Говорят, что нешипованные шины «прилипают» ко льду, но как? Изучаем их резиновую смесь

Автолюбитель

Каждую осень в сети снова и снова вспыхивают холивары: что на самом деле лучше, «липучка» или «поп» в смысле, фрикционные или шипованные зимние шины? Оба типа зимних шин имеют неоспоримые достоинства и одинаково неоспоримые недостатки. Но дизайнеры постоянно пытаются усложнить выбор, шаг за шагом приближаясь к параметрам этих двух типов.

Как ни странно, зимние шины первой серии были именно нешипованными: в 1933–1934 годах французский бренд Michelin, а затем финская Suomen Gummitehdas Oy начали производство шин с выступающими шипами, специально разработанных для заснеженных дорог. Но называть эти модели «современными зимними шинами» все же не стоит, ведь до идеи ламелей и сильно расщепленного протектора их создатели еще не дошли. Зимним шинам предстояло пройти еще долгий путь… В 60-70-х годах прошлого века разработчики вернулись к идее оснащать зимние шины шипами. 

Почему ты вернулся? Потому что еще на рубеже веков было много экспериментов по оснащению автомобильных колес шипами. Другое дело, что колеса грузовиков в то время оснащались литыми шинами, поэтому в них было относительно легко вкрутить металлические шипы (использовались, например, братьями Шеннон из США). Но для оснащения покрышек, в том числе бескамерных, «железными когтями» потребовалось изобрести шип современного типа – своего рода металлический гриб с твердосплавным сердечником, «голова» которого утоплена в резиновом корпусе протектора. Некоторое время казалось, что проблема окончательно и бесповоротно решена, а «шипованные» и «зимние» шины стали синонимами. Но очень быстро стало ясно, что шипы наносят огромный ущерб проезжей части, и в 1975 году лавинообразный процесс начал запрещать использование шипов. Сейчас этот запрет действует во многих странах, в том числе и в тех, где настоящая зима, к которой мы привыкли, с морозами и сильными снегопадами..

Но если использовать сталь нельзя, то нужно, чтобы протектор работал более эффективно. И что для этого нужно сделать? Сделайте срез блоков протектора более тонким, чтобы на мельчайших неровностях оставалось много острых краев. И такие неровности есть всегда, даже на поверхности льда или укатанного снега!

Говорят, что шины без шипов «прилипают» ко льду, но как? Глядя на их резиновую смесь

В результате современные фрикционные шины, особенно шины «скандинавского» или «арктического» типа, характеризуются очень высокой плотностью протектора (мы подробно об этом говорили). И здесь стоит отметить, что японские шинники накопили не меньше опыта в разработке фрикционных зимних шин, чем компании из Финляндии, Швеции и других стран Европы. Что они могут сделать? Зима на Хоккайдо довольно суровая, а использование шипов запрещено законом в Японии. Затем мы изучим методы, с помощью которых дизайнеры заставляют шины «прилипать» к скользкой поверхности, на примере шин Toyo Observe GSI-6, которые являются относительно новыми для нашего рынка. Они были представлены в 2019 году и поступили в шинные центры в прошлом, в 2020 году, поэтому их можно считать «более новыми». Об особенностях их конструкции мы уже писали, но в данном случае не стыдно повторить…

Читайте также:  5 элементарных действий для автомобилистов, которые многие совершают неправильно

Зимние фрикционные шины доступны с разными типами протектора: направленным и ненаправленным, симметричным и асимметричным… Обратите внимание, что у GSI-6 рисунок протектора симметричный. Эта модель отличается от многих других подобных покрышек наличием центрального ребра с множеством зубчатых выступов в форме стрелки.

Говорят, что шины без шипов «прилипают» ко льду, но как? Глядя на их резиновую смесь

Прорезь в форме «маятниковой колеблющейся дорожки» проходит вдоль всего выступа и в поперечном направлении прорезана множеством прямых и зубчатых канавок, ни одна из которых не пересекает выступ полностью и не соединена с продольной зигзагообразной канавкой. Это решение должно поддерживать высокую плотность ребер, улучшать реакцию автомобиля на рулевое управление, а также его динамику разгона и торможения.

Но планки Observe GSI-6 – это не просто вертикальные прорези. Ламели имеют сложную трехмерную структуру и содержат взаимопроникающие волнистые элементы, ограничивающие их взаимную подвижность. Кроме того, под нагрузкой ламели сложной пространственной формы начинают работать как микронасосы, обеспечивая эффективный отвод воды из зоны контакта.

Блоки протектора в плечевой зоне удваиваются (это уменьшает взаимное смещение блоков и улучшает поведение шины при поворотах), а в канавках, которые их разделяют, есть треугольные элементы, называемые «снежными когтями». Они не только улучшают сцепление шин с снегом, но и служат опорой для крепостных стен, предотвращая смещение блоков под нагрузкой. Наружные блоки имеют очень высокую плотность ламелей, и, помимо обычных волнистых ламелей, каждый блок из двух внутренних рядов содержит спирально-закрученные (или, если хотите, пятиугольные ламели «Коловрат»). Они отвечают за поддержание высокого сцепления с дорогой при любом векторе нагрузки и при любом угле поворота колес. Вокруг этих канавок расположены «пятиугольники» канавок, основное предназначение которых – буквально начать работу с первых нескольких метров пробега в только что установленной шине. В соответствии с этой целью эти канавки получили название First Edge.

Но все эти уловки от производителей нешипованных зимних шин отлично работают на снегу, на заснеженном асфальте или в той снежной воде, которая зимой покрывает улицы наших городов. Действительно, в этих условиях фрикционные шины, как правило, превосходят своих шипованных конкурентов. Но на чистом и гладком льду и ламели, и зазубренные края блоков бессильны: твердость даже твердой резины недостаточна, чтобы края резиновых блоков могли разрезать лед и предотвратить неконтролируемое скольжение. Заглушки здесь нужны, но что делать, если их использование запрещено? Ну или что делать тем автовладельцам, которые в основном передвигаются в условиях, когда использование фрикционных покрышек выгоднее (тем более, что они явно превосходят шипованные по акустике и комфорту вождения), но лед чистый, а снег катиться по пути еще иногда случаются? Выход может быть только один – нужно что-то сделать с составом резиновой смеси и таким образом, чтобы значительно увеличилось сцепление с гладкой поверхностью льда или снега.

Говорят, что шины без шипов «прилипают» ко льду, но как? Глядя на их резиновую смесь

Стоит помнить, что состав резиновой смеси зимних покрышек и летних покрышек имеет много серьезных отличий. Первоначально в состав шинной резины входили каучуки (натуральные и синтетические), сера и цинк, которые сшивали полимерные цепи шин в сложные структуры и превращали резиновую «пасту» в эластичный и плотный каучук и технический углерод (или просто сажу), который придает прочности шинам и знакомому черному цвету. С развитием технологий состав шинной смеси становился все более и более сложным: например, в начале 21 века шиномонтажники стали активно добавлять в смесь второй наполнитель, так называемый «кремнезем», т.е восстановленная кремниевая кислота. Его применение позволило снизить сопротивление качению и одновременно улучшить сцепление шин с дорожным покрытием, в частности – мокрым.

Читайте также:  Космические технологии, взрывоопасность и смешной бюджет: мифы и факты о водородной Лада Антэл

Однако проблема заключалась в том, что резина не может быть слишком мягкой – она ​​слишком быстро изнашивается. Но он не может быть слишком жестким, ведь чем выше твердость, тем ниже коэффициент сцепления! При этом твердость резиновой смеси сильно зависит от температуры. Летние шины рассчитаны на работу при положительных температурах и уже при нулевых градусах Цельсия становятся «дубовыми». Чтобы зимние шины сохранили свою эластичность, в смесь приходилось вводить другие вещества, в частности масла.

Чтобы все компоненты резиновой смеси работали вместе и готовая шина обеспечивала указанные параметры, необходимо было изучить взаимодействие между веществами на молекулярном уровне. Так родилась запатентованная компанией Toyo Tyres технология Nano Balance, которая позволила нам взглянуть на обычные физические процессы с химической точки зрения, уменьшить внутреннее трение между резиновыми смесями за счет стимулирования диспергирования и ввести очень точный контроль соотношения компонентов смеси. Однако одна эта технология пока не может решить проблему сцепления поверхности блока протектора нешипованных зимних шин с гладким льдом…

Говорят, что шины без шипов «прилипают» ко льду, но как? Глядя на их резиновую смесь

Крупные производители шин давно искали собственные подходы к решению этой проблемы. Уже в 80-х годах прошлого века компания Dunlop (с которой началась история шин в девятнадцатом веке) попыталась ввести в смесь тонкую металлическую проволоку, причем таким образом, чтобы поверхность резины стала напоминать тип кисти. Шины, произведенные по этой технологии, получили амбициозное название Winter Winner, но эта технология еще не получила широкого распространения. Судя по всему, резьба в резине при улучшении сцепления на льду серьезно ухудшила остальные параметры.

Однако идея ввести в резину некие твердые частицы, своего рода микроскопические когти, с помощью которых шина без шипов все еще могла цепляться за гладкий лед, не умерла и была разработана. Например, один из ведущих мировых брендов предлагает шины с вкраплениями менее плотных полимеров. Во время носки эти полимеры образуют микрошероховатости, которые эффективно поглощают водную пленку на льду и создают дополнительные кромки, прилегающие к снегу.

Другая компания, наиболее известная своими зимними шинами, предложила добавлять в резиновую смесь твердые частицы в форме многогранных кристаллов. Именно эти частицы, получившие марку Cryo Crystal, функционируют как встроенные микроскопические наконечники и с каждым новым километром пробега эти кристаллы, распределенные по толщине протектора, выходят на поверхность и даже немного увеличивают сцепление на гладких поверхностях. Компания уверяет, что эти кристаллы «безопасны для окружающей среды», но их химический состав строго секретен, не меньше, чем контрольные коды для американских разведывательных спутников.

Читайте также:  Как продать машину на запчасти и не прогадать в выгоде

В отличие от них компания Toyo Tyres, которая также решила оснастить свои нешипованные шины Observe GSI-6 «микроледяными когтями», не хранила в секрете материал, из которого они были сделаны. На самом деле, в чем же секрет измельченной скорлупы грецкого ореха? Этот материал по определению экологичен, но в то же время, если вы исследуете маленькие частицы раковины под микроскопом, вы заметите своего рода естественный разрез, который превращает кусочки раковины в крошечные ледяные шипы, которые были необходимы. При этом осколки снаряда обладают достаточной твердостью, чтобы надежно прилипать ко льду, но уже не могут повредить асфальтовое покрытие. Эта технология называется Microbit.

Но из всех сложных ситуаций, с которыми приходится сталкиваться фрикционной шине, пожалуй, самая трудная – это работа на льду при температурах, близких к нулю. Дело в том, что при трении резиновых блоков о гладкую поверхность льда образуется тонкая пленка воды, которая начинает играть роль своеобразной смазки, что еще больше снижает и без того низкий коэффициент сцепления. Чтобы улучшить динамику разгона и торможения в таких условиях, японские инженеры добавили порошкообразный бамбуковый уголь в резиновую смесь, которая является естественным абсорбентом и способна эффективно поглощать эту водную пленку. Безусловно, использование такого натурального материала дает все основания говорить об экологичности данной технологии и, хоть и не позволяет ездить по льду так уверенно, как сухой асфальт, но все же позволяет выиграть пару секунд на старте или несколько метров экономии при торможении, что, возможно, избавит вас от серьезных аварий.

Говорят, что шины без шипов «прилипают» ко льду, но как? Глядя на их резиновую смесь

Что ж, в заключение отметим, что никакое явление covid и никакой кризис в мировой экономике не могут остановить научно-технический прогресс. Вы читаете этот материал, и прямо сейчас химики в исследовательских центрах компаний-производителей шин разрабатывают состав шинной смеси, пытаются использовать различные добавки и включения, моделируя процессы, происходящие внутри материала шины во время езды по ней различные условия. Однако сложно предсказать с уверенностью, какие технологии будут использовать шинники через 20-30 лет. Кто знает, может быть, шины будут практически живым организмом, способным изменять как рисунок протектора, так и свойства смеси, в зависимости от характера поверхности и внешних условий. А то, что в научной прессе уже сообщалось, что работа в этом направлении уже ведется… Но это «светлое завтра», по сути, еще далеко от завтрашнего дня, а не послезавтра, и утомляет Созданные с использованием этих новых супертехнологий, изначально они будут стоить не только дорого, но и очень дорого. Так что на долгие годы мы будем ориентироваться на соотношение цены и качества, и по этому параметру шины Toyo могут составить конкуренцию продукции самых известных брендов. 

Один источник

По материалам мирвокругнас

Оцените статью
Добавить комментарий