La tecnologia degli pneumatici ha fatto molta strada da quando la Ford Model T uscì per la prima volta dalla fabbrica nel 1908. Gli pneumatici moderni non sono solo diversi per dimensioni, mescola e struttura generale, ma hanno anche un colore diverso. Questo perché i primi pneumatici erano bianchi e solo intorno alla prima guerra mondiale sono diventati neri. Ecco perché.
Suppongo di dover dire cosa mi ha spinto su questa strada, poiché il colore delle gomme probabilmente non è qualcosa a cui nessuno pensa molto. Quando mio padre è venuto a visitare Detroit a marzo, l'ho portato al Ford Piquette Avenue Plant Museum, la prima fabbrica di proprietà di Ford e il luogo sacro in cui il Modello T è stato concepito e inizialmente assemblato.
Mentre ero lì, ho notato che alcuni Model Ts avevano pneumatici bianchi, mentre altri avevano ruote avvolte in gomma nera come siamo abituati a vedere oggi. Quindi, desideroso di saperne di più, mi sono messo in contatto con il produttore di pneumatici Michelin.
"I pneumatici originali avevano una tonalità più chiara a causa del colore naturale della gomma", mi ha detto un rappresentante dell'azienda. “Il nerofumo [fuliggine finemente prodotta] è stato aggiunto alla mescola di gomma in [circa 1917] e ha prodotto un aumento di dieci volte nella resistenza all'usura."
Questa maggiore longevità è confermata dal pluripremiato ingegnere chimico Jack Koenig, che nel suo libro Spectroscopy of Polymers afferma che un pneumatico senza nerofumo durerebbe "meno di 5.000 miglia". Considera che la maggior parte dei pneumatici vengono guidati tra 12.000 e 15.000 miglia all'anno e sono destinati a durare tre o quattro anni o più, e ottieni quanto era basso.
Il portavoce della Michelin ha proseguito dicendo che il nerofumo rappresenta circa un quarto al 30 percento della composizione della gomma utilizzata negli pneumatici oggi, e oltre a renderli più resistenti all'usura, il materiale che conferisce ai pneumatici il loro colore nero è anche buono a proteggere pneumatici contro i raggi ultravioletti che possono causare screpolature e migliora anche l'aderenza e la tenuta di strada in generale.
La società di pneumatici Coker attribuisce anche il merito dell'aspetto nero dei pneumatici al nero carbone in un post sul blog intitolato "La storia e la cronologia dei pneumatici Whitewall", in cui si afferma che le proprietà rinforzanti del nero di carbonio sono fondamentali. Il blog di Goodyear Hug the Road menziona anche una migliore resistenza all'ozono e una maggiore conduttività per aiutare a trasferire il calore lontano dal battistrada e dalle cinture come vantaggi chiave per il materiale annerente.
Quindi ora vale la pena chiedere:
Cos'è il nero di carbonio?
Il nerofumo è il prodotto di un idrocarburo che ha subito una combustione incompleta e il cui "fumo" è stato catturato come particelle nere fini costituite quasi interamente da carbonio elementare.
È stato prodotto in molti modi diversi nel corso degli anni. Secondo il produttore di nerofumo Orion Engineered Carbons, uno dei processi più antichi prevede che la fiamma di una lampada a olio colpisca una superficie fredda e che la fuliggine polverosa risultante da quella superficie venga raschiata via. Quella fuliggine polverosa era chiamata nerofumo ed è stata usata come l'inchiostro per molti secoli.
Ma negli anni '70 dell'Ottocento, come notato nell'emozionante volume Developments in Rubber Technology, Volume 1, arrivò una svolta chiamata processo del canale. Essenzialmente, comportava la combustione di gas naturale contro canali metallici a forma di H raffreddati ad acqua e la raccolta dei depositi di carbonio. Questo nuovo processo, e in particolare le particelle più fini che ha prodotto, è stato apparentemente un passo importante nella produzione di pneumatici più resistenti per l'industria automobilistica, come scrive Orion Engineered Carbons nella sua brochure:
Le particelle più fini ottenute da Channel Black hanno permesso di aumentare la longevità del pneumatico fino a diverse decine di migliaia di miglia. In retrospettiva, l'industria automobilistica deve gran parte della sua rapida crescita alla scoperta e al perfezionamento della produzione di Channel Black.
Ma il canale nero non era particolarmente efficiente o rispettoso dell'ambiente, come puoi vedere nell'immagine sottostante delle cose che venivano realizzate. Queste erano chiamate "case calde" e il loro fumo poteva essere visto per miglia.
Oggi, il metodo principale per ottenere il nerofumo è chiamato "processo di fornace", che consiste nel prendere una materia prima di petrolio pesante o gas naturale e iniettarla in una fornace in cui si sono bruciati gas naturale e aria preriscaldata (vedi immagine sotto). Le alte temperature di questa reazione fanno sì che la materia prima si "rompa" e si trasformi in fumo, che viene raffreddato dall'acqua e filtrato dal gas sotto forma di minuscoli frammenti di nerofumo.
La polvere fine risultante viene quindi trasformata in pellet tramite acqua e un agente legante per una più facile manipolazione e trasporto.
La polvere di nerofumo è estremamente fine e per vedere la vera forma del materiale è necessario l'uso di un microscopio elettronico, che rivela minuscole particelle, generalmente tra 10 nanometri e 500 nanometri, che si sono fuse insieme in catene di varie forme. Secondo il principale produttore di nerofumo Birla Carbon, la dimensione delle particelle, così come quella degli "aggregati" fusi insieme, e la forma complessiva influiscono su cose come la resistenza all'abrasione, alla trazione, all'oscurità, alla conduttività e agli agenti atmosferici di una gomma.
I diversi gradi di nerofumo tendono a essere classificati in base alla loro area superficiale, nonché al loro effetto sul tasso di polimerizzazione della gomma. Ecco uno sguardo a una serie di gradi diversi, che vengono utilizzati per una varietà di diverse applicazioni in gomma come supporti motore, nastri trasportatori e pneumatici ad alte prestazioni.
Come una carenza di approvvigionamento della prima guerra mondiale potrebbe essere la ragione per i pneumatici neri
La storia di come i pneumatici hanno ottenuto il loro colore nero è complessa e affascinante, ma anche un po 'torbida. Ho parlato con Jack Seavitt, un membro del consiglio di amministrazione e anche una guida turistica dello stabilimento Ford Piquette. Mentre in seguito ha ammesso che lui ei suoi colleghi avevano storie diverse su come è andato tutto, la sua opinione era che le gomme potrebbero essere diventate nere a causa della carenza di munizioni della prima guerra mondiale.
In particolare, ha detto che all'inizio del 1900, i produttori di pneumatici hanno capito che potevano aggiungere ossido di magnesio alla gomma per aumentare la resistenza. "Ma l'ossido di magnesio era necessario nell'industria delle munizioni durante la prima guerra mondiale", mi ha detto, dicendo che era usato come propellente e che anche l'ottone per i proiettili di artiglieria era scarsissimo. "Così hanno detto all'industria automobilistica: non puoi più usare l'ottone e non puoi usare l'ossido di magnesio nei pneumatici".
"Così è stato detto loro di trovare qualcos'altro, e qualcos'altro che hanno trovato era nerofumo."
Chiaramente insicuro sul suo account, Seavitt mi ha detto che lui e il suo team avrebbero fatto ancora un po 'di controllo dei fatti, e anche se non ho ancora ricevuto risposta, la storia di Seavitt mi ha ispirato a scavare un po' di più sull'influenza della prima guerra mondiale sul nero pneumatici. E quello che ho scoperto è che sembra avere in parte ragione.
Un po 'di navigazione su Internet mi ha portato a Crayola, produttori di pastelli e pennarelli. Crayola era un marchio della società Binney & Smith, dal nome di Edwin Binney e C. Harold Smith. Questi due erano rispettivamente il figlio e il nipote di Joseph Binney, fondatore della Peekskill Chemical Works con sede a New York, che vendeva carbone di legna e nerofumo, la suddetta polvere nera profonda ottenuta raccogliendo depositi di fuliggine dall'olio in fiamme. Era usato per produrre pigmenti e inchiostri.
Dopo che Joseph si ritirò e Edwin e C. Harold fondarono Binney & Smith, la società divenne nota per la vernice di ossido rosso, che veniva usata per decorare i fienili in tutta l'America, e dopo la fine del secolo, Binney & Smith introdusse innovazioni come il gesso senza polvere per le aule e pastelli economici con il marchio "Crayola". Ancora più importante, a questo punto, Binney & Smith era diventato un leader mondiale nella produzione di nerofumo a base di gas naturale, vendendolo come inchiostro con il marchio "Peerless", che vinse un premio d'oro all'Esposizione di Parigi del 1900.
Binney e Smith hanno persino apportato miglioramenti ai processi di produzione del nero di carbonio tramite brevetti come "l'apparato per la produzione di nero di carbonio del 1890 di Edwin Binney". Questi miglioramenti nel processo di produzione, insieme alla pletora di gas naturale scoperto durante la corsa al petrolio della Pennsylvania, hanno posto le basi per una rivoluzione nel settore dei pneumatici.
Secondo un articolo scritto nel 1992 nel quotidiano Standardization News dell'American Society for Testing and Materials da un responsabile della garanzia di qualità Michelin, Thomas Hancock, fondatore dell'industria britannica della gomma e Charles Goodyear, scopritore del processo di vulcanizzazione, avevano brevetti dal Gli anni '30 del XIX secolo si occupavano dell'aggiunta di nerofumo alla gomma per la colorazione, ma fu solo più tardi che i pneumatici cambiarono effettivamente colore.
L'autore, Jeffery A. Melsom, afferma che i veri benefici del nerofumo nel rafforzamento della gomma sono stati scoperti da S. C. Mote, un chimico della India Rubber, Gutta Percha e Telegraph Cable Company, con sede in Inghilterra, a Silvertown, nel 1904.
"Tuttavia, non è stato fino al 1912", scrisse Melsom, "questo ingrediente segreto è stato utilizzato nei pneumatici dalla Diamond Rubber Co. di Akron, Ohio, che ha acquisito i diritti sull'uso del materiale dalla società di Mote".
È qui che i conti differiscono. Melsom dice che S. C. Mote di Silvertown ha scoperto il valore del nerofumo nei pneumatici e che Diamond Rubber ha poi ottenuto il permesso da Mote di utilizzare la strategia nei suoi pneumatici. Ma la società di nerofumo Birla dà gran parte del merito di aver scoperto la forza del nerofumo a B. F. Goodrich, proprietario della Diamond Rubber Co, e che è rimasto colpito dai pneumatici "Silvertown" che aveva importato dall'Inghilterra. Birla scrive sul proprio sito:
Ma quando [B. F. Goodrich] ha iniziato a sperimentare con pneumatici "Silvertown" per cambiare il loro look, hanno scoperto che la gomma del battistrada non era solo grigia, ma aveva anche una vita più lunga.
Il produttore di Silvertown aveva utilizzato una piccola quantità di nerofumo Binney & Smith per dare ai suoi pneumatici la loro tinta e Goodrich scoprì che aumentare la quantità legava insieme le particelle di gomma, rendendo i pneumatici più forti. Così nel 1911 fecero una richiesta per un produttore che potesse produrre una fornitura annuale di un milione di libbre di nerofumo.
Fornire quel milione di libbre di nerofumo a BFG non era altro che Binney & Smith, che ha svolto un ruolo importante nell'unire un numero di piccole società di nerofumo nella Columbian Carbon Company, che è stata acquisita nel 2011 da Birla, il suddetto colosso moderno in odierna industria del nero di carbonio.
Quindi, per ricapitolare, Binney e Smith, la società che ha fondato il produttore di pastelli Crayola, è diventato un grande produttore di nerofumo per inchiostri e pigmenti, un chimico presso un'azienda di pneumatici britannica ha messo il materiale in pneumatici e probabilmente ha stabilito che il nerofumo potrebbe sostituire l'ossido di zinco (che è stato utilizzato come agente rinforzante all'inizio del 1900), poi BF Goodrich ha preso il vento di questi pneumatici e ha finito per portare la tecnologia nel mainstream grazie a un enorme ordine di Carbon Black da Binney e Smith.
Allora, da dove viene la prima guerra mondiale? Ebbene, Jack Seavitt dello stabilimento Ford Piquette potrebbe aver avuto ragione sulla carenza di munizioni, anche se penso che abbia mescolato l'ossido di magnesio con l'ossido di zinco. Dico che avrebbe potuto avere ragione perché mi sono imbattuto in un numero di dicembre 1988 della rivista Fortune che menziona una carenza di munizioni:
Il mercato del nerofumo è esploso dopo la prima guerra mondiale. Fino ad allora l'ossido di zinco ha rinforzato la gomma dei pneumatici. Quando la produzione di ottone per involucri di conchiglie consumava lo zinco disponibile, i chimici si imbatterono nel nerofumo, che funzionava ancora meglio.
Mi sono anche imbattuto in questo paragrafo nella rivista Reinforced Plastics:
La data di questa scoperta è piuttosto inquietante in quanto avvenne alla vigilia dell'inizio della prima guerra mondiale. L'ossido di zinco era stato usato come agente rinforzante nei pneumatici, tuttavia, lo zinco è un componente dell'ottone ed era necessario per proiettili, munizioni e componenti di armamenti. Questo ha posto le basi per il passaggio del nerofumo da una piccola azienda di pigmenti neri a un'attività chimica industriale specializzata globaleIl volume di nerofumo fornito al mercato è sestuplicato dal 1915 al 1924 come risultato di questa nuova innovazione …
E c'è questo passaggio dal libro The World Rubber Industry, che discute il motivo per cui il nerofumo nei pneumatici non ha preso piede fino a molto tempo dopo che i suoi benefici sono stati scoperti, in parte a causa della debolezza delle strutture degli pneumatici che sono i principali punti di guasto degli pneumatici, non del battistrada in gomma:
… Le carcasse dei pneumatici all'epoca erano così deboli che il solo miglioramento del battistrada offriva pochi vantaggi. Ma poi il miglioramento delle carcasse di pneumatici attraverso la carcassa a corda, il grande aumento del consumo di pneumatici e il carenza nella prima guerra mondiale dell'ossido di zinco precedentemente impiegato per il rinforzo dei pneumatici, ha facilitato un maggiore uso del nero e ha dimostrato la sua superiorità.
Il portavoce della Michelin mi ha detto che i primi pneumatici neri dell'azienda, lanciati intorno al 1917, si chiamavano "Universal Tread Covers" e venivano pubblicizzati come pneumatici costruiti per "tutte le strade e tutte le condizioni atmosferiche".
Quindi non è del tutto chiaro quanto la prima guerra mondiale abbia tenuto conto del fatto che i pneumatici diventassero neri, poiché sembra che la conoscenza del potere rinforzante del nero di carbonio esistesse ben prima, così come una vasta fornitura di particelle nere microscopiche grazie in parte a Binney & Smith e al Pennsylvania corsa al petrolio.
Sembra un po 'una convergenza. Allo stesso tempo, le auto si stavano diffondendo nei primi anni della produzione di massa e gli pneumatici stavano diventando abbastanza robusti da rendere utile il rinforzo di nerofumo di lunga durata e altre alternative chimiche furono limitate durante la guerra.
