Современные технологии производства резины

• радиальные
• диагональные

В радиальных шинах нити корда расположены вдоль радиуса  колеса. В диагональных шинах нити корда расположены под углом к радиусу колеса, нити соседних слоев перекрещиваются. Радиальные шины конструктивно более жесткие, вследствие чего обладают большим ресурсом, обладают стабильностью формы пятна контакта, меньшим сопротивлением качению, меньшим расходом топлива. Из-за возможности варьировать количество слоёв каркаса (в отличие от обязательно чётного количества в диагональных) и возможности снижения слойности, снижается общий вес шины, толщина каркаса. Это снижает разогрев шины при качении — увеличивается срок службы. Брекер и протектор так же легче высвобождают тепло — возможно увеличение толщины протектора и глубины его рисунка для улучшения проходимости по бездорожью. В связи с этим, в настоящее время, радиальные шины для легковых автомобилей практически полностью вытеснили диагональные.

Брекер находится между каркасом и протектором. Предназначен для защиты каркаса от ударов, придания жёсткости шине в месте соприкосновения с дорожной поверхностью и для защиты камеры от проколов. Изготавливается из толстого слоя резины (в лёгких шинах) или скрещенных слоёв металлокорда.

Протектор необходим для реализации коэффициента сцепления шин с дорогой, а также для предохранения каркаса от повреждений. Протектор обладает определенным рисунком, который, в зависимости от назначения шины различается. Шины высокой проходимости имеют более глубокий рисунок протектора и грунтозацепы на его боковых сторонах. Рисунок и конструкция протектора дорожной шины определяется требованиями к отведению воды и грязи из канавок протектора и стремлением снизить шум при качении. Но, все же, главная задача протектора шины — обеспечить надежный контакт колеса с дорогой в неблагоприятных условиях, таких как дождь, грязь, снег и т.д, путем их удаления из пятна контакта по точно спроектированным канавкам и желобкам рисунка. Но эффективно удалять воду из пятна контакта протектор в силах лишь до определенной скорости, выше которой жидкость физически не сможет полностью удаляться из пятна контакта, и автомобиль потеряет сцепление с дорожным покрытием, а, следовательно, и управление. Этот эффект носит название аквапланирование. На сухих же дорогах протектор снижает коэффициент сцепления из-за меньшей площади пятна контакта, по сравнению с шиной без протектора (slick tire). Именно поэтому на гоночных автомобилях в сухую погоду используются шины с гладким протектором, либо без протектора. Во многих странах существуют законы, регулирующие минимальную высоту протектора на дорожных транспортных средствах, и многие дорожные шины имеют встроенные индикаторы износа.

Борт позволяет покрышке герметично садиться на обод колеса. Для этого он имеет бортовые кольца и изнутри покрыт слоем вязкой воздухонепроницаемой (для бескамерных шин) резины.Боковая часть предохраняет шину от боковых повреждений.

В целях повышения  безопасности движения автомобиля в  условиях гололеда и обледенелого снега  применяют металлические шипы противоскольжения. Езда на шипованных шинах имеет заметные особенности. На ходу автомобиль делается заметно более шумным, ухудшается его топливная экономичность. В снежно-грязевой каше или в глубоком рыхлом снегу эффективность шипов невелика, а на твердом сухом или влажном асфальте шипованные шины даже проигрывают «обычным»: из-за снижения площади пятна контакта шины с дорогой, тормозной путь автомобиля увеличивается на 5-10 %. Хотя 70-процентное сокращение тормозного пути на льду — их несомненное преимущество. Бескамерные(tubeless) шины наиболее распространены благодаря своей надежности, меньшей массе и удобству эксплуатации.

Изготовление шин включает в себя четыре различных этапа: изготовление резиновых смесей, изготовление компонентов, сборка, вулканизация.

1. Производство шины начинается с приготовления резиновых смесей. Рецептура зависит от назначения деталей шины и может включать в себя до 10 химикатов, начиная от серы и углерода и заканчивая каучуком.

2. На следующем этапе создается протекторная заготовка для шины. В результате шприцевания на червячной машине получается профилированная резиновая лента, которая после охлаждения водой разрезается на заготовки по размеру шины.

Скелет шины — каркас и брекер — изготавливаются из слоев обрезиненного текстиля или высокопрочного металлокорда. Прорезиненное полотно раскраивается под определенным углом на полосы различной ширины в зависимости от размера шины.

Важным элементом шины является борт — это нерастяжимая, жесткая часть шины, с помощью которой последняя крепится на ободе колеса. Основная часть борта — крыло, которое изготавливается из множества витков обрезиненной бортовой проволоки.

3. На сборочных станках все детали шины соединяются в единое целое. На сборочный барабан последовательно накладываются слои каркаса, борт, по центру каркаса протектор с боковинами. Для легковых шин протектор относительно расширен и заменяет собой боковину. Это повышает точность сборки и снижает количество операций в производстве шин.

4. После сборки шину ожидает процесс вулканизации. Собранная шина помещается в пресс-форму вулканизатора. Внутрь шины под высоким давлением подается пар или подогретая вода. Обогревается и наружная поверхность пресс-формы. Под давлением по боковинам и протектору прорисовывается рельефный рисунок. Происходит химическая реакция (вулканизация), которая придает резине эластичность и прочность

Над процессом создания шины работают шинные химики и конструкторы, от которых зависят секреты шинной рецептуры. Их искусство заключается  в правильном выборе, дозировке и распределении шинных компонентов, в особенности для смеси протектора. На помощь им приходят профессиональный опыт и не в меньшей степени компьютеры. Хотя состав резиновой смеси у любого солидного производителя шин — тайна за семью печатями, достаточно хорошо известны около 20 основных составляющих. Весь секрет состоит в их грамотной комбинации с учетом предназначения самой шины.

Основные составляющие резиновой смеси:

Каучук. Хотя шинный коктейль необычайно сложен по своему составу, основу его все же образуют различные каучуковые смеси. Натуральный каучук, состоящий из высушенного сока (латекса) южноамериканского каучукового дерева (бразильская гевея), долгое время доминировал во всех смесях, различаясь при этом лишь по уровню качества. Так же каучуконосный млечный сок содержится в некоторых видах сорных трав и одуванчиков. Производимый из нефти синтетический каучук был изобретен немецкими химиками в 30-е гг. и современная скоростная шина без него просто немыслима. В настоящее время синтезируется несколько десятков различных синтетических каучуков. Каждый из них имеет свои характерные особенности и строгое назначение в разных деталях шины. Даже после изобретения синтетического изопренового каучука (СКИ) — близкого по свойствам к натуральному, резиновая промышленность не может полностью отказаться от использования последнего. Единственный его недостаток перед СКИ — дороговизна. На территории СССР не было возможности получать натуральный каучук из растений, а покупать его за границей приходилось за валюту. Это спровоцировало развитие богатой химии синтеза каучуков и других полимеров.

Сажа. Добрая треть резиновой смеси состоит из промышленной сажи (технический углерод), наполнителя, предлагаемого в различных вариантах и придающего шине её специфичный цвет. Сажа обеспечивает в процессе вулканизации хорошее молекулярное соединение, что придает покрышке особую прочность и износостойкость. Сажу получают путём сжигания природного газа без доступа воздуха. В СССР при доступности этого «дешёвого» сырья было возможно широкое применение технического углерода. Резиновые смеси с использованием ТУ вулканизуются серой.

Кремниевая  кислота. В Европе и США ограниченный доступ к источникам природного газа вынудил химиков найти замену ТУ. При том, что кремниевая кислота не обеспечивает такую же высокую прочность резинам, как ТУ, она улучшает сцепление шины с мокрой поверхностью дороги. Так же она лучше внедряется в структуру каучука и меньше вытираются из резины при эксплуатации шины. Это свойство менее пагубно для экологии. Чёрный налёт на дорогах — технический углерод, вытертый из шин. В рекламе и обиходе шины с использованием кремниевой кислоты называются «зелёными». Резины вулканизуются перекисями. Полностью отказаться от использования технического углерода в настоящее время не представляется возможным.

Масла и смолы. К важным составным частям смеси, но в меньшем объёме, относятся масла и смолы, обозначаемые как мягчители и служащие в качестве вспомогательных материалов. От достигнутой жесткости резиновой смеси во многом зависят ездовые свойства и износостойкость шины.

Сера (и кремниевая кислота) — вулканизующий агент. Связывает молекулы полимера «мостиками» с образованием пространственной сетки. Пластичная сырая резиновая смесь превращается в эластичную и прочную резину.

Вулканизационные активаторы, такие как оксид цинка и стеариновые кислоты, а также ускорители инициируют и регулируют процесс вулканизации в горячей форме (под давлением и при нагреве) и направляют реакцию взаимодействия вулканизующих агентов с каучуком в сторону получения пространственной сетки между молекулами полимера.

Экологические наполнители. Новая и ещё не распространенная технология предполагает собой применять в смеси протектора крахмал из кукурузы (в перспективе картофеля и сои). За счет значительно уменьшенного сопротивления качения шина на основе новой технологии выделяет в атмосферу почти вдвое меньше соединений углекислого газа по сравнению с обычными шинами.

 

2.3 Тенденции  развития в шинной индустрии  в России

и за рубежом

 

 

1913 American Underslung с белыми шинами из натурального каучука.

Шины первых автомобилей  напоминали велосипедные — имели очень небольшую ширину и высоту профиля. Такие шины имели неудовлетворительные показатели грузоподъемности (из-за малой высоты профиля), проходимости (из-за небольшой площади пятна контакта), управляемости, долговечности и комфортабельности. Часто шины этого поколения автомобилей изготовлялись из натурального каучука и имели белый цвет или цвет слоновой кости, так как не имели в своем составе углеродного наполнителя.

 

Шина конца  тридцатых — сороковых годов (автомобиль Packard Super Eight).

Начиная с двадцатых  —— тридцатых годов, после усовершенствования технологии производства шин и появления  искусственного каучука, появилась возможность изготовлять шины с более широким и высоким профилем.

Шины изготовляют из искусственного каучука с углеродным наполнителем, повышается надежность шин и их ресурс. Благодаря этому  появилась возможность иметь  на автомобиле только одно запасное колесо (до середины двадцатых годов обычно имелось два).

Первые шины с углеродным наполнителем имели как правило  белые (или кремовые, цвета «слоновой  кости») боковины и чёрный протектор, для снижения стоимости производства (как уже упоминалось, чистый технический углерод получают сжиганием природного газа без доступа воздуха, стоимость производства этим методом в те годы была высока). Более дорогие шины были полностью черными, в те годы это считалось признаком современности и стиля, кроме того, за такими шинами было проще ухаживать.

Впоследствии, ситуация изменилась — черные шины к середине тридцатых получили массовое распространение, а шины с белыми накладками на боковины (сами боковины были уже обычно черными) получили распространение в виде люксовой опции.

 

Шина пятидесятых  годов с широкой белой боковиной — 1955 Chevrolet.

К пятидесятым годам  ширина профиля достигла для малолитражек 5,2"…6,0", а для автомобилей  среднего и большого класса 6,0"…9,0". Высоту профиля обычно выбирали примерно равной его ширине, что предопределяло высокую грузоподъемность, хорошую проходимость и комфортабельность. Шины были как правило диагональные, обеспечивающие хорошую комфортабельность, но посредственную управляемость, на которую ещё не обращали такого внимания, как в последующие периоды.

Размерность шин из-за плохого качества дорог выбиралась максимальной. Так, «Победа» ГАЗ-М20 и Москвич-400 имели шины размерностью 16 дюймов, а ЗиМ ГАЗ-12, «Волга» ГАЗ-21 и «Москвичи» −402…-407 использовали обода размерностью 15 дюймов. Западные аналоги имели шины зачастую несколько меньшей, но все равно значительной размерности. В США получают массовое распространение шины с широкой белой полосой на боковине (Wide Whitewall Tires).

 

Шина шестидесятых в стиле Red Stripe (1967 AMC Marlin, шина—реплика производства US Royal, модель «Tiger Paw Red-Stripe High-Performance» 8.25x14").

Начиная с середины шестидесятых годов  стали уделять больше внимания управляемости  автомобилей, что выразилось в уменьшении высоты профиля шин при одновременном увеличении ширины, кроме того, значительное улучшение дорог позволило ощутимо уменьшить размерность шин — для малолитражек до 12-13 дюймов, а автомобилей более высоких классов — 13-15 дюймов. Так, «Жигули» ВАЗ-2101 имели шины размерностью 6,15-13".

 

1978 AMC Concord DL имел  низкопрофильные широкие шины  с узкими белыми полосами на  боковине.

Получают распространение  радиальные шины, изначально в виде опций или тюнинга, в семидесятые ими уже штатно комплектуют большую часть легковых автомобилей, за исключением грузопассажирских.

Совершенствуется форма протектора, элементы которого становятся более  высокими и мелкими. Отражая снижения высоты профиля, в шестидесятые годы белая полоса на боковине сужается до 1" — 3/4" (2,5 — 2 см), это стиль Narrow Whitewall Tires. Наряду с традиционным белым предлагаются красный, синий, желтыё и другие цвета, а также — шины с буквами на боковине.

Современная сверхнизкопрофильная шина (BMW E60 M5).

В семидесятые и восьмидесятые  годы высота профиля шин ещё больше снижается, радиальные шины окончательно вытесняют диагональные на легковых автомобилях. На легковых автомобилях  используют обычно шины размером не более 12-15". В середине семидесятых получают распространение так называемые низкопрофильные шины, у которых высота профиля составляет 70 % от ширины и менее. Прогресс в области химии синтетических материалов приводит к тому, что вместо традиционного металла в каркасе шин используют искусственные волокна. Это позволяет в значительной степени победить один из главных недостатков радиальных шин — повышенную передачу толчков от дороги через радиально расположенные нити каркаса.