Структура резины - Всё об автомобильных шинах

В ходе этой работы я познакомился с различными свойствами технических каучуков, узнал о технологии их производства, поразмышлял о различных свойствах, которые позволяют использовать их во многих областях человеческой жизни, и узнал больше о сферах их применения.

Технология производства резины

Студенты, аспиранты и молодые ученые, использующие базу знаний в своих исследованиях и работе, будут вам очень благодарны.

Государственное бюджетное образовательное учреждение

По дисциплине ‘Проектно-исследовательская работа’

Никто не будет спорить с тем, что в настоящее время резинотехнические изделия являются неотъемлемой частью жизни современного человека.

Они используются практически во всех сферах человеческой деятельности, что в принципе неудивительно. Современное производство резиновых изделий позволяет человеку получить материал с такими свойствами, как:

— высокие показатели эластичности в различных температурных диапазонах;

— высокая виброустойчивость, т.е. поглощение вибраций;

— устойчивость к воздействию других химических веществ;

Эти и некоторые другие свойства позволяют охарактеризовать резину как очень необычный материал. В данной дипломной работе мы хотим выяснить, какую роль она играет в жизни человека и какое применение нашла в медицине.

Для начала нам необходимо определить наши цели. В своей работе мы намерены использовать их для получения знаний о самой резине как материале и о ее роли в медицине и в жизни человека. В наши задачи входит анализ различных источников, поиск ответов на интересующие вопросы и изложение материала в данной дипломной работе.

Смола (от лат. resina ‘смола’) — это эластичный материал, образующийся при вулканизации натурального каучука путем смешивания его с вулканизирующим агентом (обычно серой) и последующего нагревания.

По степени вулканизации каучук делится на мягкий (1-3 % серы), полутвердый и твердый (более 30 % серы; эбонит).

История каучука начинается с открытия американского континента. С древних времен коренные народы Центральной и Южной Америки добывали каучук (или латекс), собирая млечный сок с так называемых каучуковых деревьев (гевеи). Уже Христофор Колумб заметил, что тяжелые монолитные мячи из черного эластичного материала отскакивают лучше, чем кожаные мячи, используемые в играх индейцев. Помимо мячей, каучук использовался и в повседневной жизни: из него делали посуду, запечатывали донышки пельменей, создавали непромокаемые ‘чулки’ (хотя метод был довольно болезненным: ноги смазывали резиновой пастой и держали над огнем, чтобы получить непромокаемое покрытие); каучук использовался и как клей: Индейцы приклеивали им перья к телу для украшения. Однако сообщение Колумба о неизвестном веществе с необычными свойствами осталось незамеченным в Европе, хотя нет сомнений, что конкистадоры и первые поселенцы Нового Света использовали каучук в больших масштабах. Европа узнала о каучуке в 1738 году, когда путешественник Ш. Каудамин вернулся из Америки, представил образцы каучука Французской академии наук и продемонстрировал способ его добычи. Первоначально каучук не имел практического применения в Европе.

Наружный слой: боковина, протектор и борт шины.

Внешняя часть автомобильной шины покрыта слоем резины. Этот материал достаточно эластичен, но при этом прочен. Он не только служит дополнительной амортизацией, но и поглощает удары, вызванные мелкими камнями и ямами на дороге.

Верхняя рельефная часть шины называется протектором. Его функция заключается в обеспечении сцепления с дорогой и защите колеса от случайных повреждений. Существует три типа рисунка протектора шин:

Направленный. Элементы рисунка симметричны относительно продольного сечения шины. Обеспечивает хорошее сцепление с сухой поверхностью.
Ненаправленный. Элементы рисунка симметричны относительно поперечного сечения шины. Хорошо отводит воду из-под колеса на мокрой дороге.
Асимметричный. Отсутствие симметрии в элементах рисунка. Иногда одна половина относится к первому типу, а другая — ко второму. Универсальный рисунок для всех условий.

Различия в рисунке протектора диктуют их назначение: зимние, летние, всесезонные. Шипованные варианты с глубоким рельефом подходят для холодного времени года, а летом достаточно ‘лысой’ резины.

Верхняя тяга проходит по боковине шины, что защищает внутренний каркас от повреждений и обеспечивает дополнительную устойчивость колеса. Кроме того, на ней нанесено обозначение шины и информация о модели. Жесткость боковины шины определяет устойчивость шины к проколам. Если боковина шины хорошего качества, она не гнется при сходе колеса, а сохраняет свою форму, что позволяет избежать проскальзывания.

Борт шины, дополнительно укрепленный бортовой лентой, обеспечивает плотное прилегание шины к ободу колеса. Чтобы сохранить герметичность борта шины и защитить его от коррозии и попадания влаги, он максимально прижимается к ободу, поэтому бортовая лента изготавливается из эластичной прорезиненной ткани, называемой кордом.

Каркас шины: как автомобильная шина становится прочной?

Чтобы сделать шину долговечной и пригодной для эксплуатации, ее необходимо усилить. Каркас шины, или оболочка, — это армирующий слой, который принимает на себя давление воздуха внутри колеса и внешние факторы.

Каркас шины состоит из нескольких слоев (может быть до 10 слоев) материала, волокна которого могут быть волокнистыми, стеклянными или стальными. Этот слой называется кордом, или прорезиненной тканью, которая является арматурой, придающей прочность шине.

В зависимости от ориентации корда относительно друг друга различают радиальные и смещенные слои. Последние характеризуются тем, что волокна в них сшиты. Каркасы радиальных шин имеют непрерывный ход волокон от одного борта к другому. Грузовые и внедорожные шины имеют более слоистую структуру.

Радиальные шины с большим количеством слоев идеально подходят для высоких скоростей. Двуслойные шины, с другой стороны, идеальны для бездорожья, так как их трудно повредить и они могут справиться с любыми неровностями.

Каркасы двухслойных и радиальных шин

Внешняя структура

Если смотреть на конструкцию автомобильной шины только снаружи, то она состоит из шины:

Борта обеспечивают надежную посадку шины на обод. Их жесткость обеспечивается кольцами из металлической проволоки, вплавленными в каркас по всей окружности. Шайбы, если смотреть на шину в поперечном сечении, представляют собой С-образные штыри.

Боковины — это стороны каркаса, которые дополнительно покрыты защитным слоем резины для предотвращения повреждения каркаса.

Плечи обеспечивают переход от боковин к дорожке. Кроме того, в случае деформации (наезд на препятствие, поворот) плечи участвуют в обеспечении тяги.

К плечам подходит протектор, который является основной беговой поверхностью и поэтому имеет наиболее многослойную структуру.

Поперечное расположение шины следующее: две боковины соединяются с двумя бортами, которые переходят в плечи, а те в края единого протектора, который образует С-образную форму.

Классификация

Существует несколько критериев, по которым делятся автомобильные ‘резины’:

Все эти критерии достаточно важны и учитываются при выборе автомобильных шин.

Метод герметизации

Существующие типы шин делятся на бескамерные и камерные в зависимости от метода герметизации.

В бескамерных шинах воздух нагнетается в специальный резиновый резервуар, или внутреннюю трубку, для обеспечения необходимого давления. Основным недостатком таких колес является то, что их легко повредить, поскольку даже небольшой прокол внутренней трубки приводит к потере воздуха в колесе. Но с другой стороны, изгиб обода диска при сильных ударных нагрузках не приводит к срыву. В легковых автомобилях шины с внутренней трубкой сейчас используются очень редко.

В бескамерных шинах воздух нагнетается в пространство, образованное внутренней поверхностью шины и ободом. Они менее чувствительны к проколам и могут выдержать до 7-8 проколов (при условии, что компонент, пробивший шину, остается в шине). Однако даже незначительный изгиб обода приведет к ‘отслаиванию’ шайбы и деформации колеса.

Сезонное использование

Шины делятся по сезону использования на летние, зимние и всесезонные. Различия между этими категориями обусловлены материалом (в летних шинах используется твердая резина, а в зимних — мягкая), рисунком протектора и глубиной протектора. Всесезонный вариант является промежуточным и не обеспечивает характеристик надлежащего сцепления зимой и летом. Оптимальный период использования таких шин — ранняя весна и поздняя осень.

Тип протектора

По типу протектора различают дорожные, внедорожные и вездеходные шины. Первые предназначены для использования на твердом покрытии. Вездеходные шины имеют глубокий протектор и ярко выраженные канавки для корда, что обеспечивает отличные внедорожные свойства. Колеса повышенной проходимости подходят для использования на дорогах и бездорожье, но не для тяжелых условий эксплуатации, поскольку они имеют сцепные поверхности, но не очень ‘твердые’.

Синтетические резины

Далее рассмотрим синтетические резины. Эти соединения представляют собой синтетические полимеры, которые вулканизируются с образованием каучука. Известно, что синтетические каучуки составляют большинство эластомеров. Синтетический каучук, или полибутадиен, получают в результате полимеризации бутадиена-1,3.

Первоначально для этой реакции использовался натриевый катализатор. Сегодня для стереоспецифического присоединения используют литий-бутиловые катализаторы, катализаторы на основе комплексных соединений титана, неодима и никеля.

Классификация и свойства синтетических каучуков

Существует классификация синтетических каучуков в зависимости от их использования. Например, различают:

-Каучуки общего назначения — используются в производстве изделий, где требуется гибкость.

-Каучуки специального назначения — используются в производстве изделий, где, помимо гибкости, материал должен быть устойчив к воздействию кислот, щелочей и различных растворителей.

Синтетические каучуки обладают рядом важных и отличительных свойств. Например, каучук очень хорошо плавает в воде благодаря своему малому весу; он нерастворим в воде, что делает его особенно подходящим для изготовления водостойких изделий. Синтетические каучуки растворимы в бензине, бензоле, эфирах и т.д. и поэтому растворяются в этих растворителях. — Это делает его пригодным для использования в качестве клея. Возможность использования СК в качестве изоляционного материала обусловлена тем, что он не является проводником электричества и газов. Синтетический каучук сохраняет свои свойства при регулярной деформации. Кроме того, материал достаточно эластичен.

Рассмотрим основную технологическую схему полимеризации изопрена для производства СКИ-3.

Изопрен, а также инертный растворитель закачиваются в смеситель 1, где перемешивание интенсивно продолжается при температуре от -5°C до 10°C в течение 1 минуты для предотвращения образования значительного количества полимера. Изопрен с помощью центробежного насоса 2 направляется в батарею полимеризаторов 3, состоящую из четырех-шести блоков. Раствор катализаторного комплекса направляется в первый полимеризатор с помощью дозирующего насоса. Под действием разности давлений полимеризационная смесь самотеком перетекает из одного устройства в другое. Из последнего полимеризатора полученная масса направляется в смеситель 4. В этот же смеситель подается пробка и раствор антиоксиданта для остановки процесса полимеризации. После смесителя 4 реакционная смесь поступает в колонну 5, где промывается водой. Затем смесь поступает в большие емкости, не показанные на схеме, предназначенные для получения однородного состава. После этого смесь поступает в дегазатор 6, где изопрен и растворитель отделяются с помощью жесткого пара.

Свойства

Резина обладает полезными для применения свойствами: эластичностью (упругостью) и водостойкостью. Каучуки хорошо гнутся, растягиваются и удерживают влагу на поверхности.

Каучуки долгое время остаются в аморфном состоянии. Однако агрегатное состояние может меняться в зависимости от температуры:

0-10°C — хрупкий, непрозрачный;
20°C — мягкий, эластичный, полупрозрачный;
50°C — пластичный, вязкий;
80°C — негибкий;
120°C — смолистые, жидкие;
200-250°C — газообразный (выделяется смесь газов).

При хранении на холоде материал необратимо теряет свои свойства: твердеет, становится негибким и хрупким.

Резина обладает диэлектрическими свойствами и низкой проницаемостью для воды и газов. Материал нерастворим в воде, слабых кислотах, щелочах. Он растворяется при набухании в бензине, бензоле, дисульфиде углерода и хлороформе.

Молекулы каучука имеют линейную структуру, но не вытянуты в прямую линию, а изогнуты, образуя скрученные резиновые шарики. Когда материал растягивается, молекулы выпрямляются, что объясняет эластичность резины.