Вулканизация шин¶

Вулканизация шин — технологический процесс придания резиновой смеси эластичности, прочности и упругости путём её нагрева вместе с серой и вулканизирующими агентами под давлением. В результате молекулы каучука образуют поперечные связи (сшивки) между полимерными цепями, превращая термопластичную смесь в эластомер, сохраняющий форму и упругие свойства в широком диапазоне температур. Термин происходит от имени римского бога Вулкана и связан с использованием серы, добываемой вблизи вулканических источников.

¶Историческая справка

¶Изобретение процесса

Вулканизация как способ обработки каучука была открыта американским изобретателем Чарльзом Гудьером в 1839 году. Гудьер обнаружил, что смесь натурального каучука с серой, нагретая до 130—150 °C, перестаёт плавиться и липнуть, приобретая упругость и сохраняя эластичность при широком диапазоне температур. Ранее изделия из натурального каучука размягчались от жары и трескались от холода, что ограничивало их применение.

В России первые работы по вулканизации были проведены в 1840-х годах. В 1844 году на заводе «Красный треугольник» в Санкт-Петербурге были налажены первые промышленные опыты по вулканизации каучука.

¶Развитие в шинной промышленности

С появлением пневматических шин в конце XIX века (шотландец Джон Данлоп запатентовал надувную шину в 1888 году) вулканизация стала ключевой операцией при производстве покрышек. Первоначально шины вулканизовали в металлических формах-опоках, где резиновую заготовку нагревали паром. В 1910-х годах была разработана технология вулканизации в воздушной камере, а в 1950-х — метод вулканизации в формах без давления (метод «бескамерной» вулканизации).

¶Химия процесса

Вулканизация основана на реакции сшивания молекул каучука атомами серы. При нагреве сера распадается на активные радикалы, которые образуют мостиковые связи между полимерными цепями. Количество поперечных связей определяет свойства готового изделия: чем больше сшивок, тем жёстче и прочнее резина, но тем меньше её эластичность.

В качестве вулканизирующих агентов используются:

• Сера — основной компонент, вводится в количестве 1,5—3,5 части на 100 частей каучука.
• Ускорители вулканизации (меркаптобензтиазол, сульфенамиды, тиурамы) — ускоряют процесс и повышают его равномерность.
• Активаторы (оксид цинка, стеариновая кислота) — усиливают действие ускорителей.
• Замедлители (бензотиазолилдисульфид) — обеспечивают сохраняемость резиновой смеси при хранении.

Помимо серной вулканизации, в промышленности применяют безсерную (пероксидную, радиационную), однако для шинных резин серная технология остаётся основной.

¶Технология вулканизации шин

¶Подготовка заготовки

Перед вулканизацией из резиновой смеси формируют заготовку (заготовку-«зелёную» шину), состоящую из протектора, боковин, каркаса и бортовых колец. Каркас армируется текстильными кордами (нейлон, полиэстер, вискоза) или стальными брёвнами в бортовой зоне.

¶Основные методы

¶Режимы вулканизации

Температура и время вулканизации зависят от типа шины и толщины резины. Для легковых шин типичный режим — 140—150 °C в течение 10—20 минут. Для грузовых и авиационных шин с толстым протектором время может достигать 1—3 часов. Недовулканизация приводит к недостаточной прочности и «жеванию» протектора, перевулканизация — к хрупкости и растрескиванию резины.

¶Классификация шин по типу вулканизации

По назначению и конструкции шины делятся на:

• Легковые — наиболее массовый тип, вулканизируются в формах под давлением.
• Грузовые — вулканизируются в формах или в воздушных камерах.
• Авиационные — требуют особенно точных режимов из-за высоких нагрузок.
• Сельскохозяйственные — имеют крупный рисунок протектора и вулканизируются в формах.
• Промышленные (для погрузчиков, карьерной техники) — изготавливаются из износостойких резиновых смесей.

¶Значение процесса

Вулканизация является определяющей операцией в производстве шин: именно она превращает мягкую, липкую резиновую смесь в прочный, износостойкий и эластичный материал, способный выдерживать динамические нагрузки, перепады температур и контакт с дорожным покрытием. От качества вулканизации зависят срок службы шины, её сцепные свойства, сопротивление качению и безопасность движения.

В России шинная промышленность представлена предприятиями «Нижнекамскшина», «Кировшина», «Ярославский шинный завод», «Омскшина» и рядом других заводов, использующих современные линии вулканизации в формах под давлением.

¶Источники

• Белов Н. П., Кузьмин В. И. «Производство шин» — М.: Химия, 1984.
• Дзюба А. Д. «Технология шин и резинотехнических изделий» — М.: Колос, 2002.
• Гудьер Ч. Н. «История открытия вулканизации» — патент США № 3633, 1844.
• «Современные технологии вулканизации шин» — журнал «Резиновые изделия», 2019.