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        轮胎的历史:为什么白色的橡胶最终变成了黑色轮胎?

        2022-06-11  怪罗科普   |  转藏
           

        许多产品都会被做成各种颜色,以符合不同人的需求,但是你应该没有见过其它颜色的轮胎。

        从脚踏车到大货车,它们的轮胎颜色都出奇的一致,那就是统一的黑色。

        那么问题就来了,为什么没有其它颜色的轮胎呢?

        图源:mrmonochrome

        轮胎和橡胶

        我们中国人很早就发明了轮子,最早的轮子便是用木头制成圆形结构,然后固定在一些推车或者其它工具上,可以大大节省搬运成本。

        但是这种轮子没有任何东西做缓冲,它容易破损不说,在面对各种不同的路况时,人坐在马车上肯定也不会很舒服,很难长距离使用。

        进入工业时代后,人们有能力把轮子做得更好,更人性化,木质的材料也可以直接变成铁和钢,同时还会在轮子外包裹一些缓冲材料,这就有了最早的轮胎。

        事实上,人们很快就发现了,这个缓冲材料才是轮胎的关键所在,在轮胎的历史上,这个材料换过很多种,包括皮革,压缩石棉,人造丝,甚至连纸都曾经用过。

        到了1847年,为了更好地解决缓冲减震问题,苏格兰发明家罗伯特·威廉·汤姆森提出充气轮胎的概念,或许出于材料的考虑,这一想法并没有得到量产。

        直到1888年,同样出生于苏格兰的发明家兼兽医——约翰·博伊德·邓洛普首次制造并量产了充气轮胎,而这位发明家的最初目的只是为了让自己10岁的孩子骑儿童三轮车时不至于被震到头痛。

        图注:邓禄普

        邓洛普给自己的充气轮胎申请了专利并命名为邓禄普轮胎,这种效果俱佳的轮胎迅速占领市场成为轮胎界的最早霸主。

        不过,这里有一个小插曲,我前面提到罗伯特·威廉·汤姆森才是最早提出充气轮胎概念人,他之后在伦敦宣布邓禄普充气轮胎专利无效。

        受限于材料,其实早期的充气轮胎只适用于自行车和其它轻型车辆,因为承载越重则意味着材料越容易被磨损报废。

        凝固后的橡胶,图源:Mitchel P.

        直到人们发现了天然橡胶,这种材料简直就是为轮胎而生的,它不仅耐磨,而且还具有很好的弹性,以及抓地力。

        不同于现在的轮胎颜色,天然橡胶是一种白色的粘性物质,它主要来自于一种植物——橡胶树的汁液!

        橡胶树,图源:Vyacheslav Argenberg

        橡胶是如何获得的?

        橡胶树原产于南美洲,早在3000多年前,古老的玛雅人和阿兹特克人就已经用橡胶制作物品使用了,其中包括一些比赛用的球。

        欧洲殖民者到达后,他们把橡胶树的种子带走并传播到南亚热带地区,现在天然橡胶的主要生产国都是在南亚——泰国、马来西亚和印度尼西亚等。

        提取橡胶,图源:Vyacheslav Argenberg

        为了获取橡胶树上的橡胶,人们会将橡胶树切开一个口,然后白色的汁液就会从开口上流下来,只要将其装在桶里就好了。

        在获取橡树汁的过程中,气温是关键,只有相对较低的气温才能让汁液从树上流出来,如果气温较高的话,橡胶树就会停止分泌并凝固橡胶。

        所以,获取橡胶的工人一般是在气温较低的早晨工作。

        氧化后的橡胶,图源:Etan J. Tal

        天然橡胶在获取后,它会被氧化成黑色,在工业上,天然橡胶还不能直接用于制作轮胎或者其它产品,需要加入硫进行固化,天然橡胶在硫化之后会变得更具抗性和弹性,而且不会被氧化

        硫化之后的橡胶可以用作各种产品,但由于其在轮胎上的使用,导致天然橡胶的需求量非常巨大,靠橡胶树每天流出那么一点明显不够用。

        在第二次世界大战期间,人们不得不寻找天然橡胶的替代品,这就诞生了现在常用的合成橡胶,最早的合成橡胶是在德国的拜耳实验室诞生的。

        硅胶,图源:Wiebew

        你肯定听说过硅胶,它其实也是一种合成橡胶,只是它是硅基聚合物而不是碳基聚合物,硅和碳存在许多共性。

        合成橡胶的弹性没有天然橡胶好,不过作为替代品还是可以的,现在全世界大约有三分之二的轮胎是由合成橡胶制作的。

        天然橡胶和合成橡胶都可以加入一些物质让材料变成其它颜色,但是如果将它们做成轮胎的话,只能是黑色。

        为什么现在的轮胎是黑色?

        如果把天然橡胶固化后直接用于轮胎,那它的颜色会是乳白色的,由于最早的橡胶轮胎就是这样直接生产的,所以是白色的,这就是为什么米其林人是一个白色的轮胎人

        但是把天然橡胶直接做成轮胎是一件非常浪费,同时也不是性能最优的选择,所以在生产轮胎的过程中会加入许多化学物质。

        其中一种物质决定了轮胎的颜色——那就是炭黑,这种黑色的物质会覆盖掉其他任何颜色,这就是为什么现在所有轮胎都是黑色的原因

        当然,加入炭黑的目的并不是想让轮胎变成黑色,其目的是加强轮胎的性能。

        事实上,炭黑的主要用途就是用于轮胎生产,平均而言一个轮胎大约会含有 30%的炭黑。

        那些添加了炭黑的轮胎,其耐磨性可以提升10倍以上,同时轮胎的抗拉强度可以提高1000%以上。

        炭黑,图源:FK1954

        另外,轮胎的一些区域会在汽车行驶过程中变得特别热,从而使轮胎破损并降低使用年限,炭黑的使用还有助于将热量从轮胎上的某些热点传导出去,而不至于过热。

        从1904年人们发现在橡胶中加入炭黑可以增加橡胶的性能开始,到了1917年,炭黑基本已经被添加到所有新生产的轮胎中,至今都没有改变。

        最后

        如果要制作一个性能更好的轮胎,那么炭黑几乎是必不可少的,所以现在满大街都是黑色的轮胎。

        当然,黑色的轮胎也没什么不好的,这样怎么使用也看不出很脏。

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