

Disse pellets ble deretter fordelt til en tett enkeltlagsfilm mellom to filmer av polyetylen av lav tetthet, hvis tykkelse var akkurat tilstrekkelig til å fylle hulrommene mellom de sammenpressede pellets (et lim, om man vil). Deretter ble hele det sammensatte materialet ført under trykk gjennom en beltelaminator ved ca. 200°C og deretter avkjølt, fremdeles under trykk. Den resulterende film ble slipt ned til 1,02 mm, flammebehandlet på en side, og laminert til skienes under-flate.

Disse ski ble deretter testet i tre dager under forhold varierende fra meget våt, gammel snø og ny snø til fuktig, ny snø og til slutt tørr, blåst ny snø. Ytelsesevnen ble over-våket ved sammenligning med et par ski som var vokset eller smurt for forholdene. Over hele dette området av forhold var det intet tilfelle der de smurte skiene ga bedre ytelsesevne. Forsøksskiene ga sikrere klatrings-egenskaper under alle forhold og gled ofte bedre. Mest merkbart var den lette glien ved normal gange, noe som er vanskelig å måle, men som er meget merkbart for skiløperen.

Inspeksjon av skiene viste at en veldefinert filamentstruktur var utviklet ved korngrensene etter 2 km skigåing. Denne overflateegenskap ble bibeholdt i uforminsket grad under tre dagers skigåing under ofte temmelig abrasive forhold.

Andre materialer kan benyttes for dannelse av flerfase-strukturer ifølge foreliggende oppfinnelse så lenge de er hydrofobe, polypropylen, polyamider osv. er eksempler. Blandinger av forskjellige polymerer slik som bruk av polyamider som partikkelfase og polyetylen som filmfase, kan også anvendes. Bruken av polyetylen i begge faser for skisåler er imidlertid temmelig overlegent p.g.a. polyetylenens høye hydrofobisitet.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en flerfase-polyetylen-struktur for en skisåle, omfattende filmdannende polyetylen og ikke-filmdannende polyetylenpartikler, karakterisert ved at man behandler i det minste en del av overflaten av polyetylenpartiklene med et materiale som er inkompatibelt med polyetylen, eller som vil redusere adhesjonen av partiklene til det filmdannende polyetylen, og hvilke polyetylenpartikler ikke vil danne en film under normale filmdannende betingelser, at man blander polyetylenpartiklene med et polyetylen som kan danne en film , og at man danner en film av blandingen slik at de behandlede polytetylenpartlk-lene forblir vesentlig intakte slik at det oppnås en flerfasestruktur som har polyetylenpartikler innleiret i en film av polyetylen, idet partiklene har en tilstrekkelig høyere molekylvekt eller hardhet enn polyetylenfilmen og en tilstrekkelig redusert adhesjon til polyetylenf ilmen, slik at det dannes flere mikrofibriller som rager ut av overflaten når overflaten til flerfasestrukturen utsettes for slitasje.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at polyetylenpartiklene er av høy tetthet, og at den filmdannende polyetylen er av lav tetthet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at materialet som benyttes for behandling av polyetylenpartiklene er hydrofobt, og utgjøres fortrinnsvis av en silikonolje.

4. Skisåle, karakterisert ved at den omfatter et polyetylenfilmbasis-komposittmateriale som har en meget høyere molekylvekt enn basispolyetylenen, og som har overflateegenskaper som reduserer den adhesjon mellom partiklene og filmbasisen som normalt ville oppnås, idet nevnte molekylvekt er tilstrekkelig høyere og adhesjonen tilstrekkelig redusert slik at når overflaten til filmbasisen utsettes for slitasje, vil det utvikles flere mikrofibriller som rager fra sålens overflate.

5. Skisåle ifølge krav 4, karakterisert ved at den omfatter en polyetylenfilmbasis som har flere mikrofibriller av polyetylen med høyere molekylvekt eller hardhet enn polyetylenfilmbasisen som rager fra sålens overflate.