ساخت تایر خودرو
اکسید روی (ZnO) یک ماده کلیدی در صنایع لاستیک است که در فرایند تولید و تقویت لاستیک‌ها به کار می‌رود. این ترکیب شیمیایی به‌عنوان یک پرکننده (فیلر) در ترکیب لاستیکی افزوده می‌شود اکسید روی به‌عنوان یک فیلر در ترکیب لاستیکی بهبود در مقاومت مکانیکی و مقاومت به فشار و کشش لاستیک ایجاد می‌کند. این ویژگی‌ها می‌توانند لاستیک‌ها را به محصولات با عمر مفید بلندتر و توانایی کارکرد بهتر تبدیل کنند. اکسید روی به‌عنوان یک ماده افزودنی مهم در صنایع لاستیک باعث بهبود ویژگی‌های لاستیکی و افزایش عمر مفید محصولات می‌شود.
اکسید روی چه نقشی در لاستیک ها دارد؟
- اکسید روی یکی از مهم ترین ترکیبات شیمیایی معدنی است و در صنایع بسیاری مورد استفاده قرار می گیرد که شاهد نقش اکسید روی در لاستیک ها هستید. رنگ این ماده سفید است و در آب حل نمی شود، جالب است بدانید به این ترکیب غیر آلی در زمان های قدیم توتیا می گفتند. اکسید روی به صورت طبیعی در طبیعت وجود دارد ولی استفاده از این ماده مهم و کاربردی به قدری زیاد است که آن را به صورت صنعتی نیز می سازند.
- محصولاتی مانند لاستیک ماشین به عنوان وسیله ای که با جان انسان ها در ارتباط است و همچنین دارای قیمتی بالاست همیشه مورد توجه بوده است. استفاده از نانو مواد در صنعت لاستیک سازی بزرگترین خدمتی بوده که بشر به آن دست یافته است.
نقش اکسید روی در لاستیک ها چیست؟
- نقش اکسید روی در لاستیک ها بسیار زیاد است به طوری که از انواع مواد معدنی برای استحکام سازی لاستیک ماشین ها استفاده شده و سرانجام با استفاده از اکسید روی در صنعت لاستیک سازی به این نتیجه رسیدند که این مواد بهترین و موثرترین موادی است که می تواند به مقاومت لاستیک کم کند و همچنین عمر آن را افزایش دهد. یکی از ویژگی هایی که لاستیک ماشین باید داشته باشد خاصیت ارتجاعی در آن است.
- خاصیت ارتجاعی زمانی ایجاد می شود که از حرارت دهی برای آن استفاده می گردد. در این زمان از اکسید روی برای انجام عمل حرارت دهی استفاده می شود. در نتیجه لاستیک هایی که با این روش تولید میشوند کیفیت بسیار خوبی دارند. نقش اکسید روی در لاستیک ها نه تنها از نظر اقتصادی برای سازندگان لاستیک سود آور است، بلکه از نظر بالا رفتن طول عمر و اقتصادی بودن مدت زمان استفاده از لاستیک ها بسیار عالی است.
اکسید روی ماده ای کاربردی در صنعت لاستیک سازی به شمار می رود. اکسید روی سبب می شود تا لاستیک ماشین عمر طولانی تری داشته باشد. زیرا لاستیک ماشین تنها قسمتی از ماشین است که در طول دوران استفاده از آن دچار فرسایش جدی می شود، بنابراین باید از موارد لاستیکی بسیار محکم در آن استفاده شود.
تاکنون از ویژگی های اکسید روی صحبت شد حال اگر به جای اکسید روی از نانو اکسید روی استفاده گردد چه تفاوت هایی ایجاد خواهد شد؟
بازار نانوکامپوزیت در ۲۰۰۵ به میزان ۲۰۰ میلیون یورو و در سال ۲۰۱۵ بر اساس آمار BSF به میزان ۱۲۰۰ میلیون یورو پیش بینی شده است. در سال ۲۰۰۲ کشوری مثل ژاپن ۱۵۰۰ میلیون یورو در تحقیقات در زمینه فناوری نانو صرف کرده است. تحقیقات در زمینه فناوری نانو را بدون شک نمی توانیم رها کنیم. اکثر کشورهای دنیا تحقیقات و فعالیت در زمینه نانو را شروع کرده است، به عنوان مثال کشور هند تولید نانوکامپوزیت SBR را شروع کرده است. همچنین صنایع خودرو در دنیا به سمت استفاده از نانو PP (نانوپلی پروپیلن) سوق پیدا کرده است و علت اصلی آن خواص مناسب از جمله سبکی، مقاومت حرارتی و مقاومت ضربه اینگونه مواد است. بنابراین رسیدن به خواص مطلوب ضرورت توجه به آن را بیش از هرچیز دیگر برای ما نمایان می سازد.
ویژگی نقش نانو اکسید روی در لاستیک ها
نانواکسید روی یک اکسید فلزی در ابعاد نانو می باشد، این ماده به شکل پودری سفید رنگ و در طبیعت نیز به ندرت یافت می شود، بنابراین می توان گفت ماده ای گران قیمت به شمار می رود. در اینجا می خواهیم به نقش نانو اکسید روی در لاستیک بپردازیم:
- از جمله ویژگی هایی که نانو اکسید روی دارد این است که ضد قارچ و ضد باکتری می باشد. همچنین باعث دفع اشعه uv می شود. از اکسید روی به دلیل داشتن خواص عالی در آن در صنعت لاستیک سازی به صورت گسترده استفاده می شود. لاستیک به طور طبیعی با استفاده از یک ترکیب شیمیایی به نام ولکانیزاسیون به ترکیبی بسیار مقاوم تبدیل می شود.
اما فقط این کافی نیست و عوامل دیگری هستند که برای مقاوم تر کردن لاستیک باید از آن استفاده شود. نانو اکسید روی یکی از همان مواد حیاتی است که دارای خواص متعدد فیزیکی و شیمیایی می باشد. استفاده از اکسید روی در لاستیک موجب شده تا لاستیک در مقابل ساییدگی و حرارت مقاومت بالایی داشته باشد. اشعه ماورا بنفش نیز از دیگر عواملی است که به شدت به لاستیک آسیب وارد می کند بنابراین هیچ ماده ای مانند نانو اکسید روی نمی تواند به سلامت و مقاومت لاستیک کمک کند.
اهمیت نقش نانواکسید روی در لاستیک ها چیست؟
- مهم ترین مصرف و نقش نانو اکسید روی در لاستیک ها می باشد، از جمله خواص اکسید روی ضد قارچ بودن و ضد خوردگی در آن است و همین عامل باعث دوام در اشیاء می شود. امروزه اکسید روی به صورت صنعتی به وفور تولید می شود، ولی درجه خلوص آن متفاوت است. در هنگام استفاده از اکسید روی در کارخانه های لاستیک سازی موارد بهداشتی باید رعایت شود در صورت عدم رعایت در مصرف این ماده می تواند به محیط زیست آسیب وارد کند، و همینطور استنشاق این موارد در طولانی مدت می تواند عوارض خطرناکی را برای شما به همراه داشته باشد.
- از جمله خصوصیت بارزی که دلیل استفاده اکسید روی در لاستیک سازی شده است خاصیت ضد باکتری در آن است که می تواند از پوسیدگی و خوردگی آن در طول زمان جلوگیری کند. این ماده به عنوان مواد اولیه در کارخانه جات لاستیک سازی محسوب می شود و فرآیند شکل ظاهری، خاصیت فیزیکی آن را بهبود می دهد. از جمله تاثیراتی که نقش اکسید روی در لاستیک ها دارد عبارتند از: کاهش در زمان پخت، شتاب دهنده در سرعت صنعت لاستیک و استحکام در حباب های داخل لاستیک. همچنین شکل ظاهری آن را نیز تغییر می دهد مانند اینکه سطح آن را صاف و صیقلی کرده و شفافیت و درخشندگی در آن ایجاد می کند.
کاربرد اکسیدروی نانومتری (NanoZnO) درلاستیک:
اکسیدروی نانومتری ماده غیرآلی و فعال است که کاربرد گسترده ای در صنعت لاستیک سازی دارد. کوچکی کریستال ها و خاصیت غیر چسبندگی آنها باعث شده که اکسید روی نانومتری به صورت پودرهای زرد رنگ کروی و متخلخل باشد.
از خصوصیات استفاده از این تکنولوژی در صنعت لاستیک، می توان به پایین آمدن هزینه ها، بازدهی بالا، ولکانیزاسیون (Volcanization) خیلی سریع و هوشمند و دامنه دمایی گسترده اشاره کرد. اثرات سطحی و فعالیت بالای اکسیدروی نانومتری ناشی از اندازه بسیار کوچک، سطح موثر خیلی زیاد وکشسانی خوب آن است.
استفاده از اکسید روی نانومتری در لاستیک باعث بهبود خواص آن می شود از جمله می توان به زیبایی و ظرافت بخشیدن به آن، صافی و همواری شکل ظاهری، افزایش استحکام مکانیکی لاستیک، افزایش مقاومت سایشی (خاصیت ضد اصطکاکی و سایش)، پایداری دمایی بالا، طول عمر زیاد و همچنین افزایش حد پارگی ترکیبات لاستیک اشاره کرد که همگی اینها به صورت تجربی ثابت شده است.
براساس نتایج به دست آمده می توان نتیجه گرفت بهبود یافتن خواص فیزیکی لاستیک در اثر اضافه شدن ZnO ناشی از پیوند ساختار نانومتری اکسید روی با مولکول های لاستیک است که در مقیاس اتمی صورت می گیرد.
اکسید روی نانومتری در مقایسه با اکسید روی معمولی دارای اندازه بسیار کوچک ولی در عوض دارای سطح موثر بسیار زیادی می باشد. از لحاظ شیمیایی بسیار فعال و همچنین به دلیل اینکه پیوندهای بین اکسیدروی نانومتری و لاستیک در مقیاس مولکولی انجام می گیرد، استفاده از اکسیدروی نانومتری خواص فیزیکی و خواص مکانیکی از قبیل حد پارگی، مقاومت سایشی و … ترکیبات لاستیک را بهبود می بخشد.
نقش نانو اکسید روی در فرمولاسیون لاستیک
- هنگامی که نانواکسید روی و اسید استئاریک با هم ترکیب می شوند، صابون روی تولید می شود. این امر حلالیت اکسید روی را در ترکیب بهبود می بخشد و با شتاب دهنده یک کمپلکس تشکیل می دهد و با گوگرد واکنش داده و یک عامل ولکانیزاسیون بسیار قوی تولید می کند.
- در فرآیند ولکانیزاسیون، پیوند پلی سولفید شکسته می شود و در نتیجه H۲S ایجاد می شود که باعث تسریع ترک خوردن لاستیک می شود. اکسید روی با آن واکنش می دهد تا پیوندهای متقابل جدیدی ایجاد کند، شبکه ولکانیزاسیون را تثبیت کند و مقاومت را بهبود بخشد.
اکسید روی به عنوان عنصر اصلی حدود ۵۰% تا ۶۰٪ در صنعت لاستیک استفاده می شود.
توجه به تحقیقات به عمل آمده چهار ماده نانومتری هستند که کاربرد فراوانی در صنعت لاستیک سازی پیدا کرده اند. چهار ماده موردنظر عبارتنداز: اکسیدروی نانومتری (NanoZnO)، نانوکربنات کلسیم، الماس نانومتری، ذرات نانومتری خاک رس.
با اضافه کردن این مواد به ترکیبات لاستیک، به دلیل پیوندهایی که در مقیاس اتمی بین این مواد و ترکیبات لاستیک صورت می گیرد، علاوه بر این که خواص فیزیکی آنها بهبود می یابد، می توان به افزایش مقاومت سایش، افزایش استحکام، بهبود خاصیت مکانیکی، افزایش حد پارگی و حد شکستگی اشاره کرد. در زیبایی ظاهری لاستیک نیز تأثیر گذاشته و باعث طافت، همواری، صافی و ظرافت شکل ظاهری لاستیک می گردد. همه اینها به نوبه خود باعث می شود که محصولات نهایی، مرغوب تر، با کیفیت بالا، زیبایی و در نهایت بازار پسند باشند و توانایی رقابت در بازارهای داخلی و جهانی را داشته باشند.
لاستیک بارز طی مقاله ای در حوزه نانو مواد مقاله ای در این خصوص انتشار نموده است:
امروزه فناوری نانو در صنعت با سرعت زیادی در حال گسترش است و کاربردهای ویژه این حوزه در صنعت تایرسازی نیز بر کسی پوشیده نیست. استفاده از نانوفناوری و نانومواد در این صنعت می‌تواند مزایایی چون افزایش طول عمر لاستیک، کاهش احتمال پارگی آن، پایداری دمایی بالا و کاهش مصرف سوخت را به همراه داشته باشد. درواقع آمیزه‌های تایر می‌توانند در آینده بزرگترین بازار تجاری نانومواد به شمار روند. یکی از مهم‌ترین مزایای استفاده از نانومواد در ترکیبات تایر این است که این مواد بدون آسیب رساندن و یا کاهش یکی از پارامترهای عملکردی مثلث جادویی تایر، سایر ویژگی‌ها را ارتقا می‌دهند. از طرف دیگر مطالعات اقتصادی گسترده‌ای در دنیا درباره استفاده از تکنولوژی تایر صورت گرفته و این مهم را از جنبه‌های مسائل اجتماعی و زیست‌محیطی مورد بررسی قرار داده‌اند. در این میان نقش کشورهای در حال توسعه نیز مهم به نظر می‌رسد. تغییر بخش زیادی از محصولات تایری موجود به تایرهای جدید با بهره‌گیری از فناوری نانو، روی مدیریت زنجیره تامین، تولید و فرآیندها تاثیر می‌گذارد. مطالعه حاضر می‌تواند به عنوان ابزاری جهت سیاست‌گذاری استفاده از فناوری نانو در صنعت تایر مورد استفاده قرار گیرد. سناریوهایی که در این مطالعه مورد کاوش قرارگرفته‌اند در نظر دارند تا سیاست‌گذاران را از طیف وسیع تاثیرات احتمالی جذب فناوری نانو، که در آینده صنعت تایر انتظار می‌رود، آگاه سازند. تجزیه‌وتحلیل هزینه و سود انواع اثرات (مثبت یا منفی)، اهمیت احتمالی آنها را مشخص کرده و تعیین می‌کند چه کسانی در دنیا تاثیر بیشتری از این فناوری دریافت کرده‌اند. این امر یک گام مهم در تصمیم‌گیری‌های سیاسی در مورد این موضوع است، که آیا باید توسعه یا جذب بازار توسط نانومواد انجام شود و یا می‌توان اثرات منفی احتمالی را کاهش داد.
صرفه جویی در میزان مصرف تایر ناشی از استفاده از مواد نانویی
ویژگی های محصولات بعد از استفاده از نانو مواد در تولیدات:
- افزایش عمر تسمه درون لاستیک (Bead) بسبب افزایش فضای خالی در چرخ که منجر به کاهش انتقال حرارت از لنت ترمز خواهد شد
- افزایش عمر تاج و دیواره جانبی لاستیک.
- افزایش تعادل جانبی بر سر پیچ ها و در هنگام دور زدن به دلیل کمتر بودن ارتفاع در مقطع لاستیک.
- عدم انفجار لاستیک به سبب پنچری و افزایش ضریب ایمنی بالا
- عدم امکان نفوذ شیء ریز از کناره لاستیک به داخل آن.
ساختار لاستیک:
- زهوار (bead): زهوارها رشته‌هایی معمولا سیمی هستند که لاستیک را حول چرخ، محکم نگاه می‌دارند.
- پُرکننده‌ی زهوار (bead filter): ترکیبی لاستیکی روی زهوار است که بین توده‌های بدنه‌ی لاستیک که دورتادور زهوار می‌پیچند، به کار می‌رود تا تاثیر مثبت موردنظر در کیفیت رانندگی و هدایت خودرو را در پی داشته باشد.
- تسمه‌های تایر (belts): هر تایر معمولا دو تسمه از جنس سیم‌های فولادی در دو زاویه مخالف دارد. تسمه‌ها به ثباتِ ناحیه‌ی آجِ تایر که در سایش، هدایت و کشش خودرو تاثیر دارد، کمک می‌کنند.
- لایه‌ی بدنه (body ply): بیشتر تایرها یک یا دو لایه‌ی بدنه دارند که معمولا از جنس سیم‌های پلیمری یا ابریشم مصنوعی یا نایلون و درون لایه‌ای از جنس لاستیک است. لایه‌های بدنه، ساختمان تایر هستند و برای مهار فشار باد باید باندازه کافی استحکام داشته باشند.
- آستر داخلی (Innerliner): ترکیبی لاستیکی است که برای حفظ فشار باد درون تایر به کار می‌رود.
- دیواره جانبی (sidewall): ترکیبی لاستیکی است که برای پوشاندن لایه‌های بدنه‌ی کناره‌های تایر به کار می‌رود و در برابر سایش، اصطکاک و فرسایش در اثر هوا مقاوم است.
- آج لاستیک (thread): به نقوش برجسته رویه‌ی تایر، آج می‌گویند. ترکیبات لاستیکی و نقش آج سبب میشوند تایر در تماس با سطح جاده چسبندگی کافی داشته باشد و ضمنا در برابر سایش مقاوم باشد. لذا در میزان چسبندگی تایر به سطح جاده و دوام تایر موثر است.
- هرچند لاستیک (rubber) ماده اصلی به‌کاررفته در ساخت تایر خودرو است، اما تعداد مواد مورد استفاده در ساخت تایر بسیار بیشتر است. در ساخت بعضی از تایرها حدود ۲۰۰ ماده خام به کار می‌رود که با لاستیک مخلوط میشوند و در بخش‌های مختلف ساختمان تایر به‌کار می‌روند.
همانطور که برای پخت کیک مواد مختلفی را با هم مخلوط می‌کنیم، برای تولید تایر نیز باید مواد گوناگونی با هم مخلوط شوند تا هر نوع تایر انتظاراتی را که از آن می‌رود، برآورده کند. مثلا شکل آج‌‌ها یا همان نقوش بیرونی تایر در میزان چسبندگی آن به کف جاده و نیز مصرف سوخت خودرو تاثیر دارد اما لاستیک به‌کاررفته در داخل تایر که به تسمه‌ی تایر می‌چسبد، به ثبات ناحیه‌ی آج کمک می‌کند. گاهی ترکیبات لاستیک بسته به نوع مواد به‌کاررفته در تایر فرق می‌کند.