В итoгe сoврeмeнныe фрикциoнныe шины, в oсoбeннoсти шины «скaндинaвскoгo» или «aрктичeскoгo» типa oтличaются oчeнь высoкoй плoтнoстью нaрeзки прoтeктoрa (мы рaсскaзывaли oб этoм дoвoльнo пoдрoбнo). И тут стoит oтмeтить, чтo япoнскиe шинники нaкoпили в oблaсти рaзрaбoтки фрикциoнныx зимниx шин ничуть нe мeньший oпыт, чeм кoмпaнии из Финляндии, Швeции и другиx eврoпeйскиx стрaн. A чтo им oстaeтся дeлaть? Зимa нa Xoккaйдo впoлнe сeрьeзнaя, при этoм испoльзoвaниe шипoв в Япoнии зaпрeщeнo зaкoнoм. Тaк чтo изучaть мeтoды, кoтoрыми кoнструктoры зaстaвляют шины «прилипaть» к скoльзкoй пoвeрxнoсти, мы будeм нa примeрe oтнoситeльнo нoвыx для нaшeгo рынкa шин Toyo Observe GSI-6. Oни были прeдстaвлeны в 2019 и пoступили в шинныe цeнтры в прoшлoм, 2020 гoду, тaк чтo мoгут считaться «нoвeйшими». Oб oсoбeннoстяx иx кoнструкции мы ужe писaли, нo в дaннoм случae нe грex и пoвтoриться…
Фрикциoнныe зимниe шины мoгут имeть сaмый рaзный тип рисункa прoтeктoрa: нaпрaвлeнный и нeнaпрaвлeнный, симмeтричный и aсиммeтричный… Observe GSI-6 имeют симмeтричный нaпрaвлeнный рисунoк прoтeктoрa. Oт мнoжeствa другиx шин пoдoбнoгo типa эту мoдeль oтличaeт нaличиe цeнтрaльнoгo рeбрa сo мнoжeствoм зaзубрeнныx стрeлoвидныx выступoв.
Вдoль всeгo рeбрa прoxoдит прoрeзь в видe «слeдa кaчaющeгoся мaятникa», a в пoпeрeчнoм нaпрaвлeнии eгo рaссeкaют мнoгoчислeнныe прямыe и зубчатые канавки, ни одна из которых не пересекает ребро насквозь и не соединяется с продольной зигзагообразной канавкой. Такое решение должно сохранить высокую плотность ребра, улучшить реакции автомобиля на руление и его разгонно-тормозную динамику.
Но ламели Observe GSI-6 – это не просто вертикальные прорези. Ламели имеют сложную трехмерную структуру и содержат волнообразные взаимопроникающие элементы, ограничивающие их взаимную подвижность. Кроме того, под нагрузкой ламели сложной пространственной формы начинают работать как микронасосы, обеспечивая эффективный отвод воды из пятна контакта.
Блоки протектора в плечевой зоне сделаны сдвоенными (это уменьшает взаимное смещение блоков и улучшает поведение шины в поворотах), а в разделяющих их канавках есть треугольные элементы, получившие название «снежные когти». Они не только улучшают сцепление шин со снежным покрытием, но и работают, как контрфорсы крепостных стен, которые не дают блокам смещаться под нагрузкой. Внешние блоки имеют очень высокую плотность ламелизации, причем помимо привычных волнообразных ламелей в каждом блоке двух внутренних рядов размещены ламели, закрученные в спираль (или, если угодно, в пятиугольный «коловрат»). Именно они отвечают за сохранение высокого сцепления при любом векторе нагрузки и при любом угле поворота колес. Вокруг этих канавок расположены «пентагоны» бороздок, главное предназначение которых – начать работать буквально с первых метров обкатки только что установленной шины. В соответствии с этим предназначением эти бороздки получили собственное наименование First Edge.
1 / 4
2 / 4
3 / 4
4 / 4
Но все эти ухищрения создателей нешипованных зимних шин прекрасно работают в снегу, на заснеженном асфальте или в той снежно-водяной каше, которая покрывает в зимний период улицы наших городов. Собственно говоря, в этих условиях фрикционные шины, как правило, превосходят своих шипованных конкурентов. Но вот на чистом гладком льду и ламели, и зазубренные кромки блоков оказываются бессильны – твердость даже жесткой резины оказывается недостаточной для того, чтобы кромки резиновых блоков могли врезаться в лед и предотвращать неконтролируемое скольжение. Тут нужны шипы, но что делать, если использовать их запрещено? Ну или что делать тем автовладельцам, которые в основном передвигаются в условиях, когда использование фрикционных шин выгодней (тем более, что они существенно превосходят шипованные с точки зрения акустического и ездового комфорта), но чистый лед и снежный накат на их пути всё же иногда встречается? Выход может быть только один: нужно что-то сделать с составом резиновой смеси, причем таким образом, чтобы резко увеличить сцепление с гладкой поверхностью льда или снежного наката.
Стоит вспомнить, что состав резиновой смеси зимних шин и летних шин имеет массу серьезных отличий. Изначально в состав шинной резины входили каучуки (естественный и синтетический), сера и цинк, которые сшивали полимерные цепочки каучуков в сложные структуры и превращали каучуковое «тесто» в упругую и плотную резину, и технический углерод (или попросту сажа), который придает шинам прочность и всем знакомый черный цвет. По мере развития технологий состав шинного компаунда становился все сложнее: так, на рубеже 21 века шинники начали активно добавлять в состав смеси второй наполнитель, так называемую «силику», то есть восстановленную кремниевую кислоту. Её применение позволило снизить сопротивление качению, а заодно улучшить сцепление шин с поверхностью дороги, в частности – мокрой.
Однако проблема состояла в том, что шина не может быть слишком мягкой – она будет слишком быстро изнашиваться. Но она не может быть и слишком твердой, ведь чем выше твердость, тем меньше коэффициент сцепления! В то же время жесткость резиновой смеси очень сильно зависит от температуры. Летние шины рассчитаны на эксплуатацию при положительных температурах, и уже при нуле градусов Цельсия они становятся «дубовыми». Чтобы зимние шины сохраняли эластичность, потребовалось ввести в состав смеси другие вещества, в частности – масла.
Для того чтобы все входящие в состав резиновой смеси компоненты работали согласованно, а готовая шина выдавала заданные параметры, пришлось заняться изучением взаимодействия между веществами на молекулярном уровне. Именно так родилась запатентованная компанией Toyo Tires технология Nano Balance, которая позволила взглянуть на обычные физические процессы с точки зрения химии, уменьшить внутреннее трение между компонентами резиновой смеси за счет стимуляции дисперсии и внедрить высокоточное регулирование соотношения компонентов в смеси. Тем не менее эта технология сама по себе все же не может решить проблему сцепления поверхности блоков протектора нешипованных зимних шин с гладким льдом…
Ведущие производители шин долго искали свои подходы к решению этого вопроса. Еще в 80-х годах прошлого века компания Dunlop (с которой и началась история пневматических шин еще в XIX веке) попробовала ввести в состав смеси тонкую металлическую проволоку, причем таким образом, чтобы поверхность резины стала напоминать своеобразную щетку. Изготовленным по такой технологии шинам было присвоено амбициозное название Winter Winner («Победитель зимы»), однако сколь-нибудь широкого распространения эта технология все же не получила. По-видимому, проволока в резине, улучшая сцепление со льдом, серьезно ухудшила другие параметры.
Тем не менее идея ввести в состав резины какие-то твердые частицы, своеобразные микроскопические коготки, которыми не имеющая шипов шина все-таки могла бы цепляться за гладкий лед, не умерла и получила свое развитие. Так, один из ведущих мировых брендов предлагает шины, в состав смеси которых входят вкрапления менее плотных полимеров. По мере износа эти полимеры образуют микронеровности, которые эффективно абсорбируют водяную пленку на льду и создают дополнительные кромки, цепляющиеся за снег.
Другая компания, известная в первую очередь своими зимними шинами, предложила добавлять в резиновую смесь твердые частицы, по форме напоминающие многогранные кристаллы. Именно эти частицы, получившие фирменное название Cryo Crystal, работают как микроскопические встроенные шипы, причем с каждым новым километром пробега эти кристаллы, распределенные в толще протектора, выходят на поверхность и даже несколько повышают сцепление с гладкими поверхностями. В компании уверяют, что кристаллы эти «экологически безопасны», но их химический состав держится в строжайшей тайне, не меньшей, чем коды управления американскими разведывательными спутниками.
1 / 5
2 / 5
3 / 5
4 / 5
5 / 5
В отличие от них, Toyo Tires, где тоже решили снабдить свои нешипованные шины Observe GSI-6 «ледовыми микрокоготками», не стали держать в секрете материал, из которого они состоят. Действительно, что может быть секретного в дробленой скорлупе грецких орехов? Этот материал по определению экологичен, но вместе с тем, если рассмотреть мелкие частицы скорлупы под микроскопом, можно увидеть некую природную огранку, превращающую кусочки скорлупы в те самые крохотные ледовые шипы, которые и были нужны. При этом осколки скорлупы имеют достаточную твердость для того, чтобы надежно цепляться за лед, а вот повредить асфальтовое покрытие они уже не способны. Эта технология получила название Microbit.
Но из всех сложных ситуаций, с которыми должна справляться фрикционная шина, самой сложной, пожалуй, является работа на льду в условиях околонулевых температур. Все дело в том, что при трении резиновых блоков о гладкую ледяную поверхность образуется тонкая водяная пленка, которая начинает играть роль своего рода смазки, что еще в большей степени снижает и без того невысокий коэффициент сцепления. Чтобы улучшить разгонно-тормозную динамику в таких условиях, японские инженеры добавили в состав резинового компаунда размолотый в порошок бамбуковый уголь, который является природным абсорбентом и способен эффективно впитывать эту водяную пленку. Естественно, применение такого природного материала дает все основания говорить об экологичности этой технологии, и хотя она не позволяет ехать по льду столь же уверенно, как по сухому асфальту, но все же позволяет выиграть пару секунд на старте или несколько спасительных метров при торможении, которые, возможно, и отделяют вас от ДТП с серьезными последствиями.
Ну а в заключение отметим, что никакой ковид и никакие кризисные явления в мировой экономике не могут остановит научно-технический прогресс. Вы читаете этот материал, а в это время химики в исследовательских центрах шинных компаний колдуют с составом шинной смеси, пробуют использовать разнообразные добавки и включения, моделируют процессы, происходящие внутри материала шины во время движения в различных условиях. Тем не менее вряд ли мы можем с какой-либо степенью достоверности предсказать, какие технологии будут использовать шинники лет через 20-30. Кто знает, возможно, шины будут представлять собой квазиживой организм, способный изменять и рисунок протектора, и свойства смеси в зависимости от характера покрытия и внешних условий. А что, в научной прессе уже появились сообщения о том, что работы в этом направлении уже ведутся… Но это «светлое завтра», на самом деле, наступит далеко не завтра и не послезавтра, да и созданные по этим новым супертехнологиям шины поначалу будут стоить не просто дорого, а очень дорого. Так что еще в течение многих лет мы будем ориентироваться на соотношение цены и качества, а по этому параметру шины Toyo могут поспорить с продукцией самых известных марок.
