Процесс изготовления и состав шины
Покупая и используя автомобильные шины, мало кто задумывается как они производятся.
Мы расскажем как изготовляются покрышки и какие химические составляющие входят в
них.
Изготовление шин включает в себя четыре различных этапа: производство резиновых
смесей и компонентов, сборка, вулканизация. Производство шины начинается с
приготовления резиновых смесей. Рецептура зависит от назначения деталей шины и
может включать в себя до 10 химикатов, начиная от серы и углерода и заканчивая
каучуком. На следующем этапе создается протекторная заготовка для шины. В результате
шприцевания на червячной машине получается профилированная резиновая лента,
которая после охлаждения водой разрезается на заготовки по размеру шины. Скелет шины
— каркас и брекер — изготавливаются из слоев обрезиненного текстиля или
высокопрочного металлокорда. Прорезиненное полотно раскраивается под определенным
углом на полосы различной ширины в зависимости от размера шины. Важным элементом
является борт — это нерастяжимая, жесткая часть, с помощью которой покрышка
крепится на ободе колеса. Основная часть борта — крыло, изготавливается из множества
витков обрезиненной бортовой проволоки.
На сборочных станках все детали шины соединяются в единое целое. На сборочный
барабан последовательно накладываются слои каркаса, борт, по центру каркаса протектор
с боковинами. Для легковых шин протектор относительно расширен и заменяет собой
боковину. Это повышает точность сборки и снижает количество операций в производстве.
После сборки идет процесс вулканизации. Собранная шина помещается в пресс-форму
вулканизатора. Внутрь под высоким давлением подается пар или подогретая вода.
Обогревается и наружная поверхность пресс-формы. Под давлением по боковинам и
протектору прорисовывается рельефный рисунок. Происходит химическая
реакция(вулканизация), которая придает резине эластичность и прочность.
Химический состав резиновой смеси
Над процессом создания шины работают химики и конструкторы, от которых зависят
секреты шинной рецептуры. Их искусство заключается в правильном выборе, дозировке и
распределении компонентов, в особенности для смеси протектора. На помощь им
приходят профессиональный опыт и не в меньшей степени компьютеры. Хотя состав
резиновой смеси у любого солидного производителя шин — тайна за семью печатями,
достаточно хорошо известны около 20 основных составляющих. Весь секрет состоит в их
грамотной комбинации с учетом предназначения самой шины.
Основные составляющие резиновой смеси каучук. Хотя шинный коктейль необычайно
сложен по своему составу, основу его все же образуют различные каучуковые смеси.
Натуральный каучук, состоящий из высушенного сока(латекса) южноамериканского
каучукового дерева (бразильская гевея), долгое время доминировал во всех смесях,
различаясь при этом лишь по уровню качества. Технический углерод. Добрая треть
резиновой смеси состоит из промышленной сажи (технический углерод), наполнителя,
предлагаемого в различных вариантах и придающего шине её специфичный цвет. Сажа
обеспечивает в процессе вулканизации хорошее молекулярное соединение, что придает
покрышке особую прочность и износостойкость. Сажу получают путём сжигания
природного газа без доступа воздуха.
Кремниевая кислота. В Европе и США ограниченный доступ к источникам природного
газа вынудил химиков найти замену. При том, что кремниевая кислота не обеспечивает
такую же высокую прочность резинам, как ТУ, она улучшает сцепление шины с мокрой
поверхностью дороги. Так же она лучше внедряется в структуру каучука и меньше
вытираются из резины при эксплуатации шины. Это свойство менее пагубно для
экологии. Чёрный налёт на дорогах — технический углерод, вытертый из шин. В рекламе
и обиходе шины с использованием кремниевой кислоты называются «зелёными». Резины
вулканизуются перекисями. Полностью отказаться от использования технического
углерода в настоящее время не представляется возможным.
Масла и смолы. К важным составным частям смеси, но в меньшем объёме, относятся
масла и смолы, обозначаемые как смягчители и служащие в качестве вспомогательных
материалов. От достигнутой жесткости резиновой смеси во многом зависят ездовые
свойства и износостойкость шины.
Сера — вулканизующий агент. Связывает молекулы полимера с образованием
пространственной сетки. Пластичная сырая резиновая смесь превращается в эластичную и
прочную резину.
Вулканизационные активаторы, такие как оксид цинка и стеариновые кислоты, а также
ускорители инициируют и регулируют процесс вулканизации в горячей форме (под
давлением и при нагреве) и направляют реакцию взаимодействия вулканизующих агентов
с каучуком в сторону получения пространственной сетки между молекулами полимера.
Экологические наполнители. Новая и ещё не распространенная технология предполагает
собой применять в смеси протектора крахмал из кукурузы (в перспективе картофеля и
сои). За счет значительно уменьшенного сопротивления качения шина на основе новой
технологии выделяет в атмосферу почти вдвое меньше соединений углекислого газа по
сравнению с обычными шинами.
Классификация шин
Арочные шины. Предназначены для обычных и специальных автомобилей, работающих
на мягких грунтах в условиях бездорожья. Профиль поперечного сечения арочной шины
напоминает форму арки. Отношение высоты профиля к ширине H/B = 0,39-0,5.
Особенностью арочных шин по сравнению с обычными является большая ширина
профиля при наружном диаметре, близком к диаметру обычных шин, и особая
конструкция бортовой части. Все это позволяет обеспечить при низком давлении воздуха
в шинах (0,6-2,0 кг/см2) необходимую грузоподъемность.
Широкопрофильные шины. Представляют собой нечто среднее между арочными и
шинами обычной конструкции (H/B = 0,5-0,9). Широкопрофильные шины имеют
увеличенную ширину профиля по сравнению с обычными. Широкопрофильные шины
имеют протектор малой кривизны и могут быть выполнены с двухконтактной беговой
дорожкой, что делает протектор более плоским и обеспечивает равномерное
распределение удельных давлений в площади контакта с дорогой. Эта конструктивная
особенность шин повышает боковую устойчивость автомобиля на скользких дорогах.
Низкопрофильные и сверхнизкопрофильные шины. Выпускаются для легковых,
грузовых автомобилей и автобусов. Они имеют пониженную высоту профиля ( для
низкопрофильных H/B = 0,7-0,88; для сверхнизкопрофильных H/B < 0,7 ), что позволяет
повышать устойчивость и управляемость автомобиля, обладают большей
грузоподъемностью и ходимостью.
Летние шины. Их отличают четко выраженные продольные канавки для отвода воды из
пятна контакта протектора с дорогой, слабо выраженные поперечные канавки и
отсутствие микрорисунка. Кроме того, они всегда имеют плавный скругленный переход
от протектора к боковинам. Шины этого типа обеспечивают максимальное сцепление с
сухой и мокрой дорогой, обладают максимальной износостойкостью и наилучшим
образом приспособлены для скоростной езды. Но для движения по грунтовым(особенно
мокрым) и зимним дорогам они малопригодны. Скоростные шины (категория Н и выше)
отличаются повышенной способностью противостоять перегреву, сохранением
стабильного коэффициента сцепления с дорогой независимо от особенностей качения на
высокой скорости.
Всесезонныешины. Обладает хорошими сцепными свойства на мокром асфальте,
удовлетворительной приспособленностью к заснеженной дороге и большим износом, по
сравнению с летними. Рисунок протектора более разветвленный, элементы рисунка
группируются в хорошо различимую дорожку и разделены канавками разной ширины: на
элементах рисунка - "шашках" - имеются узкие прорези дополнительного микрорисунка.
Зимние шины. Обеспечивают максимальное сцепление с дорогой при движении по снегу
и льду. Их протектор имеет характерный рисунок, обеспечивающий отвод снега из зоны
пятна контакта, и отличается повышенными сцепными свойствами, а применение
специальных компонентов в резиновых смесях способствует сохранению их свойств даже
при очень низких температурах. Однако улучшение сцепных свойств обычно
сопровождается снижением управляемости на сухом покрытии в результате повышенного
внутреннего трения, а также более высоким уровнем шума при движении и достаточно
быстрым износом протектора.
Шоссейные. Разработаны для движения по мокрой или сухой дороге с твердым
покрытием. Использование таких шин зимой на льду или на снегу недопустимо,
поскольку они не обладают необходимыми сцепными свойствами, характерными для
зимних или всесезонных шин.
Скоростные. Созданы для применения на автомобилях высокого класса. Такие шины
призваны обеспечить повышенные сцепные свойства и более высокий уровень
управляемости. Кроме того, вследствие особых условий эксплуатации, скоростные шины
должны противостоять значительным температурным нагрузкам. Автомобилисты,
покупающие скоростные шины, обычно готовы принять определенные неудобства,
связанные с меньшим комфортом и быстрым износом, в обмен на прекрасную
управляемость и сцепление с дорожным полотном.
Всесезонныескоростные. Созданы специально для тех, кому требуются улучшенные
скоростные характеристики при эксплуатации автомобиля круглый год, включая
движение по льду и снегу. Создание таких шин стало возможным только благодаря
современным технологиям, появившимся в последние несколько лет.
4х4. Это разреженный рисунок шашечного типа с развитыми грунтозацепами по плечевой
зоне, с мощными недеформируемыми шашками, часто не расчлененными прорезями.
Разновидности рисунков протектора Рисунки протектора могут быть направленными и
ненаправленными. Кроме того, они бывают симметричными и асимм
четыре вида рисунков, каждый из которых имеет свои достоинства и
соответственно.Симметричный ненаправленный рисунок протектор
классический и основной бюджетный вариант. Шинами с симметри
комплектуют автомобили многие производители. Кроме
оптимального соотношения «цена-качество», такие шины отличаю
заменяются, поскольку их установка не зависит от направления вр
сверх-характеристики на высоких скоростях, отдают предпочтение ненаправленному симметрично
Асимметричный ненаправленный рисунок разработан для универсализации работы
протекторов, он представляет собой два разных рисунка на внешней и внутренней частях
протектора. При этом внутренний рисунок обычно служит для улучшения движения по
мокрой дороге, а наружный – для сухого покрытия. Шины с асимметричным рисунком
следует устанавливать, руководствуясь указаниями изготовителя, который
обычно маркирует боковины колеса: боковина с надписью «Outside» должна быть
снаружи, а с пометкой «Inside» - развернута к центру автомобиля.
Приверженцы направленного рисунка протектора склонны считать, что наступила новая
эра шин направленного вращения, вытеснившая привычные варианты, и это несмотря на
значительно выросшую стоимость производства таких протекторов.
Симметричный направленный рисунок встречается наиболее часто. Он, будучи правильно
установлен, выдавливает воду из зоны пятна контакта с дорогой
через специально
сделанные в резине желобки. Такие протекторы называют еще «дождевыми»: они
хорошо работают на мокрой дороге, однако их характеристики заметно хуже на
сухом асфальте. Последнее объясняется тем, что желобки для отвода воды
уменьшают пятно контакта шины и, следовательно, снижают сцепление с дорогой. Если
направление вращения избрано неверно, то вода будет собираться к середине протектора,
создавая эффект аквапланирования даже на низких скоростях.
Асимметричный направленный рисунок требует особых условий производствас
резиновой ленты, что делает конечный продукт весьма дорогостоящим: шины
направленной асимметрией относятся к классу премиум либо спортивных авто. Как
правило, внутренняя боковина протектора отвечает за сцепление с дорогой, а внешняя
предназначена для самоочищения шины на мокрых или заснеженных дорогах. При
установке асимметричных направленных протекторов стоит следить не только за
направлением рисунка, но и за правильностью расположения колеса по отношению к
автомобилю.
Система оценки качества шин или UTQG За исключением снежных шин, DOT требует от производителей оценку шин легковых
автомобилей, основываясь на трех критериях качества: износостойкость, сила сцепления и
термостойкость.
Износостойкость
- Больше 100 - Улучшенная
- 100 - Норма
- Меньше 100 - Плохая
Износостойкость является сравнительной оценкой основанной на результатах
тестирования в регулируемых условиях на специально назначенной экспериментальной
трассе. Шина с оценкой 200 на испытаниях протянет вдвое дольше чем шина с оценкой
100. Реальный пробег вашей шины зависит от условий ее эксплуатации и может
колебаться в зависимости от вашего стиля вождения, от состояния машины, от различий
в климате и качестве дорог. Износостойкость существует для возможности сравнения
между шинами одного производителя. Нельзя проводить аналогии между шинами разных
производителей основываясь на этой оценке.
Сцепление
- A - Превосходное
- B - Среднее
- C -Удовлетворительное
Сцепление характеризует способность шины тормозить на мокрой дороге. В основе
характеристики сцепления лежат тесты по торможению на прямолинейном участке
дороги, но она не показывает устойчивость на виражах.
Термостойкость
- A - Превосходная
- B - Средняя
- C - Удовлетворительная
Оценка термостойкости представляет устойчивость шины к выделению теплоты, в
соответствии с результатами теста, проводимого в управляемых условиях в закрытом
помещении на экспериментальном лабораторном колесе. Длительная высокая
температура может вызвать дегенерацию материала шины и тем самым сократить срок
эксплуатации. Чрезмерно высокая температура может вывести шину из строя.
Конструкция шин Современная шина – это совокупность большого числа передовых технологий, благодаря
которым Мы получаем качественную продукцию и одну из основных составляющих
безопасности на дороге. Из чего же состоит современная шина?Основными
элементами являются протектор (1), плечевая часть (2), каркас (3), боковая
часть (4), брекер (5), дополнительная вставка в плечевой зоне (6), бортовое
кольцо (7), бортовая часть (8).
Итак начнем с видимой части шины – протектора (1). Он
необходим для предохранения каркаса (3) от повреждений.
Протектор обладает определенным рисунком, который, в зависимости от назначения
шины различается свои дизайном. Шины высокой проходимости имеют более глубокий
рисунок протектора и грунтозацепы на его боковых сторонах. Рисунок и
конструкция протектора дорожной шины определяется требованиями к отведению воды
и грязи из канавок протектора и стремлением снизить шум при качении. Но, все
же, главная задача протектора шины — обеспечить надежных контакт колеса с
дорогой в неблагоприятных условиях, таких как дождь, грязь, снег и т.д, путем
их удаления из-под пятна контакта по точно спроектированным канавкам и желобкам
рисунка. Во многих странах существуют законы, регулирующие минимальную высоту
протектора на дорожных транспортных средствах.
Плечевая часть (2) - профилированные участки шины. Благодаря
оптимизации их профиля достигается лучшее сцепление в поворотах. Конструкция и
состав резиновой смеси в плечевой зоне во многом определяют поведение
автомобиля в поворотах.
Каркас (3) состоит из прорезиненных нитей корда. Корд бывает
текстильным, металлическим или стеклянным. Текстиль и стекло применяются в
легковых шинах. Металлокорд – в грузовых. Стекловолокно отличается абсолютной
стойкостью к гниению и растягиванию. Шины с использованием стекловолокна меньше
разнашиваются и меньше подвержены порче в условиях высокой влажности и
температуры. В зависимости от расположения нитей корда в каркасе различают
шины: радиальные и диагональные. В радиальных шинах нити корда расположены
вдоль радиуса колеса. В диагональных шинах нити корда расположены под углом к
радиусу колеса, нити соседних слоев перекрещиваются.
Боковая часть (4) состоит из тонкого слоя резиновой смеси, он
защищает каркас от механических боковых повреждений, проникновения влаги. На
боковину наносится маркировка шины.
Брекер (5) находится между каркасом и протектором.
Предназначен для защиты каркаса от ударов, придания жёсткости шине в месте
соприкосновения с дорожной. Изготавливается из толстого слоя резины (в лёгких
шинах) или скрещенных слоёв металлокорда.
Дополнительная вставка в плечевой зоне (6) служит эластичной
вставкой между брекерами.
Бортовое кольцо (7) покрытый каучуком пучок стальных струн,
который обеспечивает прочную посадку шины на диск и передачу нагрузки от
каркаса шины на диск колеса.
Бортовая часть (8) шины состоит из одного или более
проволочных бортовых колец, закрепленных слоями корда, и служат для надежного
крепления автошины на ободе. Эта часть покрышки препятствует ее растягиванию.
Технология Run on Flat
На сегодняшний день для каждого автомобилиста, словосочетание Run Flat не
является новым. Но далеко не каждый автолюбитель четко понимает, о чем идет
речь. Сказать в двух словах, эта технология применяемая при разработке шин,
позволяет проехать определенное расстояние при скорости 80 км/час.
Большинство мировых производителей шин внесли эту технологию в предложение
своим клиентам. Так известный бренд Bridgestone на
боковине шины наносит RFT – RunFlatTire, BFGoodrich SSS–Self-Supporting Structure, Dunlop DSST – Dunlop Self-Supporting Technology, Michelin ZP – Zero Pressure, Pirelli RFT – Run Flat Technology и Yokohama RF – Run Flat. Также могут иметь место
такие обозначения как RunOnFlat ТМ и PAX. Разобравшись более детально с
конструкцией шины оснащенной этой технологией, можно увидеть усиленную
несколькими слоями боковину с жаропрочным кордом. Вставки из резины повышенной
эластичности поддерживают вес автомобиля, даже при полной потери давления.
Такая конструкция, не дает шине сминаться при потери давления и позволяет
двигаться около 80 км
при скорости не более 80 км/час.
Не каждый знает, что обязательным условием для установки шин с технологией Run
Flat, является адаптивная подвеска, поскольку эти шины жестче и тяжелее
обычных. Также очень важно иметь систему контроля давления и мониторинга шин,
TPMS (Tire Pressure Monitoring System).
RunFlat не единственный способ передвигаться на спущенном колесе, Continental
успешно применяет CSR(ContiSupportRing), а Michelin технологию
Pax. Последняя система работает в с паре внутренним пластиковым ободом, такая
система предоставляет возможность проехать около 200 км с теми же 80 км/час.
В этом изобилие есть нюанс, таким шинам нужны специальные диски у которых
внешний радиус меньше внутреннего. Система от Continental
обеспечивают те же 200 км
при 80 км/час, включая в себя металлическое поддерживающее кольцо с гибкой
вставкой, которое монтируется на диск. При проколе такого колеса, боковина
опирается на кольцо, что не дает покрышке сминаться под тяжестью автомобиля.
Правда у таких шин тоже есть недостатки, они могут быть доступны только в
широком профиле.
RAIN, WATER, AQUA (или
пиктограмма «зонтик») — означает, что эти шины специально спроектированы для
дождливой погоды и имеют высокую степень защиты от эффекта аквапланирования.
Эффект аквапланирования
Эффект аквапланирования можно наблюдать при
образования слоя воды между шиной и дорожным полотном, когда перед шиной
образуется водяной клин, который задвигается под нее. В процессе движения
количество воды под протектором увеличивается, шина при этом все больше
всплывает над дорожным покрытием и автомобиль теряет контакт с
дорогой.
В
отличие от
скольжения,которое возникает
вследствие резкого маневра или торможения, этот процесс невозможно
контролировать. При аквапланировании автомобиль движется по инерции, абсолютно
не реагируя на попытки изменить траекторию его движения. Последствия
аквапланирования бывают разными, иногда случается так, что заканчивается все
переворотом автомобиля! Все зависит от многочисленных факторов. Например, от
скорости автомобиля - чем она выше, тем, естественно, ситуация опаснее; от
качества дорожного полотна, состояния амортизаторов. Влияет, естественно, и
качество шин автомобиля: ширина, жесткость, степень износа, рисунок протектора
(критическая глубина износа составляет 4 мм). Аквапланирование неизбежно и при
небольшой глубине, если скорость достаточно высокая, а особенно коварно на
поворотах.
Установка хороших дождевых шин поможет значительно снизить вероятностьс
аквапланирования. Существенным элементом является профиль относительновысокой
долей негатива (борозды, каналы). С его помощью вбирается много воды и быстро
отводится. При этом помогают клиновидные рисунки профиля.
Приближаясь к луже, рекомендуется отпустить педаль газа и по возможности
выровнять колеса. Опасность аквапланирования заключается преимущественно в том,
что, зачастую автомобиль заносит в сторону, а водитель при этом, скользя по
луже, упорно старается выровнять направление своего движения поворотом
|