Výroba pneumatik

Spolu s mohutným rozvojem dopravy v posledním desetiletí se zvyšuje i spotřeba a nároky na kvalitu pneumatik. Poslední období je tak charakterizováno i boomem gumárenského průmyslu. Výroba pneumatik přitom není pouhým tvarováním černé kaučukové hmoty, jak se většina veřejnosti domnívá. Než lze přistoupit k vlastnímu výrobnímu procesu, je nutno plášť nejprve navrhnout a zkonstruovat. Po náročných testech ve zkušebnách (zkoušky soudržnosti, plynupropustnosti, kilometrového výkonu – tzv. bubnové zkoušky) přicházejí na řadu ještě exploatační zkoušky v terénu, případně na zkušebních polygonech. Teprve po jejich zdárném ukončení může být zahájena vlastní sériová výroba. Suroviny vstupující do výrobního procesu procházejí náročnou kontrolou jak v laboratořích výrobců (dokladem jsou atesty kvality), tak i při vstupní kontrole výrobce pneumatik.

První fáze výroby Na počátku vlastního výrobního cyklu je míchání gumárenských směsí. Každá část pneumatiky má specifické požadavky na fyzikálně-mechanické a užitné vlastnosti, což se odráží jak ve spektru použitých materiálů, tak v samotném procesu míchání. Obecně lze míchání charakterizovat jako vysoce energeticky náročný proces, při němž jsou do základní kaučukové matrice zapracována jednotlivá aditiva. Míchání směsí je vícestupňový proces, který probíhá v hnětičových linkách, což jsou ve své podstatě fyzikálně-chemické reaktory, připodobitelné k mixérům požívaným při jiných výrobách. Velikost jednotlivých výrobních šarží se v závislosti na použitém výrobním zařízení pohybuje mezi 200 až 400 kilogramy. Každý stupeň míchání je charakterizován konkrétními surovinami a také teplotní charakteristikou. Při plastikaci přírodního kaučuku se teplota pohybuje zhruba kolem 150 °C, při vmíchávání aditiv pak kolem 125 °C. Ve finální etapě – vmíchávání vulkanizačního systému – již teplota musí klesnout až na zhruba 100 °C. Teplotní režim a jeho zvládnutí v celém procesu je klíčovým technologickým faktorem výroby pneumatik.

Příprava polotovarů Po míchání směsi následuje příprava polotovarů. Polotovary lze podle způsobu jejich výroby rozdělit do tří základních skupin: na vytlačované polotovary (běhoun, bočnice, vnitřní guma), pogumovaný textil (kordové vložky, ségl, molino, monofil) a na patní lana. Vytlačování polotovarů probíhá ve dvou etapách. Při první se směs ohřívá a homogenizuje ve šnekovém tubusu. Poté následuje vlastní vytlačení: tvar a rozměry jsou dány tzv. vytlačovací hlavou a šablonou. Nakonec je polotovar rozsekán na úseky podle požadované délky dané rozměrem pláště. V případě vnitřní gumy se často hovoří spíše o procesu tažení fólie. Toto označení vyplývá z rozměrových parametrů tohoto polotovaru. Obvykle se v závislosti na parametrech pneumatiky a výrobního zařízení jedná o fólii o šířce zhruba 900 a tloušťce jednoho až dvou milimetrů.

Kostra Významnou součástí pláště je tzv. kostra, kterou tvoří jednotlivé vložky z pogumovaného kordu zakotvené kolem patkových lanek. Právě kostra nese po nahuštění zatížení, které na pneumatiku působí. Kordová vlákna jsou uspořádána tak, aby byl zajištěn optimální přenos složek sil a zachována celková silová rovnováha v rámci pláště. Kord může být po-dle konstrukce daného pláště vyroben z různých materiálů. Nejčastěji se jedná o polyamidy, polyestery a ocelové dráty. Ve všech případech je na kord nanesena vrstva směsi o tloušťce zhruba jeden až tři milimetry. Nanášení probíhá na vícekalandrových (válcových) linkách, obvykle třech nebo čtyřech. Vlastní kord je předupraven a vysušen, vlastní nanášení pak probíhá v tak zvané nánosovací štěrbině. Výsledkem je kompozit vláknového typu.

Různé konstrukce plášťů Na tomto místě je vhodné zmínit se o různých konstrukcích plášťů. Nejčastěji se hovoří o pláštích diagonálních, radiálních a o pláštích se smíšenou konstrukcí. Kostru diagonálního pláště tvoří vložky, které zasahují od patky k patce; kordové nitě jsou uloženy pod úhlem podstatně menším než 90° vzhledem ke střední rovině běžné plochy a v sousedních vložkách se navzájem kříží.Kostru radiálního pláště tvoří jedna nebo více vložek z pogumovaného kordu, které jsou zakotveny kolem patkových lanek. Kordové nitě jsou uloženy pod úhlem blízkým 90° vzhledem ke střední rovině běžné plochy. Kostra je obvodově vyztužena téměř neroztažitelným pásem. Kostra pláště smíšené konstrukce (bias-belted) je podobná kostře diagonálního pláště; je zpevněna obvodově pásem ze dvou nebo více vrstev kordu s úhlem kordových nití blízkým úhlu nití v kostře. Tvoří přechod mezi diagonálním a radiálním pláštěm.Patní lano se velmi významně podílí na rozložení sil v plášti a tím i na celkové pevnosti pneumatiky. Nosným prvkem je soustava drátů, které jsou obaleny speciální gumárenskou směsí. Na ni nasedají části přiléhající k ostatním částem pneumatiky.

Kompletace pneumatiky V této fázi je již připraveno vše pro kompletaci pneumatiky, pro niž se všeobecně vžil pojem konfekce. Konfekce může být podle typu a velikosti pláště různého typu. Při klasické konfekci se pneumatika na konfekčním bubnu skládá směrem zevnitř k vrchní části, tedy od vnitřní gumy bránící úniku vzduchu z vnitřku pneumatiky přes kordové vložky, nárazník, bočnici, patní lano až po běhoun. Manuální výroba je v tomto případě fyzicky velmi náročná. Proto se u některých plášťů přechází na automatizovanou výrobu s využitím tzv. sdružených profilů (polotovarů); tyto polotovary jsou sdružovány již při výrobě. Tento způsob klade menší nároky na pracovníky. Speciálním druhem konfekce je tzv. namotávaná konfekce. Této technologie se používá zejména při výrobě velkorozměrových plášťů, protože při ní odpadá problematická manipulace s běhounem. Celá konfekce běhounu spočívá v postupném navíjení pásu běhounové směsi na již předpřipravenou kostru pneumatiky. Výsledkem je surová pneumatika (green tyre) neboli karkasa, která již vzdáleně připomíná výsledný produkt.

Vulkanizace Po kompletaci následuje proces vulkanizace. Surovou karkasu je ovšem nejprve třeba povrchově ošetřit, aby při vlastním lisování nedocházelo k mechanickým problémům. K tomu slouží tzv. emulgace, tedy aplikace vnějších a vnitřních roztoků. Smyslem jejich použití je jednak separace od formy a membrány po dokončení procesu, jednak zamezení vzniku různých povrchových vad. Vulkanizace je chemický děj, při němž se gumárenská směs mění na pryž – vzniká struktura, v níž jsou jednotlivé elastomerní řetězce pospojovány přes můstky tvořené atomy síry, což materiálu propůjčuje potřebné fyzikálně-mechanické vlastnosti. Aby děj proběhl správně, je nutné dodržet optimální podmínky pro vulkanizaci, a to jak z hlediska požadovaných vlastností, tak i z ekonomického hlediska (délka procesu, produktivita, spotřeba energií apod.). Tyto podmínky jsou shrnuty v tzv. vulkanizačním předpisu, v němž je definována zejména délka procesu, teplota a tlak. Ohřívacím médiem je ve většině případů horká pára.

Vulkanizační forma a membrána Významnou součástí lisovacího zařízení je forma a membrána. Membrány jsou vyráběny ze speciálních butylových směsí, aby dobře odolávaly jak mechanickému, tak zejména tepelnému zatížení. Membrána je během vulkanizace umístěna uprostřed pláště. Formy jsou odlity nejčastěji z oceli, v některých případech z hliníkových slitin. Konstrukce forem, zejména konstrukce jejich povrchu, je určující pro povrch pneumatiky, a především pak pro dezén. Vedle dezénových drážek jsou na formě ještě odvzdušňovací trysky: těmito tenkými kapilárami jsou odváděny plynné vulkanizační zplodiny z vnitřních částí pláště tak, aby nedocházelo k uzavření vzduchu a následně k separacím. Konstrukce vulkanizační formy je vedle složení a vlastností směsi, přesných polotovarů a správně provedené konfekce jedním z nejdůležitějších faktorů při výrobě kvalitních pneumatik. Při vulkanizaci neprobíhají pouze chemické procesy, ale také značný přesun hmoty uvnitř vulkanizační formy. V této fázi se zúročují správně nastavené tokové vlastnosti směsí, které jsou dány nejen jejich složením, ale také dobrým zvládnutím míchacího procesu.

Výstupní kontrola Po vychladnutí a stabilizaci přichází plášť na výstupní kontrolu. Při ní se nejprve provádí důkladná vizuální kontrola, u rychlostních plášťů (osobní pláště, pláště pro kamiony, autobusy apod.) následuje ještě rentgenová kontrola. Při ní je možné objevit i některé drobnější defekty uvnitř pláště, například takzvanou mikroseparaci. Tyto vady by se při uvedení do provozu mohly projevit zejména při vyšších rychlostech, což by mohlo mít nedozírné následky. Mezi běžné zkoušky lze zařadit také testy uniformity. Výstupní kontrola uzavírá celý výrobní proces pneumatiky, která je pak následně expedována k cílovému uživateli. Ing. Jiří Brejcha, vývojový technolog MITAS Praha