In timp ce alte componente ale anvelopelor ofera unele dintre performantele generale ale anvelopelor, majoritatea provin din zona benzii de rulare si din compusul specific al benzii de rulare. Aceasta nu ar trebui sa fie o surpriza, deoarece banda de rulare este singura parte a anvelopei conectata la drum.
In articolele anterioare din seria „Stiinta din spatele”, ne-am concentrat in principal asupra diferitelor atribute ale performantei anvelopelor, asupra conflictelor tintelor dintre acestea si asupra modului in care componentele anvelopei au fost concepute pentru a indeplini asteptarile de performanta. In acest articol, ne vom schimba obiectivul si ne vom concentra pe cea mai importanta componenta a unei anvelope: banda de rulare si constructia acesteia.
Figura 1 arata distributia materialului in interiorul unei anvelope: componentele chimice reprezinta 84% din anvelopa totala. Majoritatea se afla in interiorul compozitiei benzii de rulare pentru a oferi toate cerintele asteptate de la banda de rulare a anvelopei.
In timp ce alte componente ale anvelopelor ofera unele dintre performantele generale ale anvelopelor, majoritatea provin din zona benzii de rulare si din compusul specific al benzii de rulare. Aceasta nu ar trebui sa fie o surpriza, deoarece banda de rulare este singura parte a anvelopei conectata la drum.
In acest articol, vom petrece ceva timp discutand elementele fundamentale ale compusilor si componentelor benzii de rulare, precum si atributele de performanta ale compusilor benzii de rulare.
Compusul benzii de rulare
In timp ce fiecare compus din anvelope este important, cel mai discutat este compusul benzii de rulare, deoarece ofera conexiunea cu soseaua. Asteptarile de la compusul benzii de rulare sunt foarte mari.
Fiecare banda de rulare este in general impartita in trei compusi: capacul (capetele) benzii de rulare, baza benzii de rulare si aripile / partile laterale ale benzii de rulare (a se vedea figura 2). Baza de rulare este partea esentiala, deoarece creeaza o legatura intre banda de rulare si carcasa anvelopei. Baza de rulare este proiectata cu o proprietate de aderenta ridicata si se leaga bine cu invelisul de cauciuc de pe centura sau din cap. Capacul benzii de rulare este realizat de obicei cu un compus din cauciuc rezistent la abraziune, cu aderenta mai mare, care functioneaza cu baza benzii de rulare si designul benzii de rulare pentru a oferi tractiune, rezistenta la rulare si kilometraj.
In cazuri rare, capacul benzii de rulare a anvelopei contine doi compusi diferiti asezati orizontal / vertical (in functie de asteptarile de performanta) unul fata de celalalt. Aripa benzii de rulare este componenta de tranzitie intre banda de rulare si peretele lateral. Conecteaza banda de rulare la zona peretelui lateral al anvelopei. Similar cu baza benzii de rulare, compusul pentru aripi este proiectat cu aderenta pentru a conecta zona benzii de rulare cu peretele lateral.
In timp ce benzile de rulare cu trei componente sunt tipice, unii producatori sunt capabili sa produca anvelope fara aripa benzii de rulare. Avantajul unei anvelope fara aripi este usurinta de productie: poate fi extrudata pe o masina mai putin avansata.
Deoarece majoritatea caracteristicilor de performanta sunt afectate de compusii benzii de rulare, inginerii se concentreaza pe uzura, rezistenta la umezeala, la rulare si rezistenta la taiere si aschiere.
Cand ne referim la compusii benzii de rulare, ne referim probabil la capacul benzii de rulare, deoarece este singura componenta care contribuie enorm la performanta. Un capac tipic al benzii de rulare este format din cauciuc natural (NR), cauciuc sintetic (SBR), cauciuc butadienic (BR), material de umplutura (probabil negru de fum, siliciu si / sau ambele) si aditivi (de obicei ulei, agent de accelerare, balsam, agent de intarire, antiozonanti si antioxidanti).
Cauciuc natural
Cauciucul natural este produs din plante cultivate mai ales in sud-estul Asiei si este clasificat ca polimer. Este o materie prima esentiala utilizata la crearea a peste 40.000 de produse. Proprietatile cauciucului natural includ rezistenta ridicata si capacitatea de a fi intins de multe ori fara a se rupe. Compusii din cauciuc natural sunt extrem de flexibili, izolatori electrici buni si sunt rezistenti la abraziuni si taieturi. Tabelul 1 evidentiaza avantajele si dezavantajele cauciucului natural, comparativ cu alte tipuri de cauciuc prezentate in tabelele 2 si 3.
Tabelul 4 prezinta ingredientele tipice si cantitatea acestora care intra intr-o anvelopa. Intr-o anvelopa obisnuita pentru pasageri, pot fi gasite 15-30 de parti pe suta de cauciuc (pphr) de cauciuc natural.
Cauciuc sintetic
Un cauciuc sintetic este un elastomer artificial. Este un produs secundar sintetizat din petrol. Primul cauciuc sintetic a fost inventat in 1910 si a fost utilizat pe scara larga in industria anvelopelor din 1950. Atat cauciucul natural, cat si cel sintetic au o rezistenta ridicata la rupere, o buna flexibilitate la temperaturi scazute si o rezistenta ridicata la tractiune. Cauciucul natural are o rezistenta la tractiune mai mare, o rezistenta mai mare la rupere si un miros redus. In acelasi timp, cauciucurile sintetice au o rezistenta excelenta la caldura si o rezistenta la temperatura mai mica in comparatie cu cauciucul natural, ceea ce il face benefic pentru performanta anvelopelor.
Cei doi principali polimeri de cauciuc sintetic utilizati in fabricarea anvelopelor sunt cauciucul butadienic (BR) si cauciucul stiren butadienic (SBR). Acesti polimeri sunt utilizati in combinatie cu cauciuc natural. Proprietatile fizice si chimice ale acestor polimeri de cauciuc (tabelele 2 si 3) determina performanta fiecarei componente din anvelopa, precum si performanta generala a anvelopei (rezistenta la rulare, uzura si tractiune).
In Tabelul 4, veti vedea ca 75 pphr de SBR si 25 pphr de BR pot fi utilizate in functie de obiectivul de performanta.
Umpluturile sunt concepute pentru a umple gaurile microscopice ale compusului de rulare si pentru a imbunatati performanta generala a compusului de rulare. Negrul de fum si siliciu sunt doua dintre materialele de umplutura utilizate intr-o anvelopa tipica. Ambele materiale pot imbunatati rezistenta la rupere, rezistenta la tractiune si abraziune, care in cele din urma imbunatatesc performanta la uzura si aderenta. Silica poate imbunatati, de asemenea, rezistenta la rulare cu un compromis minim. In timp ce negrul de fum este un material de umplutura eficient si imbunatateste semnificativ performanta generala la uzura a unui compus al benzii de rulare, acesta nu poate imbunatati conflictul tinta intre uzura, rezistenta la umezeala si la rulare. Cu toate acestea, silica poate imbunatati performanta la umezeala sau rezistenta la rulare fara o compromis la uzura. De aceea, anvelopele performante si ultra performante sunt compusi pe baza de silice.
Avand toate avantajele in ceea ce priveste silica, are un proces de fabricatie complex si o performanta slaba la transmiterea energiei electrice. Pentru anvelopele cu continut de silice de peste 50 de piese (majoritatea anvelopelor UHP), baza benzii de rulare se va extinde pe suprafata anvelopei pentru a mentine transmisia de energie electrica de la vehicul la drum. Figura 3 prezinta un exemplu al acestui tip de design.
Aditivi
Dupa cum am mentionat mai devreme, pot fi adaugati aditivi diferiti la capacul benzii de rulare pentru diferite caracteristici de performanta. O mana dintre ele sunt mai jos.
Antioxidanti
Antioxidantii, impreuna cu antiozonantii si sistemele de intarire, reprezinta aproximativ 14% dintr-o anvelopa auto. Antioxidantii sunt necesari pentru a preveni ruperea cauciucului. De asemenea, protejeaza anvelopele de factorii de mediu, cum ar fi expunerea la diferite temperaturi si oxigen.
Antiozonanti
Un antiozonant este un compus organic care previne sau intarzie deteriorarea ozonului. Cele mai importante previn degradarea elastomerilor din interiorul unei anvelope.
Balsamuri
Balsamurile sunt utilizate pentru a imbunatati dispersia umpluturilor, pentru a facilita amestecarea si pentru a reduce vascozitatea compusului verde. Cele mai comune balsamuri sunt uleiurile, acizii grasi sau amestecurile acestora. In ultimii ani, companiile de anvelope au incercat sa inlocuiasca uleiul sintetic cu ulei natural cu un anumit nivel de succes.
Sisteme de intarire
Sulful si oxidul de zinc sunt ingrediente esentiale pentru transformarea cauciucului intr-o anvelopa in timpul vulcanizarii sau intaririi acestora. Sistemele de intarire scurteaza timpul de vulcanizare si afecteaza lungimea si numarul de legaturi incrucisate din matricea de cauciuc care se formeaza in timpul intaririi sau vulcanizarii anvelopelor.
Dupa cum veti vedea in Tabelul 4, o anvelopa tipica pe baza de silice utilizeaza 4 pphr de antioxidanti, 2 pphr de antiozonanti, 13 pphr de uleiuri (balsam) si cantitati mici de materiale de intarire, cum ar fi sufer si zinc.
Banda de rulare compusa si performanta
Asteptarile de la compusul benzii de rulare sunt mari. Consumatorii doresc o anvelopa sigura – se opreste la locul si la momentul potrivit. Vor sa fie confortabili in interiorul masinii si sa aiba o directie precisa si o manevrare buna. De asemenea, le place sa economiseasca bani la benzinarie. Figura 4 prezinta atributele de performanta si contributia fiecarei componente a anvelopei. Dupa cum se arata, majoritatea performantelor anvelopelor sunt influentate de compusul benzii de rulare, inclusiv tractiunea, uzura si eficienta consumului de combustibil (rezistenta la rulare).
Ganduri finale
Anvelopele sunt una dintre cele mai complexe parti ale unui vehicul si intelegerea stiintei din spatele a ceea ce intra in compozitia benzii de rulare demonstreaza ideea. De aceea, inginerii de anvelope vor continua sa se provoace zilnic pentru a imbunatati amestecul delicat de cauciucuri, substante chimice si componente pentru a face ca anvelopele sa fie mai sigure, mai rapide, mai confortabile si care sa dureze si mai mult.