Из чего состоит зимняя шина
Обновлено: 05.07.2024
По данным отдела дорожной безопасности Американской Автомобильной Ассоциации, только на территории США ежегодно происходит более 500 тысяч ДТП, спровоцированных сложными погодными условиями и скользкой дорогой. Среди них более 2 тысяч случаев заканчиваются гибелью участников ДТП. В некоторых странах для уменьшения количества несчастных случаев введён закон, который обязывает граждан использовать зимние шины при температуре воздуха менее 7 °C. В частности, в Канаде такое нововведение привело к сокращению серьёзных аварий в холодные месяцы на 46%. Зимние шины давно доказали свою эффективность, однако далеко не все имеют чёткое представления о принципах их работы – им и посвящена наша статья.
Со дня изобретения Робертом Уильямом Томсоном первой в мире резиновопарусной шины в 1846 году на рынке появилось более 30 подтипов шин для различных условий эксплуатации. Большинство шин для автомобилей, предназначенных для дорог общего пользования, по своим характеристикам относятся к трём основным категориям: летние, всесезонные и зимние. Основные отличия между этими категориями заключаются в специфических свойствах резиновых смесей и особенностях рисунка протектора.
Для изготовления летних и всесезонных шин используют резиновые смеси, которые сохраняют свою мягкость (достаточную для эффективного сцепления с дорогой) только до определённых температур. Летняя резина становится слишком жёсткой для комфортной езды при температуре около 12,8 °C, а всесезонка затвердевает при похолодании до 6,7 °C. Слишком твёрдая резина значительно увеличивает разгонный и тормозной пути из-за плохого сцепления с дорожным покрытием. Кроме того, такие шины делают автомобиль менее управляемым, повышая вероятность заноса в поворотах, а также дают лишнюю нагрузку на детали ходовой.
Состав резины в зимних шинах
DW BURNETT/PUPPYKNUCKLES
Резина, используемая для изготовления зимних шин, остаётся мягкой и податливой и при минусовой температуре. Даже если дорога чистая и сухая, такие шины обеспечат автомобилю более эффективное сцепление с покрытием, чем летние или всесезонные. Зачастую при выборе зимней резины люди склонны уделять гораздо больше внимания особенностям протектора – безусловно, он очень важен, но именно материал шины играет ключевую роль.
Эксперты из компании Tire Rack провели уникальный эксперимент, в ходе которого они сравнили показатели эффективности различных типов шин при торможении на территории хоккейного катка Университета Нотр-Дам (штат Индиана, США). Переднеприводная Toyota Camry, обутая во всесезонную резину, проехала 60 миль (~96,5 км) за 7,31 секунды. На зимних шинах она преодолела это расстояние всего за 4,34 секунды. Полноприводный кроссовер Toyota RAV4 показал гораздо более сбалансированный результат, проехав те же 60 миль за 3,7 секунды на всесезонной и за 3,1 секунды на зимней резине.
В рамках тестирования эффективности разных видов шин при торможении скорость обоих автомобилей не превышала 12 миль/час (19,3 км/ч). Седану Camry потребовалось почти 16 метров, чтобы полностью остановиться на всесезонке, и около 11,5 метра на зимней резине. На всесезонных шинах компактный кроссовер RAV4 остановился через 17 метров, а на зимних – всего через 10,3 метра.
Текстура резины
Помимо материала шин, не менее важную роль играет физическая конфигурация протектора. Сам по себе лёд совершенно не скользкий, но скорее даже шершавый. Скольжение провоцирует тонкий слой воды, который появляется на поверхности льда, когда на него оказывают давление. Чтобы добиться прямого контакта шины со льдом, современные производители делают протектор пористым. Крошечные пустоты в текстуре резины впитывают в себя жидкость, улучшая сцепление шины со льдом. Этот принцип прямо противоположен концепту коньков, используемых для катания или спортивных игр. Тонкое стальное лезвие сосредотачивает в себе всю массу человека, заставляя лёд таять. В результате на его поверхности появляется незаметная водяная плёнка, которая уменьшает трение и способствует скольжению.
Ламелизация шины
Ламелизированная зимняя шина компании Michelin / Ambiguous
Ламели на поверхности шины Nokian Hakkapeliitta R3 / NOKIAN
Рисунок протектора
Шины Blizzak Bridgestone / Bridgestone
Протектор летних шин состоит из немногочисленных и неглубоких канавок. Во всесезонных шинах рисунок несколько богаче и разнообразнее, но, как и в предыдущем варианте, его главной задачей является отведение воды от контактного пятна шины. Широкие и многочисленные углубления на поверхности зимней резины являются решающим фактором для обеспечения комфортной езды по снегу. Главный инженер американского филиала компании Bridgestone Дэйл Хэрригл утверждает, что в качественных зимних шинах снег должен забиваться в рисунок протекторных блоков. Снег внутри углублений создаёт дополнительное сцепление со снегом на дороге. Этот принцип работает за счёт любопытного поведения кристаллов льда, которые переплетаются между собой под давлением – как в тщательно утрамбованном снежке, сохраняющем свою форму даже после броска.
Адаптация шин под эксплуатацию при низких температурах развивается в трех направлениях:
- особый рисунок протектора;
- применение низкотемпературной резины;
- шипование.
Рисунок протектора
Форма и рисунок протектора зимней резины разработаны с учетом образования наибольшего количества кромок, предназначенных для сцепления с полотном дороги. Хорошее сцепление обеспечивают отдельно расположенные крупные блоки опорной части колеса с острыми кромками. На них нанесены тонкие канавки-ламели, которые добавляют многочисленные мелкие кромки. На периферии колеса края блоков переходят на боковую поверхность, образуя грунтозацепы, обеспечивающие дополнительное сцепление при погружении колес в рыхлый снег.
Конечно, каждый производитель разрабатывает свой рисунок протектора, но можно выделить два главных типа. Европейский, предназначенный для вождения под дождем и мокрым снегом. Диагональное, V-образное, симметричное относительно центра расположение водоотводных канавок с большим количеством ламелей. Это обеспечивает хорошую сцепку за счет того, что прорези вбирают мокрый снег и воду, очищая пятно контакта колеса с дорожным полотном.
Северный тип – для поездок по заснеженной или заледенелой дороге. Это глубокий асимметричный рисунок с большим количеством прямоугольных выступов, на которые нанесены ламели. Между элементами рисунка оставлено существенное расстояние, необходимое для того чтобы колесо продавливало слой снега и льда, при этом самоочищаясь от их остатков.
Резина
Резиновая смесь, применяемая в зимних шинах, обладает качествами сохранять свою эластичность, а следовательно, и величину сцепления при низкой температуре. Пористая поверхностная структура резины впитывает водяную подушку, образующуюся между колесом и дорогой, устраняя причину скольжения.
Верхний температурный предел применения зимней резины составляет + 7°C, а нижний зависит от производителя и колеблется от - 20°C до - 50°C. Ездить на зимних шинах при температуре выше предусмотренной производителем не желательно. Резина размягчается, что приводит к повышенному износу. Кроме того, это и не безопасно, так как тормозной путь увеличивается.
В шипованных шинах используют более плотную резиновую смесь для более надежного крепления шипов. Иногда добавляется специальный наружный слой резины с дополнительными защитными свойствами.
В некоторых европейских странах шипованные колеса под запретом. Они наносят серьезные повреждения дорожному покрытию и более опасны при вождении на очищенных от снега дорогах. Но в северных условиях это хороший вариант.
Главная функция шипов – продавливать укатанный снежный наст или корку льда, которые являются постоянными спутниками зимы. Шипы могут быть стальными или алюминиевыми со стальным сердечником. Существенным недостатком шипованных шин является затруднение при выборе момента установки, так как при отсутствии снежного покрова ездить на них не рекомендуется.
Особенности эксплуатации
Конструкция зимних шин определяет особенности их поведения на дороге. Мягкая резина и особенности протектора не позволяют развивать на зимних шинах большую скорость. На сухой дороге у них увеличивается тормозной путь и ухудшается поперечное сцепление при поворотах, что ведет к снижению уровня безопасности движения.
Если выбирать между фрикционными и шипованными шинами, следует учитывать, что первые наиболее хорошо проявляют себя в городе на чистом асфальте. А вот шипованной резине дороги без снежного наста или льда противопоказаны. Кроме того, к особенностям ее эксплуатации можно отнести повышенный шум при езде по асфальту.
Выбрать правильный тип зимних шин не всегда просто, но именно от этого выбора зависит ваша безопасность на зимних дорогах.
В этом тексте не будет ни одной шутки про Игру Престолов или рассказов о смузи — мы поговорим об истории зимних шин. Откуда они появились и зачем, как за последние 80 лет эволюционировал этот загадочный вид резиновых изделий и что его ждет в будущем.
Поэтому на самом деле, зимние шины правильнее называть низкотемпературными — потому что польза от них будет даже в тех местах, где снег выпадает раз в несколько лет
Как только среднесуточная температура опускается ниже 7 градусов по Цельсию — смело расчехляем второй комплект покрышек и едем на шиномонтаж. Но и раньше времени переобуваться не стоит, поскольку в теплых условиях зимняя шина имеет склонность к перегреву, работает неправильно и быстрее изнашивается. От этого страдает управляемость и возрастает тормозной путь.
Вот почему долгое время одним из главных недостатков низкотемпературных (зимних) шин были их скоростные качества — точнее, их отсутствие. На цепях нельзя разогнаться быстрее 50 км/ч, а первые составы зимних покрышек были склонны к перегреву уже на скорости в 100 километров в час. Зато сегодня передовые зимние покрышки практически догнали своих летних собратьев: несколько производителей уже сертифицировали модели с индексом скорости W (до 270 км/ч).
Столь заметный рывок в темпах развития низкотемпературных покрышек стал следствием кропотливой работы инженеров, занимающихся исследованиями и разработкой протекторов. Бесконечная гонка вооружений между шинниками привела, например, к появлению микроскопических воздушных карманов, оттягивающих из пятна контакта капли воды и частички льда подобно губке.
Некоторые грани, особенно те, что расположены ближе к границам протектора, смотрятся нарочито острыми, но они нужны для того, чтобы шина лучше вгрызалась в снег. А тысячи надрезов толщиной с волос, которыми испещрена поверхность покрышки — те самые ламели — цепляются даже за микроскопические трещинки и неровности льда или укатанного снега, как маленькие коготки.
Если же под колесами автомобиля из всего разообразия зимних покрытий чаще всего оказывается лед, то выбор один — шипы. Инженеры крупнейших шинных компаний уже несколько десятилетий пытаются придумать идеальные шипованные покрышки. В чем проблема? Прежде всего в том, что из-за необходимости монтажа металлических элементов разработчики вынуждены использовать более жесткий состав резины для протектора, что ухудшает сцепление шины с дорогой. Вторая проблема — необходимость сохранения достаточной площади пятна контакта. На шипованных шинах это обычно достигается увеличением числа ламелей, что ведет к избыточной подвижностью протектора и ухудшению управляемости.
Кроме того у шипованных шин, как правило, протектор имеет более массивный дизайн, чем у фрикционных покрышек, — таким образом компенсируется повышенный износ резины. Поэтому шипованные колеса получаются тяжелее, а это увеличивает неподресоренные массы, снижает комфорт и ухудшает управляемость.
Автовладельцы заинтересованы в безопасном передвижении по дорогам. Во многом это зависит от надежности и износостойкости шин. Крупные автоконцерны тратят миллионы на разработку и приобретение новых технологий, в том числе и на улучшение качества автомобильных покрышек. Они являются единственными комплектующими автотранспорта, которые контактируют с дорогой. Современные шины – это не только комфортная езда. Сегодня они помогают снижать расход топлива и дополняют внешний вид автомобиля.
Состав шины для колеса автомобиля
Из чего делают шины? Этот наиболее важный элемент колеса представляет собой упругую оболочку, сделанную из резины. Для прочности и эластичности производители дополнительно используют металл и тканевые материалы. Описать на 100% состав автомобильной шины практически невозможно. Компании стараются держать в секрете процесс изготовления шинной массы. Но основные составляющие смеси известны.
В каждом крупном концерне созданы лаборатории. В них проводятся эксперименты по созданию новых формул для повышения износостойкости автомобильных шин. Первый синтетический каучук был изобретен еще в 30-е годы прошлого века немецкими химиками. Для его создания использовалась нефть. В настоящее время синтезируется более 10 видов искусственной резины и это не является пределом для химической промышленности. Синтетический изопреновый каучук наиболее приближен к натуральному. Сегодня именно он широко применяется при производстве автомобильных шин.
Кроме каучука в состав входят:
промышленная сажа или технический углерод. Материал применяется в качестве наполнителя и придает покрышке привычный темный цвет. В процессе вулканизации резиновых покрышек с серой, технический углерод обеспечивает стойкое молекулярное соединение, благодаря которому у покрышки увеличивается коэффициент износостойкости. Сажу получают в процессе переработки природного газа, поэтому в странах, чьи недра богаты этим полезным ископаемым, нет проблем с техническим углеродом;
технические масла;
Два последних ингредиента служат вспомогательными материалами для достижения эластичности, повышенной прочности и износостойкости покрышек.
В качестве вулканизирующих агентов и активаторов используются сера, оксид цинка, стеариновые кислоты. Элементы связывают молекулы полимера, ускоряют и регулируют процесс вулканизации. Это основные материалы, из чего делают шины для автомобиля. Остальные компоненты и их процентное соотношение являются промышленной тайной изготовителей.
Производство шин
Производители уделяют огромное внимание трем основным характеристикам шин, которые отвечают за безопасность передвижения транспортного средства. Кроме повышенной износостойкости важным моментом является сцепление с дорожным покрытием. Автомобилю не всегда доводится ездить по автомагистралям. Поэтому шины должны быть устойчивыми к воздействию абразивных материалов дорог. Кроме этого они не должны сдерживать указанный в технических характеристиках скоростной режим.
Создателям моделей необходимо сочетать эти разные характеристики. В производстве используются новейшие химические исследования и технологические разработки. Производитель должен учитывать запросы потребителей его продукции, поэтому привлекает к созданию новых моделей специалистов из разных областей науки и техники.
Процесс изготовления автопокрышек разделен на 4 основные этапа:
Производство резиновой смеси . Масса является основой автомобильной покрышки, а значит самой секретной ее частью. Кроме технического углерода, кремниевой кислоты, натурального или искусственного каучука в состав может входить до 20 дополнительных элементов. Рецептура изготовления массы является собственностью производителя. Около 25-30% смеси составляет технический углерод. Он придает прочность и помогает конструкции выдерживать высокие температуры. В смесь может быть добавлена кремниевая кислота. Она повышает уровень безопасности при движении по мокрым дорогам. Но некоторые производители отказываются добавлять этот компонент из-за того, что он не способствует износостойкости покрышек.
Создание основных составляющих шины . Протекторная лента изготавливается на специальных червячных машинах. Профиль получается за счет шприцевания горячей ленты. Затем заготовка остужается водой и разрезается по размеру будущих шин. Для изготовления каркаса и брекера используются высокопрочный металлический корд и прорезиненный текстиль. Жесткая часть (борт и крыло) исполняются из обрезиненной проволоки. Эта часть является нерастяжимой и предназначена для крепления на ободе колеса.
Создание модели . Все заготовки отправляются на сборные станки. Они оборудованы специальными барабанами, на которые друг за другом накладываются слои покрышки.
Вулканизация . Собранная шина помещается в вулканизатор. Пресс-форма и сама покрышка нагреваются до температуры +200 0 С, шину наполняют водой или паром и включают пресс. Под действием давления появляется характерный для данной модели рельефный рисунок. В процессе применяются химические реактивы, которые делают изделие прочным и эластичным.
После изготовления каждая шина проходит обязательное тестирование.
Летние и зимние шины
Автовладельцев часто интересует, из чего делают резину для шин автомобиля летнего и зимнего использования. Главное отличие состоит в использовании разных видов каучука. Летняя резина обычно изготавливается из искусственного каучука. Он более жесткий и больше подходит для летних дорог. Для изготовления зимней резины используется натуральный каучук. Он придает покрышкам мягкость и не дает им затвердеть при сильных морозах. Кроме этого шины проходят процедуру ошиповки протектора. Элементы противоскольжения используются в шинах для любого вида транспорта: легковых автомобилей, грузовых, спецтехники и мототранспорта.
Как определить качество автомобильных шин
При покупке новой или бывшей в употреблении резины для авто следует обратить внимание на следующие вещи:
срок изготовления;
уровень износа;
отсутствие потертостей, порезов, трещин.
О сохранении сцепных свойств свидетельствует мягкость протектора. При надавливании пальцы не должны проваливаться внутрь. Шина должна немного пружинить. Только в этом случае можно говорить о хорошей эластичности.
Читайте также: