Требования к свойствам протекторных резин дифференцируются в зависимости от типа и размера шин, условий их эксплуатации. С увеличением размера шин возрастает роль теплообразования, которое для большегрузных шин становится фактором, определяющим их надежность и работоспособность. Поэтому по мере увеличения размера шин повышаются требования к упругогистерезисным свойствам протекторных резин и прочности связи с брекером. Для легковых шин величина гистерезисных потерь протекторных резин в изученных пределах практически не влияет на их надежность и работоспособность. В связи с этим, в протекторных резинах для этих шин с целью повышения их сцепления с мокрой дорогой допускается некоторое увеличение гистерезисных потерь.

Для шин радиальной конструкции с металлокордным брекером, характеризующихся повышенной износостойкостью, возможно дальнейшее увеличение коэффициента трения резин за счет некоторого снижения их износостойкости. Однако это недопустимо для легковых шин диагональной конструкции, долговечность которых определяется износостойкостью протектора.

К упругогистерезисным свойствам протекторных резин для крупногабаритных шин (КГШ), эксплуатирующихся в карьерах и рудниках с большим плечом перевозок (т. е. при сравнительно высоких скоростях), предъявляются повышенные требования. Для шин, применяемых при перевозках с малым плечом, т. е. при низких скоростях и соответственно невысоком теплообразовании, эти требования существенно снижены, что открывает возможность использования менее эластичных резин с повышенной стойкостью к механическим повреждениям.

Требование обеспечения высокой стойкости к механическим повреждениям становится менее значительным для протекторных резин шин, эксплуатирующихся на усовершенствованных дорогах (троллейбусные, автобусные и легковые). Однако для шин радиальной конструкции стойкость к механическим повреждениям очень важна в обеспечении высокой долговечности и ремонтопригодности шин.

В шинах Р целесообразно применение более жестких, чем в шинах Д, протекторных резин. Это связано с тем, что работа трения в контакте шин Р монотонно снижается с повышением модуля сдвига, а для шин Д эта зависимость проходит через минимум.

Использование резин с повышенным модулем для шин Р разумно также с точки зрения снижения повышенного износа резины в зоне угла беговой дорожки и улучшения устойчивости и управляемости автомобиля.

Рассмотрим, как осуществляется Выбор типа полимера.

Потери на качение и, следовательно, теплообразование в шинах прямо связаны с отношением модуля внутреннего трения К к динамическому модулю Е в протекторных резинах. В связи с тем, что резины на основе НК, СКИ-3, СКД характеризуются низким К, то с повышением размера шин возрастает их содержание, и соответственно снижается доля БСК.

В протекторе легковых шин используются резины на основе 100%-ного БСК (преимущественно в шинах Р с металлокордом в брекере) и комбинация БСК с 25–40 мас. ч. СКД (преимущественно в шинах Д).

В протекторе тяжелых грузовых шин, эксплуатирующихся в условиях перегрузок и высоких температур окружающей среды, а также автобусных шин, применяется резина на комбинации СКИ-3 + СКД (70 : 30).

Для КГШ, эксплуатирующихся в карьерах и рудниках с большим плечом перевозок, используются протекторные резины на основе изопреновых каучуков, сочетающие удовлетворительную стойкость к механическим повреждениям с низкими гистерезисными потерями.

Выбор состава вулканизующей группы обусловлен необходимостью обеспечения безопасной переработки смесей, с одной стороны, и высокой скорости вулканизации и минимальной реверсии свойств, с другой. Для смесей на основе СКИ-3 и СКД, характеризующихся высокой склонностью к подвулканизации и скоростью вулканизации, советуется применять ускорители замедленного действия, в частности сульфенамид М, а в резинах на основе 100%-ного БСК и с его большим содержанием – сульфенамид Ц. С целью повышения стойкости к реверсии и теплостойкости резин имеет смысл использовать уменьшенное соотношение серы к ускорителю.

Для протекторных смесей, подвергающихся длительной вулканизации (КГШ и СКГШ), применяется система с малым количеством серы, содержащая дитиодиморфолин. В качестве замедлителей вулканизации для резин на основе стереорегулярных каучуков рекомендуется N-циклогексилтиофталимид (сантогард PVI), а для смесей с преимущественным содержанием БСК – N-нитрозодифениламин.

Выбор типа и содержания наполнителей и пластификаторов. В целях унификации типов технического углерода (техуглерод) в шинной промышленности для всех размеров шин применяется техуглерод П-324, П-245 и П-514. В настоящее время наряду с техническим углеродом используются природные минеральные наполнители как экологически безопасные ингредиенты эластомерных композиций, их можно рассматривать в качестве наполнителей будущего для создания так называемых «зеленых шин».

Из жидких пластификаторов наибольшее применение нашли высокоароматические нефтяные масла. Для улучшения технологических свойств смесей вводят термопластичные пластификаторы.

Содержание техуглерода выбирается в оптимальных пределах с точки зрения износостойкости, наполнения, которое сдвигается в сторону большей концентрации техуглерода в ряду резин:
НК < СКИ-3 < БСК < СКД.

При выборе содержания техуглерода и пластификатора учитывается необходимость обеспечения перерабатываемости смесей и требований к упругогистерезисным свойствам. Поскольку К/Е возрастает с повышением наполнения, для протектора шин больших размеров содержание техуглерода выбирают на нижнем пределе области оптимальных наполнений, а для протектора малых грузовых и легковых шин – на верхнем.

Так, в расчете на 100 мас. ч. каучука в резине на основе
100%-ного изопреновых каучуков и их комбинации с СКД содержание техуглерода для автобусных шин и тяжелых грузовых шин составляет 50–55 мас. ч.; в резине на основе СКИ-3 + СКД + БСК для средних грузовых шин – 55–60 мас. ч.; в резинах для малых грузовых шин на основе БСК + СКД – 65–70 мас. ч. Содержание масла ПН-6 на 100 мас. ч. углеводорода каучука составляет соответственно 10–15, 15–20, 25–30 мас. ч.

Содержание масла зависит от содержания технического углерода, и, следовательно, с увеличением техуглерода дозировка масла повышается. Но следует учитывать тот факт, что с ростом дозировки масла снижаются прочностные и упругогистерезисные свойства резин.

В комбинации с маслом используются смолы: КИС, СИС, нефтеполимерные смолы, углеводородные смолы, канифоль или смола октофор N, – для повышения конфекционной клейкости. Смолы улучшают технологические свойства резиновой смеси, распределение ингредиентов в каучуке и повышают упругие свойства резин, не снижая прочностных (пример рецепта в приложении табл. 1–3).