Резина с мехом

В этом тексте не будет ни одной шутки про Игру Престолов или рассказов о смузи — мы поговорим об истории зимних шин. Откуда они появились и зачем, как за последние 80 лет эволюционировал этот загадочный вид резиновых изделий и что его ждет в будущем.

Принято считать, что первая покрышка для использования при низких температурах появилась в 1934 году в Финляндии. В стране, где снег на дорогах лежит дольше, чем в России, исследователи придумали новый тип резиновой смеси, который сохранял эластичность на морозе и обеспечивал лучшее сцепление на снегу и льду. Однако в пыльных архивах можно откопать патенты, которые, в некотором смысле, предвосхитили современные зимние шины.

Еще в далеком 1896 Эрнест Брюнер запатентовал велосипедные покрышки для движения по льду. Инновация заключалась в нанесении на поверхность колеса примитивного подобия протектора, а в те годы даже столь скромное изменение смогло дать значительный результат.

Спустя четверть века братья Шеннон из США придумали колесо для использования в еще более суровых зимних условиях. Для того, чтобы улучшить сцепление с покрытием, они внедрили в конструкцию… шипы, на несколько миллиметров выступающие над поверхностью. Но тогда в ходу были, в большинстве своем, еще деревянные колеса, а металлические «когти» впервые вкрутили в диагональную покрышку лишь 12 спустя. Появления шин, выполненных по близкой к современным вариантам технологии, пришлось ждать еще дольше – до 1960-х.

Сегодня разработкой и модернизацией зимних покрышек занимаются сотни инженеров по всему миру. И если вам кажется, что создать летнюю покрышку для суперкара, которая выдерживает скорости за 300 километров в час, — это очень сложно, то попробуйте представить, сколько условий требуется соблюсти, чтобы заставить дорожную резину работать в диапазоне температур от +7 до -40 градусов по Цельсию.

Даже те, у кого была тройка по химии, могут провести простой эксперимент, наглядно демонстрирующий, почему летние шины зимой — это плохо. Возьмите обычную пластиковую вилку и положите минут на 30-40 в морозилку. По истечении получаса прежде гибкий и упругий предмет станет жестким и ломким. А теперь представьте, что вместо удобных кроссовок с амортизирующей подошвой, которая плотно прижимается к поверхности, у вас на ногах — голландские сабо. Тоже самое происходит с шинами при низких температурах: задубевший летний состав будет скакать над неровностями, уменьшая и без того малое пятно контакта, а эластичный зимний — «растечется» по поверхности, цепляясь даже за микроскопические углубления на дороге.

За счет чего инжеренам удается сохранить эластичность покрышек? За счет особого состава резиновой смеси. В резине зимних шин больше натурального каучука, присутствуют особые натуральные, масла, обладающие водоотталкивающими свойствами, часто используется оксид кремния. Поэтому наружняя поверхность шины остается гибкой, лучше цепляется за поверхность и эффективнее останавливает автомобиль. Уже на скорости 30 километров в час разница в длине тормозного пути на холодном асфальте между зимними и летними шинами составляет 8-10 метров — больше двух корпусов автомобиля! А если под колесами окажется чистый лед, то разница увеличится в геометрической прогрессии.

Поэтому на самом деле, зимние шины правильнее называть низкотемпературными — потому что польза от них будет даже в тех местах, где снег выпадает раз в несколько лет.

Как только среднесуточная температура опускается ниже 7 градусов по Цельсию — смело расчехляем второй комплект покрышек и едем на шиномонтаж. Но и раньше времени переобуваться не стоит, поскольку в теплых условиях зимняя шина имеет склонность к перегреву, работает неправильно и быстрее изнашивается. От этого страдает управляемость и возрастает тормозной путь.

Вот почему долгое время одним из главных недостатков низкотемпературных (зимних) шин были их скоростные качества — точнее, их отсутствие. На цепях нельзя разогнаться быстрее 50 км/ч, а первые составы зимних покрышек были склонны к перегреву уже на скорости в 100 километров в час. Зато сегодня передовые зимние покрышки практически догнали своих летних собратьев: несколько производителей уже сертифицировали модели с индексом скорости W (до 270 км/ч).

Столь заметный рывок в темпах развития низкотемпературных покрышек стал следствием кропотливой работы инженеров, занимающихся исследованиями и разработкой протекторов. Бесконечная гонка вооружений между шинниками привела, например, к появлению микроскопических воздушных карманов, оттягивающих из пятна контакта капли воды и частички льда подобно губке. Также в состав зимней резины почти всегда включен кварц, который помогает протектору лучше цепляться за снег и лед. А поведение «липучек» последних поколений на льду удалось улучшить благодаря внедрению микрочастиц в форме кристаллов — они работают как маленькие шипы.

Ведь в отличие от летних шин, которым лишь иногда нужно бороться с водой, зимние покрышки создаются с расчетом на то, что в ходе их эксплуатации уже сухой асфальт будет исключением. Поэтому на поверхности зимней покрышке есть несколько блоков разной формы и структуры, каждый из которых играет свою роль в общей борьбе за «грип». Часть продольных и поперечных канавок занимаются отведением воды и снежной каши из пятна контакта — в зависимости от степени влажности снега протектор либо выбрасывает его назад, либо удерживает внутри — потому что лучше всего об снег цепляется… сам снег.

Некоторые грани, особенно те, что расположены ближе к границам протектора, смотрятся нарочито острыми, но они нужны для того, чтобы шина лучше вгрызалась в снег. А тысячи надрезов толщиной с волос, которыми испещрена поверхность покрышки — те самые ламели — цепляются даже за микроскопические трещинки и неровности льда или укатанного снега, как маленькие коготки.

Если же под колесами автомобиля из всего разообразия зимних покрытий чаще всего оказывается лед, то выбор один — шипы. Инженеры крупнейших шинных компаний уже несколько десятилетий пытаются придумать идеальные шипованные покрышки. В чем проблема? Прежде всего в том, что из-за необходимости монтажа металлических элементов разработчики вынуждены использовать более жесткий состав резины для протектора, что ухудшает сцепление шины с дорогой. Вторая проблема — необходимость сохранения достаточной площади пятна контакта. На шипованных шинах это обычно достигается увеличением числа ламелей, что ведет к избыточной подвижностью протектора и ухудшению управляемости.

Кроме того у шипованных шин, как правило, протектор имеет более массивный дизайн, чем у фрикционных покрышек, — таким образом компенсируется повышенный износ резины. Поэтому шипованные колеса получаются тяжелее, а это увеличивает неподресоренные массы, снижает комфорт и ухудшает управляемость.

Зато сам шип за последние десятилетия прошел длинный путь от простой иголки до составной конструкции с использованием нескольких видов металла и наконечников сложнейших форм. Например, компания Pirelli недавно разработала шип «двойной коготь» — у него сложная форма в виде полой трапеции, одна сторона которой лучше работает на разгоне, а другая — более широкая — на торможении.

Самые экстремальные варианты шипованной резины встречаются в ледовых гонках по спидвею на мотоциклах, где в покрышки вкручивают иглы длинной по три сантиметра. В переднем колесе их умещается 90 штук, а на заднем — до 500! А в автомобильных гонках самые сложные по конструкции зимние шины используются на этапе WRC в Монте-Карло, где пилотам приходится перемещаться между асфальтовыми и снежными секциями в рамках одного спецучастка. Поэтому здесь используют особые летние шины с вручную вкрученными шипами, а между допами механики могут вручную нарезать дополнительные канавки в протекторе – в случае резкого похолодания или выпадения снега.

Для дорожных мотоциклов и спортбайков пока нет ни одной серийной зимней покрышки с шипами, но это не останавливает самых отмороженных, во всех смыслах, наездников. Они вручную устанавливают шипы по подобию «монте-карловских» шин и выезжают на лед, чтобы гонять на скорости за 250 километров в час.

Так что лучше, «липучки» или «колючки»? Однозначного ответа на этот вопрос, кажется, пока не существует. Как нет ответа на вопрос, что лучше — BMW или Mercedes, и что надежнее — «Тойота» или «Лексус».

Но уже скоро эти споры могут оказаться бессмысленными. В 2015 году был показан прототип покрышки с убирающимися шипами. И они не утапливаются под силой давления, как на многих современных шинах, — ими управляет электроника. В зависимости от состояния дороги, компьютер или водитель самостоятельно решают — выпустить когти или нет. Еще одно преимущество этой разработки состоит в том, что можно увеличить количество шипов на одно колесо, а также их размер, не нарушая действующие во многих европейских странах ограничения на использование шипованных покрышек.

Более реальный вариант повышения безопасности зимней езды разработали в Pirelli — «умную шину» Cybertyre. Такая покрышка снабжена датчиками, которые собирают данные о температуре шины и дорожного полотна, и давлении внутри покрышки, позволяя электронике анализировать уровень сцепления с покрытием, предвосхищая возможное аквапланирование или скольжение на льду. А тот кто предупрежден — тот вооружен. /m

Интересные факты: