轮胎的成分影响的控制,燃油经济性和它的生命周期。菲奥娜案例调查如何提高轮胎性能新材料,减少对环境的影响
轮胎的成分影响的控制,燃油经济性和它的生命周期。菲奥娜案例调查如何提高轮胎性能新材料,减少对环境的影响
轮胎有一个形象问题。他们是垃圾填埋场的灾难:倾倒在发展中国家或燃烧多年来在废物堆的Heyope在威尔士,释放有毒气体。但这张照片是改变得益于新材料和立法,将确保他们的应用。环境恶棍要提供车辆燃料消耗和安全上的显著改善,他们不再去垃圾填埋场(尽管我们还没有一个理想的临终场景),甚至可能是由可持续的,不是化石,原材料。
现代轮胎橡胶交联聚合物矩阵通常只包含10%的天然橡胶(独联体1、4-polyisoprene)。一系列聚合物包括天然和合成聚异戊二烯,聚(丁苯)、聚丁二烯、聚(isoprene-isobutylene)与强化混合填料(炭黑或石英),硫(交联剂)、抗氧化剂和处理油。
轮胎是高度工程复合材料。有超过18个不同的组件和12种不同的橡胶配方客运轮胎,胎面等不同部位,侧壁,undertread;除了钢铁、涤纶和尼龙,全球材料科学主任David Zanzig说固特异轮胎制造商。“我们一起把项目确定性能。”
三角形的性能
”一名乘客轮胎面我们正试图增加牵引或控制,也减少胎面磨损和降低滚动阻力一样热损耗的能量——这是轮胎变形接触,“Zanzig解释道。这些属性通常是在反对和定义一个三角形性能。例如,对于好的控制你想要一个高摩擦系数和轮胎之间的路,”他评论。“你希望相反减少滚动阻力和提高燃料消耗。我们正在努力减少滚动阻力的影响,同时保持其他轮胎性能通过轻量级结构,胎面设计、创新的材料和新的制造工艺。
新的立法正在加速发展。所有在欧盟轮胎销售从2012年11月将标签显示滚动阻力(对燃料消耗的影响),湿和滚动噪声的控制。强制减少滚动阻力将在同一时间,2016年进一步削减。轮胎也会安静,与新标准从2012年整个市场预期在2016年实现。
目前绝大多数的轮胎在欧洲销售不符合2016标准,”托马斯·格罗斯表示,全球技术营销和产品开发主管合成橡胶专家朗盛。朗盛发展新研究员solution-polymerised保利(丁苯橡胶(SSBR))和聚丁二烯橡胶(为PBRs)扩大性能三角形的面积。使用阴离子聚合生活我们可以操纵SSBR聚合物微观结构和控制或轮胎的牵引,通过改变乙烯和苯乙烯内容,”格罗斯说。增加乙烯含量增加混溶聚异戊二烯和聚丁二烯橡胶,降低复合材料的玻璃化转变温度。只有几度,但所有的区别的冬季轮胎需要软控制在较低温度下的道路”。
杀手填料
补强剂,可以超过40%的轮胎橡胶,弹性中起着关键作用效率(和滚动阻力)。如果填料不分散,非弹性filler-filler相互作用是重要的。破坏这些交互所需要的能量随着轮胎的变化形状,当它卷或缩进在粗糙的路面,解释说丢失,恶心。“如果你驱散更有效地填充和完善polymer-filler交互,提高材料的弹性行为和轮胎的滚动阻力。
米其林在1992年推出了自己的“绿色轮胎技术”使用二氧化硅填料加上双官能团的硅烷,二- (triethoxysilylpropyl)四硫化物,而不是传统的炭黑。”在混合器内通过烷氧基硅烷和硅表面反应组和帮助分散填料。当材料硬化硫硅和聚合物之间创建了一个链接。使用SSBR-silica-silane材料每分降低滚动阻力,导致20 - 25说恶心。米其林估计其轮胎已经拯救了超过144亿升的燃料,对应3600万吨的有限公司2排放,启动以来。
您可以修改聚合物改善原来的绿色轮胎技术。我们已经开发出SSBRs有下垂的COOH-groups统计分布在整个聚合物的主链。这增强了附着力矽橡胶的硫化后,而且在混合。它提高了滚动阻力特性和燃料效率,还潮湿的制动性能,说恶心。因为牵引的改进,一个客户正在测试赛车轮胎。”
固特异最近推出了二氧化硅填充胎面配方中加入聚合物工程与填料直接交互,除了硅烷偶联剂。他们声称他们自2005年以来推出的创新提高了滚动阻力30%,节约95亿升的燃料。
为什么不是所有轮胎使用这些材料制成的?“你需要更有效的和复杂的混合设备,总说。当你使用炭黑混合,与silica-silane填充你也有一个反应发生在需要控制的混合器。这导致了一些轮胎制造阻力。我们正在努力修改聚合物混合,以便更容易,”他说。
极端的表现
二氧化硅填充轮胎橡胶的事实也提供良好的道路控制Pierluigi de Cancellis尤为重要,倍耐力材料发展主任,方程式赛车的轮胎。三角形的性能并不适用于F1轮胎,”de Cancellis说。滚动阻力不是关键性能:还有其他的因素,更有对阻力的影响。轮胎,特别是用于湿条件,不能持续很长时间,这让比赛更加活泼如果团队被迫停站。湿牵引和道路控制是最重要的特征。轮胎橡胶的6种类型用于F1,由不同颜色标识,有明显不同的特性。“F1浮油从红(超软性),它提供了最大的控制与减少磨损寿命,银(硬),它提供了最大的耐用性较低的性能,”de Cancellis解释道。湿(橙色)轮胎需要柔软而容易在较低温度下变形得到更好的压痕在停机坪上,给好控制。越亲水二氧化硅填料降低轮胎和水之间的化学不相容。它也改变橡胶变形的温度依赖性,帮助保持软橡胶在较低的温度和更高的频率,”他说。
轮胎的抓地力的道路很难直接测量在实验室。当我们想要预测新化合物的性能,我们测量的粘弹性性质在广泛的条件下,温度、频率、不同类型的压力,覆盖的范围条件中发现服务,”de Cancellis说。的数据被送入一个预测模型,我们已经开发和使用赛道测试数据进行验证。我们可以预测特定条件下性能和耐久性:停机坪温度、速度、车辆质量,”他说。“很准确。”
这是一个对倍耐力与F1的,”他说。F1是最纯粹的和极端的表达表现,和魅力,对轮胎的材料。它还提供了机会来测试新材料在最极端的情况下,使用世界上最专业的汽车工程师。我们可以开发和测试的新材料,这有助于开发和验证模型。我们可以移植这一知识道路日常轮胎的设计。”
获得牵引
轮胎橡胶的早期历史中心的名字仍然与业务相关联。在1839年,Charles Goodyear尝试粘性的天然橡胶,含有硫磺,不小心掉了一球到他飘出。他惊讶地刮掉一个坚实,但高度弹性材料:他发现了橡胶的硫化。来自英国贝尔法斯特的1888年,一个兽医,名叫约翰·博伊德邓洛普创建和专利气动硫化橡胶轮胎为他儿子的自行车。法国工业家Andr吗?和? douard米其林第一安装到汽车1895年Paris-Bordeaux-Paris竞赛。材料和设计迅速改善。BF Goodrich艰难tyre-core介绍,1910年,1921年,他们添加炭黑增强橡胶。凹槽增加牵引经常泥泞的道路上。随着汽车运输的普及增加,轮胎技术上滚。
在第一次世界大战使英国封锁德国访问从东南亚橡胶,并引发了第一个商业合成橡胶的生产由拜耳化学和聚合物部门(现在朗盛)。这种甲基橡胶质量差,生产结束时停止敌对行动。但在第二次世界大战临近,航道热带橡胶种植园再次受到威胁,这一次由日本占领和德国潜艇,和美国橡胶项目诞生了。曼哈顿计划是记得因为它的戏剧性的结果,但是橡胶项目同样关键的战争,”莎拉说猎人从美国传统基金会的化学物质。1941年,每年我们合成橡胶产量还不到8000吨,其中大部分是不适合的轮胎,防毒面具,救生衣和英里需要的电缆绝缘。这是一个史无前例的政府之间的合作,业内竞争对手,和学者,”她补充道。到1945年,美国合成橡胶产量——主要是保利(丁苯)和聚(异戊二烯)-超过830 000吨/年。现代轮胎的关键材料。
一个有用的结束
汽车轮胎正在增加贡献效率和安全性,但处理报废的轮胎(英语教学)仍然是一个问题。他们不再是进入垃圾填埋场,至少在欧洲。欧洲轮胎和橡胶制造商协会在2010年报道的回收率96%,1999年欧盟立法的结果。但没有很好的利用这些轮胎,”Paul约翰斯顿从绿色和平组织说在埃克塞特大学的研究实验室,英国。“他们被碾碎用作替代燃料或应用程序,比如噪声阻尼填料表面的停机坪上。表面磨损时,粒子在排水系统。我们只是刚刚开始面对的问题可能会导致水生生物,”他警告说。我不是一个伟大的球迷的水泥窑的废物处理。在我看来环境影响没有正确评估。而出口存在,它拥有更好的发展。 The person who develops a method to obtain useful recycled feedstock from ELTs will become very rich,’ he predicts.
热解的英语教学是一个很好的解决方案,从英国华威大学的Jan Baeyens说,英国。产品获得一个可燃气体(通常用于发电的植物);富含碳的固体残渣,干净的石油焦的性质;和液态碳氢化合物,可以升级为生物柴油添加剂。”
Pfettisheim Pyrum创新,法国希望明年开始为英语教学商业热解。经过几年的试验工厂工作,我们已经能够微调过程,获得必要的固体和液体产品的认证和安全的市场我们的产品,”帕斯卡尔•克莱因表示Pyrum首席执行官。我们已经许可卖给荷兰、比利时和西班牙,从芬兰与公司谈判,英国,奥地利和墨西哥。我们也在Dillingen开始建设自己的工厂,德国能够治疗近7500吨/年的英语教学,将升级到30 000吨/年在下一年”。
越来越多的轮胎
但处理不是行业面临的唯一挑战。固特异担心原材料的供应。有一个巨大的增长潜力在亚太市场对轮胎的需求在未来的20年,我们已经看到供应问题与天然橡胶和异戊二烯单体的“Zanzig说。目前,70%的轮胎材料是基于石油与石油价格挂钩。我们想开发一个轮胎的选择,可持续的材料,”他说。在追求这一愿景,公司接洽Genencor——现在杜邦工业生物科学的一部分,形成了一个协作开发了世界上第一个轮胎由非石油异戊二烯。
我们的关键能力是DNA重组工程的设计和操作:微生物细胞工厂,”富LaDuca说,Genencor商业拓展部的高级主管。我们介绍的关键酶之一是异戊二烯合酶从植物,但是你要介绍或修改许多酶,修改二次通路和改变活动网站与新的基质。我们说服有机体做一些通常不会做的事:生产异戊二烯。“所有这些工作后,修改后的细胞发酵碳水化合物处理增值税和异戊二烯泡沫。LaDuca很高兴。早先的系统我们为杜邦公司开发生产1,探索从糖。该产品最终在水阶段,”他回忆说。有一个重要的成本让出来。这一次我们有一个过程的产品不稳定。我们可以把脏基质和得到纯物质,和产品不积累,抑制经济增长。’ Genencor and Goodyear’s prototype tyres made from poly(bioisoprene) debuted at the UN Climate Change Conference in Copenhagen in 2009, and at the Geneva Motor Show 2010, but the companies have not yet announced a date when they will appear at your local tyre dealer.
霏欧纳是一个基于自由科学作家在佛蒙特州,美国
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