Сравнение эксплуатационных характеристик Полиуретанового колеса и резинового колеса
2026-02-18
На протяжении длительного времени резина оставалась основным материалом в шинной промышленности и применяется в этой области уже более ста лет. По сравнению с ней, масштабное использование полиуретановых эластомеров в шинах насчитывает лишь около пятидесяти лет. В ответ на дефицит стратегических материалов и ресурсов западные страны начали активно развивать исследования и разработки в области синтетического каучука и других полимерных материалов.
Полиуретановые эластомеры представляют собой класс эластомерных полимерных материалов, молекулярная цепь которых содержит уретановые группы (–NHCOO–). Как правило, они синтезируются в результате реакции олигомерных полиолов, ди- или полиизоцианатов, удлинителей цепи/сшивающих агентов и небольшого количества добавок. С точки зрения молекулярной структуры полиуретановые эластомеры относятся к типичным блок-сополимерам: гибкие длинные цепи, образованные олигомерными полиолами, формируют мягкие сегменты, а жёсткие структуры, образованные диизоцианатами и удлинителями цепи, — жёсткие сегменты. Мягкие и жёсткие сегменты чередуются, образуя повторяющиеся структурные единицы.
Помимо уретановых групп, внутри и между молекулами полиуретана образуется большое количество водородных связей, что приводит к формированию микрофазных областей между мягкими и жёсткими сегментами и их микрофазному разделению. Такая уникальная молекулярная структура наделяет полиуретановые эластомеры комплексом свойств, занимающих промежуточное положение между резиной и пластмассами: они обладают высокой эластичностью, характерной для резины, и одновременно высокой твёрдостью и прочностью, присущими пластмассам. Особенно выделяется их износостойкость, которая обычно в 3–10 раз превышает показатели обычной резины, благодаря чему полиуретан часто называют «королём износостойких резин». Кроме того, полиуретановые эластомеры отличаются высокой механической прочностью, отличной маслостойкостью, химической стойкостью, сопротивляемостью многократным изгибам и хорошими низкотемпературными характеристиками.
Начиная с 1960-х годов, были проведены систематические исследования применения полиуретановых эластомеров в шинной отрасли. С этого времени полиуретан, наряду с традиционной резиной, постепенно стал одним из ключевых материалов, вызывающих всё больший интерес и внимание в шинной промышленности.
Сопротивление качению
Химическая структура полиуретановых материалов определяет то, что сопротивление качению Полиуретанового колеса обычно ниже, чем у резинового колеса. Более низкое сопротивление качению способствует повышению эффективности работы электрических автоматических погрузчиков, снижает энергопотребление аккумуляторных батарей и, соответственно, уменьшает частоту их подзарядки. Чем чаще осуществляется зарядка аккумуляторов, тем больше объём работ по их обслуживанию и замене, а также тем дольше простои оборудования, что в итоге негативно сказывается на общей производительности. Поэтому в оборудовании с аккумуляторным питанием, таком как электрические автоматические погрузчики, применение Полиуретанового колеса обладает явным преимуществом.
В настоящее время некоторые производители резиновых шин также начали разрабатывать изделия с пониженным сопротивлением качению, используя специальные резиновые рецептуры, ориентированные на электрический транспорт. Основная цель таких продуктов заключается в снижении сопротивления качению, продлении срока службы аккумуляторов и повышении эксплуатационной эффективности транспортных средств. Однако с точки зрения совокупной энергетической эффективности Полиуретановое колесо по-прежнему сохраняет заметное конкурентное преимущество.
Амортизирующие свойства
Амортизирующие свойства шин тесно связаны с твёрдостью материала. Как правило, чем выше твёрдость, тем жёстче колесо и тем слабее его способность поглощать ударную энергию, а следовательно, тем хуже амортизация. Шор A твёрдость резиновых шин обычно находится в диапазоне 67–75, тогда как твёрдость Полиуретанового колеса в большинстве случаев составляет 83–95. Из-за более высокой жёсткости Полиуретанового колеса его способность поглощать удары от дорожного покрытия относительно ограничена, поэтому в таких устройствах, как автоматические погрузчики, уровень комфорта обычно ниже, чем у резиновых колёс. Если комфорт является ключевым фактором, замена на резиновые колёса зачастую даёт заметный эффект.
Для электрического транспорта, с учётом совокупных факторов — несущей способности, амортизационных свойств и сопротивления качению — более целесообразно использовать полиуретановые эластомеры с твёрдостью по Шору A около 83. В этом диапазоне Полиуретановое колесо сохраняет определённые амортизирующие свойства, одновременно обеспечивая высокую грузоподъёмность и низкое сопротивление качению.
Когда твёрдость Полиуретанового колеса по Шору A опускается ниже 83, его физические свойства начинают быстро ухудшаться: чем мягче материал, тем заметнее снижается прочность и несущая способность. Для удовлетворения требований высоконагруженных условий эксплуатации производители полиуретана на протяжении многих лет оптимизировали рецептуры и разработали Полиуретановые колёса с твёрдостью до 95. Такие изделия способны выдерживать крайне высокие нагрузки, однако практически не обладают амортизирующими свойствами. В обычных условиях Полиуретановое колесо с твёрдостью по Шору A 95 имеет грузоподъёмность примерно на 15 % выше, чем изделие с твёрдостью 83, что позволяет увеличить разовую грузоперевозку и сократить простои оборудования, вызванные заменой повреждённых колёс.
