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

    一個汽車輪胎，在充足氣以後，使用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（yě）不會發現有（yǒu）泄漏點。這樣的微泄漏，通常並不是輪胎胎體、氣門受到了損傷，而是由於完好無損的輪（lún）胎材料本身氣體滲透所造成的。本文將從微觀上對造成汽車輪胎（tāi）微泄漏的一些原因進行分析，希望（wàng）對汽車輪（lún）胎的生產和使用者能有（yǒu）所幫助。

二、氣（qì）體穿過輪胎橡（xiàng）膠層（céng）的過程（chéng）分析

汽車輪胎內的氣體壓（yā）力一般為0.2～0.25MPa ，也就是（shì）說輪胎（tāi）內氣體分子的密度是輪胎外氣體（tǐ）分子密度的2～2.5倍，這樣在輪胎內外就形（xíng）成了氣體分子的濃度差。從微（wēi）觀的角度來（lái）看氣體分子穿過輪胎橡膠層是按以下步驟進行的（如圖1所示）：

1 在輪胎內側，高壓高濃度的氣體原子或分子（zǐ）在（zài）熱運動過程中不斷碰撞（zhuàng）到輪胎的內表麵（miàn）；

2 氣體原子（zǐ）或分子逐漸溶解到（dào）輪胎內側的橡膠材料內；

3 氣體分子在胎內側的橡膠表麵達（dá）到溶解平衡；

4 由於濃度梯度的存在，氣（qì）體（tǐ）分子向輪胎外側的橡膠（jiāo）材料內擴散；

5 擴散到橡膠外側的氣體分子解吸至空氣中。

氣體分子不停地（dì）進行（háng）上述過程，最後導致輪胎的壓力（lì）越來越（yuè）低。這種滲（shèn）透過（guò）程非常細微，用常規的檢

測方（fāng）法無法（fǎ）檢測到。

 圖1. 氣體分子滲透過程示意圖

三、影響氣體滲透的因素

㈠ 輪胎材料本身的的影響。

    如圖1所示氣體穿過橡膠層（céng）的幾個步驟中，擴（kuò）散是氣體滲（shèn）透過程中（zhōng）最慢又是最關鍵的（de）步驟，當同一種氣體透過不同的材料時（shí），氣體滲透量主要取決於氣體在材料中的擴散係數。氣體的擴散現象遵（zūn）循Fick Law（費克定（dìng）律）：

式中，J ——擴（kuò）散量，單位為g/s

A ——擴散發（fā）生的截麵（miàn）積，單位為m²

D——擴散（sàn）係數，單位為（wéi）m²/s

c₁——濃度，單位為（wéi）g/m³

z——距離，單位為m。

    這是費克（kè）定律的一種（zhǒng）形式。費克稱（chēng）其中的D為“決定（dìng）於物體本性的常數”，這就（jiù）是擴散係數，擴散係數D取決於氣體和材料之間的分配係數。不同橡膠材料的D是不同（tóng）的，即（jí）使是同一種橡膠材料，由於原料、生產工藝的不同，其物性常（cháng）數D也會有所差異。

    需要強調的是，橡膠材料在使用過程中，會逐漸老化，其常數D也會隨之變化。

㈡ 溫度的影（yǐng）響

    擴散係數D與溫度有關，溫度越高，高分（fèn）子鏈運動越劇烈，氣體分（fèn）子擴散越容易，擴散係（xì）數D隨溫度的升高而增加。擴散係數D和溫度的關係遵循Arrhenius公式：

式中，T ——溫（wēn）度，單位為K

△E₀——擴散活化能，單位為J/ mol

D₀——無限稀釋情況下滲透組分的擴散係數（shù），單位為m²/s

R——普適氣體常數，數（shù）值為8.3143J/K·mol

㈢ 胎內充填氣體的影響

    汽車輪胎充（chōng）填的氣體（tǐ）為壓縮（suō）空氣時，氣體內通常含有水分、油，會使輪圈電鍍層被空氣中的氧氣氧化，而導致密（mì）封不嚴密，造成胎內氣體外泄。同時由於水分、油、氧氣的存在，也會加劇輪胎橡膠的老化，而加速（sù）氣體的滲透（tòu）。

    在Arrhenius公式中，ΔE_D表示擴（kuò）散活化能，它隨氣體（tǐ）分子直徑（jìng）的增加而增大，分子直徑的微小變化（huà），會引起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（bǐ）較高的幾種氣體分子的直徑。經試驗驗證，對於同一種橡膠，氧氣的滲透量約是氮氣4倍，二氧化碳的滲透量約是（shì）氮（dàn）氣的8倍。這就是（shì）為什麽輪胎總是選擇充氮氣的原因。

表1 氣體分子尺寸

四、減少氣體微泄露的幾個（gè）辦法

    對（duì）於汽車輪胎生產廠家來說，對（duì）於不同材料、不同工藝生產出來的橡膠材料，要加強檢測，並對測試結果進（jìn）行比對，堅持檢測數據指導科研，檢測數據指導生產，針對檢（jiǎn）測結果（guǒ）不斷調整工（gōng）藝、配方（fāng），努力把輪胎橡膠材料的擴散係數D降下來（lái）。另外根據Fick Law，適當地增加輪胎橡膠（jiāo）材料的厚度，也可以降低氣體滲透（tòu）量（liàng），再者選擇（zé）適合的（de）大分子直徑氣體（tǐ）做為胎壓氣體。

    對於使用者來說，汽車輪胎（tāi）應盡量充填純淨（jìng）的的氮氣，氮氣分子（zǐ）不僅直徑比較（jiào）大，並且還有相當的惰性，在（zài）相同條件（jiàn）下（xià），不（bú）僅其滲透量比較小，還可以減緩輪胎橡膠的老化。

 參考文獻：

［1］       GB/T 7755——2003 硫化橡（xiàng）膠或（huò）熱塑性橡膠  透氣性的（de）測定

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

［3］       趙江.中國包裝報/軟包裝（zhuāng）周刊，2005年（nián）第72期第6版