Ελαστικό

Ένα ελαστικό ή λάστιχο (στην καθομιλουμένη) είναι εξάρτημα σε σχήμα δακτυλίου που περιβάλλει το χείλος ενός τροχού για να μεταφέρει το φορτίο ενός οχήματος από τον άξονα μέσω του τροχού στο έδαφος και να παρέχει πρόσφυση στην επιφάνεια πάνω από την οποία κινείται ο τροχός. Τα περισσότερα ελαστικά, όπως αυτά για αυτοκίνητα και ποδήλατα, είναι κατασκευές φουσκωμένες με αέρα, οι οποίες παρέχουν επίσης ένα εύκαμπτο μαξιλάρι που απορροφά τους κραδασμούς καθώς το ελαστικό κυλάει πάνω από τραχιά στοιχεία στην επιφάνεια. Τα ελαστικά παρέχουν ένα αποτύπωμα, που ονομάζεται μπάλωμα, το οποίο έχει σχεδιαστεί για να ταιριάζει με το βάρος του οχήματος με τη φέρουσα αντοχή της επιφάνειας στην οποία περνάει, παρέχοντας πίεση που δεν παραμορφώνει υπερβολικά την επιφάνεια. Τα υλικά των σύγχρονων πνευματικών ελαστικών είναι συνθετικό καουτσούκ, φυσικό καουτσούκ, ύφασμα και σύρμα, μαζί με αιθάλη και άλλες χημικές ενώσεις. Αποτελούνται από πέλμα και σώμα. Το πέλμα παρέχει πρόσφυση ενώ το σώμα συγκρατεί πεπιεσμένο αέρα. Πριν αναπτυχθεί το καουτσούκ, τοποθετούνταν απλές λωρίδες μετάλλου γύρω από ξύλινους τροχούς για την αποφυγή φθοράς. Τα πρώιμα ελαστικά από καουτσούκ ήταν συμπαγή (όχι πνευματικά). Τα πνευματικά ελαστικά χρησιμοποιούνται σε πολλούς τύπους οχημάτων, όπως αυτοκίνητα, ποδήλατα, μοτοσικλέτες, λεωφορεία, φορτηγά, βαρύ εξοπλισμό και αεροσκάφη. Ελαστικά από συμπαγές καουτσούκ (ή άλλο πολυμερές) εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σε διάφορες μη αυτοκινητικές εφαρμογές, όπως καρότσια, χλοοκοπτικά και καροτσάκια.

 Τα πρώτα ελαστικά ήταν ταινίες από δέρμα και μετά από σίδηρο (αργότερα χάλυβα) που τοποθετούνταν σε ξύλινους τροχούς που χρησιμοποιούνται σε καροτσάκια και άμαξες. Ένας ειδικευμένος εργάτης θα έκανε το μέταλλο να διασταλεί θερμαίνοντάς το στη φωτιά, το τοποθετούσε πάνω από τον τροχό και να το κρύωνε, προκαλώντας τη συστολή του μετάλλου στο αρχικό του μέγεθος, ώστε να εφαρμόζει σφιχτά στο ρόδα. Το πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για αυτό που φαίνεται να είναι ένα τυπικό πνευματικό ελαστικό κατατέθηκε το 1847 από τον Σκωτσέζο εφευρέτη Ρόμπερτ Ουίλιαμ Τόμσον. Ωστόσο, αυτό δεν μπήκε ποτέ στην παραγωγή. Το πρώτο πρακτικό πνευματικό ελαστικό κατασκευάστηκε το 1888 στην Μέι Στρειτ, στο Μπέλφαστ, από τον γεννημένο στη Σκωτία Τζον Μπόιντ Ντάνλοπ, ιδιοκτήτη ενός από τα πιο ακμάζοντα κτηνιατρικά ιατρεία της Ιρλανδίας. Ήταν μια προσπάθεια να αποτρέψει τους πονοκεφάλους του 10χρονου γιου του Τζόνι, ενώ οδηγούσε το τρίκυκλό του σε ανώμαλα πεζοδρόμια. Ο γιατρός του, ο Τζον, αργότερα ο σερ Τζον Φάγκαν, είχε συνταγογραφήσει το ποδήλατο ως άσκηση για το αγόρι. Ο Φάγκαν συμμετείχε στο σχεδιασμό των πρώτων πνευματικών ελαστικών. Ο ποδηλάτης Γουίλι Χιουμ έδειξε την υπεροχή των ελαστικών του Ντάνλοπ το 1889, κερδίζοντας τους πρώτους αγώνες του ελαστικού στην Ιρλανδία και στη συνέχεια στην Αγγλία. Στο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας ελαστικών του Ντάνλοπ με ημερομηνία 31 Οκτωβρίου 1888, το ενδιαφέρον του είναι μόνο στη χρήση του σε ποδήλατα και ελαφρά οχήματα. Τον Σεπτέμβριο του 1890, ενημερώθηκε ότι είχε αναπτυχθεί από κάποιον άλλο νωρίτερα, αλλά η εταιρεία κράτησε τις πληροφορίες για τον εαυτό της.Το 1892, το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας του Ντάνλοπ κηρύχθηκε άκυρο λόγω της προηγούμενης τέχνης από τον ξεχασμένο συνάδελφό του Σκωτσέζου Ρόμπερτ Γουίλιαμ Τόμσον του Λονδίνου (διπλώματα ευρεσιτεχνίας Λονδίνο 1845, Γαλλία 1846, ΗΠΑ 1847), αν και ο Ντάνλοπ πιστώνεται ότι «συνειδητοποίησε ότι το καουτσούκ μπορούσε να αντέξει τη φθορά του ελαστικό διατηρώντας την ελαστικότητά του». Ο Τζον Μπόιντ Ντάνλοπ και ο Χάρβεϊ ντυ Κρος εργάστηκαν μαζί στις σημαντικές δυσκολίες που ακολούθησαν. Απασχόλησαν τον εφευρέτη Τσαρλς Κίνγκστον Γουέλτς και απέκτησαν επίσης άλλα δικαιώματα και διπλώματα ευρεσιτεχνίας που τους επέτρεψαν κάποια περιορισμένη προστασία της θέσης της επιχείρησής τους. Η εταιρεία ονομαζόταν αρχικά Pneumatic Tire, αλλά έγινε αργότερα Dunlop Rubber και Dunlop Tires. Η ανάπτυξη αυτής της τεχνολογίας εξαρτάται από τις μυριάδες προόδους της μηχανικής, συμπεριλαμβανομένου του βουλκανισμού φυσικού καουτσούκ με θείο, καθώς και από την ανάπτυξη της στεφάνης για τη συγκράτηση του ελαστικού πλευρικά στη στεφάνη του τροχού. Τα συνθετικά καουτσούκ εφευρέθηκαν στα εργαστήρια της Bayer τη δεκαετία του 1920. Οι ελλείψεις καουτσούκ στο Ηνωμένο Βασίλειο κατά τη διάρκεια του Β 'Παγκοσμίου Πολέμου οδήγησαν στην έρευνα για εναλλακτικές λύσεις στα ελαστικά από καουτσόκ με προτάσεις όπως δέρμα, συμπιεσμένος αμίαντος, ρεγιόν, τσόχα, τρίχες και χαρτί. Το 1946, η Michelin ανέπτυξε τη μέθοδο κατασκευής των ακτινωτών ελαστικών. Η Michelin είχε αγοράσει την χρεοκοπημένη αυτοκινητοβιομηχανία Citroën το 1934, οπότε μπόρεσε να εφαρμόσει αμέσως αυτή τη νέα τεχνολογία. Λόγω της υπεροχής της στο κράτημα και την οικονομία καυσίμου, η χρήση αυτής της τεχνολογίας εξαπλώθηκε γρήγορα σε όλη την Ευρώπη και την Ασία. Στις ΗΠΑ, η απαρχαιωμένη κατασκευή ελαστικών παρέμεινε, έως ότου η Ford Motor Company υιοθέτησε τα ακτινωτά ελαστικά στις αρχές της δεκαετίας του 1970, μετά από ένα άρθρο του 1968 σε ένα επιδραστικό αμερικανικό περιοδικό, Consumer Reports, που υπογράμμιζε την υπεροχή της ακτινωτής κατασκευής. Η αμερικανική βιομηχανία ελαστικών έχασε το μερίδιο αγοράς της από Ιάπωνες και Ευρωπαίους κατασκευαστές, που εξαγόρασαν αμερικανικές εταιρείες. Τα ελαστικά μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα με τον τύπο του οχήματος που εξυπηρετούν. Μπορούν να διακρίνονται από το φορτίο που μεταφέρουν και από την εφαρμογή τους, π.χ. σε μηχανοκίνητο όχημα, αεροσκάφος ή ποδήλατο. Ελαστικά ελαφρού τύπου για επιβατικά οχήματα μεταφέρουν φορτία από 250 με 500 κιλά στον κινητήριο τροχό. Ελαφρά έως μεσαία φορτηγά και φορτηγά μεταφέρουν φορτία από 500 με 1.500 κιλά στον κινητήριο τροχό. Διαφοροποιούνται βάσει της βαθμολογίας ταχύτητας για διαφορετικά οχήματα, όπως (ξεκινώντας από τη χαμηλότερη ταχύτητα έως την υψηλότερη): χειμερινά ελαστικά, ελαστικά ελαφρών φορτηγών, ελαστικά αυτοκινήτων εισαγωγικού επιπέδου, σεντάν και φορτηγά, σπορ σεντάν και αυτοκίνητα υψηλών επιδόσεων. Εκτός από τα ελαστικά δρόμου, υπάρχουν ειδικές κατηγορίες: χιονολάστιχα, όλων των εποχών, όλων των εδαφών, για λάσπη και για υψηλές επιδόσεις. Τα ελαστικά βαρέως τύπου για μεγάλα φορτηγά και λεωφορεία διατίθενται σε διάφορα προφίλ και μεταφέρουν φορτία από 1.800 με 2.500 κιλά στον κινητήριο τροχό. Αυτά συνήθως τοποθετούνται παράλληλα στον κινητήριο άξονα. Μετά την ανακοίνωση του 1968 Consumer Reports για την ανωτερότητα της ακτινωτής σχεδίασης, τα ακτινωτά ελαστικά ξεκίνησαν μια αδυσώπητη άνοδο στο μερίδιο αγοράς, φτάνοντας το 100% της αγοράς της Βόρειας Αμερικής τη δεκαετία του 1980. Η τεχνολογία ακτινωτών ελαστικών είναι πλέον η βασική σχεδίαση για όλα τα ελαστικά αυτοκινήτων, αλλά έχουν χρησιμοποιηθεί άλλες μέθοδοι.Η κατασκευή ακτινωτού ελαστικού χρησιμοποιεί κορδόνια που εκτείνονται κατά μήκος του πέλματος έτσι ώστε τα κορδόνια να τοποθετούνται σε περίπου ορθή γωνία προς την κεντρική γραμμή του πέλματος και παράλληλα μεταξύ τους, καθώς και ιμάντες σταθεροποίησης ακριβώς κάτω από το πέλμα. Οι ζώνες μπορεί να είναι από κορδόνι ή χάλυβα. Τα πλεονεκτήματα αυτής της κατασκευής περιλαμβάνουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής του πέλματος, καλύτερο έλεγχο του συστήματος διεύθυνσης, λιγότερες ρήξεις, βελτιωμένη οικονομία καυσίμου και χαμηλότερη αντίσταση κύλισης. Τα μειονεκτήματα του ακτινωτού ελαστικού είναι η πιο δύσκολη οδήγηση σε χαμηλές ταχύτητες σε ανώμαλους δρόμους και στο πλαίσιο εκτός δρόμου, η μειωμένη ικανότητα «αυτοκαθαρισμού» και η χαμηλότερη ικανότητα πρόσφυσης στις χαμηλές ταχύτητες.Ο άλλος τύπος ελαστικών είναι τα διαγώνια ελαστικά, αποτελούμενα από λωρίδες που ξεκινούν από το όριο του ελαστικού με γωνία 30 με 40 μοιρών, με διαδοχικές λωρίδες να τοποθετούνται υπό γωνία, σχηματίζοντας ένα διαγώνιο μοτίβο. Τα ελαστικά χωρίς σωλήνα είναι πνευματικά ελαστικά που δεν απαιτούν ξεχωριστό εσωτερικό σωλήνα. Τα ημιπνευματικά ελαστικά έχουν κοίλο κέντρο, αλλά δεν είναι υπό πίεση. Είναι ελαφριά, χαμηλού κόστους, ανθεκτικά στη διάτρηση και παρέχουν απορρόφηση κραδασμών. Αυτά τα ελαστικά έρχονται συχνά μαζί με τον τροχό και ακόμη και ενσωματωμένα ρουλεμάν. Χρησιμοποιούνται σε χλοοκοπτικά, αναπηρικά αμαξίδια και καροτσάκια. Μπορούν επίσης να είναι ανθεκτικά, συνήθως χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές εφαρμογές, και έχουν σχεδιαστεί για να μην βγαίνουν από το χείλος τους κατά τη χρήση. Ένα ελαστικό χωρίς αέρα είναι ένα μη πνευματικό ελαστικό που δεν υποστηρίζεται από την πίεση του αέρα. Χρησιμοποιούνται πιο συχνά σε μικρά οχήματα, όπως αμάξια του γκολφ, και σε οχήματα κοινής ωφέλειας σε καταστάσεις όπου ο κίνδυνος διάτρησης είναι υψηλός, όπως σε εξοπλισμό κατασκευής. Πολλά ελαστικά που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές και εμπορικές εφαρμογές είναι μη πνευματικά και κατασκευάζονται από συμπαγές καουτσούκ και πλαστικές ενώσεις μέσω εργασιών χύτευσης. Τα συμπαγή ελαστικά περιλαμβάνουν αυτά που χρησιμοποιούνται για χλοοκοπτικά, σκέιτμπορντ, πατίνια και πολλούς τύπους ελαφρών βιομηχανικών οχημάτων, καροτσιών και τρέιλερ. Μία από τις πιο κοινές εφαρμογές για συμπαγή ελαστικά είναι για εξοπλισμό χειρισμού υλικών (περονοφόρα ανυψωτικά). Τέτοια ελαστικά τοποθετούνται μέσω υδραυλικής πρέσας ελαστικών. Τα πνευματικά ελαστικά κατασκευάζονται σε περίπου 450 εργοστάσια ελαστικών σε όλο τον κόσμο. Η παραγωγή ελαστικών ξεκινά με χύμα πρώτες ύλες όπως καουτσούκ, αιθάλη και χημικά και παράγει πολυάριθμα εξειδικευμένα εξαρτήματα που συναρμολογούνται και υπόκεινται σε επεξεργασία. Χρησιμοποιούνται πολλά είδη καουτσούκ, το πιο συνηθισμένο είναι το συμπολυμερές στυρενίου-βουταδιενίου.Το 2004, 80 δισεκατομμύρια δολάρια ελαστικών πωλήθηκαν παγκοσμίως, το 2010 ήταν 140 δισεκατομμύρια δολάρια (περίπου 34% αύξηση προσαρμοσμένη στον πληθωρισμό) και αναμένεται να αυξηθεί στα 258 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως μέχρι το 2019. Το 2015, οι ΗΠΑ κατασκεύασαν σχεδόν 170 εκατομμύρια ελαστικά. Πάνω από 2,5 δισεκατομμύρια ελαστικά κατασκευάζονται ετησίως, καθιστώντας τη βιομηχανία ελαστικών σημαντικό καταναλωτή φυσικού καουτσούκ.Από το 2011, οι τρεις κορυφαίες εταιρείες κατασκευής ελαστικών βάσει εσόδων ήταν η Bridgestone (κατασκευή 190 εκατομμυρίων ελαστικών), η Michelin (184 εκατομμύρια), η Goodyear (181 εκατομμύρια). Ακολουθούσαν η Continental και η Pirelli. Ο όμιλος Lego παρήγαγε πάνω από 318 εκατομμύρια ελαστικά παιχνιδιών το 2011 και αναγνωρίστηκε από τα Ρεκόρ Γκίνες ως η υψηλότερη ετήσια παραγωγή ελαστικών από οποιονδήποτε κατασκευαστή. Για να διατηρηθεί η υγεία του ελαστικού, είναι κατάλληλες διάφορες ενέργειες, όπως η περιστροφή του ελαστικού, η ευθυγράμμιση των τροχών και, μερικές φορές, η αναγόμωση του ελαστικού. Το φούσκωμα είναι το κλειδί για τη σωστή φθορά και αντίσταση κύλισης των πνευματικών ελαστικών. Πολλά οχήματα διαθέτουν συστήματα παρακολούθησης για τη διασφάλιση του κατάλληλου φουσκώματος. Κίνδυνοι ελαστικών μπορεί να προκύψουν από αστοχία του ίδιου του ελαστικού ή από απώλεια πρόσφυσης στην επιφάνεια πάνω στην οποία κυλά. Τα ελαστικά ενδέχεται να αποτύχουν για οποιονδήποτε από διάφορους λόγους, όπως: Διαχωρισμός ζώνης — Ο διαχωρισμός ζώνης μπορεί να είναι ζώνη σε ζώνη, πέλμα και ζώνη ή διαχωρισμός της άκρης της ζώνης. Ο διαχωρισμός ζώνης σε ζώνη μπορεί να προκύψει όταν το ελαστικό εκτρέπεται υπερβολικά, από υψηλές θερμοκρασίες οδοστρώματος, από πρόσκρουση κινδύνου από το δρόμο και άλλες αιτίες που σχετίζονται με τη συντήρηση και την αποθήκευση. Διαχωρισμοί όχι-ζώνης — Αυτοί οι διαχωρισμοί περιλαμβάνουν εκείνους στο πέλμα του ελαστικού, στην περιοχή των σφαιριδίων, στο κάτω πλευρικό τοίχωμα, μεταξύ των ενισχυτικών στρώσεων και των υλικών από χάλυβα ή ύφασμα ενίσχυσης. Άλλοι — Άλλοι τύποι αστοχιών περιλαμβάνουν ζημιές λόγω φθοράς, χημική υποβάθμιση, ρωγμές, εσοχές και εξογκώματα Λιώσιμο καουτσούκ — Καθώς θερμαίνονται οι ενώσεις καουτσούκ των ελαστικών, λόγω της τριβής του σταματήματος, της στροφής ή της επιτάχυνσης, μπορεί να αρχίσουν να λιώνουν, να λιπαίνουν την περιοχή επαφής ελαστικού-δρόμου και να εναποτίθενται στο οδόστρωμα. Αυτό είναι εντονότερο με αυξημένη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Υδρολίσθηση — Τα ελαστικά μηχανοκίνητων οχημάτων ή αεροσκαφών που περνούν πάνω από βρεγμένο οδόστρωμα μπορεί να χάσουν την επαφή με επαρκή ταχύτητα ή βάθος νερού για ένα δεδομένο σχέδιο πέλματος. Σε αυτήν την περίπτωση, η περιοχή επαφής του ελαστικού κινείται σε μια μεμβράνη νερού και χάνει την τριβή που απαιτείται για το φρενάρισμα ή τις στροφές και αρχίζει να ολισθαίνει. Η υδρολίσθηση μπορεί να συμβεί ως δυναμική υδρολίσθηση όπου υπάρχει στάσιμο νερό με βάθος τουλάχιστον 3 χιλιοστά πάνω από την υφή του οδοστρώματος και η ταχύτητα διατηρείται πάνω από ένα επίπεδο. Μπορεί επίσης να εμφανιστεί ως παχύρρευστη υδρολίσθηση κατά την οποία το καουτσούκ του ελαστικού λιώνει για ένα σύντομο διάστημα και προκαλεί ολίσθηση. Αυτό μπορεί να αφήσει εναποθέσεις καουτσούκ στον δρόμο. Η δυναμική υδρολίσθηση προκαλεί μειωμένη τριβή και επαφή με αυξημένη ταχύτητα ελαστικού. Χιόνι — Ο βαθμός στον οποίο ένα ελαστικό μπορεί να διατηρήσει την πρόσφυση στο χιόνι εξαρτάται από την ικανότητά του να συμπυκνώνει το χιόνι, το οποίο υλικό στη συνέχεια αναπτύσσει αντοχή έναντι ολίσθησης κατά μήκος ενός διατμητικού επιπέδου παράλληλου με την περιοχή επαφής του ελαστικού στο έδαφος. Ταυτόχρονα, το κάτω μέρος των πέλματος των ελαστικών συμπιέζει το χιόνι στο οποίο ακουμπά, δημιουργώντας επίσης τριβή. Η διαδικασία συμπίεσης του χιονιού μέσα στα πέλματα απαιτεί την έγκαιρη αποβολή του ώστε το πέλμα να συμπιέσει εκ νέου το χιόνι στην επόμενη περιστροφή. Η διαδικασία συμπίεσης/επαφής λειτουργεί τόσο προς την κατεύθυνση της διαδρομής για την πρόωση και το φρενάρισμα, αλλά και πλευρικά για τις στροφές. Πάγος — Ο πάγος είναι συνήθως κοντά στο σημείο τήξης του όταν ένα ελαστικό ταξιδεύει από πάνω του. Αυτό, σε συνδυασμό με την ομαλή υφή, προάγει χαμηλό συντελεστή τριβής και μειωμένη πρόσφυση κατά το φρενάρισμα, τις στροφές ή την επιτάχυνση. Μαλακό έδαφος — Το έδαφος μπορεί να λιπαίνεται με νερό, γεγονός που μειώνει την ικανότητά του να διατηρεί διατμητική αντοχή όταν ένα ελαστικό προσπαθεί να ασκήσει δύναμη στην επιτάχυνση, στο φρενάρισμα ή στις στροφές. Η ξηρή άμμος έχει επίσης χαμηλή αντοχή στη διάτμηση, λόγω της κακής συνοχής μεταξύ των σωματιδίων της άμμου. Μόλις απορριφθούν τα ελαστικά, θεωρούνται σκραπ. Τα σκραπ λάστιχα συχνά επαναχρησιμοποιούνται για πράγματα, από προφυλακτήρες αυτοκινήτων έως βάρη για να συγκρατούν μουσαμά. Τα ελαστικά δεν είναι επιθυμητά στους χώρους υγειονομικής ταφής, λόγω του μεγάλου όγκου τους και του 75% κενού χώρου, που καταναλώνει γρήγορα πολύτιμο χώρο. Τα ελαστικά από καουτσούκ είναι πιθανό να περιέχουν κάποια ίχνη βαρέων μετάλλων ή άλλων σοβαρών ρύπων, αλλά αυτά είναι στενά συνδεδεμένα με την πραγματική ένωση καουτσούκ, επομένως είναι απίθανο να είναι επικίνδυνα εκτός εάν η δομή του ελαστικού έχει υποστεί σοβαρή ζημιά από φωτιά ή ισχυρά χημικά. Ορισμένες εγκαταστάσεις επιτρέπεται να ανακυκλώνουν σκραπ ελαστικών μέσω θρυμματισμού και επεξεργασίας σε νέα προϊόντα ή πώλησης του υλικού σε αδειοδοτημένες μονάδες ηλεκτροπαραγωγής για καύσιμα. Ορισμένα ελαστικά μπορούν επίσης να αναγομωθούν για επαναχρησιμοποίηση. Τα ελαστικά μπορούν να ανακυκλωθούν, μεταξύ άλλων, στην άσφαλτο θερμής τήξης, τυπικά ως ανακυκλωμένο ασφαλτικό οδόστρωμα, και ως αδρανή σε σκυρόδεμα Πόρτλαντ. Τα τεμαχισμένα ελαστικά μπορούν να δημιουργήσουν λάστιχο στις παιδικές χαρές για να μειώσουν τους τραυματισμούς από πτώση. Υπάρχουν κάποια «πράσινα» κτίρια που είναι κατασκευασμένα από παλιά ελαστικά.Η μέθοδος πυρόλυσης ελαστικών για την ανακύκλωση μεταχειρισμένων ελαστικών είναι μια τεχνική που θερμαίνει ολόκληρα ή τεμαχισμένα ελαστικά σε δοχείο αντιδραστήρα που περιέχει ατμόσφαιρα απαλλαγμένη από οξυγόνο και πηγή θερμότητας. Στον αντιδραστήρα το καουτσούκ μαλακώνει και μετά τα πολυμερή του καουτσούκ διασπώνται συνεχώς σε μικρότερα μόρια.