Андрей Ладный.
Резина для скальных туфель.
Важнейшим элементом скалолазной экипировки являются скальные туфли. Именно они позволяют эффективно использовать ноги во время лазания, формируют достаточную силу трения для удержания спортсмена на скале и отвечают за удобство лазания и комфорт. Пожалуй основным элементом скальных туфель является их резиновая подошва.

В этой статье мы хотим углубиться в этот вопрос и подробно рассказать о резине для скальных туфель и её замечательных свойствах.

Мы перерыли справочник химика-машиностроителя, заглянули в цех вулканизации, посетили лабораторию, где проводят испытания резины, переговорили с людьми, занимающимися изготовлением скальной обуви в России, и теперь готовы рассказать вам из чего же состоит подошва ваших скальников, как ее делают и почему у нее такое хорошее трение.

Будет интересно, погнали!

Что такое резина?
Резина - это эластичный материал, способный деформироваться под внешней нагрузкой и восстанавливать свою форму, а так же эффективно поглощать и рассеивать энергию удара, что делает её популярным промышленным материалом.

Своими уникальными свойствами резина обязана микроструктуре своего главного компонента - каучука.

На молекулярном уровне каучук представляет собой "клубок" из длинных цепочек атомов углерода, инкрустированных вкраплениями водорода. Каждая такая цепочка образует макромолекулу, длиной от 40 до 50 тысяч атомов. Именно благодаря своей нитевидной форме макромолекулы каучука обеспечивают ему гибкость, а благодаря плотному переплетению в тугой "клубок" - некоторую жёсткость и образуют эластичное, упругое и липкое вещество, напоминающее по консистенции пластилин.

Первое свидетельство использования натурального каучука (или латекса) восходит к ольмекскому племени, которое населяло джунгли Амазонки около 3 тысяч лет назад. Ольмеки извлекали млечный сок деревьев гевеи и использовали его для изготовления непромокаемых «чулок», шляп и другой одежды, а также мячей для своих ритуальных игрищ.
Так добывают латекс.
Само слово «каучук» на языке индейцев майнас буквально означает «слезы дерева» или «плачущее дерево».

Европейцы впервые познакомились с этим веществом во времена португальской конкисты, в середине XVIII века. Поначалу каучук в не был оценен по достоинству и долгое время применялся для изготовления ластиков.

Позже британские миссионеры умудрились выкрасть семена гевеи и передать их в руки Ост-Индской торговой компании, благодаря которой саженцы каучукового дерева попали в Индию и Юго-Восточную Азию. Это не только подорвало монополию португальцев на этот колониальный товар, но и открыло его миру! Именно из Индии и стран Юго-Восточной Азии в настоящее время поступает около 90% натурального каучука. Такая вот история!

В наши дни натуральный каучук всё ещё остаётся ценным сырьём для изготовления резины, хотя как самостоятельный продукт он уже практически не используется. Причиной тому стали его никудышные эксплуатационные качества. Прежде всего, слишком большая зависимость от внешних условий.

При нагреве всего до 100°С, каучук теряет свои несущие свойства и превращается в липкую жижу, а при охлаждении чуть ниже -20°С полностью утрачивает эластичность, и становится хрупким как стекло. Так же натуральный каучук подвержен быстрому «старению», процессу разрушения углеродных нитей под воздействием ультрафиолета и кислорода воздуха. Ну, куда это годится?

Вот почему с начала промышленной революции предпринимались попытки улучшить эксплуатационные качества натурального каучука, которые в 1839 году привели к изобретению процесса вулканизации. Случилось это в Соединённых Штатах, но вскоре ноу-хау стало известно и в Великобритании. Наверняка и здесь не обошлось без британских миссионеров, но это не точно. Процесс вулканизации заключается в отверждении каучука с помощью серы и других веществ при высокой температуре. В процессе вулканизации происходит «сшивание» углеродных нитей каучука атомами серы в пространственное полотно, которое не «расползается» при нагреве и не охрупчивается на морозе.

Изобретение резины вызвало высокий спрос на её сырьё, что в свою очередь подтолкнуло промышленные страны к поиску суррогатов (например, в Германии делали эрзац каучук из млечного сока одуванчиков) и изобретению синтетического каучука.

Лучшие химики мира бились над этой задачей, однако первым её смог решить наш соотечественник, Сергей Васильевич Лебедев в 1928 году, который придумал как синтезировать каучук из… картофельного спирта. Благодаря его открытию СССР стал лидером по производству синтетического каучука накануне Второй мировой войны. После войны Лебедев осваивал способы производства более качественного синтетического каучука из нефтяных газов и продуктов нефтепереработки
Изобретатель синтетического каучука С. В. Лебедев.
Из чего сегодня делают резину для скальников.
Теперь, когда мы немного разобрались с историей, давайте выясним из каких ингредиентов состоит подошва ваших скальных туфель.

Пролить свет на этот вопрос не так-то просто. Производители скальной обуви ревностно охраняют рецепты своей резины и берегут эту тайну пуще зеницы ока.

Тем не менее известно, что резина скальных туфель всегда содержит следующие вещества:

  • Смесь синтетических каучуков;
  • Наполнители;
  • Парафины;
  • Стабилизаторы;
  • Пластификаторы;
  • Агенты вулканизации: серу и всякие технологические присадки, ускоряющие её процесс.
При производстве резины для скальных туфель используют композицию так называемых кристализующихся и аморфных (некристализующихся) каучуков. Первые отвечают за прочность и износостойкость резины, вторые - за вязкость, адгезию и коэффициент трения. Натуральный каучук также входит в состав некоторых резиновых рецептов.

Это полимерная основа резины. Меняя её состав производители могут управлять свойствами конечного продукта в довольно широких пределах.
Наполнители добавляют для изменения физико-механических свойств резины. Например, технический углерод является основным усиливающим наполнителем резиновых смесей; при его введении увеличивается прочность резин, сопротивление истиранию и раздиру. Он же придает знакомый всем скалолазам черный цвет подошвы.

В резину также добавляют ультрадисперсный каолин - белую глину - и кварц, которые удешевляют производство резины.

Введение в смесь парафинов придаёт резине долговечность. Парафин защищает резину от «старения» и агрессивного воздействия кислорода воздуха. Стабилизаторы также повышают стойкость резины к воздействию кислорода, температуры и ультрафиолета, чем продлевают срок ее службы. Пластификаторы увеличивают вязкость резины, помогая ей рассеивать энергию деформации.

Играя с добавками, «смешивая» и «взбалтывая» технологам удаётся добиться удивительных результатов и получить материалы с новыми свойствами. Но с точки зрения скалолазания важно знать, что каждый компонент смеси может повлиять на коэффициент трения резины.

Беда в том, что точные соотношения компонентов, используемые тем или иным производителем резины, овеяны глубокой тайной, развеять которую не под силу даже британским миссионерам.
Как делают резину для скальников.
Главным ключом к получению качественной резины является тщательный контроль технологии - т. е. способность раз за разом повторять химические реакции между ингредиентами, входящими в рецепт сырой смеси. Поэтому каждая партия резиновой смеси прежде, чем попасть на обувную фабрику, проверяется в лабораториях.

На свойства резины влияет буквально каждый шаг технологического процесса!

Химическая чистота, дисперсность и температура сырья, момент и порядок добавления ингредиентов в смесь, температура, давление и время вулканизации - изменяя эти параметры, можно добиваться разных свойств резины.

Во всём этом куда больше искусства, чем точной науки, вот почему для выпекания первоклассной резины прежде всего требуется большой опыт. Работа технолога резиновых смесей в чем-то похожа на работу звукорежиссера, который двигает бегунки эквалайзера в поисках идеальной и гармонии.

Расскажем немного о типовом технологическом процессе. Ингредиенты в определённом порядке смешивают в специальной машине, потом сырая резина раскатывается роликовым прессом в блин до нужной толщины.
Получившееся резиновое «тесто» отправляется в пресс, роторную машину или автоклав, где происходит процесс вулканизации. Резиновая смесь определенное время томится под высоким давлением и температурой от 130 до 200°C. Под действием высокого давления происходит диффузия химических элементов, а высокая температура заставляет молекулы углерода активно соединяться друг с другом и с молекулами серы, сплетаясь в тугие узлы. Превращаясь в резину, каучук теряет большую часть своей пластичности и становится упругим веществом без эффекта «памяти формы».

Если присмотреться к молекулярной структуре свежеиспечённой резины, то она выглядит как пространственная сеть, в ячейки которой вкраплены частички кварца, парафина и других наполнителей.
Резина под микроскопом.
Что происходит под кончиками пальцев.
Теперь, когда мы знаем как и из чего делают резину для скальников, давайте выясним, почему она имеет такое хорошее трение.

Впервые процессами трения начал интересоваться ещё Леонардо да Винчи в XV веке. С тех пор наука шагнула далеко вперед, хотя природа трения продолжает таить немало загадок.

Сейчас проблемами трения занимается специальный раздел физики – трибология, которая исследует процессы контактного взаимодействия твёрдых и деформируемых тел при их движении. На сегодняшний день существуют две основные теории трения.

Механическая теория акцентирует внимание на зацеплении шероховатостей, а по молекулярной теории – трение обусловлено электромагнитным взаимодействием молекул контактирующих поверхностей (адгезией).

Проблема в том, что в жизни трение действует как единая сила, для изучения природы которой её приходится разделять на теоретические компоненты и применять сложнейший математический аппарат.

Когда Вы переносите вес на зацепку, резина скальника деформируется, заполняя неровности опоры, будь то зернистый карельский гранит, отполированный крымский известняк или шершавая текстура полиуретановой зацепки.

При этом происходит два явления - значительное увеличение площади пятна контакта между подошвой и поверхностью зацепки, а также локальное изменение микроструктуры резины - деформационная кристаллизация.

Чем больше площадь контакта между подошвой и зацепкой, тем больше шероховатостей зацепки контактирует с резиной, и тем больше трение.

Изменение микроструктуры резины явление куда более удивительное. Деформационная кристаллизация превращает аморфную молекулярную сеть в зоне контакта в упорядоченную кристаллическую решётку. Это резко меняет локальные свойства резины, увеличивая ее прочность и твёрдость, но снижая эластичность и вязкость.

Образно говоря, резина запускает свои гибкие пальцы в микронеровности зацепки, а потом, когда вы на неё надавливаете, напрягает их, вцепляясь в зацепку мёртвой хваткой!

Нанотехнологии прямо у вас на ногах.

Но за все на свете приходится платить, и за уникальные качества скалолазной резины тоже приходится расплачиваться её низкой износостойкостью.

Сложность разработки скальной резины в том и состоит, что она должна совмещать в себе противоположные свойства. Быть одновременно жёсткой и пластичной, износостойкой и иметь хорошее трение. И, конечно, резина должна быть дешевой – как ни крути – она для обуви, а не для космоса или оборонки.
Какая резина самая лучшая.
Этот вопрос будоражит умы спортсменов и производителей скальной обуви по всему свету, но надеюсь, вы не ждёте, что мы назовём конкретную марку или фирму производитель?

Однозначного ответа на этот вопрос не существует.

Однако мы расскажем о том, как сами производители скалолазной резины испытывают свои изделия и выбирают лучшее.

Натурные сравнительные испытания состоят в том, что спортсмену-испытателю выдаётся несколько пар скальных туфель, обклееных разными образцами экспериментальной резины. Зачастую это даже одна пара, одна из туфель которой обклеена тестируемым образцом, а другая серийным, с которым производится сравнение.

Результаты испытаний снимают по впечатлениям спортсмена, который ведёт подробный дневник. По понятным причинам это могут быть только сравнительные оценки: «нравится/ не нравится», «держит/ скользит» и даже «круто/ отстой». Информация из дневника попадает в гигантские сравнительный таблицы из которых статистическими методами пытаются выжать рациональную информацию.

Несмотря на то, что натурные испытания позволяют выявить лучший из двух образцов, этот метод не только лишен объективности, долог, дорог, трудозатратен, но и не позволяет сделать количественной оценки. Тем не менее, его широко применяют все без исключения производители скальной обуви. И вот почему.

Учитывая, что к тестированию стараются привлечь наиболее знаменитых и титулованных спортсменов планеты, такие «испытания» являются в гораздо большей степени рекламой, чем объективным исследованиями.

Приятно же владеть той же моделью скальников, что и чемпионы, не так ли?

А что насчёт объективных методов оценки? Они тоже существуют. Например, образцы резины для скальных туфель проходит испытания на твёрдость по методике Шора.
Твердомер.
Бытует мнение, что для нужд скалолазания используют только мягкие сорта резины, но это не совсем так.

На субъективное ощущение твердости резины могут влиять конструктивные особенности скальников – наличие супинаторов, промежуточных подошв, материала верха туфель и т.д.

Объективно твердость резины измеряют с помощью специальной аппаратуры - твердомера.

Этот прибор, сравнивает среднее усилие погружения двух штифтов особой формы в образец резины на глубину 1 дюйм (2,54 см). Интересующиеся подробностями могут ознакомиться с ГОСТ 263-75 «Резина. Метод определения твердости по Шору А» (Rubber. Method for determination of Shore A hardness), где описан этот метод испытаний.

Условно мягкой резиной можно считать любую с твёрдостью менее 70 единиц по Шору, твёрдая резина имеет показатели выше 80.

Не все производители скальных туфель публикуют результаты испытаний своей продукции по Шору, однако по некоторым данные все-таки есть:

Показатели твердости резины Five Ten Stealth:

  • Five Ten Stealth XX - 84
  • Five Ten Stealth C4 - 79
  • Five Ten Stealth HF - 71
  • Five Ten Stealth Mi6 - 60.
Показатели твердости резины UnParallel:

  • UP RS - 65-70
  • UP VD - 45-50
  • UP VC - 58-65
  • UP RH - 76-80
  • UP VS - 67-71
  • UP RA - 80-84.
Показатели твердости резины Vibram:

  • EDGE - 77
  • GRIP2 - 71.
Как видите, мнение о том, что производители скальников используют только «мягкие сорта» резины, оказалось ошибочным. Этот миф, вероятно, восходит к автомобилистам, которые считают, что мягкие (зимние) покрышки имеют лучшее сцепление с дорогой, а также быстрее изнашиваются.

Объективные тесты показывают, что твердость на прямую не влияет на показатели трения. И твердая, и мягкая резины могут быть одинаково липкими или одинаково скользкими.

Однако хорошее трение на прямую влияет на износостойкость резины, "истираемость" которой также является измеряемым показателем. И, конечно же, есть ГОСТ и специальные приборы для её измерения.
Прибор для испытаний на истирание.
В 2019 году отечественный производитель скальных туфель "Стенолаз" провел серию тестов скалолазной резины. В ходе испытаний были установлены статические и динамические коэффициенты трения различных образцов резины в реальных условиям эксплуатации скальных туфель. Тесты проведены на специальном оборудовании, высокоточном трибометре UMT-2 в лаборатории Российской Академии Наук. Результаты были опубликованы на сайте производителя – https://stenolaz.ru/rubber .

Таким образом, у скалолазной общественности впервые появилась объективная сравнительная информация о трении скалолазных резин разных марок. "Стенолаз" планируют проводить машинные тесты и далее и, конечно, не отказывается от натурных испытаний с привлечением сильнейших отечественных клаймеров.
Можно ли совместить несовместимое?
Можно ли сделать резину для скальных туфель одновременно липкой и износостойкой?

Вероятно, что да. Наука и современные технологии позволяют улучшить качество скалолазной резины, однако, стоимость такой обуви будет высокой. К тому же производителям скальников выгодно поддерживать миф о низкой износостойкости скалолазной резины, чтобы продать вам лишнюю пару туфель.

Тем не менее, усиление конкуренции и появление на рынке производителей, использующих научные методы для изготовления скальной обуви, позволяет надеяться на скорый прогресс качества экипировки. А это означает расширение спортивных горизонтов, освоение маршрутов, недоступных сейчас категорий сложности, и привлечения новых людей в скалолазное сообщество.
Об авторе.
АНДРЕЙ ЛАДНЫЙ (DR. ON.)
— активно занимался спортивным скалолазанием с 1998 по 2013 год. Имеет звание Мастер спорта, специализация — боулдеринг. На своём собственном опыте знает, что спортсмен ожидает от скальных туфель и какие требования к ним выдвигает.
Made on
Tilda