Fabricação de pneus - Tire manufacturing
Os pneus pneumáticos são fabricados de acordo com processos e máquinas relativamente padronizados, em cerca de 455 fábricas de pneus no mundo. Com mais de 1 bilhão de pneus fabricados anualmente em todo o mundo, a indústria de pneus é uma grande consumidora de borracha natural . As fábricas de pneus começam com matérias-primas a granel, como borracha sintética (60% -70% do total de borracha na indústria de pneus), negro de fumo e produtos químicos e produzem vários componentes especializados que são montados e curados.
O pneu é um conjunto de vários componentes que são construídos em um tambor e depois curados em uma prensa sob calor e pressão. O calor facilita uma reação de polimerização que reticula monômeros de borracha para criar moléculas elásticas longas.
Forro interno
O forro interno é uma folha de borracha halobutil calandrada composta com aditivos que resultam em baixa permeabilidade ao ar . O revestimento interno garante que o pneu retenha o ar de alta pressão no interior, sem câmara de ar , minimizando a difusão pela estrutura de borracha.
Camada do corpo
A tela do corpo é uma folha calandrada que consiste em uma camada de borracha, uma camada de tecido de reforço e uma segunda camada de borracha. O primeiro tecido usado foi o algodão ; materiais posteriores incluem rayon , náilon , poliéster e Kevlar . Os pneus de passageiros normalmente têm uma ou duas lonas da carroceria. As lonas da carroceria conferem resistência à estrutura do pneu. Pneus de caminhão, pneus off-road e pneus de avião têm progressivamente mais lonas. Os cordões de tecido são altamente flexíveis, mas relativamente inelásticos.
Lado
As paredes laterais são perfis extrudados não reforçados com aditivos para dar às laterais do pneu boa resistência à abrasão e ao meio ambiente. Os aditivos usados em compostos de paredes laterais incluem antioxidantes e antiozonantes . As extrusões das paredes laterais são não simétricas e fornecem uma área de borracha espessa para permitir a moldagem de letras em relevo.
As paredes laterais conferem ao pneu resistência ao meio ambiente. A parede lateral desempenha um papel importante no fortalecimento do pneu.
Miçangas
As contas são bandas de fio de aço de alta resistência à tração envoltas em um composto de borracha. O fio do cordão é revestido com ligas especiais de bronze ou latão . Os revestimentos protegem o aço da corrosão. O cobre na liga e o enxofre na borracha reticulam para produzir sulfeto de cobre , o que melhora a ligação do cordão à borracha. As contas são inflexíveis e inelásticas e fornecem a resistência mecânica para ajustar o pneu à roda. A borracha do talão inclui aditivos para maximizar a resistência e a tenacidade dos pneus.
Ápice
O ápice é um perfil extrudado triangular que se encaixa no cordão. O ápice fornece uma almofada entre o cordão rígido e o revestimento interno flexível e o conjunto da tela do corpo. Alternativamente chamado de "preenchimento" (como no diagrama acima).
Pacote de cinto
As correias são folhas calandradas que consistem em uma camada de borracha, uma camada de cordas de aço espaçadas e uma segunda camada de borracha. As correias fornecem resistência ao pneu e a amolgadelas, permitindo que ele permaneça flexível. Os pneus de passageiros geralmente são feitos com duas ou três correias.
Piso
A banda de rodagem é um perfil extrudado espesso que envolve a carcaça do pneu. Os compostos da banda de rodagem incluem aditivos para conferir resistência ao desgaste e tração, além da resistência ambiental. O desenvolvimento do composto da banda de rodagem é um exercício de compromisso, já que os compostos duros têm características de desgaste longas, mas tração pobre, enquanto os compostos macios têm boa tração, mas características de desgaste ruins.
Chiclete
Muitos pneus de alto desempenho incluem um componente extrudado entre o pacote da correia e a banda de rodagem para isolar a banda de rodagem do desgaste mecânico das correias de aço.
Outros componentes
Os métodos de construção dos pneus variam um pouco no número e tipo de componentes, bem como nas formulações dos compostos para cada componente, de acordo com o uso e o preço do pneu. Os fabricantes de pneus continuamente introduzem novos materiais e métodos de construção, a fim de alcançar um maior desempenho com menor custo.
Materiais
- Borracha natural ou poliisopreno é o elastômero básico usado na fabricação de pneus
- O copolímero de estireno-butadieno (SBR) é uma borracha sintética que muitas vezes é substituída em parte pela borracha natural com base no custo comparativo das matérias-primas
- O polibutadieno é usado em combinação com outras borrachas por causa de suas propriedades de baixo acúmulo de calor
- A borracha halobutílica é usada para os compostos de revestimento interno tubeless, devido à sua baixa permeabilidade ao ar. Os átomos de halogênio fornecem uma ligação com os compostos da carcaça que são principalmente borracha natural. Bromobutil é superior ao clorobutil, mas é mais caro
- O negro de fumo ( fuligem ), forma uma alta porcentagem do composto de borracha. Isso dá reforço e resistência à abrasão
- Sílica , usada junto com o negro de fumo em pneus de alto desempenho, como um reforço de aquecimento de baixa temperatura
- O enxofre reticula as moléculas de borracha no processo de vulcanização
- Aceleradores de vulcanização são compostos orgânicos complexos que aceleram a vulcanização
- Ativadores auxiliam na vulcanização. O principal é o óxido de zinco
- Os antioxidantes e antiozonantes evitam rachaduras nas paredes laterais devido à ação da luz solar e do ozônio
- Tecido têxtil reforça a carcaça do pneu
Processo de manufatura
As fábricas de pneus são tradicionalmente divididas em cinco departamentos que realizam operações especiais. Geralmente atuam como fábricas independentes dentro de uma fábrica. Grandes fabricantes de pneus podem estabelecer fábricas independentes em um único local ou agrupar as fábricas localmente em uma região.
Composição e mistura
Composto de borracha SBR com formulações químicas
- SB Rubber 100 kg
- carbono 220 150 kg
- óxido de zinco 20,5 kg
- ácido esteárico 13,5 kg
- acelerador 11,2 kg
- Óleo 33,5 kg
- Al 2 O 3 10,23 kg
Composição é a operação de reunir todos os ingredientes necessários para misturar um lote de composto de borracha. Cada componente possui uma mistura diferente de ingredientes de acordo com as propriedades exigidas para aquele componente.
Mistura é o processo de aplicar trabalho mecânico aos ingredientes para misturá-los em uma substância homogênea. Os misturadores internos geralmente são equipados com dois rotores de rotação contrária em um grande alojamento que corta a carga de borracha junto com os aditivos. A mistura é feita em três ou quatro etapas para incorporar os ingredientes na ordem desejada. A ação de cisalhamento gera calor considerável, de modo que os rotores e a carcaça são resfriados com água para manter uma temperatura baixa o suficiente para garantir que a vulcanização não comece.
Após a mistura, a carga de borracha é lançada em uma rampa e alimentada por uma rosca de extrusão em uma matriz de rolos. Alternativamente, o lote pode ser descartado em um sistema de lote-off de moinho de borracha aberto. Um moinho consiste em dois rolos contra-rotativos, um serrilhado, que fornecem trabalho mecânico adicional à borracha e produzem uma folha de borracha grossa. A folha é retirada dos rolos em forma de tira. A tira é resfriada, às vezes polvilhada com um removedor de empacotamento e colocada em uma caixa de paletes.
O composto ideal neste ponto teria uma dispersão de material altamente uniforme; no entanto, na prática, há considerável não uniformidade na dispersão. Isso se deve a várias causas, incluindo pontos quentes e frios na carcaça do misturador e nos rotores, folga excessiva do rotor, desgaste do rotor e caminhos de fluxo com baixa circulação. Como resultado, pode haver um pouco mais de negro de fumo aqui, e um pouco menos ali, junto com alguns aglomerados de negro de fumo em outros lugares, que não são bem misturados com a borracha ou os aditivos.
Os misturadores são freqüentemente controlados de acordo com o método de integração de energia, onde o fluxo de corrente para o motor do misturador é medido e a mistura terminada ao atingir uma quantidade total especificada de energia de mistura transmitida ao lote.
Preparação de componentes
Os componentes se enquadram em três classes com base no processo de fabricação: calandragem, extrusão e construção do cordão é igual ao pneu.
A máquina extrusora consiste em um parafuso e um cilindro, uma unidade de parafuso, aquecedores e uma matriz. A extrusora aplica duas condições de pressão. A rosca da extrusora também fornece mistura adicional do composto por meio da ação de cisalhamento da rosca. O composto é empurrado através de uma matriz, após a qual o perfil extrudado é vulcanizado em um forno contínuo, resfriado para encerrar o processo de vulcanização e enrolado em um carretel ou cortado no comprimento. A banda de rodagem do pneu costuma ser extrudada com quatro componentes em uma extrusora quadraplex, uma com quatro parafusos processando quatro compostos diferentes, geralmente um composto de base, composto de núcleo, composto de piso e composto de asa. A extrusão também é usada para perfis de paredes laterais e revestimentos internos.
O calendário é um conjunto de vários rolos de grande diâmetro que comprimem compostos de borracha em uma folha fina, geralmente da ordem de 2 metros de largura. Calandras de tecido produzem uma folha de borracha superior e inferior com uma camada de tecido no meio. Calandras de aço fazem isso com cordas de aço. Os calendários são usados para produzir lonas e cintos para o corpo. Uma sala de gaiola é uma instalação que abriga centenas de bobinas de tecido ou arame que são inseridas no calendário. Calandras utilizam equipamentos downstream para corte e emenda de componentes calandrados.
Construção de pneu
A construção é o processo de montagem de todos os componentes em um tambor de construção do pneu. As máquinas de construção de pneus (TBM) podem ser operadas manualmente ou totalmente automáticas. As operações de TBM típicas incluem a operação de primeiro estágio, onde o revestimento interno, as lonas do corpo e as paredes laterais são enroladas em torno do tambor, os cordões são colocados e o conjunto voltado para cima sobre o cordão. No segundo estágio de operação, a carcaça do pneu é inflada, em seguida, o pacote da correia e a banda de rodagem são aplicados.
Todos os componentes requerem emenda. O forro interno e as lonas do corpo são emendados com uma sobreposição de extremidade quadrada. A banda de rodagem e a parede lateral são unidas por uma emenda chanfrada, onde as extremidades de união são cortadas em bisel. As correias são emendadas de ponta a ponta, sem sobreposição. Emendas muito pesadas ou não simétricas irão gerar defeitos nos parâmetros de variação de força, equilíbrio ou protuberância. Emendas muito leves ou abertas podem causar defeitos visuais e, em alguns casos, falha do pneu. O produto final do processo TBM é chamado de pneu verde, onde verde se refere ao estado não curado.
A Pirelli Tire desenvolveu um processo especial chamado MIRS, que usa robôs para posicionar e girar os tambores do prédio sob as estações que aplicam os vários componentes, geralmente por meio de métodos de extrusão e enrolamento de tira. Isso permite que o equipamento construa diferentes tamanhos de pneus em operações consecutivas sem a necessidade de trocar ferramentas ou configurações. Este processo é adequado para produção de pequeno volume com mudanças freqüentes de tamanho.
Os maiores fabricantes de pneus desenvolveram internamente máquinas automatizadas de montagem de pneus em um esforço para criar vantagens competitivas em precisão de construção de pneus, alto rendimento de produção e mão de obra reduzida. No entanto, existe uma grande base de fabricantes de máquinas que produzem máquinas para fabricar pneus.
Cura
A cura é o processo de aplicar pressão sobre o pneu verde em um molde para dar-lhe sua forma final e aplicar energia térmica para estimular a reação química entre a borracha e outros materiais. Nesse processo, o pneu verde é transferido automaticamente para o assento do talão do molde inferior, uma bexiga de borracha é inserida no pneu verde e o molde fecha enquanto a bexiga infla. À medida que o molde fecha e é bloqueado, a pressão da bolsa aumenta de modo a fazer com que o pneu verde flua para o molde, assumindo o padrão do piso e as letras das paredes laterais gravadas no molde. A bexiga é preenchida com um meio de transferência de calor de recirculação, como vapor, água quente ou gás inerte . As temperaturas estão em torno de 350 graus Fahrenheit com pressões em torno de 350 PSI. Os pneus do passageiro curam em aproximadamente 16 minutos. No final da cura, a pressão é descarregada, o molde é aberto e o pneu é retirado do molde. O pneu pode ser colocado em um PCI, ou insuflador pós-cura, que manterá o pneu totalmente cheio enquanto ele esfria. Existem dois tipos de prensas de cura genéricas, mecânica e hidráulica. As prensas mecânicas mantêm o molde fechado por meio de articulações de alternância, enquanto as prensas hidráulicas usam óleo hidráulico como motor principal para o movimento da máquina e bloqueiam o molde com um mecanismo de bloqueio da culatra. As prensas hidráulicas surgiram como as mais econômicas porque a estrutura da prensa não precisa suportar a pressão de abertura do molde e, portanto, pode ser relativamente leve. Existem dois tipos de molde genéricos, moldes de duas peças e moldes segmentares.
Pneus off-road grandes geralmente são curados em fornos com tempos de cura próximos de 24 horas.
Acabamento final
Depois que o pneu é curado, há várias operações adicionais. A medição da uniformidade do pneu é um teste onde o pneu é automaticamente montado nas metades das rodas, inflado, executado contra uma superfície de estrada simulada e medido para variação de força. A medição do equilíbrio do pneu é um teste em que o pneu é automaticamente colocado nas metades das rodas, girado em alta velocidade e medido quanto ao desequilíbrio.
Pneus de grandes caminhões comerciais / ônibus, bem como alguns pneus de passageiros e caminhões leves, são inspecionados por máquinas de inspeção baseadas em raios X ou indução magnética , que podem penetrar na borracha para analisar a estrutura do cabo de aço.
Na etapa final, os pneus são inspecionados por olhos humanos quanto a inúmeros defeitos visuais, como preenchimento de molde incompleto, cordões expostos, bolhas, manchas e outros.
Empresas fabricantes de pneus
Para obter uma lista de empresas de pneus, consulte a Lista de empresas de pneus e uma classificação dos maiores fabricantes de pneus, consulte Lista dos maiores fabricantes de pneus .
Exposição a carcinógenos na indústria de pneus
Diversas substâncias cancerígenas são formadas durante a fabricação de pneus de borracha, incluindo nitrosaminas e dibenzopirenos .