Черная кухня: как делают автомобильные шины
Все автомобильные шины производят из схожих ингредиентов и по схожим технологиям. Но есть нюансы.
Если считать изобретателем пневматической шины Джона Данлопа, то современная покрышка имеет почти 130‑летнюю историю: шотландец получил патент в 1888 году. Однако аналогичную идею Роберт Уильям Томпсон запатентовал еще раньше – в 1846 году. И хотя в то время изобретением никто не заинтересовался, предлагаю считать, что эта статья о производстве шин посвящена их 170‑летнему юбилею.
Чтобы проследить все стадии процесса, я посетил крупнейший итальянский завод фирмы Pirelli, который расположен в Турине, а затем заглянул на российское производство Pirelli в Воронеже.
Всё начинается с изготовления резиновой смеси. От ее состава зависят характеристики будущей шины. Смешиваются натуральный и синтетический каучук, полимеры, масла, смолы, сера, сажа и прочие вещества. Точную рецептуру не раскрывает ни один шинник – это ноу-хау и тайна за семью печатями. Примерно как с кока-колой: ингредиенты указаны на этикетке, но приготовить из них требуемый продукт вряд ли получится.
Львиную долю компонентов получают искусственным способом, и у них есть срок годности. Если он истек, материал утилизируют – в производство некондиция не попадает. Кроме того, всё сырье проверяют в лаборатории завода на соответствие рецептуре.
Проверенные партии отправляют на смешивание. На выходе получают резиновую ленту-полуфабрикат, раскатанную вальцами станка в тонкий слой. На заготовки ставят штампы и цветные метки с информацией о составе и дате производства.
Основным материалом для шинной промышленности был и остается каучук. В летние шины идет больше искусственного каучука, а в зимние, для которых важна мягкость, – натурального. Природный каучук добывают в основном в Азии и Латинской Америке. Больше половины его объема уходит на производство шин. А первый в мире завод по производству синтетического каучука был запущен в 1932 году в Ярославле.
Шина состоит из каркаса, нескольких слоев брекера, протектора и боковин. У каждой из этих составляющих свой путь. Текстильный и полимерный корды покрывают слоем резины, причем параметры выходящих из оборудования лент контролирует лазер. Для каждой модели шины и ее типоразмера требуется своя ширина, поэтому для изготовления применяют автоматизированные линии с барабаном изменяемых размеров. Это каркас будущей шины, ее внутренний слой. Правда, с закачанным внутрь воздухом контактирует не он, а так называемый гермослой – тонкое резиновое полотно, обеспечивающее герметичность современных бескамерных шин. По сути, оно заменяет собой камеру и, соответственно, должно обладать всеми ее свойствами.
На каркас накладывается обрезиненный стальной корд – брекер. Обычно укладывают несколько слоев под углом друг к другу. Они обеспечивают способность покрышки противостоять ударам и помогают ей сохранять форму.
Верхний слой – протектор. Из станка он выходит опять-таки в виде резиновой ленты необходимой ширины, только гораздо более толстой, нежели каркас и брекер. На этой же стадии наносятся хорошо известные всем автомобилистам цветные полосы, по которым можно узнать параметры шины, взглянув на ее рабочую поверхность, а не на боковину, – так легче идентифицировать колеса на складе.
Протектор должен быть износостойким и одновременно обеспечивать надежное сцепление на разных поверхностях и в широком диапазоне температур. Отсюда особые требования к резиновой смеси, причем ее состав в разных частях протектора серьезно меняется. Мягкая резина контактирует с асфальтом, внутренняя, более жесткая, держит удары, резина третьего сорта, на плече, нужна для перехода от контактной поверхности к боковине.
Боковая часть покрышки принимает на себя ударные нагрузки и играет важную роль при прохождении поворотов. В зоне, прилегающей к колесному диску, за утолщением скрыто бортовое кольцо. Это несколько слоев прочной проволоки, также обрезиненной.
Когда все элементы готовы, они подаются на станок первичной сборки. Он соединяет гермослой, каркас, брекер и протектор, заворачивает «крылья» последнего и соединяет их с боковинами. Результат работы – так называемая «зеленая» шина. Она уже приняла нужную форму, но ее бока раздуты, протектор гладкий, а сама резина очень податлива: ее можно повредить буквально нажимом руки. Однако на этом этапе уже можно провести первый визуальный контроль качества.
Последний этап – вулканизация. «Зеленую» шину обрабатывают составом, исключающим прилипание резины к пресс-форме во время термической обработки, и в горизонтальном положении подают на платформу станка. Внутри будущей покрышки надувают резиновую камеру. Сначала небольшим давлением – около 0,3 бар, дабы обеспечить равномерный прижим диафрагмы к заготовке, затем оно возрастает до 15 бар и более. Снаружи шину облегает пресс-форма с рисунком протектора и надписями на боковинах.
«Выпекание» с подачей водяного пара при температуре около 170–200 ºС занимает от 3 до 35–40 минут, в зависимости от типа покрышки. На туринском заводе на создание заготовки шины уходит в среднем около 17 минут, а на вулканизацию – около 15 минут.
На выходе шину снова ждет контроль – визуальный и инструментальный. Причем проверяют еще горячее изделие: после остывания до комнатной температуры видны уже не все дефекты, поэтому бракованное колесо может попасть в продажу или на конвейер. Шину взвешивают, проверяют рентгеновским аппаратом и лазерным сканером на предмет внутренней однородности. К тому же несколько экземпляров из каждой партии отправляют на ресурсные испытания.
Напоследок еще об одном любопытном факте из мира шинного производства. Шина не столь специфический продукт, как ее носитель – автомобиль. Поэтому, несмотря на нынешний кризис, российские заводы мировых грандов не простаивают и не сокращают численность сотрудников. Наоборот, работают в усиленном режиме, поставляя ставшие вдруг очень выгодными при нынешнем курсе рубля шины российского производства на экспорт по всему миру.
В ПОДЗЕМЕЛЬЯХ
Особая гордость компании Pirelli – лаборатории туринского завода. В некоторые удалось заглянуть. Расположены они, как и полагается секретным объектам, под землей, на цокольных этажах. Тут находится 85 установок, позволяющих проводить до полутысячи различных испытаний. Значительный штат сотрудников работает над шинами для Формулы‑1. Как известно, Pirelli является эксклюзивным поставщиком «королевских гонок».
В одной из лабораторий занимаются нанесением рисунка протектора на прототипы шин. Высокоточный лазер используют только для предварительной разметки – луч выжигает лишь очертания рисунка (глубина этих штрихов не более 0,1 мм), которые мастер потом «прорезает» вручную. Полностью доверить эту работу автоматике нельзя: из-за воздействия высокой температуры изменятся химический состав резины и ее свойства. А изготавливать пресс-форму под каждый образец – дорого и хлопотно.
Измерение шума проводят в изолированной безэховой камере. Установленное на автомобиль колесо крутит электромотор, расположенный за пределами помещения. Это позволяет анализировать звук только от шины, не отфильтровывая шум двигателя, трансмиссии и прочих источников.
Pirelli располагает уникальной установкой, позволяющей измерять больше сотни различных параметров шины. Она занимает несколько этажей и весит 250 тонн, но на виду только рычаг с закрепленным на нем колесом и барабан под ним. Под протектором – очень агрессивная «бумага». За счет подвижных элементов изменяется скорость качения, сила прижима, имитируются наклоны, повороты, торможения. Характеристики снимаются в режиме реального времени. Всё это нужно, чтобы сформировать виртуальную модель шины. Ее передают заказчику, который использует данные при доводке реального автомобиля. Ведь для многих спортивных и премиальных машин используются шины с особыми характеристиками. Их боковины могут нести обозначение стандартной модели, но дополнительная буква или индекс укажет знатоку, что конкретно эта шина создана по заказу одного из автоконцернов и отличается от продающихся на вторичном рынке. Для такой продукции у Pirelli есть отдельный цех мелких серий, где изготавливаются шины для автомобилей Ferrari, Maserati и других марок сопоставимого уровня.
Источник
Технология производства автомобильных шин
1. РАЗРАБОТКА, ПОДБОР СЫРЬЯ И РЕЦЕПТУРЫ
Над процессом создания шины работают шинные химики и конструкторы, от которых зависят секреты шинной рецептуры. Их искусство заключается в правильном анализе и выборе сырья, дозировке, комбинировании компонентов, в особенности для смеси протектора.
Все это достигается благодаря профессиональному опыту, компьютерному анализу и моделированию, усовершенствование рецептуры и технологии приготовления смесей – кропотливый труд, играющий важную роль в разработке шин, от которого зависит:
- Уровень сцепления с дорожным полотном;
- Надежность;
- Рабочий ресурс;
Состав резиновой смеси и ее пропорции любого производителя шин — тайна за семью печатями.
Хорошо известно около 20 основных составляющих, рецептура зависит от назначения деталей шины и может включать в себя до 10 химикатов, начиная от серы и углерода и заканчивая каучуком.
2. СЫРЬЕ
КАУЧУКИ СИНТЕТИЧЕСКИЕ И НАТУРАЛЬНЫЕ
Приблизительно половина используемого каучука – натуральное сырье состоящие из высушенного сока (латекса) вырабатываемое из каучукового дерева «Бразильской гевее», которое произрастает в странах тропического пояса в обоих полушариях земли: Латинской Америки, Африки, Юго-Восточной Азии.
Так же каучуконосный млечный сок содержится в некоторых видах сорных трав и одуванчиков. Натуральный каучук долгое время доминировал во всех смесях, различаясь при этом лишь по уровню качества, и даже после изобретения «изопрен синтетического» каучука, близкого по свойствам натуральному, современная высокопроизводительная шина, не мыслима без натурального каучука.
В пятерку крупнейших производителей натурального каучука входят:
Производимый из нефти синтетический каучук был изобретен немецкими химиками в 30-е гг. В настоящее время синтезируется несколько десятков различных синтетических каучуков. Каждый из них имеет свои характерные особенности и строгое назначение в разных деталях РТИ, как показало время и практика, единственным недостатком синтетического каучука является его дороговизна в сравнении с натуральным. 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.
Источник
Из чего и как делают резину для колес вашего автомобиля
Сегодня я же хочу поговорить об резине или шинах. Из чего их делают и какой они проходят путь до наших прилавков. Многие ошибочно думают – что в основе всего лежит нефть, многие даже уверенны – что ее там под 90%, однако это не совсем так. НА заре своего появления шины были продуктом природы практически на 100% …
Прежде чем рассказать вам о современных шинах, позвольте копнуть в историю и рассказать про резину на заре ее производства.
Что такое каучук?
ДА будет вам известно – что основной компонент резины делается из каучука, а это очень даже природный материал который добывают из каучуковых деревьев. В южной Африке такие деревья существуют очень давно, даже сложно подсчитать их возраст. Однако Европейцы познакомились с ними в 16 веке, когда вернулся на родину Христофор Колумб.
Если разложить слово «КАУЧУК» на составляющие, то получается «КАУ» – растение, дерево, «УЧУ» – плакать, течь. ТО есть если дословно перевести то это «плачущее дерево», с языка индейцев племени реки Амазонки. Однако есть и научное название – «КАСТИЛЬЯ», произрастает оно на берегах реки Амазонки в непроходимых джунглях.
«КАСТИЛЬЯ» очень высокое дерево вырастет оно 50 метров в высоту и цветение продолжается круглый год.
Второй по содержанию этого сока является дерево – «ГЕВЕЯ», которое также вырастает до 40-50 метров. Когда растение набирает силу, и доходит до возраста в 9-10 лет, у него на стволе делают насечки в форме буквы «V» из которой и начинает сочиться натуральный каучук. При воздействии воздуха он становится тягучим.
Это два основных растения, которые дают натуральные каучуки. В средней Азии, а также на берегах южной Америки, Бразилии, Перу, острове Шри-Ланка есть целые плантации таких деревьев, которые существуют только с одной целью – добывание этого сока! Это уже давно налаженный бизнес.
В пятерку «популярных» также входят растения: «МАНИОКА», «САЛЬНОЕ ДЕРЕВО» и кустарник «ИН-ТИЗИ». Все они являются источниками для последующего производства резины.
Как я писал, выше каучук был привезен в Европу очень давно, но вот на первое его использование решился – К.МАКИНТОШ, не путать с компьютерами от «APPLE», он впервые пропитал плащ от дождя этим составом, благодаря чему тот получился практически не промокаемым. В холодную погоду он становился плотным и не промокаемым, а вот в жару становился немного «липковатым». Нужно отметить, что МАКИНТОШ подсмотрел этот метод у индейцев с Амазонки, те уже несколько веков пропитывали свою одежду, а также растения нужные для производства крыш домов именно каучуком – характеристики водонепроницаемости намного увеличивались.
Так что появлению резины мы косвенно обязаны – индейцам Амазонки! Посмотрите короткий ролик.
Производство резины
Ну вот мы и подошли до самого интересного до производства самой резины, и это не обязательно колеса автомобиля, резина сейчас применяется везде, даже в резинках для волос.
После того как соберут сок каучука, он еще очень далек от производства резины. Изначально из него производят латекс, это промежуточное звено. Однако чистый латекс сейчас применяется везде, начиная от медицины, заканчивая промышленностью.
Сок наливают в большие чаны и перемешивают в больших чанах с кислотой, обычно в течение 10 часов. После чего он затвердевает. Это уже и есть латекс.
После его пропускают через специальные валы, таким образом, убирая лишнюю влагу. Получается длинная и достаточно широкая лента.
Эту ленту запускают под специальные ножи и измельчают ее. Если посмотреть на этот состав, то это похоже на пережаренный омлет.
Эту воздушную массу, обжигаю в больших печах под воздействием достаточно высоких температур – 13 минут. Теперь он получается эластичным и похожим на бисквит, его прессуют блоками и отправляют на производство.
Конечно в сетях вы не найдете точной формулы производство резины и тем более шин, все это держится в строгом секрете. Однако суть процесса не изменилась за последние 100 лет и всем давно известна.
Чтобы сделать резину, нужно взять эти брикеты латекса и подвергнуть их вулканизации. Также добавляется в этот состав сера и другие «скрытые» ингредиенты. Все это добавляют в специальный котел, нагревают, перемешивают и после таких манипуляций уже и появляется резина.
Как только она разогрета до 120 градусов, ее раскатывают специальными валами, до тонких полос. Там же она и охлаждается.
После эти полоски резины идут на производство колес, читайте статью.
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.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Источник