1.3. Шинные материалы

Покрышки и бескамерные шины изготавливают из резины, кордной технической ткани, металлокорда и проволоки, а камеры и ободные ленты - из резины. В СССР в подавляющем большинстве шины изготавливают из резины, основой которых является синтетический каучук (СК). Опираясь на достижения нашей промышленности СК, а также исследований в области рецептур и конструирования шин, отечественная шинная промышленность систематически снижала удельное потребление натурального каучука, доведя его в настоящее время до 7%. При этом шины массового назначения для легковых и грузовых автомобилей, тракторов и другой сельскохозяйственной техники вот уже 15 лет изготавливаются только из СК.

Камеры производят также из резин на основе синтетического бутилкаучука, ободные ленты - на основе регенерата старых автомобильных покрышек.

Резину (вулканизат) получают вулканизацией резиновой смеси, представляющей собой механическую смесь каучука с различными органическими и неорганическими веществами. Основные компоненты резиновых смесей делят на следующие группы: каучуки и регенерат, вулканизирующие вещества, ускорители вулканизации, активаторы вулканизации, противостарители, пластификаторы (мягчители) активные и неактивные наполнители, красители. В зависимости от назначения изготавливают различные резиновые смеси: протекторную, каркасную, брекерную, камерную.

Натуральный каучук (НК) добывают из млечного сока каучукового дерева - гевеи, произрастающего в странах с тропическим климатом. Резиновые смеси на основе НК обладают хорошей клейкостью, когезионными, адгезионными и другими технологическими свойствами. Резины, содержащие НК, высокоэластичны, характеризуются небольшими гистерезисными потерями и низким теплообразованием при многократных деформациях, сохраняют прочность при высокой и низкой температурах. Они могут использоваться в различных климатических условиях.

Синтетический каучук получен на основе работ советских ученых А. Н. Бутлерова, А. Е. Фаворского, С. В. Лебедева и Б. В. Вызова. Им удалось раскрыть синтез каучука, подобрать исходное сырье и синтезировать каучук в промышленном масштабе. СК производят из различных ненасыщенных углеводородов, содержащих сопряженные двойные связи, путем их полимеризации.

Известно достаточное число групп СК, обладающих различными специфическими свойствами, которых не имеет натуральный каучук. Так, цисполинзопрен СКИ-3-01 по клейкости превосходит Смеси, содержащие НК. Получен саженаполненный каучук СКИ-ЗМ-5С-60, обладающий большей прочностью при растяжении, значительным сопротивлением истиранию и образованию трещин по сравнению с НК. Бутадиеновый каучук (СКД) придает шинам высокую износостойкость и морозоустойчивость, поэтому его используют для производства протекторных резин. Бутадиен-стирольные (СКС) и бутадиенметилстирольные (СКМС) каучуки используют для изготовления камер, так как они обладают хорошей клейкостью. Уретановые каучуки (СКУ) исследуются в настоящее время для изготовления протекторов шин методом литья под давлением, поскольку эти каучуки находятся в жидком состоянии и их можно заливать в пресс-формы. Резины на основе СКУ характеризуются значительно большим сопротивлением истиранию по сравнению с резинами на основе других каучуков, а также достаточными прочностью и эластичностью. Представляют интерес жидкие каучуки (ЖК). Их применение позволит упростить, механизировать и автоматизировать процесс производства шин.

Регенерат резины - пластичный продукт, получаемый специальной обработкой старых резиновых изделий (покрышек, камер), при которой отделяют резину от тканевых материалов. Регенерат применяют для некоторого уменьшения расхода каучука при изготовлении шин. Ободные ленты шин изготавливают полностью из регенерата.

Вулканизирующие вещества добавляют для осуществления процесса горячей вулканизации резиновой смеси, т. е. превращения ее в резину. Основным вулканизирующим веществом является сера, добавляемая в смесь в виде порошка от 1 до 4% от массы каучука. Каучук служит растворителем серы. Сера в количестве 3,5% растворяется в каучуке уже при 54 °С. В процессе вулканизации (при температуре 140-160 °С) сера взаимодействует с каучуком, и смесь превращается в эластичную и твердую резину.

Ускорители вулканизации - вещества, присутствие которых в резиновой смеси сокращает время и понижает температуру вулканизации, а также улучшает такие физико-механические свойства резины, как сопротивление старению и истиранию. Действие ускорителей объясняется их влиянием на увеличение активности соединения серы с каучуком.

Активаторы вулканизации - окислы металлов цинка, магния и другие - активируют действие ускорителей и улучшают определенные свойства резины. Их вводят в резиновые смеси в количестве 2-5% от массы каучука.

Замедлители подвулканизации - производные фталемида, бензойная кислота и ангидриды - предотвращают преждевременную подвулканизацию резиновых смесей при их изготовлении и переработке, а также увеличивают время до начала вулканизации. Их вводят в резиновые смеси в количестве 0,2-0,5% от массы каучука.

Пластификаторы вводят в резиновые смеси для повышения их пластичности и мягкости, что необходимо для облегчения изготовления и обработки смесей. Пластификаторы - это жирные кислоты, воски, вазелиновое масло. Их вносят в смеси в количестве 5-15%.

Активным наполнителем (усилителем) является технический углерод - сажа, необходимая для повышения прочности и износостойкости резин. Применяют гранулированный активный технический углерод различных марок в количестве 30-60% от массы каучука.

Красители вводят в резиновую смесь для окраски резины боковины шины. Применяют неорганические красители - двуокись титана, цинковые белила, сернистый цинк, окись хрома и др.

В шинном производстве используют и синтетические латексы в пропиточных составах при обработке корда и тканей для повышения прочности их связей с резиной.

В различных конструкциях шин используются технические ткани - корд, чефер, доместик и бязь, а также металлокорд и стальную проволоку.

Корд представляет собой ткань, состоящую из прочных толстых нитей двойного кручения с большей частотой на основе и из слабых тонких нитей одинарного кручения с малой частотой - по утку. Корд является основной тканью, из которой изготавливают главную часть покрышки - каркас.

Чефер идет на изготовление крыльев и усилительных лент бортов покрышки, а также используется в качестве прокладочного материала. Доместик и бязь идут в качестве усилительных и оберточных лент в тех случаях, когда требуется малая толщина этих лент.

Масса текстильных материалов составляет примерно 10-20% общей массы покрышки, а стоимость 25-30% стоимости всех материалов, расходуемых на нее.

Ткани для покрышек изготавливают из вискозного шелка, капрона, нейлона, тефлона. В связи с относительно высоким модулем упругости вискозный корд применяется в радиальных шинах. К недостаткам вискозного корда относится его низкая прочность по сравнению с капроновым, которая при увеличении влажности уменьшается почти в 2 раза. Вискозный корд используется в производстве покрышек для грузовых и легковых автомобилей.

Наиболее перспективным является применение капронового и амидного кордов из полиамидных волокон, так как по сравнению с вискозным они обладают большей прочностью, устойчивостью к действию многократных деформаций изгиба, влагостойкостью и малой массой. Благодаря этому повышается пробег шин, снижается расход каучука на 10 и корда до 30%.

Особое место в производстве шин занимает металлокорд, который служит для изготовления брекера радиальных шин, металлокордных бортовых лент, дополнительных крыльев, а также каркаса.

Металлокорд представляет собой трос, состоящий из стальных латунированных проволок диаметром 0,15-0,25 мм. Проволоку латунируют для создания необходимой прочности связи металлического корда с резиной. Первоначально металлический корд преимущественно применялся в брокере грузовых радиальных шин. В последние годы его стали использовать в каркасе грузовых и крупногабаритных шин, что позволило улучшить их качество и повысить производительность труда. В брекере легковых радиальных шин используют, как правило, два слоя тонкого металлического корда. Он отличается высокой прочностью и малым удлинением по сравнению с текстильным, обладает высокой стойкостью к тепловому старению и обеспечивает повышенную износостойкость протектора. С уменьшением содержания серы и фосфора в металле повышается усталостная выносливость корда. Из металла в виде стальных волокон можно получать тонкие нити с высокой эластичностью. Такой корд может применяться в каркасах шин для легковых автомобилей.

Шины с металлическим кордом благодаря его высокой прочности работают даже при полном износе рисунка протектора. К недостаткам металлического корда относятся малая эластичность, низкая влагостойкость, высокая плотность материала, что приводит к увеличению массы шины и создает трудности в обрезинивании и раскрое корда.

В брекере опоясанных диагональных шин легковых автомобилей может использоваться стекло-корд. Он представляет собой нити из элементарных волокон, каждое из которых изолировано друг от друга полимерным покрытием. Оно обеспечивает сохранность в брекере стеклокорда с малой круткой. Стеклокорд уступает металлическому в основном по прочности и усталостной выносливости.

На изготовление бортовых колец легковых и грузовых шин идет стальная и латунированная проволока. В отдельных случаях в грузовых покрышках частично используют плетенку. Бортовые кольца крупногабаритных шин изготавливают из стальной латунированной ленты различного сечения. Проволоку латунируют для повышения прочности ее связи с резиной. Поверхность проволоки обрабатывают кумароновой смолой. На поверхности проволоки не должно быть пленки, закатов, трещин, пор и следов окисления.