Производство шин
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Пневматические шины производятся в соответствии с относительно стандартизированными процессами и оборудованием примерно на 455 шинных заводах по всему миру. Ежегодно во всем мире производится более 1 миллиарда шин, поэтому шинная промышленность является основным потребителем натурального каучука . [1] Шинные заводы начинают работу с сыпучего сырья, такого как синтетический каучук (60–70% всего каучука в шинной промышленности). [2] [3] ), технический углерод и химикаты и производят множество специализированных компонентов, которые собираются и отверждаются.
Шина представляет собой сборку многочисленных компонентов, которые собираются на барабане, а затем отверждаются в прессе под воздействием тепла и давления. Тепло облегчает реакцию полимеризации, которая сшивает мономеры каучука с образованием длинных эластичных молекул.
Внутренний вкладыш
[ редактировать ]Внутренний вкладыш представляет собой каландрированный [4] Лист галобутилкаучука , содержащий добавки, обеспечивающие низкую воздухопроницаемость . Внутренний вкладыш гарантирует, что шина будет удерживать воздух под высоким давлением внутри без внутренней камеры , сводя к минимуму диффузию через резиновую структуру. [5]
Слой корпуса
[ редактировать ]Слой корпуса представляет собой каландрированный [6] лист, состоящий из одного слоя резины, одного слоя армирующей ткани и второго слоя резины. Самым ранним используемым текстилем был хлопок ; более поздние материалы включают вискозу , нейлон , полиэстер и кевлар . Легковые шины обычно имеют один или два слоя кузова. Слои кузова придают конструкции шины прочность. Грузовые, внедорожные и авиационные шины имеют все больше слоев. Тканевые шнуры очень гибкие, но относительно неэластичные.
Боковина
Боковины представляют собой неармированные экструдированные профили с добавками, придающими бокам шины хорошую устойчивость к истиранию и воздействию окружающей среды. Присадки, используемые в составах для боковин, включают антиоксиданты и антиозонанты . Боковые стенки несимметричны и имеют толстую резиновую поверхность, позволяющую формовать рельефные буквы.
Боковины придают шине устойчивость к воздействию окружающей среды.Боковина играет важную роль в усилении шины.
Бусы
[ редактировать ]Бортики представляют собой ленты из высокопрочной стальной проволоки, заключенные в резиновую смесь. Бортовая проволока покрыта специальными сплавами бронзы или латуни . Покрытия защищают сталь от коррозии. Медь в сплаве и сера в сшивке резины образуют сульфид меди , который улучшает сцепление борта с резиной. Бортики негибкие и неэластичные и обеспечивают механическую прочность, позволяющую прикрепить шину к колесу. Бортовая резина содержит добавки, повышающие прочность и ударную вязкость покрышек.
Апекс
[ редактировать ]Вершина представляет собой выдавленный треугольный профиль, который сопрягается с бортом. Вершина обеспечивает амортизацию между жестким бортом и гибким внутренним вкладышем и слоем корпуса. Альтернативно называется «наполнителем» (как на схеме выше).
Поясной пакет
[ редактировать ]Ремни представляют собой каландрированные листы, состоящие из слоя резины, слоя близко расположенных стальных кордов и второго слоя резины. Ремни придают шине прочность и устойчивость к вмятинам, сохраняя при этом гибкость. Легковые шины обычно изготавливаются с двумя или тремя ремнями.
Протектор
[ редактировать ]Протектор представляет собой толстый экструдированный профиль, окружающий каркас шины. В состав протектора входят добавки, придающие износостойкость и сцепление, а также устойчивость к воздействию окружающей среды. Разработка резиновой смеси протектора представляет собой компромиссное решение, поскольку твердые резиновые смеси имеют длительную износостойкость, но плохое сцепление, тогда как мягкие резиновые смеси обладают хорошим сцеплением, но плохими характеристиками износа.
Подушка резинка
[ редактировать ]Многие шины с более высокими эксплуатационными характеристиками включают в себя экструдированный компонент между пакетом ремней и протектором, чтобы изолировать протектор от механического износа стальными ремнями.
Другие компоненты
[ редактировать ]Методы изготовления шин несколько различаются по количеству и типу компонентов, а также составу составов каждого компонента в зависимости от использования шины и цены. Производители шин постоянно внедряют новые материалы и методы изготовления, чтобы добиться более высоких характеристик при меньших затратах.
Материалы
[ редактировать ]- Натуральный каучук , или полиизопрен, является основным эластомером, используемым при производстве шин.
- стирола и бутадиена Сополимер (SBR) представляет собой синтетический каучук, который часто частично заменяется натуральным каучуком из-за сравнительной стоимости сырья.
- Полибутадиен используется в сочетании с другими каучуками из-за его низких свойств теплонакопления.
- Галобутилкаучук используется в составе бескамерных внутренних гильз из-за его низкой воздухопроницаемости. Атомы галогена обеспечивают связь с соединениями каркаса, которые в основном состоят из натурального каучука. Бромбутил превосходит хлорбутил, но дороже.
- Технический углерод ( сажа ) составляет высокий процент резиновой смеси. Это обеспечивает усиление и стойкость к истиранию.
- Кремнезем , используемый вместе с техническим углеродом в высокопроизводительных шинах в качестве усиления с низким тепловыделением.
- Сера сшивает молекулы каучука в вулканизации . процессе
- Ускорители вулканизации – это сложные органические соединения, ускоряющие вулканизацию.
- Активаторы способствуют вулканизации. Основной из них – оксид цинка.
- Антиоксиданты и антиозонанты предотвращают растрескивание боковин под действием солнечного света и озона.
- Текстильная ткань укрепляет каркас шины.
Производственный процесс
[ редактировать ]
Шинные заводы традиционно разделены на пять цехов, выполняющих специальные операции. Обычно они действуют как независимые фабрики внутри фабрики. Крупные производители шин могут создавать независимые заводы на одном объекте или группировать заводы локально по всему региону.
Компаундирование и смешивание
[ редактировать ]Резиновая смесь SBR с химическими составами
- СБ Резина 100 кг
- карбон 220 150 кг
- оксид цинка 20,5 кг
- стеариновая кислота 13,5 кг
- ускоритель 11,2 кг
- Масло 33,5 кг
- Al 2 O 3 10,23 кг
Компаундирование — это операция объединения всех ингредиентов, необходимых для смешивания партии резиновой смеси. Каждый компонент имеет различную смесь ингредиентов в зависимости от свойств, необходимых для этого компонента.
Смешивание — это процесс приложения к ингредиентам механической работы с целью их смешивания в однородное вещество. Внутренние смесители часто оснащены двумя вращающимися в противоположных направлениях роторами в большом корпусе, которые измельчают резиновую загрузку вместе с добавками. Смешивание осуществляется в три или четыре этапа для включения ингредиентов в желаемом порядке. В результате сдвига выделяется значительное количество тепла, поэтому и роторы, и корпус охлаждаются водой, чтобы поддерживать температуру, достаточно низкую, чтобы гарантировать, что вулканизация не начнется.
После смешивания загрузка каучука сбрасывается в желоб и подается экструдирующим шнеком в валковую матрицу. Альтернативно, партию можно сбросить в открытую систему дозирования резиновой мельницы. Мельница состоит из двух валков, вращающихся в противоположных направлениях, один из которых имеет зубчатые края, которые обеспечивают дополнительную механическую обработку резины и производят толстый резиновый лист. Лист стягивается с валков в виде полосы. Полосу охлаждают, иногда посыпают средством для удаления клейкости и укладывают в поддон.
Идеальное соединение на этом этапе должно иметь очень однородную дисперсию материала; однако на практике дисперсия имеет значительную неравномерность. Это происходит по нескольким причинам, включая горячие и холодные точки в корпусе смесителя и роторах, чрезмерный зазор ротора, износ ротора и плохую циркуляцию путей потока. В результате здесь может быть немного больше технического углерода, а там немного меньше, а также несколько комков технического углерода в других местах, которые плохо смешаны с резиной или присадками.
Смесители часто управляются в соответствии с методом интегрирования мощности, при котором измеряется ток, подаваемый на двигатель смесителя, и перемешивание прекращается при достижении заданного общего количества энергии смеси, переданной партии.
Подготовка компонентов
[ редактировать ]Компоненты делятся на три класса в зависимости от производственного процесса: каландрирование, экструзия и сборка бортов такая же, как и у шины.
Экструдер состоит из шнека и цилиндра, шнекового привода, нагревателей и матрицы. Экструдер применяет давление в двух условиях. Шнек экструдера также обеспечивает дополнительное перемешивание смеси за счет сдвигающего действия шнека. Компаунд проталкивается через матрицу, после чего экструдированный профиль вулканизируется в печи непрерывного действия, охлаждается для завершения процесса вулканизации и либо сворачивается на катушку, либо разрезается на нужную длину. Протекторы шин часто экструдируются из четырех компонентов в квадроплексном экструдере, один из которых состоит из четырех шнеков, обрабатывающих четыре различных состава, обычно базовый состав, состав внутреннего слоя, состав протектора и состав крыльев. Экструзия также используется для изготовления профилей боковин и внутренних вкладышей.
Каландр представляет собой набор нескольких валков большого диаметра, которые сжимают резиновую смесь в тонкий лист, обычно шириной около 2 метров. Тканевые каландры производят верхний и нижний листы резины со слоем ткани между ними. Стальные каландры делают это с помощью стального корда. Каландры используются для производства слоев кузова и ремней. Шпулярник — это объект, в котором находятся сотни катушек ткани или проволоки, которые подаются в каландр. В каландрах используется дополнительное оборудование для резки и сращивания каландрированных компонентов.
Шиномонтажное здание
[ редактировать ]Изготовление шин — это процесс сборки всех компонентов на барабан для сборки шин. Машины для изготовления шин (ТБМ) могут управляться вручную или полностью автоматически. Типичные операции TBM включают операцию первого этапа, при которой внутренний вкладыш, слои корпуса и боковые стенки оборачиваются вокруг барабана, размещаются борта и сборка переворачивается поверх борта. На втором этапе работы каркас шины надувается, затем накладывается брекерный пакет и протектор.
Все компоненты требуют сращивания. Внутренняя обшивка и слои корпуса соединены внахлест с квадратными концами. Протектор и боковина соединяются с помощью заточенного стыка, при этом соединяемые концы срезаются под косо. Ремни сращены встык, без перехлеста. Слишком тяжелые или несимметричные соединения приведут к дефектам изменения силы, баланса или параметров выпуклости. Слишком легкие или открытые стыки могут привести к визуальным дефектам, а в некоторых случаях и к выходу шины из строя. Конечный продукт процесса TBM называется зеленой шиной, где зеленый цвет означает неотвержденное состояние.
Компания Pirelli Tire разработала специальный процесс под названием MIRS, в котором роботы позиционируют и вращают строительные барабаны под станциями, на которых наносятся различные компоненты, обычно с помощью методов экструзии и намотки ленты. Это позволяет оборудованию изготавливать шины разных размеров за последовательные операции без необходимости смены инструментов или настроек. Этот процесс хорошо подходит для мелкосерийного производства с частой сменой размеров.
Крупнейшие производители шин самостоятельно разработали автоматизированные машины для сборки шин, стремясь создать конкурентные преимущества в точности конструкции шин, высокой производительности и сокращении трудозатрат. Тем не менее, существует большая база машиностроителей, выпускающих шиномонтажные машины.
Лечение
[ редактировать ]
Отверждение — это процесс приложения давления к сырой шине в форме для придания ей окончательной формы и применения тепловой энергии для стимуляции химической реакции между резиной и другими материалами. В этом процессе неспеченная шина автоматически переносится на нижнее гнездо борта формы, в необработанную шину вставляется резиновая камера, и форма закрывается, пока камера надувается. Когда форма закрывается и фиксируется, давление в баллоне увеличивается, чтобы заставить зеленую шину течь в форму, принимая на себя рисунок протектора и надписи на боковинах, выгравированные на форме. Баллон заполнен рециркулирующим теплоносителем, например паром, горячей водой или инертным газом . Температура находится в районе 350 градусов по Фаренгейту, а давление около 350 фунтов на квадратный дюйм. Легковые шины затвердевают примерно за 16 минут. В конце отверждения давление сбрасывается, форма открывается и шина вынимается из формы. Шину можно поместить в насос PCI или насос пост-отверждения, который будет удерживать шину полностью накачанной, пока она остывает. Существует два основных типа вулканизирующих прессов: механические и гидравлические. Механические прессы удерживают форму закрытой с помощью коленно-рычажных механизмов, а гидравлические прессы используют гидравлическое масло в качестве первичного двигателя для движения машины и фиксируют форму с помощью затворного механизма. Гидравлические прессы оказались наиболее экономически эффективными, поскольку конструкция пресса не должна выдерживать давление открытия формы и, следовательно, может быть относительно легкой. Существует два общих типа пресс-форм: двухкомпонентные и сегментные.
Большие внедорожные шины часто отверждаются в печах, время отверждения приближается к 24 часам.
Финальный финиш
[ редактировать ]После вулканизации шины проводится несколько дополнительных операций. Измерение однородности шины — это испытание, при котором шина автоматически устанавливается на половины колеса, накачивается, движется по моделируемой поверхности дороги и измеряется изменение силы. Измерение баланса шины — это тест, при котором шина автоматически помещается на половины колеса, вращается с высокой скоростью и измеряется дисбаланс.
Шины больших коммерческих грузовых автомобилей/автобусов, а также некоторые шины легковых и легких грузовых автомобилей проверяются с помощью рентгеновских или магнитно- индукционных инспекционных машин, которые могут проникать в резину для анализа структуры металлокорда.
На заключительном этапе шины проверяются человеческим глазом на наличие многочисленных визуальных дефектов, таких как неполное заполнение формы, открытые корды, вздутия, пятна и другие.
Компании по производству шин
[ редактировать ]Список шинных компаний см. в « Списке шинных компаний» , а рейтинг крупнейших производителей шин — в «Списке крупнейших производителей шин» .
Воздействие канцерогенов в шинной промышленности
[ редактировать ]несколько канцерогенных При производстве резиновых шин образуется веществ, в том числе нитрозамины. [7] и дибензопирены . [8]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Каучук природный – Справочник по экономике химической промышленности (CEH)» . IHS Маркит . Проверено 21 июля 2017 г.
- ^ «Неизвестный объект: шина – Материалы» . Michelin Шинный дайджест . Проверено 21 июля 2017 г.
- ^ «В чем разница между натуральным и синтетическим каучуком для шин?» . Кал Тайр . 21 июля 2017 года . Проверено 21 июля 2017 г.
- ^ «Изготовитель календарей» .
- ^ «Как изготавливаются шины» . Компания Goodyear Tire and Rubber Company . Архивировано из оригинала 2 января 2010 года.
- ^ «Изготовитель календарей» .
- ^ Шпигельхальдер, Б. (сентябрь 1983 г.). «Профессиональное воздействие нитрозаминов. 1. Резиновая и шинная промышленность». Канцерогенез . 4 (9): 1147–1152. дои : 10.1093/carcin/4.9.1147 . ПМИД 6883637 .
- ^ Садикцис, Иоаннис (21 февраля 2012 г.). «Автомобильные шины — потенциальный источник высококанцерогенных дибензопиренов для окружающей среды». Экологические науки и технологии . 46 (6): 3326–3334. Бибкод : 2012EnST...46.3326S . дои : 10.1021/es204257d . ПМИД 22352997 .
