Зеленая" шина - что это такое? Звучит непривычно, поскольку шины всегда черные, очень черные, абсолютно черные и по-другому никогда не было, так как в состав резины шины обязательно входит сажа или технический углерод (ТУ), как говорят химики, а он очень черного цвета. Добавляют его в резины много, обычно 30 - 35% по весу. Без ТУ, выполняющего роль активного наполнителя, резина не может иметь свойств, необходимых для шины - довольно высокой по сравнению с ненаполненной резиной твердости (модуля), прочности, высокого сопротивления износу, сцепления с дорожным покрытием. Изменение свойств резин (усиление) в присутствии ТУ, по современным представлениям, происходит в результате выравнивания напряжений в молекулярных цепях каучука вследствие адсорбции и десорбции участков молекул на поверхности частиц наполнителя. Наполненную резину следует рассматривать как микрогетерогенную и микрогетерофазную коллоидную дисперсную систему, содержащую микрообласти с разной молекулярной подвижностью.
Наличие структурных элементов с неодинаковыми механическими характеристиками обуславливает замедление процесса разрушения резины. Степень активности наполнителя определяется его удельной поверхностью, морфологией первичных агрегатов (структурность), химической и энергетической природой поверхности. От удельной поверхности зависит межфазное взаимодействие с полимером. От первичной структуры ТУ отличают его вторичную структуру, обусловленную взаимодействием первичных агрегатов. При содержании в каучуке более 20% ТУ образует непрерывную сетку, разрушающуюся при деформации около 7%. Поверхность частиц ТУ энергетически неоднородна и содержит активные центры, характеризующиеся повышенной теплотой адсорбции углеводородов. На поверхности находятся также функциональные группы, но их мало, и в целом поверхность неполярна, чем и определяется ее высокое сродство к неполярным каучукам. Часть поверхности ТУ способна к образованию прочных химических связей с каучуком (хемосорбция), и ее доля составляет ~ 5%. В качестве характеристики взаимодействия ТУ - каучук используют параметр "связанный" каучук, то есть содержание каучука, который не вымывается из невулканизованой смеси низкомолекулярным растворителем. Зависимость износостойкости резин от этого параметра описывается кривой с насыщением, которое достигается при содержании связанного каучука ~ 45%.
Сильным усиливающим действием на каучук, кроме ТУ, обладает также кремнезем (белая сажа). Химическая природа и энергетика поверхности частиц кремнезема отличается от структуры и поверхностной энергии частиц ТУ (рис.1). Если энергия поверхности ТУ определяется дисперсионной составляющей, то в случае кремнезема главной является полярная составляющая, концентрация полярных силанольных групп на поверхности достигает 8 - 9/нм 2 . Полярная поверхность имеет меньшее сродство к неполярным каучукам, в результате чего белая сажа существенно меньше их усиливает при равной с ТУ удельной поверхности, а взаимодействие частиц кремнезема друг с другом больше, чем частиц ТУ. Поэтому сетка из частиц кремнезема разрушается при более высоких деформациях, вязкость смесей выше, смешение наполнителя с каучуком происходит труднее. Такие смеси приходится дольше вулканизовать, а вулканизационная сетка получается более редкой. Поэтому длительное время кремнезем использовался как наполнитель только специальных резин или в качестве небольших добавок в резины с ТУ. Например, очень важную роль кремнезем выполняет в резинах каркаса шин, где он входит в состав системы резорцин - уротропин и существенно повышает адгезию нитей корда к резине.
Развернувшееся в 80-х годах ХХ века движение "зеленых", потребовавших усилить внимание к охране окружающей среды и особенно активно действовавших в странах Западной Европы, поставило вопрос об уменьшении вредного воздействия не только выхлопных газов автомобиля, но и токсического влияния продуктов производства и износа шин (см. предыдущую публикацию) . Как ответ на требование экологического движения, производители шин в 1992 году выдвинули концепцию "зеленой" шины. Она предусматривает на стадии производства улучшение санитарно-гигиенических условий труда, а на стадии эксплуатации - снижение потерь на качение с целью уменьшения расхода топлива и выброса выхлопных газов. Повышение экологической безопасности при изготовлении и эксплуатации шин достигается путем исключения или сокращения содержания материалов, выделяющих мономеры, олигомеры, другие летучие вещества, канцерогенные и другие вредные соединения. Одним из вредных компонентов резины является ТУ, поэтому возникла актуальная задача его замены на другой активный наполнитель - кремнекислоту. Сразу же необходимо отметить и еще один важный аспект этой проблемы. ТУ получают из углеводородного сырья, запасы которого ограничены и цены на которое непрерывно растут. Кремнезем получают из кварцевого песка, запасы которого практически неисчерпаемы. Однако простая замена ТУ на кремнезем невозможна из-за отмеченных выше особенностей структуры поверхности его частиц. Снижение взаимодействия частиц кремнезема друг с другом и повышение сродства к углеводородным каучукам достигается при модификации поверхности реакцией с бифункциональными кремнийорганическими соединениями. Наиболее известен продукт Si-69, разработанный фирмой Дегусса еще в 1971 году. По химическому составу это бис-3-(триэтоксисилилпропил)-тетрасульфан и имеет следующую формулу:
(С 2 Н 5 О) 3 - Si - СН 2 - СН 2 - СН 2 - Sх - СН 2 - СН 2 -СН 2 - Si - (ОС 2 Н 5) 3
Появился также дисульфидный аналог (SCA 985), снижающий опасность подвулканизации смесей. Более удобный порошкообразный продукт SCA 9872 представляет собой смесь 72% силана и 28% силиката кальция. Бифункциональные силаны, называемые по механизму действия соединяющими или сцепляющими агентами (coupling agents) способны при механическом смешении каучука и наполнителя при температуре 120 - 160 град. химически взаимодействовать с силанольными группами поверхности частиц кремнезема. В результате поверхность покрывается привитыми молекулами модификатора и меняет свои физические свойства - становится более гидрофобной, а взаимодействие между частицами ослабляется. Наполнитель лучше диспергируется в среде каучука, вязкость смесей заметно уменьшается. На второй
стадии (при вулканизации) молекулы модификатора вступают во взаимодействие с ускорителем вулканизации, серой и, в конечном счете, с молекулами каучука. В итоге в резине возникают химические связи между поверхностью частиц наполнителя и каучуковой матрицей, резко возрастает доля связанного каучука. Это приводит к улучшению свойств резин: повышаются модуль и прочность и, самое главное, одновременно улучшаются несовместимые характеристики шин - сопротивление качению и сцепление с мокрым дорожным покрытием при сохранении очень важной характеристики - сопротивления истиранию (рис.2).
В Европе система кремнезем - бифункциональный силан активно вытесняет ТУ во все возрастающем числе марок шин, особенно зимних. Наиболее важной характеристикой при этом является сцепление с мокрым дорогой. В связи с этим производители кремнезема приступили к серьезной модернизации процесса получения наполнителя со строгим контролем всех стадий, что обеспечивает высокое постоянство его основных характеристик. Разрабатываются новые типы кремнеземов с улучшенной диспергируемостью, которая определяется методом оптической микроскопии (рис.3).
Из рисунка следует очевидная прямая зависимость между степенью диспергирования наполнителя и износостойкостью резин. Новый кремнезем Ультрасил 7000 заметно превосходит по этим показателям кремнезем Ультрасил VN 3, освоенный еще в 1951 году. Более высокая дисперсность наполнителя обеспечивает большую скорость взаимодействия силанольных групп на поверхности частиц с триэтоксигруппами силана. Развивается и техника измерений свойств наполнителей. Метод лазерной диффракции позволяет изучать распределение частиц по размеру в пределах от 40 нм до 500 мкм. С использованием этого метода изучали распределение частиц кремнезема при обработке ультразвуком, моделирующей процесс диспергирования при смешении с каучуком. Кремнезем Ультрасил 7000 характеризуется после обработки четко выраженным бимодальным распределением с большой долей разрушенных первичных агломератов, то-есть имеет высокую способность к диспергированию. Еще один важный параметр - содержание влаги в наполнителе, и новые марки Ультрасила имеют строго определенное и постоянное содержание влаги, влияющей на процесс смешения и гидрофобизации поверхности. Если в протекторах легковых шин и особенно зимних использование системы кремнезем - силан имеет неоспоримые преимущества, то в протекторах грузовых шин применение кремнеземов ограничивается меньшим сопротивлением истиранию по сравнению с ТУ в жестких условиях эксплуатации. Однако в других частях шины влияние природы наполнителя имеет иной характер. Так в легковых шинах только 50% сопротивления качению определяется внутренними слоями шины, в то время как в грузовых - 70%. Для грузовых шин важны такие показатели как срок службы и ремонтопригодность (замена протектора). Улучшение этих свойств может быть получено путем снижения теплообразования в шине. Для этих целей производители кремнезема разработали специальную марку наполнителя - ЕХР 7006 с удельной поверхностью 120 м 2 /г. На рис. 4 приведены результаты сравнения свойств смесей и резин на основе композиции НК + растворный БСК с кремнеземом ЕХР 7006 и другими наполнителями. Видно, что новый наполнитель значительно превосходит старый кремнезем и ТУ по величине механических потерь и теплообразованию. Столь низкая величина механических потерь (tg d) не может быть достигнута при использовании ТУ. Если для протекторов легковых шин вполне достаточна поверхность наполнителя 160 - 170 м 2 /г, то в грузовых шинах кремнеземы по сопротивлению истиранию резин пока уступают ТУ с высокой удельной поверхностью. Разрабатываются кремнеземы с более высокой удельной поверхностью для протекторов грузовых шин. Идет также поиск новых силанов, обеспечивающих более низкую динамическую жесткость, необходимую для улучшения сцепления с обледеневшей дорогой.
Шины с протектором, содержащим кремнезем вместо ТУ появились на рынках Европы в 1973 году. Было произведено и продано 400 тыс. шин с голубым протектором, однако затем из-за технологических трудностей их производство было прекращено. В настоящее время фирма Континенталь выпускает широкий ассортимент шин: 4 размера серии 80, 7 размеров серии 70 и 7 размеров серии 65 категорий S (скорость до 180 км/час) и Т (до 190 км/час), в протекторах которых содержится только 5% ТУ для придания обычного черного цвета и снижения электризуемости поверхности. Эти покрышки, по данным фирмы, позволяют экономить до 5% топлива и имеют на 30% большую долговечность. В 1996 году появилась "зеленая" шина крупнейшего производителя шин фирмы Мишлен. Она действительно может иметь зеленый и, в принципе, почти любой другой цвет, так как в протекторе и боковине весь ТУ заменен на кремнезем и для придания цвета используется пигмент. По данным фирмы, комфортность езды и долговечность "зеленой" шины аналогичны шинам с ТУ. Первоначально производились только шины размера 170/70-13, но предполагалось резкое расширение ассортимента. Появившиеся опасения повышения электризуемости шин при движении и связанного с этим усиления радиопомех не оправдались, так как электризуемость была легко устранена с помощью специальных добавок, повышающих проводимость резины, например, смеси амино- и сульфонилцирконатов. "Зеленая" шина оказалась несколько дороже обычных из-за более высокой стоимости системы кремнезем - силан по сравнению с ТУ. Увеличение цены составило ~ 4,75 доллара на шину.
Фирмы - производители увеличивают выпуск кремнеземов в нарастающих темпах. Рон Пуленк пустила новые заводы на Тайване и в США, Дегусса - завод кремнезема в Пенсильвании и заводы по производству 12 тыс.т в год силана Si-69 в Антверпене и Алабаме. Этого количества достаточно для производства 60 млн. шин. Фирма OSI расширяет производство силанов на 50%. Активность производителей кремнезема вызывает серьезную озабоченность производителей ТУ, которые боятся потерять свои традиционные рынки сбыта. Основной производитель ТУ - Cabot Corp. предпринимает серьезные усилия в разработке новых типов ТУ - так называемых ECO Black, по характеристикам, аналогичным кремнезему, но менее дорогих. Это достигается путем структурной и химической модификации поверхности частиц, например, за счет окисления. При этом увеличивается содержание активных функциональных групп и появляется возможность использовать тот же прием, приводящий к увеличению доли связанного каучука путем введения связывающего агента. Имеется публикация. где в качестве такого агента также используется силан, способный реагировать с гидроксильными, карбоксильными и другими кислородсодержащими группами на поверхности окисленного ТУ и с эпоксигруппами эпоксидированного натурального каучука. Авторы наблюдали изменения свойств, присущие системе кремнезем - силан. Часть фирм-производителей шин сохраняет традиционную рецептуру, основанную на применении ТУ, но, используя новые типы этого наполнителя, добились заметного изменения гистерезисных характеристик и, как результат, экономии топлива. Фирма Avon разработала свою экошину CR 322, которая полностью соответствует "зеленой" шине ф.Мишлен. но не содержит кремнезема в протекторе. Аналогичную политику проводит фирма Nokian, разработавшая зимнюю шину с новым типом ТУ. Другие производители готовы пойти на компромисс и использовать смеси ТУ и кремнезема. Еще один подход предлагают ученые. Оказалось возможным приготовить наполнители, сочетающие свойства ТУ и кремнезема, например, проводя гидролиз силиката натрия в суспензии ТУ или используя совместный пирогенный процесс, разработанный Cabot Corp. Эти так называемые сдвоенные наполнители имеют углеродную поверхность 80 - 130 м 2 /г и кремнеземную поверхность 20 - 80 м 2 /г, концентрация ОН - групп составляет 3 - 3,2/нм 2 в пирогенном наполнителе и до 6,5/нм 2 - в осажденном. Углеродная и кремниевая фазы прочно связаны друг с другом и не отделяются после 8 -кратного сжатия при 165 МПа и последующей экстракции водой и толуолом. В присутствии бифункционального силана системы каучук - двойной наполнитель имеют меньшие механические потери при 60 град. и большие при 0 град., чем смеси только с ТУ. Другой подход состоит в генерации частиц кремнезема in situ в среде каучука золь-гель -методом, который заключается в набухании резины в тетраэтоксисилане с последующим гидролизом в водном растворе бутиламина. Образующиеся при этом очень мелкие и однородные по размерам частицы окиси кремния обеспечивают ярко выраженный усиливающий эффект.
Концепция "зеленой" шины предполагает также определенные изменения в ассортименте используемых каучуков. Каучуки, получаемые эмульсионной полимеризацией, содержат компоненты, способные генерировать нитрозамины, и должны меньше применяться по экологическим соображениям. То же самое относится и к полимерам, получаемым стереоспецифической полимеризацией, использующей соли тяжелых металлов. Наиболее перспективными с экологической точки зрения признаются каучуки растворной полимеризации, получаемые в присутствии литийорганических соединений. По своей структуре они в большей степени соответствуют требованиям к молекулярной подвижности, которая определяет потери на качение, сцепление с мокрой и обледеневшей дорогой, износостойкость. Появилась возможность синтезировать каучуки с заданной макро - и микроструктурой, что позволяет регулировать как температуру стеклования, так и характер температурного профиля механических потерь, получая вместо узкого широкомодальный или даже бимодальный.
Описаны принципы создания так называемого интегрального каучука. Резины из такого каучука имеют сцепление с мокрой дорогой, характерное для резин из эмульсионного бутадиенстирольного каучука, сопротивление качению и сцепление с обледеневшей дорогой - как у резин из натурального каучука, но превосходят эти каучуки по износостойкости. Аналогичные результаты показывают резины на основе тройных сополимеров стирола, бутадиена и изопрена, состоящие из блоков с различной температурой стеклования. Таким образом, тонко регулируя структуру каучука в процессе синтеза, можно получать резины, отвечающие современным противоречивым требованиям эксплуатации шин при различных погодных условиях и экологии. К сожалению, такой уникальный по свойствам природный полимер как натуральный каучук с экологических позиций признается неудовлетворительным, так как содержит амины - предшественники нитрозаминов и аллергены белковой природы.
В заключение необходимо отметить два важных момента. Улучшение эксплоатационных свойств резин при использовании системы кремнезем - силан ставит под серьезные сомнения основную концепцию современной теории усиления. а именно происхождение усиленя только за счет сорбции - десорбции макромолекул на поверхности наполнителя, которая полностью игнорирует влияние образования прочных химических связей наполнитель - полимер. По-видимому, теория усиления требует доработки. В литературе даже появился специальный термин - химическое усиление, описывающий наблюдающийся важный эффект. Образование химических связей между частицами ТУ и каучуковой матрицей и связь этого явления с физико-механическими свойствами резин рассмотрено в работах советских ученых в конце 70-х - начале 80-х годов (см., например, "Каучук и резина", 1982, N 7, с. 8 - 10 ; там же, 1984, N 7, с. 12 - 14), однако дальнейшего развития эти исследования не получили. По разработке экологически безопасных шин и их внедрению в производство и эксплуатацию современная Россия отстает от передовых стран Западной Европы.
Для начала кажется необходмимым привести небольшое определение зеленой шины. Любой автомобиль при своем движении подвергается воздействию сил, тормозящих это движение: механические трения, аэродинамические трения, инерция автомобиля, сила тяжести и сопротивление качению. И именно для уменьшения сопротивления качению роль зеленой шины представляется особенно важной. Действительно, на долю шины может приходиться до 20% расхода топлива автомобилем. При каждом вращении материалы, составляющие шины, нагреваются, деформируются и выделяют часть энергии, передаваемой автомобилем: это и есть сопротивление качению, на долю которого может приходиться пятая часть расходуемого горючего.
Улучшить сопротивление качению
Основываясь на этих фактах и, главным образом, вдохновленные директивой Европейской комиссии от конца 2007 года о снижении к 2012* году выбросов газов с парниковым эффектом и доведении уровня СО 2 до 120 г на километр, производители шин продолжили свою работу над шинами с низким потреблением энергии и, следовательно, с низким сопротивлением качению.
Фото © :
Уже с 1992 года начинатель этого направления, Michelin, нашел последователей. В 2001 году компания Goodyear выпустила на рынок первую шину, использующую запатентованную технологию BioTRED, основывающуюся на кукурузном крахмале, субсидированную Европейской комиссией и обеспечивающую очень низкое сопротивление качению. Поистину, воображение в этой области безгранично... Однако, если эта новая технология и обеспечивала экономию горючего, то предлагаемый компромисс между износом и сцеплением был менее выгодным.
Таким образом, все производители стали делать ставку на сокращение расхода горючего без снижения уровня сцепления шин и их долговечности. Вот почему исследования были ориентированы на протектор, то есть на ту часть шины, которая находится в контакте с дорожной поверхностью. И в этой области фирме Michelin удалось заменить 95% техуглевода, придающей черный цвет шинам, кремнием - продуктом, расходующим гораздо меньше энергии и, соответственно, требующим намного меньше горючего. Благодаря этому методу возникла шина Energy Saver со сниженным на 20% сопротивлением качению и экономией энергии в 4 г СО 2 на километр. Сегодня на эту шину приходится ¾ продаж Michelin в Европе. Отметим, что конкуренты не сидели, сложив руки: GoodYear выпустил шину Efficicient Grip и разработал технологию « Fuel saving », Pirelli - шину Cinturato P7 и технологию ENERGY EFFICIENT, Bridgestone - шину Ecopia, а Continental - свою шину Ecocontact1.
Зеленая шина: каковы ее истинные преимущества?
Мы рассказали об истории зеленых шин, но остается получить ответ на вопрос «Разумно ли инвестировать в зеленые шины?». Покупная цена такой шины будет не выше, чем у традиционной шины, но какова польза от ее покупки?
В каждом типоразмере вам предоставляется выбор между несколькими шинам, каждая из которых предназначена для различного использования. Зеленые шины адаптируются к любому типу автомобилей: городским, седанам, минивэнам, но чтобы использовать их с максимальной пользой, водителю придется ездить осторожно и разумно, как в сложных погодных условиях, так и при спортивной езде и даже в условиях города. К преимуществам, связанным с экономией топлива и, как следствие, с экономией денег в вашем кошельке, с хорошей износостойкостью и сцеплением с дорогой, следует прибавить «гражданский» подход, выражающийся в вашем участии в охране окружающей среды.
Сегодня мы имеем дело с четвертым поколением зеленых шин. Эта технология, применяемая большинством известных производителей шин, доступна для потребителя, проста в использовании, обеспечивает высокие показатели и экономична при использовании. Итак, да, если цвет зеленой шины и остается черным, то ее состав, ее характеристики делают из нее поистине инновационный продукт как с точки зрения энергосбережения, так и с точки зрения охраны окружающей среды.
- Это означает, что на одном литре топлива бензиновые и дизельные автомобили смогут соответственно проезжать 22 и 19,5 километров.
В нем также указано, что к 2016 году требования станут еще более жесткими. Требуемые значения параметров шин говорят о том, что скоро все покрышки, используемые европейскими автопроизводителями, станут «зелеными». Разумеется, речь идет не о цвете. Точнее - не только о нем.
О том, какие перспективы у «зеленых» шин в России, какие сложности возникают, в их производстве и что ждет шинную промышленность в будущем, рассказали ведущие специалисты нескольких подразделений СИБУРа, занимающихся разработкой этого экологичного направления.
«Зеленым» шинам - зеленый свет!
На Западе давно стало модно и почетно бороться за экологию, за сохранение ресурсов планеты и сокращение загрязнения окружающей среды - На этой волне еще в 1992 году производителями автомобилей в Европе была разработана концепция «зеленой» шины (GreenTire). Производство «зеленой» шины предусматривает улучшение экологических показателей производства и сокращение потерь энергии на качение при эксплуатации. Это, в свою очередь, уменьшает расход топлива и выброс выхлопных газов автомобилем.
Первая «зеленая» шина - под маркой Епergy Saver - была выпущена в продажу в 1992 году компанией Michelin. Сегодня выпускаете я уже пятое поколение таких тин. «Данная шина обладала низким коэффициентом сопротивления качению, имела большую на 20-40% по сравнению с конкурентами долговечность, улучшенное сцепление с дорогой. С тех пор продукция данной фирмы является эталоном экологичных шин», - отмечает руководитель проекта «Зеленая шина» сибуровского научного центра «НИОСТ» Артур Рахматуллин. Кстати, подобные покрышки действительно могут иметь зеленый или другой цвет, так как для придания им цвета используется красящий пигмент. Ведь техуглерод («сажа»), придающий обычным покрышкам черный цвет, в «зеленых» шинах заменен на осажденный кремнеземный наполнитель (ОКН).
Компания «СИБУР-Русские шины» начала разрабатывать проект производства «зеленых» шин в 2001 году, а в 2004 году были произведены первые образцы продукции «За основу мы взяли первый патент Michelin. Затем дорабатывали технологию собственными силами, шли своим путем», - говорит Штефан Прекоп, заместитель генерального директора по технологиям и НИОКР «СИБУР - Русские шины».
Шины стоят свеч
«Зеленые» шины стоят, в среднем, на 5-10% дороже обычных аналогов. Но среди их важных преимуществ - экономия топлива и, соответственно, затрат потребителя. «За счет уменьшения сопротивления качению наши «зеленые» шины помогут сэкономить до 5% топлива по сравнению с использованием обычных шин. Использование таких шин уменьшает выбросы углекислого газа. Кроме того, у «зеленых» шин лучше сцепление с мокрой дорогой. Использование осажденных кремнеземных наполнителей позволяет производить более качественные зимние нешипованные покрышки», - рассказывает Штефан Прекоп.
«На Западе количество вредных выбросов в атмосферу строго регламентируется, как и показатель сопротивления, качению и количество потребляемого топлива на 100 километров пробега. Так, соглашением ЕС с автопроизводителями предусматривается в ближайшие годы уменьшение выбросов углекислого газа новых автомобилей с 186 г/км до 140 г/км. Данным требованиям удовлетворя¬ют только так называемые «зеленые» шины», - добавляет Артур Рахматуллин.
Упоминание о западных стандартах - неслучайно. Ведь в России топливный фактор, как и экологичность, может иметь косвенное значение, уточняет заместитель директора по развитию дирекции синтетических каучуков СИБУРа Михаил Гордин: «Фактически «зеленая» шина - высокоскоростная шина, основным преимуществом которой является все-таки экологичность. Топливная экономия, особенно для наших потребителей, скорее всего, не будет серьезным аргументом в выборе шин. В производстве каучуков для этих покрышек мы, в первую очередь, ориентируемся на западных производителей автомобилей и шин».
Тем не менее, за наших потребителей решение о постепенном переходе на «зеленые» шины уже приняли европейские автопроизводители. «Жесткие законодательные инициативы, принятые в Европе, обязывают нас быть готовыми к соблюдению самых последних стандартов шинного про¬изводства. Наши покрышки продаются не только в России, они продаются в Европе, США, других странах. У нас даже есть технология тропикализации покрышек - для экспортных партий в Бразилию, Турцию, Африку. Международные автопроизводители, в том числе имеющие производства в России, уже приобретают покрышки, которые соответствуют нормам Евросоюза, вступающим в действие в 2012 году», - говорит Штефан Прекоп.
Ноги для русского Бибендума
К сожалению, производственная база основных материалов для «зеленых шин - а, именно, каучуков с осажденным кремнеземным наполнителем - и России очень слабая. Многие компоненты для резиновых смесей закупаются за рубежом, а технологии резиносмешония устарели. Про существующие технологии приготовления резиновых смесей для «зеленых» шин рассказывает Михаил Гордин: «Одним из способов уменьшения сопротивления качению шин без потери в тормозном пути и износостойкости является использование кислотно-кремниевых наполнителей (ККН, или силики). Существует несколько способов равномерного смешивания каучука с кислотно-кремниевым наполнителем. Первым был изобретен способ улучшения смешивания жидкофазных с. добавлением связывающих агентств, например, (плана). Хотя и достаточно затратный, он используется в большинстве современных производств «зеленых шин».
Второй способ - модификация моле¬кул каучука за счет образования моле¬кулярных групп, связывающих с силикой. На базе Воронеже кого НТЦ мы со¬вершенствуем и сам каучук, и ищем способы для улучшения смешивания. Второй путь развивает также НИОСТ. Если у нас получится добиться успеха на двух направлениях, мы сможем произ¬водить композитный каучук с силикон. Это будет достижение мирового уровня, так как такой технологии пока нет ни у кого». Проблемы подготовки качественной резиновой массы носят общий для российской шинной промышленности характер. «За последние 10 лет в шинной промышленности России появилось много технологий по сборке шин, вул-канизации резины, по подготовке полуфабрикатов- Тем не менее, важнейшие технологии, а именно - резиносмешение, полностью устарели. В связи с этим мы реализуем инвестиционный проект по оснащению нашего ярославского завода новыми резиносмесителями системы Intermix. Запуск нового цеха намечен на первую половину 2011 года», - говорит Штефан Прекоп
Производители сказали: надо! Шинники ответили: есть !
Несмотря на трудности с разработкой отечественного сырья для «зеленых» шин, их производство в СИБУРе уже начато и доведено до вполне конкурентоспособного уровня. На вопрос о текущей ситуации отвечает Штефан Прекоп: «На сегодняшний день мы производим качественные шины радиусом 13 и 14 дюймов для легковых автомобилей под маркой Соrdiant.
Общая экономия топливных ресурсов при повсеместном переходе на использование автотранспортом "зеленых" шин в РФ может составить 0,9-1 млн. т. н.э.
По данным компании Michelin, использование "зеленых" шин, при среднем годовом пробеге автомобиля около 20 тыс. км, позволяет сократить годовое потребление топлива на 40 литров. С учетом того, что российский легковой автопарк в настоящее время превышает 30 млн. автомобилей, использование "зеленых" шин при оснащении этого автопрака позволит ежегодно экономить порядка 1 млн. т. топливных ресурсов.
Отрицательное воздействие шин на воздух, почву, растения, животных и людей обусловлено их сопротивлению качению, которое, в свою очередь, определяет расход топлива двигателем и, следовательно, количество выбрасываемых в атмосферу выхлопных газов, содержащих такие опасные компоненты, как свинец, углеводороды, сернистый, углекислый, угарный газы. Вместе с тем, при движении автомобиля шины стираются о дорожное покрытие. При этом шины из синтетического каучука выделяют твердые высокодисперсные продукты и вредные для здоровья человека газообразные вещества.
В результате проведенных НИИ шинной промышленности РФ исследований было выявлено, что основной вклад в перечисленные негативные явления вносит протектор - наружный резиновый слой покрышки. На его долю у легковых машин приходится 35-50%, у грузовых - 50-70% сопротивления шины качению, а также практически весь объем продуктов их стирания.
Решение возникших проблем может быть найдено в использовании так называемых "зеленых" шин. Производство "зеленой" шины предусматривает улучшение экологических показателей производства и сокращение потерь энергии на качение при эксплуатации. Это, в свою очередь, уменьшает расход топлива автомобиля и выброс им выхлопных газов в окружающую атмосферу.
Сопротивление качению выражается в механических потерях и образовании тепла при циклическом нагружении шины. Для снижения потерь по этой причине протекторы шин необходимо делать из соединений технического углерода с коллоидным диоксидом кремния (КДК). Проведенные опыты показали, что замена 45-75% первого из них на второй снижает гистерезисные потери на 30-50%. Правда, непременным условием получения таких результатов является дезагрегация частиц КДК и взаимодействие между их поверхностями и каучуком резиновой смеси, для чего в последнюю вводят специальные добавки. Проведенные эксперименты показали, что все это положительно влияет на упругость, прочность, износостойкость и сцепление протектора шины с дорогой.
За счет уменьшения сопротивления качению, "зеленые" шины помогают в среднем сэкономить до 10% топлива по сравнению с использованием обычных шин и на 50% уменьшить энергозатраты на резиносмешивание. В зависимости от условий использования (город, деревня, автострада) снижение расхода топлива автомобилем составляет от 5 до 10% при уменьшении сопротивления качению на 25%.
Еще одной возможностью снижения сопротивления качения шины является уменьшение ее массы. Наиболее перспективным в этом плане выглядит применение в конструкции шины не традиционного корда13, а изготовленного из высокопрочного капронового волокна. При одинаковой прочности с серийным кордом данный вариант имеет меньший диаметр, а значит, и массу, к тому же его использование ведет к уменьшению толщины охватывающего слоя резины и, следовательно, массы шины. Другой вариант того же подхода - высокопрочные капроновые нити такого же диаметра, как и серийные. Они позволяют уменьшить число слоев корда в каркасе шины, а стало быть, значительно понизить ее массу.