Door Peter Aansorgh © copyright Peter Aansorgh Producties
Het klinkt zo gemakkelijk, een harde compound in het midden, een zachte aan de zijkant. Maar wat is een compound nou helemaal en wat maakt de verschillen…
Rubber kennen we al eeuwenlang. Het is een elastisch goedje dat wordt gemaakt van het sap van de Hevea Brasiliensis, de rubberboom. Dat sap bestaat voor 33% uit poly-isopreen, beter bekend als latex. Laarzenfabrikant Charles Goodyear ontdekte in 1791 dat je dit met zwavel kon mengen en dan op hoge temperatuur kon laten uitharden. De zwavel maakt dan dwarsverbindingen tussen de lange latexmoleculen, waardoor de latex stijver en brosser wordt. Hoe meer zwavel, hoe stijver het rubber. In banden zit 3 tot 5% zwavel. De eerste banden waren geel-wittig, door de zwavel. Dat veranderde in 1910, toen de Londense Silvertown Rubber Company ontdekte dat de slijtagebestendigheid van wit rubber enorm toenam als je er koolstof (Carbon Black) aan toevoegde. Sindsdien zijn banden zwart. Leuk detail is overigens dat 80% van het natuurlijker rubber uit de Hevea Brasiliensis in Maleisië, Indonesië en Thailand wordt geproduceerd.
Synthetisch rubber
Rubber kan ook op synthetische manier worden gemaakt. Op vele manieren zelfs. Er zijn dan ook vele soorten van. De meeste daarvan zijn niet geschikt voor motorbanden, maar er zijn er die daarvoor wel nuttig zijn, zoals SBR (Styreen-butadieen Rubber) en BR (Butadieen Rubber). Maar synthetisch rubber kan natuurrubber niet volledig vervangen en het heeft ook enkele serieuze nadelen. Zo wordt synthetisch rubber gemaakt uit ruwe aardolie. Hiervoor worden de lange olieketens van het residu, dat na destillatie van ruwe olie overblijft, gekraakt tot korte moleculen, die vervolgens worden gepolymeriseerd tot de gewenste rubbersoort. Olie wordt echter steeds schaarser, waardoor de prijs van de grondstof stijgt. Bovendien vergt deze productiemethode een hoog energieverbruik van 150 tot 210 GJ/ton, wat ook weer de nodige CO2-uitstoot met zich meebrengt. En die wordt niet gecompenseerd door natuurlijke plantengroei, zoals dat bij natuurrubber gebeurt. Natuurrubber vraagt 15-16 GJ/ton. Een nadeel van synthetisch rubber is dat het een hogere rolweerstand oplevert en dat het gripniveau lager ligt.
Meer ingredienten
De meeste banden bestaan uit een mengsel van synthetisch en natuurlijk rubber. De mengverhouding en de soort ervan bepaalt hoe stug of soepel het rubber is. Maar er zijn veel meer componenten die de stugheid, het temperatuurvenster, de natte grip en de slijtage beïnvloeden. Er zijn wel vijftien verschillende componenten: natuurrubber, synthetisch rubber, carbon-black, acceleratoren, silica, silane, activatoren, butadieenrubber, raapolie, MES-olie, harsen, wassen, zwavel, zinkoxide, anti-verhouderingstoevoegingen en stearinezuren. Deze zijn ook weer uit verschillende componenten opgebouwd, zodat de samenstelling in feite uit 1500 verschillende materialen kan bestaan. Grof gezien zijn er vier belangrijke hoofdgroepen. De eerste daarvan zijn de rubberpolymeren. Wanneer styreen-butadieenrubber aan natuurrubber wordt toegevoegd, stijgt de temperatuur waarbij rubber soepel wordt. Het moet dus warmer zijn voordat het rubber grip biedt. De verhouding tussen styreen en de hoeveelheid vinylgroepen in dit rubber – dus het soort styreen-butadieen-rubber – maakt ook nog uit. Butadieenrubber verlaagt het omslagtraject van soepel naar stug, zodat het rubber bij kou beter soepel blijft. Waarbij het ook nog belangrijk is hoe de rubbersoorten aan elkaar zijn gehecht, want ook dat verandert de structuur.
Spaghetti
De tweede basiscomponent van een bandencompound is het vulmiddel. Dat kan Carbon Black of Silica zijn. Als je de rubberpolymeren als een pan spaghetti ziet, zijn de vulmiddelen de gehaktballen: Meer vulmiddel verhoogt de stijfheid en de stabiliteit van de compound bij zijn werktemperatuur, minder vulmiddel verhoogt de flexibiliteit. Carbon Black geeft daarbij een meer mechanische binding van de polymeren, terwijl silica meer een chemische hechting van de polymeren geeft, wat voor een lagere rolweerstand en betere natweergrip zorgt.
Om het rubber soepel te houden, worden weekmakers als derde groep gebruikt. Het is de tomatenpuree in de spaghetti: het zorgt ervoor dat de slierten goed langs elkaar kunnen glijden en dat het materiaal compressiekrachten kan opvangen, doordat de weekmakers kunnen wegglijden. Als weekmakers worden raapolie en harsen gebruikt. Meer olie zorgt dat het rubber bij een lagere temperatuur al flexibel wordt, terwijl het ook de stijfheid bij werktemperatuur verlaagt. Hars heeft een ander effect, dat verlaagt wel de stijfheid bij werktemperatuur, maar verhoogt de ondergrens van de werktemperatuur.
De vierde exponent die de kwaliteit beïnvloedt is de vulkaniseer-agent. Dit een stof waarmee de rubberslierten aan elkaar verankerd worden, waardoor stabieler, steviger rubber ontstaat. Zwavel is van oudsher een bekend vulkaniseermiddel. Tegenwoordig wordt ook zinkoxide gebruikt. Meer vulkaniseermiddel geeft een stijvere rubbercompound, minder een soepelere.
Werktemperatuur
Door de samenstelling te veranderen, kan de natweergrip, de weerstand tegen slijtage, het gripniveau en het temperatuurgebied waarin de compound grip biedt worden aangepast. Grip bestaat eigenlijk uit twee componenten. De eerste is de chemische grip, de aantrekkingskracht waarmee het rubber aan het asfalt kleeft. De tweede is de mechanische grip, de flexibiliteit waarmee het rubber zich over de micro-ruwheid van het asfalt vleit en er kracht (hysterese) nodig is om het rubber te vervormen. Die is sterk afhankelijk van de temperatuur Een echte “multigrade” compound, die van -40 tot + 40 soepel blijft, is nog niet uitgevonden. De compound van een gewone toerband wordt bij strenge vriestemperaturen hard. Het vervormt niet meer en gaat als het ware over de toppen van de asfaltruwheid lopen, waardoor het veel minder contact heeft met het asfalt en veel minder grip biedt. Bij – 40° C is het rubber van een “zomerband” zelfs zo hard, dat je het met een hamer kunt versplinteren! Op een heet racecircuit wordt de compound van een toerband zo heet, dat ze te zacht wordt en gaat smeren. Circuit- en racebandenhebben daarom een hogere werktemperatuur, maar werken op straat bij regen en kou duidelijk slechter. Bij een winterband wordt 50% van de grip op sneeuw bepaald door de compound, 50% door het profiel. Dat betekent dat het theoretisch wel mogelijk is om een soort winterband voor motorfietsen te maken. Er zijn diverse bandenmerken die dit voor scooters doen, Heidenau doet dit ook voor allroads.
Rubber van paardenbloemen
Wereldwijd wordt er grofweg 25 miljoen ton rubber geproduceerd, waarvan 48% natuurrubber en 52% synthetisch rubber. Maar liefst 75% van alle geproduceerde natuurrubber wordt gebruikt voor de fabricage van banden. Maar er dreigen tekorten door groeiende economieën en door het risico op mislukte oogsten. De rubberindustrie zoekt daarom naar alternatieve, in Europa te exploiteren bronnen voor de fabricage van natuurrubber, zoals de Guayule en de Russische paardenbloem. De Guayule (Parthenium Argentatum) is een Noord-Amerikaanse struik, waarvan het sap een vergelijkbare, hypoallergene latexsoort oplevert als de Hevea boom. Dat is geen nieuw idee, want Guayule werd in het begin van de 20e eeuw al grootscheeps gebruikt voor productie van rubber. Ook de Russische paardenbloem (Taraxacum Kok-Saghyz) werd al eerder gebruikt, onder meer voor productie van rubber voor banden van legervoertuigen, in de tweede wereldoorlog. Het product is minder goed dan dat van Guayule, maar is wel gemakkelijker te extraheren. De extractie en verwerking kunnen bij beide volledig automatisch gebeuren, wat gezien de prijs van arbeid in Europa een eerste vereiste is. Continental presenteerde afgelopen winter al een autoband op basis van paardebloemrubber.