Технология изготовления шины

Задумывались ли вы когда-нибудь, из чего состоит самая обыкновенная шина? Смотря на шину, она кажется просто резиновой камерой большого размера. Но создание шины – это сложный технологический процесс, объединяющий сотни технологий. Это изделие, которое должно отвечать множеству требований и справляться со всеми задачами: разгон, торможение, повороты и тд. Но это еще не все.

Требования

Вот, какой список требований назвал вице-президент Michelin, шина должна:

1. иметь долгий срок службы
2. хорошо тормозить на мокрой и сухой дороге
3. создавать комфортную езду
4. хорошо тормозить на льду
5. иметь хорошее сцепление с дорогой
6. экономить топливо
7. быть как можно менее шумной
8. обладать хорошей прочностью
9. хорошо справляться с поворотами
10. не создавать проблем
11. обеспечивать хорошую езду по льду
12. обеспечивать хорошую езду по сыпучему грунту
13. не вибрировать
14. отвечать экологическим нормам
15. иметь не очень большой вес
16. иметь не очень высокую цену

Этот список можно продолжать до бесконечности, ведь все это именно то, что хотят видеть потребители в хорошей шине. Правда, можно заметить, что некоторые требования противоречат друг другу. Вот, например: во время движения вследствие нагрева и деформации шины, чтобы преодолеть сопротивление качению тратится 20% энергии. Поэтому, нужно уменьшить деформацию, сделав шину более жесткой. Но из-за этого пятно контакта с дорожным покрытием уменьшится, ухудшится управляемость и комфорт. Жесткая шина хуже ведет себя на неровной дороге.

Вот поэтому производителям шин приходится искать баланс, между всеми «должна быть такой-то…», а особенно теми потребностями, которые противоречат друг другу. Но в любом случае покрышка обязательно получается комфортной, управляемой, долговечной и износостойкой.

Если шину аккуратно разрезать, можно разглядеть ее сложную структуру: несколько слоев из различных сортов резины, разные виды корда. И при этом весь состав нужно постоянно совершенствовать, отвечая повышающимся требованиям, идя впереди конкурентов и создавая новые поколения шин. Над созданием новой покрышки трудятся инженеры, технологи, химики, испытатели. После этого, шину ждут еще множество испытаний и исследований, в том числе и обкатка в реальных условиях.

Интересные факты

В этом году на Луну должен отправиться новый луноход NASA Scarab Rover. Поэтому была специально разработана шина Michelin Lunar Wheel. Это специальная покрышка, специально созданная для Луны, ведь ее поверхность кардинально отличается от наших дорог. Lunar Wheel это безвоздушная шина с композитным диском. При ее разработке учитывалось низкое сопротивление качению, возможность выдерживать большие перепады температуры и при этом мало весить. Это колесо гибкое и имеет постоянное пятно контакта, идеально подходит для движения по сложному рельефу. В состав протектора входит текстиль, покрытый кусочками натуральной кожи (это совместная разработка университета Клемсона (США) и Milliken&Company). Такое покрытие позволяет обеспечивать хорошее сцепление при очень низкой температуре.

Доля резиновой смеси в составе шины обычно составляет более 80%, каждый производитель стремится сохранить тайну оставшихся 20 % компонентов (они призваны усиливать конструкцию), входящих в ее состав.

Каучук, безусловно, является главной составляющей резиновой смеси. Натуральное сырье вырабатывается из каучукового дерева и приблизительно половина (а иногда почти весь) используемого каучука является именно таким. Каучуковое дерево растет в тропиках стран Малайзии и Индонезии. Треть смеси приходится на наполнители. Основной из которых сажа, поэтому шина приобретает черный цвет. В процессе вулканизации сажа обеспечивает хорошее молекулярное соединение, придающее резине износостойкость и прочность. Кремниевая кислота все чаще становится заменой сажи (технического углерода), правда не полностью. Она не может обеспечить такую же прочность, но гораздо меньше вытирается из резины. Вторым важным наполнителем являются смолы и масла и смолы, являющиеся регуляторами жесткости шины.

Важной составляющей является сера, она является вулканизирующим агентом. Она образует дополнительные связи между молекулами резины, превращая мягкую смесь в прочную и эластичную. К сере добавляются также стеариновые кислоты, оксид цинка и другие. Некоторые производители добавляют кукурузный крахмал, он снижает сопротивление качению, а также уменьшает выделение соединений углекислого газа в атмосферу.

Из полученной смеси изготавливается профилированная резиновая лента. Каркас и брекер шины делаются из металлокорда высокой прочности или слоев обрезиненного текстиля. Борт является важным элементом, он представляет собой нерастяжимую, жесткую часть, с его помощью покрышка закрепляется на ободе. Крыло, делается из множества витков обрезиненной бортовой проволоки, - основная часть борта. В единое целое все детали соединяются на сборочных станках.

Слои каркаса, борт, в центре каркаса протектор с боковинами, последовательно накладываются на сборочный барабан. После того, как все собрано, происходит процесс вулканизации: шина помещается в пресс-форму. Пар и теплая вода под высоким давлением подается внутрь. Наружная поверхность пресс-формы также обогревается. На боковине и протекторе под давлением прорисовывается рельефный рисунок. Вулканизация (химическая реакция) делает резину прочной и эластичной.

Вручную процесс изготовления выглядит так: последовательно, слоями накладываются различные виды резины, полимерные и стальные слои корда, протектор. Затем покрышку отправляют на вулканизацию. Все, вот и получилась готовая шина. Эта технология является одной для шин на гоночные машины, самолетов, спецтехники и тп.

Немного истории

Привычная автомобильная шина появилась гораздо раньше самого автомобиля. В 1886 году Карл Бенц запатентовал свой самодвижущийся экипаж, а первая пневмошина была запатентована в 1846 году Робертом Томсоном. Состояла она из нескольких слоев парусины, пропитанных каучуком, сверху покрышка из кожаных кусочков, скрепленных заклепками. Признание пневматическая шина получила позже в 1888 году, когда Джон Данлоп надел на велосипедные колеса куски накачанного садового шланга. Спустя время бельгиец Камиль Женатци (Camille Jenatzy) на электромобиле разогнался до 106 км/час. Это было сенсацией. Шины были от компании Michelin, которая уже тогда была знаменита.