Технология производства и потребительские свойства автомобильных шин

    Здесь даже самые современные системы ABS и DSC, начиненные всевозможными программами  противоскольжения и стабилизации, при достижении скоростного порога “всплывания” колеса оказываются  бессильны, поскольку на величину силы трения протектора с дорогой электроника влиять не в состоянии. И решающими тут оказываются именно свойства шины.

    Каналы, канавки, дорожки…

    Решать  проблему аквапланирования разработчики шин принялись тогда же, в 60-х, и с тех пор постоянно занимались этим вопросом. Специальные “дождевые” элементы в протекторе и материалах сейчас можно встретить у любых современных шин всех сезонных классов. Это и применение технологии так называемой “активной сажи”, впитывающей часть водяной пленки и создающей эффект “приклеивания” автомобиля к дороге; это и водоотводящие дренажные каналы, которые неплохо справляются как с жидкой грязью, так и с рыхлым снегом.

            Однако чисто “дождевая” шина имеет свой собственный рисунок протектора, который спутать с другим нельзя. Самый характерный, главный элемент протектора аквапокрышки - глубокий водоэвакуационный канал, делящий шину вдоль на два “полушиния”, отчего получаются как бы две узкие шины в одной широкой. От центрального “желоба” идут к краям косо нарезанные поперечные канавки - стрелообразные направленные профили с уходящими к боковине каналами, по которым вода выбрасывается из пятна контакта.

    По  классификации дождевая резина относится  к категории “летней”, но единой стандартной маркировки для аквапокрышек нет. Хотя некоторые производители иногда вводят в название модели слова аqua или rain (дождь), что, впрочем, не является обязательным. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Технология  производства автомобильных  шин. 

    Натуральный каучук – аморфное, способно кристаллизоваться  твёрдое тело. Он не набухает и не растворяется в воде, спирте, ацетоне  и ряде других жидкостей. Набухая  и затем, растворяясь в жирных и ароматических углеводородах (бензине, бензоле, эфире и других) и их производных, каучук образует коллоидные (клееобразные) растворы, широко используемые в технике. Натуральный каучук однороден по своей молекулярной структуре, отличается высокими физическими свойствами, а так же технологическими, то есть способностью обрабатываться на оборудовании заводов резиновой промышленности.

    Особенно  важным и специфическим свойством  каучука является его эластичность (упругость) – способность каучука восстанавливать свою первоначальную форму после прекращения действия сил, вызвавших деформацию. Эта способность называется обратимой деформацией. Каучук – высокоэластичный продукт, обладает при действии даже малых усилий обратимой деформацией растяжения до 1000%, а у обычных твёрдых тел эта величина не превышает 1%. Эластичность каучука сохраняется в широких температурных пределах, и  это является характерным свойство каучука. При повышенной температуре каучук становится мягким и липким, а на холоде твёрдым и хрупким. При долгом хранении каучук твердеет. При температуре 80 (С натуральный каучук теряет эластичность; при 120  (С – превращается в смолоподобную жидкость, после застывания которой уже невозможно получить первоначальный продукт. Этому мешает необратимый процесс – окисление основного вещества – углеводорода, из которого состоит каучук. Если поднять температуру до 250 (С, то каучук разлагается с образованием ряда газообразных и жидких продуктов.

          Каучук – хороший диэлектрик, он имеет низкую водопроницаемость и газопроницаемость.

          Каучук в воде практически  не растворяется. В этиловом спирте  его растворимость небольшая,  а в сероуглероде, хлороформе  и бензине он сначала набухает, а затем растворяется. Теплопроводность  каучука в 100 раз меньше, чем теплопроводность стали.

          Наряду с эластичностью, каучук  так же пластичен, – он сохраняет  форму, приобретённую под действием  внешних сил.  Другими  словами  пластичность – это способность  к необратимым деформациям. Пластичность  каучука, проявляющаяся при нагревании и механической обработке, является одним из отличительных свойств каучука. Так как каучуку присуще эластические и пластические свойства, то его часто называют пласто-эластическим материалом.

          При охлаждении или растяжении  натурального каучука наблюдается переход его из аморфного в кристаллическое состояние (кристаллизация). Процесс происходит не мгновенно, а во времени. При этом в случае растяжения каучук нагревается за счёт выделяющейся теплоты кристаллизации. Кристаллы каучука очень малы, они лишены чётких граней и определённой геометрической формы. При температуре около – 70 (С каучук полностью теряет эластичность и превращается в стеклообразную массу. Вообще все каучуки, как аморфные материалы, могут находиться  в трёх физических состояниях: стеклообразном, вязкотекучем и высокоэластическом. Последнее состояние для каучука наиболее типично.

    Каучук  легко вступает в химические реакции  с целым рядом веществ: кислородом (О₂), водородом (Н₂), галогенами (Cl₂, Br₂), серой (S) и другими. Эта высокая реакционная способность каучука объясняется его ненасыщенной химической природой. Особенно хорошо реакции проходят в растворах каучука, в которых каучук находится в виде молекул сравнительно крупных коллоидных частиц.

          Почти все химические реакции приводят к изменению физических и химических свойств каучука: растворимости, прочности, эластичности и других. Кислород и особенно озон, окисляют каучук уже при комнатной температуре. Внедряясь в сложные и большие молекулы каучука, молекулы кислорода разрывают их на более мелкие, и каучук, деструктируясь, становится хрупким и теряет свои ценные технические свойства. Процесс окисления лежит также в основе одного из превращений каучука – перехода его из твёрдого в пластичное состояние.

    Главным направлением в области технологии производства шин является создание максимальной поточности производства, а также предельной автоматизации комплексных технологических линий, практически полностью исключающих ручные операции в технологическом процессе. Успешно эксплуатируются оправдавшие себя поточно-автоматизированные линии сборки и вулканизации автомобильных шин, а также линии вулканизации камер. Вводится в эксплуатацию полностью автоматизированный цех вулканизации. В области конструкции шин особое значение приобрели шины с радиальным расположением нитей корда в каркасе, с капроновым кордом в каркасе и металлокордом в брекере. Кроме того, выпускаются шины с металлокордом в каркасе.

    Проводяться работы по созданию низкопрофильных  шин, удовлетворяющих требованиям увеличения грузоподъёмности автомобиля, а также работы по изысканию новых синтетических волокон для замены металлокорда. Большое значение имеют исследования в области внешней и внутренней механики шин с целью оптимизации их конструкции.

    Серьёзное внимание уделяется улучшению свойств резины (особенно свойств граничных слоёв полимеров в микрогетерогенной многокомпонентной эластомерной матрице), выбору оптимальной комбинации каучуков для каждой детали шин, разработке новых наполнителей и методов их диспергирования.

    Ведутся работы по увеличению реальной прочности  рези путём разработки новой технологии переработки каучуков большой молекулярной массы и изыскания вулканизующих  и стабилизирующих систем, обеспечивающих наименьшую степень деструкции молекулярных цепей в процессе изготовления и эксплуатации изделий из резиновых смесей.

    Важное  значение для управления процессами производства и свойствами готовых  изделий имеет исследования реологического поведения резиновых смесей при  их изготовлении и переработке.

    К новой технике для серийного многотоннажного производства сейчас предъявляются высокие требования. В этой сфере промышленного производства широкое распространение получают автоматизированные поточные линии с оптимальным управлением при помощи электронных вычислительных машин. Автоматизированные поточные линии создаются на основе безотходной технологии с учётом социальных, экологических проблем, проблем управления качеством продукции и сокращения сроков внедрения новой техники.

    Создание  новой техники целесообразно начинать с формулировки и решения задачи оптимизации. В этой связи необходимо составить модель процесса в неизотермическом приближении с целевой функцией и критериями качества, установить алгоритмы направленного варьируемых величин, обеспечивающие нахождение экстремума целевой функции, разработать программу совместного решения всей задачи оптимизации.

    Решения задачи оптимизации рабочих процессов  создают условия для определения  оптимальных значений основных технологических, кинематических и энергосиловых  параметров новой техники. Оно обеспечивает также необходимые предпосылки для оптимизационного синтеза рабочих механизмов и выполнения проектно-конструкторских работ по созданию и использованию автоматизированных систем машин и систем проектирования новой техники с использованием автоматизированных манипуляторов и промышленных роботов.

    Пластикация. Одно из важнейших свойств каучука – пластичность – используется в производстве резиновых изделий. Чтобы смешать каучук с другими ингредиентами резиновой смеси, его нужно сначала умягчить, или пластицировать, путем механической или термической обработки. Этот процесс называется пластикацией каучука. В современной резиновой промышленности используются три типа машин до ввода других компонентов резиновой смеси в каучук. Это – каучукотерка, смеситель Бенбери и пластикатор Гордона.

    Использование грануляторов – машин, которые разрезают  каучук на маленькие гранулы или  пластинки одинаковых размеров и  формы, – облегчает операции по дозировке  и управлению процессом обработки каучука. Каучук подается в гранулятор по выходе из пластикатора. Получающиеся гранулы смешиваются с углеродной сажей и маслами в смесителе Бенбери, образуя маточную смесь, которая также гранулируется. После обработки в смесителе Бенбери производится смешивание с вулканизующими веществами, серой и ускорителями вулканизации.

    Химическое  соединение только из каучука и серы имело бы ограниченное практическое применение. Чтобы улучшить физические свойства каучука и сделать его  более пригодным для эксплуатации в различных применениях, необходимо модифицировать его свойства путем добавления других веществ. Все вещества, смешиваемые с каучуком перед вулканизацией, включая серу, называются ингредиентами резиновой смеси. Они вызывают как химические, так и физические изменения в каучуке. Их назначение – модифицировать твердость, прочность и ударную вязкость и увеличить стойкость к истиранию, маслам, кислороду, химическим растворителям, теплу и растрескиванию. Для изготовления резин разных применений используются различные составы.

    Некоторые химически активные вещества, называемые ускорителями, при использовании  вместе с серой уменьшают время  вулканизации и улучшают физические свойства каучука. Примерами неорганических ускорителей являются свинцовые  белила, свинцовый глет, известь и магнезия. Органические ускорители гораздо более активны и являются важной частью почти любой резиновой смеси. Они вводятся в смесь в относительно малой доле: обычно бывает достаточно от 0,5 до 1,0 части на 100 частей каучука. Большинство ускорителей полностью проявляет свою эффективность в присутствии активаторов, таких, как окись цинка, а для некоторых требуется органическая кислота, например стеариновая. Поэтому современные рецептуры резиновых смесей обычно включают окись цинка и стеариновую кислоту.

    Для сокращения времени приготовления резиновой смеси и понижения температуры процесса обычно применяют мягчители и пластификаторы. Они также способствуют диспергированию ингредиентов смеси, вызывая набухание или растворение каучука. Типичными мягчителями являются парафиновое и растительные масла, воски, олеиновая и стеариновая кислоты, хвойная смола, каменноугольная смола и канифоль.

    Некоторые вещества усиливают каучук, придавая ему прочность и сопротивляемость износу. Они называются упрочняющими наполнителями. Углеродная сажа в тонко измельченной форме – наиболее распространенный упрочняющий наполнитель; она относительно дешева и является одним из самых эффективных веществ такого рода. Протекторная резина автомобильной шины содержит приблизительно 45 частей углеродной сажи на 100 частей каучука.

    Другими широко используемыми упрочняющими наполнителями являются окись цинка, карбонат магния, кремнезем, карбонат кальция и некоторые глины, однако все они менее эффективны, чем  газовая сажа.