Основное потребление каучуков массового ассортимента идет на нужды шинной промышленности. Соответственно, новые виды каучуков должны прежде всего обеспечивать улучшение выходных характеристик шин…

Александр Пичугин
ООО НТЦ «НИИШП»

    Структура выпуска шин в России за последние годы претерпела значительные изменения, приблизившись к мировой. В общем объеме производства существенно возросла доля легковых шин, достигнув в 2006 г. 63,0%. Для сравнения: в Западной Европе и США этот показатель составляет от 72 до 90%. Производство шин в России сосредоточено в основном в трех холдингах: ОАО АК «Сибур», ОАО «Татнефть» и ХК «Амтел-Фредештайн». По итогам минувшего года, их доля равнялась 95% от всего производства шин.
    Сегодня научная и научно-техническая деятельность предприятия выстраивается в таких направлениях, как: материаловедение, технология производства шин и РТИ, теоретические и поисковые исследования, конструирование шин и РТИ, испытания и сертификация шин, стандартизация шин и материалов для их производства, восстановление и утилизация шин, маркетинг и инжиниринг в области шинного производства. В 2006 г., по сравнению с предыдущим, производство шин в России упало на 7,6% – до 36,8 млн шт. Однако это временный спад, связанный со структурными преобразованиями. К 2010 г. прогнозируется увеличение объемов производства, %: легковых шин – на 23,4, грузовых – на 41,2, сельскохозяйственных – на 22,2. При этом в 2006 г. наблюдался существенный рост объемов производства шин западными производителями, имеющими предприятия в России: на заводе фирмы «Нокиа» (более чем в 6 раз) и на заводе фирмы «Мишлен» (на 43%). По заявлению представителей компаний, к 2010–2011 гг. российский завод фирмы «Нокиа» будет производить 10 млн шин, а фирмы «Мишлен» – 7 млн. Сверх этого, 20% объема рынка шин в России составил импорт. Причем спрос на шины смещается в «премиум-сектор», на который и делают ставку западные производители.
    Изменение структуры выпуска шин повлекло за собой и появление новых требований как к их выходным характеристикам, так и к процессам их производства. Наиболее приоритетными для потребителей стали тягово-сцепные свойства на разных дорожных покрытиях (асфальт, мокрый асфальт, снег, лед), потери на качение, силовая и геометрическая неоднородность шин. Естественно, не могли не измениться и требования к резинам и материалам, а также к технологическим процессам по всем переделам шинного производства. Наиболее актуальными становятся однородность резиновых смесей, материалоемкость, экологичность на стадии производства и эксплуатации шин. Как известно, около 50% всех материалов, идущих на изготовление шин, составляют каучуки. От каучуков же в большей степени зависят и выходные характеристики резин и шин.
    Если проанализировать объемы выпуска каучуков в России за последние годы, то видно, что наблюдается устойчивый рост их выработки. Наиболее высокие темпы роста обеспечивают ОАО «Нижнекамскнефтехим», ЗАО «Каучук» (г. Стерлитамак), ООО «Тольяттикаучук», ОАО «Воронежсинтезкаучук». При этом структура российского рынка синтетических каучуков в 2006 г. выглядела следующим образом:
    полиизопрен: 40,5% приходится на «Нижнекамскнефтехим», 29,5% – на «Тольяттикаучук», 30% – на стерлитамакский «Каучук»;
    полибутадиен: 31,5% произвел «Нижнекамскнефтехим», по 45,5% – «Воронежсинтезкаучук» и Ефремовский завод СК;
    бутадиенстирольные каучуки: 21,5% – «Каучук» (г. Стерлитамак), 28% – «Воронежсинтезкаучук», 25,5% – «Омский каучук» и 25% – «Тольяттикаучук».

    Весь ассортимент грузовых, легковых и сельхозшин изготавливается из резин на основе трех типов полимеров: эмульсионных бутадиенстирольных, стереорегулярных цис-полиизопреновых и цисполибутадиеновых каучуков, получаемых на титановых катализаторах. Однако изменившиеся приоритеты в требованиях к выходным характеристикам шин, в свою очередь, влекут за собой обновление ассортимента каучуков. На основании анализа мировых тенденций и результатов работ по исследованию новых каучуков, проводимых в НИИ шинной промышленности в сотрудничестве с НИИСК и его Воронежским филиалом, можно выделить наиболее главные и перспективные направления.
    Прежде всего это полибутадиены, получаемые на неодимовых катализаторах. Применение СКД-НД для протекторных резин грузовых и легкогрузовых шин позволяет повысить эластичность, износостойкость и усталостную выносливость резин. Использование СКД-НД в резинах боковин приводит к повышению упруго-прочностных показателей и сопротивлению разрастания порезов. Однако рекомендовать неодимовые полибутадиены для этих целей можно только после проведения натурных испытаний шин в районах Крайнего Севера, что связано с низким коэффициентом морозостойкости резин. В частности, в типовой боковине на основе СКД-2 коэффициент морозостойкости равен 0,38, а на основе СКД-НД – 0,13 (т.е. в 3 раза меньше). Вероятно, решить эту проблему позволит использование сополимера бутадиена с изопреном, получаемого на неодимовых катализаторах. Резины на основе СКДИ, помимо более высокой прочности, имеют и существенно более высокие коэффициенты морозостойкости, а также сопротивления распространению трещин и усталостной выносливости. Неодимовые полиизопрены СКИ-5 превосходят СКИ-3 по упруго-прочностным показателям и динамической выносливости.
    Еще одно важное направление – растворные маслонаполненные бутадиенстирольные каучуки с высоким содержанием винильных звеньев, применение которых обеспечивает наилучший комплекс выходных характеристик протекторных резин. Разработка резин на его основе велась по двум направлениям: резина для высокоскоростных легковых шин, содержащая технический углерод, и резина для экологически чистых шин (т.н. «зеленых»), содержащая кремнекислотный наполнитель. Резина, наполненная техническим углеродом, обладает существенно более высоким сцеплением с мокрой поверхностью. А резина с кремнекислотой, при некотором ухудшении износостойкости, имеет существенно более низкие гистерезисные потери и повышенное сцепление.
    Эти результаты подтверждены испытаниями шин, изготовленных как на опытном заводе института, так и на ярославском и бобруйском заводах. Потери на качение шин с резиной на основе ДССК с кремнекислотой во всем диапазоне скоростей на 10-12% ниже эталона. Проведены лабораторно-дорожные испытания легковых шин в зимнем и летнем циклах. Результаты показали: и на зимней, и на мокрой дороге значительно (на 9–12%) сокращены тормозные пути автомобиля с опытными шинами на основе ДССК, содержащими в протекторе как техуглерод, так и кремнекислоту. Можно предположить, что дальнейшее расширение позиций применения растворных БСК и улучшение технико-экономических показателей резин с их использованием перспективно в случае расширения ассортимента выпускаемых каучуков, в частности полимеров с более высоким и более низким содержанием винильных звеньев и стирола.
    Эффективным направлением улучшения технологических и эксплуатационных свойств протекторных резин является применение эмульсионных бутадиенстирольных каучуков, модифицированных на стадии синтеза за счет использования третьего мономера, содержащего функциональные группы. В свое время в институте были исследованы каучуки, модифицированные гидроксильными (МЭГ), гидроксиамидными (ОПМ), амидными (МФ-3) и аминными (МФ-1) группами.
    Из всего этого разнообразия наибольший интерес представляют каучуки, модифицированные гидроксиэтилметакрилатом. Введение 1-2% м.ч. МЭГ позволяет улучшить практически все выходные характеристики резин. Также представляется перспективным применение каучуков типа СКС-30 АРК М27 МЭГ в резиновых смесях, наполненных кремнекислотой: в этом случае реально существенное снижение содержания дорогостоящих силанов. На концепции создания широкомодального распределения тангенса потерь основана разработка по созданию тройных сополимеров стирола, изопрена и бутадиена, т.н. СИБР. Эти полимеры состоят из сегментов, имеющих различные температуры стеклования. Проведенные исследования показали, что резины на основе СИБР, по сравнению с резинами на основе СКС-30 АРК, обладают более низкими гистерезисными потерями, повышенной износостойкостью и лучшим сцеплением с мокрой дорогой, а резиновые смеси характеризуются высокой скоростью вулканизации.
    Имеет практический интерес полимер, а точнее полимерный модификатор СКИ-3,4, содержащий 55-65% 3 и 4 звеньев. Добавка этого полимера в количестве 10-20 м.ч. обеспечивает существенное повышение сцепления шин с мокрой дорогой. Снижение износостойкости резин при применении этого каучука в значительной степени можно компенсировать рецептурными приемами. Этот полимер также окажется незаменимым для спортивных шин.

    Вот таким образом представлены полимеры, которыми, на наш взгляд, стоит заниматься, чтобы в ближайшие годы обеспечить прорыв в существенном улучшении выходных характеристик шин. Ведущие зарубежные фирмы достаточно давно в промышленных масштабах выпускают каучуки представленного ассортимента – в этом одно из весомых отличий российского рынка каучуков от зарубежного. Других принципиальных отличий нет.
    Как показывает анализ, необходимо создавать мощности по неодимовым полиизопренам и сополимерам изопрена с дивинилом. Для расширения позиций применения СКДИ содержание дивинила в сополимере должно варьироваться. По неодимовым полибутадиенам необходимо и дальше наращивать объемы производства. По бутадиенстирольным каучукам, при общем снижении потребления эмульсионных полимеров, целесообразно организовать производство модифицированных каучуков, расширив ассортимент растворных полимеров, в том числе с концевыми функциональными группами.