Čini se da svaka guma na tržištu u posljednje vrijeme pušta svoj novi „silicijski ojačani spoj.“ Čekaj, što? Ima li pijeska u mojim gumama? Što se radi o siliciju koji ga čini naoko čarobnim da doslovno svaki proizvođač vani ima neku vrstu vlasničke smjese silicija u svojoj gumi? I zašto svaki proizvođač guma mora čuvati svoju mješavinu u tajnosti nešto strože čuvanu od nuklearnih kodova?

Ako istražite bilo kakav silicij kao dodatak gumama, prvo što biste mogli otkriti je da će vam svaki izvor informacija na internetskim mrežama vjerojatno reći nešto drugačije. Silicijum povećava otpornost na trošenje, ali smanjuje prianjanje. Silicij povećava prianjanje, ali smanjuje otpornost na trošenje. Silika smanjuje otpor kotrljanja, ali zahtijeva krv vila. Takve stvari. Stvar silike je da je, na neki način, čarobna. Silica ima svojstva koja u kombinaciji s gumom gume omogućuje inženjerima guma da smanje otpor kotrljanja uz istovremeno povećanje prianjanja, kršeći neka pravila koja su se prije smatrala neukrotivima. Dakle, evo što čini silicijev dioksid i zašto u vašim gumama zaista ima pijeska, ali bez vilinske krvi. To je ono za što je prah jednorog rog …

Specijalizirani gumeni sloj za gume mješavina je mnogih različitih materijala, posebno oblika prirodne gume i sintetičke gume. Punila se koriste i za pomoć pri lijepljenju različitih guma zajedno i stvaranju različitih učinaka u rezultirajućem spoju, bilo da omekša ili otvrdne. Ta punila uključuju takve materijale kao što su naftna ulja i čađa. Budući da su to glavni zagađivači, mnoge tvrtke za gume tragaju za načinima kako zamijeniti oba dodatka nečim malo ekološki prihvatljivijim.

Inženjeri guma prvi su započeli eksperimentiranje sa silicijem kao alternativnim punjenjem gume u 1970-ima kao način pokušaja smanjenja otpora kotrljanja i poboljšanja kilometraže goriva od njihovih guma. Isprva su otkrili da dodavanje silike definitivno smanjuje otpor kotrljanja, ali na štetu i smanjuje prianjanje. Zatim su pokušali mješavinu čistog silicijevog dioksida i tvari koja se zove silan, a koja je hidrosilikat, ili silicijev dioksid s vodikom koji je na nju vezan na molekularnoj razini. To je i učinilo trik.

Da biste razumjeli čudesne učinke smjese silika-silana, treba shvatiti da su od razvoja pneumatskih guma inženjeri živjeli jednostavnim i nepromjenjivim zakonom - mekani spojevi guma dobivaju više prianjanja, ali se troše brže i imaju visoki otpor kotrljanja, dok tvrđi spojevi troše se sporije i imaju niži otpor kotrljanja, ali imaju manje prianjanje. Neizbježni kompromisi koje inženjeri moraju napraviti između prianjanja, otpora kotrljanja i gazećeg materijala su poznati kao "čarobni trokut." Ispravno uravnoteženje tih svojstava za specifičnu gumu bio je cilj svakog inženjera guma koji je ikad pomiješao spoj.

Problem je u fizičkom svojstvu poznatom kao histereza. Histeresis je mjerenje koliko energije jedan objekt vraća kad se odbije od deformacije. Dobar primjer za to je zamisliti izbacivanje Superball i hokejaški pak sa identičnih visina. Superball odbija na gotovo visinu na kojoj je pao, jer vraća gotovo svu energiju prilikom udarca sa tlom. To se smatra niskom histerezom. S druge strane, hokejski pak pak jedva odskače, jer gubi veliku količinu energije ne deformirajući se i odbijajući. Ovo je visoka histereza.

Većina otpora kotrljanja gume dolazi od načina na koji se deformira i odbija kako se guma okreće pod opterećenjem, što je poznato i kao izobličenje niske frekvencije. Ako sloj guma ima malu histerezu pri niskim frekvencijama, ona se odbija poput opruge i gubi manje energije, što znači veću ekonomičnost goriva. S druge strane, prianjanje gume određuje se na način kako se gumeni spoj izobličava oko neravnina površine ceste, što je poznato i kao visokofrekventno izobličenje. Ako guma ima visoku histerezu na visokim frekvencijama, prilagođava se malim prazninama na cesti, a ne "odskače" i daje bolje prianjanje.

Kad su inženjeri guma počeli zajedno upotrebljavati silicijum i silan kao materijal za punjenje, shvatili su da silicijum-silanski spojevi definitivno smanjuju otpor kotrljanja, ali u potpunoj suprotnosti s čarobnim trokutom, oni su također poboljšali prianjanje održavajući konstantno trošenje. Na neki način, upotreba silana omogućava da se prirodna i sintetička guma spajaju mnogo čvršće na molekularnoj razini i stvara gumeni spoj koji ima i nisku histerezu na niskim frekvencijama i visoku histerezu na visokim frekvencijama, omogućavajući inženjerima guma da doslovno oboje imaju i pojedi njihov kolač. Čarobni trokut je puhao čarobni spoj. Prema članku o ovom časopisu u časopisu Rubber World: „Upotreba silike može rezultirati smanjenjem otpora kotrljanja za 20%, a također može poboljšati učinkovitost mokrog klizanja za čak 15%, značajno poboljšavajući kočione putove istodobno vrijeme."

Silica također daje značajne prednosti kada se koristi u zimskim i cjelogodišnjim gumama. Silika-silanski spojevi ostaju mnogo fleksibilniji pri niskim temperaturama, što ih čini idealnim za smjese u zimskim gumama i proizvode zimske gume niskog kotrljanja s istim čudesnim prianjanjem i otpornošću na habanje. Zajedno s novim tehnikama rezanja šablona za sipanje, ovo je proizvelo revoluciju u industriji guma koja je u osnovi uništila sva stara pravila i postavila na uho sve što smo znali.

Drugo veliko pitanje koje treba riješiti sa spojevima poboljšanim silicijem bio je poteškoća i visoka cijena dobivanja čistog silicijevog dioksida iz pijeska za upotrebu u tim spojevima. Čini se da je Goodyear nedavno napravio proboj u to područje smislivši kako iz pepela spaljene ljuske riže izvući čisti silika. Što će sljedeće misliti?