ES2198806T3 - Neumatico con composicion del caucho de la tela para carcasas. - Google Patents
Neumatico con composicion del caucho de la tela para carcasas.Info
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Abstract
LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN NEUMATICO CON UNA CARCASA FORMADA POR VARIOS PLIEGUES COMPONENTES, QUE TIENE UNA COMPOSICION DE CAUCHO DE UN CONTENIDO RELATIVAMENTE BAJO DE NEGRO CARBON, TENIENDO EL NEGRO CARBON UNA ESTRUCTURA Y TAMAÑO DE PARTICULAS DETERMINADOS.
Description
Neumático con composición del caucho de la tela
para carcasas.
Esta invención se refiere a un neumático con un
componente de la tela de la carcasa con una composición de caucho
de bajo contenido en negro carbón, donde el negro carbón tiene una
estructura y un tamaño de partícula definidos.
Los neumáticos de caucho se preparan normalmente
con una banda de rodadura y una carcasa de soporte de caucho. La
carcasa está compuesta normalmente por una o varias telas
recauchutadas reforzadas con cordones. Esta construcción es muy
conocida por los expertos en esta técnica.
Aquí, se desea proporcionar una composición de
caucho de este tipo con un contenido de refuerzo de negro carbón
relativamente bajo, en una gama de 15 a 35 phr, y con ausencia, o
al menos ausencia importante, de sílice y del agente de adherencia
que acompaña al sílice.
Se reconoce que en la patente
US-A-5 396 940 se describe una
composición de tela para carcasas de caucho compuesta por:
5-95 phr de caucho natural epoxidado,
5-85 phr de sílice, un adherente de sílice, negro
carbón, que puede ser un negro carbón como por ejemplo el N299, el
cual puede también contener 95-5 phr de otros
cauchos, incluyendo caucho natural y caucho cis
1,4-polibutadieno.
En la descripción de esta invención, cuando se
utiliza el término "phr" se refiere a "partes de material en
peso por 100 partes en peso de caucho".
Según esta invención, se proporciona un neumático
compuesto por una banda de rodadura una carcasa de soporte, donde
dicha carcasa contiene al menos una tela que consta de una
composición de caucho reforzada con cordones, tal y como se define
en las reivindicaciones.
En la práctica, con frecuencia, la composición
del caucho para la tela de la carcasa se denomina recubrimiento de
la tela.
Normalmente, el componente de la tela para la
carcasa del neumático es un elemento de la carcasa del neumático
reforzado con cordones. Con frecuencia, se utilizan dos o más
componentes de tela para carcasas para una carcasa de neumático. De
forma convencional, el propio componente de la tela para carcasas
es un componente reforzado con un cordón múltiple en el cual se
introducen los cordones en una composición de caucho a la que se
denomina normalmente como recubrimiento de la tela. La composición
de recubrimiento de caucho se aplica normalmente calandrando el
caucho sobre los diversos cordones cuando éstos pasan sobre,
alrededor y a través de rodillos cilíndricos, metálicos, giratorios,
calentados y relativamente grandes. Dicho componente de la tela
para carcasas de neumáticos, así como el método de calandrado para
la aplicación de la composición del caucho del recubrimiento de la
tela son muy conocidos por los expertos en la técnica.
La importancia de utilizar un nivel relativamente
bajo de refuerzo de negro carbón para el recubrimiento de la tela,
es intentar obtener un valor de rebote elevado y una histéresis
relativamente baja en la composición del caucho, con lo cual se
pretende, en última instancia, mejorar (reducir) la resistencia a la
rodadura del neumático. Puesto que se va a utilizar una cantidad
relativamente baja de refuerzo de negro de carbón, se decidió
probar un negro carbón más estructurado (con un refuerzo más
elevado) que el que se usaría en un caucho de una tela de carcasa,
preferiblemente el tipo de caucho que se puede emplear en una
composición de caucho de una banda de rodadura para neumáticos.
Es importante utilizar caucho natural en el
recubrimiento de la tela para intentar obtener una resistencia a la
cizalladura relativamente elevada, una histéresis baja y una buena
procesabilidad durante el calandrado del recubrimiento de la tela
sobre el refuerzo del cordón.
Se desea utilizar caucho cis
1,4-polibutadieno como elastómero en la composición
del caucho del recubrimiento de la tela para contribuir a una
histéresis relativamente baja y a un envejecimiento del compuesto
mejorado.
Es importante utilizar ácido resínico en la
composición del caucho del recubrimiento de la tela para intentar
obtener una buena adhesión de la vulcanización a los cordones de la
tela manteniendo una buena adherencia, original y duradera. Se
pueden utilizar varios ácidos resínicos, particularmente ácidos
resínicos de origen natural, aunque pueden estar un poco refinados.
Unos ejemplos representativos de estos ácidos resínicos son la
resina de la madera, la resina de tall oil y la gomorresina.
Estos ácidos resínicos y su utilización en composiciones de caucho
son muy conocidos por los expertos en esta técnica.
\newpage
En una práctica de esta invención, se prefiere la
utilización de ácido resínico en lugar de resinas fenólicas más
convencionales, las cuales se utilizan con mayor frecuencia para
aumentar la adherencia de una composición de caucho. Esto se debe a
que para cumplir con los objetivos de esta invención, se considera
que estas resinas fenólicas proporcionan la adherencia de la
construcción necesaria, pero se ha constatado que provocan una
reducción en la adhesión del cordón.
Para la práctica de esta invención, se pretende
no utilizar un refuerzo de sílice, al menos no una cantidad
sustancial de sílice (10 phr, 5 phr o menos y preferiblemente una
cantidad nula), puesto que para esta invención se pretende que la
cantidad de la carga de refuerzo, incluyendo el negro carbón
especifico, se mantenga relativamente baja. En consecuencia, se
desea un mayor efecto del refuerzo del negro carbón, en particular,
un negro carbón de estructura relativamente elevada, para compensar
la utilización de una cantidad relativamente baja de negro
carbón.
También se pretende no utilizar un caucho natural
epoxidado para la composición del caucho de la tela para carcasas
porque se cree que este caucho tendería a provocar una histéresis
más elevada e indeseable para la composición del caucho de la tela
para carcasas.
En consecuencia, para la práctica de esta
invención, es preferible que la composición del caucho de la tela
para carcasas excluya cualquier cantidad apreciable, y en
particular cualquier cantidad de (1) caucho natural epoxidado, (2)
agentes de adherencia fenólicos, particularmente fenólicos
sintéticos, (3) sílice, (4) agente de adherencia del sílice y/o (5)
otro negro carbón con un valor de DBP inferior a 100 cm^{3}/100g
y un valor del índice de yodo inferior a 90 g/kg.
Si se desea, se pueden incluir hasta 10 phr, así
como entre 5 y 10, de un caucho adicional en la composición del
caucho del recubrimiento de la tela seleccionado a partir de, al
menos, caucho de polibutadieno con un contenido medio de vinilo
(40-60 por ciento de vinilo), caucho de
estireno-butadieno, caucho de
estireno-isopreno o caucho de
estireno-isopreno-butadieno.
Las caracterizaciones del DBP y el valor de yodo
del negro carbón son muy conocidas y se pueden encontrar
referencias de estos valores relativos al negro carbón y de los
métodos ASTM para su determinación en The
Vanderbilt,
\breakRubber Handbook, 13^{th} edition (1990), páginas 416-419.
En general, el valor de DBP tiende a referirse a
lo que se conoce como estructura del negro carbón. Normalmente, se
utiliza un negro carbón de estructura relativamente elevada para
reforzar las composiciones del caucho de las bandas de rodadura del
neumático, tales como un valor de DBP (dibutilftalato) en una gama
entre 100 y 160 cm^{3}/100g. Normalmente, las composiciones de
caucho de las telas para carcasas utilizan un refuerzo de negro
carbón de estructura inferior como, por ejemplo, un valor de DBP en
una gama de 80 a 100 cm^{3}/100g.
Significativamente, para cumplir los objetivos de
esta invención, se utiliza un nivel de negro carbón relativamente
bajo para la composición del caucho de la tela para carcasas con el
fin de intentar conseguir un mayor rebote y una histéresis
reducida.
En consecuencia, aquí se prevé la utilización de
una estructura superior del negro carbón con un valor de DBP en una
gama entre 110 y 135 cm^{3}/100g para proporcionar un refuerzo
suficiente.
Además, se desea utilizar un refuerzo de negro
carbón con un tamaño de partícula más fino que el que se suele
utilizar normalmente para una composición del caucho de la tela
para carcasas, tal y como indica el valor del índice de yodo del
negro carbón que, a su vez, es un indicador del área de
superficie.
De forma significativa, el negro carbón empleado
para reforzar la tela para carcasas tiene normalmente un tamaño de
partícula relativamente grande caracterizado por tener un valor del
índice de yodo en una gama de 30 a 60 g/kg., mientras que, con
frecuencia, se utiliza un negro carbón más pequeño en el caucho de
las bandas de rodadura con un valor del índice de yodo en una gama
de 80 a 140 g/kg.
Para esta invención, se prevé la utilización de
un negro carbón inferior al utilizado normalmente en las telas de
la carcasa, con un valor del índice de yodo en una gama de 90 a 120
g/kg.
En la práctica, se pueden utilizar cordones con
diferentes composiciones para la tela para carcasas, como
poliéster, aramida y nilón, sin descartar otros. Estos cordones y
su fabricación, ya sea como monofilamentos o filamentos retorcidos,
son de sobra conocidos por los expertos en la técnica.
Se reconoce que se pueden emplear ingredientes de
mezcla convencionales para la preparación de la composición del
caucho para el recubrimiento de la tela. El recubrimiento de la
tela, en el neumático terminado, es un componente del neumático de
azufre vulcanizado. Por ejemplo, la composición del caucho del
recubrimiento de la tela vulcanizada con azufre puede contener
varios aditivos convencionales, entre los que se incluyen agentes
de refuerzo, productos de relleno, productos peptizantes,
pigmentos, ácido esteárico, aceleradores, agentes de vulcanización
del azufre, antiozonantes, antioxidantes, aceites de tratamiento,
activadores, iniciadores, plastificantes, ceras, inhibidores de la
pre-vulcanización, aceites diluyentes y similares.
Ejemplos representativos de aceleradores convencionales pueden ser:
aminas, guanidinas, tioureas, tiolos, tiuramos, sulfenamidas,
ditiocarbamatos y xantatos, los cuales normalmente se añaden en
unas cantidades entre 0.2 y 3 phr. Ejemplos representativos de los
agentes de vulcanización del azufre son azufre elemental (azufre
libre) o agentes vulcanizantes donantes de azufre, por ejemplo:
disulfuro de amina, polisulfuro polimérico o aductos de la olefina
de azufre. La cantidad de agente de vulcanización del azufre
variará dependiendo del tipo de caucho y del tipo particular de
agente de vulcanización del azufre utilizado pero, por lo general,
variará entre 0.1 phr y 3 phr, prefiriéndose una gama entre 0.5 y 2
phr. Ejemplos representativos de agentes conservantes que pueden
incluirse en la composición del caucho son: monofenoles,
bisfenoles, tiobisfenoles, polifenoles, derivados de la
hidroquinona, fosfitas, mezclas de fosfato, tioésteres,
naftilaminas, aminas de difenol así como otros derivados de diaril
amina, diaminas parafenileno, quinolinas y aminas mezcladas. Por lo
general, los agentes conservantes se usan en una cantidad que varía
entre 0.1 phr y 10 phr, prefiriéndose una gama entre 2 y 6 phr. No
obstante, no son deseables los agentes conservantes basados en
amina para la práctica de esta invención. Un ejemplo representativo
de un agente peptizante que se puede utilizar es el
pentaclorofenol, que puede emplearse en una cantidad que varia entre
0.1 phr y 0.4 phr, siendo preferida una gama entre 0.2 y 0.3 phr.
Ejemplos representativos de los aceites de tratamiento que pueden
emplearse en la composición del caucho de la presente invención son
los aceites alifáticos, nafténicos y aromáticos. Los aceites de
tratamiento pueden emplearse en una cantidad convencional que varía
entre 0 y 30 phr, siendo normalmente preferida una gama entre 5 y
15 phr. Normalmente, se emplean los iniciadores en una cantidad
convencional que varia entre 1 y 4 phr, siendo preferida una gama
entre 2 y 3 phr.
Los aceleradores pueden emplearse en una cantidad
convencional. En los casos en los que sólo se emplee un acelerador
primario, las cantidades variarán entre 0.5 y 2 phr. En los casos
en los que se utilicen combinaciones de dos o más aceleradores, se
utilizará generalmente el acelerador primario en una cantidad entre
0.5 y 1.5 phr y un acelerador secundario en una cantidad entre 0.1 y
0.5 phr. Se sabe que las combinaciones de aceleradores producen un
efecto sinergístico. Unos tipos adecuados de aceleradores
convencionales son: aminas, disulfuros, guanidinas, tioureas,
tiazoles, tiuramos, sulfenamidas, ditiocarbamatos y xantatos.
Preferiblemente, el acelerador primario es una sulfenamida. En caso
de que se utilice un acelerador secundario, preferiblemente se
tratará de una guanidina, un ditiocarbamato o un compuesto de
tiouramo.
Normalmente los neumáticos están compuestos por
una carcasa generalmente de forma toroidal con una banda de
rodadura circunferencial externa que se adapta al suelo poniendo en
contacto el espacio entre los talones y las paredes laterales que
se extienden radialmente a partir de estos, poniendo en contacto
esta banda de rodadura con estos talones. La banda de rodadura puede
ser construida, formada, moldeada y vulcanizada mediante varios
métodos que serán fácilmente evidentes para los expertos en la
técnica.
La composición del caucho de la tela vulcanizada
con azufre de la presente invención puede ser incluida y adherida
en otras composiciones del caucho del sustrato de la carcasa del
neumático.
A continuación, se ilustra la práctica de esta
invención con referencia a los ejemplos siguientes destinados a ser
representativos, más que restrictivos, del objetivo de la
invención. A menos que se indique lo contrario, todas las partes y
los porcentajes se dan en peso.
Se prepararon composiciones de caucho conteniendo
los materiales indicados en la Tabla 1 en un BR Banburi usando tres
fases separadas de adición, en concreto una fase de mezcla
no-productiva durante un total de 4 minutos a una
temperatura de 160°C, seguida de una fase de mezcla productiva
durante 2 minutos a una temperatura de 105°C en la que se añadió el
azufre y los agentes vulcanizantes. Los términos
"no-productivo" y "productivo", tal y como
se utilizan para las fases de mezcla para mezclar las composiciones
de caucho, son muy conocidos por los expertos en esta técnica.
La Tabla 1, a continuación, ilustra las
composiciones del caucho, donde la composición A representa un
control (Ctrl A); las composiciones B y C representan otras
preparaciones de muestra (Exp b y Exp C) y la composición
experimental D (Exp D) representa una composición de acuerdo con
esta invención.
| Material | Ctrl A | Exp B | Exp C | Exp D |
| Fase de mezcla productiva | ||||
| Caucho natural^{1} | 70 | 70 | 70 | 70 |
| Cis 1,4-polibutadieno^{2} | 0 | 30 | 30 | 30 |
| Emulsión de SBR^{3} | 30 | 0 | 0 | 0 |
| Negro Carbón, N660 | 60 | 0 | 0 | 0 |
| Material | Ctrl A | Exp B | Exp C | Exp D |
| Negro Carbón, N299 | 0 | 28 | 28 | 28 |
| Aceite de tratamiento^{4} | 14.9 | 10 | 10 | 10 |
| Fase de mezcla productiva | ||||
| Agente conservante fenólico^{5} | 3.5 | 4.0 | 0 | 0 |
| Ácido resínico^{6} | 0 | 0 | 0 | 4 |
| Estadio de mezcla productivo | ||||
| Óxido de zinc | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Azufre | 2.1 | 2.4 | 2.4 | 2.4 |
| Acelerador(es) de sulfenamida | 1.6 | 1.8 | 1.8 | 1.8 |
| (1) Cis 1,4-poliisopreno. | ||||
| (2) Obtenido como BUDENE® 1208 por The Goodyear Tire \textamp Rubber Company. | ||||
| (3) Obtenido como PLF 1778 por The Goodyear Tire \textamp Rubber Company-contiene 37.5 phr de aceite de | ||||
| tratamiento naftalina/parafínico y un 23,5 por ciento de estireno con una viscosidad de Mooney(ML1+4) | ||||
| de 50. En la Tabla 1 se incluye en peso seco. | ||||
| (4) Otro aceite de procesamiento del caucho nafténico/parafínico. | ||||
| (5) Obtenido como SP-1068 por Schenectedly Chemical Company. | ||||
| (6) Gomorresina china blanca de agua natural obtenida por la compañía Harwick. |
Las composiciones de caucho fueron vulcanizadas
durante 18 minutos a una temperatura de 150°C. A continuación se
muestran las propiedades físicas de las composiciones de caucho en
la Tabla 2.
| Material | Ctrl A | Exp B | Exp C | Exp D |
| Reómetro, 170°C | ||||
| Torsión máxima (MPa) | 30.3 | 33.8 | 36.8 | 31.0 |
| Torsión mínima (MPa) | 5.5 | 6.2 | 7.0 | 5.5 |
| T_{90}, minutos | 2.9 | 2.8 | 2.8 | 3.3 |
| Tensión-Deformación | ||||
| Resistencia, Mpa | 17.0 | 15.6 | 14.6 | 15.4 |
| Alargamiento a la rotura, % | 525 | 577 | 490 | 591 |
| Módulo 300%, MPa | 8.7 | 5.2 | 6.6 | 4.9 |
| Dureza, gama Shore A | ||||
| 100°C | 50 | 46 | 58 | 46 |
| Rebote | ||||
| 100°C | 68 | 74 | 77 | 73 |
| Material | Ctrl A | Exp B | Exp C | Exp D |
| Adhesión al pelado (desgarre)^{1} | ||||
| Newtons | 89 | 67 | 60 | 81 |
| Adherencia (MPa) | ||||
| Original | 10 | 16 | 9 | 17 |
| 7 días después, a 23°C | 20 | 21 | 2 | 20 |
| Adhesión del cordón de poliester^{1} | ||||
| Newtons | 116 | 88 | 110 | 129 |
| Porcentaje de cobertura | 100 | 70 | 100 | 100 |
| Flexión de la ranura perforada | ||||
| 120/180/240 minutos, Falla o pulgadas de | 1.6/F/- | 1.3/F/- | F/-/- | 0.54/1.4/F |
| propagación de la grieta | ||||
| (1) Las pruebas de adhesión al pelado y de adhesión del cordón se describen en la patente estadounidense | ||||
| U.S.A. 5 328 963. |
Estos resultados muestran que la composición del
caucho del recubrimiento de la tela, de caucho natural/caucho
polibutadieno, con un nivel de negro carbón relativamente bajo
definido (28 phr) junto con un ácido resínico, representada por el
Exp D, demostró una buena adherencia, útil para la construcción de
neumáticos, una adhesión del cordón elevada útil para la durabilidad
del componente del neumático y un valor deseable de rebote elevado
útil para aumentar la resistencia a la rodadura de un
neumático.
Los resultados también indicaron que la muestra
Exp D tenía la mejor resistencia a la fatiga de la flexión según la
prueba de flexión de la ranura, considerada por la presente como un
valor beneficioso para una composición del caucho de la banda de
rodadura de un neumático.
Claims (8)
1. Neumático compuesto por una banda de rodadura
y una carcasa de soporte, donde dicha carcasa contiene al menos una
tela para carcasas compuesta por una composición de caucho
reforzada con cordones, caracterizado por el hecho de que
dicha composición de caucho de la tela para carcasas está compuesta,
sobre la base de 100 phr de caucho, por: (A) 60 a 90 phr de caucho
natural cis 1,4-poliisopreno 10 a 40 phr de caucho
cis 1,4-polibutadieno, (B) 15 a 35 phr de negro
carbón con un valor de DBP en una gama de 110 a 135 cm^{3}/100g y
un valor de adsorción de yodo en una gama de 90 a 120 g/kg., y (C)
2 a 8 phr de ácido resínico;
donde dicha composición de caucho de la tela para
carcasas excluye cualquier cantidad apreciable de caucho natural
epoxidado; y
donde dicha composición de caucho de la tela para
carcasas excluye cualquier cantidad apreciable de sílice y del
agente de adherencia del sílice.
2. Neumático según la reivindicación 1
caracterizado por el hecho de que para dicha composición del
caucho de la tela para carcasas, dicho ácido resínico es un ácido
resínico natural seleccionado a partir de una resina de madera, una
resina tall oil o una gomorresina.
3. Neumático según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes caracterizado por el hecho de
que dicha composición del caucho de la tela para carcasas excluye
cualquier cantidad apreciable de un agente adhesivo fenólico.
4. Neumático según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes caracterizado por el hecho de
que dicha composición del caucho de la tela para carcasas excluye
cualquier cantidad apreciable de un refuerzo de negro carbón con un
valor de DBP inferior a 110 cm^{3}/100 g y un valor del índice de
yodo inferior a 90 g/kg.
5. Neumático según la reivindicación 1
caracterizado por el hecho de que dicha composición del
caucho de la tela para carcasas excluye cualquier cantidad
apreciable de caucho natural epoxidado, de un agente adhesivo
fenólico, de un refuerzo de sílice y de negro carbón con un valor
de DBP inferior a 110 cm^{3}/100 g y un valor del índice de yodo
inferior a 90 g/kg., y donde dicho ácido resínico está seleccionado
a partir de al menos una resina de madera, una resina tall
oil o una gomorresina.
6. Neumático según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes caracterizado por el hecho de
que dicho refuerzo del cordón para dicha tela para carcasas está
seleccionado de al menos un cordón de poliéster, de aramida o de
nilón.
7. Neumático según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes caracterizado por el hecho de
que dicha composición de caucho de la tela para carcasas contiene
entre 5 y 10 phr de al menos un elastómero adicional seleccionado a
partir de al menos un caucho polibutadieno con un contenido medio
de vinilo (40 al 60 por ciento de vinilo), un caucho de
estireno/butadieno, un caucho de estireno/isopreno o un caucho de
estireno/isopreno/butadieno.
8. Neumático según la reivindicación 1
caracterizado por el hecho de que dicha composición de la
tela para carcasas contiene entre 15 y 30 phr de dicho negro carbón
y no incluye caucho natural epoxidado, agente adhesivo fenólico,
sílice ni refuerzo de negro carbón con un valor de DBP inferior a
110 cm^{3}/100g y un valor del índice de yodo inferior a 90
g/kg.
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