Чтобы разобраться из чего сделана резина, надо понять, какой основной ингредиент используется для производства колёс. В древности, когда транспортные средства только начинали зарождаться, компоненты для изготовления резины в основном брались из натуральных, природных ингредиентов.
Иногда для производства используется большое количество компонентов, которые может достигать до 20 разновидностей. Многие производители держат в секрете технологию производства своих колёс, а также состав и количество ингредиентов. Но основные компоненты, всё же, известны. Рассмотрим самые важные из них.
Видео:Натуральный каучук - Из чего это сделано .Discovery channelСкачать
Натуральные и синтетические компоненты
Основной компонент для производства покрышек – это каучук. Он может добываться как природным путём, так и производиться искусственно в лаборатории. Органический, издавна извлекают с каучуковых деревьев. Для этого в коре дерева прорезают продольные полосы и собирают «его слёзы», то есть сок дерева, так как «каучук» переводится как «древо, которое плачет». Именно этот древесный сок и является основным сырьём для производства резины.
Однако себестоимость такого дорогостоящего метода добывания натурального каучука значительно выше, чем химическое производство его аналога в искусственных условиях. Вторым, не менее важным компонентом, является технический углерод, для производства покрышек его доля составляет не менее 30%. Молекулярная степень свойств углерода позволяет определить его роль среди всех остальных компонентов в качестве хорошего скрепляющего вещества. Углерод (или сажа) благоприятно воздействует на такие способности резины:
- повышает износостойкость;
- увеличивает в разы долговечность;
- усиливает прочность продукта.
Существует более дешёвый аналог сажи. Некоторые производители для снижения себестоимости покрышки при производстве заменяют технический углерод на кремниевую кислоту. Такая замена не всегда себя оправдывает, так как снижается уровень износостойкости колёс. Но из положительных моментов такой замены можно указать, что при этом увеличивается сцепка резины с влажной устилкой дороги.
Масла и смолянистые вещества, дополнительно входящие в структуру резины, снижают жёсткость зимних колёс. Каждый изготовитель делает акцент на том или ином веществе, чтобы вывести на передний план определённые характеристики продукта:
- сцепку с дорогой,
- износостойкость или параметры,
- обеспечивающие хорошее развитие скорости.
Видео:Какого каучука в шинах Пирелли больше: натурального или синтетического?Скачать
Что представляет собой каучук
Материал каучук добывают с каучуконосных деревьев с древних времён. Самый известное название такого дерева – бразильская Гевея. Из этой древесной породы также изготавливают мебельные изделия высокой прочности. Так как этот материал не впитывает в себя влагу, надёжно выдерживает натиски вредителей, не подвергается гниению.
Плантации деревьев в основном располагаются в Малайзии, а также имеют азиатское происхождение. Природный каучук может находиться и в соке таких каучуковых деревьев, как Кастилья.
Кастилья имеет природный размер более 50 метров, и сок в таком дереве может находиться в коре, листьях и цветках дерева. Обычно сок вытекает в месте отрыва ветки или коры, в случае искусственного добывания этого вещества кора дерева принудительно обрезается. Бразильская Гевея также имеет внушительные габариты до 50 метров в длину, и у выросшего десятилетнего дерева делаются диагональные надрезы, которые и дают возможность собрать сок в ёмкость.
С попаданием в воздух каучуковый сок становится более плотным и тягучим. В основном сборы каучуковой жидкости происходят с этих двух видов каучуконосных деревьев: Гевеи и Кастильи. Во многих странах Азии, Америки, Перу, Малайзии расположены целые насаждения этих деревьев, которые выращиваются только для добывания ценного каучука. Поэтому многие местные жители активно принимают участие в прибыльном каучуковом бизнесе, многие из них занимаются этим всю жизнь.
История каучука
Первым в Европу привёз каучук из своих путешествий Колумб в виде эластичного мячика. Индейцы уже пробовали делать из каучукового сока обувь, ткань, ёмкости для воды и даже игрушки для детей. Затем все забыли о каучуке до начала 18 века, когда экспедиция из Франции вновь нашла дерево, выделяющее тянущийся материал. Шотландец Ч. Макинтош предложил идею прокладывания резинового материала между двумя слоями ткани.
Появились плащи, которые не промокали под дождём, галоши и шляпы. Резиновый материал укладывали даже на крыши домов. Но зимой такие изделия затвердевали и трескались, а летом становились мягкими, с неприятным запахом. Однако, американец Ч. Гудьир в начале 19 века нашёл способ улучшения прочности и эластичности материала – он добавил в состав серу и подверг смесь нагреванию. Так появилась прочная и довольно качественная резина.
Видео:Натуральный каучук из корней одуванчика. Шина будущего Continental на 4 точки. Шины и диски 4точкиСкачать
Состав современные шин
Автомобили сегодняшнего дня имеют резиновые покрышки, которые могут иметь в основе натуральный каучук или синтетический каучук, произведённый в лаборатории искусственно. Каучук (того или иного вида) стандартно занимает львиную часть во всей резиновой смеси, его доля приблизительно составляет 40-50% от общего объёма резины.
Читайте также: Шины максис трепадор r16
Затем в резину домешивают технический углерод (сажу). Его часть в общем объёме равняется 25-30%. Автопокрышка становится крепкой именно благодаря техническому углероду, он является скрепляющим звеном в молекулах каучука. Материал получает возможность хорошо переносить воздействие высоких температур. Колёса с высокими примесями сажи хорошо справляются с резкими торможениями. Их эксплуатационный срок вырастает в целых 10-15 раз.
Ещё один компонент – кремниевая кислота. Её себестоимость значительно дешевле технического углерода, а свойства, придающие колесу прочность благодаря хорошей сцепке молекул каучука, практически идентичные. Поэтому некоторые изготовители покрышек заменяют сажу именно кремниевой кислотой. Однако, есть производители, которые не используют этот компонент, считая его недостаточно износостойким.
Если проанализировать рынок покрышек известных производителей и состав их шин, можно прийти к выводу, что сажа довольно часто присутствует в составе покрышек. Ведущие компании автомобильных аксессуаров делают акцент, что именно этот компонент повышает способность хорошего реагирования машины на мокрой трассе. В среднем её доля в общей массе покрышки занимает около 10%.
Компонентом с незначительной долей в общем объёме являются масла или смолы. Их количество аналогично примеси сажи составляет 10%. Более значительное количество смол присутствует в зимнем варианте резины, они смягчают весь состав, чтобы покрышки не «дубели» при низких температурах, что отрицательно сказывается на качестве езды. В летнем варианте покрышек доля смол слегка снижена.
И конечный ингредиент всей смеси – это секретные компоненты, которые производители не разглашают, но они порой оказывают сильное влияние на заключительный результат и качество готовой покрышки. Из изучения всей смеси для производства резины можно сделать вывод, что синтетический каучук ещё не готов полностью заменить натуральный по своим качествам, поэтому они часто комбинируются совместно.
Видео:Синтетический каучук (Как это работает)Скачать
Процесс изготовления резины
Летний и зимний вариант автопокрышек различается объёмом каучука, входящего в состав смеси. Летние шины для авто изготовляются из синтетического каучука, который создаёт отвердения покрытия для хорошего сцепления с дорогой. Резину для зимних месяцев, наоборот, стараются производить из натуральных компонентов, чтобы такие колёса сохраняли пластичность и не задубевали при отрицательных температурах.
После сбора жидкого каучука в виде сока, его наливают в огромные ёмкости с кислотой на период от 10 часов и более. После этого жидкость отвердевает в ходе химической реакции, и образуется латекс. Его отжимают от излишков жидкости, затем он проходит сквозь специальные ролики для трансформации в просторные полосы. Эти полосы режутся на мелкие частицы, затем множество лёгких частиц трансформируются в более крупные упаковки путём обжигания под высокой температурой.
Далее полученные упаковки кладутся в ёмкость для нагрева совместно с иными составляющими, которые подбирает производитель для придания резине набора определённых качеств. Все эти компоненты нагреваются и переходят в состояние резины. Полученный состав катают на ленты нужного размера, после чего оставляют для остывания.
Видео:Натуральный каучук. Свойства. Применение.Скачать
Технология производства покрышек
Так как автопокрышки производятся не только из резиновой основы, стоит обратить внимание и на другие составляющие. Основа колеса производится из специальных нитяных кордов. Они подразделяются на:
Режим изготовления нитей имеет сходство с работой ткацкого оборудования. Произведённая нить заходит в машину, где обволакивается резиновым покрытием. Затем материал разделяется на ленты различной ширины для разнокалиберных автопокрышек. Для формирования защитного покрытия прорезиненные нити подаются на соответствующее оборудование, где путём продавливания через формирующие отверстия они переходят в состояние протектора.
Защитные края резины при формировании проходят такие стадии:
- Стальная проволока обволакивается в резиновое покрытие.
- С учётом параметров автопокрышек материал делится на нужный размер (круги).
- Специальное оборудование автоматически осуществляет сборку бортов.
Данное оборудование работает в полуавтоматическом режиме. Мастер загружает на него круги и бобины для покрышек. Оборудование компонует все части в единую покрышку и заполняет протектор воздушной массой. Заключительной стадией процесса является вулканизирование и термообработка покрышки паром под высоким давлением. На горячей резине станок продавливает необходимые характеристики с отметкой предприятия, после чего остаётся только стадия тестирования готовой продукции.
Видео:Натуральный каучук из одуванчикаСкачать
Заключение
Основным ингредиентом для изготовления резины является каучук, в который добавляется кислота кремния, смолистые вещества, сажа и компоненты, не указываемые производителем. В зависимости от желаемых качеств и технических характеристик автомобильных покрышек на выходе в смесь для производства могут добавляться глицерин, ланолин, мел и прочие ингредиенты.
Читайте также: Шины быстрица к155 225х75 16
От количества подаваемых составляющих будет зависеть жёсткость, стойкость, жизненный цикл колеса, а также его стоимость. При выборе покрышек для автомобилей не стоит руководствоваться только высокой ценой или наличием множества химических компонентов в составе. Для того, чтобы совершить правильную покупку, нужно удостовериться в соответствии указанных характеристик колёс.
Оценить продукцию можно, основываясь на опыт экспертов, которые на практике проверили качество товара производителя. Покупка автопокрышек – важное мероприятие, ведь от этого будет зависеть качество вашей езды.
Видео:Натуральный каучук. Синтетические каучукиСкачать
Идеальное колесо
В чем секрет химической устойчивости автомобильных шин
Шины — удивительный объект с точки зрения химии и материаловедения. Наверное, самое странное в них заключается в том, что если взять всю резину в одной шине, то окажется, что она образует одну огромную молекулу. С другой стороны, мало кто задумывается над тем, что резина составляет меньше половины массы обыкновенной шины. А почему так? И что еще входит в состав шин помимо резины? На эти вопросы мы ответим в нашем материале, созданном в партнерстве с производителем шин Toyo Tires.
Магический треугольник
Создание идеального колеса — сложнейшая задача оптимизации, к которой человечество идет уже сотни лет. К колесу предъявляется огромное количество требований, но есть три самых главных («магический треугольник»): высокое сцепление с дорогой, низкое трение качения и маленький износ. Шина на пути к этому идеальному колесу появилась не так давно — всего лишь в XIX веке.
Сцепление с влажной поверхностью позволяет колесам катиться по дороге без проскальзывания и быстрее тормозить. За сцепление отвечает рисунок протектора, а также сама поверхность шины и ее химические и адгезионные свойства.
Трение качения — это сила, которая сопротивляется вращению колеса. Вообще говоря, потери на трение качения возникают из-за неупругих деформаций колес. Чем сильнее эти потери, тем больше топлива надо на то, чтобы проехать те же самые сто километров (закон сохранения энергии никто не отменял).
Износ шины — самая простая и интуитивно понятная из этих величин. Во время езды колесо подвергается миллионам сжатий и растяжений, и каждое медленно, но неумолимо разрушает материалы, из которых оно сделано. Чем больше таких циклов сжатия и растяжения колесо сможет выдержать, тем дольше оно прослужит.
Обретение вулканизации
В 1830-х годах американский изобретатель и химик Чарльз Гудьир экспериментировал с каучуком, природным полимером, содержащемся в соке гевеи. На тот момент различные компании уже пытались использовать каучук. Например, Чарльз Макинтош пропитывал им ткани для изготовления непромокаемых плащей, а сам Гудьир участвовал в разработке трубок для надувания спасательных плавсредств. Из каучука также делали ластики для карандашей.
Однако серьезный недостаток натурального каучука состоит в том, что он быстро портится при контакте с воздухом: окисление полимера делает материал хрупким, легко поддающимся разрушению. Над тем, чтобы избавить его от этого качества, и работал американский химик.
Сейчас понятно, что нестойкость каучука связана с самой структурой полимера. Каучук — это цис-полиизопрен, как и многие органические полимеры его можно представить себе как цепочку из углеродных атомов, на которую, с определенным шагом, навешены небольшие группы из других атомов.
От крайне стойкого к окружающим воздействиям полиэтилена или полипропилена каучук отличается тем, что некоторые связи между атомами углерода в его основной цепочке — двойные. Именно они являются слабым местом природного каучука. Кислород (точнее, его активные формы) способен легко атаковать эти кратные связи и разрушать их, сильно меняя при этом свойства материала в целом.
В 1839 году Гудьир обнаружил, что нагретая печью смесь каучука с серой превращается в необыкновенно плотный черный эластичный материал, гораздо более устойчивый по сравнению с исходной легкоплавкой полимерной массой. Некоторые свидетельства указывают на то, что это открытие было сделано случайно — якобы химик попросту уронил каучуковый шарик с серой на печь. Но с другой стороны, известно, что Чарльз Гудьир изучал возможность обезвоживать каучук серой. Так или иначе химику удалось открыть процесс вулканизации.
С точки зрения химии суть этого процесса заключается в преобразовании части тех самых двойных связей в цепях каучука. Сера способна точно так же, как и кислород, атаковать их, но вместо полного разрушения в случае серы образуются так называемые сульфидные мостики — прочные связи, соединяющие между собой соседние цепочки каучуков и образующие сетчатую структуру. Полимер становится более упругим и плотным, при этом уменьшается количество «слабых мест» в его структуре.
Читайте также: Сливные ямы своими руками из шин
В пределе можно считать, что все молекулы каучука в вулканизированном образце оказываются связаны в единую молекулу этими сульфидными мостиками.
Победоносный путь каучука
В 1888 году британский ветеринар Джон Данлоп создал и запатентовал шину из вулканизированного каучука — для велосипеда своего сына. По сути, она представляла собой надутый шланг, закрепленный на ободе колеса.
В 1895 году первые шины из вулканизированной резины были установлены на автомобиле, участвовавшем в гонке Париж-Бордо-Париж. Авторы идеи — Андре и Эдуард Мишлен. К сожалению, гонку машине выиграть, мягко говоря, не удалось, но тем не менее автомобиль справился с почти 1200 километрами трассы.
Одновременно с ростом популярности автомобилей росло и потребление шин — так за пару десятков лет возникла новая огромная промышленность.
Почему вулканизированный каучук стал таким удобным материалом для колес? В первую очередь, это определяется той самой тройкой свойств — сцепление с поверхностью, трение качения и износ. Благодаря эластичности шина из резины обеспечивает плотное сцепление даже с неровной дорогой, к тому же отсутствие хрупких элементов уменьшает износ по сравнению с металлическими или тем более деревянными колесами.
Стоит заметить, что резиновые шины во многом хороши для обычных дорог, но если мы сменим типичное асфальтовое покрытие на стальные рельсы, то ситуация радикально поменяется. Стальные колеса обладают гораздо меньшим трением качения — оно в 5, а то и в 10 раз меньше, чем у современных автомобильных шин. Сцепление стальных колес с поверхностью определяется во многом весом поезда, для легких автомобилей такой подход не подойдет.
Но можно вспомнить, что резиновые шины используются и на поездах, к примеру на линии M2 метро Лозанны (Швейцария). Там они позволяют бороться с высокой крутизной путей, которая в другой ситуации потребовала бы наличия зубчатой передачи.
Не каучуком единым
С точки зрения механических свойств каучук очень хорош — до сих пор нет дешевых искусственных аналогов, обладающих теми же свойствами. Никакого секрета в этом нет — цепочки природного каучука устроены так, что все боковые «висят» строго по одну сторону от цепи. Добиться того же в промышленном синтезе каучука практически невозможно — тот контроль над сборкой цепи, который обеспечивают сложные ферменты растений, не могут повторить сравнительно более простые металлорганические катализаторы Циглера-Натта.
Но есть и недостатки, причем химической нестабильностью природного каучука они вовсе не ограничиваются. Выращивают каучуконосные культуры в основном в Юго-Восточной Азии и Бразилии, к тому же сырьевая база ограничена и едва ли покрывает весь спрос на каучуки.
Поэтому в шинах доля природного каучука составляет всего около 10-15 процентов, еще около 20 процентов приходится на искусственные полимеры — полиизопрен, полибутадиен, сополимеры полибутадиена с полистиролом и с полиизобутиленом. Главное преимущество искусственных каучуков заключается в относительно большей устойчивости к окислению и ультрафиолетовому излучению.
К нерезиновой части шины относятся стальные корды и всевозможные наполнители: сажа, диоксид кремния (основной компонент стекла и песка) и антиоксиданты. Роль антиоксидантов заключается в том, чтобы «отлавливать» опасные для каучуков и других полимеров активные формы кислорода (например, озон или перекись) и превращать их в безвредную воду или другие молекулы. Кроме того, в шинах остаются различные активаторы вулканизации, например оксид цинка.
Точно спрогнозировать, как различные добавки влияют на свойство шин, достаточно сложно. Для этого необходимо моделировать поведение микро- и наноразмерных частиц, а также окружающих их полимерных цепей и сетей на наноуровне. Компания Toyo Tires впервые в шинной отрасли воспользовалась методами молекулярной динамики, чтобы предсказать энергетические потери в шине по ее микроструктуре.
Грубо говоря, специалисты компании способны оценить, как сильно нагреется шина от наезда на неровность на дороге. Это помогает понять, как уменьшить этот нагрев. Например, расчеты показывают, что подавление физического перемещения молекул резины снижает те самые энергетические потери в шинах. Поэтому в шинах необходимо добиваться более прочных связей между молекулами полимеров и наполнителем.
Интересно заметить, что методы молекулярной динамики часто применяются для прогнозирования поведения белковых молекул и поиска новых лекарств.
Эта и другие разработки Toyo Tires, связанные со строением шины на наноуровне, являются частью технологии Nano Balance, которая, по своей сути, позволяет спроектировать материал с требуемыми оптимальными свойствами, а затем создать его и испытать.
- Свежие записи
- Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
- Скрипят амортизаторы на машине что делать
- Из чего состоит стойка амортизатора передняя
- Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
- Для чего нужны амортизаторы в автомобиле
🎬 Видео
Производство Каучука как бизнес идеяСкачать
«Как это работает СИНТЕТИЧЕСКАЯ РЕЗИНА»Скачать
Скоростные летние шины Continental Cross Contact UHP - для высокоскоростного режима эксплуатации.Скачать
Как Перерабатывают Автомобильные Шины в ЕвропеСкачать
Натуральный каучукСкачать
КАК СОЗДАЮТ ШИНЫ? Показываем этапы производства на заводе шин Continental в Калуге : )Скачать
Обзор от клиента ГарантШина по грузовой шине - Lanvigator S201 (рулевая) 385/65 R22.5 ● ГарантШина ●Скачать
Why Don't We Use Airless Tires Yet #shortsСкачать
Натуральный каучукСкачать
Выгодно Ли Покупать Б/У Шины?Скачать
Химия 10 класс (Урок№16 - Натуральный каучук. Синтетические каучуки.)Скачать
Стоит Ли Покупать Б/У Шины?Скачать
