Химическая составляющая в производстве автомобильных шин

Более года назад во время проведения очередного “Технофорума” были представлены две новые зимние шины IceContact 2 и WinterContact TS 850 P SUV. В рамках этого мероприятия компания Continental решила провести мастер-класс, цель которого – ознакомить присутствующих с секретами производства современного протектора и показать, насколько его состав влияет на свойства зимних покрышек. Этому мастер-классу неспроста было присвоено название “Юный химик”, ведь он включал теоретическую подготовку журналистов и практические эксперименты.

Требования, предъявляемые к зимним шинам, в идеале должны быть разными для разных климатических регионов. Во всех случаях необходимо, чтобы они обеспечивали хорошие сцепные свойства и управляемость как на мокром и сухом асфальте, так и на льду и снегу в диапазоне температур от нуля градусов до минус 30 и ниже. Но пока ни один производитель шин не способен выполнить все эти требования.

В наибольшей степени созданием шин для разных зимних условий эксплуатации озадачены премиум-бренды. Например, в Continental ассортимент продукции формируется для удовлетворения потребностей в безопасных шинах в различных регионах. Причем основные усилия компании на сегодняшний день сфокусированы на разработке новых резиновых смесей. Это самая важная составляющая в конструкции современных покрышек, которая боле чем на 50% обеспечивает изменения их свойств. Чтобы скомпоновать резиновую смесь в единое высокопрочное целое, в нее включают в среднем 15 разных компонентов, которые получили приблизительно из 1500 разных материалов. Наиболее важные составляющие – полимеры (каучук), наполнитель, пластификатор (смягчитель) и катализатор (ускоритель).

При разработке рецептов резиновых смесей для различных шин стоит цель добиться максимально возможного сцепления для данного набора погодных условий. Так, в определенной комбинации различных типов каучука разработчики могут регулировать эластичность резины протектора в соответствии с преобладающими температурами в конкретной области, где данная покрышка будет использоваться. Это очень важно, так как шина, которая является слишком мягкой, будет иметь значительно более короткий срок службы. С другой стороны, шины, используемые в зоне, близкой к Заполярью, не должны затвердевать уже при небольших морозах, иначе они не будут обеспечивать требуемый контроль над автомобилем и его адекватное поведение.

В качестве наполнителей в протекторном слое шин химики используют сажу и диоксид кремния (силику). Наполнители влияют на сцепные свойства покрышки на мокром асфальте и ее износостойкость. В былые времена основным наполнителем резиновой смеси была сажа, которая увеличивала износостойкость шин, но около 20 лет назад, когда возникла необходимость повысить безопасность автомобиля, в состав резиновых смесей начали вводить силику. Это химическое соединение позволяет сократить тормозной путь на мокрой дороге и обеспечить низкое сопротивление качению. Комбинируя процентное соотношение этих наполнителей, химики могут “откалибровать” ресурс шины и сцепные свойства на мокром покрытии.

Функцию пластификаторов в современных покрышках выполняют смолы и масла, включая рапсовое масло. Пластификаторы в процессе производства придают резине определенную эластичность. Добавление большего количества масла уменьшает жесткость резины, а добавление смолы дает возможность сохранить ее эластичность даже при низких температурах. Кроме того, масла в процессе производства служат в качестве смазки, предотвращая нарушение молекулярных цепочек полимеров. Как и в случае с подбором других ингредиентов, подбор определенного соотношения смол и масел позволяет наделить шину конкретными свойствами.

Функцию ускорителей вулканизации выполняют оксид цинка и серы. Они являются связывающим звеном, соединяющим молекулярные цепочки различных полимеров. Эти два компонента играют важную роль в процессе вулканизации, который превращает мягкую, деформируемую «сырую» резину в эластичную, упругую у конечного продукта.

Небольшой тест-драйв

В процессе специально организованного тест-драйва представителям тематических СМИ была предоставлена возможность протестировать четыре типа шин. Две из них самые обычные – летняя (серийная ContiPremiumContact 5) и зимняя (с направленным V-образным рисунком), а две – шины-гибриды, а если точнее, они были сделаны по весьма интересной технологии.

У одной был зимний рисунок протектора, но сам протектор сделан из летней резиновой смеси, а у другой, наоборот, рисунок протектора был летний, но резиновая смесь для зимних шин. Все покрышки были установлены на переднюю ось новеньких моделей Audi, BMW, Porsche, Volvo и отправлены на разные виды испытаний, где проверялись сцепные свойства на зимних покрытиях как в продольном, так и в поперечном направлении.

На задней оси этих машин стояли “правильные” зимние шины ContiVikingContact 6. Такая компоновка при маневрах позволила еще лучше почувствовать разницу в сцепных свойствах у серийных зимних шин, “гибридных” и летних.

По завершению всех тестов все данные инструментального контроля были выведены на итоговый график. Его вертикальная ось демонстрировала сцепные свойства в продольном направлении (отвечают за способность шины тормозить и разгоняться на льду и снегу), а горизонтальная – в поперечном (эта характеристика влияет на управляемость и устойчивость на зимних дорогах). Ни у кого не было сомнения, что в правом верхнем углу окажется настоящая зимняя шина, а в левом нижнем – обычная летняя (CPC5). А как все-таки влияет рисунок протектора и свойства резиновой смеси на продольные и поперечные сцепные свойства, оставалось загадкой, так как у сторонников каждой покрышки было достаточное количество поклонников.

Несмотря на все ожидания, результаты разных тестов подтвердили важность именно состава резиновой смеси в получении тех или иных свойств. Никакой современный рисунок протектора сегодня не способен наделить шину отменными характеристиками в разных дорожных условиях и ситуациях. Только в сочетании с “правильной” резиной протектора можно получить хорошие зимние шины, как те, что уже много лет выпускает компания Continental.

Таким образом, во время подбора зимних покрышек следует учитывать, что дизайн рисунка протектора – это лишь 30–40% их зимних свойств. Все остальное обеспечивают удачно подобранные для протектора шины резиновые смеси.