Historia współczesnej opony [historia motoryzacji]

Szybki rozwój transportu lądowego jest celem nie tylko współczesnej cywilizacji. Chęć ułatwienia przewozu towarów z jednego miejsca do drugiego przyświecała ludziom już kilka tysięcy lat temu. Pierwszymi środkami transportu były sanie ciągnięte przez zwierzęta. Rozwiązanie takie przysparzało jednak wiele problemów, między innymi z maksymalną ładownością ograniczoną zaprzęgiem pociągowym.

Bezpośrednią przyczyną problemów transportowych było tarcie ślizgowe rozwijane na powierzchni styku płozy i nawierzchni, po której sanie się poruszały. Wartości siły tarcia statycznego przy próbie ruszenia zaprzęgiem z miejsca oraz siły tarcia dynamicznego podczas poruszania się uzależnione były przede wszystkim od przewożonego na saniach ciężaru.

Najstarsze koło datowane na 2500 rok p.n.e. odnalezione w Holandii, wykonane z drewna dębowego, średnica około 75 cm

Punktem zwrotnym w rozwoju transportu lądowego okazało się koło. Odkrycia archeologiczne w postaci piktogramów pozwalają wnioskować, że jego wynalezienie datowane jest na około 3500 rok p.n.e. w Mezopotamii na terenie dzisiejszego Iraku. Koło pozwoliło zmniejszyć opory, zastępując tarcie ślizgowe tarciem tocznym. Wynalazek ten zrewolucjonizował transport i znacznie przyspieszył rozwój cywilizacji.

Na przełomie czwartego i trzeciego tysiąclecia przed naszą erą koło pojawiło się w położonym nieopodal Egipcie, gdzie trwały prace nad budową piramid z wykorzystaniem walcowym bloków skalnych. To właśnie tam niemal 1000 lat później nastąpił kolejny duży krok w kierunku rozwoju transportu – pierwsze koło wykonane z drewna i pierwsza prymitywna opona, mająca poprawić kontakt między drewnianym kołem a nawierzchnią, po której się ono toczyło.

Wykorzystanie skóry naturalnej

Pierwszym materiałem stosowanym na drewniane koła była naturalna skóra zwierzęca. Pomysł ten zrodził się około 2500 roku p.n.e. w Egipcie. Początkowo naciągano ją po prostu na brzeg koła, później zaczęto stosować kolejne warstwy w celu zniwelowania wpływu drobnych nierówności nieutwardzonych dróg, takich jak kamienie.

Dość miękka i wytrzymała skóra zwierzęca pozwalała nie tylko na zwiększenie względnego komfortu podróżowania za sprawą równiejszej jazdy, ale dzięki swojej elastyczności poprawiała także własności trakcyjne jadącego wozu, ograniczając poślizg kół. Odpowiednią przyczepność koła do luźnych nawierzchni miały zapewnić zamontowane na czole opony nity. Drewniane koła z czołem pokrytym kilkoma warstwami skóry były pierwszą konstrukcją mogącą przypominać późniejsze opony pełne, jednak rola tego naturalnego surowca w historii powstawania współczesnej opony była dużo większa.

Drewniane koło ze skórzaną oponą pełną i nitami na czole datowane na pierwszą połowę XIX wieku (Fot. Muzeum Nauki w Londynie)

To właśnie dzięki zastosowaniu skóry kilka tysięcy lat później, 10 grudnia 1845 roku, szkocki inżynier Robert William Thomson opatentował pierwszą oponę pneumatyczną.

Konstrukcja pojedynczej dętki opierała się na wykorzystaniu dostępnej już w tym czasie zwulkanizowanej gumy wypełnionej powietrzem. Robert William Thomson wypełnił zszyte ze sobą skórzane pasy kilkoma gumowymi dętkami, tworząc w ten sposób podwaliny pod dzisiejszą pneumatyczną oponę.

Drewniane koło ze skórzaną oponą i gumowymi dętkami datowane na pierwszą połowę XIX wieku (Fot. Muzeum Nauki w Londynie)

Niewątpliwą zaletą takiego rozwiązania było świetne tłumienie drgań, komfort podróżowania oraz fakt, że przebicie jednej z dętek umożliwiało dalsze poruszanie się pojazdem. Pomysł ten nie został jednak zbyt dobrze rozreklamowany i po śmierci wynalazcy słuch o nim zaginął, a przez kolejne dziesięciolecia korzystano wciąż z opon pełnych. Działo się tak aż do 1888 roku, kiedy to John Dunlop powrócił do tego pomysłu, wykorzystując już wyłącznie materiały gumowe.

Wykorzystanie żelaza

Innym surowcem pełniącym funkcję pierwotnej opony było żelazo. Początków tego rozwiązania poszukuje się w Cesarstwie Rzymskim w pierwszym wieku naszej ery, kiedy to zamieszkujący dolinę Renu Celtowie wymyślili żelazny pierścień mocowany do drewnianej obręczy. Konstrukcja ta pozwoliła znacząco wpłynąć na wytrzymałość, a co za tym idzie – trwałość wyposażonego w nią koła kosztem nierównej jazdy. Rozwiązanie w postaci stalowego pierścienia jest spotykane w wozach transportowych nawet dzisiaj i służyło nieprzerwanie przez prawie dwa tysiące lat, wypierając niemal całkowicie oponę skórzaną.

Przekrój pierwszej dętki pneumatycznej pomysłu Roberta Williama Thomsona

Wykorzystanie mleczka kauczukowego

Na początku XVIII wieku odkryto nowy gatunek drzewa z lasów Amazonii Ameryki Południowej. Z rośliny zwanej kauczukowcem można poprzez jej nacinanie uzyskać lepki sok mleczny. Mleczko kauczukowe po dodaniu odpowiednich stabilizatorów stawało się elastyczne i po nałożeniu na obręcz pełniło funkcję prostej opony w najbliższym znaczeniu, jakie nadajemy jej dzisiaj. Niedługo po opracowaniu względnie stabilnej mieszanki z wykorzystaniem mleczka kauczukowego pojawiły się pierwsze problemy. Kauczuk okazał się bardzo podatny na czynniki utleniające i wahania temperatur. Wraz ze wzrostem temperatury stawał się coraz bardziej plastyczny i tracił nadaną mu formę; płynął już w 120 st. C. Po przekroczeniu wartości 200 st. C materiał kauczukowy ulegał nieodwracalnemu upłynnieniu. W niższych temperaturach około 0 st. C masa kauczukowa była bardzo twarda, łatwo się kruszyła i pękała. Wczesny materiał gumowy nie utrzymywał nadanego mu wcześniej kształtu, a wykonana z niego opona kleiła się, szybko ścierała i była wyjątkowo niestabilna na wahania temperatur.

Drewniane koło z żelazną obręczą datowane na I wiek n.e. o średnicy 90 cm (Fot. Muzeum Narodowe Szkocji)

Pierwsza wulkanizacja, powstanie pierwszej opony gumowej

W związku z obiecującymi właściwościami materiałowymi kauczuku podjęto działania mające na celu poprawienie głównie własności temperaturowych i wytrzymałościowych tego surowca. Pierwszą osobą, której udało się poprawić właściwości kauczuku, był Charles Goodyear, który w 1839 roku w przeprowadzonym na zimno procesie chemicznym sieciowania struktury mleczka kauczukowego za pomocą około 8% siarki otrzymał utwardzony kauczuk. Kolejne eksperymenty polegające na zmianach proporcji siarki, czasu (do 5 godzin) i temperatury procesu (do 140 st. C) dały w wyniku próbki elastycznej i stabilnej temperaturowo gumy o różnych właściwościach. W procesie tym, zwanym wulkanizacją, otrzymano typoszereg materiałów, które niemal idealnie nadawały się do produkcji opon.

Doświadczenie zostało potwierdzone przez pozostałych naukowców, między innymi w 1843 roku przez brytyjskiego badacza Thomasa Hancocka, który dodając do mleczka kauczukowego 30% siarki, otrzymał niezwykle twardy duroplast kauczukowy zwany ebonitem.

Wytrzymały na rozciąganie i odporny chemiczne ebonit oraz mieszanki o niższej zawartości siarki wkrótce stały się jednym z materiałów stosowanych na pierwsze pełne, gumowe opony. Cechowały się one wysoką wytrzymałością, odpornością na ścieranie, przecięcia, stabilnością temperaturową oraz dobrym jak na owe czasy tłumieniem drgań. Największą wadą był ich duży ciężar i nieco zbyt mała elastyczność, niezapewniająca komfortowej, równej jazdy. Przemysł oponiarski uzbrojony w nowe materiały ruszył na dobre i zmierzał w kierunku opony, którą znamy współcześnie.

Modernizacja konstrukcji opony

Druga połowa XIX wieku była kolejnym przełomem w przemyśle oponiarskim, kiedy to John Dunlop powrócił do zapoczątkowanego przez Roberta Williama Thomsona pomysłu opony pneumatycznej wykonanej wyłącznie z mieszanek gumowych. Jednak każda kolejna innowacja pociągała za sobą nowe problemy; dostęp do dętki w przypadku jej przebicia wymagał zniszczenia opony, ponieważ była ona mocowana na stałe do koła.

Pierwsza opona pneumatyczna konstrukcji J. Dunlopa została zastosowana w rowerze

W 1890 na rozwiązanie wpadł C. K. Welsh. Zaprojektował pierwszą obręcz wyposażoną w specjalny wewnętrzny kołnierz pozwalający na stosunkowo szybki demontaż specjalnie przystosowanej, współpracującej z nim opony. Tak powstały pierwsze opony drutowe dające możliwość prostej wymiany zniszczonej dętki.

Konstrukcja pneumatycznej opony drutowej z pierwszej połowy XX wieku

W tym samym czasie W. Barlett wpadł na pomysł opony ze stopką dociskaną do obręczy przez napompowaną dętkę, a rok wcześniej John Fullerton Palmer wymyślił pierwszą oponę wyposażoną w wewnętrzną warstwę wzmacniającą zwaną kordem. Rok 1896 przyniósł proste rozwiązanie pozwalające na jeszcze szybszy demontaż opony z obręczy. Bracia Michelin wprowadzili na rynek zestaw opony i obręczy zaciskany specjalną śrubą, co pozwoliło skrócić czas montażu do kilkunastu minut.

1905 rok to kolejny przełom w składzie mieszanki gumowej stosowanej do produkcji opon. Brytyjczyk S.C. Mote, dodając odrobinę węgla podczas procesu wulkanizacji, stworzył próbkę cechującą się jeszcze lepszą odpornością na ścieranie i starzenie.

Osnowa w oponie z 1915 roku i w oponie współczesnej

Rozwijające się w tym czasie, głównie w USA, fabryki wyrobów gumowych chętnie adaptowały nowe rozwiązania, stale poprawiając jakość i funkcjonalność swoich produktów. W tym samym czasie kwitł przemysł motoryzacyjny, a w 1907 roku z fabryki wyjechał pierwszy seryjny samochód wyposażony w opony pneumatyczne – Ford T. W 1907 firma Homerton Tyre and Rubber Company zaprezentowała pierwszą oponę z naciętym bieżnikiem, a dwa lata później firma Continental wprowadziła także pierwszy bieżnik zimowy.

Dynamiczny rozwój przemysłu oponiarskiego powodował ogromny wzrost zapotrzebowania na mleczko kauczukowe, które z racji stanowienia podstawowego składnika opon stawało się coraz droższe. W 1909 na potrzeby specjalnego konkursu firmy Bayer AG Niemiec Friedrich Hofmann zaprezentował skomplikowany proces otrzymywania syntetycznej gumy. Poprawiona 10 lat później przez Waltera Bocka i Eduarda Tschunkura metoda otrzymywania sztucznego surowca domieszkowanego butadienem i sodem stała się przełomem w branży oponiarskiej. Syntetyczna guma zwana Buną podbiła europejski rynek.

Przez kolejne 30 lat rynek oponiarski przeżywał dynamiczny rozwój. Wprowadzano na szeroką skalę najnowsze rozwiązania i adaptowano je zarówno w przemyśle motoryzacyjnym, jak i lotniczym. Światowe działania można było odczuć także w Polsce. W 1928 roku w Poznaniu powstała firma Stomil, a kilka lat później Dębica.

Rok 1935 zwiastował kolejny sukces braci Michelin. Konstrukcja pierwszej opony radialnej i sztywna opona niskoprofilowa przygotowana z myślą o samochodach sportowych kolejny raz zdradzały potencjał drzemiący w branży oponiarskiej. Nieco później, bo w 1940 roku, na pomysł własnej syntetycznej gumy wpadli Amerykanie. Naukowiec Waldo Semon z firmy B.F. Goodrich opatentował mieszankę nazwaną Ameripol, która niemal całkowicie wyparła z rynku kauczuk naturalny.

Produkcja opon z kauczuku syntetycznego Ameripol w fabryce B. F. Goodrich Company w Akron (USA, Ohio) (fot. Alfred T. Palmer, 1942 r.)

Druga połowa XX wieku przyniosła kilka kolejnych innowacji, dzięki którym współczesny przemysł oponiarski wygląda tak jak obecnie. Rozwój wcześniejszych pomysłów, nowe technologie związane zarówno ze stroną konstrukcyjną, jak i materiałową sprawiły, że współcześnie wartość przemysłu oponiarskiego liczona jest w setkach miliardów dolarów, a szeroka gama konkurencyjnych produktów pozwala dobrać ogumienie stosowne do potrzeb i grubości portfela klienta.

3 odpowiedzi na “Historia współczesnej opony [historia motoryzacji]”

  1. lol napisał(a):

    A opony bezdętkowe na ‚szprychach z tworzyw sztucznych’ dalej nie do zdobycia. Ewentualne ceny nawet strach wymieniać 😛

  2. huded napisał(a):

    Waldo Semon – jakoś swojsko brzmi….

  3. piotr napisał(a):

    oklol

Tagi: historia motoryzacji, historia opony, mleczko kauczukowe, opona, samochody, współczesna opona, wulkanizacja