Материалы, применяемые для изготовления шин

Материалы, применяемые для изготовления шин

Изготовление шин — это сложный технологический процесс, подразделяющийся на три независимых производства:

• изготовление покрышек
• камер
• ободных лент

Основные этапы в производстве шин:

• приготовление резиновых смесей
• выпуск деталей (для покрышек, камер и ободных лент)
• сборка покрышек
• вулканизация (покрышки предварительно формуются)

Применяемые для изготовления шин материалы (кордные ткани, резины и т.п.) очень разнообразны, обладают различными свойствами и используются в зависимости от назначения шин и условий их эксплуатации. Шинные материалы в значительной степени определяют долговечность шин и их стоимость, эксплуатационные качества мотоцикла и т.д.

Химический состав резины автомобильных шин

Замена техническому углероду – кремниевая кислота. Она применяется в качестве подмены сажи по причине, что последняя непрерывно дорожает. Однако, это решение вызывает некоторые споры в кругу специалистов, и связаны они с тем, что кремниевая кислота при низкой крепости располагает более высокой способностью к сцеплению с влажной поверхностью дороги. То есть, утрачивая в износостойкости, мы обретаем наилучшее сцепление.

Производство шин

Производители уделяют огромное внимание трем основным характеристикам шин, которые отвечают за безопасность передвижения транспортного средства. Кроме повышенной износостойкости важным моментом является сцепление с дорожным покрытием. Автомобилю не всегда доводится ездить по автомагистралям. Поэтому шины должны быть устойчивыми к воздействию абразивных материалов дорог. Кроме этого они не должны сдерживать указанный в технических характеристиках скоростной режим.

Создателям моделей необходимо сочетать эти разные характеристики. В производстве используются новейшие химические исследования и технологические разработки. Производитель должен учитывать запросы потребителей его продукции, поэтому привлекает к созданию новых моделей специалистов из разных областей науки и техники.

Процесс изготовления автопокрышек разделен на 4 основные этапа:

Производство резиновой смеси . Масса является основой автомобильной покрышки, а значит самой секретной ее частью. Кроме технического углерода, кремниевой кислоты, натурального или искусственного каучука в состав может входить до 20 дополнительных элементов. Рецептура изготовления массы является собственностью производителя. Около 25-30% смеси составляет технический углерод. Он придает прочность и помогает конструкции выдерживать высокие температуры. В смесь может быть добавлена кремниевая кислота. Она повышает уровень безопасности при движении по мокрым дорогам. Но некоторые производители отказываются добавлять этот компонент из-за того, что он не способствует износостойкости покрышек.

Создание основных составляющих шины . Протекторная лента изготавливается на специальных червячных машинах. Профиль получается за счет шприцевания горячей ленты. Затем заготовка остужается водой и разрезается по размеру будущих шин. Для изготовления каркаса и брекера используются высокопрочный металлический корд и прорезиненный текстиль. Жесткая часть (борт и крыло) исполняются из обрезиненной проволоки. Эта часть является нерастяжимой и предназначена для крепления на ободе колеса.

Создание модели . Все заготовки отправляются на сборные станки. Они оборудованы специальными барабанами, на которые друг за другом накладываются слои покрышки.

Вулканизация . Собранная шина помещается в вулканизатор. Пресс-форма и сама покрышка нагреваются до температуры +200 0 С, шину наполняют водой или паром и включают пресс. Под действием давления появляется характерный для данной модели рельефный рисунок. В процессе применяются химические реактивы, которые делают изделие прочным и эластичным.

После изготовления каждая шина проходит обязательное тестирование.

Немного истории

Первая резиновая шина была создана в далеком 1846 году Робертом Вильямом Томсоном. На тот момент его изобретением никто не заинтересовался, и повторно к идее пневматической шины вернулись лишь через 40 лет, когда в 1887 году шотландец Джон Данлоп придумал сделать из поливального шланга обручи, надеть их на колеса велосипеда своего сына и накачать их воздухом.

Спустя три года Чарльз Кингстон Уэлтч предложил разделить камеру и покрышку, вставить в края покрышки кольца из проволоки и посадить их на обод, который затем получил углубление к центру. В то же время были предложены рациональные способы монтажа и демонтажа шин, что позволило применять резиновые покрышки на автомобилях.

Микроциклус, злой и ужасный

Несколько месяцев назад «Популярная механика» решила выяснить, из чего делают автомобильные шины, и так увлеклась расследованием, что несколько дней провела в бразильском штате Байя, на каучуковых плантациях.

Направлявшиеся на Токийский автосалон автомобильные журналисты, с которыми мы встретились в аэропорту «Шереметьево-2», могли бы удивиться, что мы с ними летим в разные концы света. Ведь сегодня практически 95% натуральной резины производится в Юго-Восточной Азии, главным образом в Индонезии, Таиланде и Малайзии. Туда обычно и отправляются все желающие узнать, как «выращивают шины». На родине же этого материала, в Бразилии, сегодня производится менее 1% латекса в мире! И все же в штат Байя мы отправлялись не случайно: только здесь и еще в Париже находится лаборатория по изучению гриба Microcyclus ulei. По вине этого паразита мир в скором будущем может остаться без натуральной резины!

Если бы не микроциклус, Бразилии сегодня не приходилось бы закупать за рубежом более 100 000 т латекса. Нынешние объемы производства этого материала в стране покрывают лишь 40% национального спроса. Проблема в том, что местный микроскопический грибок с остервенением набрасывается на листья гевеи, поражает их, а деревья, тратя все свои силы на восстановление листьев, больше не способны производить латекс. Настоящим провалом обернулся проект Fordlandia, инициированный в 1920-х годах Генри Фордом. Чтобы не закупать латекс у англичан, изобретатель конвейера открыл огромную каучуковую плантацию недалеко от Амазонки в Бразилии, но из-за поражения растений грибком и ряда организационных просчетов американская компания понесла огромные убытки и в конце концов решила избавиться от плантации. Беда не обошла стороной и одну из самых крупных шинных компаний в мире — Michelin. Плантация, на которой мы находимся, была куплена французской компанией в 1984 году у терпевшей огромные убытки американской фирмы Fire-stone (ныне подразделение Bridge-stone). Сделка оказалась крайне неудачной для французов. Выяснилось, что многие деревья на плантации поражены микроциклусом. Химические способы борьбы дороги и малоэффективны: над плантацией должны были постоянно кружить самолеты с химикатами, и все равно таким образом грибок не уничтожить. К тому же цены на натуральную резину на международном рынке резко упали.

От индейской игры пок-та-пок до гигантской шинной индустрии современности, резина вот уже три тысячелетия присутствует в жизни человечества.
1600 лет до нашей эры. Обитатели Мезоамерики, историко-культурного региона, простирающегося от центра Мексики до Никарагуа, начинают играть в пок-та-пок. Мяч для этой древнейшей командной игры, похожей на баскетбол с элементами волейбола, делали из белого сока растения Castilla elastica. Чтобы латекс затвердел и стал прыгучим, индейцы смешивали его с соком лозы Ipomoea alba. В течение 10 минут полученный раствор затвердевал и приобретал свойства, присущие резине. Это был древней аналог вулканизации, придуманной три тысячелетия спустя Чарльзом Гудьиром. Индейцы также использовали латекс для изготовления непромокаемых тканей, обуви и емкостей для хранения воды и продуктов.
1452 год. Колумб открывает Америку и знакомится с прыгающими мячиками из латекса. О них Колумб упоминает как о забавной диковинке, не придавая ей какого-то значения. В результате последующие три столетия европейцы даже не задумываются о том, что резина – стоящий материал.
1731 год. Французский географ Шарль Кондамин во время путешествия в Южную Америку открывает для себя латекс и, впечатленный свойствами этого материала, привозит его в Европу. Латексом наконец-то заинтересовываются ученые и коммерсанты. В 1770 году англичанин Джозеф Пристли представляет миру каучуковый ластик, затем латексом начинают пропитывать ткань. Первым крупным производителем непромокаемых плащей становится английский химик Чарльз Макинтош – вскоре его фамилия становится нарицательной.
1839 год. Люди в галошах и макинтошах больше не боятся дождливой погоды, но теперь их страшат перепады температуры. В холодные дни их одежда становится ломкой, а в жару размягчается, превращаясь в липкую массу. Кроме того, от нее исходит неприятный запах. Химики проводят бесчисленные эксперименты, пытаясь сделать латекс более стабильным. В результате процесс вулканизации каучука совершенно случайно открыл Чарльз Гудьир. Выяснилось, что при нагревании с серой латекс теряет липкость и ломкость.
1876 год. Англичанин Генри Уикхэм тайком вывозит из Бразилии, поставлявшей каучук всей Европе, партию семян гевеи. Растения высаживают в британских колониях на Малайском полуострове. Дерево отлично прижилось и спустя годы именно эти места стали основным местом добычи каучука, тогда как природные запасы каучука в Бразилии постепенно истощились.
1901 год. Русский ученый Кондаков синтезирует каучук из бутадиена. В России эта технология применения не нашла, но на основе ее немцы разработали свою технологию производства шин для армейских машин.
Конец 1920-х годов. В России и Германии разрабатывают метод создания недорогой и неплохой резины. Спустя 15 лет в США синтезируют неопрен, который по ряду качеств превосходит натуральную резину.
Конец XX века. За счет применения в составе шин кремнезема удалось снизить коэффициент сопротивления качения на 30%, уменьшив расход топлива автомобиля примерно на 6–9%.

Немного истории

Первая резиновая шина была создана в далеком 1846 году Робертом Вильямом Томсоном. На тот момент его изобретением никто не заинтересовался, и повторно к идее пневматической шины вернулись лишь через 40 лет, когда в 1887 году шотландец Джон Данлоп придумал сделать из поливального шланга обручи, надеть их на колеса велосипеда своего сына и накачать их воздухом.

Спустя три года Чарльз Кингстон Уэлтч предложил разделить камеру и покрышку, вставить в края покрышки кольца из проволоки и посадить их на обод, который затем получил углубление к центру. В то же время были предложены рациональные способы монтажа и демонтажа шин, что позволило применять резиновые покрышки на автомобилях.

Из каких элементов состоит конструкция шины

Чтобы разобраться, как устроена шина рассмотрим все ее конструктивные элементы.

• Каркас. Часто этот элемент называют – корд. Это нити корда, придающие автошине достаточную прочность и жесткость. Существует несколько типов покрышек по типу расположения корда в каркасе.
• Брекер. Прослойка отделяющая протектор и каркас. Состоит из нескольких слоев корда, между которыми помещают резину. Обеспечивает дополнительную надежность и устойчивость к повреждениям, при этом достаточно гибкий.
• Протектор. Внешний слой резины на профиле шины. Отличается не только высокой прочностью, но и специальным рисунком, который обеспечивает более надежное сцепление с дорогой.
• Боковина. Слой резины над боковыми частями каркаса, обязательно имеют брекер.
• Борт. Позволяет покрышке наиболее эффективно садиться на обод диска.
• Бортовое кольцо. Специальный элемент борта, который позволяет добиться герметичности при сборке шины и колесного диска.
• Плечо. Часть протектора, которая размещена сбоку профиля. Зимние шины обычно имеют развитую плечевую часть, что улучшает проходимость на снегу.

Как видите, строение автошины достаточно сложное. Ниже рассмотрим основные элементы более подробно.

Основное составляющее вещество

Любое изделие из резины имеет в своем составе каучук – эластичное вещество, которое может быть либо природного, либо искусственного происхождения. Натуральный каучук – это застывший сок каучуковых деревьев. Он имеет большую ценность, так как он является основой, из чего изготовлена автомобильная шина. Кроме натурального, применяется еще и искусственный каучук, который намного дешевле в производстве. Также в состав любых автомобильных покрышек входит сажа (технический углерод).

Основное предназначение сажи – укрепляющие свойства. Она влияет на следующие характеристики резины: долговечность, прочность, износостойкость. Со временем резина всегда тускнеет и тогда в целях улучшения внешнего вида применяется чернитель шин. Также в целях удешевления производства используют кремниевую кислоту, которая улучшает сцепление колес с влажным покрытием, при этом снижается общий ресурс шины.

Что касается состава, то вся автомобильная резина всегда содержит эти основные компоненты, а различия обеспечивают разнообразные присадки и добавки, которые в общем случае улучшают следующие характеристики:

• Снижение трения качения и увеличение скоростных характеристик;
• Устойчивость к истиранию ;
• Повышение сцепления с дорожной поверхностью.

Создание боковин, а также процедура приведения шины в товарный вид

Боковины создаются таким же образом, что и протекторы. Лента проходит через специальные шаблонные механизмы, чем выдавливает необходимую форму. Все это происходит благодаря экструдеру. Разница заключается только в составе самой резиновой смеси, ведь она содержит немного другие компоненты, а также, в отличие от протектора, боковины не вырезаются, а скручиваются на специальные барабаны. Затем приходит время и бортовых колец, которые по факту являются проволокой, использующейся для автошины. Заданные изначально стандарты толщины и прочности проволоки накручиваются на резину и заливаются специальной смесью.

Заканчивая с элементами, начинается окончательная процедура создания формы автомобильной шины. Все части, которые были созданы до этого, а это слои резины, боковины и бортовые кольца (кроме протекторов) попадают на станок, подогревающий их и одновременно накручивающий в необходимой последовательности. Затем наступает время протекторов, которые наносятся уже на готовые каркасы автошин. На этом заканчивается процедура создания, после которой необходимо лишь вулканизировать продукт и предать экспертной оценке по итогу.

Вместе с вулканизацией на изготовление среднестатистической шины может уйти до 10 минут. Вся процедура проходит при большом давлении и температуре почти в 170 градусов по Цельсию. Проверив готовое изделие на биение и однородность, шина будет готова к отправке на витрину для продажи. Если же тесты не пройдены, резина либо утилизируется, либо отправляется на ремонт. Как известно, с ноября 2012 года ЕС ввел новые правила относительно этикеток, поэтому сегодня процесс проверки на пригодность автошины занимает немного больше времени, чем ранее.