Из чего изготавливают шины для современных автомобилей — разбираемся со всех сторон

Условия суровой конкуренции заставляют многих производителей автомобильных покрышек утаивать состав резиновой смеси, используемый для производства автошин. Этапы технологического процесса держатся в строгой секретности. При этом основные составляющие, из которых изготавливается авторезина, известны. Без них невозможно создание покрышек. Давайте разберемся, из чего делают резину.

История

История резины начинается с открытием американского континента. Издревле коренное население Центральной и Южной Америки, собирая млечный сок т. н. каучуконосных деревьев (гевеи), получали каучук. Ещё Колумб обратил внимание, что применявшиеся в играх индейцев тяжёлые монолитные мячи из чёрной упругой массы, отскакивают намного лучше, чем известные европейцам кожаные. Кроме мячей, каучук применялся в быту: изготовления посуды, герметизация днищ пирог, создание непромокаемых «чулков» (правда способ был довольно болезненным: ноги обмазывались каучуковой массой и держались над костром, в результате получалось непромокаемое покрытие); применялся каучук и как клей: с помощью него индейцы приклеивали перья к телу для украшения. Но сообщение Колумба о неизвестном веществе с необычными свойствами осталось незамеченным в Европе, хотя, несомненно, что конкистадоры и первые поселенцы Нового света широко использовали каучук.

Появление в Европе

По-настоящему Европа познакомилась с каучуком в 1738 г., когда вернувшийся из Америки путешественник Ш. Кодамин представил французской академии наук образцы каучука и продемонстрировал способ его получения. Первое время практического применения в Европе каучук не получил.

Первое применение

Первым и единственным применением в течение примерно 80 лет было изготовление ластиков для стирания следов карандаша на бумаге. Узость применения каучука обусловливалась высыханием и твердением каучука.

Непромокаемая ткань

Лишь в 1823 году шотландский химик и изобретатель Чарльз Макинтош нашёл способ возвращения каучуку свойства эластичности. Он изобрёл также водонепроницаемую ткань, получаемую пропиткой плотной материи раствором каучука в керосине. Из этой материи стали изготовлять непромокаемые плащи (получившие по фамилии изобретателя ткани нарицательное название «макинтош»), галоши, непромокаемые почтовые сумки.

Но эти изделия из каучука имели существенный недостаток — затвердевали на холоде и размягчались в жару.

Изобретение резины

В 1839 году американский изобретатель Чарльз Гудьир нашёл способ температурной стабилизации эластичности каучука — смешиванием сырого каучука с серой и последующим нагревом. Этот метод получил название вулканизация, и, вероятно, является первым промышленным процессом полимеризации. Продукт, получаемый в результате вулканизации, был назван резиной. После открытия Гудьира резина стала широко использоваться в машиностроении в качестве различных уплотнителей и рукавов и в зарождающейся электротехнике, индустрия которой остро нуждалась в хорошем изоляционном эластичном материале для изготовления кабелей.

Каучуковая лихорадка

Развивающееся машиностроение и электротехника, а позже автомобилестроение потребляли всё больше резины. Для этого требовалось всё больше сырья. Из-за увеличения спроса в Южной Америке стали возникать и быстро развиваться огромные плантации каучуконосов, выращивающие монокультурно эти растения. Позже центр выращивания каучуконосов переместился в Индонезию и Цейлон.

Шинная и резиновая промышленность в дореволюционной России

Производство синтетических каучуков

После того, как резина стала широко применяться и природные источники каучука не могли покрыть возросшие потребности, стало ясно, что надо найти замену сырьевой базе в виде каучуконосных плантаций. Проблема усугублялась тем, что плантациями монопольно владели несколько стран (основной из них была Великобритания), кроме того, сырьё было достаточно дорогим из-за трудоёмкости выращивания каучуконосов и сбора каучука и больших транспортных расходов.

Поиск альтернативного сырья шёл двумя путями:

Интенсивно производство синтетических каучуков стало развиваться в СССР, который стал пионером в этой области. Это было связано с острой нехваткой резины для интенсивно развивающейся промышленности, отсутствием эффективных природных каучуконосов на территории СССР и ограничением поставок каучуков из-за рубежа. Проблема налаживания крупнотоннажного промышленного производства синтетической резины была успешно решена, несмотря на скептицизм некоторых зарубежных специалистов (самый известный из них — Эдисон).

Корд и другие текстильные материалы

Основным материалом является корд, из которого изготовляют каркас покрышек.

Корд — это безуточная ткань, нити которой свиты из 2—3 и более тонких нитей-стренг. В свою очередь каждая стренга свита из 1—5 нитей пряжи. Каждая нить пряжи скручена из волокон.

Такая структура нитей придает каркасу, сделанному из корда, высокую работоспособность при восприятии им значительных динамических нагрузок и знакопеременных деформаций. Для производства шин в настоящее время применяют два типа кордов — синтетический (вискозный) и полиамидный (капроновый).

Вискозный корд пришел на смену ранее применявшемуся хлопчатобумажному. По сравнению с хлопчатобумажным вискозный корд обладает большей прочностью при меньшей толщине нитей и в то же время имеет меньшую стоимость. Однако он очень гигроскопичен, причем увеличение влажности значительно снижает его прочность.

Вискозный корд применяется в шинах для дорожных мотоциклов.

Спортивные шины, работающие в более жестких условиях, чем дорожные — при очень высоких скоростях движения, значительных динамических нагрузках, больших деформациях и т.п., изготовляют из капронового корда.

Капроновый корд обладает большей, чем вискозный, разрывной и усталостной прочностью, малым весом, большими удлинениями. Поэтому шины из капронового корда легче, прочнее, лучше сопротивляются воздействию сосредоточенных и динамических нагрузок (т. е. меньше подвержены пробоям и разрывам).

Применение капронового корда в шинах позволяет снизить слойность каркаса (с четырех до двух) при сохранении запаса прочности и улучшении эксплуатационных характеристик шин.

Кроме корда при изготовлений шин для улучшения монолитности бортовых колец применяют (для их обертки) хлопчатобумажную ткань квадратного плетения — бязь.

Современная резина для  шин

В современном мире шины для колес, делаются в основном из резины. Но она может быть не только натуральной, но и синтетической. Да сейчас научились производить синтетические каучуки. Каучук имеет в составе самую большую долю, обычно это – 40-50% от общей массы.

Далее в резину добавляют сажу (или технический углерод). В массовой доле колеса его примерно 25-30% от общей массы. Его добавляют для большей прочности конструкции, а также для выдерживания высоких температур. Сажа как бы скрепляет молекулы каучука делая их намного прочнее, они легко выдерживают трение и температуры при экстренных торможениях. Без этого углерода (сажи) шины ходили бы раз в 10-15 меньше.

Следующая добавка – это кремниевая кислота. Некоторые производители заменяют ей углерод, так как она дешевле и обладает высокими свойствами для сцепления молекул. Однако другие от нее напрочь отказываются, констатируя что она дает недостаточную износостойкость! Однако если все же проанализировать состав многих ведущих компаний, то она присутствует в составе, она улучшает сцепление на мокрой дороге. Информация разнится, сколько ее добавляют, но если вывести среднюю составляющую примерно 10%.

Еще одни добавки это смолы или масла. Их больше в зимней резине и меньше в летней, они придают «смягчающую роль» резине, не дают ей быть такой «дубовой». Особенно это важно для зимних вариантов. Добавление около 10-15%.

НУ и последнее и очень важное это специфические секретные составы производителя, их также около 10%, но они могут очень сильно изменить параметры готовой шины. Держатся они понятно в строгом секрете.

Справедливости ради стоит отметить что есть еще и металлически-нитевидный каркас, но я его здесь не буду упоминать, все же это немного другая история.

Именно так делают резину (шины) для колес наших автомобилей. Синтетические каучуки хоть и применяются, но они пока не могут потягаться с природными, так что глобальные изменения в строении шин еще долго не предвидятся.

Сейчас полный ролик, в нем найдете ответ – что лучше синтетический или природный материал.

Источник

Производство компонентов

Технологический процесс создания шины, кроме прочего, включает в себя несколько параллельных этапов изготовления её компонентов, среди которых:

• Прорезиненная лента – это первичная заготовка для изготовления протектора, разрезаемая в зависимости от требуемого размера.
• Брекер и каркас – элементы, несущие ответственность за устойчивость к порезам, прорывам и прочим повреждениям. Также брекер и каркас отвечают за жёсткость всей конструкции покрышки.
• Борт шины — является наиболее жёсткой её частью, и обеспечивает герметичность при монтаже на обод колеса.

В качестве материала для каркаса и брекера современных шин служит либо металлокорд, либо стекловолокно. Последнее применяется при изготовлении покрышек класса «премиум», в то время как металлокорд незаменим в моделях, предназначенных для оснащения грузового автотранспорта.

Шинные резины

Резину получают при смешении и последующей вулканизации (нагрев до 150—160° С) различных компонентов, основными из которых являются:

• каучук
• сажа
• сера

Разнообразием характера работы, выполняемой различными частями и деталями шины, вызвано применение при производстве шин резин с различным качественным и количественным содержанием компонентов и, следовательно, с разными физико-механическими свойствами.

Резины, применяемые в производстве шин, подразделяются по назначению на следующие основные группы:

• протекторные
• каркасные
• бортовые
• камерные

Условиями работы шин определяются основные требования к протекторным резинам: высокая сопротивляемость абразивному износу, образованию и разрастанию трещин, порезам, сопротивление старению и термостойкость, т. е. сохранение физико-механических свойств при длительном (в процессе всего срока эксплуатации) воздействии солнечных лучей, озона и кислорода воздуха, а также при повышении температуры в результате длительного движения, особенно при высоких скоростях.

Учитывая, что подавляющее большинство шин выходит из строя из-за износа рисунка протектора, износостойкость является главным требованием, предъявляемым к протекторной резине.

В первую очередь это относится к шинам для дорожных мотоциклов и спортивных, предназначенных для ШКГ.

Исходя из этого, протектор дорожных шин изготавливают на основе комбинации синтетических каучуков (СК) — стереорегулярного полибутадиенового (СКД) и бутлдиенметилстирольного (БСК) с большим наполнением активной сажей ПМ-100.

Резина на основе указанных компонентов обеспечивает высокую износостойкость протектора, однако обладает большой жесткостью.

Элементы рисунка протектора спортивных шин, предназначенные для кросса и многодневных соревнований, имеют довольно большую высоту и при эксплуатации подвергаются значительным деформациям. Поэтому применение в протекторе таких шин резин с большой жесткостью приводит к образованию трещин и скалыванию элементов рисунка.

В связи с этим протектор шин для кросса и многодневных соревнований изготавливают на основе комбинации натурального каучука (НК) с добавлением синтетического каучука типа СКД, поскольку резина на такой основе обладает высокой эластичностью, прочностью, стойкостью к многократным деформациям, износостойкостью и т.п.

Каркасные резины, изолирующие нити корда друг от друга, должны обеспечивать хорошую прочность связи между элементами покрышки, обладать высокой усталостной выносливостью при многократных деформациях, малой жесткостью и высоким сопротивлением тепловому старению. Каркасные резины для мотоциклетных шин изготовляют с применением НК, БСК и полиизопренового (СКИ-3) каучуков.

Камерные резины для мотоциклетных шин должны обладать:

• воздухонепроницаемостью
• хорошей сопротивляемостью разрыву
• теплостойкостью
• незначительными остаточными деформациями при удлинении

Их изготовляют из НК.

Резину для ободных лент делают на основе СК с большим наполнением регенерата.

Сборка и вулканизация

Заключительным этапом производства автопокрышки является сборка. Данная технологическая процедура выполняется методом наложения слоев каркаса, боковин, борта и протекторной части, и осуществляется на специальном сборочном барабане. После компоновки и придания нужной формы все составляющие элементы соединяются в монолитную конструкцию посредством процедуры вулканизации. Далее изделие проходит необходимые проверки, маркируется и отправляется на рынки по всему миру.

Видео по теме:

Бортовая проволока

Бортовые кольца покрышек изготавливают из стальной проволоки диаметром 1 мм и сопротивлением разрыву — 180—200 кгс/мм2. Бортовая проволока для лучшей связи с резиной латунируется.

Производство резинотехнических изделий

Прорезиненные ткани изготавливают из льняной, хлопчатобумажной или синтетической ткани пропиткой резиновым клеем (специальная резиновая смесь, растворённая в бензине, бензоле или другом подходящем легколетучем органическом растворителе.) После испарения растворителя получается прорезиненная ткань.

Для получения резиновых трубок и уплотнителей с различными профилями сырую резину пропускают через шприц-машину, в которых разогретая (до 100—110°) смесь продавливается через профилирующую головку. В результате получают профиль или трубу, которые затем вулканизируют либо в вулканизационном автоклаве при повышенном давлении либо в вулканизационной «трубе» при нормальном давлении в среде циркулирующего горячего воздуха, либо в расплаве солей.

Изготовление дюритовых рукавов — резиновых шлангов, армированных волокнистой или проволочной оплёткой происходит следующим образом: из каландрованной резиновой смеси вырезают полосы и накладывают их на металлический дорн, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру изготавливаемого рукава. Края полос смазывают резиновым клеем и прикатывают роликом, затем накладывают один или несколько парных слоев ткани либо оплетают металлической проволокой и промазывают их резиновым клеем, а сверху накладывают ещё слой резины. Далее собранную заготовку бинтуют увлажнённым бинтом и вулканизируют в автоклаве.

Производство автомобильных покрышек

Автомобильные камеры изготовляют из резиновых труб, шприцованных или склеенных вдоль камеры. Существует два способа изготовления камер: формовый и дорновый. Дорновые камеры вулканизируют на металлических или изогнутых дорнах. Эти камеры имеют один или два поперечных стыка. После стыкования камеры в месте стыка подвергают вулканизации. При формовом способе камеры вулканизируют в индивидуальных вулканизаторах, снабженных автоматическим регулятором температуры. После изготовления во избежание склеивания стенок, внутрь камеры вводят молотый тальк.

Автомобильные покрышки собирают на специальных станках из нескольких слоев особой ткани (корд), покрытой резиновым слоем. Тканевый каркас, то есть скелет шины, тщательно прикатывают, а кромки слоев ткани заворачивают. Снаружи каркас покрывают двумя слоями металлокордного брекера, затем в беговой части покрывают толстым слоем резины, называемым протектором, а на боковины накладывают более тонкий слой резины. Собранную таким образом шину (сырую шину) подвергают вулканизации. Перед вулканизацией на внутреннюю часть сырой шины наносят антиадгезионную специальную разделительную смазку (окрашивают) для исключения прилипания к раздувающей диафрагме и лучшего скольжения диафрагмы во внутренней полости шины при формовании.

Заключение

Автомобильная резина состоит, в большинстве случаев, из таких компонентов:

• каучук;
• смолы;
• кремниевая кислота;
• сажа;
• секретные химические элементы, добавляемые в резину для придания ей определенных качеств (мел, глицерин, ацетилированный ланолин и так далее).

От качественных и количественных характеристик указанных компонентов зависит качество готовой продукции. Не стоит поддаваться рекламному воздействию и отдавать предпочтение автошинам, изготовленным с применением новых химических компонентов. Перед покупкой таких покрышек, стоит поинтересоваться, насколько заявленные производителем авторезины параметры соответствуют реальности.

Хранение резиновых изделий

Медицинские изделия

Жгуты, зонды хранятся в подвешенном состоянии на съемных вешалках, расположенных под крышкой шкафа. Резиновые грелки, накладные круги, пузыри для льда хранят слегка надутыми. Съёмные резиновые части приборов необходимо хранить отдельно. Эластичные катетеры, перчатки, бужи, резиновые бинты, напальчники хранят в плотно закрытых коробках, пересыпав молотым тальком. Резиновые бинты пересыпают тальком по всей поверхности и хранят в скатанном виде. Шкафы для резиновых изделий должны иметь плотно закрывающиеся дверцы, гладкую внутреннюю поверхность.

Отдельно хранят прорезиненную ткань в рулонах, горизонтально подвешенную на стойках. Можно хранить её на полках, уложенной не более чем в 5 рядов. Эластичные лаковые бужи, катетеры, зонды хранят в сухом месте. Изделия бракуются, если появляется их клейкость и размягчение.

При потере эластичности резиновых перчаток их помещают в теплый 5%-ный раствор аммиака на 15 мин, затем разминают и помещают на 15 минут в 5%-ном водно-глицериновом растворе с температурой 40—50 °С.

Литература

• Дзевульский В. М. Технология металлов и дерева. — М.: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы. 1995.С.438-440.
• Резина / Евстратов В. Ф. // Большая советская энциклопедия :  / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
• Резиновая смесь // Большая советская энциклопедия :  / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
• Резиновые изделия / Альтзицер В. С. // Большая советская энциклопедия :  / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.

Ссылки

• Н. Корзинов. Битва за резину
• Новый резиновый материал.
• Выставка Шины, РТИ, Каучуки. Москва, ЦВК «Экспоцентр».
• Характеристики резины

Читайте также:

Важность диагностики: читаем главное... Почему педаль сцепления стала тугой (жес... Как создать автобизнес по продаже БУ зап... Как пользоваться навигатором Навител ...