Ofte er det OK å være god nok, på flere områder. Teknisk sjef Frank Larsen i Continental sa ofte at en tikjemper må være nesten best i alt – det er summen som teller. Slik er det også med piggfrie dekk. Nye syntetiske gummiversjoner gir enda bedre grep.
Av Stein Bekkevold
Piggfrie dekk må gi godt nok grep på is og snø, uten å bli altfor fort nedslitt på bar vei. Knepet ligger i gummitilsettingene – der silika er viktig sammen med sot (kimrøk), og dekkets oppbygning. Dagens piggfrie lages dessuten av nye varianter av kunstgummien SBR, noen ganger med polyisopren PIR – som også den er en termoplast.
På is
Først: Det er et fysikkfenomen at is under trykk smelter, i overflaten. Trykkenergien går noen nanometer inn og blir til varme. Varme er jo molekyler i bevegelse, is er det motsatte. Frosne vannmolekyler under trykk/varme blir igjen vann. Dette styres av termodynamiske lover: På toppen av isen oppstår et tynt lag av vann og halvsmeltet is – sørpe, ca en halv tidels millimeter. Tykkere blir ikke hinnen før den pumpes vekk – av dekket.
Forskning hos Continental og Wiens Universitet viser at det som gir piggfrie dekk feste på is er det dynamiske arbeidet – energiutvekslingen – i smeltehinnen.
Forskning
Professor dr. Burkhard Wies ledet i årevis utviklingen i tyske Continental, og sto bak den konstante forbedringen av piggfrie nordiske vinterdekk, sammen med fagfolk i Gislaved og Viking.
Han forklarte gjerne hvordan piggfrie dekk får grep på is, og utdypet dette i en doktoravhandling (An Analytical Thermodynamic Approach to Friction of Rubber on Ice*).
Forskningen viser at grep kommer av adhesjon, kohesjon og viskøs friksjon (skjærkrefter) mellom gummi, sørpe og is. Det utløses også krefter fra gummiens hysterese, evnen til å ta opp og returnere energi – her i gummi som eltes.
Uten god hysterese beholdes kreftene i gummien som varme, med økt rullemotstand og slitasje. I studien beregnes kreftene, og resultatene stemmer med tall fra laboratoriene og fra kunstistester ved universitetet, pluss fra Contis egne forsøk på deres innendørs, datastyrte testbane.
Myk
For at hjulet skal få grep også på is, må gummien være myk. Og det er SBR** – selv i kulde. Og myk må den være for at største mulige gummiflate skal få kontakt med isen mens hjulet ruller. Altså må klossene i mønsteret være åpne så klossen legger seg flatere mot isen, samtidig som mønsteret bryter opp og pumper vekk vannet. Det er gjennomskjæring og oppriving av vannhinne under trykk som skaper de (sideveis) skjærkreftene som gir veigrep, sammen med direkte (atomær) adhesjon og kohesjon – pluss energiopptak og -retur via hysterese.
Kreftene utløses i det første mikrosekundet etter at gummien har brutt vannhinnen. Utpumping av vann skjer i rotasjonsretningen via sentrifugalkreftene – men også på tvers ved utpumping fra slitebanen (sålen). Kanalene ser du i dekkets mønster.
PIR og SBR
PIR (eller PR) er polyisopren rubber, en tidlig (1909) syntetisk gummi som imiterer naturgummi (kautsjuk) men som er bedre i kulde, den holder seg mer elastisk. I rå form og som vulkanisert er PIR kjemisk lik naturgummi (kautsjuk). Begge har god vedheft og plussegenskaper i produksjonen, og gir god hysterese. Det spesielle med PIR (og styren-butadien SBR) er at det nesten aldri forekommer avvik i egenskaper selv i storproduksjon, kvaliteten er jevnt høy.
Det er også lett å kontrollere polymerisering i PIR, slik at gummien slipper alle problemene med lateks/naturgummi, pga plantesaft-forurensninger.
For fabrikken er det viktig at prosessen er enklere – og billigere for kunden. Prosessen er enkel fordi PIR oppfører seg snillere i formene, den har bl.a. mindre varmsvelling. De senere år er mye av PIRbruken erstattet av den litt rimeligere syntetiske SBR, som i praksis er nesten helt lik.
Adhesjon
Om du gnir to glassplater mot hverandre ser du adhesjon: Små atomkrefter holder flatene sammen. Adhesjon er viktig i kontakten mellom vei og dekk. Jo mer gummi som er i kontakt med veien, desto bedre grep. Derfor er elastisitet i kulde avgjørende, og der vinner PIR (og SBR) over kautsjuk/naturgummi – og de nye variantene er enda bedre.
Og et godt mønster fjerner snø og smeltevann og gir stor kontaktflate. Kaldmyk gummi gjør sålen mer elastisk slik at store gummiblokker får økt adhesiv kontakt. Der er de nye syntetiske typene enda mer effektive.
PIR og SBR
er altså kunstig kautsjuk. Kautsjuk kan lages av mange plantesafter, som lateks fra gummitreet og saft fra løvetann. Den kjemiske forskningen på slutten av 1800-tallet og i 1900-årene var intens, og de så likheten mellom størknet plantesaft (resin) og den nye kunstgummien isopren.
PIR ble patentert i 1909. Flyindustrien var først ute med å bruke den. SBR har nesten samme formel, og ble lenge brukt i flyhjul, men er nå vanlig også i bil.
Mer SBR
Hovedforskjellen mellom vinter- og sommerdekk er vinterdekkets økte innhold av SBR. Den har høy slitefasthet og god aldringsstabilitet om den er kjemisk beskyttet. Årlig brukes rundt 6 millioner tonn. I over halvparten av alle sommerdekk brukes SBR, da sammen med butanvarianter, EPDM, nitrilgummi, silika og sot. SBR´s egenskaper påvirkes mye av blandingsforholdet: Mye styren gir hardere gummi. Altså er det i dag mindre styren i vinterdekkene, som jo må være mykere. Nye piggfrie har derfor enda bedre grep enn tidligere versjoner.
SAE
Society of Automotive Engineers (SAE) sier i en rapport at SBR er kjent for god slitestyrke, pluss høy fleksibilitet og strekkfasthet. Den er et rimelig alternativ til naturgummi, og brukes derfor til dekk og mye annet. Gummien er en kopolymer, ofte 23,5 % styren og 76,5 % butadien.
Den er svært motstandsdyktig mot slitasje, og passer godt til bildekk. Den er spenstig og tåler betydelig strekk og er svært fleksibel – kan bøyes eller vris uten å sprekke. Klare fordeler er utmerket slitestyrke, god rivfasthet, god sprekkmotstand og lav kompresjonsdeformasjon. SBR tåler dessuten varme bedre enn naturgummi. Riktig dopet tåler den UV-lys – pluss søl av olje og drivstoff.
Det er ikke måte på …
Vintervei-bildet (sikkert minus 30?) er fra Den Norske Turistforening som gir tips til utlendinger om vinterkjøring i Norway, The Winter Wonderland.
Dekkbildene er fra Continental, og viser behovet for vinterhjul – de pløyer godt men fjerner ikke isen, og du ser litt av deres testing av piggfrie. Forskning ved Wiens Universitet i 2012 beviste denne gummiens evne til friksjon på is. Continentals innendørs testbane er datastyrt og gir 100% sammenlignbare resultater.
Plogbildet er fra det svenske Vägverket.
