BRPI0622123A2

BRPI0622123A2 - composiÇço elastomÉrica, pneu, e, mÉtodo de produÇço do mesmo

Info

Publication number: BRPI0622123A2
Application number: BRPI0622123-8A
Authority: BR
Inventors: Jesse J Arnold
Original assignee: Michelin Rech Tech; Michelin Soc Tech
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2011-12-27
Also published as: WO2008060273A1; US20080110552A1; JP2010509432A; EP2094511A4; US7884156B2; JP5575479B2; CN101535059A; EP2094511B1; EP2094511A1; BRPI0622123A8; CN101535059B

Abstract

COMPOSIÇçO ELASTOMÉRICA, PNEU, E, MÉTODO DE PRODUÇçO DO MESMO Uma composição elastomérica inclui um elastômero e um negro de fumo, onde o negro de fumo é distinguido como tendo um COAN entre cerca de 90 e 150 ml/100 g, uma BET entre 50 e 69 m2/g e um índice de distribuição DI que é maior do que 1,5, onde o DI é uma relação entre d~ w~ e d~ modo~. Em realizações especiais, o elastômero poderá ser escolhido de uma ou mais borrachas naturais, uma ou mais borrachas sintéticas ou combinação das mesmas. Por exemplo, uma ou mais borrachas sintéticas poderão ser escolhidas de borracha de estireno-butadieno, borracha de butadieno, borracha de poliisopreno, borrachas butílicas ou combinações das mesmas. Produtos feitos a partir da composição elastomérica incluem pneus e outros produtos, especialmente pneus que incluem um costado, uma carcaça, uma banda de rodagem de reforço da carcaça e/ou uma sub-banda de rodagem, compostas da composição elastomérica.

Description

"COMPOSIÇÃO ELASTOMERICA, PNEU, E, MÉTODO DE PRODUÇÃO DO MESMO"

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Campo da invenção

Esta invenção refere-se genericamente a composições elastoméricas tendo negro de fumo e mais especialmente, a composições elastoméricas úteis para pneus e seus componentes. Descrição da técnica relacionada

Os negros de fumo são largamente utilizados como pigmentos, cargas e agentes de reforço na composição e na preparação de borracha e outros compostos elastoméricos. Estes materiais são especialmente úteis como agentes de reforço na preparação de compostos elastoméricos utilizados na fabricação de pneus.

Um reator do tipo fornalha produz negro de fumo através da pirólise de uma matéria-prima de hidrocarbonetos com gases de combustão quentes. Os produtos de combustão de pirólise incluem agregados de particulados de partículas de negro de fumo. Os negros de fumo geralmente são caracterizados com base nas suas características físicas, incluindo, mas não limitados a, tamanho de partícula e área superficial específica; tamanho, forma e distribuição do agregado; e propriedades químicas e físicas da superfície.

Os negros de fumo são classificados de acordo com um sistema de classificação standard apresentado com a designação ASTM D 1765. De acordo com este standard, os negros de fumo grau borracha são classificados utilizando-se uma nomenclatura com 4 caracteres; o primeiro caractere da uma indicação da influência do negro de fumo na velocidade da cura de um composto de borracha típico contendo o negro de fumo; o segundo caractere, o número do grupo, produz informação sobre a área média superficial do negro de fumo e os últimos dois caracteres são atribuídos arbitrariamente. Assim sendo, por exemplo, um negro de fumo N 347 descreve, com o "N", um negro de fumo que tem um efeito normal sobre a velocidade da cura e, com o número de grupo "3", indica um negro de fumo tendo uma área superficial média de nitrogênio entre 70 e 99 m2/g.

Na fabricação de pneus, os negros de fumo são escolhidos para uso nos pneus com base nas características preferidas da mistura de borracha. Por exemplo, uma banda de rodagem de pneu de caminhão poderá ser fabricada a partir de uma mistura de borracha contendo um negro de fumo tendo as propriedades físicas de um negro de fumo de borracha atribuído à série de classificação N200. Ao contrário, a carcaça do pneu poderá ser fabricada de uma mistura de borracha que contém um negro de fumo tendo as propriedades físicas da série de classificação de negro de fumo N600. Tais escolhas são feitas com base nos efeitos conhecidos que as classes diferentes de negro de fumo têm nas propriedades físicas da borracha, tais como, por exemplo, a histerese e a rigidez da mistura.

O negro de fumo não é o único agente de reforço ou carga que poderia ser utilizado em um composto elastoméricos de fabricação de pneu. Por exemplo, poderá ser adicionada sílica em um composto elastomérico para substituir parte ou todo o negro de fumo e assim sendo, melhorar certas características de desempenho. O uso de sílica como um agente de reforço na mistura elastomérica, no entanto, tem algumas desvantagens, pelo fato do composto elastomérico resultante poder apresentar uma baixa condutividade térmica, alta resistividade elétrica, alta densidade e baixa capacidade de processamento.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção apresenta composições elastoméricas e produtos feitos a partir da composição elastomérica. Em uma realização especifica da presente invenção, uma composição elastomérica inclui um elastômero e um negro de fumo, onde o negro de fumo é caracterizado como tendo um COAN entre cerca de 90 e 150 ml/100 g, uma BET entre 50 e 69 m2/g, e um índice de distribuição DI que é maior do que 1,15, quando o DI é a relação entre dw e dmodo_.

Em realizações particulares, o elastômero poderá ser escolhido de uma ou mais borrachas naturais, uma ou mais borrachas sintéticas ou combinações das mesmas. Por exemplo, uma ou mais borrachas sintéticas poderão ser escolhidas de borracha de estireno-butadieno, borracha de butadieno, borracha de poliisopreno, borracha butílicas ou combinações das mesmas.

Em realizações particulares, os COANs poderão variar entre cerca de 95 e 120 ml/100 g. Realizações que poderão incluir o negro de fumo, são caracterizadas como tendo uma relação entre L e dm0d0 que está entre cerca de 0,7 e cerca de 1,5. Alternativamente, a relação entre L e dmodo poderá estar entre mais de 0,8 e menos de 1,2.

As cargas de negro de fumo nas composições elastoméricas de acordo com a presente invenção não são limitadas por, mas poderão, por exemplo, variar entre cerca de 20 a cerca de 200 libras por centena de libras do elastômero.

Outras realizações da presente invenção incluem pneus e outros produtos que são compostos da composição elastomérica descrita acima. Em realizações específicas, um pneu inclui um costado, uma carcaça, um reforço de carcaça, uma banda de rodagem e/ou uma sub-banda de rodagem, compostos da composição elastomérica descrita acima.

As realizações da presente invenção incluem ainda métodos para a produção de um pneu. Tais métodos incluem as etapas de misturas da composição elastomérica descrita acima, a formação de um ou mais componentes do pneu constituído da composição elastomérica misturada e a montagem do pneu, o pneus sendo composto de um ou mais componentes do pneu constituídos da composição elastomérica misturada. O método poderá ainda ser composto da cura do pneu. Um ou mais componentes poderão ser escolhidos, por exemplo, da banda de rodagem, da sub-banda de rodagem, da carcaça, do reforço da carcaça e de combinações dos mesmos.

O mencionado anteriormente e outros objetivos, características e vantagens da invenção, ficarão aparentes a partir da seguinte descrição especifica de uma realização preferida da invenção, conforme ilustrado no desenho anexo, onde os números de referência semelhantes representam partes semelhantes da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é um gráfico de uma curva de distribuição para uma amostra de negro de fumo registrando a freqüência da distribuição mássica contra o diâmetro de Stokes.

A figura 2 é um gráfico das curvas de distribuição para vários negros de fumo que têm propriedades físicas diferentes.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS REALIZAÇÕES PREFERIDAS

Os negros de fumo são descritos pelas suas várias propriedades físicas diferentes que são determinadas por métodos standard bem conhecidos por aqueles tendo conhecimento normal na técnica. As propriedades de um determinado negro de fumo dependem das condições de fabricação e poderão ser modificadas alterando-se, por exemplo, a temperatura, pressão, matéria- prima, o tempo de residência, temperatura de resfriamento e a produtividade do processo de fabricação.

A tabela 1 apresenta uma lista de propriedades físicas do negro de fumo com os métodos de teste correspondentes utilizados para a determinação de cada uma das propriedades listadas. A não ser que seja mencionado de outra forma, todas as propriedades físicas dos negros de fumo usados de acordo com a presente invenção são medidas pelos métodos mostrados na tabela 1.

Tabela 1- Características descritivas de negros de fumo e seus métodos de determinação

<table>table see original document page 6</column></row><table>

A presente invenção apresenta uma composição elastomérica tendo um negro de fumo com uma área superficial medida pela adsorção de nitrogênio BET entre 50 e 69 m2/g. Com a designação ASTM D 1765, que apresenta o sistema de classificação standard para negros de fumo utilizados em produtos de borracha, um negro de fumo classificado na série N400 é um que tem, inter alia, uma área superficial média de nitrogênio BET entre 50 e 69 m2/g.

Os negros de fumo úteis de acordo com a presente invenção poderão ainda ser caracterizados como sendo constituídos de aglomerados de partículas tendo diâmetros Stokes que se enquadram dentro de uma distribuição especifica. A distribuição dos diâmetros e dos agregados de um negro de fumo são medidos por intermédio de um fotossedimentômetro do tipo "DCP" (fotossedimentômetro centrífugo de disco), vendido pela Brookhaven Instruments. O método de operação destas medições é como se segue:

Uma amostra do negro de fumo é secada, de acordo com o standard JIS K 6221 (1975). Então 10 mg do negro de fumo assim secado são colocadas em suspensão em 40 ml de uma solução aquosa a 15% em volume de etanol e 0,05% em volume de um tensoativo não iônico.

A dispersão do negro de fumo é obtida através de tratamento de ultra-som durante 10 minutos, por intermédio de uma sonda ultrassônica de 600 watts. Para este fim, é utilizado um gerador ultrassônico designado como "Vibracell 1/2 inch" vendido pela Bioblock e ajustado a 60% da sua potência (especificamente em 60% de uma amplitude máxima). Uma solução gradiente composta de 15 ml de água (com 0,05% de tensoativo não iônico) e 1 ml de etanol é injetada e o disco dos fotossedimentômetro, girando a 8000 RPM, e então são injetados 0,30 ml da suspensão de negro de fumo sobre a superfície da solução gradiente. A curva mássica de distribuição de tamanho é registrada durante 120 minutos. Um programa de computador produz os valores para dw, dm0d0, L e d50%.

A figura 1 é um gráfico de uma curva de distribuição para uma amostra de negro de fumo registrando a freqüência da distribuição de massa contra o diâmetro Stokes. A curva de distribuição 10 é gerada registrando-se a freqüência da distribuição de massa em percentagem por peso contra o diâmetro Stokes conforme descrito acima. O dm0do 12 representa então o diâmetro Stokes no pico da curva de distribuição 10. O d50% 14 representa a mediana, onde metade da distribuição está acima do d50% e metade da distribuição está abaixo de d50%. L 18 é a diferença entre os diâmetros Stokes que correspondem a uma única freqüência de distribuição de massa 22 que é igual a 50% da freqüência máxima dm0do 12 dos diâmetros Stokes.

O diâmetro médio pesado dw 16 é um diâmetro médio pesado que poderia ser determinado a partir da curvas de distribuição pela seguinte equação (1):

<formula>formula see original document page 7</formula>

onde i é o número da amostra (tipicamente em seqüência de 1 a 100), η é a freqüência da distribuição de massa em percentagem por peso e d é o diâmetro Stokes correspondente. O dw médio pesado enfatiza a importância das partículas de diâmetro maior elevando os diâmetros aos expoentes mostrados.

Conforme mencionado acima, os negros de fumo úteis de acordo com a presente invenção poderão ainda ser caracterizados como sendo constituídos de aglomerados de partículas tendo diâmetros Stokes que se enquadram dentro de uma distribuição especifica. Especificamente, o negro de fumo poderá ser caracterizado como tendo um índice de distribuição (DI) que é maior do que 1,15. O DI é a relação entre dw e dm0d0 para uma determinada amostra de negro de fumo é o diâmetro Stokes no pico da distribuição dos diâmetros e dw é determinado pela equação (1) conforme descrito acima. Realizações específicas da presente invenção incluem negros de fumo tendo uma DI que é maior do que 1,2 com outras realizações tendo uma DI que é maior do que cerca de 1,4. Realizações especiais incluem negros de fumo tendo uma DI que varia entre mais de 1,15 e cerca de 1,60 ou tão alto quanto cerca de 2,5, mas tais máximos são apresentados somente como exemplo e não significam uma limitação da invenção.

Realizações específicas da presente invenção incluem ainda negros de fumo que poderão ser caracterizados como tendo uma relação L/dmodo entre cerca de 0,7 e cerca de 1,5. Outras realizações poderão ter uma relação L/dm0do entre mais de 0,8 e cerca de 1,5, enquanto outras poderão ter um negro de fumo tendo uma relação L/dmodo entre mais de 0,8 e 1,2.

Mais especificamente, o negro de fumo utilizado na composição elastomérica da presente invenção poderá ser caracterizado como tendo, inter alia, uma área superficial total de nitrogênio BET entre 50 e 69 m2/g. Em realizações específicas, área superficial total de nitrogênio BET poderá estar entre cerca de 55 e cerca de 65 m 2Ig, enquanto que em outras realizações e específicas, entre cerca de 57 e cerca de 63 m 2Ig. Realizações específicas da presente invenção incluem um negro de fumo que poderá também ser caracterizado como tendo um número de adsorção de óleo comprimido (COAN) entre cerca de 90 e 150 ml/100 g. Outras realizações incluem um negro de fumo tendo um COAN entre cerca de 95 e 120 ml/100 g, enquanto que ainda outras realizações poderão variar entre cerca de 97 e 115 ml/100 g.

Em realizações particulares da presente invenção, o negro de fumo poderá ainda ser caracterizado como tendo um número de adsorção de iodo entre cerca de 50 e cerca de 60 mg/g e/ou um número de adsorção de óleo (OAN) entre cerca de 150 e cerca de 170 ml/100 g. Outras realizações específicas incluem um negro de fumo tendo uma OAN entre cerca de 155 e cerca de 175 ml/100 g.

A quantidade de composição do negro de fumo na composição elastomérica não é limitada. Em realizações específicas da presente invenção, a quantidade do composto do negro de fumo poderá ser entre cerca de 10 e cerca de 200 partes por peso, com base em 100 partes por peso de elastômero. Faixas úteis de carga de negro de fumo poderão incluir entre 30 e 70 phr em algumas realizações da presente invenção e cerca de 35 e 65 phr.

Realizações específicas da presente invenção poderão incluir somente o negro de fumo como uma carga de reforço tendo propriedades de acordo com a presente invenção, ou alternativamente, em uma mistura com uma carga orgânica de reforço e/ou uma carga inorgânica de reforço. Realizações específicas da presente invenção que são caracterizadas como tendo uma mistura de cargas de reforço são compostas de negro de fumo tendo propriedades de acordo com a presente invenção em uma fração em peso que é maior do que 50%, ou alternativamente, maior do que 70% da mistura de fibras de reforço.

Conforme mencionado acima, embora as realizações específicas da presente invenção não incluam qualquer sílica como uma carga de reforço, considera-se que outras realizações poderão incluir alguma sílica. A sílica poderá ser adicionada em tais composições em quantidades que são menores ou maiores do que a quantidade de negro de fumo adicionada na composição, mas conforme mencionado acima, tipicamente seriam menores do que 50% em peso da mistura da carga de reforço.

Com surpresa, realizações específicas da presente invenção incluem composições elastoméricas que têm tanto uma histerese baixa como uma alta rigidez com boa resistência a tração, o que é uma combinação de características físicas que são típicas de uma composição elastomérica tendo uma quantidade significativa de sílica como carga de reforço. Conforme mencionado acima, realizações específicas da presente invenção incluem modificações das composições elastoméricas que tiveram todo ou parte do seu conteúdo de sílica substituído com um negro de fumo que é adequado para uso de acordo com a presente invenção. Vantajosamente, estas composições elastoméricas retêm ainda as suas características físicas de baixa histerese, alta rigidez e boa resistência ao rompimento, mesmo após a substituição da sílica pelo negro de fumo. Além disso, estas composições elastoméricas modificadas, vantajosamente, substituíram um componente menos dispendioso (negro de fumo) por um componente mais caro (sílica e/ou silano) enquanto também, pelo menos em algumas realizações, reduziram ou eliminaram os problemas que são associados com a sílica em uma composição elastomérica.

Elastômeros adequados que poderiam ser usados na composição elastomérica da presente invenção incluem, por exemplo, uma ou mais borrachas naturais, uma ou mais borrachas sintéticas, ou combinações das mesmas. As borrachas sintéticas poderão incluir, sem limitação, borrachas de estireno-butadieno, borrachas butílicas, poliisoprenos, polibutadienos e terpolímeros de etileno e propileno. As borrachas sintéticas poderiam incluir, mas não são limitadas a, polímeros, por exemplo, homopolímeros, copolímeros e terpolímeros, que são fabricados de 1,3 butadieno, estireno, isopreno, isobutileno, 2,3-dimetil-l,3 butadieno, acrilonitrila, etileno, propileno, e semelhantes.

A composição elastomérica da presente invenção poderia incluir outros componentes, tais como, por exemplo, agentes de cura, cargas de reforço, agentes de acoplamento, vários auxiliares de processamento, extensores de óleo, antidegradantes, antioxidantes ou combinações dos mesmos, conforme é conhecido por aqueles tendo conhecimento normal na técnica. Agentes de cura que poderiam ser incluídos na composição elastomérica da presente invenção são, por exemplo, enxofre, doadores de enxofre, ativadores, aceleradores, peróxidos, e outros sistemas usados para efetuarem a vulcanização da composição elastomérica.

A composição elastomérica apresentada aqui poderia ser utilizada para vários produtos elastoméricos, tais como um composto de banda de rodagem, um composto da sub-banda de rodagem, um composto do costado, um composto da estrutura de arame, um composto do revestimento interno, do apex, qualquer composto usado em uma carcaça de pneu, incluindo o reforço da carcaça e em outros componentes para pneus, produtos industriais de borracha, selos, correntes de medição de tempo, correias de transmissão de potência, e outras mercadorias de borracha. Como tal, a presente invenção inclui produtos feitos com a composição de borracha apresentada aqui.

A composição elastomérica da presente invenção é especialmente adequada para uso em pneus que se destinam a suportar cargas pesadas que incluem pneus de caminhão e pneus para veículos pesados. Tais pneus, tipicamente são constituídos de reforços que são formados de bandas de rodagem ou camadas de reforço de arames metálicos revestidos com elastômeros. Mais precisamente, estes pneus são constituídos, na sua zona do fundo, de uma ou mais estruturas de arame, um reforço da carcaça que se estende de uma estrutura de arame para a outra, e na sua coroa, um reforço de coroa composto pelo menos de duas camadas de coroa.

Quando operando com carga pesada, a "banda" da carcaça (zona central em qualquer lado do plano circunferencial médio do pneu) é submetida a tensões flexurais que poderão ser muito elevadas; portanto, a necessidade de se fornecer uma alta resistência mecânica para esta "banda".

Da mesma forma, a zona do fundo do pneu (próxima das duas dobras para cima da carcaça) poderão estar em uma zona com temperaturas de operação que são muito elevadas; portanto, a necessidade de se fornecer uma histerese reduzida para esta zona do fundo. Realizações específicas da composição elastomérica da presente invenção são especialmente adequadas para o uso nos materiais que constituem estes e outros reforços dentro do pneu.

Realizações específicas da composição elastomérica da presente invenção são também especialmente úteis como um material da banda de rodagem ou da sub-banda de rodagem de um pneu, especialmente para aqueles pneus que se destinam a suportar uma carga pesada. Por exemplo, uma sub-banda de rodagem de um pneu poderá ser formada de realizações específicas da composição elastomérica para produzir um pneu que tenha uma resistência e uma durabilidade de rolagem melhorada. A resistência melhorada de rolagem e a durabilidade do pneu são obtidos devido às características físicas da composição elastomérica, que com surpresa, produzem uma histerese menor, ao mesmo tempo mantendo uma boa rigidez e resistência a tração.

A presente invenção inclui ainda métodos para a produção de pneus e outros produtos tendo a composição elastomérica de acordo com a presente invenção. Um método inclui as etapas de mistura da composição elastomérica constituída do negro de fumo, caracterizada de acordo com a presente invenção, formando um ou mais componentes do pneu constituídos da composição elastomérica misturada e então a montagem do pneu que é composto de um ou mais componentes do pneu constituídos da composição elastomérica misturada. Realizações específicas da presente invenção incluem ainda a cura do pneu. Exemplos de um ou mais componentes incluem, por exemplo, a banda de rodagem, a sub-banda de rodagem, a carcaça, o reforço da carcaça e combinações dos mesmos.

A presente invenção não inclui métodos para a montagem de um pneu ou para a cura de um pneu. Uma pessoa com conhecimento normal na técnica é qualificada em tais métodos ou processos e portanto, uma apresentação detalhada de tal informação não é, nem necessária, nem apropriada.

A invenção é adicionalmente ilustrada pelos seguintes exemplos, que devem ser considerados somente como uma ilustração e não como uma limitação da invenção de forma alguma. As propriedades das composições apresentadas no exemplo são avaliadas conforme descrito abaixo.

Modulo de Alongamento: O módulo de alongamento é medido a 10% (MIO) na temperatura de 23°C, de acordo com o ASTM D 412 (1998) em peças de teste ASTM C. Estes são módulos secantes em MPa, isto é, o módulo secante calculado reduzido para a seção em corte real da peça de teste no alongamento apresentado.

Perdas de histerese (HL): As perdas de histerese são medidas em percentagem por repercussão a 60°C no sexto impacto de acordo com a seguinte equação (3):

HL(%) = 100 ((W0 - W1}, (3)

onde W0 é a energia suprida e Wi é a energia restaurada.

Resistência ao rompimento (TR): Os índices de resistência ao rompimento são medidos a 100°C. A carga de ruptura (FRD) é em N/mm de espessura e o alongamento em ruptura (ARD) em percentagem são medidos em uma peça de teste com dimensões de 10 χ 142 χ 2,5 mm com três entalhes, cada um deles tendo uma profundidade de 3 mm. O índice de resistência ao rompimento é então fornecido pela seguinte equação (4):

TR = (FRD*ARD)/100 (4)

Dispersão do negro de fumo (nota Ζ): A dispersão do negro de fumo é medida com um dispersador para produzir uma avaliação da nota Z como uma indicação da dispersão do negro de fumo na amostra. Uma nota Z mais elevada indica uma melhor dispersão do negro de fumo na mistura.

Propriedades dinâmicas: As características dinâmicas dos materiais são medidas em um sistema de teste de elastômero MTS 831 de acordo com o ASTM D 5992. E registrada a resposta de um material vulcanizado (peça de teste cilíndrica com uma espessura de 4 mm e uma seção de 400 mm2) submetida a uma tensão de cisalhamento sinusoidal única de alternação, na freqüência de 10 Hz e a 80°C. A varredura é efetuada com uma amplitude de deformação de 0,1 a 50% (ciclo para fora), e então de 50% a 0,1% (ciclo de retorno). O módulo de tração G* a 10% de deformação em MPa e o valor máximo da tangente do delta da tangente do ângulo de perda (tan δ max) é determinado durante o ciclo de retorno.

As composições elastoméricas usadas nos exemplos que se seguem são constituídas de negro de fumo tendo as características apresentadas na tabela 2. A figura 2 é um gráfico das curvas de distribuição para vários dos negro de fumo listados abaixo.

Tabela 2 - Características físicas dos negros de fumo escolhidos

<table>table see original document page 14</column></row><table>

* A amostra de teste foi dispersada durante o tratamento com ultra-som com um sensor de 600 watts ajustado a 100% da sua potência

O negro de fumo LH30 é disponível da Continetal Carbon de Houston, TX. Os negros de fumo N358, SR401 e N326 são disponíveis da Sid Richardson Carbon Company de Fort Worth, TX. O negro de fumo SPHERON 1416 é disponível da Cabot de Alpharetta GA. O negro de fumo EB 1830 é disponível da Degussa Corporation de Akron, OH.

Exemplo 1

Este exemplo compara as propriedades físicas de uma composição elastomérica de exemplo da presente invenção com outras composições elastoméricas que incluem sílica como a carga. Foram preparadas três formulações elastoméricas misturando-se os componentes apresentados na tabela 3, exceto o enxofre e os agentes de cura, durante 2 minutos, em um misturador Banbury. O volume do misturador Banbury era 270 litros para as formulações 2 e 3 e 370 litros para a formulação 1. O enxofre e os agentes de cura foram então adicionados em um moinho de rolos. A vulcanização foi efetuada a 150°C durante 25 minutos para as formulações 1 e 2 e durante 15 minutos para a formulação 3. As formulações foram então testadas para a medição das suas propriedades físicas.

As composições da formulação são mostradas na tabela 3 como percentagem em peso de teor elastomérico. Cada uma das formulações incluiu uma borracha natural como o elastômero para a composição. Os negros de fumo nas formulações 1 e 2 eram os negros de fumo LH 30 e N 358, respectivamente, tendo as propriedades físicas mostradas na tabela 2. O negro de fumo na formulação 3 era o negro de fumo SR 401 que é um negro de fumo de exemplo adequado para uso de acordo com a presente invenção e tendo as propriedades mostradas na tabela 2.

As formulações 1 e 2 incluíram sílica assim como um agente de acoplamento de silano. Os "outros" materiais que foram incluídos nas formulações e são quantificados na tabela 2 eram, além dos agentes de acoplamento de silano, antioxidantes, enxofre, agentes e ativadores de cura, conforme é conhecido por aqueles com conhecimento normal na técnica.

Tabela 3 - Formulações da composição (% em peso de teor elastomérico)

<table>table see original document page 15</column></row><table>

As propriedades físicas de cada uma das formulações são mostradas na tabela 4

Tabela 4 - Propriedades físicas das formulações da composição

<table>table see original document page 15</column></row><table> Como mostram os resultados relatados na tabela 4, a formulação 3, que tinha uma carga de reforço que era 100% negro de fumo e nenhuma sílica como carga de reforço, tinha uma histerese que era menor do que a histerese da fórmula 1, que tinha uma carga de reforço composta de 47% de negro de fumo e 53% de sílica. Ela também tinha uma histerese menor do que aquela da formulação 2, que tinha uma carga de reforço composta de 81% de negro de fumo e 17% de sílica.

Por comparação, a formulação II, como era esperado, tinha uma histerese maior do que a histerese da formulação 1 por causa do teor reduzido de sílica (aproximadamente 115 phr de redução) usado como carga de reforço na formulação 2. Como a percentagem de sílica é reduzida em uma formulação elastomérica, a histerese tipicamente aumenta, conforme mostrado quando a histerese da formulação 1 é comparada com a histerese da formulação 2.

A formulação 3 apresentou os resultados surpreendentes de ter 100% de negro de fumo como a carga de reforço, ao mesmo tempo melhorando a histerese em relação àquelas formulações compostas de sílica e mantendo substancialmente ou melhorando, tanto a rigidez como a resistência ao rompimento.

Exemplo 2

Este exemplo compara as propriedades físicas de uma composição elastomérica de exemplo da presente invenção com outras composições elastoméricas que incluem tipos diferentes de negros de fumo como carga. Foram preparadas 10 formulações elastoméricas utilizando-se o método descrito no exemplo 1, com um misturador Banbury tendo um volume de 3,5 litros. O tempo de mistura foi de aproximadamente 4 minutos e a cura foi efetuada durante 15 minutos a 150°C. As formulações foram então testadas para se medir as suas propriedades físicas.

Cada uma das dez formulações tinha a mesma formulação básica e eram diferentes umas das outras somente em relação ao tipo e à quantidade de negro de fumo usados nas formulações. Foram utilizados 5 negros de fumo diferentes nas formulações em 2 cargas diferentes. A composição da formulação básica é mostrada na tabela 5 com as características físicas dos negros de fumo mostrados na tabela 2. A tabela 6 apresenta as cargas de negro de fumo, como % em peso de teor elastomérico para cada uma das formulações.

As propriedades físicas de cada uma das formulações são mostradas na tabela 7.

Tabela 5 - Formulações básicas (% em peso de teor elastomérico)

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Tabela 6 - Negros de fiimo utilizados nas formulações

<table>table see original document page 17</column></row><table>

Tabela 7 - Propriedades físicas das formulações da composição

<table>table see original document page 17</column></row><table> Conforme pode ser visto dos resultados de teste mostrados na tabela 7, o negro de fumo utilizado nas formulações 5 e 6 de acordo com a presente invenção apresenta a melhor combinação de histerese, rigidez e resistência ao rompimento, quando comparado com as outras formulações tendo graus diferentes de negro de fumo.

Exemplo 3

Este exemplo compara o desempenho de dois pneus. O primeiro pneu é uma realização especifica da presente invenção tendo uma sub-banda de rodagem feita com uma composição tendo um negro de fumo SR 401. O segundo pneu é idêntico, exceto que ele tem uma sub-banda de rodagem feita com uma composição tendo o outro negro de fumo (LH 30) assim como sílica. A comparação demonstra o desempenho melhorado esperado do pneu tendo uma sub-banda de rodagem feita com a composição tendo o negro de fumo SR 401, devido às surpreendentes características físicas das composições elastoméricas demonstradas no exemplo 1.

Foram fabricados 2 pneus Michelin XDA-3 do tamanho 11R22.5, um tendo uma sub-banda de rodagem feita com material da formulação 1 do exemplo 1 e um tendo uma sub-banda de rodagem feita com o material da formulação 3 do exemplo 1.

Os pneus foram testados em relação à resistência de rolagem inflada e as temperaturas foram medidas durante o teste em ambos os ombros e no centro. Os resultados são apresentados na tabela 8.

Tabela 8 - Resultados do teste de pneus

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Conforme pode ser visto dos resultados de teste, o pneu com a sub-banda de rodagem feita com o negro de fumo SR 401 tinha uma resistência de rolamento menor e operou em uma temperatura menor do que o pneu tendo uma sub-banda de rodagem feita com o negro de fumo LH 30 + sílica. Tal resultado era esperado, por causa das surpreendentes propriedades físicas da composição elastomérica utilizada na sub-banda de rodagem tendo o negro de fumo SR 401 de acordo com a presente invenção.

Os termos "composto de", "incluindo", e "tendo", utilizado nas reivindicações e especificação aqui, deve ser considerado como indicando um grupo aberto que poderia incluir outros elementos não especificados. O termo "consistindo essencialmente de", utilizado nas reivindicações e especificação aqui, deve ser considerado como indicando um grupo parcialmente aberto que poderia incluir outros elementos não especificados, desde que aqueles outros elementos não alterem materialmente as características básicas novas reivindicadas da invenção. Os termos "um", "uma", e as formas singulares das palavras devem ser consideradas como incluindo a forma plural das mesmas palavras, de tal forma que os termos signifiquem que um ou mais de alguma coisa é fornecido. Os termos "pelo menos um" e "um ou mais" são utilizados intercambiavelmente. O termo "um" ou "único" deve ser utilizado para indicar que se pretende um e somente um de alguma coisa. Da mesma forma, outros valores inteiros específicos, tais como "dois", são utilizados quando se pretende um número específico de coisas. Os termos "de preferência", "preferido", "prefere", "opcionalmente", "poderia", e termos semelhantes, são utilizados para indicar que um item, condição ou etapa que está sendo referida é uma característica opcional (não requerida) da invenção.

Deve ser entendido da descrição mencionada anteriormente que poderiam ser feitas várias modificações e alterações nas realizações preferidas da presente invenção sem se afastarem do seu espírito verdadeiro. A descrição mencionada anteriormente é apresentada somente para fins de ilustração e não deve ser considerada com um sentido de limitação. Somente a linguagem das reivindicações que se seguem deve limitar o escopo desta invenção.

Claims

1. Composição elastomérica, caracterizada pelo fato de ser composta de: um elastômero escolhido de uma ou mais borrachas naturais, uma ou mais borrachas sintéticas ou combinações das mesmas; e um negro de fumo, onde o negro de fumo é distinguido como tendo um COAN entre cerca de 90 e 150 ml/100 g, uma BET entre 50 e 69 m2/g e um índice de distribuição DI que é maior do que 1,15, onde o DI é uma relação entre dw e dmodo.

2. Composição elastomérica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do índice de distribuição ser maior do que 1,2.

3. Composição elastomérica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do COAN estar entre 90 e 140 ml/100 g.

4. Composição elastomérica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do COAN estar entre cerca de 95 e 120 ml/100 g.

5. Composição elastomérica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do negro de fumo ser adicionalmente distinguido como tendo uma relação entre L e dm0do entre cerca de 0,7 e cerca de 1,5.

6. Composição elastomérica de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato da relação entre L e dm0d0 ser maior do que 0,8.

7. Composição elastomérica de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato da relação entre L e dmOd0 ser maior do que 0,8 e menor do que 1,2.

8. Composição elastomérica de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato da relação entre L e dm0do ser entre 0,9 e 1,2.

9. Composição elastomérica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de uma ou mais borrachas sintéticas serem escolhidas de borracha de estireno-butadieno, borracha de butadieno, borracha de poliisopreno, borracha butílicas ou combinações das mesmas.

10. Composição elastomérica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da composição elastomérica incluir o negro de fumo em uma quantidade entre cerca de 20 (9,07 kg) e cerca de 200 libras (90,7 kg) por 100 libras (45,3 kg) do elastômero.

11. Composição elastomérica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da BET está entre cerca de 57 e 63 m2/g.

12. Pneu, caracterizado pelo fato de ser constituído da composição elastomérica como definida na reivindicação 1.

13. Pneu de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de um costado do pneu ser constituído da composição elastomérica como definida na reivindicação 1.

14. Pneu de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato do reforço da carcaça do pneu ser constituído da composição elastomérica como definida na reivindicação 1.

15. Pneu de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato da sub-banda de rodagem do pneu ser composta da composição elastomérica como definida na reivindicação 1.

16. Pneu de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato da banda de rodagem do pneu ser constituída da composição elastomérica como definida na reivindicação 1.

17. Método de produção de um pneu, caracterizado pelo fato de ser composto de: mistura da composição elastomérica como definida na reivindicação 1; produção de um ou mais componentes do pneu constituídos da composição elastomérica misturada; montagem do pneu, o pneu sendo composto de um ou mais componentes de pneus constituídos da composição elastomérica misturada.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de ser ainda composto da cura do pneu.

19. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de um ou mais componentes do pneu serem escolhidos da banda de rodagem, da sub-banda de rodagem, da carcaça, do reforço da carcaça e de combinações dos mesmos.