پیدایش صنعت تایر روش بدست آوردن کائوچو طبیعی و مصنوعی، اختراع تایر و… سوالاتی هستند که پاسخ آنها را میتوانید در این قسمت جستجو کنید.
تایر، تا جایی که می‌دانیم محصول سرزمین آمریکا است ولی تنها از طریق انتقال آن به خاور دور و کشت در آنجا به این حد توسعه یافته است. نام Rubber به معنی پاک کن را پریستلی کاشف اکسیژن عنوان کرد. وی اولین کسی بود که قابلیت لاستیک در پاک کردن اثر مواد را مشاهده کرد. مواد لاستیکی تنها نتیجه تلاش در جهت تفلیحی و حفظ موادی چون افتیون، بوتادی‌ان و ایزوپرن بودند که ازتقطیر تخریبی لاستیک طبیعی بدست می‌آمدند، بدین ترتیب راه تولید لاستیک سنتزی گشوده شد.
با آغاز جنگ جهانی اول، انواع نامرغوب تایر از دی متیل بوتادی‌ان در آلمان و روسیه تولید شد. گودییر با کشف پخت لاستیک توسط گوگرد در سال ۱۸۳۹ به شهرت رسید. این کشف مشکل چسبانکی طبیعی لاستیک را حل کرد و آن را به صورت تجاری در آورد. بیشترین تغییرات به لحاظ تاریخی نتیجه محدودیت واردات لاستیک طبیعی به آمریکا بر اثر تهاجم نیروهای ژاپنی در سال ۱۹۴۱ بوده است. این حرکت سبب پژوهش و ساخت انواع لاستیک‌های سنتزی طی سالهای بعد شد.
روش به دست آوردن لاستیک طبیعی
برای بدست آوردن شیرابه، پوست درخت را طوری برمی‌دارند که مایع در فنجانهای کوچکی جمع شود، فنجانها باید مرتبا جمع‌آوری شوند تا از گندیدگی یا آلودگی شیرابه جلوگیری شود. پس از آن شیرابه به محل جمع آوری برده میشود و در آنجا پس از صاف شدن با افزودن آمونیاک محافظت میشود. لاستیک از طریق فرآیندی موسوم به انعقاد جدا میشود. این کار با افزودن اسیدها یا نمکهای مختلف انجام میگیرد. در طی این عمل، لاستیک به شکل یک توده سفید خمیری از مایع جدا میشود، و سپس از آن با استفاده از غلتک ورقه‌ای و در نهایت خشک می‌گردد.
روش جدیدتر این است که با استفاده تیغه‌های دوار یا اعمال برش بین دو غلتکی که با سرعت متفاوت می چرخند، شیرابه منعقد شده را به دانه تبدیل می‌کنند. دانه‌ها سپس به مدت چند ساعت در خشک کن‌های مکانیکی خشک می‌شوند، این عمل در روش قدیمی که از هوا یا دود چوب برای خشک کردن استفاده می‌شد چندین روز به طول می‌انجامید. به هر صورت ورقه یا دانه خشک شده متراکم و از آن مدلهایی به وزن ۳۳ کیلوگرم می سازند. کائوچو (rubber ) بهمراه گوگرد، دوده، روغن (ماده نرم کننده ) و مواد تاخیر دهنده و سایر مواد در مخلوط کن خاصی بنام بنبوری ( به نام ابداع کننده آن )ریخته میشود .پس از امتزاج کامل، حدود ۶ یا ۷ دقیقه، مخلود حاصل از مخلوط کن خارج میشود و برای خنک شدن توسط نورد بصورت ورقه درمی آید . در مراحل بعدی حسب محصول مورد نیاز بر روی آن عملیات انجام میشود. در طی کلیه مراحل بعدی درجه حرارت نباید زیاد شود، چه در غیر اینصورت مخلوط ولکانیزه شده و ادامه کار بر روی آن غیر ممکن می شود . در مرحله نهائی با شکل گرفتن لاستیک (تایر ،فرش ، توپ و غیره ) به آن حرارت داده می شود (ولکانیزاسیون ) و ملکولهای گوگرد با ملکولهای زنجیری کائوچوک اتصال برقرار کرده و لاستیک شکل کشسانی بخود میگیرد .
لازم بذکر است که فرایند ولکانیزاسیون برگشت ناپذیر است و تاکنون امکان بازیافت گوگرد و کائوچو از تایرهای مستعمل فراهم نشده است .
مقداری از لاستیک طبیعی بصورت شیرابه به بازار عرضه میشود. پیش از آنکه لاستیک را بتوان با انواع افزودنیهای لازم آمیزه کاری مثل دوده (به عنوان پرکن) گوگرد یا ترکیبات گوگردی، تسریع کننده و ولکانش، ضد اکسنده محافظ و روغن بر روی همان غلتکها یا مخلوط‌کن ممکن است به ارتفاع یک ساختمان دو طبقه باشد و در عین حال تنها مقدار کمی لاستیک را در یک زمان می‌توانند عمل آورند. یک نمونه مخلوط‌کن ممکن است به ارتفاع یک ساختمان دو طبقه باشد و در عین حال تنها بسته‌های ۲۵۰ کیلوگرمی را جوابگو باشد. پس از اختلاط، لاستیک با روزن رانی یا قالب گیری به شکل محصول دلخواه در می‌آید و بعد پخت میشود. و ولکانشی به یک پلیمر سخت شبکه‌ای می‌انجامد که با گرمادهی مجدد نرم و با ذوب نمی‌شود.
لاستیک مصنوعی
دو لاستیک مصنوعی که برای نخستین بار با موفقیت تجاری همراه بودند، یعنی نئوپرن و تیوکول، هر دو برحسب تصادف تولید شدند. کشف نئوپرن شبه بخت یارانه و کشف تیوکول بخت یارانه بود.
شیمیدانان با حرارت دادن لاستیک در شرایط تنظیم شده و شناسایی قطعاتی که از تجزیه آن به دست می آمد، مطالبی در باره ساختار مولکولی لاستیک آموختند. یکی از این قطعات ایزوپرن بود، که ترکیبی پنج کربنی با دو پیوند مضاعف است. در سال ۱۹۲۰ هرمان استاودینگر مقاله معروفی نوشت که در آن برای ساختار فراورده های طبیعی مهمی نظیر لاستیک، سلولوز، و پروتئین ها، و نیز برخی مواد صناعی که ویژگی های مشابهی داشتند، توجیهی ارائه شده بود. به نظر وی این مواد، که ظاهراً با ترکیبات آلی ساده تر تفاوت مرموزی داشتند، پلیمر بودند (این کلمه از دو واژه یونانی پلی به معنای چندین و مر به معنی پار یا قطعه مشتق شده است). پلیمرها از مولکول های عظیمی تشکیل شده اند که در آنها واحدهای تکرارشونده با همان انواعی از پیوندهای شیمیایی که در ترکیبات ساده تر دیده می شوند به هم متصل شده اند. به عنوان نمونه فرمول مولکول لاستیک چنین پیشنهاد شد:
فرض شد که تعداد زیادی واحد ایزوپرن “منومر” (یک پاره) در درخت کائوچو طی واکنش های زیست شناختی به یکدیگر متصل می شوند و مولکول های پلیمری بزرگ لاستیک به دست می آید.
پس از آنکه این فرمول برای لاستیک طبیعی پیشنهاد شد، تلاشهای زیادی برای تهیه نوعی لاستیک مصنوعی که ساختار مولکول و خاصیت ارتجاعی لاستیک به دست آمده از درخت را داشته باشد انجام شد. ایزوپرن در معرض کاتالیزورهای مختلفی قرار گرفت تا معلوم شود آیا به شکل چیزی مثل لاستیک پلیمریزه می شود یا نه. این تلاش ها به اندازه ای موفقیت آمیز بودند که مشخص شد نظریه استاد “ودینگر” صحیح است، اما جنبه های جزئی تر ساختار مولکولی ناشناخته بودند، تا سرانجام کارل زیگلر در ۱۹۵۳ کاتالیزورهای تنظیم کننده آرایش فضایی را کشف کرد (در فصل ۲۶ در باره این اکتشاف بخت یارانه توضیح داده شده است). معلوم شد که در لاستیک طبیعی آرایش واحدهای منومر ایزوپرن ” تمام – سیس” است؛ این آرایش را می شد با کاتالیزورهای جدید در لاستیک صناعی تقلید کرد، در حالی که کاتالیزورهای قبلی باعث ایجاد آرایش اتفاقی واحدهای سیس و ترانس می شدند. تنها از این موقع بود که تولید لاستیک مصنوعی مقدور گردید، به نحوی که تقریباً نمی شد فرقی بین آن و همتای طبیعی اش گذاشت. امروز مهم ترین عامل تعیین کننده استفاده از لاستیک طبیعی یا مصنوعی در ساخت تایر و تولیدات دیگر قیمت نفت است، که ماده اولیه لاستیک مصنوعی است.
دکتر و. س. کلکات، که در آزمایشگاه جکسون شرکت دوپون پژوهش می کرد، متوجه تحقیقاتی که پدر نیولند در دانشگاه نوتردام انجام داده بود شد. نیولند کشیشی کاتولیک، رئیس دانشگاه نوتردام و شیمیدان بود. او با انتشار نتایج تحقیقاتش نشان داد که استیلن، هیدروکربنی که فرمولH2 C2 را دارد، تحت شرایطی یک یا دوبار به خود اضافه می شود، و وینیل استیلن و دی وینیل استیلن، که مولکول های با فرمولC6H6، C4H4 هستند، ایجاد می کند. به عقیده کلکات ممکن بود این دیمرها و تریمرها آن قدر به واحد سازنده لاستیک طبیعی، یا ایزوپرن، شباهت داشته باشند که بتوان از آنها برای تهیه لاستیک مصنوعی استفاده کرد. عده ای از شیمیدانان زیر دست خود را در دوپون به این کار مشغول ساخت، اما موفقیتی نصیب شان نشد، بنابر این نزد والاس کارودرز رفت، که در ایستگاه آزمایشی دوپون که محل انجام مهم ترین پژوهش ها در زمینه پلیمرها بود مقام سرگروهی داشت.
کارودرز به مسئله علاقه مند شد. از شیمیدانی به نام آرنولد کالینز که زیر نظرش کار می کرد خواست تا نمونه ای از مخلوط خامی را که به روش نیولند از استیلن به دست می آمد تخلیص کند. وقتی کالینز این کار را انجام داد توانست مقدار ناچیزی مایع جدا کند که به نظر می رسید نه وینیل استیلن باشد نه دی وینیل استیلن، و نیولند نیز آن را شرح نداده بود. اما آن را دور نریخت، بلکه در مدت تعطیلات آخر هفته بر میز کارش در کناری گذاشت. وقتی برگشت متوجه شد که مایع سفت شده است، و وقتی آن را بررسی کرد، دریافت که حالتی لاستیکی پیدا کرده است، تا حدی که وقتی آن را روی میزش می انداخت، برمی گشت.
شاید بگویید این هیچ تصادف نبود، بلکه همان چیزی بود که کلکات انتظارش را می کشید یا حتی پیش بینی می کرد. اما وقتی این جامد لاستیکی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت، معلوم شد شکل پلیمری هیدروکربن استیلن نیست، بلکه در آن کلر وجود دارد، که کاملاً غیر مترقبه بود. ظاهراً این کلر ناشی از اسید کلریدریک (HCI) بود که در روش نیولند برای به دست آوردن دیمر و تریمر استیلن استفاده می شد، و به وینیل استیلن اضافه شده بود. محصولی که از این اضافه شدن به دست آمد به دلیل شباهتش به ایزوپرن، کلروپرن نام گرفت. تنها تفاوتی که وجود داشت این بود که در مولکول منومر آن، اتم کلر به جای یک گروه متیل (واحدی مولکولی متشکل از یک اتم کربن متصل به سه اتم هیدروژن، یعنی CH3 قرار گرفته بود. این پلیمر یزاسیون خود به خودی کلروپرن در طی تعطیلات آخر هفته بر میزکالینز ایجاد جامد لاستیک مانندی کرده بود که شرکت دوپون نئوپرن نامید.
معلوم شد که این لاستیک مصنوعی جدید بر خلاف لاستیک طبیعی مقاومت زیادی در برابر نفت، بنزین واوزون دارد. همین ویژگی ها باعث شد دوپون آن را با وجود گران تر بودنش در مقایسه با لاستیک طبیعی، در سال ۱۹۳۰ تولید و به بازار عرض کند. نئوپرن هنوز هم مفید و ارزشمند است؛ دوامش در کار بردهای سنگینی همچون شلنگ های صنعتی، پوشش کف کفش، درزگیری دور شیشه، تسمه های انتقال نیروهای مکانیکی سنگین و پوشش کابل های برق، اثبات شده است. از کاربردهای تازه و جالب آن، استفاده از نئوپرن به عنوان ماده چسباننده کمربندهای چرمی دو لایه است: با این ماده می توان دو نوار چرمی سیاه و قهوه ای را بدون دوزندگی به طور دایمی به هم چسباند و کمربندهای دو رنگ قابل تعویض تولید کرد.
در سال ۱۹۲۴ ج. س. پاتریک تصمیم گرفت از مقادیر زیاد اتیلن و گاز کلر که محصول جانبی فرایندهای صنعتی بود، ماده مفیدی تهیه کند. از قبل می دانستندکه از ترکیب این دو ماده دی کلرید اتیلن به دست می آید؛ پاتریک مشغول آزمایش بر روی واکنش مواد مختلف با دی کلرید اتیلن بود، به این امید که اتیلن گلیکول، که محصول قابل فروشی بود، تولید شود. یکی از موادی که امتحان کرد پلی سولفید سدیم بود. واکنش این ماده با دی کلرید اتیلن موجب تولید مایع گلیکولی که به دنبال آن بود نشد، بلکه ماده ای نیمه جامد و لاستیکی به دست آمد. پاتریک بی درنگ به اهمیت بالقوه این جسم لاستیکی پیش بینی نشده پی برد، و طرح پژوهشی گسترده ای را آغاز کرد که پس از مدت کوتاهی به در خواست ثبت امتیاز و تأسیس شرکتی برای تولید این لاستیک صناعی جدید منجر شد.
شرکت شیمیایی تیوکول، که پاتریک رئیس آن بود، تیوکول A را در سال ۱۹۲۹ به بازار فرستاد. ساختار مولکولی آن با لاستیک طبیعی کاملاً تفاوت داشت، ولی در عین حال ارتجاعی بود. نسبت به لاستیک طبیعی یک برتری داشت و آن اینکه مثل نئوپرن در برابر مواد نفتی مقاوم بود. اما چندی نگذشت که عیب بزرگ آن معلوم شد: بوی گندی داشت!
شرکت تیوکول و دیگران لاستیک های پلی سولفید متعددی تولید کردند. در به کار گرفتن آنها از مقاومتشان در مقابل فراورده های نفتی و ویژگی های عایق کاری خوبشان نظیر درزگرفتن دور شیشه های اتومبیل و پوشاندن مخازن سوختی که در بال های هواپیماها وجود دارند استفاده می شد. چون لاستیک های تیوکول را می شد در دمای پایین تثبیت کرد، مدتی از آنها به عنوان چسباننده و جزئی از سوخت های جامد موشک برای پرتاب ماهواره ها و سفینه های فضایی به مدار استفاده می شد. در سال ۱۹۸۲ شرکت نمک مورتون، شرکت تیوکول را خرید و تشکیل شرکت مورتون تیوکول را داد؛ هر دو شرکت قبل از ادغام در یکدیگر مواد شیمیایی تخصصی تولید کرده بودند و پس از ادغام نیز به کار خود ادامه دادند. شرکت مورتون تیوکول که از پیمانکاران عمده در ساخت شاتل فضایی نا فرجام چلنجر بود، دچار بدنامی زیادی شد. اما حلقه O شکلی که انفجار سفینه فضایی مزبور را به آن نسبت می دادند از لاستیک های صناعی پلی سولفید تیوکول نبود، بلکه آن را از ویتون، نوعی پلیمر ارتجاعی که از لحاظ شیمیایی بیشتر به تفلون شباهت دارد، تهیه کرده بودند.
تاریخچه تایر
بسیاری از ما به تعویض لاستیک‌های فرسوده خودروی خود به‌طور منظم عادت کرده‌ایم؛ اما شاید هیچ اطلاعی از تاریخچه آنها نداشته باشیم. امروزه نوآوری‌های زیادی درزمینهٔ لاستیک‌های خودرو صورت گرفته است مانند تایرهای رادیال، لاستیک‌های پنچررو، نشانگر میزان باد لاستیک‌ها و…؛ اما لاستیک‌ها در سالهای اولیه اختراع اتومبیل به چه صورت بودند؟ برای فهمیدن این موضوع با ما همراه باشید
ساخت تایر مقاوم
در قرن ۱۹، گاری‌ها و درشکه‌هایی که توسط اسب کشیده می‌شدند برای حرکت بر روی زمین‌های سخت، سنگی و یا غیر مسطح نیاز به چرخ‌های محکم داشتند. برای این کار از چوب یا فلز استفاده می‌شد که از استحکام بالایی برخوردار بودند اما به همان اندازه سواری خشک و خشنی داشتند. به همین دلیل لاستیک به‌عنوان ماده‌ای جایگزین برای پوشاندن چرخ‌های درشکه‌ها در نظر گرفته شد؛ اما این ماده در فقط در دمای طبیعی از مقاومت و چسبندگی مناسبی برخوردار بود و در هوای گرم بسیار نرم و هنگام سرما خشک و شکننده می‌شد.
اما در سال ۱۸۳۹ مردی بنام «چارلز گودیر» (که نام خانوادگی او برای اکثر ما آشناست) با اختراع فرایندی بنام ولکانیزاسیون (که در آن لاستیک توسط گوگرد و حرارت شدید مقاوم‌تر می‌شد)، لاستیک‌های بادوام‌تری ساخت که پس از تغییر شکل یا خم شدن به حالت اولیه خود بازمی‌گشتند. این اختراع تا میزان زیادی به پیشرفت لاستیک‌ها کمک کرد.
اختراع تایر بادی
در اواسط دهه ۱۸۸۰ اروپاییان به دوچرخه روی آوردند و استفاده از آن افزایش یافت. چرخ دوچرخه‌ها در آن سال‌ها از چوب ساخته می‌شد که توسط لاستیک‌های توپُر پوشیده می‌شدند؛ اما این لاستیک‌ها از راحتی مناسبی برخوردار نبودند و در صورت سواری طولانی‌مدت با دوچرخه موجب خستگی می‌شدند. بعلاوه با پیشرفت دوچرخه‌ها و افزایش سرعت آنها مردم به دنبال راحتی بیشتر این وسیله بودند. درحالی‌که در سال ۱۹۴۵ لاستیک بادی توسط شخصی بنام «رابرت تامسون» اختراع‌شده بود اما در سال ۱۸۸۸ مردی بنام «جان دانلوپ» (از دیگر نام‌های آشنا) به دلیل تمایل پسر جوانش برای داشتن یک سواری راحت‌تر با دوچرخه، اولین لاستیک بادی عملی و کاربردی را اختراع کرده و بر روی دوچرخه نصب نمود.
تایر قابل جدا شدن
لاستیک‌های اولیه به‌طور دائم روی چرخ‌ها نصب می‌شدند و قابل جدا کردن نبودند. هنگامی‌که لاستیک‌های بادی اختراع شدند مشکل بزرگ‌تر شد چراکه تعمیر لاستیک‌های بادی چسبیده به چرخ بسیار دشوار بود. در سال ۱۸۹۰ مردی بریتانیایی بنام «ادوارد میشلن» (باز هم نامی آشنا در صنعت لاستیک‌سازی) اولین لاستیک بادی قابل جدا شدن را اختراع کرد و با نصب آن بر روی دوچرخه در سال ۱۸۹۱، اختراع خود را به ثبت رساند.
تایرهای آج‌دار
در اوایل استفاده از لاستیک‌های بادی، این لاستیک‌ها کاملاً صاف و بدون آج ساخته می‌شدند؛ اما پس‌ازاینکه لاستیک‌ها در اتومبیل نیز بکار گرفته شد، به دلیل سرعت بیشتر اتومبیل نسبت به دوچرخه و استفاده در شرایط آب و هوایی گوناگون، نیاز به پایداری و کشش بهتر لاستیک‌ها احساس می‌شد. در سال ۱۹۰۴ شرکت «Continental Tire of Germany» برای اولین بار لاستیک‌های آج‌دار را اختراع کرد و شرکت گودیر نیز در سال ۱۹۰۸ به تولید این لاستیک‌ها برای حرکت در جاده‌های لغزنده اقدام نمود.
تایرهای تیوبلس
تا میانه‌های قرن بیستم از لاستیک‌های تیوب دار استفاده می‌شد و اولین تلاش‌ها برای ساخت لاستیک‌های بدون تیوب ناموفق بودند؛ اما در سال ۱۹۴۶ شرکت گودریچ اختراع لاستیک بدون تیوب یا تیوبلس را به ثبت رساند. تا سال ۱۹۵۲ طول کشید تا این نوع تایر به مرحله تولید برسد و سرانجام در سال ۱۹۵۴ اولین اتومبیل تولیدی در ایالات‌متحده با لاستیک‌های تیوبلس به حرکت درآمد.
تایرها در قرن بیست و یکم
امروزه نوآوری‌های بسیاری درزمینه لاستیک خودرو رخ‌داده است. یکی از این نوآوری‌ها سیستم نشانگر باد تایرها یا که به‌عنوان آپشنی استاندارد در تمامی خودروهای جدیدی که در ایالات‌متحده عرضه می‌شوند نصب می‌گردد. این سیستم میزان باد هریک از لاستیک‌های اتومبیل را به راننده نشان داده و در صورت کاهش بیش‌ازحد باد به راننده هشدار می‌دهد.
