Los neumáticos se fabrican según procesos y maquinaria relativamente estandarizados en alrededor de 455 fábricas de neumáticos en todo el mundo. Con más de mil millones de neumáticos fabricados anualmente en todo el mundo, la industria del neumático es un importante consumidor de caucho natural . [1] Las fábricas de neumáticos comienzan con materias primas a granel como caucho sintético (60% -70% del caucho total en la industria de los neumáticos [2] [3] ), negro de humo y productos químicos, y producen numerosos componentes especializados que se ensamblan y curan. .
El neumático es un conjunto de numerosos componentes que se montan en un tambor y luego se curan en una prensa bajo calor y presión. El calor facilita una reacción de polimerización que entrecruza los monómeros de caucho para crear moléculas elásticas largas.
El revestimiento interior es una lámina de caucho de halobutilo calandrado [4] compuesta con aditivos que dan como resultado una baja permeabilidad al aire . El revestimiento interior asegura que el neumático retendrá aire a alta presión en su interior, sin cámara de aire , minimizando la difusión a través de la estructura de caucho. [5]
La tela del cuerpo es una lámina calandrada [6] que consta de una capa de caucho, una capa de tejido de refuerzo y una segunda capa de caucho. El primer textil utilizado fue el algodón ; Los materiales posteriores incluyen rayón , nailon , poliéster y Kevlar . Los neumáticos de turismo suelen tener una o dos lonas. Las lonas del cuerpo dan resistencia a la estructura del neumático. Los neumáticos para camiones, neumáticos todoterreno y neumáticos para aviones tienen cada vez más capas. Los cordones de tela son muy flexibles pero relativamente inelásticos.
Las paredes laterales son perfiles extruidos no reforzados con aditivos para dar a los lados del neumático una buena resistencia a la abrasión y al medio ambiente. Los aditivos utilizados en los compuestos de las paredes laterales incluyen antioxidantes y antiozonantes . Las extrusiones de las paredes laterales no son simétricas y proporcionan un área de goma gruesa para permitir el moldeado de letras en relieve.
Los flancos confieren al neumático resistencia al medio ambiente. El flanco juega un papel importante en el fortalecimiento del neumático.
Las cuentas son bandas de alambre de acero de alta resistencia a la tracción encerradas en un compuesto de caucho. El alambre de cuentas está recubierto con aleaciones especiales de bronce o latón . Los recubrimientos protegen el acero de la corrosión. El cobre en la aleación y el azufre en el caucho se reticulan para producir sulfuro de cobre , lo que mejora la unión del cordón al caucho. Los talones son inflexibles e inelásticos y proporcionan la resistencia mecánica necesaria para ajustar el neumático a la rueda. El caucho de talón incluye aditivos para maximizar la resistencia y dureza de los neumáticos.
El vértice es un perfil extruido triangular que se acopla contra el talón. El vértice proporciona un cojín entre el talón rígido y el conjunto de revestimiento interior flexible y capa del cuerpo. Alternativamente llamado "relleno" (como en el diagrama anterior).
Las correas son láminas calandradas que constan de una capa de caucho, una capa de cordones de acero muy espaciados y una segunda capa de caucho. Los cinturones le dan al neumático fuerza y resistencia a las abolladuras, al mismo tiempo que le permiten permanecer flexible. Los neumáticos de pasajeros suelen estar fabricados con dos o tres correas.
La banda de rodadura es un perfil extruido grueso que rodea la carcasa del neumático. Los compuestos de la banda de rodadura incluyen aditivos para impartir resistencia al desgaste y tracción además de resistencia ambiental. El desarrollo de compuestos de banda de rodadura es un ejercicio de compromiso, ya que los compuestos duros tienen características de desgaste prolongado pero mala tracción, mientras que los compuestos blandos tienen buena tracción pero características de desgaste deficientes.
Muchos neumáticos de mayor rendimiento incluyen un componente extruido entre el paquete de correas y la banda de rodadura para aislar la banda de rodadura del desgaste mecánico de las correas de acero.
Los métodos de construcción de neumáticos varían algo en la cantidad y tipo de componentes, así como en las formulaciones de compuestos para cada componente, según el uso del neumático y el precio. Los fabricantes de neumáticos introducen continuamente nuevos materiales y métodos de construcción para lograr un mayor rendimiento a un menor costo.
Las plantas de neumáticos se dividen tradicionalmente en cinco departamentos que realizan operaciones especiales. Suelen actuar como fábricas independientes dentro de una fábrica. Los grandes fabricantes de neumáticos pueden establecer fábricas independientes en un solo sitio o agrupar las fábricas localmente en una región.
Compuesto de caucho SBR con formulaciones químicas.
La composición es la operación de reunir todos los ingredientes necesarios para mezclar un lote de compuesto de caucho. Cada componente tiene una mezcla diferente de ingredientes según las propiedades requeridas para ese componente.
Mezclar es el proceso de aplicar trabajo mecánico a los ingredientes para combinarlos en una sustancia homogénea. Los mezcladores internos suelen estar equipados con dos rotores contrarrotativos en una carcasa grande que cortan la carga de caucho junto con los aditivos. La mezcla se realiza en tres o cuatro etapas para incorporar los ingredientes en el orden deseado. La acción de corte genera un calor considerable, por lo que tanto los rotores como la carcasa se enfrían con agua para mantener una temperatura lo suficientemente baja como para asegurar que no comience la vulcanización.
Después de mezclar, la carga de caucho se deja caer en un conducto y se alimenta mediante un tornillo de extrusión a una matriz de rodillos. Alternativamente, el lote se puede dejar caer en un sistema de dosificación de molino de caucho abierto. Un molino consta de dos rodillos contrarrotativos, uno de ellos dentado, que proporcionan trabajo mecánico adicional al caucho y producen una lámina de caucho gruesa. La hoja se retira de los rodillos en forma de tira. La tira se enfría, a veces se espolvorea con un eliminador de adherencia y se deposita en un contenedor de paletas.
El compuesto ideal en este punto tendría una dispersión de material muy uniforme; sin embargo, en la práctica existe una considerable falta de uniformidad en la dispersión. Esto se debe a varias causas, incluidos puntos fríos y calientes en la carcasa y los rotores del mezclador, holgura excesiva del rotor, desgaste del rotor y vías de flujo de mala circulación. Como resultado, puede haber un poco más de negro de humo aquí y un poco menos allí, junto con algunos grumos de negro de humo en otros lugares, que no están bien mezclados con el caucho o los aditivos.
Los mezcladores a menudo se controlan según el método de integración de energía, donde se mide el flujo de corriente al motor del mezclador y la mezcla finaliza al alcanzar una cantidad total específica de energía de mezcla impartida al lote.
Los componentes se dividen en tres clases según el proceso de fabricación: calandrado, extrusión y construcción del talón, el mismo que el del neumático.
La máquina extrusora consta de un tornillo y un cilindro, un tornillo, calentadores y una matriz. El extrusor aplica dos condiciones de presión. El tornillo extrusor también proporciona una mezcla adicional del compuesto mediante la acción de corte del tornillo. El compuesto se empuja a través de una matriz, después de lo cual el perfil extruido se vulcaniza en un horno continuo, se enfría para finalizar el proceso de vulcanización y se enrolla en un carrete o se corta a medida. Las bandas de rodadura de los neumáticos a menudo se extruyen con cuatro componentes en una extrusora cuádruple, uno con cuatro tornillos que procesan cuatro compuestos diferentes, generalmente un compuesto base, un compuesto central, un compuesto para la banda de rodadura y un compuesto para las alas. La extrusión también se utiliza para perfiles de paredes laterales y revestimientos interiores.
La calandria es un conjunto de múltiples rodillos de gran diámetro que exprimen los compuestos de caucho en una lámina delgada, generalmente del orden de 2 metros de ancho. Las calandrias textiles producen una lámina de caucho superior e inferior con una capa de tela en el medio. Las calandras de acero lo hacen con cordones de acero. Las calandrias se utilizan para producir lonas y correas para carrocerías. Una sala de fileta es una instalación que alberga cientos de carretes de tela o alambre que se introducen en la calandria. Las calandras utilizan equipos posteriores para cortar y empalmar componentes calandrados.
La fabricación de neumáticos es el proceso de ensamblar todos los componentes en un tambor de fabricación de neumáticos. Las máquinas de fabricación de neumáticos (TBM) pueden funcionar manualmente o de forma totalmente automática. Las operaciones típicas de TBM incluyen la operación de primera etapa, donde el revestimiento interior, las capas del cuerpo y las paredes laterales se envuelven alrededor del tambor, se colocan los cordones y se gira el conjunto sobre el cordón. En la segunda etapa de operación, se infla la carcasa del neumático, luego se aplica el paquete de cinturón y la banda de rodadura.
Todos los componentes requieren empalme. El revestimiento interior y las capas del cuerpo están empalmados con una superposición de extremos cuadrados. La banda de rodadura y la pared lateral se unen con un empalme biselado, donde los extremos de unión están cortados en bisel. Las correas se empalman de extremo a extremo sin superposición. Los empalmes que son demasiado pesados o no simétricos generarán defectos en la variación de fuerza, el equilibrio o los parámetros de abultamiento. Los empalmes demasiado ligeros o abiertos pueden provocar defectos visuales y, en algunos casos, fallos de los neumáticos. El producto final del proceso de TBM se llama neumático verde, donde verde se refiere al estado sin curar.
Pirelli Tire desarrolló un proceso especial llamado MIRS que utiliza robots para posicionar y rotar los tambores de construcción debajo de las estaciones que aplican los distintos componentes, generalmente mediante métodos de extrusión y bobinado de tiras. Esto permite que el equipo construya neumáticos de diferentes tamaños en operaciones consecutivas sin necesidad de cambiar herramientas o configuraciones. Este proceso se adapta bien a la producción de pequeños volúmenes con cambios de tamaño frecuentes.
Los mayores fabricantes de neumáticos han desarrollado internamente máquinas automatizadas de montaje de neumáticos en un esfuerzo por crear ventajas competitivas en la precisión de la construcción de neumáticos, alto rendimiento de producción y reducción de mano de obra. Sin embargo, existe una gran base de fabricantes de maquinaria que fabrican máquinas para fabricar neumáticos.
El curado es el proceso de aplicar presión al neumático verde en un molde para darle su forma final y aplicar energía térmica para estimular la reacción química entre el caucho y otros materiales. En este proceso, el neumático verde se transfiere automáticamente al asiento del talón del molde inferior, se inserta una vejiga de goma en el neumático verde y el molde se cierra mientras la vejiga se infla. A medida que el molde se cierra y se bloquea, la presión de la vejiga aumenta para hacer que el neumático verde fluya hacia el molde, adoptando el dibujo de la banda de rodadura y las letras de las paredes laterales grabadas en el molde. La vejiga se llena con un medio de transferencia de calor recirculante, como vapor, agua caliente o gas inerte . Las temperaturas rondan los 350 grados Fahrenheit con presiones de alrededor de 350 PSI. Los neumáticos de pasajeros se curan en aproximadamente 16 minutos. Al final del curado, se purga la presión, se abre el molde y se saca el neumático del molde. El neumático se puede colocar en un PCI, o inflador de poscurado, que mantendrá el neumático completamente inflado mientras se enfría. Hay dos tipos genéricos de prensas de curado, mecánicas e hidráulicas. Las prensas mecánicas mantienen el molde cerrado mediante varillajes, mientras que las prensas hidráulicas utilizan aceite hidráulico como motor principal para el movimiento de la máquina y bloquean el molde con un mecanismo de cierre de recámara. Las prensas hidráulicas se han convertido en las más rentables porque la estructura de la prensa no tiene que soportar la presión de apertura del molde y, por lo tanto, pueden ser relativamente livianas. Hay dos tipos de moldes genéricos, moldes de dos piezas y moldes segmentarios.
Los neumáticos grandes para todo terreno a menudo se curan en hornos con tiempos de curado de aproximadamente 24 horas.
Una vez curado el neumático, se realizan varias operaciones adicionales. La medición de la uniformidad de los neumáticos es una prueba en la que el neumático se monta automáticamente en las mitades de la rueda, se infla, se desliza contra una superficie de carretera simulada y se mide la variación de fuerza. La medición del equilibrio de los neumáticos es una prueba en la que el neumático se coloca automáticamente en las mitades de la rueda, se gira a alta velocidad y se mide el desequilibrio.
Los neumáticos de camiones y autobuses comerciales grandes, así como algunos neumáticos de pasajeros y camiones ligeros, se inspeccionan mediante máquinas de inspección basadas en rayos X o inducción magnética, que pueden penetrar el caucho para analizar la estructura del cordón de acero.
En el paso final, los ojos humanos inspeccionan los neumáticos en busca de numerosos defectos visuales, como llenado incompleto del molde, cables expuestos, ampollas, imperfecciones y otros.
Para obtener una lista de empresas de neumáticos, consulte la Lista de empresas de neumáticos y una clasificación de los mayores fabricantes de neumáticos, consulte Lista de los mayores fabricantes de neumáticos.
Durante la fabricación de neumáticos se forman varias sustancias cancerígenas , entre ellas las nitrosaminas [7] y los dibenzopirenos . [8]