چسبندگی لاستیک تایر

فرمول یک ایران – پیشتر در مورد نحوه چگونگی کارکرد لاستیک تایر صحبت کردیم، حال باید در مورد چگونگی تولید چسبندگی صحبت کنیم.

چسبندگی به عنوان یک ضریب اصطکاک بین سطح لاستیک تایر و سطح پیست مسابقه تعریف می شود. این اصطکاک بستگی به یک سری فاکتور ها دارد که شامل سختی پیست، نوع پیست، دما و رفتار لاستیک می شود. این فاکتور ها در نهایت روی تغییر شکل و ویسکوزیته لاستیک تایر تاثیر می گذارد که در کنار هیسترزیس تایر، فاکتور های کلیدی برای تولید چسبندگی به حساب می آیند.

یک تایر بر اساس دو نوع مکانیزم تنش، چسبندگی تولید می کند:

چسبندگی مولکولی دندانه گذاری

اینجا جایی است که سختی سطح جاده، باعث تحریک ماده لاستیک می شود. از آنجایی که لاستیک تایر یک ویسکوالاستیک است وقتیکه روی سطح جاده می لغزد دچار انحراف و وفق پذیری به سطح آن می شود. بنابراین، وقتیکه بلوک آج به یک برجستگی روی سطح جاده برخورد می کند، تغییر شکل میدهد اما به دلیل هیسترزیس لاستیک، بلافاصله به حالت اولیه و اصلی خودش بر نمی گردد.

این تغییر شکل نامتقارن لاستیک باعث ایجاد نیروی عکس العملی می شود که در جهت مخالف با لغزش است یعنی به عبارت دیگر باعث ایجاد نیروی اصطکاک (چسبندگی) می شود.

ما می توانیم مسئله دندانه شدن را با همان مثال فنر و دمپر مقاله، چطور یک لاستیک تایر کار می کند به تصویر بکشیم. وقتیکه لاستیک به یک برامدگی/برجستگی برخورد می کند، فنر و دمپر فشرده می شود اما ویسکوزیته روغن درون دمپر در برابر جا به جایی مقاومت می کند که باعث ایجاد حرارت می شود.

پس از برامدگی، وقتیکه نیرو حذف می شود، مقاومت موجود در دمپر، پیستون را به عقب فشار می دهد اما به نقطه موقعیت اصلی آن این کار را نمی کند. هیسترزیس دمپر و اتلاف انرژی به سبک حرارت، به یک تغییر شکل نامتقارن لاستیک ختم می شوند که یک نیروی مماس X که در نمودار بالا نشان داده شده است ایجاد می کند.

دندانه شدن زمان رخ می دهد که لاستیک تایر با برجستگی های جاده در محدوده چندمیلیمتر(ماکروتکسچر) تا چند میکرون(میکروتکسچر) برخورد می کند و چسبندگی هنوز به این شکل وقتیکه جاده خیس است نیز می تواند تولید شود.

چسبندگی مولکولی

این چیزی است که وقتیکه برخورد های مولکولی بین سطح لاستیک تایر و سطح پیست رخ می دهد که چسبندگی تولید می کند. به طور کل، زنجیره مولکولی یک سری پیوندهایی را با سطح جاده تشکیل می دهد.

وقتیکه تایر به لغزش خودش روی سطح ادامه می دهد، این زنجیره ها کشیده می شوند و ویسکوزیته لاستیک ها در برابر تغییر شکل مقاومت می کنند و تولید نیروی اصطکاک می کنند که در خلاف جهت لغزش می باشند. سپس این پیوند مجددا می شکند و دوباره در ادامه شکل می گیرد. به این روش، زنجیره مولکولی لاستیک این چرخه کشش و شکسته شدن را دنبال می کند که یک نتیجه ویسکو الاستیک ایجاد می کند.

این نتیجه بلافاصله انرژی پیوندها را با یک ضریبی چند برابر می کند که این ضریب نیز خودش به دمای لاستیک و سرعت لغزش بستگی دارد.

چسبندگی مولکولی علت پشت این موضوع است که چرا اثر یک سری از تکه ها یا رد لاستیک روی پیست باقی می ماند. پیوندهای مولکولی یا می تواند از پیست شکسته شوند یا از خود تایر که در این وضعیت، مولکول های لاستیک از تایر پاره می شوند و روی سطح پیست باقی می مانند.

این میزان لاستیک می تواند روی مسیر مسابقه ای قرار بگیرد که باعث افزایش چسبندگی سطح پیست شود به این خاطر که تایرها در آن لحظه با لاستیک روی سطح پیست تماس دارند به جای اینکه با خود پیست در تماس باشند. یا اگر اینکه دما خیلی بالا باشد و تایر در حال فرسایش، اثر لاستیک می تواند در حد و اندازه ماربل های بزرگ روی مسیر مسابقه ای قرار بگیرد که باعث کاهش چسبندگی می شود.

نکته کلیدی

چسبندگی به علت 1) دندانه شدن و 2) چسبندگی مولکولی ایجاد می شود. جفت این مکانیزم ها بستگی به هیسترزیس، تغییر شکل و ویسکوزیته لاستیک دارد. دندانه شدن جایی رخ می دهد که سختی پیست باعث تحریک لاستیک تایر می شود. در حالیکه، چسبندگی مولکولی در ازای برخورد بین لاستیک تایر و پیست به وجود می آید.