從顏色到結(jié)構(gòu)：全面解析輪胎的秘密
[汽車(chē)之家 技術(shù)] 輪胎大家絕不陌生，幼兒園的孩子閉著眼都能畫(huà)出一個(gè)輪子，但很多開(kāi)了一輩子汽車(chē)的司機(jī)也不明白輪胎這玩意兒里到底有什么玄機(jī)。您一定好奇輪胎有什么秘密，不就是圓形、充氣的嗎？要知道，輪胎作為車(chē)輛與路面接觸的唯一媒介，對(duì)于車(chē)輛的性能有著直接影響。瞧，這么重要的東西怎么能沒(méi)有秘密？讓我們來(lái)探究一下。
● 輪胎歷史
就像評(píng)書(shū)中的開(kāi)始一樣，想知道輪胎有什么秘密咱們得先了解它的身世，由于篇幅限制咱們只看看乘用車(chē)輪胎，商用車(chē)輪胎且聽(tīng)下回分解。好了，言歸正傳，第一個(gè)空心輪胎是1845年英國(guó)人羅伯特•湯姆遜發(fā)明的。他提出用壓縮空氣充入彈性囊，以緩和運(yùn)動(dòng)時(shí)的沖擊，盡管當(dāng)時(shí)的輪胎是用皮革和涂膠帆布制成，然而這種輪胎已經(jīng)顯示出滾動(dòng)阻力小的優(yōu)點(diǎn)，羅伯特•湯姆遜并以《馬車(chē)和其他車(chē)輛的車(chē)輪改良》為題，獲得了英國(guó)政府的專(zhuān)利。同年12月10日第一條充氣輪胎誕生，第一個(gè)購(gòu)買(mǎi)充氣輪胎的人是個(gè)名叫羅列的貴族，四個(gè)輪胎的價(jià)錢(qián)合計(jì)為四十四磅二先令，要知道當(dāng)時(shí)一英鎊可以?xún)稉Q白銀三兩，而當(dāng)年英國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值才1000多萬(wàn)英鎊。
1868年，美國(guó)人查爾斯•古德伊爾（Charles Goodyear）發(fā)明硫化橡膠的方法，使橡膠能運(yùn)用在輪胎上，古德伊爾先生雖取得專(zhuān)利但并未因此致富（1898年美國(guó)一家新成立的輪胎公司為了紀(jì)念他的貢獻(xiàn)，把公司命名為固特異輪胎公司）。
1887年12月，英國(guó)獸醫(yī)約翰•鄧祿普看到他的兒子在布滿(mǎn)石頭的庭院里騎著三輪車(chē)，思索如何使車(chē)輪更軟以吸收震蕩，于是發(fā)明用充氣的橡膠管套在木制輪輻上，現(xiàn)代輪胎的原型誕生了。1903年，J•F•帕瑪先生發(fā)明了斜紋紡織品，這種斜紋紡織品的發(fā)明促成了斜交輪胎的發(fā)展，1930年米其林公司申請(qǐng)了帶內(nèi)胎輪胎（無(wú)內(nèi)胎輪胎前身）；1946年獲得舉世聞名的子午線輪胎專(zhuān)利�？纯矗芏噍喬ゴ髲S都到齊了。
● 輪胎為什么是黑色
大家都知道輪胎主要由橡膠組成，橡膠大家沒(méi)見(jiàn)過(guò)但也大概知道顏色，但您想過(guò)為什么以橡膠為原料的輪胎是黑色的嗎？其實(shí)這主要是由輪胎生產(chǎn)時(shí)的添加劑決定的，早在十九世紀(jì)，橡膠輪胎由于添加劑的不同，其顏色并不固定。到1915年，由于在輪胎制造時(shí)加入了碳黑也稱(chēng)碳煙（carbon black），橡膠呈現(xiàn)墨水般的純黑色，而且耐磨性達(dá)到前所未有的水準(zhǔn)。此后，橡膠輪胎進(jìn)入黑色一統(tǒng)天下的漫長(zhǎng)時(shí)期。
到了二十世紀(jì)五十年代，國(guó)外許多擁有轎車(chē)的人為了顯示自己的財(cái)富與社會(huì)地位，紛紛把輪胎的外側(cè)壁刷上白色油漆，以區(qū)別他人，體現(xiàn)個(gè)性。但是這種輪胎美容法最大的缺點(diǎn)就是輪胎使用一段時(shí)間后，油漆會(huì)逐漸剝落，很不雅觀，這種方式逐漸被冷落了。到六十年代，使用白色橡膠的白色橡膠輪胎又見(jiàn)復(fù)蘇，不過(guò)這種輪胎的強(qiáng)度和反抗撕裂性能較差，耐老化性能差，成本也較為昂貴，使用時(shí)間稍久，膠料就會(huì)慢慢變黃變棕，失去原來(lái)的裝飾效果。到了八十年代，日本、德國(guó)和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家曾重新生產(chǎn)并投入胎側(cè)帶有白色字體或環(huán)帶的輪胎，固特異公司甚至還設(shè)計(jì)出一種全透明可在夜間照明的輪胎。
進(jìn)入九十年代，米其林公司與法國(guó)一家化工集團(tuán)合作，用二氧化硅取代碳，取得了良好的效果。由于二氧化硅的固有顏色是白色，可以加入任意不同的染色劑，輪胎從而可以任意選擇顏色了。近些年來(lái)，隨著新型橡膠防老化劑和白色以及淺色橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑的出現(xiàn)，更進(jìn)一步推動(dòng)了輪胎顏色的發(fā)展。
明白了輪胎為什么是黑色的后，您一定好奇輪胎使用的橡膠了，輪胎用的橡膠和我們嘴里現(xiàn)在嚼的口香糖難道是“同父異母”的兄弟？
現(xiàn)在大多數(shù)汽車(chē)輪胎材料的主要成份是天然橡膠或者合成橡膠。天然橡膠主要來(lái)源于三葉橡膠樹(shù)，當(dāng)這種橡膠樹(shù)的表皮被割開(kāi)時(shí)，就會(huì)流出乳白色的汁液，稱(chēng)為膠乳，膠乳經(jīng)凝聚、洗滌、成型、干燥即得天然橡膠。而我們吃的口香糖的主要成分是膠基，膠基的精確成分通常屬于商業(yè)機(jī)密，其主要成分可以是明膠（日本膠）或天然橡膠（苯乙烯-丁二烯橡膠，丁基橡膠，聚異丁烯）所以說(shuō)我們吃的口香糖和輪胎用橡膠并不是一種原材料。
● 講講輪胎的橡膠和添加劑
輪胎生產(chǎn)的原料中有天然橡膠還有合成橡膠，合成橡膠是由人工合成方法而制得的，采用不同的原料（單體）可以合成出不同種類(lèi)的橡膠。在合成橡膠中又屬通用橡膠應(yīng)用最多，通用橡膠是指部分或全部代替天然橡膠使用的膠種，如丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠，異丙橡膠，氯丁橡膠等。
| 常見(jiàn)通用橡膠及特點(diǎn) | |
丁苯橡膠 | 是由丁二烯和苯乙烯共聚制得的，是產(chǎn)量最大的通用合成橡膠，有乳聚丁苯橡膠 、溶聚丁苯橡膠 和熱塑性橡膠（sbs）。 |
順丁橡膠 | 是丁二烯經(jīng)溶液聚合制得的，順丁橡膠具有特別優(yōu)異的耐寒性、耐磨性和彈性，還具有較好的耐老化性能。順丁橡膠絕大部分用于生產(chǎn)輪胎，少部分用于制造耐寒制品、緩沖材料以及膠帶、膠鞋等。順丁橡膠的缺點(diǎn)是抗撕裂性能交差，抗?jié)窕阅懿缓谩?/p> |
異戊橡膠 | 是聚異戊二烯橡膠的簡(jiǎn)稱(chēng)，采用溶液聚合法生產(chǎn)。異戊橡膠與天然橡膠一樣，具有良好的彈性和耐磨性，優(yōu)良的耐熱性和較好的化學(xué)穩(wěn)定性。異戊橡膠生膠（未加工前）強(qiáng)度顯著低于天然橡膠，但質(zhì)量均一性、加工性能等優(yōu)于天然橡膠。異戊橡膠可以代替天然橡膠制造載重輪胎和越野輪胎還可以用于生產(chǎn)各種橡膠制品。 |
乙丙橡膠 | 以乙烯和丙烯為主要原料合成，耐老化、電絕緣性能和耐臭氧性能突出。乙丙橡膠可大量充油和填充碳黑，制品價(jià)格較低，乙丙橡膠化學(xué)穩(wěn)定性好，耐磨性、彈性、耐油性和丁苯橡膠接近。乙丙橡膠的用途十分廣泛，可以作為輪胎胎側(cè)、膠條和內(nèi)胎以及汽車(chē)的零部件，還可以作電線、電纜包皮及高壓、超高壓絕緣材料。還可制造膠鞋、衛(wèi)生用品等淺色制品。 |
氯丁橡膠 | 是以氯丁二烯為主要原料，通過(guò)均聚或少量其它單體共聚而成的。如抗張強(qiáng)度高，耐熱、耐光、耐老化性能優(yōu)良，耐油性能均優(yōu)于天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠。具有較強(qiáng)的耐燃性和優(yōu)異的抗延燃性，其化學(xué)穩(wěn)定性較高，耐水性良好。氯丁橡膠的缺點(diǎn)是電絕緣性能，耐寒性能較差，生膠在貯存時(shí)不穩(wěn)定。氯丁橡膠用途廣泛，如用來(lái)制作運(yùn)輸皮帶和傳動(dòng)帶， 電線、電纜的包皮材料，制造耐油膠管、墊圈以及耐化學(xué)腐蝕的設(shè)備襯里。 |
盡管合成橡膠有諸多優(yōu)勢(shì)，但天然橡膠的綜合性能優(yōu)越過(guò)合成橡膠，所以高級(jí)輪胎多用天然橡膠。為了使橡膠具有制造輪胎所要求的性能，比如要讓輪胎具有彈性好、滾動(dòng)阻力小、耗油低、生熱低、耐磨、耐穿刺、承載能力大、乘坐舒適等性能，必須要在橡膠中滲入各不同的化學(xué)材料，即化學(xué)添加劑。
| 輪胎常見(jiàn)添加劑 | |
聚丁二烯橡膠 | 聚丁二烯橡膠與溶聚丁苯橡膠可并用作為節(jié)油輪胎胎面膠，具有這種胎面膠的輪胎有最佳的抓著力與磨耗的綜合平衡性能，還有較低的滾動(dòng)阻力，能節(jié)省燃料5％。 |
發(fā)泡橡膠 | 是具有許多微型獨(dú)立氣泡的橡膠。發(fā)泡率為20％～30％時(shí)可提高冰上摩擦系數(shù)3～4倍。這樣，通過(guò)提高冰上摩擦系數(shù)可縮短10％～15％的輪胎制動(dòng)距離。采用發(fā)泡橡膠的無(wú)防滑釘輪胎的冰上摩擦力雖然比不上鑲釘輪胎，但其摩擦力非常接近。 |
聚氨脂彈性體 | 具有高耐磨、可著色、高耐切割性、優(yōu)良的耐油及耐化學(xué)品等優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)人體無(wú)毒害作用，又能完全生物降解，且不必添加炭黑和芳烴油，是制造輪胎胎面的理想材料。 |
BoTred（以淀粉為基料的 | BoTred是一種以淀粉為基料的新型填充劑。先從玉米中提取玉米淀粉衍生物，變成微滴后經(jīng)處理轉(zhuǎn)換成生物聚合物填充劑。BloTred為球形粒子，便于將機(jī)械能降至最小和降低滾動(dòng)阻力。 |
短纖維 | 短纖維的加入可以提高輪胎的剛性，使得輪胎在行駛過(guò)程中承受同樣載荷時(shí)下沉量明顯減小，即輪胎的變形減小，因而滾動(dòng)阻力也下降；將短纖維用于輪胎胎面時(shí)，不僅可以提高胎面的剛性，而且可以使胎面的摩擦系數(shù)下降，滾動(dòng)阻力系數(shù)降低，滾動(dòng)阻力也相應(yīng)下降。將短纖維應(yīng)用于輪胎胎面及其它部位時(shí)，可通過(guò)短纖維的模量和各向異性來(lái)改變膠料的性能，以降低輪胎行駛過(guò)程中的噪聲，另外還能提高輪胎的耐久性能。 |
硅材料 | 含硅的輪胎在具備優(yōu)異抓地力的同時(shí)，產(chǎn)生較少的能量損失，從而降低滾動(dòng)阻力和磨耗力，實(shí)現(xiàn)比普通輪胎更勝一籌的省油效果，并盡可能地延長(zhǎng)輪胎壽命。 |
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