Los neumáticos se fabrican según procesos y maquinaria relativamente estandarizados, en alrededor de 455 fábricas de neumáticos en el mundo. Con más de mil millones de neumáticos fabricados en todo el mundo anualmente, la industria de los neumáticos 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 carbono y productos químicos y producen numerosos componentes especializados que se ensamblan y curan.
El neumático es un conjunto de numerosos componentes que se construyen en un tambor y luego se curan en una prensa bajo calor y presión. El calor facilita una reacción de polimerización que reticula los monómeros de caucho para crear moléculas elásticas largas.
El revestimiento interior es una lámina de caucho de halobutilo calandrada [4] compuesta con aditivos que dan como resultado una baja permeabilidad al aire . El revestimiento interior asegura que el neumático mantendrá aire a alta presión en su interior, sin una cámara interior , lo que minimiza la difusión a través de la estructura de caucho. [5]
La capa de carrocería 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 tejido utilizado fue el algodón ; los materiales posteriores incluyen rayón , nailon , poliéster y kevlar . Los neumáticos de pasajeros suelen tener una o dos capas de carrocería. Las capas de carrocería dan resistencia a la estructura del neumático. Los neumáticos de camiones, neumáticos todoterreno y neumáticos de aviones tienen cada vez más capas. Los cordones de tela son muy flexibles pero relativamente inelásticos.
Pared lateral
Los flancos son perfiles extruidos no reforzados con aditivos para brindarles a los costados del neumático una buena resistencia a la abrasión y a las condiciones ambientales. Los aditivos utilizados en los compuestos de los flancos incluyen antioxidantes y antiozonantes . Las extrusiones de los flancos no son simétricas y brindan un área de caucho grueso para permitir el moldeado de letras en relieve.
Los flancos le dan al neumático resistencia contra las inclemencias del medio ambiente. Los flancos juegan un papel importante en el fortalecimiento del neumático.
Los talones son bandas de alambre de acero de alta resistencia a la tracción revestidas de un compuesto de caucho. El alambre del talón 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 entrecruzan para producir sulfuro de cobre , que mejora la unión del talón al caucho. Los talones son inflexibles e inelásticos, y proporcionan la resistencia mecánica necesaria para ajustar el neumático a la rueda. El caucho del talón incluye aditivos para maximizar la resistencia y la dureza de los neumáticos.
El vértice es un perfil extruido triangular que se acopla al talón. El vértice proporciona una amortiguación entre el talón rígido y el revestimiento interior flexible y el conjunto de capas de la carrocería. También se lo denomina "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 juntos y una segunda capa de caucho. Las correas le dan al neumático resistencia y resistencia a las abolladuras, al tiempo que le permiten permanecer flexible. Los neumáticos para turismos 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 brindar resistencia al desgaste y tracción, además de resistencia ambiental. El desarrollo de compuestos de la banda de rodadura es un ejercicio de compromiso, ya que los compuestos duros tienen características de desgaste prolongadas pero poca tracción, mientras que los compuestos blandos tienen buena tracción pero malas características de desgaste.
Muchos neumáticos de mayor rendimiento incluyen un componente extruido entre el paquete de cinturones y la banda de rodadura para aislar esta última del desgaste mecánico de los cinturones de acero.
Los métodos de construcción de neumáticos varían un poco en cuanto a la cantidad y el tipo de componentes, así como en las fórmulas de los 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. Estos suelen actuar como fábricas independientes dentro de una fábrica. Los grandes fabricantes de neumáticos pueden establecer fábricas independientes en un único sitio o agruparlas localmente en una región.
Compuesto de caucho SBR para formulaciones químicas
La preparación de compuestos 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.
La mezcla es el proceso de aplicar trabajo mecánico a los ingredientes para mezclarlos y formar una sustancia homogénea. Los mezcladores internos suelen estar equipados con dos rotores que giran en sentido contrario 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 garantizar que no comience la vulcanización.
Después de mezclar, la carga de caucho se deja caer en un canal y se alimenta mediante un tornillo de extrusión a una matriz de rodillos. Alternativamente, el lote se puede dejar caer en un sistema de lotes de un molino de caucho abierto. Un molino consta de rodillos gemelos contrarrotativos, uno dentado, que proporcionan un trabajo mecánico adicional al caucho y producen una lámina de caucho gruesa. La lámina se retira de los rodillos en forma de tira. La tira se enfría, a veces se espolvorea con un despegador y se coloca en un contenedor de paletas.
El compuesto ideal en este punto tendría una dispersión de material altamente uniforme; sin embargo, en la práctica, existe una falta de uniformidad considerable en la dispersión. Esto se debe a varias causas, entre ellas, puntos calientes y fríos en la carcasa del mezclador y los rotores, una holgura excesiva en el rotor, desgaste del rotor y vías de flujo de circulación deficientes. Como resultado, puede haber un poco más de negro de carbono aquí y un poco menos allá, junto con algunos grumos de negro de carbono en otras partes, que no se mezclan bien con el caucho o los aditivos.
Los mezcladores a menudo se controlan de acuerdo con el método de integración de potencia, 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 de talones, que es el mismo que el del neumático.
La máquina extrusora consta de un tornillo y un cilindro, un mecanismo de accionamiento del tornillo, calentadores y una matriz. La extrusora aplica dos condiciones de presión. El tornillo de la extrusora también proporciona una mezcla adicional del compuesto a través de 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, una con cuatro tornillos que procesan cuatro compuestos diferentes, generalmente un compuesto base, un compuesto de núcleo, un compuesto de banda de rodadura y un compuesto de ala. La extrusión también se utiliza para perfiles de flancos y revestimientos interiores.
La calandria es un conjunto de múltiples rodillos de gran diámetro que prensan compuestos de caucho hasta formar una lámina delgada, generalmente del orden de 2 metros de ancho. Las calandrias de tela producen una lámina de caucho superior e inferior con una capa de tela entre ellas. Las calandrias de acero lo hacen con cables de acero. Las calandrias se utilizan para producir capas de carrocería y cinturones. Una sala de filetas es una instalación que alberga cientos de bobinas de tela o alambre que se introducen en la calandria. Las calandrias utilizan equipos posteriores para cortar y empalmar los 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 operarse manualmente o de forma totalmente automática. Las operaciones típicas de TBM incluyen la operación de primera etapa, donde el revestimiento interior, las capas de la carrocería y los flancos se envuelven alrededor del tambor, se colocan los talones y el conjunto se gira sobre el talón. En la segunda etapa de la operación, se infla la carcasa del neumático y luego se aplican el paquete de correas y la banda de rodadura.
Todos los componentes requieren empalmes. El revestimiento interior y las capas de la carrocería se unen 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 unen 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 que son demasiado ligeros o abiertos pueden provocar defectos visuales y, en algunos casos, fallas del neumático. El producto final del proceso TBM se denomina 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 fabricación debajo de las estaciones que aplican los diversos componentes, generalmente mediante métodos de extrusión y bobinado de tiras. Esto permite que el equipo fabrique neumáticos de distintos tamaños en operaciones consecutivas sin necesidad de cambiar las herramientas o las configuraciones. Este proceso es ideal para la producción de volúmenes pequeños con cambios de tamaño frecuentes.
Los mayores fabricantes de neumáticos han desarrollado internamente máquinas de montaje de neumáticos automatizadas en un esfuerzo por crear ventajas competitivas en la precisión de la construcción de neumáticos, un alto rendimiento de producción y una reducción de la mano de obra. Sin embargo, existe una gran base de fabricantes de maquinaria que producen máquinas de montaje de 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 caucho 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 patrón de la banda de rodadura y las letras del flanco 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 están en el área de 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 postcurado, que mantendrá el neumático completamente inflado mientras se enfría. Existen dos tipos genéricos de prensas de curado: las mecánicas y las hidráulicas. Las prensas mecánicas mantienen el molde cerrado mediante articulaciones articuladas, 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. Las prensas hidráulicas han surgido como las más rentables porque la estructura de la prensa no tiene que soportar la presión de apertura del molde y, por lo tanto, puede ser relativamente liviana. Existen dos tipos genéricos de moldes: moldes de dos piezas y moldes segmentados.
Los neumáticos todoterreno de gran tamaño suelen curarse en hornos con tiempos de curado que se acercan a las 24 horas.
Una vez que el neumático se ha curado, se realizan varias operaciones adicionales. La medición de la uniformidad del neumático es una prueba en la que el neumático se monta automáticamente en las mitades de la rueda, se infla, se hace rodar contra una superficie de carretera simulada y se mide la variación de fuerza. La medición del equilibrio del neumático es una prueba en la que el neumático se coloca automáticamente en las mitades de la rueda, se hace girar a alta velocidad y se mide el desequilibrio.
Los neumáticos de camiones y autobuses comerciales grandes, así como algunos neumáticos de camiones ligeros y de pasajeros, se inspeccionan mediante máquinas de inspección basadas en rayos X o inducción magnética, que pueden penetrar el caucho para analizar la estructura del cable de acero.
En el paso final, los neumáticos son inspeccionados por ojos humanos para detectar 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 para obtener una clasificación de los mayores fabricantes de neumáticos, consulte Lista de los mayores fabricantes de neumáticos.
Durante la fabricación de neumáticos de caucho se forman varias sustancias cancerígenas , incluidas nitrosaminas [7] y dibenzopirenos . [8]