Автомобильные шины

История автомобильной шины берет начало в 1845 году. Молодой изобретатель Роберт Томсон загорелся идеей создать колесо, которое не будет издавать ужасного шума, так опостылевшего жителям больших городов. Он надел на обруч деревянного колеса камеру, состоявшую из нескольких слоев парусины и покрытую каучуком, а сверху приладил покрышку из кусочков кожи, соединенных заклепками. Патент на свое творение, носившее гордое название «воздушное колесо», Томсон получил в 1946 году. Отклики на статью об изобретении в популярном научном журнале были как положительные, так и отрицательные; но в результате в серийное производство шины не пошли.

Спустя 40 лет идея создать пневматическую шину посетила Джона Данлопа. В 1887 году он сделал из поливального шланга обручи, накачал их воздухом и надел на колеса велосипеда своего сына. Через год изобретатель запатентовал свою шину и вскоре основал всемирно известную сегодня компанию Dunlop. В конце XIX века пневматические шины начали применяться для автомобилей.  Появились камерные покрышки, которые в течение последующих десятилетий продолжали совершенствоваться. Также претерпел  существенные изменения способ монтажа-демонтажа: англичанин Барлетт и француз Дидье сделали его намного проще.

В начале XX века конструкция шин дополнилась кордом – слоем прочных и упругих текстильных нитей. В 1920-1930 годах была разработана технология крепления колеса к ступице всего несколькими болтами. Благодаря этому были решены сразу две проблемы – частые проколы шин и сложность замены спущенных колес.

Прототипы современных зимних и летних шин придумали инженеры компании Pirelli. В середине прошлого века они предложили два съемных протектора – для холодного и теплого сезона. Зимний протектор был сделан из более упругого и прочного материала, вдобавок в него можно было вставить шипы. В 1973 году француз Клебер представил трехкамерную шину, в основе которой лежала идея «воздушного колеса» Томсона. Каждая из камер такой шины накачивалась через отдельный клапан. Клебер обещал, что запаска автомобилю с такими шинами не нужна, так как в случае повреждения одной из камер две оставшиеся прекрасно её заменят. Но новинка так и не получила широкого распространения. Примерно в это же время была представлена и двойная шина Juhan: два контура обода и две шины на колесо. Такая конструкция была призвана решить проблему широкопрофильной резины – аквапланирование, которое возникает из-за присутствия водяного слоя между шиной и поверхностью дороги. Колесо не успевает вытолкнуть воду, автомобиль частично теряет сцепление и становится практически неуправляемым. Однако из-за большого веса и опасности повреждения (в результате зажатия мелких камней между двумя частями) двойная шина не прижилась. В 1984 году Goodyear и Pirelli совместно разработали обод с ассиметричным двойным хампом, который позволял покрышке крепко держаться на колесе. Позднее были представлены шины с различными вариантами бортовых закраин и рисунком протектора, с пенной поддержкой и наполнителями из кукурузного крахмала. В попытках создать идеальную шину, инженеры по сей день изменяют их внешний вид и конструкцию, экспериментируют с составом материала и разнообразными добавками.

Современная автошина состоит из пяти основных частей: . Все части производятся по отдельности, а затем приплавляются друг к другу. Основное сырье, применяющееся в производстве шин – резина и корд. Автомобильную резину синтезируют химическим способом из натурального или синтетического каучука, а для изготовления кордовой ткани используют металлические, полимерные и текстильные нити.

Процесс изготовления автомобильных шин можно разделить на несколько основных этапов. Вначале необходимо приготовить из каучука резиновую смесь. Натуральный каучук больше подходит для зимних шин: благодаря его свойствам резина остается мягкой при достаточно низких температурах. В жаркую погоду температура шины может достигать 100 С, поэтому к смеси для летней резины добавляют больше теплостойкого искусственного каучука. Также в состав смеси входит до 30% технического углерода (или попросту сажи), который крепко соединяет молекулы каучука, делая шину прочнее и повышая её износостойкость. Правда, в последнее время все чаще предпочтение отдается сере или кремниевой кислоте, которая несколько дешевле сажи. Другие добавки – смягчающие масла и смолы, особенно важные при изготовлении зимней резины. В качестве катализатора процесса вулканизации в резиновые смеси добавляют оксид цинка.

Изготовленные из каучука брикеты идут по конвейеру на контроль в химическую лабораторию. Продукция, получившая «добро», следует в цех компонентов, где огромный агрегат «квадроплекс» делает и . Протектор – внешняя часть покрышки. Он обеспечивает хорошее сцепление с дорогой, поэтому должен быть особенно прочным, износостойким и не подверженным разрыву. Состоит протектор из верхнего слоя, называемого «кэп», среднего, представляющего собой основу из «крыльев», и нижнего подпротекторного слоя. Толщину слоев, вес и рисунок протектора задает компьютер. Также в цехе компонентов изготавливают воздухонепроницаемый , который заменяет камеру в бескамерных шинах. Он прочный, обладает отличной газонепроницаемостью, стойкостью к старению и эластичностью, выдерживает высокие температуры.

В цехе коротких линий изготавливают и– текстильный и стальной корд. Корд противостоит внутреннему давлению шины. Текстильный корд (каркас) может быть выполнен из вискозы или полиэфирного материала. Стальной корд (брекер) дублирует протекторный слой шины изнутри, усиливая его. Корд обрезинивается с двух сторон и наматывается на большие катушки; затем его нарезают и склеивают под углом, дополнительно обрезинивая края. Сборочный станок делает брекерно-протекторный браслет, а формирующий барабан под давлением выполняет его прикатку и формирует каркас.

шины состоит из бортовых колец и наполнительного шнура. Бортовое кольцо, выполненное из цельной обрезиненной проволоки, обеспечивает усиление в районе соприкосновения шины с диском. В одном бортовом кольце шесть проволочных колец. Наполнительный шнур укрепляет весь борт шины, обеспечивая устойчивость автомобиля на поворотах. Его делают из резины и присоединяют к бортовому кольцу при помощи специального поворотного барабана и прикаточных роликов.

И вот, наконец, все компоненты оказываются в цехе сборки, где шиносборочная машина соединяет их. Получившуюся покрышку называют сырой, поскольку ей еще предстоит процесс вулканизации, во время которого резина затвердевает, превращается из мягкой и липкой в упругую, прочную, с сухой поверхностью. Чтобы шина не прилипала к вулканизирующему прессу, её предварительно обрабатывают внутри специальным химическим раствором. Вулканизация происходит при высоком давлении и температуре, которые создаются при помощи пара. Наполненная паром диафрагма пресса прижимает шину к пресс-форме, нагревая и просушивая её. Готовые покрышки поступают на пункт визуальной инспекции. Изделия осматривают еще горячими, поскольку после охлаждения многие дефекты уже не видны. Шина проверяется на наличие пузырей и трещин; также инспекторы тестируют качество швов. Неликвидные экземпляры тут же утилизируют. Далее следует линия автоматического контроля качества. Специальная машина проверяет физические показатели: массу покрышки, её диаметр, радиальные силы и другие. Вторая машина создает до восьми различных погодных условий – от нормальных до экстремальных – для того чтобы определить уровень износостойкости шины.

Для зимней резины цикл производства еще не завершен – её нужно ошиповать. В специальном цехе машина устанавливает шипы в заранее подготовленные (на этапе вулканизации)  отверстия. Эффективность шипованной резины проверяют пилоты. Устраиваются тест-заезды на несколько километров по абсолютно ледяным трассам; после каждой остановки тщательно измеряется тормозной путь автомобиля.