История создания шин. Как делают резину Хранение резиновых изделий

Автомобильная шина прошла долгий путь от первого изобретения, которое было запатентовано в далеком 1846 году, до современного многообразия и технологического совершенства. Больше века назад в производству шин участвовал один единственный человек, а первые мануфактуры, фактории и конвейеры стали появляться десятилетиями позже. Это сейчас гигантские трансконтинентальные корпорации обладают собственными базами для тестирования, огромными производственными мощностями и штатом в десятки тысяч человек…

А 10 июня 1846 года в США выдали знаменательный для истории автомобилестроения патент под номером 10990, который закреплял за Робертом У. Томпсоном право на производство и установку первых в мире пневматических шин, с примитивным по современным меркам инженерным решением, которое было основано на воздушной камере из парусины, пропитанной для удержания воздуха раствором каучуковой массы и гуттаперчей.

Внешняя часть состояла из клепанных кусков дубленной кожи. Первые испытания нового изобретения состоялись в том же году, когда Томпсон установил шины на карету, а потом проверил уровень снижения тяги. Результаты были великолепны. Сила тяги уменьшалась на 38% при езде по пересеченной местности, а на не самом лучшем в мире дорожном покрытии почти на 70. К тому же путешествовать каретой на этих шинах было удобнее, мягче и тише. Правда, сразу же после смерти изобретателя об этих шинах забыли. Мир стал ждать появления нового гуру в области производства пневматических шин, пытаясь меньше ругаться во время тряски в каретах.

Самым мощным прорывом в области стал патент от 1888 года, который был выдан Джону Данлопу, имя которого сегодня знает, наверное, каждый школьник, который поиграл в любую игру про гонки. Именно фамилия Данлоп ассоциируется с появлением первой пневматической шины в таком виде, который мы привыкли ее видеть.

В 1887 году после многочисленных жалоб сына на неудобство велосипеда Джон Данлоп склеил два обруча из садового шланга, накачал их воздухом, а потом натянул на колесо велосипеда. Опять среди материалов фигурировала прорезиненная парусина. Успех этой шины Danlop был практически доказан во время исторической гонки на велосипедах, в которой ужасный велосипедист Уильям Хьюм на велосипеде с пневматическими покрышками с легкостью выиграл все заезды, в которых вообще решился участвовать. Этот успех стал основной причиной для Джона Данлопа (кроме, конечно же, проблем с деньгами в семье) организовать собственное небольшое производство шин в городе Дублин. Компания «Пневматическая шина и агентство Бута по продаже велосипедов» стала первой в мире компанией, которая начала изучать и производить пневматические шины на промышленном уровне.

Всего год спустя никому неизвестный инженер, работающий в компании Данлопа предложил отделить покрышку от камеры, а также армировать покрышку проволочными кольцами. В это же время был придуман первый способ монтажа и демонтажа шин, который стал прорывом для всех компаний по производству шин.

После этого всего пять лет понадобилось миру, чтобы французы Андре и Эдуард Мишелин (Michelin) изготовили первую в мире автомобильную шину, которая с трудом, но доехала до финиша. Это был сырой образец пневматической шины, который не учитывал множества внешних условий, а материал обладал огромным количеством внутренних напряжений, что привело к десяткам проколов на трассе, протяженной на 1200 км.

Всего год спустя в 1896 году Автомобиль Ланчестер был укомплектован шинами от Данлоп, которые постарались учесть ошибки конкурентов. Первые автомобильные шины в разы увеличили проходимость, комфорт, плавность и скорость автомобиля, но были неудобны с точки зрения монтажа. На установку шин уходил порой весь рабочий день. Конкуренция между производителями шин, растущий спрос, а также довольной быстрый рост цен на пневматические шины привели к постоянному поиску новых инженерных решений, что привело к появлению стандартизации, улучшения систем монтажа-демонтажа шин, а также появлению нововведений, которые используются и по сей день. Например, внедрение корда в шину из особо прочных нитей, новые системы крепежа, которые стали основной причиной валообразного роста шинной промышленности в начале двадцатого века.

Именно в этот период времени наиболее четко прослеживает динамика развития науки, влияющей на производство шин, в первую очередь химии. Самые первые шины были низкопрофильными, тонкими и походили на велосипедные. Это было связано не столько с особенностями моды того времени, сколько с отсутствием углеродных наполнителей для увеличения прочности и снижения внутренних напряжений, а также для придания более жесткой формы. Именно отсутствие углерода в составе резины обусловило белый и бежевый цвета шин в начале двадцатого века.

Однако уже в двадцатых-тридцатых годах двадцатого века углерод стал неотъемлемой частью состава резины наравне с каучуком, что привело к значительному увеличению высоты и ширины протектора. Это увеличило максимальную нагрузку на шину, позволив улучшить показатель грузоподъемности, а также повысило проходимость за счет увеличения пятна контакта протектора с дорогой. Шины из мягкого каучука, который из-за особой химической структуры смеси с углеродом имеют только радиальное направление нитей каркаса, а потому очень четко передают все неровности дороги на автомобиль. Это некомфортно и жестко.

Настоящим прорывом стало появление химических полимеров, которые позволили увеличить жесткость конструкции, не теряя в комфортности и проходимости, а также увеличивая нагрузку на шину. Диагональные шины становятся повсеместно используемыми.

Сейчас наука шагнула далеко вперед, а соревнования компаний между друг другом носят настолько детальный характер, что порой их даже трудно оценить обыкновенному покупателю. Доли секунды, граммы грузоподъемности, незаметные проценты увеличения тяги, снижения сопротивления качению. Цифры-цифры…

Материал подготовлен в «Покрышка.ру»

Дата публикации: 17.02.2011.

Внимание! Все содержимое этого сайта охраняется законодательством об интеллектуальной собственности (Роспатент, свидетельство о рег. №2006612529). Установка гиперссылки на материалы сайта не рассматривается как нарушением прав и согласования не требует. Юридическая поддержка сайта - юр.фирма «Интернет и Право».

Дополнительно

Кто придумал зимнюю резину?

Календарь автолюбителя отличается от календаря обычного человека. Смена сезонов для владельца автомобиля ознаменована важным для него событием: сменой покрышек. Как выяснилось, далеко не все знают и понимают, для чего необходимо «переобуваться» перед началом холодов и после них. Многие воспринимают это лишь как повод для придирок гаишников. На самом же деле, от напрямую зависит безопасность движения, и смена покрышек — дело жизненно важное!

1. Отличия летней и зимней резины

Основные различия летней и зимней резины заключаются в составе самой резины и рисунке протектора.

Резина, как и любой другой материал, дубеет при низкой температуре. Соответственно, покрышка на морозе теряет мягкость, становится «пластмассовой». Это негативно отражается и на самой покрышке — она скорее , и на безопасности езды. Смену летних покрышек на зимние рекомендуют делать, когда температура воздуха понизится до +7°С. При такой температуре, и, тем более, при более низких температурах, летняя резина становится небезопасной.

Зимняя резина, за счёт специальных добавок, сохраняет мягкость и на холоде. Зная это, вы поймёте, почему не стоит на зимних покрышках ездить летом: в тепле, а уж тем более, в жару, зимняя покрышка становится слишком мягкой, чтобы обеспечить безопасность движения.

Протектор зимней резины имеет рисунок, составленный из «шашечек» различной конфигурации. Их предназначение — обеспечить сцепление покрышки с заснеженной дорогой. На летнем асфальте «шашечки» бесполезны, и даже опасны, так как такой протектор снижает управляемость автомобиля.

2. Когда появилась зимняя резина?

Первые попытки создать зимнюю резину были сделаны в Финляндии. Пионером выступила компания Suomen Gummitehtas, впоследствии переименованная, и известная сегодня, как Nokian.

В продажу зимние шины поступили в 60-х годах XX века. От летней резины они отличались лишь наличием металлических деталей, прообразом современных шипов. Шипы улучшали сцепление колеса с дорогой, но сама резина продолжала трескаться и лопаться на морозе.

Следующий шаг в эволюции зимней резины был сделан компанией Metzeler. Её специалисты после ряда экспериментов нашли добавку, которая позволяла резине сохранять упругость и на холоде. Такой добавкой стала кремниевая кислота.

Между тем, в ряде стран запретили использование шипованных покрышек, ввиду того, что они негативно воздействовали на дорожное покрытие. Производители направили свои усилия на создание шин с особым, «зимним», рисунком протектора. Первой нешипованные зимние покрышки потребителям предложила компания Bridgestone в 1982 году.

Таким образом, появлению современной зимней резины мы обязаны не какому-то одному гениальному изобретателю, а совместным усилиям инженеров ведущих мировых производителей автомобильных покрышек.

3. Шиномонтаж

Осуществляется по тем же правилам, что и летней резины. Проследите, чтобы при установке было соблюдено направления вращения покрышек. Потребуйте от сотрудников мастерской тщательно отбалансировать колёса. Нелишним будет после установки зимней резины проверить и отрегулировать развал-схождение.

Изобретатель : Чарльз Гудиер
Страна : США
Время изобретения : 1839 г.

Еще испанские конкистадоры привезли из Южной Америки чудесные изделия (эластичные мячи, непромокаемую обувь). Индейцы изготавливали их из застывшего млечного сока гевеи. Делалось это просто. Например, чтобы изготовить мяч, они обмазывали круглый предмет соком слой за слоем по мере его застывания. Когда получался достаточно толстый слой, форму удаляли. Подобным образом делали и непромокаемую обувь, причем колодкой служили собственные ноги. Материал этот жители Бразилии называли «каучу» («кау» - дерево, «учу» - плакать), а ныне он известен как каучук.

Серьезное внимание на каучук обратили лишь после того, как французский инженер из Кайенны Франсуа Фрейсине доставил в Парижскую академию наук из Южной Америки каучук, изделия из него и описание способов его добычи. Его записка и образцы попали в руки исследователя Шарля Мари де ля Кондамина, который использовал эти образцы, чтобы укрывать от дождя инструменты. В 1751 г. Кондамин сообщил о записке Ф.Фрейсине Парижской академии наук.

Долгое время каучук использовали преимущественно для изготовления мягких игрушек, пробовали им покрывать обувь, чтобы сделать ее водонепроницаемой. Каучук попытались использовать и для шин повозок, но материал был очень мягок и легко стирался о покрытие дороги. Кроме того, в жару он становился липким, а в мороз - хрупким.

Английский химик и изобретатель Чарльз Макинтош (1766-1843) нашел новое применение каучуку. Он изготовил плащ из двух слоев материи, связанных раствором каучука в нефтяных углеводородах, и начал выпуск непромокаемых пальто, названных впоследствии его именем. В 1823 г. Ч.Макинтош получил патент на это изобретение. Но и макинтоши портились при высокой и низкой , поэтому каучуковая промышленность переживала период упадка.

Многие исследователи пытались устранить недостатки каучука, сохранив его достоинства, но безуспешно. Наконец, это удалось американскому изобретателю Чарльзу Гудиеру (Charles Goodyear).

Чарльз Гудиер (29.12. 1800 — 1.07.1860) родился в Нью-Хейвене, штат Коннектикут. В молодости он делил свое время между магазином, фабрикой и фермой отца, который среди прочих инструментов продавал и собственные изобретения. В 1826 г. Чарльз с отцом организовали в Филадельфии первый американский специализированный магазин скобяных товаров, бизнес оказался неудачным: в 1830 г. фирма разорилась.

Энергичный молодой человек занялся изобретательством. В 1834 г. на витрине нью-йоркского магазина его заинтересовали изделия из каучука. Узнав, что требуется улучшить термостойкость этого перспективного материала, Гудиер после ряда опытов предложил добавлять в каучук оксиды магния и кальция. Он начал делать обувь из полученного «гумм-эластика», но в сильный мороз тот вел себя не лучше обычного каучука.

В 1836 г. изобретатель научился обрабатывать каучук азотной кислотой, нитратами висмута и меди и 17 июня 1837 г. получил патент, а затем основал фабрику в Нью-Йорке. Однако дела шли неважно. Гудиер продолжал эксперименты. В 1838 г. он приобрел патент Хэйварда, состоящий в смешивании каучука с раствором серы.

Но лишь в 1839 г. Гудиер изобрел способ, который ныне именуется вулканизацией и получил широкое распространение во всем мире. Отчасти это произошло случайно, когда оставленный на горячей печи образец из смеси каучука с серой не растекся, а превратился в твердый обугленный материал, который нам известен как резина. Еще пять лет изобретатель посвятил напряженной работе над технологическим процессом, прежде чем 15 июня 1844 г. появился патент №3633. Однако автор не мог получать с патента прибыль, ибо не располагал средствами для его юридического оформления.

В 1841 г. Гудиер дал несколько кусков резины англичанину. Эти образцы, попавшие в руки английского химика Т. Хэнкока, помогли ему повторить технологию вулканизации и получить в 1843 г. британский патент. Название процесса по имени бога Вулкана предложил также английский изобретатель.

Ч. Гудиер пытался широко распространить свое изобретение сначала в США, затем в Европе, затратил огромные деньги на выставки в Лондоне и Париже, экспозицию которых составляли изделия из резины, вплоть до страниц книги самого Гудиера. Изобретатель способствовал развитию резиновой промышленности в Старом и Новом свете, но сам не смог разбогатеть. Он шутил, что его можно узнать как человека, одетого во все резиновое и с резиновым кошельком без единого цента. Гудиер умер в бедности, оставив большие долги. Лишь его» сыну, тоже Чарлзу, который продолжил дело отца, удалось добиться успеха в резиновом бизнесе.

В 1846 г. А.Паркс предложил процесс холодной вулканизации при помощи хлористой серы. Каучуковые изделия при комнатной температуре помещают в хлористую серу, растворенную в сероуглероде, либо в камеру, наполненную парами хлористой серы. Процесс длится 1-2 мин, после чего остатки реагента удаляют с изделия. Этот метод применяют при изготовлении тонкостенных изделий (перчатки, детские игрушки и т.п.). Полученные при холодной вулканизации изделия обладают худшими свойствами, чем продукты горячей вулканизации.

Развивающейся промышленности все больше и больше требовалось резины. Разрастались огромные плантации гевеи в Южной Америке и Индонезии. Примерно в то же время один предприимчивый англичанин тайком вывез из Бразилии 70 тыс. семян гевеи, но прижились они только в одном месте – на Цейлонских островах, принадлежавших тогда Англии.

На мировом рынке каучука появились два крупных монополиста, и стало ясно: природный каучук не экономичен и не рентабелен, необходимо обнаружить способ получения искусственного каучука. Дальнейшая история освоения резины – это история химических исследований, в основном, российской химической науки.

В России резиновая промышленность возникла в первой половине 19 века. До революции резиновое производство было представлено четырьмя предприятиями: «Треугольник», «Проводник» и сравнительно небольшими заводами «Богатырь» и «Каучук». В 1913 году на них работало 23 тыс. человек и выпускали они главным образом обувь.

Сырье и оборудование были заграничными, техническое руководство осуществляли иностранцы. Мало кто знает, что производство туалетной губки являлось в 19 веке секретом завода «Треугольник»; как ни странно, этот незамысловатый предмет был наиболее конкурентоспособным резиновым изделием на мировом рынке. После Октябрьской революции резиновая промышленность представляла достаточно мощную отрасль. Был взят общий курс на индустриализацию, а потому резко возросла потребность в комплектующих резинотехнических изделиях.

Но производство резины находилось в исключительной зависимости от импорта натурального каучука. Существовало два возможных варианта решения проблемы. Первый — изыскание каучуконосов, пригодных для разведения в районах с умеренным климатом. В СССР этим занимался Н.И. Вавилов, в США инициаторами этих работ были Т. Эдисон и Г. Форд.

Второй вариант – создание синтетического каучука. Химические исследования состава каучука начались еще с опытов М. Фарадея в 1826 году. В 1879 А. Бушард наблюдал превращение изопрена в каучукоподобную массу, а в 1910 – И. Л. Кондаков подобное превращение диметилбутадиена. В 1909 г. Сергей Васильевич Лебедев показал вещество, близкое к каучуку, приготовленное из дивинила – бесцветного летучего газа. Но после долгих трудов ему удалось добыть всего лишь 19 граммов.

В России в том же направлении работал И. И. Остромысленский, проводя опыты на заводе «Богатырь», в Германии – К. Гарриес, в Англии – Ф. Мэтьюс и Е. Стрейкедж. Таким образом, наука шла по стопам природы: сначала надо было получить полимер диеновых углеводородов, а затем синтезировать из них каучук.

В 1926 году Советское правительство объявило всемирный конкурс на производство искусственного каучука, причем выдвигались 3 условия: 1) сырье должно быть дешевым; 2) качество не хуже натурального; 3) срок до представления результатов разработок – 2 года. В мае 1928 года этот конкурс выиграл С. В. Лебедев. В качестве сырья он использовал обыкновенный картофель, из которого получал спирт, а уже из спирта – дивинил. Причем сначала из 1 л спирта он получал 5 грамм дивинила, а два года спустя — 50 грамм тем самым сокращая расходы в 10 раз.

Но этот безусловный прорыв не решал проблему, так как, например, на изготовление одной уходило 500 кг картофеля. Потом ученые, усовершенствовав изобретение С. В. Лебедева, стали добывать дивинил из природных газов. И уже в 1929 году правительство приняло решение строить в Ленинграде опытный завод по получению синтетического каучука из спирта по методу Лебедева и еще два завода, которые должны были опробовать другие известные методы: Б. В. Бызова и группы ученых под руководством А. Л. Клебанского.

15 февраля 1931 года газеты всего мира сообщили, что в СССР выпущена первая большая партия искусственного каучука. Ни Германия, ни Англия на тот момент не были готовы предложить свой вариант решения этой промышленной проблемы.

Интересно, что Т. Эдисон в своем интервью так оценил это событие: «Известие о том, что Советы достигли успехов в производстве синтетического каучука из нефти, невероятно. Этого нельзя сделать. Я бы даже сказал больше: весь этот отчет является фальшивкой. На основании моего собственного опыта и опыта других сейчас нельзя сказать, что получение синтетического каучука вообще когда-нибудь будет успешным». И тем не менее, уже в 1932 году в Ярославле дал продукцию первый завод синтетического каучука.

С 1951 года началось производство каучука из нефтяных газов и продуктов переработки нефти. Долгое время искусственный каучук, превосходя настоящий по отдельным показателям (температурный диапазон, прочность, химическая стойкость), уступал в одном – в эластичности (что очень важно для, например, автомобильных и авиационных шин), но и эта проблема была решена.

Таким образом, и природный дар – дерево гевея, и ряд случайностей, и долгий кропотливый труд ученых сделали резину одним из самых необходимых и универсальных материалов, востребованным каждый день, в самых разных ситуациях, в самых разных сферах деятельности человека.

Трудно представить сегодняшнюю насыщенную и технологичную жизнь человека, без такого материала как резина. А ведь еще несколько веков назад о резиновых изделиях высокого качества можно было только мечтать. Теперь же этот материал незаменим в медицине, промышленности, технике, бытовой повседневной жизни.

Появление резины в жизни людей случилось довольно внезапно, после открытия Колумбом Америки. Свое начало она берет от каучука, который производился из дерева гевея. Открыв новый материк, путешественник обратил внимание на развитие индийцев и предметы ихнего быта. Больше всего его поразил мяч, которым игрались дети, сделанный из неизвестного материала. Увесистая черная сфера была довольно прыгучей и легкой, сильно обходя по качеству обычные европейские мячи из кожи.

Так Колумб узнал о деревьях, растущих в Индонезии и Бразилии, надрезы по которым, давали тянущийся сок- латекс. Именно он дал начало новому материалу, из которого в современности изготавливают резинотехнические изделия . Каучук того времени довольно часто использовали в элементах одежды или строительстве, благодаря своим не промокающим свойствам. За долгие годы совершенствования, с каучуком проводили множество экспериментов, как физических, так и химических, в надежде улучшить его свойства.

И лишь в 1893 году ученый Гудьир сумел сделать из каучука современный вид резины, которая так широко используется в наши дни. Благодаря правильной термической обработке каучук сумел получить нужные свойства и навсегда превратиться в универсальную и прочную резину. В ХХ веке резину стали активно использовать как качественный и надежный изолятор, прокладывая тысячи новых электрических маршрутов по всему миру.

Дальше - больше. Резина стала неотъемлемой частью промышленности и жизни человека. Резиновые элементы присутствовали в бытовой технике, мебели, одежде, обуви, предметах гигиены, посуде. Что касается крупных промышленных сфер, то здесь резина стала неотъемлемой частью всех процессов. На сегодняшний день трудно себе представить, как бы выглядели автомобильные шины, отрезные круги , элементы запчастей, строительных инструментов и многое другое, если бы однажды не была произведена резина, как отдельный вид материала.

СССР смог поставить в производство резину не только природного происхождения, но и синтетического, научившись добывать и синтезировать каучук, а после и саму резину из природных газов, нефти, спирта. Западные ученые долго не признавали этот факт возможным, поскольку для них эта технология была неизведанная, однако спустя годы, европейские и американские признали синтетический каучук - реальностью. Это позволило СССР шагнуть далеко вперед в технологическом плане и значительно сберечь бюджет страны, не допуская дорогостоящие закупки сырья для резины из Бразилии или стран Индонезии.

Синтетический каучук практически не уступал по свойствам природному компоненту, однако его низкая эластичность не позволяла изготавливать из него такие важные промышленные товары, как автомобильные и авиационные шины. Со временем благодаря современным разработкам и постоянным экспериментам с температурными режимами и химическим составляющими, эта проблема была полностью исчерпана.

Таким образом, щедрая природа и научные факторы смогли дать миру такой материал как резина, которая позволяет развивать современные технические и медицинские наработки, улучшая их своими природными свойствами. На сегодняшний день, резина - это один из самых прочных, выносливых и универсальных материалов человечества.

История открытия резины берет свое начало вместе с открытием американского континента. Издавна исконное население Центральной и Южной части Америки получали каучук путем сбора млечного сока с каучуковых деревьев.

Еще Колумб в свое время обратил внимание, что мячи, которыми играли индейцы, были созданы из каучуковой массы черного цвета, и они отскакивали намного лучше, чем кожаные мячи, сделанные европейцами. Из каучука делали не только мячи, но и посудную утварь, использовали для герметизации дна пирог, создавали «чулки», которые не промокали (это была довольно болезненная технология: ноги покрывались каучуковой массой, далее их необходимо было удерживать над огнем до образования непромокаемого покрытия). Использовался каучук и в качестве клея, индейцы с его помощью украшали свои тела перьями.

Колумб сообщал о существовании необычайного вещества с многочисленными свойствами, но Европа не обратила на это должного внимания, хотя даже первопоселенцы Нового света активно применяли каучук. Длительное время каучук использовался при создании мягких игрушек, также делали попытки создать обувное водонепроницаемое покрытие.

И только в 1839 году американским изобретателем Чарльзом Гудьиром было сделано открытие. Он стабилизировал эластичный состав каучука путем перемешивания каучука в сыром виде и серы, с дальнейшим подогревом. Этот метод назвали вулканизацией, скорее всего именно он стал первым процессом полимеризации в промышленности.

Материал, который получался в результате процесса вулканизации, назвали резиной. Позже резину стали активно использовать в машиностроительной отрасли, создавая различные уплотнители и рукава. А в только начинающем своем развитии электротехника нуждалась в прочном и эластичном материале для кабелей. Сегодня резина используется повсеместно. Очень востребованы вот такие резиновые коврики http://www.ru.all.biz/kovriki-rezinovye-bgg1001384 . Они используются в коридорах, тамбурах, перед входом в помещение, на крыльце. Эти коврики препятствуют попаданию грязи и снега в дом.

Производство каучука из нефтяных продуктов переработки и газов берет свое начало с 1951 года. Длительное время каучук, созданный искусственным путем, превосходил настоящий по всем показателям, кроме одного – эластичности. Но эта проблема также была решена.

Таким образом, дерево гевея, будучи природным дарованием и случайные эксперименты, и длительная кропотливая работа ученых разработали одно из самых нужных и универсальных в использовании материалов – резину. Резина востребована ежедневно, в различных ситуациях, абсолютно в любой сфере деятельности человека.