天然橡胶是白色的,汽车轮胎为什么是黑色的?

天然橡胶是白色的,汽车轮胎为什么是黑色的?-有驾

如果您穿越到1900年的纽约或者巴黎街头,就会看到那时候路上汽车的轮胎都是白色或米黄色的,没错就是橡胶本来的颜色。

但那些轮胎简直就像「纸糊的」,跑个几百公里就被磨得坑坑洼洼,车主们换轮胎比换机油还频繁。而且那时候轮胎价格贵得离谱,一条轮胎的钱够普通工人三个月工资,那时候开车真的是在「烧钱」。

科学家们做了无数次实验,往橡胶里面加各种东西,什么石灰粉啊,陶土啊,木屑啊,金属粉末之类的,什么都试过了,没什么效果。

直到1912年,有人突发奇想,把一种黑黑的、细得像粉末的碳粉——也就是炭黑,掺进了橡胶。

奇迹发生了,这黑不溜秋的轮胎,居然能跑8000公里!从那以后,黑色轮胎迅速占领市场,白色轮胎成为历史。

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炭黑的魔力

它可不是普通粉末,而是一种结构极其特殊的碳材料。

打个比方,橡胶分子就像一堆煮熟的面条,软软的,滑溜溜的,很容易拉扯变形。炭黑就像在这堆面条里撒入无数细微的「钢珠」,这些「钢珠」比病毒还小,一根头发丝的直径能排列几万个这样的「钢珠」。

这些钢珠像搭积木一样,在橡胶内部形成了一个三维的骨架结构。橡胶分子缠绕在这个骨架上,整个材料就从软绵的「面条」变成了坚实的「钢筋混泥土」。

天然橡胶是白色的,汽车轮胎为什么是黑色的?-有驾

车辆行驶的时候,轮胎要承受车重、地面摩擦、加刹车的拉扯、转弯的挤压....如果没有炭黑,轮胎早就散架了。但有了这内部结构,这些力就被分散到几十亿个炭黑颗粒上,轮胎才能变得坚实耐用。

更巧的是,炭黑还能保护橡胶。像太阳中的紫外线,空气中的臭氧,都会攻击橡胶分子,让它变形、开裂、老化。但这些都能被炭黑吸收,所以轮胎在烈日下暴晒、风吹雨打仍然能保持弹性和韧性。

还有一点,炭黑这玩意儿真便宜。它其实就是炼油厂的「废料」,石油提炼过程中会产生大量重质油和残渣,经过高温不完全燃烧,就得到了炭黑。全球每年生产1400万吨炭黑,其中70%都进了轮胎厂。因为量大,所以便宜,一吨才两三千块钱。

现代轮胎的结构

轮胎发展到现在,已经不再是简单的往橡胶里面掺炭黑了,要复杂得多。

如果您切开一条轮胎,会发现它像千层蛋糕一样,有好多层,每一层的橡胶配方都不一样。

最外面的胎面层,炭黑含量最高,可能占到40%,因为它要直接跟地面摩擦,必须超级耐磨。往里走,胎侧的炭黑含量会低一些,但要加入更多的抗老化剂,因为侧面最容易被太阳晒到。再往里,还有帘布层——那里面埋着钢丝或者高强度纤维,和橡胶一起组成轮胎的「骨骼」。最里层的气密层,炭黑含量更低,主要任务是保证不漏气。

一条普通轿车轮胎重约10公斤,里面含有2-3公斤炭黑、4-5公斤橡胶、1公斤左右的钢丝或纤维,还有几十种化学添加剂。这些材料要在150-170℃的高温下经过「硫化」工序——硫磺像桥梁一样把橡胶分子连接起来,形成一个巨大的立体网络。这个过程就像把一锅稀粥(生橡胶)变成了一块弹性十足的果冻(硫化橡胶)。

整个生产过程要精确控制温度、压力、时间,差一点都不行。所以虽然轮胎看着是个黑疙瘩,其实是精密的化工产品。

好了,您现在已经充分了解一条轮胎的完整制作过程了。还等什么,赶紧动手给您的爱车生产一条黑色轮胎吧。

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