С чего начинается производство новой шины

Опубликовано: 24.06.2022

Над процессом создания шины работают шинные химики и конструкторы, от которых зависят секреты шинной рецептуры. Их искусство заключается в правильном анализе и выборе сырья, дозировке, комбинировании компонентов, в особенности для смеси протектора.

Все это достигается благодаря профессиональному опыту, компьютерному анализу и моделированию, усовершенствование рецептуры и технологии приготовления смесей – кропотливый труд, играющий важную роль в разработке шин, от которого зависит:

  • Уровень сцепления с дорожным полотном;
  • Надежность;
  • Рабочий ресурс;

Состав резиновой смеси и ее пропорции любого производителя шин — тайна за семью печатями.
Хорошо известно около 20 основных составляющих, рецептура зависит от назначения деталей шины и может включать в себя до 10 химикатов, начиная от серы и углерода и заканчивая каучуком.

2. СЫРЬЕ

КАУЧУКИ СИНТЕТИЧЕСКИЕ И НАТУРАЛЬНЫЕ

  • основа резиновой смеси;

Приблизительно половина используемого каучука – натуральное сырье состоящие из высушенного сока (латекса) вырабатываемое из каучукового дерева «Бразильской гевее», которое произрастает в странах тропического пояса в обоих полушариях земли: Латинской Америки, Африки, Юго-Восточной Азии.

Так же каучуконосный млечный сок содержится в некоторых видах сорных трав и одуванчиков. Натуральный каучук долгое время доминировал во всех смесях, различаясь при этом лишь по уровню качества, и даже после изобретения «изопрен синтетического» каучука, близкого по свойствам натуральному, современная высокопроизводительная шина, не мыслима без натурального каучука.

В пятерку крупнейших производителей натурального каучука входят:

  • Индонезия;
  • Таиланд;
  • Вьетнам;
  • Индия;
  • Китай;

Производимый из нефти синтетический каучук был изобретен немецкими химиками в 30-е гг. В настоящее время синтезируется несколько десятков различных синтетических каучуков. Каждый из них имеет свои характерные особенности и строгое назначение в разных деталях РТИ, как показало время и практика, единственным недостатком синтетического каучука является его дороговизна в сравнении с натуральным. На территории СССР не было возможности получать натуральный каучук из растений, а покупать его за границей приходилось за валюту. Это спровоцировало развитие богатой химии синтеза каучуков и других полимеров.

производство шин

Говоря об автомобильной резине, мы редко задумывается из чего и как делают этот товар. А между тем всё не так просто, как может показаться на первый взгляд. Технология производства покрышек включает множество этапов и нюансов. Начальной стадией создания автомобильных шин является разработка их профиля и рисунка протектора посредством специализированных компьютерных программ объёмного моделирования. Далее компьютер просчитывает и анализирует эффективность шины в различных ситуациях и условиях эксплуатации, после чего устраняются недостатки, пробные образцы нарезаются на специальных станках вручную и тестируются в реальных условиях.

Содержание статьи :

В результате испытаний происходит сбор информации для сравнения с показателями лидеров рынка того же класса, после чего осуществляется финальная доводка, предшествующая запуску на конвейер и массовому производству.

Изготовление резиновой смеси

Материал, из которого изготовлена покрышка, имеет первостепенное значение. Следует понимать, что шины различных производителей существенно отличаются в первую очередь свойствами резины, состав которой зачастую является коммерческой тайной. Столь серьёзный подход объясняется тем, что резиновая смесь определяет технические характеристики шин, включая:

  • Уровень сцепления с дорогой.
  • Долговечность и надежность.
  • Сезонность и износостойкость.

будущий корд шины

Состав резины современных автопокрышек включает множество материалов и компонентов: всевозможных присадок и химических соединений, которые и определяют свойства и поведение шин. Подбором и комбинацией этих элементов занимаются целые лаборатории в каждой компании, ведь именно химические добавки и их дозировка позволяют изделию превзойти конкурентов. Базой же для всех служит обычная резина, состав которой ни для кого не является секретом. Она состоит из:

  1. Каучука, который бывает изопреновым (натуральным) и синтетическим, и является основой резиновой смеси (от 40 до 50 процентов состава).
  2. Технического углерода (промышленная сажа), благодаря молекулярным соединениям которого шина имеет не только чёрный цвет, но и становится прочной и устойчивой к износу и температурам (от 25 до 30 процентов состава).
  3. Кремниевой кислоты, повышающей показатели сцепления покрышки с влажным покрытием, и применяемой в основном иностранными шинниками (примерно 10 процентов состава).
  4. Смол и масел, выступающих вспомогательными составляющими для обеспечения мягкости и эластичности изделия (около 10-15 процентов состава).
  5. Вулканизирующих агентов, роль которых чаще всего отводится соединениям серы и специальным активаторам.

Отметим, что российский каучук признан лучшим во всём мире, а потому востребован и применяется большинством ведущих мировых компаний-производителей. А поскольку синтетический каучук уступает натуральному по всем показателям, то в этой области РФ останется лидером ещё очень долго.

Производство компонентов

Технологический процесс создания шины, кроме прочего, включает в себя несколько параллельных этапов изготовления её компонентов, среди которых:

строение автомобильной шины

Сборка и вулканизация

Заключительным этапом производства автопокрышки является сборка. Данная технологическая процедура выполняется методом наложения слоев каркаса, боковин, борта и протекторной части, и осуществляется на специальном сборочном барабане. После компоновки и придания нужной формы все составляющие элементы соединяются в монолитную конструкцию посредством процедуры вулканизации. Далее изделие проходит необходимые проверки, маркируется и отправляется на рынки по всему миру.

Даже самый красивый автомобиль без хороших покрышек может превратиться в металлолом. С виду непривлекательная конструкция шины – стоит на одной позиции вместе с двигателем. Если исключить человеческий фактор, то поведение автомобиля на дороге полностью зависит от сцепления шин с поверхностью. Для производства резины используют высокотехнологичные операции.

Резиновая смесь – основа шинного производства

Для получения нужного сцепления производят разные модели протекторов под различные типы поверхностей. Свойства резиновой смеси напрямую диктуют поведение покрышки на трассе. Для обеспечения безопасности на трассе при производстве шин учитываются критерии:

  • Истираемость – она зависит от твердости резины. Чем выше эта характеристика, тем дольше будет эксплуатационный срок протектора.
  • Эластичность – она характеризует амортизационную способность.
  • Реакция протектора на окружающую температуру.

Влияние температурного режима на резину стало основанием для разделения её на два вида: летнюю и зимнюю. Каждый сезонный класс оснащается дополнительными критериями при производстве, таких как: скоростные качества морозоустойчивость, прочность и др.

Сырьевые ингредиенты

Состав резины включает множество компонентов. И все они призваны улучшить качество шин.

Силика и масла

За сцепление с мокрой поверхностью отвечает важный компонент в резине – диоксид кремния (силика). Он способствует морозоустойчивости и эластичности. В состав резины включают и масла. Они нужны для придания однородности и мягкости смеси. В процессе развития шинной промышленности одно масло сменяло другое. От высокоароматичных нефтяных масел, которые использовались в бюджетных моделях, постепенно отказываются. Сегодня отдаётся предпочтение в пользу натуральных масел.

Широкое применение у шинников находит рапсовое масло. Производители продолжают искать новые технологии. Так, например, Йокохама использует экзотическое апельсиновое масло неслучайно. Его химическое строение, похожее на строение каучука, позволяет идеально смешиваться с каучуком.

Каучук

Основной компонент резиновой смеси – натуральный продукт каучук. Объект добычи – дерево гевея. В связи с тем, что природный ареал каучукового дерева – только Южная Америка и Азия, с 30-х годов прошлого столетия стали производить синтетический каучук. Диапазон его положительных свойств растёт год от года.

Но уникальные свойства натурального продукта держат лидерские позиции, поэтому производители не готовы полностью менять свои предпочтения. Некоторые параметры, такие как сцепление во время сильного мороза и эластичность, которые проявляет натуральный каучук, искусственному пока не по плечу.

Углерод, сера и другие компоненты

Огромную роль в составе резины играют наполнители. У технического углерода (сажи) в составе резины свои задачи – он выполняет связующую функцию. Чёрный цвет шин – тоже его заслуга.

Чтобы сырую аморфную резину превратить в прочную и упругую, в состав резины посредством вулканизации включают серу, стеариновые кислоты, оксид (окись) цинка и другие компоненты.

Каждый ингредиент в резине, а их в составе десятки, нацелен на улучшение качества протектора. Наделяет шину такими свойством, как сверхвысокое сцепление с дорожным покрытием.

Изготовление составляющих деталей

Технологический процесс производства шин проходит в несколько этапов:

  • Экструзия – приготовленную расплавленную резиновую смесь под давлением пропускают через специальную узкую форму. Получают резиновые ленты.
  • Производят элементы каркаса. Материал – длинные синтетические и стальные нити.

Резиновые ленты для центральной части и боковой изготавливают по отдельности.


Изготовление шин для автомобилей представляет собой многоступенчатый процесс, который реализуется в заводских условиях: анализ рынка, разработка цифровой модели и прототипа, подготовка резиновой смеси, сборка, вулканизация и контроль качества. Все этапы по порядку описаны в статье.

Функция этого товара – обеспечение сцепления с дорожным полотном, уменьшение колебаний за счет неровностей, обеспечение комфорта и безопасности передвижения.

Автомобильные шины – обязательный элемент любого колесного транспорта. От качества и вида этого продукта зависит комфортность и безопасность перемещения. В случае утери свойств шины потребуется немедленная ее замена, так как весь автомобиль или грузовик будут непригодны для дальнейшего использования.

Этапы производства от идеи до конечного продукта

Общая технология производства автомобильных шин одинакова на всех предприятиях. Для создания автошины нужно пройти ряд обязательных этапов:

  • разработка модели;
  • тестирование прототипа;
  • подготовка резиновой смеси;
  • подбор компонентов шины;
  • сборочное производство;
  • вулканизация;
  • контроль качества.

Каждый из представленных шагов необходим для создания конкурентоспособной продукции, которая будет иметь спрос на рынке. Такой производственный цикл организован на крупнейших предприятиях известных брендов и компаний, как в России, так и за рубежом.

Оборудование для производства шин

С технологической точки зрения производство покрышек – достаточно капиталоемкое вложение. Оно рентабельно, если выпускать от 100 тыс. штук в год с налаженными каналами сбыта.

В комплекс оборудования для производства входят:

  • формователи шин;
  • холодильные установки;
  • протекторная линия;
  • обрезатель стального корда;
  • намоточная машина;
  • линия экструзии;
  • крыльевой станок;
  • обработчик текстильного корда;
  • пресс соединения;
  • резиносмеситель;
  • экструдер;
  • вулканизатор.

Окончательный перечень и количество станков выбираются в соответствии с мощностью и характером производимой продукции.

На заметку. По данным аналитической фирмы ООО «ПКР», существует следующее географическое разделение по объемам производства отечественных шин: 35% производится в ПФО, 28% – в СЗФО, 22% – в ЦФО и 12% – в СФО.

Создание модели

Чтобы автомобильные шины не вызывали недовольства у водителей, при производстве должны быть учтены условия их использования: погода, характер вождения, климат, дорожное покрытие, качество дорог.

Обязательно разрабатывают цифровую модель автошин. Поскольку они работают под действием нагрузок постоянного и переменного характера, важно математически просчитать долговечность отдельных компонентов.

В зависимости от результатов цифровых испытаний подбираются конструкция, состав резиновой смеси, дозировка компонентов и пр. На этой стадии работают технологи и промышленные дизайнеры.

Схема устройства автомобильной шины

Схема устройства автомобильной шины

Виды шин

В зависимости от размера и типа транспорта выделяют легковые и грузовые покрышки. Принцип изготовления обоих видов аналогичен.

По времени года, которое рекомендуется для использования:

  • летние (для температур от +5 градусов);
  • зимние (для температур ниже +5 градусов);
  • всесезонные.

Отличия есть и в рисунке протектора, который позволяет выделить:

  • шоссейные, или автодорожные;
  • грязевые, или внедорожные;
  • универсальные.

По типу усиления сцепления с дорогой (особенно зимой):

  • европейские – для мягких зим с минимальным количеством снега и льда;
  • скандинавские, или липучки – усиливают сцепление за счет специального протектора;
  • с шипами – оснащенные металлическими элементами для улучшения торможения в условиях снега и льда.

Кроме того, выделяют беспрокольные варианты, выполненные из более жесткой резины.

По направлению протектора также есть разделение на:

  • симметричный ненаправленный рисунок;
  • симметрично направленный рисунок;
  • ассиметричный ненаправленный рисунок;
  • ассиметричный направленный рисунок (самые дорогие варианты).

Тестирование прототипа


После компьютерного моделирования проводятся натурные испытания. В рамках таких тестов разработки компании проходят апробацию в реальных условиях на специальных стендах или конкретных видах транспорта.

При достижении эксплуатационных показателей модель шины уходит в серийное производство.

Подготовка резиновой смеси


Более 80% шины состоит из смеси резиновых компонентов, наполнителей и специальных присадок. Точный состав хранится в строжайшей тайне и является конкурентным преимуществом каждого конкретного производителя.

Рецепты насчитывают до 20 составляющих в строгих пропорциях. Баланс компонентов обеспечивает уникальный набор свойств готовой продукции.

На этой стадии полученная масса тщательно перемешивается и нагревается до 120 градусов.

Необходимое сырье

Можно выделить ряд основных компонентов, которые используются на этапе смешения для производства автопокрышек:

  1. Каучук – материал природного или промышленного производства (синтетический), составляющий основу будущего изделия (40-50% от всего объема).
  2. Технический углерод, или по-другому сажа, нужен для придания прочностных характеристик. Благодаря этому компоненту шины становятся черными (25-30%).
  3. Силикат, или диоксид кремния (около 10%).
  4. Сера – элемент, который нужен для сцепления молекул полимера во время вулканизации.
  5. Специальные добавки, вулканизирующие агенты и модификаторы для достижения заданных свойств.
  6. Масла – для придания однородности смеси (10-15%).

Подбор компонентов шины


Конструкция автомобильной покрышки напоминает пирог, слои которого последовательно накладываются друг на друга. Помимо резиновой смеси покрышка состоит из:

  • стального брекера;
  • текстильного корда, который также проходит процесс обрезинивания;
  • стальных бортовых колец.

В общей сложности могут применяться до 30 элементов, позволяющих усилить готовую конструкцию.


На этой стадии нужно подготовить резиновые заготовки, нарезанные по требованиям геометрии конструкции. Эти элементы изготавливают в цеху перемешивания в специальных низкотемпературных печах.

Отдельно изготавливается протектор из более прочной резины с нанесением нужного рисунка. Для этого используются экструдеры, которые формируют ленту, и оборудование для нарезки протектора под углом.

Сборочное производство


Сборка автомобильных шин происходит на специальных вращающихся барабанах, которые еще называют сборочным станком. Центральная часть этого оборудования увеличивается для того, чтобы придать покрышке нужную форму. Отдельно собираются каркас шины (которому придается форма профиля шины) и брекерный пакет (многослойная кордовая конструкция).


Соединяя обе эти части, получают «сырую шину».

Вулканизация

Процесс проходит в специальных аппаратах – пресс-вулканизаторах. Они нужны для реализации химической реакции, в ходе которой каучук за счет содержащейся в резиновой смеси серы переходит из пластического в эластичное состояние.


Технологический процесс проводится при высоких температурах (порядка 170 градусов) и давлении (20 бар) с участием воды и водяного пара. «Сырая шина» распирается с внутренней стороны и прижимается к пресс-форме специальной диафрагмой. После окончания вулканизации автопокрышка приобретает конечные геометрические и эксплуатационные параметры. В среднем на одну заготовку нужна обработка в течение 10-15 минут для легковых и 60-70 минут для грузовых аналогов.


Контроль качества

Заключительный этап на производстве – контроль заявленных параметров на оборудованных стендах и визуальный контроль. По партии выборочно проверяются параметры: форма, неоднородность и радиальное биение в разных плоскостях.

После тестирования и маркировки (типоразмер, индекс скорости, нагрузки) покрышка отправляется на склад готовой продукции и дистрибуцию. Отбракованные шины отправляют на ремонт или переработку.

Обязательная маркировка шин

С 2020 года автомобильные шины вошли в перечень товаров, которые подлежат обязательной маркировке. Эта мера принята для того, чтобы снизить количество контрафактной продукции на рынке.

Технология маркировки – RFID-метки, которые работают бесконтактным способом. Ее наличие подтверждает качество товара и надежность поставщика. За счет того, что каждая метка уникальна, будет возможным проследить информацию о передвижении товара на всем жизненном цикле: от производства до утилизации.

На заметку. Согласно исследованию компании TEBIZ GROUP, лидером импортных поставок в 2018 году стали покрышки из Китая (более 46% от всего объема импорта).


Российские производители и бренды автошин

В России создано несколько производственных площадок, которые выпускают автопокрышки. Отечественные заводы выпускают продукцию, которая соответствует международным требованиям к качеству и поставляется как на внутренний, так и зарубежные рынки.

Шина — это единственная часть автомобиля, которая соприкасается с дорогой. Площадь этого соприкосновения (пятно контакта) примерно равна площади одной человеческой ладони.Таким образом, автомобиль на дороге удерживается всего четырьмя ладонями! Поэтому шины, без сомнения, являются очень важным элементом безопасности вождения.


Кроме весьма важной задачи по обеспечению сцепления и управляемости автомобиля, шина также должна обладать комфортом, износостойкостью, снижать расход топлива и дополнять внешний вид автомобиля. Необходимость сочетать такие разные характеристики делает проектирование шин намного более сложным процессом, чем может показаться на первый взгляд. А при изготовлении шин задействовано ничуть не меньше исследований и технологий, чем при создании мобильного телефона.

Условно этапы, которые проходит шина, прежде чем попасть на полки магазина, можно разделить на 3 этапа:

Моделирование и тестирование модели

Анализ рынка

При исследовании рынка компания Мишлен уделяет огромное внимание запросам водителей, при этом не только текущим, но и возможным требованиям к шинам в будущем. Также ведется наблюдение за развитием автомобильного рынка.

Особое внимание уделяется особенностям использования шин в конкретных условиях, куда включают не только особенности вождения, но и климатические условия, дорожную специфику и качество покрытия.

Все это позволяет в полной мере удовлетворить потребности самых требовательных клиентов.

Моделирование и тестирование модели

На основе полученных данных начинается кропотливая работа по созданию будущей шины. В этом процессе принимают участие не только химики и конструкторы, но и многие другие специалисты, например, промышленные дизайнеры.

Именно от совместной работы различных специалистов зависит успех будущей шины. Качественная и надежная шина – это не столько технологический секрет, сколько настоящее искусство, заключающееся в правильном выборе, дозировке и взаимосвязи различных компонентов шины.

Создание резиновой смеси


Ее разработка, подготовка и изготовление сродни созданию кулинарного шедевра. Это наиболее секретная часть шины, и, хотя широко и хорошо известны около 20 основных составляющих, узнать подробнее о резиновой смеси не представляется возможным. Ведь секрет состоит не только в компонентах смеси, но в их грамотной комбинации и балансе, которые и будут наделять шину ее специфичными функциями.

Основные элементы резиновой смеси шины:

Каучук. Бывает двух видов – натуральный и синтетический, добавляется в резиновую смесь в различных пропорциях в зависимости от назначения шины, является ее основой. Натуральный каучук – это высушенный сок дерева гевеи, также содержится в других видах растений, например, в одуванчиках, но из-за сложности производственного процесса из последних не производится.

Синтетический каучук – продукт, производимый из нефти. В настоящее время используется несколько десятков различных синтетических каучуков, каждый их которых имеет свои характерные особенности, влияющие на конкретные характеристики шины. Последние поколения синтетических каучуков очень близки по свойствам к натуральному, однако шинная промышленность по-прежнему не может отказаться от последнего.

Технический углерод. Значительная часть резиновой смеси состоит из промышленной сажи (технический углерод), наполнителя, предлагаемого в различных вариантах и придающего шине её специфичный черный цвет. Впервые сажа была применена в шинах в начале 20 века, до этого времени шины имели цвет бледно-желтый (цвет натурального каучука). Основное назначение сажи – создание надежных молекулярных соединений для придания резиновой смеси особой прочности и износостойкости.

Диоксид кремния (силика). Этот компонент в свое время был привлечен в резиновую смесь как замена техническому углероду. В процессе тестирования нового состава было выявлено, что диоксид кремния не может вытеснить из резиновой смеси сажу, так как не обеспечивает такую же высокую прочность резины. Однако новый компонент улучшал сцепление шины с мокрой поверхностью дороги и снижал сопротивление качению. В итоге эти два элемента сейчас используются в шине совместно, при этом каждый из них наделяет шину своими лучшими качествами.

Сера. Является одним из компонентов, участвующих в вулканизации. Благодаря этому процессу пластичная сырая резиновая смесь превращается в эластичную и прочную резину.

При создании шины работа ведется не только над характеристиками шины, но и над эстетической стороной, рассматривается большое количество разных дизайнов рисунка протектора. Применение методов моделирования позволяет выбрать рисунок, наилучшим образом дополняющий существующую резиновую смесь и внутреннюю структуру будущей шины. По результатам компьютерного моделирования лучшие образцы запускаются в производство и подвергаются реальным испытаниям.

Ежегодно специалистами компании Мишлен проводятся многочисленные тесты, в ходе которых испытуемые шины MICHELIN проезжают свыше 1,6 млрд км. Это примерно 40 000 путешествий вокруг земного шара. В процессе тестирования дорабатываются последние черты будущей шины. В момент, когда все тесты проведены, а результаты соответствуют начальному заданию, шина запускается в массовое производство.

Производство



Начальный этап запуска любой шины в массовое производство – подготовка производственных площадок.

Компания Мишлен владеет большим количеством заводов в различных странах. И основная задача этого этапа – настроить каждый производственный процесс таким образом, чтобы шина отвечала не только изначальному техническому заданию, но и по всем параметрам не отличалась от аналогичной шины, произведенной в любой другой стране.

В последующем процессе массового производства каждая шина MICHELIN производится высококвалифицированными специалистами с применением различных видов ручного и автоматического оборудования. Когда это необходимо, компания Мишлен проектирует собственное оборудование, отвечающее потребностям производства.

Основные этапы производства шин:


Подготовка резиновых смесей. Как уже было указано выше, рецептура каждой резиновой смеси является основой для наделения шины необходимыми функциями.

Создание компонентов шины. На этом этапе из полученной резины формируется протекторная лента, а также создается «скелет» шины - каркас и брекер. Первый изготавливается из слоев обрезиненных текстильных нитей, а второй – из обрезиненного высокопрочного металлокорда. Также готовится борт шины, с помощью которого шина крепится на ободе диска. Основная его часть — бортовое кольцо, изготовленное из множества витков проволоки.

Сборка. На особый сборочный барабан последовательно накладываются слои каркаса и брекера, бортовые кольца, протектор с боковинами. Затем все эти детали шины соединяются в единое целое – заготовку шины.

Вулканизация. Подготовленная заготовка помещается в пресс-форму вулканизатора. Внутрь шины под высоким давлением подается пар, нагревается наружная поверхность пресс-формы. Под давлением по боковинам и протектору прорисовывается рельефный рисунок. Происходит химическая реакция (вулканизация), которая придает резине эластичность и прочность.

Особо важным элементом производства является контроль качества. Он начинается с проверки качества каждого элемента шины еще на этапе закупки, присутствует на каждом этапе производства и завершается многоуровневым аудитом готовой продукции .

Залогом качества продукции компании Мишлен также является наличие производственной гарантии — 5 лет с даты производства. Гарантия от производителя распространяется на дефекты изготовления и материалов.

Читайте также: