輪胎充氮——氮氣引人注目的新用途
1、概述：
汽車輪胎填充壓縮空氣是眾所周知的，但是以壓縮氮氣充填汽車輪胎還鮮為人知。然而，在軍事、航空及賽車等方面的應(yīng)用已有近二十能的歷史了。
在高速公路成網(wǎng)的今天，交通事故中爆胎是頭號殺手，據(jù)統(tǒng)計在我國高速公路上的交通事故中有 46% 的事故是由于輪胎故障引起的，其中爆胎事故占總事故的 70% 。日本汽車聯(lián)盟( JAF ）在 2001 年的高速公路援救中，輪胎的爆裂與氣壓不足所引起的事故占總援救數(shù)的 21.4% ，排在援救數(shù)中的第一位。
造成輪胎爆裂的原因有很多種，如輪胎氣壓過高或過低、安裝維護不當(dāng)、超載超速等。但主要原因是輪胎氣壓不足和充入的空氣中帶入的含有油脂的水分造成的。
當(dāng)輪胎氣壓過低時，輪胎徑向變形大，車輪下沉幅度增加，簾布層之間的剪切力也增大;同時輪胎與地面接觸面積增大使輪胎的滾動阻力成倍上升。在這種情況下，汽車高速行駛時，輪胎徑向形變運動頻率劇增，由摩擦產(chǎn)生的熱量迅速積聚，使輪胎本體溫度升高，橡膠變軟，輪胎強度急劇下降，造成輪胎內(nèi)部的膠層與簾布分離脫層;再加上輪胎內(nèi)部溫度升高，使輪胎內(nèi)的水分，體積膨脹胎內(nèi)壓力猛增，最后導(dǎo)致爆胎。輪胎氣壓過低，即使在低速行駛時，同樣損害輪胎，并且隱蔽性大，更危險，為汽車高速時埋下爆胎隱患。所以，輪胎缺氣行駛是爆胎的禍根。另外，輪胎內(nèi)有油脂存在使得橡膠膨脹，造成輪胎橡膠的物理性能下降，為爆胎創(chuàng)造了條件。
綜上所述，汽車的輪胎只有充填了干操無油的氮氣時才能克服上述存在才問題，才能真正做到安全行車。
2、汽車輪胎充填氮氣的優(yōu)越性：
1）. 采用干操的氮氣充填輪胎可以大大提高安全性。
首先，因為氮氣是惰性氣體，有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)，不自燃，不助燃，受溫度影響小，可以大大減小爆胎自燃的幾率，大大提高汽車行駛的安全性。
其二，氮氣分子的自由行程比氧氣大，在輪胎內(nèi)的滲透率低，因此輪胎內(nèi)氣壓下降速率大幅度降低，輪胎可以較長時間維持正常壓力。巴西人曾實踐證明氮氣充填輪胎行駛 5 萬公里不需要補氣。
由于充填干操的氮氣，在溫度變化時或當(dāng)高速行駛使得輪胎升溫時，輪胎氣壓上升較少，從而降低了包胎的幾率。
2）. 輪胎用氮氣充填可以延緩橡膠老化，延長使用壽命。
橡膠老化是受空氣中氧分子氧化所致。橡膠老化后會產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象，使得橡膠失去應(yīng)有的物理性能，而充填氮氣后胎內(nèi)不被氧化，從而延長了輪胎的使用壽命。美國人曾做了有關(guān)輪胎內(nèi)充填空氣和氮氣的對比實驗。實驗結(jié)果統(tǒng)計表明，輪胎內(nèi)充填氮氣比充填空氣多跑 26% 的里程。同時因充填的是干操的氮氣還能保護輪圈內(nèi)部不受氧化。
3）. 氮氣充填輪胎可以節(jié)能降耗，減少污染。
氮氣滲透橡膠胎壁的速度只有氧氣的 1/3 ，輪胎內(nèi)氮氣滲透損耗少，輪胎壓力穩(wěn)定，可使汽車長期保持良好的運行狀態(tài)。需要指出的是，現(xiàn)在很多汽車的輪胎是無內(nèi)胎的，通常輪胎充填的空氣中所含有的水分會使輪圈電鍍層氧化，并導(dǎo)致氣門嘴密封不嚴密，使得胎內(nèi)的氣體外漏，造成輪胎氣壓不足。由輪胎沖壓不足造成能耗增加。
美國運輸部統(tǒng)計資料顯示，該國約有80% 的汽車輪胎充氣不足，由此造成每天增加油耗 900 萬升。據(jù)統(tǒng)計，使用干操的氮氣充填輪胎，可以減少燃油 2%~10% ，并且使輪胎慢性泄氣問題得到徹底解決。
節(jié)省燃油就可以減少排氣，延長了輪胎的使用壽命也就減少了廢輪胎的產(chǎn)生，有利于環(huán)境的保護。
4）. 輪胎氮氣充填后胎壓穩(wěn)定，在凹凸路面減少震動，行駛平穩(wěn)，音量傳導(dǎo)率低，減少噪音。
5）. 使用制氮機即可從大氣中制取所需的氮氣充填輪胎，因而資源來源充足，制取方便。
此外，由于氮氣是惰性氣體，所以制備出的氮氣還能作為經(jīng)營場所的氣體滅火劑。 總體上來看，輪胎改用氮氣充填，可謂一舉多得：既可以節(jié)省燃油，增加輪胎的使用壽命，又能保障行駛安全，減少廢胎數(shù)量，降低能耗有利于環(huán)境保護。再說作為空氣中最大組分的氮氣，來源豐富易得，且成本低廉。因此開發(fā)氮氣新用途，用氮氣充填輪胎，不僅有利于利用資源，還更提高了人們的生活質(zhì)量。
3. 輪胎充填氮氣的規(guī)格要求：
從性價比來講一般氮氣的濃度為 95%-98% 為宜。
氮氣的制備方法：
膜分離法 : 以空氣為原料 ， 利用不同氣體在中空纖維膜組件中的滲透能力的不同 ， 將氮氣從空氣中分離出來 ， 從而獲得氮氣。
分子篩 PSA 法： 以空氣為原料，利用分子篩對不同氣體吸附能力的不同，將氮氣從空氣中分離出來從而獲得氮氣。
工藝簡單可靠，成本低廉，已定型生產(chǎn)出各種規(guī)格的大、中、小型集成化系列產(chǎn)品供應(yīng)市場 |