Из чего делаются шины. Основные этапы производства шин

Трудно представить сегодняшнюю насыщенную и технологичную жизнь человека, без такого материала как резина. А ведь еще несколько веков назад о резиновых изделиях высокого качества можно было только мечтать. Теперь же этот материал незаменим в медицине, промышленности, технике, бытовой повседневной жизни.

Появление резины в жизни людей случилось довольно внезапно, после открытия Колумбом Америки. Свое начало она берет от каучука, который производился из дерева гевея. Открыв новый материк, путешественник обратил внимание на развитие индийцев и предметы ихнего быта. Больше всего его поразил мяч, которым игрались дети, сделанный из неизвестного материала. Увесистая черная сфера была довольно прыгучей и легкой, сильно обходя по качеству обычные европейские мячи из кожи.

Так Колумб узнал о деревьях, растущих в Индонезии и Бразилии, надрезы по которым, давали тянущийся сок- латекс. Именно он дал начало новому материалу, из которого в современности изготавливают резинотехнические изделия . Каучук того времени довольно часто использовали в элементах одежды или строительстве, благодаря своим не промокающим свойствам. За долгие годы совершенствования, с каучуком проводили множество экспериментов, как физических, так и химических, в надежде улучшить его свойства.

И лишь в 1893 году ученый Гудьир сумел сделать из каучука современный вид резины, которая так широко используется в наши дни. Благодаря правильной термической обработке каучук сумел получить нужные свойства и навсегда превратиться в универсальную и прочную резину. В ХХ веке резину стали активно использовать как качественный и надежный изолятор, прокладывая тысячи новых электрических маршрутов по всему миру.

Дальше - больше. Резина стала неотъемлемой частью промышленности и жизни человека. Резиновые элементы присутствовали в бытовой технике, мебели, одежде, обуви, предметах гигиены, посуде. Что касается крупных промышленных сфер, то здесь резина стала неотъемлемой частью всех процессов. На сегодняшний день трудно себе представить, как бы выглядели автомобильные шины, отрезные круги , элементы запчастей, строительных инструментов и многое другое, если бы однажды не была произведена резина, как отдельный вид материала.

СССР смог поставить в производство резину не только природного происхождения, но и синтетического, научившись добывать и синтезировать каучук, а после и саму резину из природных газов, нефти, спирта. Западные ученые долго не признавали этот факт возможным, поскольку для них эта технология была неизведанная, однако спустя годы, европейские и американские признали синтетический каучук - реальностью. Это позволило СССР шагнуть далеко вперед в технологическом плане и значительно сберечь бюджет страны, не допуская дорогостоящие закупки сырья для резины из Бразилии или стран Индонезии.

Синтетический каучук практически не уступал по свойствам природному компоненту, однако его низкая эластичность не позволяла изготавливать из него такие важные промышленные товары, как автомобильные и авиационные шины. Со временем благодаря современным разработкам и постоянным экспериментам с температурными режимами и химическим составляющими, эта проблема была полностью исчерпана.

Таким образом, щедрая природа и научные факторы смогли дать миру такой материал как резина, которая позволяет развивать современные технические и медицинские наработки, улучшая их своими природными свойствами. На сегодняшний день, резина - это один из самых прочных, выносливых и универсальных материалов человечества.

Резиновые материалы и комбинированные резинотехнические изделия невозможно заменить другой продукцией. Уникальное сочетание характеристик и эксплуатационных качеств позволяет использовать такие материалы в сложных рабочих процессах, дополняя устройство машин, станков, приборов и строительных конструкций. Современное производство резины заметно продвинулось технологически, что отразилось и на качестве выпускаемой продукции. Технологи стремятся повышать долговечность, прочность и стойкость изделий к воздействию сторонних факторов.

Из какого сырья делают резину?

Большая часть резиновых материалов получается в результате промышленной обработки синтетических и натуральных каучуковых смесей. Достигается эта обработка посредством сшивки каучуковых молекул химическими связями. Последнее время используется порошкообразное сырье для производства резины, характеристики которого специально рассчитаны на образование литьевых форм. Это готовые композиции на базе жидкого каучука, из которых в том числе выпускают эбонитовые изделия. Сам процесс вулканизации не обходится без специальных активаторов или агентов - это химические вещества, способствующие сохранению оптимальных рабочих качеств смеси. Обычно для данной задачи используют серу. Это компоненты, составляющие основу набора, требуемого для изготовления резины. Но, в зависимости от требуемых эксплуатационных качеств и назначения продукта, технологи вводят производственные этапы, на которых структура изделия обогащается и модифицирующими элементами.

Добавки для модификации резиновых смесей

В процессе изготовления резиновая смесь может наполняться ускорителями, активаторами, агентами вулканизации, смягчителями и другими компонентами. Поэтому вопрос о том, из чего делают резину, в немалой степени определяется вспомогательными добавками. Например, для сохранения структуры материала используют регенераты. С помощью данного наполнителя резиновый продукт может подвергаться вторичной вулканизации. Немалая часть модификаторов не оказывает влияния на конечные технико-эксплуатационные свойства, но играет существенную роль непосредственно в процессе изготовления. Тот же процесс вулканизации корректируют ускорители и замедлители химических реакций.

Отдельную группу добавок представляют пластификаторы, то есть смягчители. Их используют для понижения температуры при вулканизации и диспергирования других ингредиентов состава. И здесь может возникнуть другой вопрос - насколько добавки и сам каучук влияют на химическую безопасность формируемой смеси? То есть из чего делают резину с точки зрения экологической чистоты? Отчасти это действительно опасные для здоровья смеси, которые включают ту же серу, битумы и дибутилфталаты, стеариновые кислоты и т. д. Но часть ингредиентов представляют натуральные вещества - природные смолы, тот же каучук, растительные масла и восковые компоненты. Другое дело, что в разных смесях соотношение вредной синтетики и натуральных ингредиентов может меняться.

Этапы процесса изготовления резиновых изделий

Промышленное изготовление резины начинается с процесса пластификации сырья, то есть каучука. На этом этапе обретается главное качество будущей резины - пластичность. Посредством механической и термической обработки каучук смягчается до определенной степени. Из полученной основы в дальнейшем будет осуществлено производство резины, но перед этим пластифицированная смесь подвергается модификации рассмотренными выше добавками. На этой стадии формируется резиновый состав, в который добавляют серу и другие активные компоненты для улучшения характеристик состава.

Важным этапом перед вулканизацией является и каландрование. По сути, это формование сырой каучуковой смеси, прошедшей обогащение добавками. Выбор способа каландрирования определяет конкретная технология. Производство резины на этом этапе может предполагать также и выполнение экструзии. Если обычное каландрование ставит целью создание простых резиновых форм, то экструзия позволяет выполнять сложные изделия в виде шлангов, кольцевых уплотнителей, протекторов для автомобильных шин и т. д.

Вулканизация как завершающий этап производства

В процессе вулканизации заготовка проходит финальную обработку, благодаря которой изделие получает достаточные для эксплуатации характеристики. Сущность операции заключается в воздействии давления и высокой температуры на модифицированную каучуковую смесь, заключенную в металлическую форму. Сами формы устанавливаются в специальной автоклаве, подключенной к паровому нагревателю. В некоторых сферах производство резины может предусматривать и заливку горячей воды, которая стимулирует процесс распределения давления через текучую среду. Современные предприятия также стремятся к автоматизации этого этапа. Появляются все новые пресс-формы, которые взаимодействуют с подающими пар и воду форсунками на основе компьютерных программ.

Как производятся резинотехнические изделия?

Это комбинированные изделия, которые получаются путем соединения тканевых материалов с каучуковой смесью. В процессе изготовления резинотехнической продукции нередко используется паронит - гибридный материал, получаемый путем соединения термостойкой резины и неорганических наполнителей. Далее заготовка проходит обработку вальцеванием и вулканизацию. Получают резинотехнические изделия и с помощью шприц-машин. В них на заготовки оказывается термическое воздействие, после чего осуществляется пропуск по профилирующей головке.

Оборудование для процессов изготовления резины

Полный производственный цикл осуществляет целая группа машин и агрегатов, выполняющих разные задачи. Один лишь процесс вулканизации обслуживают котлы, прессы, автоклавы, форматоры и другие устройства, обеспечивающие промежуточные операции. Отдельный установки применяют для пластификации - типовая машина такого типа состоит из шипованного ротора и цилиндра. Вращение роторной части производится посредством ручного привода. Не обходится производство резины без варочных камер и каландровых агрегатов, которые осуществляют раскатку каучуковых смесей и термическое воздействие.

Заключение

Процессы изготовления резиновых изделий во многом стандартизированы как в плане механической обработки, так и в части химического воздействия. Но даже при условии использования одинаковых производственных аппаратов характеристики получаемых изделий могут быть разными. Это доказывает и резина отечественного производства, предлагающая разные наборы эксплуатационных свойств. Наибольшую долю резиновой продукции в российском сегменте промышленности занимают автомобильные шины. И в этой нише особенно ярко проявляются способности технологов к гибкой модификации составов в соответствии с жесткими требованиями к конечной продукции.

В машиностроении часто используется резина - слож­ная смесь, в которой основным компонентом является каучук. Резина обладает высокой эластичностью, кото­рая сочетается с рядом других важнейших технических свойств: высоким сопротивлением разрыву и истиранию, газо- и водонепроницаемостью, химической стойкостью, высокими электроизоляционными свойствами и малым удельным весом. К недостаткам резины относятся ее не­высокая теплостойкость и малая стойкость к действию минеральных масел (за исключением специальной маслостойкой резины).

Применение резины . Резиновые изделия находят са­мое широкое применение во всех отраслях народного хозяйства. Ассортимент резиновых изделий исчисляется в настоящее время десятками тысяч наименований. Основное применение резина находит в производстве шин.

Кроме шин, в автомобиле насчитывается около 200 самых различных резиновых деталей: шланги, ремни, прокладки, втулки, муфты, буфера, мембраны, манжеты и т. д.

Резина обладает высокими электроизоляционными свойствами, поэтому ее широко применяют для изоля­ции кабелей, проводов, магнето, защитных средств - перчаток, галош, ковриков.

Состав резины. В состав резины входят каучук, реге­нерат, вулканизирующие вещества, ускорители вулкани­зации, наполнители, мягчители, противостарители, кра­сители. Каучук натуральный и синтетический является основным сырьем для получения резиновых изделий. В настоящее время резиновые материалы преимуществен­но производятся из синтетического каучука, который до­бывается из этилового спирта, нефти, природного газа и других веществ.

Регенерат - пластичный материал, получаемый пу­тем переработки старых резиновых изделий и отходов резинового производства. Применение регенерата умень­шает содержание каучука в резиновой смеси, снижает себестоимость резиновых изделий и несколько повыша­ет их пластичность.

Основным вулканизирующим веществом является се­ра. Изменяя количество серы в составе резиновых сме­сей, можно получить резину, обладающую различными степенями эластичности. Процесс химического соедине­ния каучука с серой при нагревании называется вулка­низацией . При получении эластичных резин сера вводит­ся в количестве 1-4% от массы каучука. Резина, со­держащая 25-35% серы, представляет собой твердый материал, называемый эбонитом. Для сокращения про­должительности и температуры вулканизации вводятся в небольшом количестве (0,5-2,5%) ускорители (каптакс, окись свинца и т. д.).

Наполнители бывают активные, неактивные и спе­циальные. К активным наполнителям (усилителям) от­носятся сажа, цинковые белила, каолин и другие веще­ства, повышающие механические свойства резины (проч­ность на разрыв и сопротивление истиранию). Сажа яв­ляется основным наполнителем для получения прочной резины, обладающей высоким сопротивлением истира­нию. К неактивным наполнителям относятся тальк, мел, инфузорная земля и др. Их вводят с целью увеличения объема и удешевления резины. К специальным напол­нителям относятся каолин и асбест, придающие резине химическую стойкость, и диатомит, повышающий элект­роизоляционные свойства резины.

Мягчители (пластификаторы) придают резиновой смеси мягкость, пластичность и облегчают ее обработку.

Противостарители - это вещества, предохраняющие резину от старения.

Основные виды резин . Армированной называют рези­ну, внутрь которой введены прокладки из металлической сетки или спирали с целью повышения прочности и гиб­кости, что особенно важно для таких изделий, как авто­мобильные шины, приводные ремни, ленты транспорте­ров, трубопроводы и т. д. При ее приготовлении в рези­новую смесь закладывают металлическую сетку, покры­тую слоем латуни и обмазанную клеем, и подвергают одновременному прессованию и вулканизации.

Пористые резины по характеру пор и способу полу­чения разделяются на губчатые - с крупными открытыми порами, однородные ячеистые - с закрытыми порами и микропористые. Способ их получения основан на способности каучука абсорбировать газы и на диффузии тазов через каучук. Пористая резина применяется при изготовлении амортизаторов, сидений, оконных прокла­док, протекторных слоев покрышек.

Твердая резина, или эбонит, имеет темно-коричневую или красную окраску, теплостойкость от 50 до 90°С, вы­держивает высокое пробивное напряжение (25- 60 кВ/мин).

В автомагазинах можно найти самые разные шины. И перед тем, как выбрать одну из таких шин для автомобиля давайте узнаем из чего же они сделаны. Эта информация будет полезна для всех автолюбителей. Зная, из чего была изготовлена шина, сделать правильный выбор будет намного легче.

Несмотря на то, что методы изготовления резинотехнической смеси для изготовления тех или других марок шин держатся в строгом секрете, главные компоненты состава известны. Нет никакого смысла делать из этого какую-то тайну. Изменения основы состава достигаются обычно за счёт добавления целого ряда компонентов, которые выполняют различные функции. В основном же, метод приготовления смеси за несколько десятков лет практически никак не изменился. Однако даже в начальном варианте рецепта, количество составляющих может достигать 20. Согласитесь, что это не так уж и мало. Поэтому, мы с вами остановимся только на самых важных из них.

Материал для изготоления шин

Совершенно ясно, что основным материалом для шины является резина. Однако резина бывает разной. Она вполне может изготавливаться как из искусственного, так и из натурального каучука. Чаще всего встречаются шины, которые изготовлены из искусственного каучука , так как он достаточно прост в разработке, намного дешевле, а по качеству практически ничем не уступает натуральному.

Проверка качества шины из каучука

Нужно всего лишь попробовать оторвать один из усиков на шине и если резина достаточно качественная, вам этого сделать не удастся. Существует ещё один способ определения качества применяемой для шины резины: нужно резко провести по шине пальцем, и если после этого действия у вас на пальце останется след, это будет означать, что шина некачественная, производитель применил множество разнообразных химических компонентов.

Важно! Второй по своим количественным показателям элемент состава материала для шин - это углерод технический или просто сажа. Он составляет около 30% всего состава.

Для чего нужен углерод

По сути, это скрепляющий на молекулярном уровне компонент смеси, действует который на молекулярном уровне. Если бы углерод не использовался, шины для автомобилей были бы очень недолговечными, отличались бы невысокой прочностью и быстрым износом. Сегодня вместо технического углерода нередко применяется сера. Однако выбор того или другого элемента - это, скорее, вопрос «религии» и экономических соображений. С точки зрения технологии разница получается очень небольшая.

Кремниевая кислота, как альтернатива

Она применяется в качестве заменителя сажи по той простой причине, что последняя всё время дорожает. Однако такое решение вызывает определённые сомнения у профессионалов, и связаны эти сомнения с тем, что кремниевая кислота, обладая более низкой прочностью, имеет более высокую способность к сцеплению с мокрой поверхностью дороги. Другими словами, потеряв износостойкость, мы приобрели улучшенное сцепление. Между прочим, вулканизация подобных автомобильных шин происходит с помощью перекисей, и при эксплуатации такие покрышки наносят меньше вреда окружающей среде.

Добавками для приготовления компаундов в большинстве случаев являются различные смолы и масла. Они выполняют смягчающую функцию, что немало значит при производстве зимней резины. Помимо этого, отметим оксид цинка и прочие ускорители вулканизации, наполнители «экологического» плана, которые позволяют сделать меньше коэффициент сопротивления качению, а также достичь увеличения топливной смеси.

Нужно отметить то, что сам по себе факт наличия в резине кремниевой кислоты, кукурузы, крахмала и прочих модных добавок, на которых по большей части и делается реклама, ещё ни о чём не говорит. Важно изобрести, а затем соблюсти рецепт, который бы с использованием данных компонентов обеспечил бы лучшие характеристики шины для автомобилей. А получается это далеко не у всех производителей. По этой причине доверять следует тестам и реальным отзывам потребителей, а также мнению настоящих профессионалов, которые обязательно порекомендуют самый подходящий вариант покрышек на любой бюджет и при любых условиях эксплуатации.

Подведя итог, можно сказать, что все автомобильные шины делаются из резины или других материалов, однако с обязательным добавлением каучука. У каждого из производителей существует свой оптимальный химический состав для автомобильной шины, который определяет их различные характеристики. Одни производители уделяют внимание большому сроку службы, другие - скоростным характеристикам, а третьи и вовсе поведению шины на скользком дорожном покрытии. Именно такие характеристики влияют на цену и качество шины для автомобилей.