Analysis of Auto Tyre Minim Leak

Abstract: The paper introduces the full microcosmic process of auto tyre minim leak,  and the three kinds of factor affecting leak,  rubber material; temperature; the kinds of gas. At last the paper introduces the way of reducing auto tyre leak quantity.

Keywords: toothful leak,  permeability,  diffusivity coefficient D,  test

一、概述

    一個汽（qì）車輪胎，在充足（zú）氣以後，使用（yòng）6～12個月，會出現不（bú）同程度的胎壓下降，對輪胎（tāi）進行檢查，一（yī）般也不會發現有泄漏（lòu）點。這（zhè）樣的微泄漏，通常並不是輪胎胎體、氣門受到了損傷，而是由於完好無損（sǔn）的輪胎材料本身氣體滲透所（suǒ）造成的。本文（wén）將（jiāng）從微觀上（shàng）對造成（chéng）汽車輪胎微泄漏的一（yī）些原因進行（háng）分析，希望對汽車輪胎的生產和使用者能（néng）有所幫助。

二、氣體穿過輪胎橡膠層的過程（chéng）分析

汽車輪胎內的氣體壓力一般為0.2～0.25MPa ，也就是說輪胎內（nèi）氣體分子的密度是輪胎外氣體分子（zǐ）密度（dù）的2～2.5倍，這（zhè）樣（yàng）在輪胎內外就形成（chéng）了氣體（tǐ）分子（zǐ）的濃度差。從微觀的角（jiǎo）度來看氣（qì）體分子穿過輪（lún）胎橡膠層是按以下步驟進行的（如圖1所示）：

1 在輪（lún）胎內側，高壓高濃度的氣體原子或分（fèn）子在熱運動過程中不斷碰撞到輪胎的內表麵；

2 氣（qì）體原子或分子逐漸溶解到輪（lún）胎內側的橡膠材料內；

3 氣體分子在胎內側的橡（xiàng）膠（jiāo）表麵達到溶解平衡；

4 由於濃度梯度的存在，氣體分子向輪胎外側的橡膠（jiāo）材（cái）料內擴散（sàn）；

5 擴散到橡膠外側的（de）氣體分（fèn）子解吸至空氣中。

氣體分子不停地進行上述過程，最後導致輪胎的壓力越（yuè）來越低。這（zhè）種滲透過程非常細微，用常規的檢

測方法無法檢測到。

 圖1. 氣體分子滲（shèn）透過程示（shì）意圖

三（sān）、影響氣體滲（shèn）透的因素

㈠ 輪胎材料本身的（de）的影響。

    如圖1所示氣體（tǐ）穿過橡膠層的幾個步驟（zhòu）中，擴散是（shì）氣體滲透過程中最慢又是（shì）最關鍵的步驟，當同一種（zhǒng）氣體透過不同的材料時，氣體滲透量主（zhǔ）要取決於氣體在材料中（zhōng）的（de）擴散係數。氣體的（de）擴散現象遵循Fick Law（費克（kè）定律）：

式中，J ——擴散量，單位為g/s

A ——擴散發生的截麵（miàn）積，單位（wèi）為m²

D——擴散係（xì）數，單位為m²/s

c₁——濃度，單位為g/m³

z——距離，單位為m。

    這是費克定律的一種（zhǒng）形式。費克稱其中的（de）D為“決定於物體本性的常數（shù）”，這就是擴散係數，擴散係數D取決於氣（qì）體和材料之間的分配係數。不同橡膠材料的D是不同的，即使是同一種橡（xiàng）膠材料，由於原料、生產工藝的不同，其物性（xìng）常數D也會有所差異。

    需要強調的（de）是，橡膠（jiāo）材料在使用過程中，會逐漸老化，其常數（shù）D也會（huì）隨之變化。

㈡ 溫（wēn）度的影（yǐng）響

    擴散係數D與溫度有關，溫度越高，高分子鏈運動越劇烈，氣（qì）體分子擴散越容（róng）易，擴散係數D隨溫（wēn）度的升高（gāo）而增加。擴散係（xì）數D和溫（wēn）度的關係遵循Arrhenius公式：

式中，T ——溫度，單位為K

△E₀——擴散活化能，單位為J/ mol

D₀——無限稀釋情（qíng）況下滲透組分（fèn）的擴散係數，單位為m²/s

R——普適氣體（tǐ）常數，數值為8.3143J/K·mol

㈢ 胎內充填氣體的影響

    汽車輪胎（tāi）充填的氣體為壓縮空氣時，氣體（tǐ）內通常含有水分、油（yóu），會使輪圈（quān）電鍍（dù）層被空氣中的氧氣（qì）氧化，而導致密封不嚴密，造成胎內氣體（tǐ）外泄。同時由於水分、油、氧氣的存在（zài），也會加劇輪胎橡（xiàng）膠的老化，而加速氣體的滲透。

    在Arrhenius公式中，ΔE_D表示擴散活化能，它隨氣體分子（zǐ）直徑（jìng）的增加而增大，分子直徑的微小變化，會引（yǐn）起ΔE₀的迅速增加，而導致分子擴散困難。表1中列舉了空氣中含量比較高的幾種氣體（tǐ）分子的直徑。經試驗驗（yàn）證，對（duì）於同一種（zhǒng）橡膠，氧氣的滲透量約是氮氣4倍，二氧化碳的滲透量約是氮氣的8倍。這就是為什麽輪胎總是（shì）選擇充氮氣的原因。

表1 氣（qì）體分子尺寸

四（sì）、減少氣體（tǐ）微泄露的（de）幾個（gè）辦法（fǎ）

    對（duì）於汽車輪胎生產廠家來說，對於不同材料、不同工藝生（shēng）產出來的橡膠材（cái）料，要加強檢測，並對（duì）測（cè）試結果進行（háng）比對，堅持檢測數據指導科研，檢（jiǎn）測數據（jù）指導生產，針對檢測結（jié）果不斷調整工藝、配方，努力把（bǎ）輪胎橡膠材料（liào）的擴散係數D降下來。另外根據Fick Law，適當地增加輪胎橡膠材料的厚度，也可以（yǐ）降低氣體滲透（tòu）量，再者選擇適合的大分子（zǐ）直徑氣體做為胎壓氣體。

    對於使用（yòng）者來說，汽車輪胎應盡量充（chōng）填純淨的的氮氣，氮氣（qì）分子不僅直徑比較大，並且還有相當（dāng）的（de）惰性，在相同條件下，不僅其滲透量比（bǐ）較小，還可以減緩輪胎橡膠的老化。

 參考文獻：

［1］       GB/T 7755——2003 硫化橡膠或熱塑性橡膠（jiāo）  透氣性的測定

［2］       李尹熙.汽車用非金屬材料  北京：北（běi）京理工大學出版社，1999

［3］       趙江.中（zhōng）國包裝報/軟包（bāo）裝（zhuāng）周刊，2005年第72期第6版