Глава 3. Технологические процессы производства и восстановления

шин и утилизации отходов 109

3.1. Сборка покрышек 109

3.2. Формование, вулканизация и контроль качества покрышек 127

3.3. Технологический процесс производства ездовых камер 143

3.4. Технологии производства велосипедных шин 151

3.5. Технологии восстановления шин и использование отходов 163

Контрольные вопросы к главе 3 175

Библиографический список 176

Предисловие

Идея пневматической шины родилась в 1845 году, когда Р.В. Томсон предложил использовать принцип сжатого воздуха, заключённого в эластичную оболочку, для смягчения толчков и ударов при движении. Датой рождения технологии резины считают 1850 год, когда известный европейцам с XV века натуральный каучук (НК), через 11 лет после открытия процесса его вулканизации серой (1839г), нашел применение в качестве первого природного эластомера при изготовлении галош, шин для велосипедов и других изделий. Технология пневматических шин получила особенно бурное развитие с появлением первого автомобиля (1895г), превратившись к 1900г в крупнейшую самостоятельную область потребления НК. В то время ещё не знали о полимерах, растворы НК относили к коллоидам, а их высокую вязкость объясняли ассоциацией малых молекул в крупные частицы за счет сил межмолекулярного притяжения (теория ассоциатов). Только в 1920году, после 10 лет исследований, Г. Штаудингер усомнился в теории ассоциатов, а к 1935г создал теорию цепных молекул и ввел термин «макромолекула». Кун изучил свойства макромолекул, а Гут, Джеймс и Флори развили научные представления о газовой природе упругости эластомеров (каучуков). К 50-м годам XX века сложилась наука о полимерах, положившая начало многочисленным исследо-ваниям взаимосвязи структуры вулканизационных сеток со свойствами резин.

Первые композиционные пневматические шины на основе НК состояли из протектора и каркаса, вулканизацию их ускоряли большими количествами оксидов металлов (цинка, реже свинца), а с 1906г - добавками анилина, тиокарбанилида или гексаметилентетрамина. Открытие явления усиления НК одни источники (Доннэ Дж.) относят к 1892 году, другие (Аллигер Г, Сьетун И.) - к 1912 году, но применение первого усиливающего наполнителя - канального техуглерода началось с 20-х годов. В 30-х годах с появлением на рынке дифенилгуанидина и меркаптобензтиазола началось широкое применение органических ускорителей вулканизации и массовое внедрение синтетических каучуков, а введением стеариновой кислоты снизили количество оксида цинка. С 1943 года в США началось внедрение печного техуглерода, а с 50-х годов - стереорегулярных каучуков. Из достижений XX века открытие явления усиления эластомеров техуглеродом было выдающимся, превратившим резину в уникальный конструкционный материал, который и обеспечил мировой технический прогресс не только в автомобилестроении, но и во всех других сферах человеческой деятельности, включая успехи в космосе.

В 60-е годы углеродная технология пневматических шин в конкуренции с бессерными способами вулканизации (Гиллер А., Теламон К., Догадкин Б.А. и др.) отстояла серу в качестве главного сшивающего агента, уступив алкилфенолоформальдегидным смолам лишь в рецептуре диафрагм на основе бутилкаучука для форматоров-вулканизаторов. В 80-е годы серьезную угрозу углеродной технологии шин создало на Западе мощное движение «зеленых» в защиту среды обитания человека от выхлопных газов автомобиля и продуктов износа шин, поскольку техуглерод признали опасным для здоровья человека канцерогенсодержащим материалом. В ответ на требования «зелёных» разработан органосилановый вариант технологии шин, предусматривавший полную замену активного печного техуглерода на коллоидную кремнекислоту, однако внедрён он был лишь частично – только на Западе, только в протекторе легковой шины и с сохранением 25% техуглерода. В углеродном варианте технологии техуглерод усиливает вулканизацию каучука, локализуя этот процесс в коллоидных углеродо-каучуковых частицах, что повышает функциональность и прочность узлов пространственной сетки резины. В органосилановом варианте кремнекислота становится основным усиливающим наполнителем резины, а техуглерод улучшает её диспергирование. Россия не внедрила и остановила дальнейшее продвижение этого вариагта на Восток и увеличила объёмы производства техуглерода по технологии, экологически опасной для человека, что позволило западным фирмам за счет этого ещё больше сократить его производство. Выгодно ли это России – покажет будущее.

Композиционные шины обоих вариантов углеродной технологии имеют свои плюсы и минусы и мало различаются между собой, уступая по показателям качества новым более экологичным и безопасным в эксплуатации полиуретановым литьевым шинам. Литьевые технологии позволяют получать шины любой окраски, подбираемые под цвет автомобиля, и не нуждаются в энергоёмких процессах смешения и вулканизации. Они практически готовы к внедрению, но это требует больших затрат. Поэтому оба варианта углеродной технологии шин пока продолжают успешно развиваться, и начало процесса их замены на литьевые технологии предсказать невозможно.

Новая концепция развития автомобильной промышленности России привела к увеличению выпуска автомобилей почти в три раза, что влечёт за собой рост поставок шин на их комплектацию. При этом доля устаревших автомобилей сократилась с 50 до 30%.Структурные изменения в ассортименте продукции выражаются в опережающем росте выпуска легковых шин, а в составе грузовых – легкогрузовых и крупногабаритных. С ростом грузоподъёмности и скоростей движения автомобилей растут требования автомобилестроителей к качеству шин, которые удовлетворяются путем перехода на выпуск шин радиальной, бескамерной и цельнометаллокордной конструкций. Это сопровождается повышением качества применяемых материалов и реконструкцией технологических процессов, которая проходит в условиях жесткой конкурентной борьбы за выживание на мировом рынке.

В последние годы происходят грандиозные качественные изменения отечественной технологии шин в направлении автоматизации технологических процессов и модернизации оборудования. С автоматизацией операций приёмки и складирования материалов, дозирования и подачи их в производство, с освоением подвесных толкающих конвейеров и герметичных пневмосистем транспорта, высотных стеллажных складов и складских штабеллеров резко сократилась доля ручного труда. С применением резиносмесителей большой единичной мощности и смесителей непрерывного действия, червячных машин холодного питания и их агрегатов, автоматизированных сборочных станков и многопозиционных вулканизаторов покрышек резко повысилось качество и прецизионность пневматических шин.