BRPI0717432B1

BRPI0717432B1 - mangueira e método de transferência de fluido com fio híbrido

Info

Publication number: BRPI0717432B1
Application number: BRPI0717432A
Authority: BR
Inventors: Morris Branch; Yelena Gray; Doug Schelhaas
Original assignee: The Gates Corporation
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2018-07-17
Also published as: AU2007300576A1; CA2663743A1; EP2066947A1; BRPI0717432A2; KR20090057109A; CN101517298A; ATE500457T1; WO2008039373A1; US20080072984A1; AU2007300576B2; US7572745B2; JP4912468B2; CA2663743C; EP2066947B1; RU2009115693A; RU2434175C2; CN101517298B; DE602007012906D1; KR101029279B1; JP2010505077A

Description

(54) Título: MANGUEIRA E MÉTODO DE TRANSFERÊNCIA DE FLUIDO COM FIO HÍBRIDO (51) Int.CI.: F16L 11/08; B32B 27/34; B32B 1/08 (30) Prioridade Unionista: 26/09/2006 US 11/527.174 (73) Titular(es): THE GATES CORPORATION (72) Inventor(es): MORRIS BRANCH; YELENA GRAY; DOUG SCHELHAAS “MANGUEIRA E MÉTODO DE TRANSFERÊNCIA DE FLUIDO COM FIO HÍBRIDO” ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere a uma mangueira de transferência compreendendo um fio de reforço híbrido em que o fio de reforço compreende um fio de copolímero de co5 para-aramide e um fio de meta-aramide torcidos juntos.

Mangueira flexível, de baixa pressão é usada em uma variedade de aplicações de transferência de fluido tal como em radiador automotivo e mangueira de aquecedor e mangueiras de ar de carga para conectar turboalimentadores aos refrigeradores de ar de carga (“CAC”). Por “baixa pressão” se quer dizer uma mangueira que atende a uma especificação de pressão de trabalho máxima de aproximadamente 20,39 kg/cm², ou de até aproximadamente 24,60 kg/cm², de acordo com a utilização geral no campo. Flexibilidade permite que a mangueira acomode movimento, vibração, desalinhamento de instalação, e expansão e contração térmica. A flexibilidade é provida por borracha, elastômero, e/ou materiais plásticos usados para formar a massa da mangueira. O reforço é necessário para resistir às pressões e/ou forças externas. Fios têxteis de tecidos, plásticos, e metais geralmente são usados como reforços em mangueira. Os reforços são aplicados em uma ou mais camadas entre um tubo interno e uma cobertura externa. Reforços de fio têxtil são aplicados ao tubo interno mediante ação de trançar, tecer, enrolar em espiral, ou envolver em uma ou mais dobras ou camadas. Reforço de tecedura provê menos resistência do que trançar, tecer, enrolar em espiral, ou envolver, assim como uma tendência a desfiar se o fio for rompido. Além disso, a tecedura resulta em fios enlaçados de raio de flexão muito pequeno, com forças compressivas elevadas no interior das curvas, que tendem a causar bandas de pregas, e resistência à tração reduzida em fibras de elevado módulo tal como para-aramide. A tecedura também envolve fios enlaçados em torno de outros fios, criando pontos de fricção onde os fios po25 dem cortar ou desgastar por atrito uns aos outros. Perda de resistência durante o processo de tecedura é significativa de modo que a mangueira reforçada com tecedura de paraaramide não tem a resistência à ruptura inicial que se esperaria a partir de tal reforço. Não obstante, reforços de tecedura frequentemente são preferidos para mangueiras de baixa pressão modeladas ou curvas, porque a tecedura provê um tipo muito flexível de reforço de tecido.

As exigências de desempenho da mangueira em termos de resistência à fadiga dinâmica, resistência à temperatura, e capacidade de suportar pressão interna têm aumentado drasticamente para algumas aplicações. A necessidade de reduzir os custos também está sempre presente. Por exemplo, aplicações em caminhões e em automóveis modernos, tal como mangueiras CAC e de refrigerante, de radiador, se defrontam com demandas aumentadas. Cordões de resistência e módulos superiores, incluindo aqueles formados de polietileno naftalato (PEN), poli(p-fenileno-2,6-benzobisoxazol) (PBO), para-aramide, carboPetição 870180049737, de 11/06/2018, pág. 10/26 no, ou polímero de cristal líquido (LCP) reconhecidamente apresentam capacidade de suportar pressão superior, mas reconhecidamente apresentam resistência à fadiga dinâmica relativamente insuficiente, particularmente após ser submetida ao processo de tecedura e quando curvadas ajustadamente em pontos de fricção conforme mencionado acima em co5 nexão com a tecedura. Mangueira CAC comercial típica utiliza múltiplas camadas de bandas de reforço de metal e/ou de reforço têxtil de tecido envolto para obter especificações suficientes de pressão de ruptura. Entre os têxteis conhecidos em uso para mangueira CAC estão o tecido de fibra de vidro trançado de múltiplas dobras, NOMEX® de múltiplas dobras ou poliéster, dobras de tecido de KEVLAR® ou Twaron® para para-aramide misturado com meta-aramide NOMEX®. Entre têxteis conhecidos para mangueira de aquecedor estão náilon, KEVLAR®, e reforços trançados NOMEX®.

Fios de aramide são amplamente usados para reforço em mangueiras. Um exemplo é a Patente dos Estados Unidos 6.742.545 em que múltiplas camadas de reforço e camisas de proteção são combinadas e uma variedade de materiais recomendados, incluindo arami15 des, para construir uma mangueira de transferência industrial de alta pressão capaz de resistir a elevadas pressões externas. Não há sugestão de como melhorar o desempenho de uma mangueira de baixa pressão, reforçada-tecida-aramide, mais simples sem acrescentar camadas adicionais de reforço.

Para melhorar a resistência mantida após uso, é conhecido utilizar cordões com20 postos os quais são compostos de um fio de núcleo e um revestimento de fios torcidos dobrados em torno do núcleo. Um exemplo é a Patente dos Estados Unidos 4.912.902. O revestimento é preferivelmente de aramide, o qual transmite elevada resistência ao cordão, mas não se deve esperar aperfeiçoamento no problema de auto-corte em um reforço tecido. A fabricação da construção de núcleo-revestimento aumenta o custo e/ou a complexidade para o reforço.

Em um campo não relacionado, é conhecido combinar várias fibras de elevado desempenho, resistências ao incêndio, tal como para- e meta-aramides, para melhorar os panos tecidos para resistência ao incêndio, propriedade de permeação do ar, e flexibilidade em roupa de proteção ou estofamento. Um exemplo é a Patente dos Estados Unidos 5.091.243 em que fios de núcleo-revestimento tendo um núcleo de vidro, KEVLAR®, NOMEX®, carbono, polibenzimidazol, metais, etc. ou misturas dos mesmos, e um revestimento de fibra de algodão, poliéster, raiom, algodão ou semelhante, são utilizados em um tecido de estofamento de barreira contra o fogo. Também é conhecido ou sugerido utilizar tecidos de barreira contra chama como reforço encapsulado em mangueiras de transferência de fluido para desempenho dinâmico aperfeiçoado.

Desse modo, a técnica anterior falha em revelar um fio de reforço com resistência e flexibilidade suficientes para resistir a um processo de tecedura e para prover uma mangueiPetição 870180049737, de 11/06/2018, pág. 11/26 ra reforçada tecida com boa resistência à fadiga por impulso e resistência à ruptura suficiente para atender às exigências automotivas modernas no sentido de uma mangueira de transferência de fluido, de baixa pressão. Nem tampouco a técnica ensina uma mangueira de transferência de fluido, de baixa pressão reforçada com um reforço de tecedura compre5 endendo um fio híbrido de uma mistura de fibras de co-para-aramide e meta-aramide. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A invenção provê um fio aperfeiçoado para um reforço de tecedura em mangueira flexível para desempenho aperfeiçoado em uma aplicação dinâmica sob pressão, vibração, e calor. A presente invenção provê uma mangueira de transferência de fluido de baixa pres10 são exibindo resistência à fadiga por impulso aperfeiçoada. Uma mangueira flexível de acordo com a presente invenção pode compreender um tubo, um tecido de malha, e uma cobertura; em que o tecido de malha compreende um fio híbrido compreendendo um primeiro fio de fibras de co-para-aramide e um segundo fio de fibras de meta-aramide. Os fios de co-para-aramide e meta-aramide podem ser torcidos, dobrados ou misturados em conjunto para formar um único fio de reforço híbrido para a mangueira. Um nível de torcedura de até aproximadamente 197 voltas por metro (5 TPI) podem ser aplicadas ao fio híbrido. O copara-aramide pode ser co--poli(p-fenileno tereftalamida/3,4’-oxidifenileno tereftalamida) ou fibra TECHNORA®, e o meta-aramide pode ser poli(m-fenileno isoftalamida) ou fibra NOMEX®. O fio híbrido pode ter uma superfície compreendendo ambas: fibras de co-para20 aramide e fibras de meta-aramide. O tecido de malha pode residir entre um tubo e uma cobertura e/ou pode ser embutido em uma camada da mangueira. Uma ou mais camadas de um tecido de malha de fio híbrido pode constituir o elemento de reforço principal de uma mangueira. Um reforço de tecido de malha pode compreender de aproximadamente 164 a aproximadamente 656 laços por metro (aproximadamente 50 a aproximadamente 200 laços por 30,48 centímetros).

Uma modalidade de conjunto de mangueira ou de sistema de transferência de fluido da invenção pode compreender uma ou mais seções da mangueira inventiva, um ou mais prendedores, conexões, e/ou acoplamentos, um dispositivo de manejo de fluido, e/ou semelhante. A mangueira inventiva pode ser uma mangueira de radiador, uma mangueira de aquecedor, ou mangueira CAC.

Também é provido um método compreendendo combinar ao menos um primeiro fio de base compreendendo co-aramide e um segundo fio de base compreendendo metaaramide para formar um fio híbrido; formando um tubo; tecendo o fio híbrido para formar uma camada de tecido de reforço no tubo; e formando uma cobertura em torno do tubo e camada de tecido. O método também poderia compreender tratar adesivamente um primeiro e/ou segundo fio de base e/ou o fio híbrido, torcer o fio híbrido até aproximadamente 197 voltas por metro (5 TPI), e/ou tecer com a partir de aproximadamente 164 a aproximadaPetição 870180049737, de 11/06/2018, pág. 12/26 mente 656 laços por metro (aproximadamente 50 a aproximadamente 200 laços por 30,48 centímetros).

O anteriormente mencionado delineou mais propriamente de forma ampla as características e vantagens técnicas da presente invenção para que a descrição detalhada da invenção a seguir possa ser mais bem-entendida. Características e vantagens adicionais da invenção serão descritas em seguida as quais formam o assunto das reivindicações da invenção. Deve ser considerado por aqueles versados na técnica que a concepção e a modalidade específica reveladas podem ser prontamente utilizadas como uma base para modificar ou projetar outras estruturas para realização dos mesmos propósitos da presente inven10 ção. Também deve ser percebido por aqueles versados na técnica que tais construções equivalentes não se afastam do espírito e escopo da invenção conforme apresentados nas reivindicações anexas. As características novas as quais se acreditam ser característica da invenção, tanto em relação a sua organização e método de operação, em conjunto com objetivos e vantagens adicionais serão mais bem-entendidas a partir da descrição a seguir quando considerada em conexão com as figuras anexas. Também deve ser expressamente entendido, contudo, que cada uma das figuras é provida com o propósito apenas de ilustração e descrição e não pretende ser uma definição dos limites da presente invenção.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

Os desenhos anexos que são incorporados e formam parte do relatório descritivo, ilustram modalidades da invenção, e em conjunto com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção. Nos desenhos, numerais semelhantes denotam partes semelhantes e;

A Figura 1 é uma vista em perspectiva, com partes em seção, de uma mangueira construída de acordo com a presente invenção;

A Figura 2 é uma representação esquemática de um sistema de admissão de turboalimentador utilizando uma modalidade da presente invenção; e

A Figura 3 é uma representação de um fio híbrido de acordo com uma modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Com referência à Figura 1, é ilustrada uma mangueira construída de acordo com uma modalidade da presente invenção. A mangueira 11 compreende um tubo interno 12, elemento de tecido de reforço 14 tecido sobre o tubo interno 12, e revestimento externo 16 posicionado sobre o membro de reforço tecido 14 e tubo interno 12. O tubo 12 pode compreender uma ou mais camadas de um ou mais materiais flexíveis tal como um elastômero ou um plástico. Um material de superfície interna do tubo pode ser escolhido para resistir aos fluidos e condições ambientais esperadas dentro da mangueira. A cobertura 16 pode ser feita de um ou mais materiais elastoméricos ou plásticos flexíveis adequados projetados

Petição 870180049737, de 11/06/2018, pág. 13/26 para resistir ao ambiente exterior encontrado. O tubo 12 e cobertura 16 podem ser feitos do mesmo material. A mangueira 11 pode ser formada por métodos tais como moldagem, envoltório, e/ou extrusão.

De acordo com a invenção, o elemento de tecido de reforço 14 compreende um fio 5 híbrido. A Figura 3 ilustra uma modalidade de um fio híbrido de acordo com a invenção. O fio de base 32 compreende filamentos ou fibras 34 de co-para-aramide e podem ser torcidos juntos como mostrado com o fio base 36 o qual compreende filamentos ou fibras 38 de meta-aramide para formar o fio híbrido 30. No presente contexto “fio base” se refere a um feixe de filamentos ou fibras na forma como recebido a partir de um fabricante de base-fio. Um fio de base pode incluir torcedura ou não ter torcedura. “Fio híbrido” se refere a uma combinação de ao menos dois fios de base de diferentes materiais de fibra que foram combinados, dobrados, torcidos, ou amarrados juntos em ao menos uma operação de combinar ou misturar fio. A quantidade de torcedura presente é definida como o número de voltas por polegada (“TPI”). Como na ilustração da Figura 3, os tamanhos relativos dos dois fios de base po15 dem ser aproximadamente iguais, porém outros tamanhos relativos estão dentro do escopo da invenção conforme discutido abaixo. O membro de tecido de reforço 14, fio híbrido 30, e/ou fio de base 32 e/ou 36 pode compreender um tratamento com adesivo ou exibir algum grau de ligação direta de camadas de plástico ou elastômero ao elemento de reforço. Alternativamente, um membro de reforço não tratado e/ou fios podem ser usados, e a adesão pode ser principalmente um resultado de aplicação de materiais plásticos ou elastômero, isto é, adesão mecânica. Desse modo, o elemento de tecido de reforço 14 pode ser embutido em uma camada de material de mangueira flexível ou embutido entre duas camadas de material de mangueira, por exemplo, entre o tubo 12 e a cobertura 16.

O fio híbrido pode ser formado de ao menos um fio de base de fibras de co-para25 aramide e ao menos um fio de base de fibras de meta-aramide as quais são combinados mediante qualquer um de um número de métodos adequados em um fio, o qual é então tecido e geralmente arranjado de modo a estar em contato com ao menos uma porção de, ou embutidos na porção elastomérica da mangueira.

Por aramide se quer dizer uma poliamida aromática sintética de cadeia longa tendo suas ligações de amida ligadas diretamente a dois anéis aromáticos seja na posição paraou na posição meta-. Para-aramides incluem, por exemplo, poli(para-fenileno tereftalamida) (“PPD-T”) poli(p-benzamida), ou semelhante, e fibras dos mesmos são vendidas, por exemplo, sob a marca comercial KEVLAR por E.I. DuPont de Nemours and Company e sob a marca comercial TWARON pela Teijin Ltd. Meta-aramides incluem, por exemplo, poli(meta35 fenileno isoftalamida) (“MPIA”), tal como nas fibras vendidas sob a marca comercial NOMEX pela E.I. DuPont de Nemours and Company e vendidas sob a marca comercial

TEIJINCONEX pela Teijin Ltd. Co-para-aramides são copolímeros de dois ou mais monômePetição 870180049737, de 11/06/2018, pág. 14/26 ros de para-aramides diferentes, por exemplo, co-poli(p-fenileno tereftalamida e 3,4'oxidifenileno tereftalamida), tal como em fibras vendidas sob a marca comercial TECHNORA® pela Teijin Ltd. Desse modo, se pretende aqui uma distinção entre paraaramides e co-para-aramides. Na presente invenção, um fio de co-para-aramide adequado compreende fibra TECHNORA® e um fio de meta-aramide adequado compreende fibra NOMEX®. Prevê-se que algum uso vantajoso pode resultar de um fio híbrido de qualquer fibra de para-aramide combinada com qualquer fibra de meta-aramide.

O tamanho de fio de base não é limitado na prática da invenção, mas é limitado apenas pela disponibilidade dos fios de base a partir dos fabricantes. O tamanho de fio hí10 brido final não é particularmente limitado na prática da invenção, mas pode ser controlado conforme desejado para uma aplicação específica mediante escolha adequada de fio ou fios de base. Em uma modalidade da invenção, os fios de base a partir de aproximadamente 44,4 tex (400 denier) a aproximadamente 333,3 tex (3.000 denier) podem ser usados. Múltiplos de um ou de ambos os fios de base podem ser combinados. Desse modo, o tamanho de fio híbrido pode estar na faixa a partir de aproximadamente 800 a aproximadamente 3333,3 tex (30.000 denier). Em uma modalidade, um fio de base de co-para-aramide de 166,7 tex (1.500 denier) e um fio de base de meta-aramide de 133,3 tex (1.200 denier) são combinados para prover um fio híbrido de 300 tex (2.700 denier) com uma torcedura de aproximadamente 3 TPI. Os níveis de torcedura dos fios de base e fio híbrido não são parti20 cularmente limitados. Em uma modalidade preferida, dois fios de base têm torcedura zero e o fio híbrido tem torcedura na faixa de 0 voltas por metro (0 TPI) a aproximadamente 197 voltas por metro (5 TPI) ou de aproximadamente 39 voltas por metro (1 TPI) a aproximadamente 197 voltas por metro (5 TPI).

Acredita-se que as quantidades relativas dos dois fios de base não sejam cruciais, desde que uma quantidade predeterminada de fio de meta-aramide de módulo inferior seja suficiente para prover algum grau de cobertura do fio de co-para-aramide de módulo superior após torcedura. Acredita-se que uma quantidade de fio de meta-aramide na faixa a partir de aproximadamente 10% a 90%, ou de aproximadamente 30% a aproximadamente 70%, com base no denier total seja suficiente para fazer um fio híbrido útil da invenção. Conforme ilustrado na Figura 3, alguma porção das fibras de superfície do cordão híbrido compreende cada tipo de fibras usadas em dois fios de base. Desse modo, quando quantidades predeterminadas de cada fio são escolhidas de modo que o fio de meta-aramide de módulo inferior ao menos parcialmente cubra ou envolva ou proteja o co-para-aramide de módulo superior, acredita-se que o fio de meta-aramide impeça que o fio de co-para-aramide faça atrito com ele próprio durante ciclos repetidos de esforço ou pressão ou impulsos e/ou durante tecedura ou processamento. A pressão de ruptura aperfeiçoada obtida com esta invenção é indicativa de resistência à tração mantida significativamente melhor do fio após ser submetiPetição 870180049737, de 11/06/2018, pág. 15/26 do ao processo de tecedura. A presente invenção pode ser contrastada com abordagens alternativas com base no revestimento, completamente envolvendo, ou completamente protegendo um tipo de fio com outro. Uma vantagem da presente invenção é que tal revestimento não é exigido. Não obstante, é provida uma mangueira mais durável, isto é, uma mangueira com pressão de ruptura aperfeiçoada e/ou resistência à fadiga por impulso aperfeiçoada.

Os métodos e maquinaria usados para torcer e dobrar os fios de base para formar o fio híbrido não são particularmente limitados. Máquinas de torcedura têxtil adequadas incluem, por exemplo, uma retorcedeira de anel, uma retorcedeira 2 por 1, um dispositivo de ca10 beamento direto, e qualquer outra retorcedeira conhecida na técnica. Esses fios de base ou fibras podem ser misturados em conjunto, dobrados em conjunto, ou torcidos em conjunto em qualquer estágio conveniente do processo de fabricação do fio ou mangueira. Por exemplo, o fio híbrido pode ser torcido e opcionalmente tratado com adesivo antes de ser colocado em uma máquina de tecer para tecer uma camada de reforço de uma mangueira.

Alternativamente, dois fios de base podem ser fornecidos a uma máquina de tecer a qual então forma o fio híbrido a partir dos dois fios de base quando ela tece uma camada de reforço sobre um tubo ou uma mangueira.

O elemento de reforço 14 pode ser tecido em torno do tubo 12 utilizando qualquer um de um número de métodos de tecedura tal como sabido na técnica. A tecedura pode, por exemplo, compreender pontos simples ou pontos de atadura. Qualquer número adequado de extremidades, agulhas, e/ou cabeças de tecedura pode ser usado. Tamanho de laço ou ponto não é particularmente limitado na prática da invenção. Em uma modalidade da invenção, a tecedura é realizada a partir de aproximadamente 164 a aproximadamente 656 laços por metro (aproximadamente 50 a aproximadamente 200 laços por 30,48 centímetros), ou a partir de aproximadamente 262 a aproximadamente 492 laços por metro (aproximadamente 80 a aproximadamente 150 laços por 30,48 centímetros). Embora um reforço de tecedura seja preferido, prevê-se que o fio inventivo alternativamente possa ser usado vantajosamente na forma de um fio trançado ou tecido em espiral, ou na forma de um reforço de tecido não-trançado envolto, não-tecido, ou cordão de pneu. O membro de tecido de reforço 14 pode compreender uma ou mais camadas de fibra ou reforço têxtil e/ou um ou mais tipos de materiais ou formas de reforço de fibras.

Os fios de base e/ou fio híbrido podem ser tratados com uma ou mais composições de adesivo ou de base utilizando qualquer material adequado e/ou convencional e processos de aplicação, para estabelecer ou aperfeiçoar adesão dos mesmos aos constituintes de elastômero circundantes do artigo como é bem sabido na técnica. Por exemplo, o fio pode ser tratado com um adesivo, ou adesivos, para ligar entre si os filamentos e para promover a adesão do fio a um material elastomérico da mangueira. O fio poderia ser primeiramente

Petição 870180049737, de 11/06/2018, pág. 16/26 tratado com uma base, a qual poderia ser de base aquosa ou à base de solvente, tal como poliisocianatos e compostos de epóxi. O fio tratado poderia ser então tratado com outro adesivo adequado tal como resorcinol formaldeído látex (“RFL”). Após cada tratamento, o fio pode ser passado através de um forno ou uma série de fornos em temperaturas tipicamente a partir de 100°C a 290°C para secar e curar os adesivos. Alternativamente, o fio tratado poderia ser seco a ar ou enrolado úmido. Opcionalmente o fio também poderia ser tratado com um adesivo de cobertura adicional, por exemplo, uma mistura de emulsões superiores, pigmentos e curativos em um meio à base de água, ou uma mistura de pigmentos e curativos com polímeros dissolvidos em uma solução de solvente tal como aquelas disponíveis sob a marca comercial CHEMLOK pela Lord Corporation, ou outros cimentos de borracha adequados, para aperfeiçoamento de adesão adicional. Deve ser reconhecido que fios de aramide não tratados geralmente são mais suscetíveis à abrasão de fibra sobre fibra durante uso dinâmico, e uma voltagem da mangueira inventiva é um aperfeiçoamento de desempenho drástico obtido mesmo sem recorrer a qualquer tratamento de adesivo no fio híbrido.

Em uma modalidade da mangueira de transferência de fluido, de baixa pressão o reforço principal pode ser uma ou mais camadas tecidas do fio híbrido. Por reforço principal se quer dizer que quando a mangueira compreende mais do que uma forma ou composição de reforço têxtil, então mais do que metade da especificação de pressão de ruptura da mangueira é atribuível ao reforço principal.

Porções de corpo de mangueira tal como o tubo 12 e a cobertura 16 podem ser formadas de qualquer composição de elastômero, curado, adequado, e as respectivas composições podem ser idênticas ou diferentes umas das outras. Elastômeros adequados que podem ser utilizados para essa finalidade incluem, por exemplo, elastômeros de poliuretano (incluindo também elastômeros de uréia/poliuretano) (“PU”), borracha de policloropreno (“CR”), borracha de acrilonitrila butadieno (“NBR”), NBR hidrogenado (“HNBR”), borracha de estireno-butadieno (“SBR”), polietileno alquilado clorosulfonado (“ACSM”), epicloroidrina, borracha de polibutadieno (“BR”), borracha natural (“NR”), e elastômeros de etileno alfa olefina, tais como copolímeros de etileno-propileno (“EPM”), terpolímeros de etileno propileno dieno (“EPDM”), copolímeros de etileno octeno (“EOH”), copolímeros de etileno buteno (“EBM”), terpolímeros de etileno octeno (“EODM”); e terpolímeros de etileno buteno (“EBDM”); elastômeros de etileno vinil acetato (“EVM”); metilacrilato de etileno (“EAM”); polietileno clorado (“CPE”); fluoroelastômeros; e borracha de silicone, ou uma combinação de quaisquer dois ou mais dos anteriormente mencionados. Elastômeros adequados para mangueira de radiador, mangueira de aquecedor e mangueira CAC incluem EPDM e CPE.

Para formar o tubo 12 e/ou cobertura 16 de acordo com uma modalidade da presente invenção, o elastômero(s) pode ser misturado com ingredientes de composição de borracha convencionais incluindo cargas, plastificantes, estabilizadores, coagentes, agentes

Petição 870180049737, de 11/06/2018, pág. 17/26 de vulcanização, curativos, e aceleradores, e semelhante, em quantidades convencionalmente empregadas. Por exemplo, para uso com elastômeros de etileno-alfa-olefina e elastômeros de dieno tal como SBR e HNBR, um ou mais sais de metal de ácidos alfa-beta orgânicos podem ser empregados em quantidades úteis para melhorar o desempenho dinâmi5 co do artigo resultante. Desse modo dimetacrilato de zinco e/ou diacrilato de zinco podem ser utilizados em tais composições em quantidades a partir de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 phr; ou alternativamente a partir de aproximadamente 5 a aproximadamente 30 phr; ou de aproximadamente 10 a aproximadamente 25 phr. Esses materiais adicionalmente contribuem para a capacidade de adesão da composição, e aumentam a densida10 de de reticulação total do polímero a partir da cura com peróxido ou agentes relacionados através de reticulação iônica.

Aqueles versados na técnica pertinente considerarão prontamente qualquer número de composições adequadas para utilização na mangueira ou como porções elastoméricas da mangueira. Algumas composições de elastômero adequadas são descritas, por exemplo, em The R. T. Vanderbilt Rubber Handbook (13^ã edição, 1996), e com relação a EPM ou EPDM, composições tendo propriedades de módulo de tração particularmente elevado são adicionalmente apresentadas nas Patentes dos Estados Unidos 5.610.217 e 6.616.558 respectivamente, cujos conteúdos com relação às várias composições de elastômero que podem ser adequadas para uso na formação das porções de mangueira, são aqui incorpora20 dos especificamente como referência.

As composições de mangueira elastomérica podem adicionalmente ser carregadas com fibras descontínuas, utilizando materiais tal como incluindo, mas não limitado a algodão, poliéster, fibra de vidro, carbono, aramide e náilon, em formas tais como fibras curtas, fibras moídas ou cortadas, floco ou polpa, em quantidades geralmente empregadas. O car25 regamento de fibra pode ter algum grau de orientação como um resultado da extrusão ou de outro processo de formação empregado.

Uma construção de mangueira foi ilustrada na Figura 1. Deve ser entendido que uma ampla variedade de outras construções pode ser utilizada na realização da invenção. Por exemplo, a mangueira pode ter camadas internas, externas ou intermediárias adicionais compreendendo composições elastoméricas ou de plástico para propósitos específicos, tais como resistência ao fluido, resistência ambiental, ou características físicas e semelhantes. Como outro exemplo, reforços têxteis ou de metal adicionais, jaquetas, coberturas ou semelhantes podem ser utilizados conforme necessário ou desejado. Fios helicoidais podem ser embutidos na parede da mangueira ou utilizados dentro da mangueira para resistência ao colapso.

Em operação, uma mangueira é um componente de um conjunto de mangueira ou de um sistema de transferência de fluido. Um sistema de transferência de fluido geralmente

Petição 870180049737, de 11/06/2018, pág. 18/26 compreende uma mangueira, e em uma ou mais extremidades da mangueira, um ou mais prendedores, acoplamentos, conectores, e/ou acessórios, dispositivos de manejo de fluido, e semelhantes. Como exemplo, a Figura 2 é uma representação esquemática de um sistema de mangueira de turboalimentador CAC empregando modalidades da mangueira inven5 tiva. Com referência à Figura 2, a mangueira de admissão 57 é fixada com prendedores associados 56 ao refrigerador de ar de carga 50 para fornecer o ar que chega ao sistema. Refrigerante é transferido para e a partir do refrigerador de ar de carga 50 através de mangueiras de refrigerante 53 e 54, as quais são presas com prendedores 51. A mangueira CAC 59 provê uma conexão de fluido a partir do refrigerador de ar de carga 55 para o turboalimenta10 dor 21, com prendedores associados 58. Nessa figura ilustrativa, os conectores de mangueira são moldados integralmente em dispositivos associados. Em algumas aplicações CAC, tubos de metal e seções de mangueira podem ser fixados juntos para transferir o ar. Em algumas aplicações CAC, tais tubos de metal podem ser não-sustentados, ou apenas sustentados pela própria mangueira, resultando em vibração incomumente grave e falha prema15 tura da mangueira convencional. Em outras aplicações de sistema CAC, uma mangueira de refrigerante pode ser muito curta e/ou curva ou formada em um ângulo, também resultando em exposição a graves vibrações e falha prematura das mangueiras convencionais. A mangueira inventiva tem desempenho significativamente melhor do que a mangueira convencional sob tais condições adversas.

Qualquer método adequado e/ou convencional pode ser utilizado para formar a mangueira de acordo com várias modalidades da presente invenção. Por exemplo, onde elastômeros de mangueira que não podem ser fundidos são utilizados, isto é, borrachas que podem ser moídas, com ou sem carregamento de fibra, as etapas de construção da mangueira podem incluir aquelas de extrudar ou envolver um tubo interno de mangueira; tecer um fio híbrido para formar uma camada têxtil de reforço sobre o tubo interno; extrudar ou envolver uma cobertura externa sobre o tubo interno reforçado; e aplicar temperatura e pressão suficientes para curar ou vulcanizar os materiais elastoméricos. A mangueira pode ser construída e/ou extrudada e/ou curada sobre um mandril ou fôrma, ou fabricada por outros métodos adequados conhecidos na arte incluindo o uso de ar interno ou outra pressão para manter a mangueira arredondada após extrusão ou envoltório. A mangueira pode ser cortada na medida exata então moldada e/ou curada sobre mandris curvos.

Onde outros tipos de elastômeros de mangueira são utilizados, por exemplo, termoplástico ou fabricação de mangueira de elastômero termoplástico, as etapas de produção podem omitir as etapas de cura ou vulcanização. A mangueira pode ser arredondada ou pode ter qualquer formato, seção ou curvatura adequada.

Nas ilustrações e exemplos a seguir, pressão de ruptura é medida mediante enchimento de uma mangueira com óleo ou outro fluido hidráulico apropriado e pressurização até

Petição 870180049737, de 11/06/2018, pág. 19/26 que ela se rompa.

Resistência à fadiga por impulso é testada mediante realização de ciclos de pressão de ar quente dentro de uma mangueira reta de 40,6 cm (16 polegadas) de comprimento a partir de 0 psig até pressão de teste máxima em uma taxa de 8 ciclos por minuto. Resis5 tência à fadiga por impulso é medida por intermédio do número de ciclos de pulsos de pressão para romper ou fazer falhar a mangueira. Além de pulsação de pressão, uma extremidade da mangueira é oscilada a 120 ciclos por minuto mediante ação de mover ou deslocar a extremidade da mangueira ao longo de um percurso circular para simular as vibrações do motor ou do veículo em uma aplicação automotiva ou de caminhão. O fator mais importante na determinação da durabilidade da mangueira nesse teste é a pressão máxima. Construções convencionais tiveram desempenho adequadamente em 3,16 kg/cm² e até mesmo 4,21 kg/cm² de pressão interna. Contudo, em 5,62 kg/cm² a mangueira inventiva drasticamente superou em desempenho a mangueira convencional.

ILUSTRAÇÃO A

A ilustração A, apresentada na Tabela 1 abaixo, compara a experiência de campo geral para três construções de mangueira CAC de 10,16 cm (4 polegadas) de diâmetro, junto com alguns dados de teste de laboratório, limitados, e mostra o desempenho aperfeiçoado da mangueira inventiva. Cada uma das três mangueiras dessa ilustração foi construída com uma composição de borracha EPDM para a cobertura e uma composição de CPE ou de EPDM para o tubo. (CPE é usado em vez de EPDM em aplicações exigindo alguma resistência de óleo e não é um fator na especificação de pressão ou desempenho de fadiga). Exemplo Comparativo 1 é uma construção típica desenvolvida na década de 80 e utilizada bem-sucedidamente por muitos anos quando os sistemas de turboalimentador não excederam uma pressão de sistema máxima de 3,16 kg/cm². A mesma utilizou um fio

TECHNORA® de 166,7 tex (1.500 denier) como um reforço de tecedura convencional. O Exemplo Comparativo 2 representa uma construção aperfeiçoada desenvolvida na década de 90 para sistemas de turboalimentador de baixa pressão com vibração excessiva. A mesma utilizou um reforço de tecedura convencional de fio NOME® de construção 1200x2 ou 266,7 tex (2.400 denier) total, o que proporcionou resistência superior à fadiga do que a construção de fio TECHNORA® anterior. Contudo, sob as demandas aumentadas dos turboalimentadores modernos incluindo pressões de sistema máximas superiores e vibração aumentada, ambos os exemplos comparativos falharam prematuramente no campo.

O Exemplo inventivo 3 utiliza um fio híbrido consistindo em um fio de 166,7 tex (1.500 denier) TECHNORA® e um fio de 133,3 tex (1.200 denier) NOMEX® dobrados e tor35 cidos juntos a 118 voltas por metro (3.0 TPI), então enrolados sobre um cone 3°30’. Para todas as três construções de mangueira, os reforços foram tecidos com um ponto simples em uma cabeça de tecedura de 12,7 cm (5 polegadas) com 36 agulhas a 427 laços por mePetição 870180049737, de 11/06/2018, pág. 20/26 tro (130 laços por 30,48 centímetros). Os resultados na Tabela 1 mostram que apenas a mangueira do Exemplo 3 satisfaz as necessidades atuais em um teste de turboalimentador no campo. A mangueira inventiva do Exemplo 3 também teve bom desempenho em um teste de resistência à fadiga por impulso, exibindo uma durabilidade de ao menos 300.000 ci5 clos. A pressão de ruptura, tanto em temperatura ambiente (“RT”) e 93,3° C (200°F), da construção de mangueira do Exemplo 3 também é superior a do Exemplo Comparativo 2. O teste de ruptura a quente foi realizado apenas como uma comparação relativa, sob condições para as quais valores de pressão absoluta não eram confiáveis. Pode-se observar que a pressão de ruptura RT do Exemplo 3 é significativamente superior ao que seria esperado a partir de uma soma simples da pressão de ruptura do Exemplo Comparativo 1 e metade daquela do Exemplo Comparativo 2.

Para ilustrar uma técnica de fabricação alternativa para a mangueira inventiva, outra mangueira de 10,16 cm (4 polegadas) exemplar foi feita utilizando-se um arranjo de tecedura híbrida em que um fio TECHNORA® de 166,7 tex (1.500 denier) foi alimentado à máquina de tecer junto com um fio de 133,3 tex (1.200 denier) NOMEX® e ambos os fios foram tecidos juntos para formar uma mangueira híbrida reforçada.

TABELA 1

Exemplo	Material	Torcedura	Resistência	Pressão de Ruptura	Resultado²	Resistência¹
	de	voltas por	à Tração	Pascal (psi)	de Teste	à Fadiga
	Cordão	metro	do Fio	(relativa)	de Campo	por Impulso
		(TPI)	Kgf	93,3°C		(ciclos)
			(Ibf)

Comparativo	TECHNORA®	0	35,38 (78)	813581	-	Reprovado -
1				(118)
Comparativo	NOMEX®	90 (2.3 Z)	10,88 (24)	923897	6894,76	Reprovado -
2				(134)	(1.0)
Exemplo 3	TECHNORA®/	118 (3.0	35,84 (79)	1558215,76	9652,66	Aprovado >300K
	NOMEX	Z)		226	(1.4)
	®

¹ 8 ciclos de pulsação/minuto, 120 ciclos de oscilação/minutos, mangueira reta de 40,6 cm (16 polegadas), pressão máxima de 309890 Pascal (3,16 kg/cm²).

² Resultados de campo são para os sistemas CAC de turboalimentação de pressão superior, mais novos.

ILUSTRAÇÃO B

A Ilustração B, apresentada na Tabela 2 abaixo, ilustra as vantagens da invenção quando utilizada em testes de laboratório de mangueira para radiador. Três mangueiras para radiador retas de 6,40 cm (2,5 polegadas) de diâmetro foram construídas utilizando uma composição de borracha EPDM tanto para o tubo interno como para a cobertura. O Exemplo

Petição 870180049737, de 11/06/2018, pág. 21/26

Comparativo 4 utilizou um reforço de tecedura convencional de fio para-aramide TWARON® de 166,7 tex (1.500 denier) com especificação de teste de 31,3 kg (69 libras). O Exemplo Comparativo 5 utilizou um reforço de tecedura convencional de fio de co-para-aramide TECHNORA® de 166,7 tex (1.500 denier) com especificação de teste de 35,41 kg (78 li5 bras), em comparação com o Exemplo Comparativo 1 anterior. O Exemplo 6 utilizou o fio híbrido do Exemplo 3 consistindo em um fio TECHNORA® de 166,7 tex (1.500 denier) e um fio NOMEX® de 133,3 tex (1.200 denier), dobrado ou torcido, em conjunto como no Exemplo 3 acima. O reforço de mangueira para radiador foi tecido com um ponto de atadura em uma cabeça de máquina de tecer de 10,16 cm (4 polegadas) com 24 agulhas em 315 laços por metro (96 laços por 30,48 centímetros). Embora todos os três exemplos de mangueira da Tabela 2 tivessem pressões de ruptura originais similares (de aproximadamente 8,78 kg/cm²± 0,70 kg/cm²) e fossem projetados para satisfazer ao padrão SAE J20 para tipo 20R4 com uma exigência mínima de 5,62 kg/cm², os resultados na Tabela 2 mostram que a mangueira do Exemplo 6 tinha muito melhor resistência à fadiga por impulso do que a mangueira com15 parativa 4 ou 5 quando testada em 5,62 kg/cm² e 150°C (302°F). Desse modo, a presente invenção provê uma mangueira com um reforço de tecedura de fio híbrido tendo uma resistência à fadiga por impulso grandemente aperfeiçoada do que a mangueira convencional. Em outro teste menos rigoroso, durante teste de fadiga por impulso a 121°C (250°F) e 3,16 e 4,21 kg/cm², o Exemplo 6 apresentou um desenvolvimento de diâmetro de certo modo menor do que o comparativo 4 ou 5, mas todos os três sobreviveram a 300.000 ciclos de pulso.

TABELA 2

Exemplo	Material de Cordão	Torcedura	Resistência à Tração do Fio h Kgf (Ibf)	Resistência à Ruptura Original Pascal (kg/cm²)	Resistência¹ de Fadiga por Impulso (ciclos de pulsos)
Comparativo	TWARON®	0	31,30 (69)	881618,02	386
4				(8,99)
Comparativo	TECHNORA®	0	35,38 (78)	826700,77	1620; 2833
5				(8,43)
Comparativo	TECHNORA®/	118	35, 84 (79)	930651,28	>101.616;>102.600²
6	NOMEX	(3.0 z)		(9,49)
	®
¹ Conduzido a 551133,73 Pascal (5,62 kg/cm²); 150°C (302°F); 8 ciclos de pulsos/minuto;

120 ciclos de oscilação/minuto; mangueira de 40,6 cm (16 polegadas). ² Mangueiras do Exemplo 6 não falharam, teste abortado.

Petição 870180049737, de 11/06/2018, pág. 22/26

Embora as ilustrações providas acima descrevam mangueira de transferência de fluido especificamente de baixa pressão tendo elementos de reforço de tecedura, tubo, cobertura, aqueles de conhecimento comum na técnica pertinente considerarão prontamente que a presente invenção não é assim limitada; e que os benefícios da presente invenção poderiam ser derivados em qualquer aplicação, exigindo não somente um alto grau de durabilidade (isto é, retenção da capacidade de pressão de estouro) e resistência à fadiga (por exemplo, resistência aos pulsos de pressão ou deformação por flexão) incluindo, por exemplo, mangueira hidráulica; mangueira usada em aplicações automotivas/de caminhão tal como radiador, admissão de ar, freio, ou mangueira de combustível e semelhante; manguei10 ra de transferência industrial para ar, vapor, água, produtos químicos e semelhantes; mangueiras envoltas; etc. Desse modo mediante construção do fio de um reforço para uma mangueira com fio híbrido de co-para-aramide/meta-aramide, a presente invenção provê um método de aumentar não apenas a resistência à fadiga por flexão como a durabilidade de uma mangueira, em comparação com a mangueira construída de acordo com técnicas de reforço convencionais.

Embora as modalidades dos artigos compreendendo o fio híbrido da presente invenção mostrado nos desenhos sejam de uma mangueira e de um sistema de mangueira, prevê-se que o fio híbrido da presente invenção também pode ser útil em prover cordões de condução de carga para pneus, molas pneumáticas, e outros artigos compostos de borracha sujeitos a cargas dinâmicas. A utilização de cordão de sustentação de carga em molas pneumáticas é descrita, por exemplo, na Patente dos Estados Unidos 4.954.194, e o conteúdo daquela publicação com relação à mesma é incorporado aqui como referência. A utilização de cordão de sustentação de carga para carcaça e/ou reforço de banda de rodagem em pneus é descrita, por exemplo, na Patente dos Estados Unidos 3.616.832, e o conteúdo daquela publicação com relação à mesma é incorporado aqui como referência.

Embora a presente invenção tenha sido descrita em detalhe com o propósito de ilustração, deve ser entendido que tal detalhe tem apenas aquela finalidade e que variações podem ser feitas na mesma por aqueles versados na técnica sem se afastar do escopo da presente invenção exceto conforme possa ser limitado pelas reivindicações. A invenção aqui revelada pode ser adequadamente praticada na ausência de qualquer elemento que não seja aqui especificamente revelado.

Petição 870180049737, de 11/06/2018, pág. 23/26

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Mangueira flexível (11) CARACTERIZADA por compreender um tubo (12), um tecido de malha (14), e uma cobertura (16); o tecido de malha (14) compreendendo um fio híbrido (30) compreendendo um primeiro fio de fibras de co-para-aramide e um segundo fio

5 de fibras de meta-aramide.
2. Mangueira, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que fibras em uma superfície do fio híbrido (30) compreendem ambas, fibras de co-paraaramide e fibras de meta-aramide.
3. Mangueira, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de 10 que o tecido de malha (14) se encontra embutido na mangueira (11) entre o tubo e a cobertura (16).
4. Mangueira (11), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o primeiro fio e o segundo fio são torcidos juntos em até 197 voltas por metro (
5 voltas por polegada).

15 5. Mangueira (11), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as fibras de co-para-aramide compreendem um copolímero de para-fenileno tereftalamida e 3,4-oxidifenileno tereftalamida, e em que as fibras de meta-aramida compreendem poli-meta-fenileno isoftalamida.
6. Mangueira (11), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato

20 de que o fio de co-para-aramide compreende fibra para-fenileno tereftalamida e 3,4oxidifenileno tereftalamidae o fio de meta-aramida compreende fibra poli-meta-fenileno isoftalamida.
7. Mangueira (11), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o primeiro fio e o segundo fio são torcidos juntos em 39 a 197 voltas por metro (1 a 5

25 voltas por polegada).
8. Mangueira (11), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o tecido de malha (14) compreende de 164 a 656 laços por metro (50 a 200 laços por 30,48 centímetros).
9. Mangueira (11), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato 30 de que o fio híbrido (30) compreende um fio de base não tendo tratamento de adesivo adicional para ligar as juntas às fibras ou para ligar o cordão ao corpo.
10. Mangueira (
11), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pela forma de uma mangueira de radiador, mangueira de refrigerante, mangueira de aquecedor, ou mangueira refrigeradores de ar de carga (CAC).

35 11. Método CARACTERIZADO por compreender:

combinar ao menos um primeiro fio de base compreendendo co-para-aramide e um segundo fio de base compreendendo meta-aramide para formar um fio híbrido (30);

Petição 870180049737, de 11/06/2018, pág. 24/26 formar um tubo;

tecer o fio híbrido (30) para formar uma camada de tecido de reforço (14) no tubo; e formar uma cobertura (16) em torno do tubo e da camada de tecido.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que 5 a combinação compreende torcer juntos os fios de base a uma torção de até 197 voltas por metro (5 TPI).
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a tecedura compreende de 164 a 656 laços por metro (50 a 200 laços por 30,48 centímetros).

10
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro fio de base compreende fibra para-fenileno tereftalamida e 3,4-oxidifenileno tereftalamidae o segundo fio de base compreende fibra poli-meta-fenileno isoftalamida.
15. Mangueira (11) de transferência de fluido de baixa pressão, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA por compreender um tubo, uma cobertura (16), e um

15 reforço de tecido de malha (14) como o reforço principal (14); o reforço de tecido (14) embutido entre a cobertura (16) e o tubo e compreendendo um fio híbrido (30) compreendendo um primeiro fio de base de fibras para-fenileno tereftalamida e 3,4-oxidifenileno tereftalamida e um segundo fio de base de fibras poli-meta-fenileno isoftalamida; o primeiro fio e o segundo fio torcidos juntos com 39 a 197 voltas por metro (1 a 5 voltas por polegada); e o reforço

20 de tecido (14) compreendendo de 164 a 656 laços por metro (50 a 200 laços por 30,48 centímetros).
16. Mangueira (11), de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADA pelo fato de que o tubo compreende terpolímeros de etileno propileno dieno (EPDM) ou polietileno clorado (CPE) e a cobertura (16) compreende terpolímeros de etileno propileno dieno

25 (EPDM) ou polietileno clorado (CPE).

Petição 870180049737, de 11/06/2018, pág. 25/26