د.فوزي العمروسي: إطارات السيارات وأزمة المناخ.. كيف تختار إطار سيارتك؟
الأستاذ بمعهد بحوث البترول
يوجد نوعين من المطاط تستخدم فى صناعة اطارات السيارات
1 – المطاط الطبيعى
يطلق أسم المطاط الطبيعى على صمغ نباتى طبيعى على شكل قطرات فى عصارة شجرة المطاط التى يصل طولها الى 60-80 قدما والتى تزرع بالدول الاستوائية وعند اعتصار الأشجار يزال جزء من قشرتها بسكين حاد، بحيث يصل القطع الى أنابيب العصارة لتنساب منها الى الخارج وتعطى الشجرة فى الغالب حوالى خمسة أرطال من المطاط سنويا و تركيب جزيء المطاط والمطاط الصافى ( الكاوتشوك) مركب من الكربون والهيدروجين فقط، وهو يتكون من سلاسل طويلة من جزيئات الأيزوبرين المتصلة، ويحتوى الجزيء الواحد على أكثر من الفى واحدة من هذه الوحدات الأساسية، ويبلغ الإنتاج العالمي من المطاط الطبيعي 5.7 مليون طن متري في العام.
2 – المطاط الصناعى
تصنع المواد المشابهة للمطاط من المواد الكيميائية ويسمَّى ذلك باسم المطاط الاصطناعي نظرًا لأنه يُسْتخدم بديلاً للمطاط
الطبيعي وأهم هذه الأنواع
1- مطاط البوتيل 2- مطاط سيز متعدد الإيزوبرين 3- مطاط النيوبرين 4- مطاط النتريل 5- مطاط متعدد الكبريتيد 6- مطاط متعدد اليورثان 7- مطاط السليكون 8- مطاط الإثيلين ـ البروبيلين 9- مطاط الكربون الفلوري 10- المطاط اللدائني الحراري.
مطاط البوتيل يحتفظ هذا المطاط بالهواء والغازات أحسن بكثير من المطاط ألطبيعي ولهذا فهو يستخدم في الأنابيب الداخلية للإطارات وفي تبطين الإطارات اللاأنبوبية.
المطاط سيز متعدد الإيزوبرين
يمكن لهذا المطاط أن يلغي اعتمادنا على المزارع البعيدة للمطاط ألطبيعي نظرًا لأن تركيبه الكيميائي هو تركيب المطاط الطبيعي نفسه تقريبا، بالإضافة إلى أنه يعمل بصورة جيدة مثل المطاط الطبيعي في منتجات مثل إطارات الشاحنات الثقيلة وحوامل المحركات الكبيرة.
مطاط النيوبرين.
يقاوم هذا المطاط الأكسجين وضوء الشمس والنفط والبترول والمواد الكيميائية الأخرى بطريقة أفضل من مقاومة المطاط الطبيعي. وتشمل استخداماته الرئيسية صناعة خراطيم البترول، وعوازل الأسلاك والكبلات الملامسة للنفط وحشيات موانع تسرب الزيت أو الغاز.
المطاط متعدد الكبريتيد.
يمتاز هذا المطاط مثل الثايوكول بمقاومة جيدة غير عادية للتطرية والزيادة في الحجم عند تعرضه للبترول والشحوم.
ويقاوم أيضًا عوامل البِلَى والهواء وضوء الشمس. ويستخدم المطاط متعدد الكبريتيد أساسًا في تبطين خراطيم البنزين وألواح الطبع والأسطوانات.
المطاط متعدد اليورثان.
يقاوم هذا المطاط البلى والحرارة ويتحمل الإجهاد الكبير والضغوط. ويمكن تصنيعه بدرجة متانة عالية لدرجة أنه يصمد أكثر من المطاط الطبيعي عند استخدامه مادة للإطارات. ويستخدمه المصنعون بكميات كبيرة أساسًا في مواد التنجيد والفرش المصنوعة من المطاط الرغوي ومواد العزل.
مطاط السليكون.
يحتفظ هذا المطاط بخواصه المطاطية عند درجات حرارة أعلى وأقل بكثير من درجات الحرارة التي يمكن أن يتحملها المطاط الطبيعي أو أي نوع آخر من المطاط ألاصطناعي، ولذا يمكن استخدامه في مدى درجات حرارة تتراوح بين (-90°م) و(316°م).
وفي هذا المدى من درجات الحرارة تصبح أنواع المطاط الأخرى هشة وعديمة الجدوى.
مطاط الإثيلين- البروبيلين.
يستخدم على نطاق واسع في صناعة السيارات. ويمتاز هذا المطاط بمقاومة ممتازة للأكسجين والأوزون ومقاومة خاصة لدرجات الحرارة المرتفعة ويصنع من الإثيلين والبروبيلين رخيصي السعر نسبيًا.
مطاط الكربون الفلوري
يتميز هذا المطاط بمقاومة ممتازة لسوائل النفط ودرجات الحرارة العالية. وهو يصنع من المركبات العضوية المفلورة، ويعتبر أغلى من أغلب أنواع المطاط الأخرى.
المطاط اللدائني الحراري
يجمع هذا المطاط بين قوة المطاط المفلكن وقابلية المعالجة التي تتميز بها أللدائن ويستخدم فى منتجات مثل نعال الأحذية وأجزاء السيارات والمواد اللاصقه
مراحل تصنيع إطارات السيارات
يدخل في صناعة اطارات السيارات أكثر من 30 نوعا من الكاوتشوك الطبيعي والصناعي، ولكل نوع منها له تركيباته الخاصة، حيث يتم مزج كل تركيبة منها في خلاط كبير حتى الحصول على عجين سلس ومتجانس، ويحدد تركيب مختلف أنواع المزيج صفات الإطار المراد تصنيعه من حيث المرونة، والقبضة والمقاومة، وتتم مرحلة التركيب على أسطوانة دائرية التي تتلقى مختلف طبقات المواد كما فى الخطوات الرئيسية التالية.
• وضع صفيحة الإحكام
أول عنصر يتم تطبيقه على الأسطوانة هو صفيحة من الكاوتشوك الصناعي منيع لتسرب الهواء من داخل الاطار وتم الغاء الإطار الأنبوبي في الإطارات الحديثة ( Tubeless ).
• وضع مفرش الهيكل
يتم إضافة لحمة من كابلات نسيجية أو معدنية مغلفة بالكاوتشوك. وتشكل هذه اللحمة دعامة مشعة حول الإطار،هذا هو الهيكل الاشعاعي.
• وضع القضبان
يتم وضع طوقين من الكابلات المعدنية على جانبي الإطار، وهذه القضبان، تشد الإطار على الجنوط بضمان الإحكام ثم يتم طي مفرش الهيكل على القضبان لضمان التثبيت
• وضع الجانبين
يتم إضافة شرائط أخرى بما في ذلك الجانبين من المطاط المرن والمتين الذين يمتصان إلتواءات الإطار وحمايته من الصدمات الجانبية، كما أنها تتلقى الرسم
• تشكيل الإطار
ومن ثم يتم تشكيل الإطار من خلال تضخيم الجزء المركزي للإسطوانة.
• تعزيز الجزء العلوي
ثم يتم تطبيق مفرشين على الجزء العلوي للإطار فيكونان مسلحين بأسلاك معدنية وموضوعين على شكل مائل فيشكلان مع مفرش الهيكل شبكة من مثلثات غير قابلة للالتواء.
• وضع الوطء
وأخيرا يتم وضع الوطء (Tread )أي جزء الإطار الذي يكون على اتصال مع سطح الأرض مباشرة والمعرف بموطئ الاطار.
• الفلنكة
يتم وضع الإطار الخام في قالب التصليد الذي تم نحت واجهتيه لاستنساخ الهيكل والرسم على الإطار.
وفي وسط القالب ويؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى 150 درجة مئوية إلى ظاهرة فلكنة الكاوتشوك حيث يشكل الكبريت الذي تم دمجه مع خلطات المطاط روابط كيميائية عرضية بين سلاسل البوليمر.
فيتحول الاطار من حالة البلاستيك إلى حالة المطاط.
كيف تتعرف علي نوع اطار سيارتك
من أهم الشركات المنتجة لإطارات السيارات
1- برجستون 2- ماشلان 3- دنلوب 4- برلي الماني 5- ماكس 6- تويو 7- هانكوك 8- يوكوهاما 9- فالكون 10- سوستومو شاهين 11- كونتيننتال.
وعند فحصك للإطار يجب عليك التعرف على تاريخ انتاجه، وكذلك التأكد من تواجد إشارة الحرارة temp A عليه، وهي هامه في اجوائنا الحارة بالإضافة الى إشارة A الاخرى التى تكتب دائما داخل دائرة حمراء، وهذا يعنى ان الاطار مقاو،م للانزلاق بالطرق المغطاة بالوحل او الماء او الزيوت وغيرها وهي داله على قوة التصاق الاطار بالأرض التي يمشي عليها، وهناك نظم مختلفة لثبات السيارة بالالتصاق بالأرض منها ESC& TCS & ABS .
ولا يتسع المجال هنا لذكرها تفصيلا حيث يمكن للسيارة عند استخدام الفرملة التوقف في هذه الاوساط بأقل مسافة ممكنه، وأجود انواع الاطارات التي يمكن استخدامها في بلادنا الحارة هي اطارات الراديال ويوجد علي الاطار عدد من الرموز مكتوبة باللغة الانجليزية لجميع انواع الاطارات في العالم، وهذه الرموز لها دلالات نوضحها في الاتي :
R/ 15/ 89 H- MXV3A- TL- 190/75
وهذا يعني ان عرض الاطار 190 وان ارتفاع الحوائل الجانبيه له 75 % وان R تعني راديال ابو سلك او نايلون يشار اليه برقم 89 اي يتحمل الاطار 580 كم وإذا كان رقم 86 يعني تحمل 530 كجم وإذا كان 90 اي يتحمل 600 كجم ويدل حرف H علي السرعة القصوى للسيارة المستخدمه للإطار وهي 210 كم / ساعة وإذا كان الحرف ٍ تكون السرعة القصوى 180 وإذا كان الحرف T فتكون السرعة القصوى المسموح بها للحركة 190 والحرف V 240 والحرفين Y&Z 300 كم / ساعة والاسم التجاري للإطار يدل عليه MXV3A والحرفين TL تبين ان الاطار تيوبلس وبدون سلك اما عن تأكل الاطار ويرمز له بالعبارة Tread wear 100 او 220 بأسفل وسط الاطار فهي تعني كلما كبر الرقم كلما كان معدل تأكل الاطار اسرع وكلما قل الرقم كلما كان معدل تحمله اعلي وذلك لان كلما كان الرقم عاليا زاد احتكاك الاطار بالأرض و وزاد معها سرعة تأكله والعكس صحيح .
قصة اطارات السيارات مع معهد بحوث البترول
اكتشف تشارلز جوديير، وهو مخترع أمريكي عام 1839م، عن طريق المصادفة طريقة لتقوية المطاط وجعله أكثر مقاومة للحرارة والبرودة وذلك بمعالجه المطاط بمادة الكبريت والحرارة ( Vulcanization ) وتسبب ألحرارة أثناء الفلكنة اتحاد الكبريت مع المطاط ويجعل ذلك المطاط أقوى وأكثر تحملاً.
وبوجه عام كلما زادت كمية الكبريت المضاف أصبح المركب المفلكن أكثر صلابة.
ويتفلكن المركب المحتوي على ثلث حجمه من الكبريت والثلثين من المطاط مكونًا الأبونيت أو المطاط الصلد.
ويستخدم المصنعون فوق أكسيد البترويل بدلاً من الكبريت لفلكنة المطاط السليكوني. ويوجد الكثير من عوامل الفلكنة الأخرى مثل التلوريوم والسيلنيوم، ومركبات بنزين معينة. وهذه العوامل نادرًا ما تستخدم تجاريًا لأن سعرها أعلى من الكبريت.
وكان نتيجة لعملية الفلكنة فى صناعة الاطارات مشكلة كبيره عندما تبلى هذه الاطارات وتصبح عديمة النفع بالنسبة لمستخدمى السيارات وللتخلص من هذا النوع من المخلفات المطاطية وجدنا ان بعض الدول شحنت منها سفن وألقت بها فى اعالى البحار وبعضها حرق منها كميات ضخمة فى الهواء الطلق وبعضهم استخدمها كوقود للأفران فى كثير من الاغراض منها مصانع انتاج الاسمنت وبعضهم استخدمها ماده مالئة فى صناعة المطاط كمطاط مجدد وكثير من التطبيقات لا يتسع المجال هنا لذكرها الى ان توصل الباحثين بمعهد بحوث البترول الى طريقة جديدة لحل مشكلة الفلكنة فى الإطارات الهالكة ويمكن مناقشتها كما يلى :
كما اوضحنا من قبل ان المطاط الطبيعى او الصناعى هو عبارة عن خيوط طولية تكونت من ترابط سلاسل جزيئية مكونه من وحدات مثل جزيئات الايزوبرين فى المطاط الطبيعى على سبيل المثال قد يصل عددها الى الفى جزيء وهى جزيئات غير مشبعة وتمتاز هذه الخيوط بالمرونة التامة فإذا ما اثرت عليها اى قوة شد خارجية استطالت هذه الخيوط لأضعاف طولها لتتحرك سلاسل جزيئاتها بالتوازى مع بعضها البعض ، ولتعود كما كانت بعد زوال قوة الشد المؤثرة عليها وذلك لترابطها مع بعضها البعض طوليا فقط.
ولكن عند اضافة الكبريت لها وبعد اتمام عملية الفلكنة بالتسخين الى اعلى من 150 درجه مئوية يتفاعل الكبريت مع جزيئاتها الغير مشبعة ليكون روابط كيميائية عرضية لتتحول من خيوط طولية كانت تنزلق على بعضها البعض بالتوازى الى ما يشبه الشبكة، حيث ترتبط خيوطها الطولية بخيوط عرضية صنعت من جزيئات الكبريت وإحقاقا للحق اصبحت الإطارات الناتجة من عملية الفلكنة اكثر متانة واشد صلابة ومقاومة للاحتكاك والتآكل، ولكن بعض هذه الاطارات يتكلف اكثر من اربعين الف جنيه مصرى وبعد تلفه وعدم صلاحية للاستخدام تصبح قيمته تساوى صفرا، بل هناك تكلفة اخرى تضاف الى ذلك للتخلص منه.
ومن هنا جاء دور الباحثين بمعهد بحوث البترول ليتمكنوا من التوصل الى عملية عكسية للفلكنة (التى قام بها العالم تشارلز جوديير ) تعرف ب Devalcanization)) حيث يتحول المطاط مره ثانية الى بلاستيك ليسمى من جديد الكاوتشوك المجدد وكلمة كاوتشوك تعنى دموع الخشب بلغة اول من انتجه فى وسط امريكا الجنوبية .
ويمكن تلخيص عملية الديفالكنيزيشن كيميائيا بأنة تم استخدام مواد كيميائية تعمل على توليد ذرات من الهيدروجين النشط اثناء التفاعل (( In Situe داخل فرن حابك (Autoclave ) وتحت ضغط ودرجة حرارة معينة وباستخدام عوامل مساعده، حيث تبدءا ذرات الهيدروجين فى التفاعل مع الكبريت الموجود بين سلاسل المطاط لتتفكك الروابط العرضية التى تكونت بفعل الكبريت، ولتخرج ذرات الكبريت من بين جزيئات المطاط على شكل غاز ثانى كبريتيد الهيدروجين H2S )) .
وللإجابة عن اى استفسارات من المتخصصين يكون اساس هذا التفاعل ما يعرف ب Water Gas Shift Reaction وذلك بستخدام غاز الاكسجين ليكون التفاعل بواسطة الشق الحر ( Free radical )عامل مساعد على انه ( Hydrogen Donating Agent ) ومن هنا امكن للباحثين بمعهد بحوث البترول بطريقة كيميائية غير مكلفة على الاطلاق تحويل الإطارات القديمة الهالكة الى اطارات جديدة لها نفس الخواص والمتانة للإطارات المصنعه من المطاط الخام.
ولابد هنا من وقفه إحقاقا للحق وعرفاننا بالدعم الذى قام به علماء شركة النقل والهندسة لصناعة الاطارات والإمكانات التى سخرتها الشركة لاتمام هذا البحث فى مجال تصنيع الاطارات من هذا المطاط المعالج من أجهزة اختبار متانة الاطارات المصنعة، ومدى صلاحيتها والتقارير التى رفعتها للمعهد عن مميزات هذا الاطار المصنع و الجديدة من الإطارات القديمة.
ومقارنته بالإطارات التى تنتجها بالفعل بجانب انهم شهداء على العصر بدراسة استنفذت اكثر من ثلاث سنوات متصلة، بينهم وبين الباحثين من المعهد اضافة وتتويجا لهذا العمل حصولنا على براءة اختراع رقم 21234 منحت بتاريخ 31/3/2001 م من مكتب براءات الاختراع المصري 
وكان من الممكن تطبيق هذا الاختراع على نطاق واسع ليوفر على مصر كم هائل من خامات الكاوتشوك والتى تستورد بملايين الدولارات سنويا، ووفرنا على كوكبنا ما يحدث له الان من كوارث بسبب التغيرات المناخية ،ووفرنا استهلاك البترول على ان المطاط الصناعى تنتج جميع أنواعه من مشتقات بترولية.
واخيرا يتعرض العالم الان الى ازمة انخفاض إنتاج المطاط الطبيعى بسبب التغيرات المناخية ومن الممكن ان تحدث ازمات عاى نطاق واسع فى عدد اطارات السيارات بكل انواعها ويرتفع ثمنها إلى أرقام فلكية من هنا سوف يدرك المسؤلين أهمية ما نفنى فيه عمرنا من ابحاث .
ولله المستعان.
