لاستیک + نانو

برطبق آمارهای ارائه شده صنعت خودروسازی در سال 2004 بازاری حدود 54.2 بیلیون دلار آمریکا را داشته است که در سال 2015 این رقم به 137.4 بیلیون دلار خواهد رسید . 8.6 بیلیون دلار از این حجم معاملات با استفاده از فناوری نانو حاصل می شود که صنعت لاستیک سازی از استفاده کنندگان اصلی این فناوری به حساب می آید.
موارد استفاده از فناوری نانو در لاستیک خودرو اعم از نانوفیلرها و نانوکامپوزیت است که به لاستیک ها خواص ویژه ای می دهد. 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.

نانوذرات در لاستیک
چنانچه بخواهیم لاستیک ها را مورد مطالعه قرار دهیم خواهیم دید که انواع و اقسام لاستیک ها در کاربردهای مختلف استفاده می شود و هر کدام خصوصیات مربوط به خود را دارد. لاستیک دوچرخه ، تراکتور، کامیون، خودروهای سواری ، موتورها و ... همه در خصوصیات با هم متفاوتند. اما در یک بررسی کلی می توان اجزای لاستیک را مورد بررسی قرار داد. لاستیک از آج، شیارها، برجستگی های میانی، شیارهای مقابل هم و سوراخ های کوچک و همچنین نگهدارنده داخلی تشکیل شده است.

شکل1- هر یک از قسمتهای لاستیک برای کار خاصی در نظر گرفته شده اند و هر کدام ویژگیهای مختص به خود را دارد.

در سال های اخیر، افزودن نانو ذرات ترکیبات مختلف به منظور بهبود خواص لاستیک ها و به طور خاص تایرها، کاربرد فراوانی پیدا کرده است. حضور نانو ذرات به دلیل پیوندهایی که در مقیاس اتمی بین آنها و ترکیبات لاستیک صورت می گیرد، علاوه بر این که خواص فیزیکی آنها بهبود می یابد باعث افزایش مقاومت سایشی ، افزایش استحکام (بهبود خاصیت مکانیکی ) ، بهبود خواص حرارتی ، افزایش حد پارگی و حد شکستگی و زیبایی ظاهری لاستیک می شوند. همچنین همواری ، صافی و ظرافت شکل ظاهری تایر را سبب می شوند. همه این عوامل موجب ایجاد محصولی مرغوب، با کیفیت عالی، زیبا و بازارپسند که توانایی رقابت در بازارهای جهانی را داشته باشد، می شود. بر اساس تحقیقات به عمل آمده چندین ماده نانومتری در صنایع لاستیک سازی کاربرد فراوانی یافته اند که از این جمله می توان به نانوذرات اکسید روی ، نانوذرات کربنات کلسیم ، نانوذرات آلومینا ، نانوذرات الماس، نانورس و فولرین ها اشاره نمود که در این بین، نانو ذرات کلسیم کربنات (CaCO3) به دلیل صرفه اقتصادی، دسترسی فراوان و نسبت ابعاد به حجم قابل قبول، گسترش بیشتری یافته اند. حضور این مواد در ترکیبات لاستیک با توجه به ایجاد پیوندهایی که در مقیاس اتمی بین این مواد و ترکیبات لاستیک ایجاد می شود، خواص فیزیکی ترکیبات لاستیک حاصل را بسیار بهبود می بخشد.
امروزه الاستومرهایی مانند لاستیک های طبیعی (NR) ، پلی ایزوپروپن، لاستیک های بوتادین استایرن، لاستیک های بوتیل، Poly crylic ، الاستومرهای فلوئوری و ... گستره وسیعی در تولید تایرها، لوله های داخلی، قطعات خودرو، لوازم خانگی و ساختمانی، تجهیزات کشاورزی و روکش مخازن و... دارند. الاستومرها معمولاً با کربن یا سیلسیم به عنوان پرکننده ، تقویت می شوند. این تقویت خواص، عمدتا بر اساس فعل و انفعالات فیزیکی بین زمینه و فیلرها صورت می گیرد.
یکی از بزرگ ترین تولیدکنندگان تایر به نام Cabot با موفقیت نانوذرات کاربیدسیلیکا را که توسط Nanoproducts Corporation Colorado ، با نام تجاری Pure Nano طراحی شده بود، تست نمود. با افزودن این نانوذرات به تایر، سایش 50 % کاهش یافت. کمپانیهایی آمریکایی مانند Nanocor و Inmat نانوذرات خاک رس تولید می کنند که می تواند با لاستیک مخلوط شود . آنها قراردادی را با Michelin (یکی از مهم ترین تولیدکنندگان) تایر نیز امضاء کرده اند . با استفاده از این نانوذرات، مقدار لاستیک بوتیل موردنیاز تایرها کاهش می یابد و تایرها سبک تر و ارزانتر خواهند شد و در حین حرکت خنک تر می مانند.
شرکت Mars Lander از آیروژل که از میلیونها نانوحباب هوا تشکیل شده ، در تایر استفاده کرده است که قسمت اعظم آن (98%) از هوا تشکیل شده است. بنابراین لاستیک تماماً با نانو مواد فوق سبک جایگزین می شود.کمپانی آمریکایی Good Year نیز در این زمینه از آئروژل های سیلیکا در تایرها استفاده کرده است.

نانوذرات اکسید روی
اکسید روی عمدتاً در صنعت لاستیک سازی استفاده می شود و باید میزان ناخالصی های مس و منگنز و آهن موجود در آن به حداقل رسیده باشد. مصارف زیاد اکسید روی مربوط به عایق بودن آن در مقابل جریان الکتریسیته و هدایت الکتریکی ، ظرفیت حرارتی زیاد، خاصیت چسبندگی خوب، قدرت پوشش عالی، مقاومت کافی در مقابل اشعه مخصوصاً اشعه ماوراء بنفش و داشتن ثابت دی الکتریک متوسط آن است . اکسیدروی در صنعت لاستیک سازی نقش شایانی داشته و یکی از معمول ترین فعال کننده ها است و سبب کاهش زمان پخت شده و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است. و در ضمن فعال کنندگی مقاومت حرارتی را نیز افزایش می دهد.
نانوذرات اکسیدروی (NanoZnO) ذراتی غیرآلی وبه دلیل سطح موثر بسیار زیاد از لحاظ شیمیایی بسیار فعال هستند. کوچکی کریستال ها و خاصیت غیرچسبندگی آنها باعث شده که نانوذرات اکسیدروی به صورت پودر زردرنگ کروی و متخلخل باشد. استفاده از این نانوذرات در لاستیک باعث صافی و همواری شکل ظاهری ، زیبایی و ظرافت بخشیدن به آن، افزایش دوام لاستیک و حفظ استحکام در دمای بالا و بهبود حد پارگی، طول عمر زیاد ، مقاومت سایشی(خاصیت ضد اصطکاکی و سایش)، و ... می شود که همگی اینها به صورت تجربی ثابت شده است. بهبود خواص فیزیکی لاستیک در اثر اضافه شدن نانوذرات اکسید روی ، ناشی از پیوند ساختار نانوذرات اکسیدروی(ZnO) با مولکول لاستیک است که در مقیاس اتمی صورت می‌گیرد.



شکل2- نانوذرات اکسید روی

از دیگر 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 .


نانوالماس
آشنایی با نانو الماس
پودر نانومتری الماس نوع جدیدی از پودرهای سنتزی نانومتری بسیار سخت(SuperHard) محسوب می‌شود. از بررسی‌های میکروسکوپی انجام شده بر روی پودر نانومتری الماس مشخص شده است که ذرات پودر نانومتری الماس به صورت یک مجموعه (Cluster) بوده و شکل ذرات نانو الماس کروی است (شکل 3) . در واقع، یک ذره الماس از یک هسته فشرده بلورین از جنس الماس و یک لایه‌ سست خارجی حاوی انواع پیوندهای کربن - کربن و پیوندهای غیرهمجنس(Heterobonds) تشکیل شده است.

شکل3- ذرات کروی نانو الماس

30 درصد نانو اتم‌های الماس روی سطح آن قرار گرفته‌اند و همین مسئله خواص ویژه‌ای به آن داده است. حداکثر اندازه تک دانه‌های نانو‌الماس 10 نانومتر و متوسط اندازه ذرات بین 4 تا 6 نانومتر است. همچنین بررسی‌های انجام شده با استفاده از اشعه ایکس‌ (XRD) بر روی پودر نانومتری الماس نشان می‌دهد که ذرات موجود در این پودر از جنس الماس با ساختار مکعبی می‌باشند. مطالعات مربوط به شناسایی کیفیت سطح پودر نشان می‌دهند که سطح ذرات با گروه‌های عامل پوشیده شده است که نوع و مقدار این گروه‌ها در محصولات مختلف متفاوتند . این گروه‌ها اغلب از نوع گروه ‌های اکسیژن‌داری هستند که بر روی سطوح ذرات ، بار منفی ایجاد می‌کنند.
پودر نانومتری الماس در هوا تا دمای ºC 500 و در خلاء یا محیط الکلی تا دمای 1000 درجه سانتیگراد الی 1100 درجه سانتیگراد مقاوم است. دمای ºC 1100 دمای شروع تبدیل‌شدن الماس به گرافیت است . این پودر نانومتری الماس از نظر شیمیایی در برابر محیط‌های اسیدی ، قلیایی ، مواد اکسیدکننده و حلال‌های آلی در شرایط محیطی و دمای بالا مقاوم است . نتایج بررسی وضعیت ناخالصی‌های احتمالی موجود در پودر نانومتری الماس نشان می‌دهد که میزان ناخالصی موجود در هر پودر نانومتری الماس به نوع آن پودر بستگی دارد و بر اساس شرایط فنی تولید بین 1 الی 3 درصد وزنی متغیر است . ناخالصی‌های غیرکربنی که معمولاً شامل آهن ، مس ، کلسیم ، سیلیکون ، کروم ، تیتانیم و همچنین مقادیر جزئی از سایر فلزاتی است که به نحوی در فرآیند تولید و تخلیص نانوالماس حضور دارند ، معمولاً بر اساس خاکستر باقی‌مانده پس از سوزاندن تعیین می‌شوند . مواد کربنی غیر از الماس، ناخالصی محسوب نشده و ترکیبات مفیدی برای کاربردهای نانوالماس محسوب می‌شوند. در جدول1، برخی از خصوصیات پودر نانومتری الماس ارائه شده است.



جدول 1- ویژگی‌های نانوالماس




نانوالماس در لاستیک
نانوالماس در کامپوزیت ها ، لاستیک ها ، مواد ضد اصطکاک و روان کننده ها به کار می رود. این ساختارهای نانومتری الماس با روش احتراق، تولید می شوند . نانو الماس دارای خواص برجسته‌ای است که ساختار کریستالی (بلوری)، شکل کاملا کروی ، قدرت شیمیایی بسیار بالا(سطح شیمیایی کاملا ناپایدار) ، ساختمان شیمیایی بسیار محکم و فعالیت جذب سطحی بسیار بالا از جمله این خواص هستند . نانوالماس با درصدهای ترکیب مختلف به انواع لاستیک ها اضافه می شود. از این لاستیک در صنعت خودرو و لوله های انتقال آب استفاده می گردد. با اضافه کردن ساختارهای نانوالماس به لاستیک ها خواص زیر تغییر می کند :

1- افزایش 4 الی 5 برابری خاصیت انعطاف پذیری لاستیک
2- افزایش 2 الی 5/2 برابر درجه استحکام
3- افزایش حد شکستگی تا حدود Kg/Cm2 700-620
4- ۳ برابر شدن قدرت بریده شدن آنها
5- افزایش خاصیت ضد پارگی در دمای بالا و پایین
در روسیه، الماس نانومتری با درصدهای مختلف در لاستیک طبیعی، Poly Soprene Rubber FluorineRubber با هدف ساخت لاستیک هایی که در صنعت کاربرد دارند (تایر خودروها، لوله های انتقال آب و ...) مورد استفاده قرار می گیرد .

نانوکامپوزیت های سیلیکاتی
با به کار بردن نانوکامپوزیت های سیلیکاتی در آمیزه ی لاستیک ها، موجب افزایش طول عمر و کاهش وزن لاستیک می شود. افزایش استحکام لاستیک از اهمیت ویژه ای در صنایع خودروسازی برخوردار است و از دیرباز دوده به عنوان کاربردی ترین تقویت کننده درآمیزه های لاستیکی مطرح بوده است . ولی معایبی مانند رنگ همواره مشکی، وابستگی به منابع نفتی وکاهش فرآیندپذیری آمیزه با افزایش مقدار آن و افزایش چگالی ماده را به همراه دارد. استفاده ازنانوسیلیکات های لایه ای به عنوان تقویت کننده های قدرتمند و چند منظوره برای تهیه نانوکامپوزیت های پلیمری، در سا لهای اخیر مورد توجه بسیاری قرار گرفته است.
استفاده از نانوسیلیکات لایه ای منجر به کاهش مقدار دوده مصرفی در آمیزه ی لاستیک می شود و چگالی آمیزه را کاهش می دهد ، به این طریق می توان فراورده هایی با وزن کمتر تولید نمود. با کاهش وزن تایرها، مصرف سوخت در وسیله ی نقلیه کاهش می یابد و موجب کاهش آلودگی محیط و صرفه جویی در مصرف انرژی می گردد. سایر ویژگی ها و خواص نهایی آمیزه هم بهبود می یابد و موجب افزایش طول عمر تایر می شود .

نانورس
یکی از مواد نانومتری که کاربردهای تجاری گسترده ای در صنعت لاستیک پیدا کرده است و اکنون شرکت های بزرگ لاستیک سازی به طور گسترده ای از آن در محصولات خود استفاده می کنند ، ذرات نانومتری خاک رس است که با افزودن آن به لاستیک خواص آن به طور قابل ملاحظه ای بهبود پیدا می کند که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1) افزایش مقاومت لاستیک در برابر سایش
2) افزایش استحکام مکانیکی
3) افزایش مقاومت گرمایی
4) کاهش قابلیت اشتعال
5) بهبود بخشیدن اعوجاج گرمایی
6) پایداری ابعادی در برابر گرما
لاستیک هایی که خاک رس نانویی به آ نها افزوده شده به وسیله کمپانی ExxonMobil توسعه پیدا کرده و به صورت تجاری درآمده است. این محصول تا 50 درصد بیشتر از لاستیک های هالوبوتیل توانایی محبوس نگاه داشتن هوا را دارد و به مرور زمان با نرخ کمتری کم باد می شوند.
استفاده از نانومواد به شکل برخی از انواع خا ک رس لایه نظیر خاک رس Montmorillonite به وسیله شرکت Pirelli،توسعه یافته است . استفاده از این نانوساختارها منجر به ایجاد رفتار همگن و یکنواخت طولی و عرضی لاستیک خودرو می شود که این خاصیت باعث افزایش استحکام ، افزایش پایداری خاصیت ترموپلاستیک و کاهش نرخ پوسیدگی لاستیک می شود.

دوده
دوده نیز یکی از مهمترین پرکننده‌ها در لاستیک سازی محسوب می شود. این ماده به عنوان یک تقویت کننده به لاستیک اضافه می شود. اندازه این ذرات در مقاومت در برابر سایش و خوردگی موثر است. افزودن نانوذرات کربنی به لاستیک به علت افزایش انرژی کششی سطحی بالای نانوذرات، باعث چسبیدن ذرات به هم می شود که نتیجه آن افزایش مقاومت سایشی و طول عمر بیشتر لاستیک است.
نانو لوله کربنی
خواص مکانیکی لاستیک های خودرو با افزودن نانولوله های کربنی ارتقاء خواهد یافت . تحقیقات نشان می دهد که خواص مکانیکی لاستیک نظیر استحکام کششی تا 600 درصد ، استحکام برشی تا 250 درصد و سختی ترکیب لاستیک تا 70 درصد با افزودن نانولوله های کربنی در مقایسه با ترکیبات خالص استایرن – بوتادین - لاستیک (SBR) بهبود خواهدیافت.

نانوکربنات کلسیم
نانوکربنات کلسیم به طوری گسترده در صنایع لاستیک به کار می رود زیرا اثراتی بسیار خوب در مقایسه با کربنات معمولی بر خواص و کیفیت لاستیک دارد. استفاده از نانوکربنات کلسیم در صنایع لاستیک باعث بهبود کیفیت و خواص ترکیبات لاستیک می شود. از جمله مزایای استفاده از نانوکربنات کلسیم می توان به توانایی تولید در مقیاس زیاد ، افزایش استحکام لاستیک ، بهبود بخشیدن خواص مکانیکی (افزایش استحکام مکانیکی) و انعطاف پذیر شدن ترکیبات لاستیک اشاره کرد. علاوه بر بهبود خواص فیزیکی، ترکیبات لاستیک در شکل ظاهری آنها نیز تاثیر می گذارد و زیبایی و ظرافت به آنها می بخشد که این خود در مرغوبیت کالا و بازارپسندی آن تاثیری به سزا دارد.

نانوکربنات کلسیم سبک بیشتر در پلاستیک و پوشش دهی لاستیک به کار می رود. برای به دست آوردن مزایای یاد شده ، نانوکربنات کلسیم به لاستیک های طبیعی و مصنوعی نظیر NP ، EPDM ، SBS ،BR ،SBR اضافه می شود . نتایج به دست آمده نشان می دهند که استحکام لاستیک ، بسیار بالا می رود. استحکام بخشی نانوکربنات کلسیم ، ناشی از پیچیدگی فیزیکی پیوستگی در پلیمرهای این ماده و واکنش های شیمیایی ناشی از سطح تعمیم یافته آن است .

نانوکربنات کلسیم ، سختی لاستیک و حد گسیختگی پلیمرهای لاستیک را افزایش داده و حداکثر توانی که لاستیک می تواند تحمل کند تا پاره شود را بهبود می بخشد . همچنین ، مقاومت لاستیک را در برابر سایش افزایش می دهد . به کار بردن نانوکربنات کلسیم، هزینه ها را کاهش داده ، سود زیادی را به همراه دارد و باعث به روز شدن تکنولوژی و توانایی رقابت در عرصه جهانی می شود. به طور کلی، نانوکربنات کلسیم در موارد زیادی به طور کلی یا جزئی ، با هدف افزایش استحکام ترکیبات لاستیک، به آ نها افزوده می شود.

استفاده از نانومواد در لاستیک ماشین شامل موارد زیر نیز خواهد بود:

نانوپایه ؛ استفاده از ساختار نانومولکولی در انتهای کلاهک قوی لاستیک منجر به بهبود خواص چرخش و چسبندگی لاستیک شده و نیز مقدار مقاومت غلتش و در نتیجه گرمای انتشار یافته را کاهش می دهد. از این ماده در تایر Nokian WR A3استفاده شده است.
NanoPro-Tech : این محصول از نانوساختارهای جهت یافته برای کنترل خواص استفاده می کند. پوشش های مبتنی بر فناوری نانو آج لاستیک می توانند جهت کاهش حرارت تولید شده به کار روند . از این محصول در تایر های مدل جدید Ecopia کمپانی Bridgestone استفاده شده است.
از نانوموادی نظیر Polyhedral Oligomeric Silses quioxanes اکسیدآلومینیوم و اکسید سیلیکون نانوساختاری، نانوفیبرهای کربنی، گرافن و نانوذرات Poly(alkylbenzene)-Poly(diene)در صنعت لاستیک خودرو استفاده شده است .


ایده های مطرح شده در مورد کاربرد فناوری نانو در لاستیک خودرو:

افزایش دمای اشتعال لاستیک : تهیه نانوکامپوزیت الاستومرها از جمله (اس بی آر) مقاوم به عنوان مواد پایه در لاستیک سبب بهبود برخی خواص از جمله افزایش دمای اشتعال و استحکام مکانیکی بالا می شود و دلیل اصلی آن حذف مقدار زیادی از دوده است.

کاهش وزن لاستیک : تهیه و بهینه سازی نانوکامپوزیت الاستومرها با وزن کم از طریق جایگزین کردن این مواد با دوده در لاستیک، امکان حذف درصد قابل توجهی دوده توسط درصد بسیار کم از نانوفیلر وجود دارد. به طوری که افزودن حدود ۳ تا ۵ درصد نانوفیلر می تواند استحکام مکانیکی معادل ۴۰ تا ۴۵ درصد دوده را ایجاد کند. بنابراین با افزودن ۳ تا ۵ درصد نانوفیلر به لاستیک، وزن آن به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد.

افزایش مقاومت در مقابل نفوذپذیری گاز: نانوکامپوزیت الاستومرها بویژه EPDM به دلیل دارا بودن ضریب عبوردهی کم نسبت به گازها (به ویژه هوا) می توانند در پوشش داخلی تایر و تیوب ها مورد استفاده قرار گیرند. یکی از ویژگی های نانوکامپوزیت EPDM مقاومت بسیار بالای آن در برابر نفوذ و عبور گازهاست. این نانوکامپوزیت ها می توانند جایگزین موادی باشند که امروزه با هدف پیشگیری از نشت هوا استفاده می شوند. نانوکامپوزیت های مورد بحث از جمله الاستومرهایی هستند که می توانند در آلیاژهای مختلف با ترموپلاستیک ها، کاربردهای وسیعی را در صنعت خودرو داشته باشند.

قطعات لاستیکی خودرو: نانوکامپوزیت ترموپلاست الاستومرها می توانند به عنوان ماده ای پرمصرف در صنایع ساخت و تولید قطعات خودرو به کار روند. از ویژگی های این مواد، بالا بودن مدول ، مقاومت حرارتی ، پایداری ابعاد ، وزن کم و مقاومت در برابر شعله است. نانوکامپوزیت ترموپلاستیک الاستومرهای پایه EPDM و پلی پروپیلن (PP) می توانند تحولی چشمگیر در ساخت قطعات خودرو ایجاد کنند .



لاستیک سبز

تقاضای روزافزون برای افزایش بازدهی مصرف سوخت و نیز بالا رفتن سطح استاندارد های تعیین شده برای ایمنی ، طول عمر و آلودگی صوتی برای لاستیک خودروها ، که با برچسب EU لاستیک نشان داده می شود ، منجر به آن شده است تا تولید کنندگان خودرو به طور مستمر برای بهبود کیفیت و نیز زیست سازگاری محصولات خود تلاش کنند .
سال هاست که از مواد پرکننده لاستیک ها نظیر کربن سیاه و سیلیکا به عنوان مواد نانوساختاری برای بهبود کیفیت لاستیک های خودرو استفاده شده است. نوآوریهای جدید در این زمینه با تولید و تأمین نانومواد و افزودنی های جدید به لاستیکها جهت دستیابی هرچه بیشتر به " مثلث سه گانه کیفیت " شامل ایمنی ، طول عمر و آلودگی صوتی است . امروزه "لاستیک های سبز" سهم 30 درصدی بازار فروش را به خود اختصاص داده اند و با رشد بازار خودروهای الکتریکی تقاضا برای تولید لاستیک هایی با مقاومت غلتش کمتر، وزن کمتر و عملکرد بهتر رو به افزایش است.

افزایش آگاهی مصرف کنندگان لاستیک های خودرو بر لزوم زیست سازگاری آن ها و نیز افزایش فشارهای وارده به دلیل افزایش قیمت بنزین و نیز صدور قوانین دقیق برای قابل قبول بودن بازدهی مصرف سوخت -برچسب EUبرای لاستیک های خودرو- ، که باعث شده است تولیدکنندگان لاستیک های وسایل نقلیه متوجه بازار پرسود " لاستیک های سبز " شوند ؛ استفاده از لاستیک های سبز به دلیل افزایش بازدهی مصرف سوخت می تواند سبب ارتقاء زیست سازگاری این محصول شود.
از معروف ترین مدل های لاستیک سبز ContiEcoContact5 ، Goodyear UltraGrip Ice ، Michelin Energy Saver ، Pirelli Cinturato P1 اشاره داشت . گسترش صنعت خودروسازی سال هاست که در جهت دستیابی به مثلث جادویی، که هدف نهایی تولیدکنندگان خودرو است، صورت گرفته است .

مثلث جادویی در صنعت لاستیک سازی به معنای ارتقاء عملکرد لاستیک با سه شاخص اصلی شامل موارد کاهش مقاومت غلتش برای افزایش بازدهی مصرف سوخت، افزایش مقاومت سایشی برای افزایش طول عمر لاستیک و کاهش میزان لغزش در رطوبت جهت افزایش ضریب ایمنی است. چالش اصلی که در این زمینه وجود دارد آن است که بهبود بازده مصرف سوخت با کاهش اصطکاک غلتشی عموماً منجر به کاهش ایمنی خودرو خواهد شد. عاملی که منجر به افزایش سرعت تولید محصولات نوآورانه در زمینه لاستیک های خودرو به وسیله کارخانه های تولیدکننده می شود ، به دست آوردن برچسب استاندارد EU که با هدف دستیابی به بالاترین کیفیت، که با علامت تجاری«A» و «AA» نشان داده می شود ، است. لاستیک هایی با برچسب«A» و «AA» از لحاظ مقاومت غلتش، مقاومت لغزش و آلودگی صوتی، ویژگی های بهتری نسبت به باقی حالات دارند. قوانین جدید از تاریخ اول نوامبر سال 2012 برای لاستیک ماشین های شخصی ، کامیون های سبک وزن وخودرو های سنگین وزنی که از تاریخ اول ژوئن 2012 ساخته شده اند قابل استفاده است .
این برچسب ها برای نشان دادن کیفیت لاستیک در سه معیارکاهش مصرف سوخت ، ایمنی و کاهش آلودگی صوتی به کار برده می شوند . با این وجود هنوز هم عوامل مهم دیگری برای ارتقاء شرایط عملکرد لاستیک با درجه استاندارد بالا وجود دارند. این عوامل شامل موارد مختلفی نظیر مقاوم بودن خودرو هنگام رانندگی در آب ، ثبات شرایط رانندگی ، کاهش نیاز به رسیدگی ، خوش فرمان بودن اتومبیل در جاده های خشک و مرطوب، دوام خودرو، عملکرد مناسب ترمز در جاده های خشک و قابلیت های ویژه خودرو در شرایط بارندگی است.
در ادامه به برخی محرکها برای نوآوری در صنعت لاستیک سازی که بوسیله مدیران این صنعت تشخیص داده شده اند اشاره شده است.
قابلیت فروش مستقیم به عواملی نظیر ایمنی، میزان مصرف سوخت که متاثر از فشارهای ناشی از افزایش قیمت سوخت از یک طرف و بحران های اقتصادی موجود و درآمدهای کمتر افراد از طرف دیگر است ، میزان انتشار گازهای گلخانه ای و نیز درجه سازگاری با محیط زیست، وابسته است.
در دسترس بودن مواد اولیه و هم چنین هزینه مواد خام ،از جمله عوامل مهم در تولید لاستیک به شمار می روند . با توجه به آنکه اخیرا قیمت لاستیک طبیعی و نفت خام در حال افزایش است و به دلیل آن که بسیاری از مواد خام لاستیک و نیز لاستیک مصنوعی از محصولات جانبی نفتی به دست می آیند ، لذا امروزه تولید محصولات بر پایه توده های زیستی ، تولید محصولات جدید با کاهش سهم کربن با کوچک سازی و نیز قابل بازیافت بودن محصولات توجه زیادی قرار گرفته اند .
برچسب استاندارد EU لاستیک که کنترل کننده بازده سوخت ، ایمنی و آلودگی صوتی به شمار می رود ، محرک اصلی برای بهبود بخشیدن به این عوامل است . با این وجود نظارتی به میزان مقاومت سایشی لاستیک در این استاندارد وجود ندارد .

ویژگی های محصولات نانو ساختار در لاستیک سبز

آج لاستیک خودروهای مدرن عموما از لاستیک طبیعی و یا مصنوعی ، پرکننده ها وبه طور مرسوم از کربن سیاه و یا سیلیکا ، افزودنی ها، پیونددهنده ها وتقویت کننده ها نظیر استیل، پوشش ها و یا الیاف نایلونی تشکیل شده است.
هر منطقه از لاستیک باید از جنبه مختلفی مورد بررسی قرار گیرد. به عنوان مثال؛ در بدنه لاستیک مقاومت در مقابل پارگی اهمیت دارد ، این درحالی است که در ناحیه آج مقاومت غلتش، مقاومت لغزش و ترمزگرفتن نیاز به نوآوری دارد . فناور ی نانو به طور کاربردی در لاستیک های مصنوعی و در ساخت مواد شیمیایی ویژه به وسیله کمپانی LANXESS با ساخت نانوذرات لاستیک با نام تجاری Nanoprene آغاز شد.
هدف از ساخت نانولاستیک ها، دست یابی به مثلث جادویی با بهینه کردن مقاومت لغزشی در شرایط آب وهوایی مرطوب و نیز افزایش مقاومت سایشی بدون ایجاد تأثیرات منفی بر روی مقاومت غلتش یا به عبارتی افزایش مصرف سوخت است . Nanopreneدر حقیقت متشکل از ذراتی در اندازه نانومتر است که سطح این نانو لاستیک ها از گروه های عاملی هیدروکسیلی پوشیده است. مالکیت فکری Nanoprene به وسیله کمپانی LANXESSثبت شده است . این گروه های عاملی می توانند با گروه های قطبی در ترکیبات لاستیک نظیر سیلیکا برهم کنشهای دوقطبی و یا پیوندهای هیدروژنی ایجاد کنند. با توجه به اینکه ابعاد نانوذرات پلاستیک بین 40 - 200 نانومتر است ، بنابراین دارای سطح مؤثر زیادی بوده و منجر به توزیع بهتر و اتصال محکم تر پرکننده های سیلیکونی به بستر پلیمری لاستیک می شوند.
انواع مختلف Nanopreneمی توانند برای رفع نیازهای مختلف لاستیک خودرو به کار روند . به عنوان مثال در انواع مختلف لاستیک نظیر لاستیک تابستانی یا زمستانی، لاستیک سبز یا لاستیک هایی با عملکرد ممتاز و یا در نواحی مختلف لاستیک مانند آج، کناره و یا لوله داخلی آن و یا لاستیک هایی با دمای گذار شیشه متفاوت- دمای گذاردمایی که از حالت شکننده و سخت به حالت الاستیک می رود - می توان از انواع مختلف Nanoprene برای بهبود عملکرد استفاده کرد .کمپانی LANXESS به تازگی شروع به تولید و تجاری کردن این ماده نموده است و اولین مشتری آن شرکت تایر و لاستیک Toyo است که از این ماده در ساخت تایرهای زمستانی استفاده کرده است.


یک عامل مهم در عملکرد مناسب خودروهای الکتریکی، کاهش مقاومت غلتشی و در نتیجه کاهش مصرف سوخت است. از جمله راهکارهای پیشنهادی برای رسیدن به این هدف، بهبود توزیع پرکننده ها در داخل لاستیک و یا کاهش گرمای تولید در اثر اصطکاک لاستیک با سطح جاده است.
موضوع مهم دیگر در این زمینه، تنظیم فشار هوای داخل لاستیک جهت بهینه کردن مصرف سوخت است. محبوس نگه داشتن هوای داخل لاستیک و عدم کم باد شدن آن مسأله مهم دیگری است که می تواند برای مصرف کنندگان خودرو جالب باشد.
با نگاهی به حلقه تولید لاستیک خودرو متوجه خواهیم شد که بیشترین نوآوریها در تولید ترکیبات جدید لاستیک و مطالعه فرآیندهای شیمیایی مربوطه است. نانومواد جدید در حال توسعه و تزریق به تأمین کنندگان مواد اولیه لاستیک های خودرو است. چشم انداز سال 2020 نشان دهنده آن است که توسعه خودروهای الکتریکی نیاز به تولید لاستیک های خودرو با ویژگی های نوین دارد. لاستیک های موجود باعث اتلاف 20 درصدی سوخت در خودروهای مرسوم می شوند و در نتیجه برای کاهش مصرف سوخت نیاز به جایگزین کردن مواد سنگین با نانومواد سبکتر با مشخصه های مشابه با لاستیک های توسعه یافته است که این مسأله خود چالشی برای تولیدکنندگان لاستیک به شمار می رود و هنوز هم موضوعی حل نشده باقی مانده است. تاکنون مواد دارای مقاومت سایشی اندکی شناخته شده اند. شناخت این مواد می تواند باعث افزایش بازده انرژی و کاهش نیاز به رسیدگی لاستیک خودرو شود.

لاستیک های سبز اولین بار در سال 1990 در صنعت لاستیک معرفی شد . در این زمان مهندسان خودرو به این نتیجه رسیدند که اگر اکسید سیلیکون اصلاح شده با سیلان به عنوان پرکننده های تقویتی در ترکیبات آج لاستیک به جای پرکننده های مرسوم بر پایه کربن سیاه استفاده شوند ، مقاومت غلتشی چرخش لاستیک کاهش خواهد یافت. ارزیابی چرخه عمر لاستیک بوسیله اتحادیه صنعت لاستیک اروپا در سا ل های 2001 و 2002 بیانگر این مطلب بود که به کارگیری لاستیک سبز اثرات منفی کمتری بر سلامتی انسان و محیط زیست خواهد داشت. مطالعات نشان دهنده این مطلب است که لاستیک های سبز قابلیت ترمز کردن بهتر در سطوح خیس و سطوح یخ زده ایجاد می کنند و طول خط ترمز را تا 15 درصد کاهش می دهند. همچنین مقاومت غلتش این لاستیک ها تا 20 درصد در مقایسه با لاستیک های استاندارد معمولی کاهش می یابد که این اثر باعث کاهش مصرف سوخت خودرو تا 5 درصد می شود. بدیهی است استفاده گسترده از این نوع لاستیک های سبز می تواند باعث صرفه جویی سالانه میلیونها بشکه نفت و همچنین کاهش قابل توجه نشر گازهای گلخانه ای شود. از آنجایی که در حدود 25 درصد انتشار گازهای گلخانه ای به وسیله خودروها در ترافیک جاده ای تولید می شود و در حدود 20 تا 30 درصد مصرف خودرو تنها مربوط به لاستیک های خودرو است در نتیجه پیدا کردن راهکارهای مناسب برای کاهش مقاومت غلتشی می تواند در صنعت خودرو بسیار حائز اهمیت باشد.. علاوه بر مسائل گفته شده فناوری نانو می تواند عملکرد ترمز و فرمان را بهبود دهد و این امر باعث ارتقاء مسأله ایمنی در خودرو خواهد شد. براساس نظر تولیدکنندگان مواد اولیه خودرو، نظیر Continental عامل » ایمنی « هنوز هم به عنوان مهمترین گزینه مطرح بوده و بر روی محصول انتخابی مصرف کنندگان تأثیر عمده ای خواهد گذاشت.

جمع بندی
محصول لاستیک سبز خودرو با بکارگیری کربن سیاه و سیلیکون-سیلان سالهاست که وارد بازار شده و این محصول با ایجاد مقاومت غلتشی کمتر امکانافزایش بازده سوخت را فراهم م یآورد. فناور ی نانو قابلیت ارتقاء عملکرد لاستی کهای خودرو را افزایش داده و امکان رسیدن به مثلث جادویی کیفیت در سه شاخص مقاومت غلتش، طول عمر و مقاومت لغزش در رطوبت را فراهم می کند. برچسب استاندارد جدید اروپا محرک اصلی نوآوری بوده و به مشتریان این اجازه را خواهد داد تا محصولات با کارایی بهتر از نظر بهره ، ایمنی و آلودگی صوتی را خریداری کنند و در عین حال تحقیقات را در تولید محصولات بهتر تشدید می کند. بسیاری از تولیدکنندگان محصولات اولیه خودرو نظیر Bridgestone، Pirelli ، Continental و Toyo هم اکنون از محصولات مختلف مبتنی بر فناوری نانو برای بهبود عملکرد لاستیک ها استفاده می کنند.آنچه فناوری نانو را قادر می سازد تا سبب بهبود کیفیت عملکرد لاستیک وسایل نقلیه شود در موارد زیرخلاصه می شود:
بهبود پخش شدگی پرکننده ها در بستر پلیمری در مقاومت غلتشی تأثیر دارد؛ اصطکاک را کاهش داده و نیز از گرم شدن لاستیک که خود عامل اتلاف انرژی است جلوگیری می کند؛ پوشش های مبتنی بر فناوری نانو قادر خواهند بود که هوا را بهتر محبوس کنند در نتیجه از کم باد شدن لاستیک ها ممانعت می کنند؛ با بهره گرفتن از نانومواد سبک تر امکان تولید لاستیک هایی با وزن کمتر وجود دارد؛ فناوری نانو امکان آبگریزکردن سطح لاستیک و در نتیجه عملکرد بهتر درسطوح مرطوب را فراهم می کند؛ وامکان دستیابی به لاستیکهایی با طول عمر موثر بیشتر وجود دارد.

خیلی عالی بود