Produkcja opon

Korzystając z opon zimowych czy letnich, rzadko zadajemy sobie pytanie jak one są zbudowane, jak się projektuje i produkuje dany bieżnik. Tymczasem na finalny efekt dobrej „gumy” składają się dziesiątki godzin pracy koncepcyjnej i wykonawczej nad danym modelem.

Historia pneumatycznego ogumienia liczy sobie już ponad 150 lat. Pierwszym, który opatentował pomysł opony pneumatycznej wraz z dętką, był R. W. Thomson Z Aberdeen w 1845 roku. Jego wynalazek nie uzyskał jednak większego poparcia.

Dowiedz się więcej o rozwoju opon

• Historia opony
• Historia rozwoju opon
• Historia opony bezdętkowej

W roku 1888 John Boyd Dunlop ponownie, w sposób niezależny wynajduje oponę pneumatyczną z dętką. Wkrótce opona stała się nieodłącznym elementem pojazdów mechanicznych. Wybitnymi pionierami w dziedzinie konstrukcji opon byli również André i Édouard Michelin. Na początku XX wieku, wraz z rozwojem motoryzacji, opony były już powszechnie stosowane do samochodów osobowych i ciężarowych.

Dowiedz się więcej o budowie opon

• Budowa opon i funkcje poszczególnych elementów
• Opony terenowe - budowa

Składniki opony

Typowe opony składają się z kilku podstawowych elementów:

• Bieżnik, czyli część opony, która wchodzi w kontakt z nawierzchnią oraz stanowiąca istotny element decydujący o przyczepności do nawierzchni
• Stopka, czyli część opony składająca się z nierozciągalnego rdzenia tzw. „drutówki” i owiniętych wokół niego warstw, ukształtowana odpowiednio do zarysu obręczy
• Bok, czyli część opony pomiędzy bieżnikiem a stopką
• Opasanie, czyli warstwa materiału pod bieżnikiem z nitkami ułożonymi wzdłuż lini środkowej bieżnika, która ogranicza obwodowo osnowę
• Osnowa, czyli utworzony wraz ze stopką gumowany kord stanowiący konstrukcyjny szkielet opony.

To właśnie na osnowę działają niemal wszystkie obciążenia zarówno dynamiczne, jak i statyczne. Dlatego jakość opony bezpośrednio uzależniona jest od konstrukcji osnowy.

Produkcja opon - dobór mieszanki

Więcej informacji o produkcji opon

• Produkcja opon - etap koncepcji i testów
• Produkcja opon - etap przygotowania materiałów
• Produkcja opon - produkt finalny

Przy produkcji opon wykorzystuje się wiele surowców, w tym m. in.:

• różne rodzaje kauczuków,
• tkaniny kordowe,
• sadze,
• druty stalowe,
• substancje olejowe.

Proces produkcyjny zaczyna się od wymieszania kauczuków ze specjalnymi olejami, sadzą, przeciwutleniaczami, przyśpieszaczami i innymi dodatkami. Dobór składników decyduje o właściwościach otrzymanego produktu. Jest on ściśle chronioną tajemnicą każdego producenta. Końcowym efektem tego etapu jest uzyskanie mieszanki gumowej.

Kauczuk wpływa na elastyczność opony, co za tym idzie na jej przyczepność. Bardzo szybko się jednak zużywa i źle znosi niską temperaturę (poniżej 5-7 stopni powyżej zera nadmiernie twardnieje). Do lat 20-stych przy produkcji opon stosowano niemal wyłącznie kauczuk, takie opony zużywały się po przejechaniu 3-4 tys. kilometrów. Szukano sposobu na podniesienie żywotności opony. Do mieszanki zaczęto używać sadzy, co nie tylko ją utwardziło, ale i nadało czarnego koloru.

W latach 70-tych udało się podnieść przyczepność i żywotność opon poprzez odkrycie Metzelera: wprowadzenie do mieszanki krzemionki. Krzemionka bardzo dobrze znosi niską temperaturę, zachowując swoją elastyczność i dlatego przewagę tego pierwiastka stosuje się przy produkcji opon zimowych.

Produkcja opon - kompromis osiągów

Przeczytaj także

• Data produkcji opony i inne oznaczenia opon
• Wiek opony - poradnik

Projektowanie opon jest kompromisem między żywotnością a przyczepnością. Nie wyprodukowano do tej pory mieszanki optymalnie zachowującej właściwości w temperaturach dodatnich i ujemnych oraz bieżnika odprowadzającego wodę, błoto i śnieg, a jednocześnie zapewniającego doskonałą przyczepność na asfalcie i lodzie.

Dla przykładu: w przypadku opon letnich, poruszamy się po powierzchniach suchych i mokrych. Dla pierwszego wariantu, by utrzymać dobrą przyczepność najważniejsze jest zastosowanie właściwej mieszanki gumowej, rzeźba bieżnika ma drugorzędne znaczenie. Dla drugiego wariantu, przy jeździe na mokrej nawierzchni, zachodzi sytuacja odwrotna: najważniejszy jest dobrze sprofilowany bieżnik. W przypadku opon zimowych: przy jeździe po śniegu ważniejsza jest rzeźba bieżnika, na lodzie z kolei ważniejszy jest skład mieszanki gumowej.

Podobnie jest z komfortem jazdy (wyciszeniem), a przyczepnością. Tutaj decydującym czynnikiem jest stosowanie mieszanki dwuskładnikowej. Gdy elementy mające kontakt z nawierzchnią tzw. CAPE, są miękkie, a część bazowa bieżnika (BASE), nie stykająca się bezpośrednio z nawierzchnią, jest sztywna - osiągamy dobrą przyczepność, ale niski komfort. Wyższy komfort jazdy (wyciszenie), ale i gorszą przyczepność osiągamy w sytuacji odwrotnej. Wyraźnie widać, że projektowanie konkretnego modelu opony zawsze odbywa się poprzez podniesienie jednych parametrów jezdnych, kosztem drugich.

Produkcja opon - łączenie materiałów

Dowiedz się więcej o osiągach opon

• Osiągi opon

Drugim etapem produkcyjnym jest przygotowanie elementów opony surowej, takich jak:

• osnowa,
• opasanie,
• czoło bieżnika,
• boki,
• wykładzina wewnętrzna,
• ekran,
• wypełniacz.

Bieżnik, boki czy wypełniacz otrzymywane są z odpowiednich rodzajów mieszanek gumowych w procesie wytłaczania. Odpowiedni zarys szablonu, przy właściwym ciśnieniu i temperaturze nadaje kształt elementowi surowemu.

Przygotowanie elementów tkaninowo - gumowych i stalowo - gumowych odbywa się w procesie kalandrowania. Kordy, czyli tkaniny techniczne, pokrywane są obustronnie cienką folią odpowiedniej mieszanki gumowej. Powierzchnia tkanin pokrywana jest odpowiednimi środkami zapewniającymi przyczepność do gumy. Kordy tekstylne impregnowane są tzw. układem adhezyjnym lateksowo żywicznym, a włókna stalowe i druty pokrywa się mosiądzem lub brązem.

Następnie, po nagumowaniu, kordy są cięte na odpowiednią szerokość oraz pod wymaganym kątem. Otrzymujemy materiał do budowy części nośnej opony, czyli osnowy lub do opasania zapewniającego sztywność części czołowej opony. Drut stalowy, po nagumowaniu, zwijany jest w pierścień o odpowiedniej średnicy, a po wbudowaniu go w oponę służy do zamocowania jej na obręcz koła.

Wszystkie półprodukty zgodne z wymogami określonymi w dokumentacji konstrukcyjno -technologicznej używane są do budowy opony surowej. Proces ten odbywa się w jednym lub dwóch stadiach (w zależności od budowy maszyn).

Pierwszy etap to wbudowanie drutówki wraz z wypełniaczem w warstwę kordu z wykładziną wewnętrzną pełniącą rolę dętki i nałożenie boków opony. Na tę formę nakłada się opasanie stalowe (kord stalowy nagumowany, ułożony w dwie warstwy o krzyżujących się niciach kordu). Wzajemne położenie warstw decyduje o parametrach jezdnych opony.

Produkcja opon - proces wulkanizacji

Kolejnym etapem jest proces wulkanizacji. Oponę surową, pokrywa się płynami antyadhezyjnymi, zapobiegającymi przywarciu do formy lub membrany. Pod wpływem temperatury, mieszanki gumowe na skutek reakcji chemicznych przekształcają sie w ciało o jednorodnych własnościach - gumę posiadającą cechy elastyczne w szerokim zakresie temperatury. Wulkanizacja odbywa się w prasach z formami segmentowymi lub dwupołówkowymi z membraną gumową, do której wprowadzane są media wulkanizaujące. Oponę surową nakłada się na membranę i następuje zamknięcie prasy. Pod wpływem ciśnienia wewnątrz membrany oraz temperatury opona surowa wypełnia zarys w formie. Proces biegnie w ściśle określonym czasie oraz odpowiedniej temperaturze i ciśnieniu. Zewnętrzny kształt opony wraz z rzeźbą bieżnika odwzorowany jest na formie wulkanizacyjnej.

Co się dzieje z oponami po wyprodukowaniu?

• Jaki jest czas życia modelu opony?

Ostatnim etapem jest kontrola techniczna otrzymanego produktu. W ten sposób wytwarza się 80 % opon na rynku. Fabryki ogumienia różnią się jedynie stopniem zautomatyzowania poszczególnych etapów produkcyjnych.