Краткая история лыжных мазей

Лыжные мази прошли долгий путь от сосновой смолы до перфторуглеродов со времен возникновения горнолыжного спорта в Скандинавии и гонок калифорнийских шахтеров на четырех-пяти метровых лыжах в Lost Sierra.

В феврале 2010 года, во время Олимпийских игр в Ванкувере, лыжники боролись то со слякотью, то с бугристым льдом, в который превращалась замерзшая слякоть. Меняющаяся погода была особенно жестока к биатлонистам во время 20 км гонки 18 февраля, когда снежный шквал обрушился на лыжный стадион, не оставив никаких шансов на быстрый бег и меткую стрельбу, и во время первой попытки женского слалома-гиганта 24 февраля, когда стартующим в дальних номерах достались совершенно раскисшая трасса и ограниченная видимость.

Быстро меняющиеся снежные условия всегда были проклятием сервисменов. Очень теплая и очень холодная погода вызывают тихую панику среди тех, кто занимается смазкой лыж. Когда погода непредсказуема, они сходят с ума. Они корпят над старыми тетрадями, в поисках подобной комбинации влажности, температуры и высоты, надеясь найти рабочую комбинацию мазей и структуры скользящей поверхности. Для скоростного спуска и супергиганта им нужно решение, которое позволит максимально ускориться со старта и обеспечить наилучшее скольжение на всех 600-800 вертикальных метрах до финиша. Для долгой лыжной гонки по пересеченной местности им нужна комбинация для отталкиваний и скольжения, которая будет работать во время меняющихся в течение двух часов погодных условий и будет противостоять сбору грязи по трассе. В Ванкувере даже соревнования по фристайлу потребовали особого смазочного решения: снег на Cypress был настолько сырым, что перед трамплинами в колеях образовывались лужи, а лыжникам нужно было проезжать по мокрому, не замедляясь, чтобы выполнить все запланированные фигуры в воздухе.

Я видел эту смазочную панику вблизи во время чемпионата мира 1989 года в Вэйле. За неделю до старта скоростного спуска ночные температуры упали до минус 40. Никто никогда не видел гонок при таком морозе, сковавшем трехтысячники Бивер-Крика. Никто не знал, чем мазать. Альпийские сервисмены прибегли к сверхтвердым «полярным» беговым парафинам, а некоторые даже использовали паркетный воск для твердых пород древесины. В конце концов, перед гонками погода смягчилась, и медалисты - Ханс-Йорг Таушер, Питер Мюллер и Карл Альпигер, по всей видимости, использовали обычные мази.

Мы никогда не узнаем, как все было на самом деле, потому что на уровне Кубка мира гуру от смазки лыж не выдают свои секреты. За пределами запертых «waxing room», где репортеры явно нежелательны, мы не могли знать, что «фирмачи» уже экспериментируют с фторированными парафинами, которые через год появятся на рынке. Смазка лыж стала изощренной псевдонаукой, практикуемой в атмосфере разработки особенно секретных видов вооружения.

Смазка лыж: взгляд назад

Необходимость в смазке лыж возникла задолго до появления горнолыжного спорта, одновременно с зарождением лыжного спорта в Скандинавии, в результате счастливого стечения обстоятельств: то, что делает древесину водостойкой, также помогает ей в скольжении по снегу.

Древесине назначено природой впитывать воду. Деревья переносят воду из почвы в листья через клеточную структуру, видимую нам как древесное зерно. Любое деревянное строение, подверженное влаге, должно быть защищено от намокания. Строите ли вы корабль, крышу или лыжу, вам нужно нанести на древесину консервант (пропитку), чтобы удержать ее от поглощения воды. Самый ранний из известных консервантов - сосновая смола. Невозможно сказать, когда ее впервые использовали, но еще сам Бог сказал Ною использовать ее в Бытие 6:14: «Сделай себе ковчег из кипарисового дерева; сделай комнаты в нем и покрой его смолой внутри и снаружи». Финикийцы, среди прочего, использовали смолу для запечатывания амфор. Это вещество производилось путем перегонки остатков пиломатериалов, часто корней дерева, в яме, покрытой торфом, или в воронкообразной печи. Тонна древесины, медленно сжигаемая в ее чреве, не содержащем кислорода, производила около 100 кг древесного угля и около 220 литров смеси скипидара, смолы и канифоли.

Самым ранним литературным упоминанием о подготовке лыж, найденным норвежским историком Якобом Вааге, была история Лапландии, написанная на латыни Йоханнесом Шеффером и опубликованная в переводе на английский язык в 1674 году. Шеффер сообщил, что сами лыжники использовали сосновую смолу и канифоль.

Этот рецепт очень хорош для бега по равнине. Для лучшего скольжения важным вопросом является: отталкивает ли древесина воду? Технический термин для обозначения способности отталкивать воду - «гидрофобность» (его противоположность - «гидрофильность», обозначающая способность смачиваться). Сосновая смола скользит по снегу, потому что не растворяется в воде. Вода на смоле образует капельки, вместо того, чтобы покрыть всю ее поверхность. Это означает, что на микроскопическом уровне лыжа скользит не по слою воды, и не по твердым кристаллам снега, а по эквиваленту крошечных жидких шарикоподшипников, смешанных с большим количеством воздуха. Это хорошо, потому что воздух примерно на 99 процентов менее вязкий, а поэтому намного более быстрый, чем вода.

В то же время сосновая смола, нанесенная на дерево, не идеально гладкая, поэтому, когда вы отталкиваетесь лыжей, ее поверхность механически соединяется с поверхностью снега, что обеспечивает возможность толчка.

Именно это сочетание качеств: прочный консервант для древесины, с хорошим "толчком" и приличным скольжением, сделало сосновую смолу в течение нескольких столетий стандартным средством для обработки скользящей поверхности лыж. Один из первых навыков, который приобретали лыжники-новички, состоял в том, чтобы варить сосновую смолу, не сжигая ее, и наносить на деревянную скользящую поверхность лыж. В качестве ходовой поверхности сосновая смола была вытеснена только в 1940-х годах с развитием целлюлозных поверхностей, а затем в 1950-х годах полиэтиленом. Еще в 1960-х годах, когда я начал кататься на лыжах, в хороших лыжных магазинах все еще можно было почувствовать приятный резкий аромат вареной сосновой смолы, потому что мы все еще использовали его на деревянных беговых лыжах той эпохи.

Если все, что вас интересует, это скольжение, то сосновую смолу можно улучшить нанесением временного слоя какого-нибудь воскового вещества. Калифорнийские гонщики в Lost Sierra, которые в 1850-х годах изобрели гонки на лыжах на скорость, чтобы скоротать время в течение долгих снежных зим, не нуждались в "толчках". Они стремились к наиболее быстрому скольжению, а это означало улучшение водоотталкивающей способности их лыж. К 1868 году они попробовали все, что могли найти, из того, что казалось гладким: глицерин, китовое масло, керосин, свечной воск и спермацет (воскоподобное вещество, получаемое при охлаждении жидкого животного жира (спермацетового масла), заключённого в спермацетовом мешке в голове кашалота). Они смешали их в ароматные комбинации, называемые "допинг". Каждый лыжный клуб имел свою собственную постоянно развивающуюся формулу, а некоторые из них фасовались и продавались под такими брендами, как Greased Lightning, Skedaddle и Breakneck.

Между тем, в Европе…

Примерно до 1890 года лыжные соревнования, проходившие в Норвегии и других странах Европы, требовали от участников прыжков на тех же лыжах, которые они использовали для бега. Затем, когда прыжки стали длиннее, а беговые лыжи быстрее, лыжники начали строить более узкие и легкие беговые лыжи, в то время как лыжи для прыжков становились прямее, шире и тяжелее. В поисках более высоких скоростей взлета прыгуны начали красить скользящие поверхности своих лыж различными жесткими водоотталкивающими шеллаками, а во влажных условиях могли наносить тонкий слой парафина.

Примечание: шеллак - природная смола, вырабатываемая самками ряда родов насекомых-червецов, с температурой плавления 80-120 градусов. До изобретения винила в 1948 году шеллак использовался для производства грампластинок.

Питер Остбье (Peter Ostbye), родившийся неподалеку от Лиллехаммера в 1888 году, был очень хорошим лыжником гонщиком. В 1913 году он запатентовал Ostbyes Klister. Клистер - слово немецкого происхождения и означает клей; это была смесь парафина, сосновой смолы, венецианского скипидара и шеллака, упакованная в тюбики и предназначенная специально для улучшения "толчка" на мокром снегу. Со своим клистером Остбье выиграл 18-ти километровую гонку в Холменколлене в 1914 году, победив фаворита Лаурица Бергендаля.

Клистер стал сенсацией. Остбье продавал его по 2 кроны за тюбик, что составляет примерно 30 центов по современному курсу, но в те трудные времена эта сумма выглядела как целое состояние. Гуннар Кагге, пишущий для норвежской газеты Aftenposten, в 2003 году вспоминал, что во времена депрессии он и его друзья готовили свои собственные клистеры, используя пчелиный воск, смолу, расплавленные грампластинки и велосипедные камеры... и иногда подрывали кухни.

В альпийской части Европы, в 1922 году, новая фабрика в Штутгарте представила на рынок свечи и крем для обуви под брендом Loba, а прочное покрытие для скользящей поверхности лыж под названием Holmenkol-Mix. Это был сезонный лак, а не мазь для ежедневного нанесения. В 1933, конкурирующая компания в Атцеттене, Швейцария, под брендом Toko запустила свой собственный лак Ski-Gliss, а затем в 1940 году лыжную мазь под названием 1-3-5.

Ко Второй Мировой войне североамериканские фирмы начали упаковывать втираемые лыжные мази в металлические тубы. 10-я Горная дивизия выпускала мази для трех-четырех температурных диапазонов, на каждой из которых отпечатывалось предупреждение о том, что их нельзя нагревать. Лыжные мази были побочными продуктами промышленных процессов: основным бизнесом одного из производителей было производство торпедных предохранителей.

Прорыв в технологиях производства лыжных мазей произошел в 1943 году, когда шведская химическая фирма Astra AB наняла Мартина Матсбо (Martin Matsbo), победителя Холменколленской 18-ти километровой гонки 1937 года, бронзового призера зимних Олимпийских игр 1936 года и чемпиона мира 1935 и 1938 годов в лыжной эстафете 4 по 10 км, разработавшего лыжную мазь, полностью состоявшую из синтетических парафинов.

К тому времени синтетические парафины были предсказуемыми, стабильными и дешевыми побочными продуктами нефтепереработки. Парафин продавался недорого и широко использовался в сотнях потребительских товаров, включая косметику, фармацевтические препараты и даже хлебобулочные изделия (где использовался вместо масла, чтобы сделать противни скользкими). Смешивая парафин с микрокристаллическими восками Матсбо создал серию из трех твердых мазей и двух клистеров, призванных обеспечить и хороший толчек и плавное скольжение для разных условий температуры и влажности снега. В 1946 году Börje Gabrielsen основал новую компанию и по рецептам Матсбо начал производить в Швеции (Skåne) и Норвегии (Fjellhamar близ Осло) лыжные мази под торговой маркой Swix (от сочетания слов ski и wax).

Поскольку синтетические парафины были бесцветными и не имели вкуса и запаха, Swix добавил пигменты красного цвета для теплого мокрого снега и сине-зеленые для холодного сухого снега. Принцип был достаточно прост: мягкие парафины с низкой температурой плавления (около 110°C) были очень гидрофобными и хорошо работали на влажном снегу, особенно когда кристаллы снега теряли форму и становились мягкими и круглыми; твердые воски с температурой плавления около 140°C были менее гидрофобными, но сопротивлялись проникновению жестких острых углов холодных кристаллов снега. Смешивая мягкие и твердые мази, можно было подобрать состав для промежуточных состояний снега. Бренд Swix быстро набирал популярность и вдохновлял к появлению новые стартапы: на зимних Олимпийских играх в Хельсинки 1952 года группа молодых финских химиков презентовала продукцию под маркой Rex, которая получила широкое признание.

Найденная концепция быстро прижилась и в среде горнолыжников. В начале 1948 года и Holmenkol, и Tоkо создали свои цветные синтетические горнолыжные мази. Дешевизна и доступность материалов создали широкую конкуренцию. В Северной Америке десятки лыжников, изучавших химию в средней школе, «варили» собственные линии лыжных мазей. Естественно, каждый крупный дистрибьютор хотел иметь свою собственную марку лыжной мази. В продаже повсеместно появились яркие коробки с разноцветными парафинами, и даже флаконы спрея, продаваемые под марками A&T Blue Streak, Austro, Fall Line, Faski, Fastex, Hoffer, International, Jack Rabbit, Poly-Fin, Merix, Northland, Quick, Scia, Skee, Ski Spree, Ski-Z, Sohm’s, Speed Ski, St. Lawrence и Tip-Top.

К 1955 году большинство продаваемых горных лыж оснащались полиэтиленовыми скользящими поверхностями Kofix, P-tex или чем-то подобным. Полиэтилен высокой плотности (PE) был примерно на 40 процентов более гидрофобным, чем сосновая древесина, и даже качественная мазь на основе парафина не могла существенно улучшить ее отталкивающую способность. Но гонщики продолжали мазать свои лыжи, потому что улучшение скольжения даже на два или три процента могло принести победу: один процент на двухминутной трассе дает преимущество в 1,2 секунды.

В 1964 году компания Swix перенесла все свое производство в Норвегию, а в 1978 году была поглощена норвежской компанией Ferd AS.

Смазка в горных лыжах

Искусство смазки в горных лыжах под стать темной магии. Еще в 1964 году, несмотря на появление полиэтиленовых скользящих поверхностей, горнолыжники часто наносили расплавленный парафин с помощью кисточки, чтобы лучше заполнить винтовые отверстия на их сегментированных кантах. В течение последующих нескольких десятилетий европейские производители горных лыж и альпийские горнолыжные команды приступили к дорогостоящим исследовательским проектам по улучшению скорости скольжения. Например, было обосновано и доказано, что на высоких скоростях трение под скользящей поверхностью создает больше воды. Поэтому гонщику на трассе скоростного спуска может понадобиться немного более мягкий парафин, чем, скажем, на трассе гиганта при тех же условиях снега.

Прогресс в смазочном деле не был строго научным, всеми обсуждаемым процессом, поскольку даже небольшие достижения хранились в секрете. Производители мазей потратили миллионы шиллингов, франков и крон на то, чтобы каждую неделю отправлять автобусы сервисменов-смазчиков, к местам проведения этапов Кубка мира. И это помимо платы, взимаемой национальными командами с поставщиков горнолыжного снаряжения: лыж, ботинок, палок, очков, шлемов, одежды или мазей, которая обычно составляет около 50 000 долларов за доступ к гонщикам одной национальной команды в течение сезона. Такой уровень инвестиций сделал добываемые знания очень ценными. Они могли принести победы, которые повышают продажи не только лыж и ботинок, но и лыжных мазей. Несмотря на повсеместное использование полиэтиленовых баз, не нуждающихся в смазке (no-wax), лыжные мази остаются востребованным потребительским продуктом. По сведениям Американской индустрии лыжного спорта, в последние годы (статья написана в 2010 году), годовой оборот розничного рынка лыжных мазей в США составляет примерно $5 миллионов. Это означает, что мировой рынок составляет около 25 миллионов долларов.

В поисках улучшения скольжения, технические специалисты на Кубке мира экспериментировали с добавками на основе более современной химии: графитовым порошком, кремниевой жидкостью, различными металлическими порошками для улучшения смачивающей способности и «пластификаторами», такими как этиленвинилацетат (EVA), для получения «полярных» мазей для температур до минус 30° С. Эти материалы дают небольшие, но важные улучшения в скольжении, особенно в условиях жестких беговых трасс, которые готовят тяжелыми машинами. Было много экспериментов с чудодейственными ингредиентами, такими как тефлон (твердый фтористый пластик, называемый политетрафторэтиленом или PTFE), но этот материал имеет такую высокую температуру плавления (более 200° C), что вправление его в скользящую поверхность часто приводило к ее разрушению. Графитовые добавки, вроде работали, но никто не знал, почему: они не улучшали гидрофобные характеристики, и ученые, издеваясь над идеей, говорили, что возможно электропроводность углерода оказывает влияние на скорость скольжения.

К 1974 году конструкции из стекловолокна и пластиковые скользящие поверхности достигли вершин в беговых лыжах, во многом благодаря Kneissl и Fischer. Австрийские заводы успешно продвигали свои беговые лыжи из стекловолокна благодаря лучшим в мире гонщикам, среди которых был Томас Магнуссон (Thomas Magnusson), выигравший в том же году 30 километровую гонку на Чемпионате мира в шведском Фалуне. Их инженеры-конструкторы научились своему ремеслу разрабатывая горные лыжи, и естественно, испытывали свои лыжи с горнолыжными мазями на пятке и носке, используя более мягкие мази или даже клистер под ботинком, для «толчка».

Поскольку техники Кубка мира не делятся своими секретами успеха, многие знания о смазке лыж имеют «сказочный» характер. Я мельком увидел окутанный тайной мир смазки горных лыж во время подготовки к олимпийскому скоростному спуску в 1984 году. В этом сезоне американец Билл Джонсон одерживал ошеломляющие победы на мягком снегу и «гляйдерных» трассах (на которых умение скользить было важнее умения поворачивать или прыгать), во многом благодаря нескольким парам фантастически быстрых лыж Atomic, подготовленных Блейком Льюисом. Льюис защищал эти лыжи не только от хищения, но даже от осмотра, пряча их под кроватью, на которой спал. Сервисмен, как и его конкуренты, отказывался обсуждать то, что могут содержать его парафиновые смеси. Однажды он показал мне свою коллекцию: поднос с маленькими горшочками, каждый из которых был наполнен простым белым парафином, где каждый был помечен цифровым кодом. «Вот так», - сказал он.- «Знаешь сейчас больше, чем пять минут назад?»

Как бы то ни было, два больших прорыва в химии горнолыжных мазей: внедрение поверхностно-активных веществ (ПАВ) и внедрение фторуглеродов, случились далеко от Белого цирка Кубка мира.

Терри Хертель (Terry Hertel) катался на лыжах в Сан-Франциско. Он заработал немного денег во время компьютерного бума в Силиконовой долине и в 1972 году представил на рынок милый маленький электрический смазочный барабан для домашнего использования. Чтобы продавать вместе со смазочным барабаном, он создал линию мазей. Как лыжник с озера Тахо, Хертель был озабочен проблемой скольжения по очень мокрому снегу. В 1974 году он добавил ПАВ к своим парафином, чтобы сделать универсальную мазь, которую назвал Hot Sauce. Поверхностно-активное вещество является смачивающим агентом, полной противоположностью гидрофобного агента. Это не должно было сработать, но материал, используемый Хертелем, додецилсульфат натрия (SDS), является нечетной столбчатой молекулой с гидрофобным концом. Взвешенные в парафине, молекулы SDS, как правило, слипаются в сферы с гидрофобным концом, и каждая сфера действует как водоотталкивающий шарик в подшипнике. Хертель сказал, что его ПАВ агент был "инкапсулирован". Super Hot Sauce заработал отличную репутацию за прекрасное скольжение по тяжелому мокрому снегу. Горнолыжникам озера Тахо понравилось. Хертель не мог себе позволить присоединиться к пулу поставщиков лыжной команды США, и отправить своего техника на Кубок мира в Европу, но он говорит, что он отправлял в Европу свою мазь с поверхностно-активным веществом и убежден, что она принесла медали в гигантском слаломе Дайан Рофф и Еве Твардокен на чемпионате мира 1985 года в Бормио.

Примерно в это же время Хертель начал искать “весеннее решение”, которое будет работать в очень мокром снегу, но отталкивать пыльцу сосен, частицы выхлопных газов дизельного топлива и другую грязь, которая покрывает снег на склонах в апреле и мае. Он попробовал полипропиленгликоль, хладагент для морозильных установок, и это сработало. А еще, он из разговора с химиком из 3M Робом Хантером, узнал, что компания 3M продает жидкий фторуглерод для косметической и лакокрасочной промышленности, и когда тот высыхает, образует гладкую глянцевую поверхность. Хантер подумал, что жидкий фторуглерод будет хорошо работать и в лыжной мази, но предупредил, что при стоимости в 1000 долларов за фунт, это будет слишком дорого.

Хертель закупил перфторуглеродную жидкость 3M в пятигаллонных канистрах, смешал ее с высокопрочным свечным парафином под названием Paraflint, и в 1986 году представил твердый блочный парафин, который он назвал Racing 739. Это было очень гидрофобно и очень быстро. (Perfluoro означает, что все боковые звенья полимерной цепи, а не только некоторые из них, покрыты атомами фтора.)

Между тем, в Swix главный химик Лейф Торгерсен (Leif Torgersen) также искал что-то отталкивающее грязь. Жесткий парафин необходим для 50 км гонки или лыжного марафона, но мягкая «толчковая» мазь набирает по ходу гонки пыльцу и другие загрязнения, замедляющие лыжи. Поэтому он искал форму фторуглерода, которую можно было бы нанести на скользящую поверхность лыжи. Он нашел ее в Италии у Энрико Траверсо в Enichem SpA, государственном промышленном гиганте, который имел порошок фторуглерода с температурой плавления около 155°C. Полиэтилен высокой плотности обычно плавится при температуре около 130°C, но если у вас хорошая спеченная полиэтиленовая скользящая поверхность и утюг постоянно движется, вы можете нанести порошок, не разрушая скользящей поверхности. Enichem не имел покупателей на этот материал, и был готов производить малые, но дорогие партии для использования в лыжных мазях. Начав экспериментировать с фторуглеродами в беговых и горнолыжных мазях в Swix обнаружили, что они улучшают скольжение примерно на 2% по сравнению с лучшими нефторированными мазями. В 1990 году компания представила коммерческую версию под названием Cera F (cera - итальянский воск). Цена: 100$ за 30 грамм. Родители юных горнолыжников кричали в агонии: без этого не победить! Спидскиер C. J. Mueller помнит, как натирал лыжи соскобами с лыж своего конкурента.

В то же время, в 1988 году, инженеры компании Salomon связались со Swix. Французская компания разрабатывала свои первые горные лыжи, и потратила много денег, чтобы улучшить качество скользящей поверхности. Они хотели получить мазь широкого температурного диапазона, которую можно было бы наносить без нагревания в мастерской или прямо на склоне. Swix предложил жидкую форму фторуглеводорода в виде пасты. Ее можно было наносить кистью или аппликатурам. Названная «F4 for the Salomon ski», она была представлен на рынке компанией Salomon и приобрела широкую популярность.

С опозданием некоторым из конкурентов в этой гонке технологий пришло в голову запатентовать свою продукцию. 2 марта 1990 года Enichem подал заявку на Итальянский патент на «лыжную мазь, содержащую парафин и углеводородные соединения, содержащие перфторуглеродный сегмент». В тот же день Hertel подал заявку на патент США на «лыжную мазь для использования со спеченными скользящими поверхностями, содержащую парафин, отвердитель, примерно 1% перфтороэфира диола и 2% поверхностно-активного вещества SDS». «Это не полная формула», - предупредил меня Хертель.- «Я никогда никому не скажу, что там есть еще».

Это два ранних патента на фторированные лыжные мази. Позже патенты были предоставлены DuPont и Нью-Йоркскому химику по имени Athanasios Karydas.

Хертель заявляет, что его продукт Racing 739 быстро нашел свой путь в наборы техников Кубка мира, и был использован в нескольких победных стартах. Тем не менее, поскольку Hertel никогда не присоединялся к пулам поставщиков лыжных команд, он никогда не мог заявить по своей причастности к этим победам. Swix, Toko, Holmenkol, Briko, Maplus и Dominator, крупные европейские компании-производители мазей, которые являются поставщиками лыжных команд, не говорят о передовых технологиях, которые они используют на Кубке мира.

Сейчас ходят слухи о «нано мазях». Забавно думать, что такая мазь может содержать субмикроскопические углеродные сферы под названием фуллерены. У меня тоже есть своя собственная концепция квантовой мази: частицы антивещества в ней отталкивали бы как кристаллы льда, так и молекулы воздуха, поэтому лыжи будут левитировать над ультратонким слоем вакуума, обеспечивающим полное отсутствие трения. Инвесторов прошу писать мне напрямую.

Спасибо Майку Брэди, Дэвиду Ламперту, Си.Джей. Мюллеру и Терри Хертелу за помощью в написании этой статьи. Некоторые технические данные были получены из диссертации Леонида Кузьмина.

Автор: Seth Masia
Источник: Skiinghistory.org
Перевод: HappyNY