Производство шин - Tire manufacturing

Пневматический шины производятся в соответствии с относительно стандартизированными процессами и оборудованием примерно на 455 шинных заводах в мире. С более чем 1 миллиард шины производятся во всем мире ежегодно, шинная промышленность является основным потребителем натуральная резина.[1] Заводы по производству шин начинают с сыпучих материалов, таких как синтетическая резина (60% -70% всего каучука в шинной промышленности[2][3]), черный карбон, а также химикаты и производят множество специализированных компонентов, которые собираются и отверждаются.

Шина Bridgestone Cross section.png

Шина представляет собой сборку из множества компонентов, которые накапливаются на барабане и затем вулканизируются в прессе под действием тепла и давления. Тепло способствует реакции полимеризации, которая сшивает мономеры каучука с образованием длинных эластичных молекул.

Внутренний вкладыш

Внутренний вкладыш каландрированный[4] галобутиловый каучук лист с добавками, которые воздухопроницаемость. Внутренний вкладыш гарантирует, что шина будет удерживать внутри воздух под высоким давлением без внутренняя труба, сводя к минимуму диффузию через резиновую структуру.[5]

Слой тела

Основной слой - это каландрированный[6] лист, состоящий из одного слоя резины, одного слоя армирующей ткани и второго слоя резины. Самый ранний использованный текстиль был хлопок; более поздние материалы включают район, нейлон, полиэстер, и Кевлар. Легковые шины обычно имеют один или два слоя кузова. Слои кузова придают конструкции шины прочность. Шины для грузовиков, внедорожных шин и авиационных шин имеют все больше слоев. Тканевые шнуры очень гибкие, но относительно неэластичные.

Сторона

Боковины представляют собой неармированные экструдированные профили с добавками, которые придают сторонам шины хорошую стойкость к истиранию и устойчивость к окружающей среде. Добавки, используемые в составах боковин, включают: антиоксиданты и антиозонанты. Экструзии боковых стенок несимметричны и имеют толстую резиновую поверхность для формования выпуклых букв.

Боковины придают шине устойчивость к окружающей среде, которая играет важную роль в укреплении шины. Легкий Дефект боковой стенки во время вулканизации резины шины под давлением не течет на ступени высокого давления, и внешнее давление возникло в это время, резина течет в упоре штампа.

Бисер

Бусины представляют собой ленты из высокопрочной стальной проволоки, покрытые резиновой смесью. Бисерная проволока покрыта специальными сплавами бронза или же латунь. Покрытия защищают сталь от коррозии. Медь в сплаве и сера в резиновой сшивке для производства сульфид меди, что улучшает сцепление борта с резиной. Борта негибки и неэластичны и обеспечивают механическую прочность, позволяющую прилегать к колесу. Борт резины содержит добавки, повышающие прочность и ударную вязкость шин.

Апекс

Вершина представляет собой экструдированный треугольный профиль, который соприкасается с бортом. Вершина обеспечивает подушку между жестким бортом и гибким внутренним вкладышем и сборкой основного слоя. Альтернативно называется «наполнитель» (как на схеме выше).

Ремень пакет

Ремни представляют собой каландрированные листы, состоящие из слоя резины, слоя близко расположенных стальных кордов и второго слоя резины. Ремни придают шине прочность и сопротивление вмятинам, позволяя ей оставаться гибкой. Легковые шины обычно изготавливаются с двумя или тремя ремнями.

Протектор

Протектор представляет собой толстый экструдированный профиль, окружающий каркас шины. В состав протектора входят присадки для придания износостойкости и сцепления в дополнение к сопротивлению окружающей среде. Разработка резиновой смеси протектора - это компромисс, поскольку твердые составы имеют длительные характеристики износа, но плохое сцепление с дорогой, тогда как мягкие смеси имеют хорошее сцепление с дорогой, но плохие характеристики износа.

Подушка из резинки

Многие высокопроизводительные шины включают экструдированный компонент между комплектом ремня и протектором, чтобы изолировать протектор от механического износа стальными ремнями.

Прочие компоненты

Способы изготовления шин несколько различаются по количеству и типу компонентов, а также по составу компонентов для каждого компонента в зависимости от использования шины и ценовой категории. Производители шин постоянно внедряют новые материалы и методы изготовления, чтобы добиться более высоких характеристик при меньших затратах.

Материалы

  • Естественный резинка, или полиизопрен - основной эластомер, используемый в производстве шин.
  • Стирол-бутадиен сополимер (SBR) - это синтетический каучук, который часто частично заменяют натуральная резина исходя из сравнительной стоимости сырья
  • Полибутадиен используется в сочетании с другими каучуками из-за низкой теплоотдачи
  • Галобутиловый каучук используется для изготовления смесей внутренней оболочки бескамерного типа из-за его низкой воздухопроницаемости. В галоген атомы обеспечивают связь с соединениями каркаса, которые в основном состоят из натурального каучука. Бромбутил превосходит хлорбутил, но стоит дороже.
  • Черный карбон (сажа ), образует высокий процент резиновой смеси. Это дает усиление и стойкость к истиранию.
  • Кремнезем, используется вместе с техническим углеродом в высокопроизводительных шинах в качестве усиления с низким тепловыделением
  • Сера сшивает молекулы каучука в вулканизация процесс
  • Ускорители вулканизации сложные органические соединения, ускоряющие вулканизацию
  • Активаторы способствовать вулканизации. Главный из них оксид цинка
  • Антиоксиданты и антиозонанты предотвратить растрескивание боковин из-за воздействия солнечного света и озона
  • Текстиль ткань усиливает каркас шины

Производственный процесс

Шинные заводы традиционно делятся на пять отделов, которые выполняют специальные операции. Обычно они действуют как независимые фабрики внутри фабрики. Крупные производители шин могут создавать независимые заводы на одном месте или кластеры заводов локально в регионе.

Компаундирование и смешивание

SBR резиновая смесь с химическими составами

  1. SB Rubber 100 кг.
  2. углерод 220150 кг.
  3. оксид цинка 20,5 кг.
  4. стеариновая кислота 13,5 кг.
  5. ускоритель 11.2 к.г.
  6. Масло 33,5 кг.
  7. Al2O3 10,23 кг

Смешивание - это операция объединения всех ингредиентов, необходимых для смешивания партии резиновой смеси. Каждый компонент имеет различную смесь ингредиентов в соответствии со свойствами, необходимыми для этого компонента.

Смешивание - это процесс механического воздействия на ингредиенты с целью их смешивания в однородное вещество. Внутренние смесители часто оснащены двумя роторами, вращающимися в противоположных направлениях, в большом корпусе, которые срезают каучуковый заряд вместе с добавками. Смешивание выполняется в три или четыре этапа, чтобы добавить ингредиенты в желаемом порядке. При срезании выделяется значительное количество тепла, поэтому и роторы, и корпус охлаждаются водой, чтобы поддерживать температуру, достаточно низкую, чтобы гарантировать, что вулканизация не начнется.

После смешивания каучуковая загрузка сбрасывается в желоб и подается через экструдер в фильеру. В качестве альтернативы, партия может быть сброшена на открытую систему дозирования резиновой мельницы. Мельница состоит из двух валков, вращающихся в противоположных направлениях, один с зубцами, которые обеспечивают дополнительную механическую обработку резины и производят толстый резиновый лист. Лист стягивается с роликов в виде полосы. Полоса охлаждается, иногда опудривается средством для снятия липкости и укладывается в контейнер для поддонов.

Идеальное соединение на этом этапе должно иметь очень однородную дисперсию материала; однако на практике наблюдается значительная неоднородность дисперсии. Это происходит по нескольким причинам, включая горячие и холодные точки в корпусе и роторах смесителя, чрезмерный зазор ротора, износ ротора и плохо циркулирующие пути 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 перемешаны с каучуком или добавками.

Смесители часто управляются в соответствии с методом интегрирования мощности, когда измеряется ток, подаваемый на двигатель смесителя, и смешивание прекращается при достижении определенного общего количества энергии смешивания, переданной партии.

Подготовка компонентов

Компоненты делятся на три класса в зависимости от производственного процесса: каландрирование, экструзия и изготовление швов.

В экструдер Машина состоит из шнека и цилиндра, винтового привода, нагревателей и матрицы. Экструдер применяет два условия давления. Шнек экструдера также обеспечивает дополнительное перемешивание смеси за счет сдвигающего действия шнека. Компаунд проталкивается через головку, после чего экструдированный профиль вулканизируется в печи непрерывного действия, охлаждается для завершения процесса вулканизации и либо скатывается на катушке, либо разрезается на нужную длину. Протекторы шин часто экструдируются с четырьмя компонентами в экструдере quadraplex, один с четырьмя винтами, обрабатывающими четыре различных состава, обычно базовый состав, состав сердечника, состав протектора и состав крыла. Экструзия также используется для изготовления боковых профилей и внутренней облицовки.

В календарь представляет собой набор из нескольких валков большого диаметра, которые сжимают резиновую смесь в тонкий лист, обычно порядка 2 метров шириной. Каландры для ткани производят верхний и нижний резиновые листы со слоем ткани между ними. Стальные каландры делают это со стальным кордом. Каландры используются для производства слоев кузова и ремней. Шпулярная комната - это помещение, в котором размещаются сотни катушек ткани или проволоки, которые загружаются в каландр. В каландрах используется последующее оборудование для резки и сращивания каландрированных компонентов.

Строительство шин

Сборка - это процесс сборки всех компонентов на барабане для сборки шин. Шиномонтажные машины (TBM) могут управляться вручную или полностью автоматически. Типичные операции TBM включают операцию первой ступени, когда внутренняя футеровка, слои корпуса и боковые стенки оборачиваются вокруг барабана, борта размещаются, а сборка переворачивается над бортом. На втором этапе работы каркас шины накачивается, затем накладываются пакет ремня и протектор.

Все компоненты требуют стыковки. Слои внутренней облицовки и корпуса соединены внахлест с квадратным концом. Протектор и боковина соединяются с помощью скошенного стыка, при этом соединяемые концы имеют скос. Ремни сращиваются встык без нахлеста. Слишком тяжелые или несимметричные стыки вызывают дефекты в изменении силы, балансе или параметрах выпуклости. Слишком легкие или открытые соединения могут привести к визуальным дефектам и, в некоторых случаях, к поломке шин. Конечный продукт процесса TBM называется зеленой шиной, где зеленый цвет означает неотвержденное состояние.

Компания Pirelli Tyre разработала специальный процесс под названием MIRS, в котором используются роботы для позиционирования и вращения строительных барабанов под станциями, на которых применяются различные компоненты, обычно с помощью методов экструзии и намотки ленты. Это позволяет оборудованию изготавливать шины разных размеров в последовательных операциях без необходимости менять инструменты или настройки. Этот процесс хорошо подходит для небольших объемов производства с частой сменой размеров.

Крупнейшие производители шин разработали собственные автоматизированные машины для сборки шин, стремясь создать конкурентные преимущества в точности изготовления шин, высокой производительности и сокращении трудозатрат. Тем не менее существует большая база машиностроителей, производящих шиномонтажные машины.

Лечение

Очистка открытой формы для шин. Спущенный резиновый баллон находится на центральной стойке.

Отверждение - это процесс приложения давления к необработанной шине в форме для придания ей окончательной формы и приложения тепловой энергии для стимулирования химической реакции между резиной и другими материалами. В этом процессе зеленая шина автоматически переносится на нижнее седло борта пресс-формы, в зеленую шину вставляется резиновый баллон, и форма закрывается, а баллон надувается. Когда форма закрывается и фиксируется, давление в баллоне увеличивается, чтобы зеленая шина стекала в форму, принимая рисунок протектора и буквы на боковине, выгравированные на форме. Баллон заполнен рециркулирующим теплоносителем, таким как пар, горячая вода или инертный газ. Температура находится в районе 350 градусов по Фаренгейту с давлением около 350 фунтов на квадратный дюйм. Легковые шины полимеризуются примерно за 16 минут. В конце отверждения давление сбрасывается, форма открывается, и шина удаляется из формы. Шину можно поместить на PCI или насос пост-отверждения, который будет удерживать шину полностью накачанной, пока она остывает. Существует два основных типа вулканизационных прессов: механический и гидравлический. Механические прессы удерживают форму в закрытом состоянии с помощью рычажных рычагов, в то время как гидравлические прессы используют гидравлическое масло в качестве основного двигателя для движения машины и блокируют пресс-форму с помощью механизма блокировки затвора. Гидравлические прессы оказались наиболее рентабельными, поскольку конструкция пресса не должна выдерживать давление открытия формы и, следовательно, может быть относительно легкой. Существует два основных типа форм: двухкомпонентные формы и сегментные формы.

Большие внедорожные шины часто вулканизируются в печах, а время полимеризации приближается к 24 часам.

Окончательная отделка

После того, как покрышка затвердела, проводят несколько дополнительных операций. Однородность шин Измерение - это испытание, при котором шина автоматически устанавливается на половинки колеса, накачивается, движется по смоделированной поверхности дороги и измеряется изменение силы. Измерение баланса шин - это испытание, при котором шина автоматически устанавливается на половинки колеса, вращается с высокой скоростью и измеряется дисбаланс.

Шины для больших грузовых автомобилей / автобусов, а также некоторые шины для легковых и легких грузовиков проверяются рентгеновский снимок или же магнитная индукция на базе инспекционных машин, которые могут проникать в резину для анализа структуры металлокорда.

На последнем этапе шины проверяются человеческими глазами на предмет многочисленных визуальных дефектов, таких как неполное заполнение формы, оголенные корды, пузыри, дефекты и другие.

Компании-производители шин

Список шинных компаний см. Список шинных компаний, а рейтинг крупнейших производителей шин см. Список крупнейших производителей шин.

Воздействие канцерогенов в шинной промышленности

Несколько канцерогенный вещества образуются при производстве резиновых покрышек, в том числе нитрозамины[7] и дибензопирены.[8]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Каучук, натуральное сырье - Справочник по экономике химии (CEH)". IHS Markit. Получено 2017-07-21.
  2. ^ «Неизвестный объект: шина - Материалы». Мишлен Дайджест шин. Получено 2017-07-21.
  3. ^ «В чем разница между натуральным и синтетическим каучуком для шин?». Kal Tyre. 2017-07-21. Получено 2017-07-21.
  4. ^ «Каландровщик».
  5. ^ «Как устроены шины». Компания Goodyear Tire and Rubber. Архивировано из оригинал на 02.01.2010.
  6. ^ «Каландровщик».
  7. ^ Шпигельхальдер, Б. (сентябрь 1983 г.). «Профессиональное воздействие нитрозаминов. 1. Резиновая и шинная промышленность». Канцерогенез. 4: 1147–1152. Дои:10.1093 / carcin / 4.9.1147.
  8. ^ Садикцис, Иоаннис (21 февраля 2012 г.). «Автомобильные шины - потенциальный источник высококанцерогенных дибензопиренов для окружающей среды». Экологические науки и технологии. 46: 3326–3334. Дои:10.1021 / es204257d.

внешняя ссылка