На заводе полуфабрикаты шин, изготовленные путем сборки резины, стальной проволоки и тканевой основы, называются необработанными шинами. Молекулы резины внутри такой шины распределены по одной, не сцепляясь и не фиксируясь друг с другом, что делает ее мягкой на ощупь и лишенной упругости.
Сульфидизация — это процесс помещения необработанной шины в форму, регулирования температуры и давления, а также добавления серных добавок, которые сплетают молекулы резины в сетчатую структуру, в результате чего происходит химическая реакция, после которой восстановительная реакция становится невозможной.
Взяв в качестве примера приготовление пищи, всем будет проще понять, что рождение ребенка похоже на тесто, которое еще не сварилось: оно рыхлое и его легко несколько раз замесить, прежде чем оно деформируется. Вулканизация похожа на приготовление булочек маньтоу на пару в кастрюле. После формования при высокой температуре структура полностью фиксируется. Но между этими двумя процессами есть большая разница. Приготовление маньтоу на пару — это только физическое созревание, а вулканизация — это твердая химическая реакция. После застывания она никогда не вернется в мягкое резиновое состояние.
Многие могут задаться вопросом: нельзя ли из необработанной резины напрямую изготавливать шины? Абсолютно невозможно. Необработанная резина обладает низкой эластичностью и деформируется под воздействием веса. Она размягчается и расслаивается при нагревании на высоких скоростях, легко рвется при столкновении с камнями или острыми предметами на дорожном покрытии, а также стареет и становится липкой после длительного воздействия солнечного света. Она совершенно не подходит для безопасного вождения. И здесь в качестве связующего звена выступает сера. В условиях высоких температур и давления частицы серы действуют как маленькие застежки, прочно скрепляя диспергированные молекулярные цепочки резины и сплетая их в стабильную сеть.
Весь процесс вулканизации несложен, но параметры каждого этапа нельзя регулировать произвольно. Сначала рабочие помещают собранную и спрессованную заготовку шины с рисунком протектора в металлическую форму. На внутреннюю стенку формы наносится полный рисунок готовой шины, и от этого полностью зависит ее форма. Затем внутрь шины вставляется капсула, и в нее подается высокотемпературная среда под высоким давлением, которая поддерживает заготовку изнутри наружу. Внешняя форма одновременно нагревается и оказывает давление, чтобы заготовка плотно прилегала к внутренней стенке формы, благодаря чему рисунок четко и полностью отпечатывается на поверхности шины.
В отрасли существует поговорка, что три элемента вулканизации — температура, давление и время — почти всегда приводят к бракованной продукции. Температура вулканизации обычных автомобильных шин поддерживается на уровне 140–180 градусов Цельсия, а давление регулируется в зависимости от размера шины. Давление в шинах малолитражных автомобилей относительно низкое, а в шинах большегрузных автомобилей оно значительно повышается. Время вулканизации составляет от десяти до сорока минут.
Здесь наблюдаются два типа остаточных дефектов, обычно называемые в отрасли дефицитом и избытком серы. При недостаточном количестве серы происходит короткий нагрев, недостаточная температура и неполное протекание реакции сшивания. В результате шина, как правило, мягкая и обладает крайне низкой износостойкостью. После тысяч километров пробега рисунок протектора изнашивается, становится склонным к вздутию и расслоению; наоборот, если температура слишком высокая или нагрев слишком длительный, это приводит к перенасыщению серой. Молекулярные цепи резины повреждаются при высоких температурах, что приводит к затвердению и хрупкости шин, а даже незначительные удары вызывают их растрескивание. Оба типа дефектной продукции не могут попасть на рынок.
После истечения таймера оборудование автоматически сбрасывает давление и охлаждается. Форма открывается, и готовая шина с четким рисунком протектора и умеренной твердостью считается извлеченной из печи. По сравнению с предыдущими мягкими и плоскими необработанными шинами, ее характеристики значительно отличаются. Она смягчает неровности дороги, обладает достаточной эластичностью и выдерживает вес автомобиля. Она износостойкая и устойчивая к солнечному излучению, а ее характеристики не значительно ухудшаются при движении в дождь и при высоких температурах.
Сульфидизация также играет ключевую роль, которую часто упускают из виду: адгезию. Шины не формируются как единый кусок резины. Боковина, протектор, слой стального корда и внутренний воздухонепроницаемый слой резины обрабатываются отдельно и соединяются между собой. На стадии заготовки шины они просто склеиваются, и зазоры легко разделяются. После вулканизации и сшивания молекулы различных резиновых материалов сплавляются друг с другом, и все компоненты прочно соединяются в единое целое. Длительная эксплуатация автомобиля не приводит к опасным дефектам, таким как расслоение и отслоение резины.
Многие слышали о вулканизации при ремонте шин, и принцип её применения соответствует заводской вулканизации шин. Резиновые полоски и холодная заплатка могут лишь временно блокировать место утечки воздуха. Если поврежденный участок большой и прочный, необходима горячая вулканизация. При нагревании заплатки и оригинального корпуса шины достигается гораздо более прочное соединение и герметичность, чем при использовании обычных заплаток. Однако, даже при горячей вулканизации, повреждения, такие как разрыв боковины и прямой прокол плечевой зоны шины, не подходят для высокоскоростной езды.
В прошлом старые вулканизационные машины полностью зависели от человеческого контроля, температура и продолжительность процесса определялись опытными техниками. Качество шин, произведенных из одной партии, сильно различалось, а скорость отгрузки также была низкой. Сегодня на заводах в основном используются полностью автоматизированные вулканизационные установки с компьютерным управлением тремя основными параметрами в режиме реального времени. Данные по каждой вулканизации шины архивируются, и процент брака значительно снизился. Кроме того, появились новые процессы, такие как низкотемпературная вулканизация и микроволновая вулканизация, которые имеют меньшее энергопотребление и позволяют производить шины с меньшим сопротивлением качению, что делает их более экономичными и долговечными.
Не только автомобильные шины, но и подавляющее большинство резиновых изделий в повседневной жизни не могут обойтись без вулканизации. Вулканизации подлежат не только автомобильные шины, но и подошвы спортивной обуви, резиновые шланги, дверные уплотнители и велосипедные камеры, которые мы носим. Необработанная сырая резина особенно мягкая и легко деформируется при сжатии, поэтому долго она не прослужит.
Проще говоря, вулканизация — это процесс формования и упрочнения шин. В условиях высоких температур и высокого давления молекулы резины соединяются друг с другом, и изначально мягкая и деформированная сырая резина становится износостойкой и эластичной, а её общая структура — прочной.
Этот процесс может показаться незначительным, но он напрямую влияет на срок службы шин и является ключом к безопасности вождения. В следующий раз, когда вы сядете за руль, посмотрите на шины на колесах, и вы поймете, насколько важен этот небольшой резиновый ободок.
