Шинные технологии прошли долгий путь с тех пор, как Ford Model T впервые выкатился с завода в 1908 году. Шины отличаются не только размерами, составом и общей структурой, но и цветом. Ранние шины были белыми и лишь в период Первой мировой войны стали черными. И вот почему...

Гуляя по музею Ford Piquette Avenue Plant (первой фабрике, принадлежавшей Ford, и священному месту, где был разработан и изначально собран Model T), обозреватель портала Jalopnik Дэвид Трэйси обратил внимание, что некоторые модели имели черные шины (к чему мы, собственно, привыкли), а некоторые – белые. За комментарием он обратился к представителю французского производителя шин Michelin:

Оригинальные шины имели более светлый оттенок из-за естественного цвета каучука. Технический углерод (иногда называемый сажей, хотя это не совсем точно) был добавлен в состав около 1917 года и дал десятикратное увеличение износостойкости.

Увеличение срока службы подтвердилось инженером-химиком Джеком Кенигом, который в своей книге «Спектроскопия полимеров» подчеркнул, что шина без сажи прослужит менее 8000 км. Представьте, что большинство шин наезжают 20 – 25 тыс. км в год и делают это на протяжении 3-4 лет, и вы поймете, насколько ничтожно мала первая цифра.

Сегодня технический углерод занимает примерно 25-30% состава резины. Вещество, придающее шинам черный цвет, не только делает их более прочными, но и защищает от ультрафиолетовых лучей (причины образования трещин) и улучшает сцепление с дорогой, а значит и управляемость автомобиля.

Так что же такое технический углерод? Это продукт углеводорода, который прошел через неполное сгорание и чей «дым» был уловлен в виде мелких черных частиц, почти полностью состоящих из элементарного углерода.

На протяжении многих лет он производился различными способами. По словам одного из производителей технического углерода Orion Engineered Carbons с долей мирового рынка около 10%, один из самых старых способов заключался в том, что пламя масляной лампы попадало на холодную поверхность, в результате чего образовывалась порошкообразная сажа (ламповая сажа), которая долгие годы использовалась в качестве чернил.

Однако в 1870-х годах произошел прорыв, названный впоследствии канальным методом. Процесс представлял собой сгорание природного газа, чье пламя на выходе сталкивалось с охлаждаемым водой металлическим желобом. Окисление прекращалось и сопровождалось выходом технического углерода. Эта новая процедура, позволявшая собирать более мелкие частицы, стала важным шагом для получения более прочных шин.

Однако канальный способ не был особенно эффективным и экологически чистым, как видно на картинке ниже. Эти камеры назывались «горячими домами», и их дым был виден за многие-многие километры.

Сегодня основным методом получения технического углерода является печной. Жидкое углеводородное сырье впрыскивается в печь, где сгорают природный газ и предварительно нагретый воздух. Высокие температуры приводят к тому, что сырье «трескается» и превращается в дым, который охлаждается водой и откуда отфильтровываются крошечные частицы сажи. Полученный порошок формуют в гранулы для облегчения транспортировки.

Порошок технического углерода состоит из чрезвычайно мелких частиц. Чтобы увидеть истинную форму материала, потребуется электронный микроскоп, обнаруживающий частицы размером от 10 до 500 нанометров, которые сливаются друг с другом в цепочки различных форм. По словам производителя технического углерода Birla с долей мирового рынка около 15%, размер частиц, размер сцепленных агрегатов и общая форма влияют на такие свойства резины, как стойкость к истиранию, прочность на разрыв, чернота, проводимость и погодостойкость. Различные виды технического углерода классифицируются на основе площади их поверхности, а также влияния на скорость затвердевания каучука.

История того, как шины приобрели черный цвет, сложна и увлекательна. Существуют разные версии, но одна из самых достоверных связана с нехваткой боеприпасов во время Первой мировой войны.

В начале 1900-х годов производители шин выяснили, что добавление в резину оксида цинка повышает ее прочность. Однако цинк был важнейшей частью латуни, а ее как раз не хватало для артиллерийских снарядов. Тогда всей автомобильной промышленности было объявлено: теперь нельзя использовать оксид цинка в шинах. Следовательно нужна была альтернатива, и ей оказался технический углерод.

Если копнуть немного глубже, то поиски приведут к компании Crayola, изготовителю мелков и маркеров. Crayola была дочерним брендом Binney & Smith, названной в честь Эдвина Бинни и Гарольда Смита. Эти двое были сыном и племянником Джозефа Бинни – основателя нью-йоркского химического завода Peekskill, который продавал древесный уголь и ламповую сажу – упомянутый выше черный порошок, получаемый путем сбора отложений горящего масла. Он использовался для изготовления пигментов и чернил.

Когда Джозеф ушел в отставку, Эдвин и Гарольд основали Binney & Smith – компанию, известную красной краской на основе гидроксидов железа, которая использовалась для оформления сараев по всей Америке. На рубеже веков Binney & Smith представили беспыльный мел для классных комнат, но еще более важно то, что компания стала мировым лидером в производстве технического углерода, который продавался как чернила под брендом Peerless и даже получил золотую награду на Парижской выставке 1900 года. А обнаружение залежей природного газа во время пенсильванской нефтяной лихорадки ускорило революцию в шинной индустрии.   

Преимущества технического углерода в усилении каучука были открыты химиком по фамилии Моут в 1904 году. Однако лишь 8 лет спустя этот секретный ингредиент стал использоваться в шинах компанией Diamond Rubber Co. из Акрона (штат Огайо), принадлежавшей B. F. Goodrich.

Давайте подытожим все эти хитросплетения. Binney & Smith стала крупным поставщиком технического углерода для чернил и пигментов. В то же время химик из британской шинной компании добавил вещество в шины и пришел к выводу, что оно может заменить оксид цинка. Затем B. F. Goodrich поймал волну и сделал технологию мейнстримом, заказав у Binney & Smith почти 500 тонн технического углерода.

Тогда не совсем понятно, при чем же здесь война, ведь знания об укрепляющей способности технического углерода существовали задолго до нее. Похоже, что здесь случилось простое совпадение. В первые годы массового производства автомобили стали широко распространены, а их шины стали прочнее благодаря техническому углероду, потому что другие химические альтернативы были ограничены вследствие войны.

Итак, сажа вытеснила оксид цинка, и шины стали черными. Но более важно то, что они стали долговечными и поэтому сохраняют свой цвет по сей день.