ES2208295T3 - Procedimiento para la produccion de un compuesto de goma reforzado con silice. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricación de un compuesto para neumático, que comprende, como mínimo, un polímero base, un material de relleno reforzador de sílice, un agente capturador de sílice y más productos y aditivos de procedimiento, comprendiendo dicho procedimiento al menos una primera fase de procesado de dichos ingredientes para producir una mezcla y al menos una segunda fase de procesado de dichos ingredientes para añadirle un sistema reticulante a la citada mezcla y producir dicho compuesto, siendo llevada a cabo al menos la citada primera fase de procesado en un mezclador cerrado que comprende un recipiente en cuyo interior rotan un par de rotores, una tolva para introducir los citados ingredientes, un pistón localizado por encima del citado recipiente, el cual puede desplazarse hacia o desde dicho par de rotores para presionar a los citados ingredientes entre los rotores y una salida situada debajo de dicho recipiente para descargar la citada mezcla, siendo identificado dicho procedimiento por al menos dos parámetros indirectos de procedimiento, a saber la potencia absorbida por dicho par de rotores y la temperatura de la citada mezcla y por al menos dos parámetros directos del procedimiento, a saber, el número de rotaciones de dicho par de rotores y la presión ejercida por dicho pistón, comprendiendo el citado procedimiento las fases de: - comprobar, durante el ciclo de fabricación, al menos los valores de los dos parámetros indirectos del procedimiento, con un intervalo entre dos comprobaciones sucesivas no superior a los dos minutos, - controlar el cambio variable de dichos valores, por medio de la variación de al menos uno de dichos parámetros directos del procedimiento, con el fin de mantener los valores de cada uno de dichos parámetros indirectos dentro de sus respectivos rangos de valores predeterminados, - comprendiendo dicha primera fase de procesado de los citados ingredientes una fase de silicización seguida de una fase de silanización, siendo llevada a cabo dicha fase de silicización a una temperatura sustancialmente creciente, siendo llevada a cabo dicha fase de silanización a temperatura sustancialmente constante.

Description

Procedimiento para la producción de un compuesto de goma reforzado con sílice.

La presente invención está relacionada con un procedimiento para la producción de un compuesto de caucho que incorpora sílice y, más particularmente, con un procedimiento para controlar los parámetros del procedimiento durante el procesado mecánico de este compuesto en un mezclador de lote cerrado.

De ahora en adelante, a través de la expresión "mezclador de lote cerrado" se quiere dar a entender un dispositivo que comprende un recipiente cerrado en cuyo interior se aloja un par de rotores que rotan en direcciones contrarias, para mezclar los diversos ingredientes de un compuesto. El dispositivo comprende además un cilindro neumático localizado en la parte superior del recipiente, el pistón del cual es conducido hacia arriba para abrir el recipiente y permitir la introducción de los ingredientes del compuesto a partir de las tolvas de llenado adecuadas o hacia abajo para ejercer una presión sobre el material que está siendo procesado en el recipiente, por encima del par de rotores.

Un sistema neumático colocado en el fondo del recipiente permite que el compuesto pueda ser vaciado al exterior a la finalización del ciclo del proceso, a través de la abertura de una salida adecuada.

Dispositivos del tipo mencionado anteriormente son conocidos desde hace tiempo, en particular, existen dispositivos del tipo "Banbury®", los cuales procesan el material por medio de un par de rotores tangenciales, mientras que diferentes dispositivos conocidos con el nombre de "Intermix"® procesan al material por medio de un par de rotores de toma constante.

Un compuesto de caucho que puede ser preparado a través del procedimiento de la invención es del tipo de los que comprenden una base de polímero de cadena insaturada el cual puede ser reticulado en caliente con azufre, y añadido a al menos un material de relleno de a base de sílice y a un agente capturador de sílice que contiene al menos un átomo de azufre.

Con la expresión "polímero de base de cadena insaturada reticulable", en la descripción que sigue y en las reivindicaciones, se quiere dar a entender cualquier polímero no reticulado de origen natural o sintético, o una mezcla de polímeros capaces de adquirir la totalidad de las propiedades fisicoquímicas y mecánicas de los elastómeros después de la reticulación (vulcanización) con sistemas basados en azufre.

En la descripción que sigue a continuación y en las subsiguientes reivindicaciones, el término "material de relleno de refuerzo basado en sílice" se quiere dar a entender un agente reforzante basado en dióxido de silicio (sílice), silicatos o mezclas de los mismos, con un área superficial, medida a través del procedimiento BET, comprendida entre 80 y 220 m^{2}/g, preferiblemente entre 160 y 180 m^{2}/g.

Como es sabido, los compuestos reforzados con materiales de relleno de sílice son especialmente utilizados en la producción de cauchos semi-acabados para neumáticos, en particular bandas de rodadura, debido a que estos compuestos permiten una reducción de la resistencia de los neumáticos al rodamiento cuando la sílice se encuentra químicamente unida al polímero de base, después de las subsiguientes reacciones con un aglutinante preparado a partir de un silano.

La presente invención está basada en la percepción del problema de la uniformidad y reproducibilidad de las propiedades mecánicas y reométricas de un compuesto generado para cantidades finitas y secuenciales, dependiente de los valores de determinados parámetros del procedimiento, los cuales pueden variar continuamente durante el mismo.

En general, se considera que las dificultades en el procesado de los compuestos que incorporan sílice se basan en el hecho de que la buena homogeneización de la sílice en el polímero requeriría un procesado mecánico enérgico, con el consiguiente desarrollo de temperaturas elevadas, mientras que la reacción del silano con el polímero y con la sílice debe llevarse a cabo en condiciones de temperatura más controladas, con vistas a no iniciar una prematura reticulación del silano.

De ahora en adelante, al material que esté siendo procesado durante las diversas fases de confección de composición y de enfriamiento se le identificará como la mezcla, mientras que a la mezcla descargada a la finalización del ciclo de procesado, generalmente después de añadir también el sistema de vulcanización, se la identificará como el compuesto.

En la publicación "Silica based tread compounds: Background and performances", página 14, Tabla IV, publicado por Degussa con ocasión de la conferencia Tyretech' 96, celebrada en Basilea entre el 28 y el 29 de Octubre de 1993, se proporciona un procedimiento general para el procesado mecánico de un compuesto de caucho con sílice y silano.

Según este procedimiento, la sílice y el silano son cargados simultáneamente en el compuesto que está siendo procesado, el cual es mezclado mientras se mantiene la temperatura de procesado por debajo de 160-165ºC, con vistas a evitar el reticulado prematuro del silano como consecuencia de la superación de esta temperatura.

La patente USA 5.227.425 describe un procedimiento para la producción de bandas de rodadura obtenidas por mezclado de un polímero de base con un elevado contenido en sílice y adición de un silano. El polímero de base se obtiene a partir de un dieno conjugado con un compuesto vinilaromático: el dieno presenta un contenido en grupos vinilo comprendido entre el 5 y el 50%.

El polímero de base y la sílice son procesados mecánicamente en un mezclador de lote cerrado o en un extrusor, hasta que se alcanza la temperatura de al menos 130ºC, y preferiblemente entre 145 y 180ºC, pero sin exceder los 180ºC.

Según otro procedimiento, el polímero y la sílice son sometidos a procesado mecánico en dos fases separadas por una fase de enfriamiento.

En la primera fase de este último procedimiento, el polímero de base, la sílice y el aglutinante son sometidos a procesado mecánico hasta que se alcanza una temperatura superior a los 145ºC, preferiblemente entre 145 y 170ºC.

Una vez extraída esta mezcla del mezclador, la misma es enfriada hasta una temperatura situada por debajo de los 100ºC y preferiblemente no por encima de los 60ºC; esto es seguido después por una segunda fase de procesado mecánico en un mezclador de lotes con otros ingredientes, excluyendo los agentes de vulcanización, hasta que se alcanza de nuevo una temperatura comprendida entre 145 y 170ºC.

El sistema vulcanizante es añadido entonces a la mezcla por medio de una fase final de procesado mecánico, en un mezclador de dos cilindros abierto, a una temperatura situada por debajo de los 100ºC.

La solicitud de patente italiana Nº. 95IT-MI000359A, del Solicitante, describe un procedimiento en el cual, a los efectos de mejorar la dispersión de la sílice en el polímero de base, el polímero de base es mezclado primeramente con la sílice en un mezclador de lotes cerrado, hasta que se alcanza una temperatura de entre 165 y 180ºC, después de lo cual se enfría la mezcla hasta temperatura ambiente.

En una segunda fase, se añade el silano y se somete la mezcla a un nuevo mezclado íntimo, en un mezclador de lotes cerrado, hasta que se alcanza una temperatura de 135ºC, la mezcla es entonces enfriada de nuevo hasta temperatura ambiente.

En una fase final, los ingredientes del sistema de vulcanización son añadidos y se lleva a cabo un nuevo mezclado en un mezclador de lotes cerrado, sin exceder una temperatura de 110ºC.

Debe ser tenido en cuenta que las propiedades finales de un compuesto listo para ser utilizado y, por consiguiente, la calidad del producto acabado, dependen de no tan solo de su fórmula, sino también, en gran medida, de la consistencia de las propiedades de los ingredientes utilizados, los cuales pueden variar de un lote a otro, y de la consistencia del procesado particular que se lleve a cabo, identificado a través de valores de parámetros de procedimiento, los cuales puede variar aleatoriamente durante el procesado de la mezcla.

Por esta razón, a través del procedimiento que utiliza mezcladores de lotes se obtiene un compuesto de elevada calidad, generando en primer lugar un compuesto para prueba y comprobando las propiedades de un determinado número de muestras del citado compuesto después de la vulcanización y después, en el caso de que una o mas de estas propiedades resulte inaceptable, corrigiendo los valores de los diversos parámetros del procedimiento siempre y cuando ello resulte necesario mediante ensayo y error, hasta que se alcanza el resultado deseado.

Una vez los valores de los diversos parámetros del procedimiento han sido programados de la forma indicada anteriormente, se asegura la consistencia de las propiedades del compuesto producido, lo cual resulta necesario para asegurar que el producto presenta los requerimientos necesarios, llevando a cabo repetidas comprobaciones sobre las propiedades de tanto la mezcla como del compuesto final.

Desde el punto de vista del Solicitante, el problema que tiene que ser resuelto es ahora el de asegurar la reproducibilidad de la propiedades del compuesto aprobado, para la totalidad de compuestos idénticos producidos subsiguientemente, lote tras lote.

Actualmente, antes de aprobar al compuesto para un uso subsiguiente y de autorizar la producción de un nuevo lote, se llevan a cabo una banda de comprobaciones sobre las propiedades fisicoquímicas de la mezcla, esto conlleva largos tiempos de espera antes de conocer los resultados de las pruebas y el riesgo de que se generen grandes cantidades de material no adecuado, que tendrá que ser descartado, antes de ser capaces de averiguar esta no adecuabilidad.

En particular, la evaluación del resultado correcto para el procesado en lo concerniente a los compuestos que comprenden sílice y silano, requiere un gran número de controles sobre la materia prima y el compuesto vulcanizado.

La razón para esto, debe hacerse notar, reside en el hecho de que, con vistas a disponer de la capacidad de ser utilizado en un neumático, el compuesto final necesita demostrar una uniforme dispersión del material de relleno de sílice en el polímero de base, la cual puede ser obtenida durante el procesado de la mezcla en el mezclador de lotes y precisa haber sufrido una reacción química correcta entre la sílice y el silano.

La calidad y la variabilidad de producto que es vulcanizado, con los compuestos que incorporan la sílice y para cada una de las formulaciones de compuesto específicas, depende sustancialmente de la realización de estas fases de procedimiento, las cuales son respectivamente identificadas de aquí en adelante con los términos "silicización" y "silanización", los cuales o pueden ser encontrados en el procesado de otros polímeros a los cuales les son adicionados diversos ingredientes y otros materiales de relleno reforzadores diferentes a la sílice, por ejemplo, materiales de relleno convencionales de negro de carbón.

Llevando a cabo comprobaciones sistemáticas sobre los compuestos, se ha averiguado que las propiedades del compuesto consideradas aceptables pueden ubicarse dentro de una amplia banda de valores; en esencia, se ha encontrado una amplia variedad de estos valores, de tal forma que resulta sin embargo posible para dos compuestos, nominalmente idénticos pero fabricados uno después el otro, que aunque se comporten satisfactoriamente durante el uso, los mismos presenten propiedades que resultan muy diferentes las de uno en relación con las del otro.

Debe ser no obstante tenido en cuenta que el requisito fundamental para los neumáticos de cada uno de los tipos particulares es la reproducibilidad de las características de comportamiento.

Puramente a título de ejemplo, el mercado solicita específicamente neumáticos que presenten uniformes características de "manipulación", las cuales dependen, en gran medida, de la fuerza de deslizamiento desarrollada por el neumático.

La fuerza de deslizamiento depende, entre otras cosas, del módulo dinámico del compuesto de rodadura, el valor del cual está influenciado en gran manera por la variabilidad de los parámetros del procedimiento que controlan las fases mencionadas anteriormente de "silicización" y "silanización", respectivamente.

Desafortunadamente, tal como se ha manifestado, el procedimiento de la técnica anterior, basado en la comprobación posterior de los compuestos producidos, no hace posible el alcanzar, tal como sería deseable, en particular al respecto de los compuestos hacia los cuales va específicamente dirigida la presente invención, una elevada uniformidad de características de comportamiento entre los productos que incorporan estos compuestos, manufacturados unos después de otros, salvo que exista un estrechamiento en la banda de tolerancia aceptada y, por consiguiente, una selección incrementada de los compuestos producidos.

El Solicitante ha averiguado que resulta posible evitar tener que comprobar, de una manera sistemática, la aceptabilidad de las mezclas, y reducir el número de pruebas sobre el compuesto, al tiempo de reducir simultáneamente la variabilidad de las propiedades entre los productos vulcanizados que incorporan estos compuestos, a través de la resolución del problema aguas arriba, es decir, garantizando la calidad de los compuestos de partida controlando, de una forma continua, el procedimiento de procesado de la mezcla.

En un primer enfoque del problema, el Solicitante pensó que la solución podía estar en definir un perfil óptimo de la potencia absorbida y las temperaturas desarrolladas por la mezcla durante su procesado, en particular en las fases de "silicización" y "silanización", y en mantener el citado perfil dentro de los presentes límites, mediante el control de la potencia mecánica proporcionada a la mezcla, con vistas a controlar la temperatura alcanzada por la mezcla.

No obstante, se observó después que el control de la potencia mecánica absorbida por el mezclador no resultaba capaz, por si sola, de solucionar el problema dado que, debido a la inercia térmica de la mezcla y al sistema de medición de temperatura, no resultaba posible disponer de una indicación precisa, en tiempo real, al respecto del cambio real experimentado por la temperatura como resultado de la variación programada en la potencia mecánica proporcionada a la mezcla, con el riesgo de que la mezcla podría permanecer, durante un cierto periodo de tiempo, sometida a valores de temperatura no adecuados para el ciclo de procesado que estaba teniendo lugar.

Por ejemplo, un incremento en la potencia mecánica proporcionada a la mezcla en un momento preciso y durante un período programado, si bien proporcionaba un incremento en la temperatura deseado y necesario en esa particular fase de procesado de la mezcla, no excluía la posibilidad de que la variación en la temperatura mencionada anteriormente durante este período de tiempo pudiera haber sido demasiado grande, conduciendo a valores de temperatura que resultasen inaceptables en las fases subsiguientes del procesado de la mezcla.

Además, la mera observación de las variaciones de la temperatura, si bien constituye prueba de que había tendido lugar una variación en potencia mecánica absorbida por el mezclador, no hacía, no obstante, posible, valorar el valor exacto; la consecuencia de esto es que el ciclo de procesado en su totalidad podría haber incluido, sin necesidad, consumos de energía no queridos y, en algunos casos, excesivos.

La patente USA 4.455.091 está relacionada con un procedimiento para regular el procedimiento de mezclado de mezclas de caucho en un mezclador interno. A través de una combinación de un control a través de marcas de energía y de un control súper impuesto de seguimiento de la temperatura, en el cual la temperatura de mezclado es predeterminada como un patrón valor deseado como función de la energía específica suministrada a la mezcla, pueden mantenerse constantes los parámetros más importantes que determinan la calidad, a saber la energía específica suministrada y la temperatura, entre las cargas individuales durante un proceso de mezclado.

Restaba todavía el problema de cómo variar la temperatura de la mezcla de una manera lo suficientemente rápida, además de las variaciones en la potencia transferida, para ajustar su momento con las condiciones óptimas de procesado.

El Solicitante ha observado que la solución al problema puede encontrarse llevando a cabo una comprobación constante y simultánea en el tiempo, sobre los principales valores involucrados durante el ciclo de procesado de la mezcla en el mezclador cerrado, a saber, la potencia mecánica absorbida, regida por el número de rotaciones de los rotores, y la temperatura desarrollada por la mezcla, conjuntamente con el hecho de utilizar los movimientos del pistón en el cilindro presente en la tolva del mezclador, con vistas a ajustar de una manera continua, por medio de variaciones de la presión ejercida sobre la mezcla, los valores de la temperatura a los requisitos del presente ciclo de producción, con vistas a obtener una dispersión uniforme de la sílice en la mezcla y una reacción química suave entre el polímero, la sílice y el silano.

En un primer aspecto, la invención está relacionada con un procedimiento para la fabricación de un compuesto para neumático que comprende como mínimo un polímero de base, un material de relleno reforzador de sílice, un agente capturador de sílice y nuevos productos y aditivos de procesado, comprendiendo el citado procedimiento al menos una primera fase de procesado de los citados ingredientes para producir una mezcla y al menos una segunda fase de procesado de los citados ingredientes para añadir un sistema reticulador a la citada mezcla y producir el citado compuesto, siendo llevada a cabo al menos la citada primera fase de procesado en un mezclador cerrado que comprende un recipiente en cuyo interior rotan un par de rotores, una tolva para introducir los citados ingredientes, un pistón localizado por encima del citado recipiente el cual puede desplazarse hacia o desde el citado par de rotores para presionar a los citados ingredientes entre los rotores y una salida situada debajo del citado recipiente para descargar la citada mezcla, siendo el citado procedimiento identificado por al menos dos parámetros del procedimiento indirectos, a saber la potencia absorbida por el citado par de rotores y la temperatura de la citada mezcla y por al menos dos parámetros directos del proceso, a saber, el número de rotaciones del citado par de rotores y la presión ejercida por el citado pistón, comprendiendo el citado procedimiento las fases de:

-

comprobar, durante el ciclo de fabricación, al menos los valores de los citados dos parámetros del procedimiento indirectos, siendo el intervalo entre dos sucesivas comprobaciones no superior a los dos minutos,

-

controlar el cambio variable de los citados valores por medio de la variación de al menos uno de los citados parámetros directos del procedimiento, con vistas a mantener los valores de cada uno de los citados parámetros indirectos dentro de sus respectivas bandas de valores predeterminados.

En particular, el procedimiento es específicamente utilizado para la fabricación de compuestos que comprenden al menos los siguientes ingredientes, en cantidades variables, por cien partes en peso (phr)de polímero de base, entre los siguientes límites:

Polímero de base	100
Negro de carbón	0-80
Sílice	10-80
Agente capturador de sílice	4-15% de la sílice
Oxido de zinc (ZnO)	1-3
Ácido esteárico	0-3
Agentes anti-deteriorantes	1-3
Aceite plastificante	0-30
Cera anti-ozono	0,5-3
Ingredientes químicos específicos	0-15

De acuerdo con este aspecto de la invención, las bandas de valores para los citados parámetros del procedimiento son predeterminadas en relación con cada uno de los compuestos específicos que tienen que ser producidos.

El procedimiento para predeterminar las citadas bandas de valores comprende preferiblemente al menos las siguientes fases:

a)

determinar, en un compuesto de referencia específico, los valores promedio y la banda de tolerancia relacionada para los citados valores para una diversidad de propiedades, tanto para la mezcla en particular como para el compuesto, antes y después de la vulcanización;

b)

producir un compuesto de muestra utilizando parámetros de procedimiento iniciales seleccionados;

c)

comparar los valores de cada una de las citadas propiedades, medidos en el citado compuesto de muestra, con lo valores correspondientes del citado compuesto de referencia;

d)

modificar al menos uno de los parámetros del citado procedimiento iniciales, en relación con los valores medidos en el citado compuesto de muestra, los cuales pueden quedar fuera de las citadas bandas de tolerancia;

e)

repetir las fases b), c) y d) hasta que todos los valores para las citadas propiedades medidos en el citado compuesto de muestra se encuentren en el citado compuesto de muestra dentro de las citadas bandas predeterminadas de valores;

f)

establecer, como parámetros del procedimiento para cada uno de los compuestos específicos que tienen que ser producidos, los valores promedio y la banda de variabilidad de los citados parámetros del procedimiento, lo cual generará valores de las citadas propiedades medidos en el citado compuesto de muestra que estén dentro de las citadas bandas predeterminadas de valores.

El procedimiento conlleva preferiblemente la comprobación de los valores de viscosidad y el porcentaje de silano que ha reaccionado con la sílice, en la mezcla del compuesto de muestra, libre de sistema reticulante. Los valores de viscosidad y el porcentaje de silano reaccionado con la sílice son también preferiblemente comprobados en el compuesto de muestra, con anterioridad a la vulcanización, conjuntamente con los valores de determinadas propiedades reométricas.

Por último, los valores de densidad y los valores de un determinado número de propiedades dinamométricas, tales como dureza, módulo elástico, carga de rotura y alargamiento son comprobados preferiblemente sobre el compuesto de muestra después de la vulcanización.

En una realización preferida del procedimiento, la citada primera fase de procesado de los citados ingredientes comprende una fase de silicilización, seguida de una fase de silanización, siendo la citada fase de silicización llevada a cabo a una temperatura sustancialmente creciente, siendo la citada fase de silanización llevada a cabo a temperatura sustancialmente constante y, más preferiblemente, en combinación o de manera alternativa, con la velocidad de rotación de los citados rotores, sustancialmente constante.

Incluso más preferiblemente, la citada fase de silicilización comprende al menos tres ciclos de procesado llevados a cabo a diferentes velocidades de rotación de los citados rotores, con las citadas velocidades de rotación gradualmente descendiendo y con la citada sustancialmente creciente temperatura producida por medio de al menos tres picos de potencia suministrada.

Los citados picos de potencia son obtenidos preferiblemente a través del descenso del citado pistón hacia el par de rotores.

En un aspecto diferente, la invención está relacionada con un compuesto de caucho para neumáticos que comprende al menos los siguientes ingredientes, en cantidades variables, por cien partes en peso (phr) de polímero de base, entre los siguientes límites:

Polímero de base	100
Negro de carbón	0-80
Sílice	10-80
Agente capturador de sílice	4-15% de la sílice
Óxido de zinc (ZnO)	1-3
Ácido esteárico	0-3
Agentes anti-deteriorantes	1-3
Aceite plastificante	0-30
Cera anti-ozono	0,5-3
Ingredientes químicos específicos	0-1

El cual se caracteriza porqué es fabricado a través el procedimiento descrito anteriormente, según la invención.

En todavía otro aspecto, la invención está relacionada con un neumático para ruedas de vehículo, el cual esta provisto de una banda de rodadura obtenida a partir de un compuesto de caucho, que comprende un material de relleno de sílice en una cantidad comprendida entre 40 y 80 partes en peso por 100 partes en peso del polímero de base y un agente capturador de sílice en una cantidad comprendida entre el 4 y el 15% del material de relleno de sílice, caracterizado porqué el citado compuesto de caucho se produce a través del procedimiento de la invención.

En cualquier caso, con la ayuda de la descripción que sigue a continuación y de las figuras anexas, las cuales se proporcionan a título puramente ilustrativo y no limitativo, se obtendrá una comprensión mejor de la presente invención:

La Figura 1 es una representación esquemática de un mezclador de lotes cerrado conocido, con rotores de tipo tangencial, para llevar a cabo el procedimiento para la fabricación de compuestos según la invención;

La Figura 2 muestra, en un diagrama cartesiano, las variaciones en los valores de los parámetros del procedimiento principal, durante un ciclo de producción dentro del mezclador en la Figura 1.

El dispositivo 1 comprende un recipiente 2 de acero inoxidable, en cuyo interior giran un par de rotores 3, teniendo cada uno de ellos la forma de una espiral rota (no ilustrada) girando en direcciones contrarias el uno respecto del otro, una tolva para carga 4, un cilindro neumático o hidráulico 5 colocado en la parte superior del recipiente, una salida de descarga cerrada por un elemento de cierre 6 y colocada en el fondo del recipiente y un dispositivo 6' para actuar sobre el elemento de cierre con vistas a abrir y cerrar la salida.

El cilindro 5, a su vez, comprende un pistón, el cual se desplaza en sentido axial en relación con el cilindro y comprende una biela para pistón 7, terminada en un cabezal 8 diseñado para cerrar la cámara de trabajo después de la introducción de los diversos ingredientes y a mantener la mezcla del procedimiento 9 presionada entre los rotores y el recipiente.

La presión ejercida por el pistón sobre la mezcla que está siendo procesada entre los rotores puede ser controlada por medio de la variación de la carrera del pistón en relación con el cilindro, es decir, la posición del cabezal en relación con el recipiente, y expresada en términos de la citada carrera o de la citada posición o, alternativamente, variando directamente el valor de la presión específica ejercida por el pistón sobre el material que está siendo procesado, por medio del sistema (por ejemplo, el sistema hidráulico o el sistema neumático) para activar el pistón.

El procedimiento para el procesado mecánico de los materiales introducidos en el interior del mezclador 1 será ahora descrito con relación a las curvas de la Figura 2, las cuales se refieren a una formulación de un compuesto hipotético y son por consiguiente exclusivamente cualitativas en naturaleza, puramente a los efectos de ilustración: resulta claro que cada una de las formulaciones de compuesto específicas pueden tener su propio diagrama de
referencia.

La Figura 2 ilustra los principales parámetros del procedimiento directos e indirectos, frente al tiempo, en el transcurso de un ciclo de trabajo y, exclusivamente, la curva "n" del número de rotaciones del par de rotores, la curva "p" de la potencia mecánica absorbida por la mezcla durante el ciclo de trabajo, la curva "t" de la temperatura de la mezcla en el interior del dispositivo, estando la curva "e" relacionada con la energía consumida durante el ciclo de trabajo, conjuntamente con la secuencia de movimientos recíprocos del pistón presionante.

En la gráfica en la Figura 2, el eje y de la mano izquierda muestra las temperaturas y el número de rotaciones del par de rotores, el eje de la mano derecha la potencia y la energía; el eje x del fondo muestra el tiempo del ciclo total, medido en segundos, y el eje superior muestra el tiempo del ciclo total, medido en segundos y el eje superior muestra los tiempos parciales entre los movimientos sucesivos del pistón presionante.

La potencia es expresada en KW, las rotaciones de los rotores son expresadas en revoluciones por minuto y las temperaturas se dan en grados centígrados: para medir la temperatura pueden utilizarse termopares estándar normales, por ejemplo, termopares ordinarios construidos a partir de bimetal hierro-Constatan. Los termopares son colocados en el interior del contenedor, montados sobre los hombros y/o sobre el ápice de la cámara de cierre para la salida de descarga.

Los valores de temperatura son controlados de manera continua durante el procesado: los valores de temperatura reales de la mezcla durante el procesado, en relación con los leídos por los termopares pueden precisar ser incrementados entre un 5 y un 20%, en función de la fase de procesado y de los termopares utilizados.

La energía se determina por medio de la integral de la curva de potencia en función del tiempo: el instrumento integrante es equipado a los motores del mezclador.

Los parámetros de procedimiento indirectos, tales como la potencia absorbida por el par de rotores y la temperatura de la mezcla son objeto de comprobación durante la fase de procesado, según una secuencia de tiempo predeterminada con un intervalo entre dos comprobaciones sucesivas, el cual no resulta habitualmente superior a los dos minutos, preferiblemente no superior a los 30 segundos e incluso más preferiblemente, no superior a los 15 segundos, para que resulte posible corregir, en tiempo real, cualquier variación de las mismas dentro de los límites de las bandas de tolerancia permitidas.

Esta frecuencia es determinada en base al tipo de compuesto que se desea preparar, dado que está sustancialmente influenciada por la inercia térmica de la mezcla que sufre el procesado: a modo de ejemplo, se hace notar que para tipos específicos de compuestos de alta velocidad, el citado intervalo óptimo para comprobar la mezcla se demostró que era de aproximadamente 1 segundo.

Cuando resulte necesario o adecuado, estos parámetros de procedimiento indirectos son comprobados a incluso períodos de tiempo más cortos, por debajo de 1 segundo, durante las fases de procesado separadas mencionadas anteriormente, con vistas a minimizar la desviación de los valores para los citados parámetros del valor preestablecido promedio.

Los datos relativos a los valores de procedimiento medidos por los instrumentos mencionados anteriormente son dibujados, tal como se muestra en la Figura 2, utilizando cualquier instrumento de cualquier tipo disponible comercialmente.

A modo de guía no limitativa, el instrumento conocido como "Registratore Videografico RSX Progeny" [Registrador Videográfico Progeny RSX, comercializado por Leeds + Northrup, fue utilizado para dibujar la curvas en la Figura 2.

Este dispositivo se utiliza para registrar las curvas en la Figura 2 sobre el papel, así como para la gestión, registro y exposición de las curvas y datos del procedimiento.

Al inicio del ciclo de trabajo, el pistón se eleva completamente para permitir la introducción en el interior del mezclador de una carga de material que comprende, como mínimo, un polímero o una mezcla de polímeros, un material de relleno de sílice y un agente capturador de sílice. La cantidad de material cargado depende del volumen del mezclador y en este caso está preferiblemente comprendida entre 220 y 250 Kg y el tiempo de carga (t_{1}) es de aproximadamente 25 segundos.

Tal como se observa en el diagrama de la Figura 2, durante este período, la curva de la potencia mecánica absorbida muestra un valor mínimo debido al hecho de que el par de rotores, girando ya a una numero de revoluciones elevado y constante (por ejemplo, 40), todavía no ha iniciado el procesado de los materiales; En esta sección, la curva relacionada con la temperatura muestra una disminución debida al hecho de que los termopares miden la temperatura en el interior del recipiente, el cual es enfriado después de la anterior descarga de mezcla y la subsiguiente introducción de material fresco a temperatura ambiente.

La totalidad de la sílice puede ser introducida al inicio del ciclo de procesado o, preferiblemente, en al menos dos fases separadas del ciclo en cuestión.

El material introducido en el interior del dispositivo y descargado a partir del mezclador al finalizar el ciclo se define conjuntamente de ahora en adelante a través del término "mezcla".

Una vez el material ha sido depositado en el interior, se baja el pistón para comprimir al material dentro del recipiente; aquí y en el resto de la descripción, los movimientos del pistón son siempre considerados como instantáneos y se representan gráficamente en la Figura 2 a través de líneas rectas paralelas al eje y, con una flecha que indica la dirección de movimiento, apuntando el cierre hacia el eje x. Después de esta bajada, la potencia mecánica absorbida se incrementa rápidamente (A-B), hasta que la misma alcanza un valor pico (B), dado que los rotores, los cuales se mantienen girando a velocidad constante, ejercen la fuerza mínima para romper y mezclar conjuntamente los componentes de la mezcla, los cuales todavía presentan valores de viscosidad elevados y también la temperatura empieza a incrementarse. Subsiguientemente, en la medida en la que avanza el mezclado y el incremento de la temperatura, se reduce la viscosidad, al igual que lo hace la absorción de potencia, la cual cae hasta los valores más bajos (B-C), alcanzando el valor C a la finalización del período t_{2} (aproximadamente 40-50s).

En este punto, preferiblemente, el número de rotaciones de los rotores sufre un primer descenso (de aproximadamente el 10%) y el pistón es elevado simultáneamente, de tal manera que la potencia absorbida cae hasta el valor D: no obstante, al cabo de un momento, el pistón se desplaza una vez más hacia abajo (t_{3}), traduciéndose en un pico E de potencia absorbida, después de lo cual el valor cae de nuevo (durante t_{4}) hasta F, debido al descenso gradual en la viscosidad, la cual está también asociada con el continuo incremento en la temperatura, que alcanza un valor de aproximadamente 90ºC.

La elevación del pistón tiene también el efecto de impulsar hacia los rotores aquellas partes de la carga que, después de escaparse de la carga en forma de polvo, entre el cuerpo del pistón y las paredes del recipiente, se han acumulado sobre la superficie de cierre del dispositivo. Los diversos porcentajes de los componentes de la mezcla son por lo tanto devueltos a los valores predeterminados, lo cual constituye una premisa esencial para alcanzar las propiedades finales de la mezcla.

La operación para gestionar el procesado de la mezcla por medio del pistón, según una característica de la invención, hace posible controlar el cambio de la temperatura a lo largo del tiempo dentro de los valores necesarios y deseados para la correcta formación del producto final.

De hecho, mediante la reducción de la presión sobre el material que está siendo procesado, la elevación del pistón gradúa el incremento en la temperatura con un gradiente predeterminado y tiene el efecto de mantener este parámetro dentro de valores aceptables, a los efectos de no afectar negativamente a las propiedades de la mezcla que está siendo procesada.

El tiempo de trabajo total desde el punto de partida del ciclo hasta el punto F, para los compuestos que incorporan sílice, puede estar comprendido entre 95 y 115 segundos.

Una vez alcanzado el punto F, la incorporación del material de relleno de sílice en la matriz polimérica se juzga satisfactoria; nuevos ingredientes son por lo tanto introducidos en el interior del mezclador. En esta fase se introduce preferiblemente una cantidad residual de sílice equivalente a aproximadamente el 25% de la cantidad total.

La operación se lleva a cabo elevando el pistón (F-G) y manteniéndolo en esta posición a lo largo del tiempo necesario (t_{5}): durante esta operación, la potencia absorbida cae hasta valores muy bajos, debido no tan solo a la eliminación de la presión del pistón, sino también como consecuencia de la introducción de los ingredientes a temperatura ambiente, entre los cuales pueden incluirse, en particular, ingredientes líquidos, tales como aceite plastificante, los cuales favorecen este enfriamiento.

Una vez completada la carga, se hace descender de nuevo el pistón y se mantiene presionado contra la mezcla (t_{6}), dando lugar a un nuevo pico (K) de potencia absorbida y al correspondiente incremento en la temperatura.

El tiempo de trabajo total desde el punto de partida del ciclo hasta el punto K, para los compuestos cargados con sílice, puede estar comprendido entre 175 y 195 segundos.

Otras (una o más) intervenciones son llevadas a cabo subsiguientemente sobre los parámetros del proceso directos, a saber, variaciones en el número de rotaciones de los rotores (por ejemplo, dos reducciones de aproximadamente el 40% cada una de ellas) y/o movimientos del pistón compresor, en combinación con o separadamente las unas de las otras, de duración preestablecida (t_{7}, t_{8}, t_{9}), con vistas a completar la dispersión y homogeneización en la matriz polimérica, tanto de la sílice como de los otros ingredientes necesarios.

Se considera que, a la finalización de esta fase del proceso, que se extiende desde el punto de partida del ciclo hasta la finalización del período t_{9}, indicado sobre la curva de potencia a través del pico M, después de la disminución final del pistón, la dispersión óptima de los materiales de relleno en la matriz polimérica ha sido alcanzada: a esta fase se la denomina fase de silicización.

A la finalización de esta fase, de acuerdo con la invención, la temperatura de la mezcla ha alcanzado su máximo valor, de aproximadamente 140ºC, junto con un perfil de temperatura que siempre permanece dentro de una banda de valores pre-establecidos.

Llegados a este punto, comienza la citada fase de silanización, lo cual ocupa el período subsiguiente completo hasta la finalización el ciclo, durante el cual tienen lugar las reacciones de silanización química entre el silano, la sílice y el polímero.

En esta fase, el par de rotores giran a baja velocidad (preferiblemente entre aproximadamente 5-10 rpm), con vistas a mantener la temperatura suficientemente constante; ello es posible dado que se ha llevado a cabo la dispersión de la sílice al igual que la de los otros componentes en la matriz polimérica, ya no resulta necesario invertir una gran cantidad de trabajo mecánico en la mezcla.

De acuerdo con la invención, el parámetro temperatura es mantenido a un valor sustancialmente constante entre los valores T_{1}, alcanzado en el pico M, y T_{2}, a la finalización el ciclo, controlando el incremento del pistón según secuencias sucesivas predeterminadas (t_{10}, t_{11}, t_{12} y t_{13}), mostrado en el diagrama en la Figura 2, entre los valores pico M y U de la potencia absorbida.

En la práctica, la temperatura es mantenida sustancialmente constante por medio del calor almacenado en las fases previas, utilizando el pistón tan solo para corregir cualquier cambio en la temperatura que se aparte del valor promedio preestablecido, en particular cambios más grandes que la banda de variación permitida alrededor del citado valor promedio. A modo de ejemplo, suponiendo que a la finalización del período t_{11} la temperatura se encuentre demasiado próxima al límite superior del la citada banda de variación, en particular con un gradiente creciente continuamente, la elevación del pistón llevada a cabo a la finalización del período t_{11} genera una caída aguda en la potencia absorbida (Q,R,S), lo cual hace que la temperatura se sitúe de nuevo entro de los límites pre-establecidos.

El tiempo para completar la silanización a partir del inicio del ciclo (M) está comprendido entre 252 y 278 segundos y la duración promedio de la fase de silanización es de aproximadamente 225 segundos.

Finalmente, se hace una provisión para descargar la mezcla. La operación se lleva a cabo mediante la apertura de la salida de descarga e incrementando el número de revoluciones del par de rotores, retornando preferiblemente al valor de partida del ciclo. En esta fase, la potencia absorbida muestra un nuevo valor de pico U, que queda inmediatamante reducido después de descargar la mezcla. La energía consumida en promedio por el ciclo de trabajo completo descrito, proporcionada por la curva "e" en la Figura 2, está comprendida entre aproximadamente 0,12 y 0,15 kWh/kg de compuesto producido.

La mezcla retirada del mezclador a una temperatura de aproximadamente 140ºC es convertida en una lámina y enfriada hasta temperatura ambiente, después de lo cual es introducida en un mezclador de lote cerrado conjuntamente con el agente reticulante. Este mezclador puede ser el mismo mezclador utilizado para las fases previas u otro mezclador, identificado a partir de ahora como el segundo mezclador, para distinguirlo del ya mencionado anteriormente, a los efectos de obtener una mayor claridad.

En el segundo mezclador, se lleva a cabo la fase de mezclado requerida para dispersar el sistema de vulcanización en la mezcla, teniendo la precaución de mantener la temperatura por debajo de 110ºC con vistas a no iniciar fenómenos de reticulación prematura.

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La comprobación de la temperatura se lleva también preferiblemente a cabo en esta fase, tal como se ha descrito anteriormente, por medio de movimientos del pistón opcionalmente en combinación con variaciones en el número de rotaciones de los rotores.

El procesado del material en el primer mezclador, a saber, la fase de mezcla, en particular para compuestos cargados con sílice, condiciona las propiedades del material (compuesto) obtenidas en las fases subsiguientes.

Para el tipo de compuesto hacia el cual va dirigido el procedimiento de la presente invención, las fases críticas son las de silicización y silanización, llevadas a cabo durante el procesado de la mezcla en el primer mezclador. Las fases subsiguientes llevadas a cabo en el segundo mezclador son sustancialmente menos críticas en el procedimiento.

De manera ventajosa, tal como queda claro a partir del diagrama de la Figura 2, la observación simultánea del momento por momento, en el primer mezclador, de los parámetros del proceso principal, hace posible el comprobar si permanecen o no dentro de una banda de aceptabilidad de valores predeterminados en el principio, tal como se explicará brevemente.

En el caso en el que uno de los parámetros en cualquier momento del proceso en el mezclador quede fuera de la banda de aceptabilidad, la irregularidad puede ser detectada inmediatamente y pueden llevarse a cabo las modificaciones necesarias en el procedimiento para situar al parámetro en cuestión dentro de los límites deseados.

La banda de aceptabilidad dentro de la cual pueden variar los parámetros del procedimiento se programa teniendo en cuenta las características de los ingredientes utilizados y la variabilidad que puede ser aceptada para un compuesto de referencia, al igual que su uso específico final.

De ahora en adelante, a través de la expresión "compuesto de referencia" se quiera dar a entender un compuesto cuyas propiedades físicas y mecánicas son tales que, cuando el compuesto forma parte del producto final, las mismas determinan las características de comportamiento requeridas para el citado producto, por ejemplo, las características de comportamiento para una banda de rodadura.

Las propiedades de un "compuesto de referencia" comprenden las de la mezcla que sale del primer mezclador, las del compuesto crudo retirado del segundo mezclador, en el cual la mezcla que sale del primer mezclador ha sido mezclada con el sistema de reticulación, y las del compuesto vulcanizado.

Entre las propiedades más importantes de la mezcla extraída del primer mezclador se encuentran la viscosidad y el porcentaje de silanización, entre las del compuesto crudo que sale del segundo mezclador se encuentran nuevamente la viscosidad y el porcentaje de silanización, junto con las propiedades reométricas, y entre las del compuesto vulcanizado, se encuentran la dispersión de los ingredientes, la dureza, los módulos estáticos y dinámicos y el valor tan-delta.

Se asume, en este punto, que el procedimiento descrito anteriormente con la ayuda de las Figuras 1 y 2 es un ciclo inicial para definir el procedimiento para la producción de un compuesto y se pretende determinar la banda de aceptabilidad de los parámetros del procedimiento.

El procedimiento para la determinación de esta banda de aceptabilidad se lleva a cabo del siguiente modo.

Un gran número de materiales de relleno, tanto para mezclas como para compuestos, es generada varias veces, en condiciones de uniformidad de los materiales de partida y de eficacia óptima del sistema y de la maquinaria, utilizando el procedimiento de muestra.

Las propiedades del producto mencionado anteriormente son medidas y comparadas con las de la mezcla y las del compuesto de referencia, respectivamente, y con los valores utilizados de parámetros del procedimiento.

Los límites dentro de los cuales pueden variar cada uno de los parámetros del procedimiento con vistas a obtener propiedades el producto dentro de los límites preestablecidos son determinados por medio de un procedimiento de cálculo estadístico.

Los límites cuantitativos entre los cuales pueden variar los ingredientes en la composición de un compuesto típico, que puede ser producido a través del procedimiento según la invención y la máquina de la Figura 1, se proporcionan más adelante a efectos puramente indicativos y no limitativos.

Las cantidades de los ingredientes se expresan en forma de partes en peso por 100 partes (phr) de material polímero:

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Polímero de base	100
Negro de carbón	0-80
Sílice	10-80
Aglutinante	4-15% de la sílice
Óxido de zinc (ZnO)	1-3
Agentes anti-deteriorantes	1-3
Aceite plastificante	0-30
Cera anti-ozono	0,5-3
Ingredientes químicos específicos	0-15

Entre los polímeros de base preferidos se encuentran los polímeros o copolímeros de cadena insaturada obtenidos por medio de polimerización de dienos conjugados y/o monómeros vinilalifáticos o vinilaromáticos.

Los polímeros de base pueden ser elegidos más particularmente de entre el grupo que comprende: caucho natural, 1,4-cis-polibutadieno, policloropreno, 1,4-cis-poliisopreno, copolímeros isopreno/isobuteno opcionalmente halogenados, copolímeros butadieno/acrilonitrilo, copolímeros estireno/butadieno y terpolímeros estireno/butadieno/isopreno, obtenidos ya sea en solución o en emulsión, terpolímeros etileno/propileno/dieno y mezclas de los mismos.

La sílice presenta un área superficial, medida según el procedimiento BET, comprendida preferiblemente entre 100 y 300 m^{2}/g; por ejemplo, la sílice del tipo VN3 comercializada por Degussa.

Los agentes capturadores de sílice son silanos, y en particular pueden ser utilizados los siguientes:

Tetrasulfuro de bis(2-trietoxisililpropilo)

Tetrasulfuro de bis(3-trimetoxisililpropilo)

Tetrasulfuro de bis(2-trimetoxisililetilo)

Resulta preferible la utilización del silano conocido comercialmente a través del código de referencia Si 69, a saber, tetrasulfano de bis(3-trietoxisililpropilo).

Un sistema reticulante típico para compuestos cargados con sílice es el indicado más adelante, expresado como partes en peso de los ingredientes por 100 partes en peso de material polimérico:

Azufre	1-2
Difenilguanidina (DPG)	0,5-2
Sulfenamida (CBS)	1-3

Una vez establecidos estos datos, se proporcionan ahora una serie de tablas, puramente a título de ejemplo, en las cuales se indican las propiedades de un compuesto de referencia de composición definida y una nueva tabla relacionada con las bandas de aceptabilidad de los valores de parámetros del procedimiento.

Más particularmente, las tablas están relacionadas con lo siguiente:

La Tabla 1 indica los valores para las propiedades de la mezcla;

La Tabla 2 indica los valores para las propiedades del compuesto crudo que sale del segundo mezclador;

La Tabla 3 indica los valores para las propiedades del compuesto vulcanizado;

La Tabla 4 indica las bandas de aceptabilidad para los valores de los parámetros del procedimiento principal para obtener productos cuyas propiedades se colocan dentro de las bandas de valores límite establecidos al inicio.

Estas bandas de aceptabilidad se definen a través de los límites de tolerancia para desviaciones a partir del valor promedio, los cuales son proporcionados en la columna encabezada con el símbolo \pm.

Las tablas están relacionadas con el procesado, en el primer mezclador, de una carga de material de 230 Kg, la cual fue optimizada en relación con el volumen de un mezclador y su densidad. El material introducido en el interior del primer mezclador tiene una composición elegida de entre las proporcionadas anteriormente, en particular preparada tal como se indica seguidamente.

Preparación

SBR1712	75
SBR1500	25
Negro 234	30
Sílice VN3	35
Silano	7
Ácido esteárico	2
Cera	1,5
6PPD	1,5
Resina de estireno	7,5
Óxido de zinc predispersado al 80%	3,125
Azufre 95%	1
Sulfenamida TBBS	1,5
Retardante PVI	0,2
Difenilguanidina DPG80 80% predispersada	1,25

TABLA 1

Propiedades	Valor promedio	Variabilidad
Viscosidad (ML 1+4 a 100ºC)	125	\pm5%
% de silano reaccionado con sílice	85	\pm3

La viscosidad es medida en unidades Mooney por medio de procedimientos descritos en ISO estándar 289/1. El porcentaje de silano reaccionado con la sílice se determina utilizando un procedimiento de extracción conocido con disolventes químicos, llevado a cabo sobre muestras de prueba de la mezcla.

TABLA 2

Propiedades	Valor promedio	Variabilidad
Viscosidad (ML 1+4 a 100ºC)	68	\pm5%
% silano reaccionado con sílice	88	\pm3
Propiedades reométricas
M_{L} (dN*m)	2,3	\pm15%
T_{10}(seg)	1,3	\pm10%
T_{30}(seg)	2,0	\pm10%
T_{60}(seg)	2,8	\pm10%
T_{90} (seg)	4,2	\pm10%
M_{H} (dN*m)	15,6	\pm6%

Las propiedades reométricas son medidas en este caso según la norma ISO estándar 6502, utilizando un instrumento de tipo MDR a una temperatura de 170ºC.

Las unidades reométricas M_{L} y M_{H} son expresadas en dN*m (deciNewtons por metro), correspondiendo a la fuerza inicial y la máxima fuerza ejercida por un dispositivo oscilante en la muestra de prueba del compuesto calentado hasta una determinada temperatura.

La curva de vulcanización muestra inicialmente una depresión cuando se aplica la fuerza mínima, correspondiente aproximadamente al estado plástico (M_{L}). La curva se eleva de nuevo gradualmente hasta alcanzar un valor constante máximo (M_{H}) correspondiente al nivel de vulcanización, en el cual el instrumento ejerce la fuerza máxima.

Las propiedades indicadas en la Tabla 2 a través de los símbolos t_{xx} son expresadas en segundos y cada una de ellas indica el tiempo necesario para alcanzar el porcentaje XX de la diferencia entre la fuerza máxima y la fuerza mínima.

La tabla 3 que sigue a continuación indica las propiedades de la muestra de prueba del compuesto extraído del segundo mezclador después de la vulcanización por espacio de 30' (minutos), a una temperatura de 151ºC.

TABLA 3

Propiedades		Valor promedio	Variabilidad
Densidad	(g/cm^{3})	1,198	\pm0,003
Módulo CA 0,5	(Mpa)	1,5	\pm10%
Módulo CA 1	(Mpa)	2,6	\pm10%
Módulo CA 3	(Mpa)	11,0	\pm6%
Carga de rotura	(Mpa)	20,2	No <18,2
Alargamiento de rotura	(%)	550	No <490
Dureza	(IRDH)	73,5	\pm1,5
E' a 23ºC	(100 Hz)	10,3	\pm5%
E'' a 23ºC	(100 Hz)	3,4	\pm5%
Tan-delta a 23ºC	(100 Hz)	0,330	\pm10%
Dispersión X		>5
Dispersión Y		>9

La densidad se mide a través del procedimiento definido en la norma ISO estándar 2781.

Las propiedades dinamométricas son expresadas a través de los módulos medidos a lo largo de la curva de fuerza/deformación dibujada en un diagrama cartesiano, con las fuerzas expresadas en Mpa sobre el eje y, y las deformaciones sobre el eje x.

Los tres procedimientos son definidos en la norma ISO estándar 37.

Los símbolos CA 0,5; 1 y 3 proporcionados la Tabla 3 indican el valor para la carga medida a una deformación de la muestra de prueba del 50, 100 y 300%, respectivamente.

Los símbolos E' y E'' indican los valores absolutos de los componentes vectoriales del módulo complejo E*, más específicamente, el primer componente está relacionado con parte de la tensión impartida y almacenada por el material y después recuperado completamente cuando la muestra de prueba retorna a su estado normal y el segundo componente está relacionado con la otra parte de la tensión absorbida por el compuesto y convertida en energía calorífica irrecuperable.

Tan-delta representa el índice de histéresis y su valor viene dado por la relación E''/E'.

La dispersión X es un índice, bien conocido en la técnica, que indica el grado de dispersión de los materiales de relleno reforzadores en la base de polímero por medio de un valor seleccionado en la escala de 1 a 10: cuanto más elevado sea el valor, mayor es la uniformidad de la dispersión.

La dispersión Y constituye un índice, bien conocido en la técnica, que indica la presencia y las dimensiones de acumulados de material de relleno reforzador en la base polimérica.

La importancia de este factor está asociada con el uso final del producto acabado: por ejemplo, para compuestos de rodadura, una buena resistencia al desgaste puede depender más de la ausencia de agregados de gran tamaño que de la uniformidad de la dispersión de los acumulados. El valor de la dispersión Y es elegido en una escala de 1 a 10 en la cual, no obstante, cuanto más elevado sea el valor, más pequeño es el tamaño de los acumulados. El valor máximo, igual a 10, indica que no existen acumulados con un diámetro promedio superior a 25 \mum.

La Tabla 4 que sigue a continuación está relacionada con los valores de los parámetros del procedimiento principal en el primer mezclador durante el procesado de una mezcla con la formulación mencionada anteriormente; la Tabla 4 proporciona bandas de aceptabilidad para los valores de estos parámetros para obtener productos con las propiedades proporcionadas en las Tablas 1-3 anteriores. En la columna Fase, los momentos tomados en consideración son los más característicos y están indicados a través de la misma carta dada en la Figura 2.

TABLA 4

Fase	Tiempo(seg)	\pm10%	Temp.ºC	\pm	Potencia(KW)	\pm	Energía(kWh)	\pm
C	75	\pm10%	75	\pm5	700	\pm	9	\pm
F	105	\pm5%	90	\pm5	600	\pm	12	\pm
K	185	\pm5%	110	\pm4	500	\pm	14	\pm
J	204	\pm5%	120	\pm4	550	\pm	20	\pm
M	265	\pm5%	135	\pm4	450	\pm	24	\pm
Q	380	\pm3%	135	\pm3	170	\pm	27	\pm
T	490	\pm3%	135	\pm3	150	\pm	30	\pm

El procedimiento ha sido descrito en relación con el procesado en un mezclador de lotes con fases identificadas a partir de curvas en el diagrama de la Figura 2, si bien el procedimiento puede ser dirigido a compuestos cuyas formulaciones pueden requerir tiempos de procesado y temperaturas diferentes de las de la Figura 2; alternativamente, las fases de silicización y de silanización pueden ser llevadas a cabo en dos períodos separados, a saber, durante un primer procesado y preferiblemente también enfriado de la mezcla, y posteriormente, durante una nueva operación de procesado de la mezcla de nuevo en el mismo o en un mezclador cerrado diferente, antes de llevar a cabo el procesado del compuesto final con la incorporación del sistema vulcanizante.

Con independencia de la solución adoptada, el procedimiento de fabricación hace uso de un sistema para archivar los datos de partida, tales como, por ejemplo, los relativos al compuesto de referencia y un sistema de gestión operacional para el ciclo de fabricación completo del compuesto. Este sistema de archivo y de gestión no está descrito, ya que el mismo puede estar basado en programas de gestión de datos de tipo conocido. Se menciona aquí, brevemente, que la comprobación de los diversos parámetros del procedimiento conlleva el envío de señales de medición a un ordenador, en el cual las señales son comparadas con valores predeterminados existentes ya en la memoria. El sistema computerizado hace entonces cualquier corrección que resulte necesaria en los parámetros del procedimiento.

El procedimiento de la invención produce productos con propiedades de una elevada y predeterminada uniformidad.

Para demostrar esta elevada uniformidad de producto, el procedimiento según la invención descrita anteriormente, e identificado a través de los valores de la Tabla 4, fue comparado con el procedimiento del estado de la técnica anterior, llevando a cabo con ambos la producción de un compuesto idéntico en el mismo mezclador de lotes cerrado. Las propiedades que deben alcanzarse con ambos procedimientos, tanto desde el punto de vista de la mezcla como del producto final, después de la vulcanización, son los proporcionados por los valores numéricos definidos en las Tablas 1, 2 y 3.

El procedimiento conocido estaba basado en la medición sistemática de las propiedades del producto de la mezcla y del producto del compuesto, antes y después de la vulcanización, pero registrando tan solo las variaciones de los parámetros del procedimiento, y efectuando la selección final de los productos aceptables.

Como contraste, el procedimiento según la invención, estaba basado en el análisis continuo, momento por momento, de los parámetros principales del procedimiento durante la fase de mezcla, efectuando automáticamente las correcciones necesarias, en tiempo real, cuando el valor de estos parámetros empezaba a desplazarse fuera de los límites pre-establecidos.

Se confirmó que el procedimiento según el estado de la técnica anterior retardaba de manera apreciable el intervalo temporal del ciclo, la banda de variación de la temperatura de procesado y la cantidad de energía consumida, cuando se comparaba con el procedimiento de la invención. Además, el procedimiento del estado de la técnica conducía a la fabricación de un determinado número de mezclas las cuales tenían que ser rechazadas dado que, si se introducían en el interior de un segundo mezclador y después se vulcanizaban, hubieran dado lugar a compuestos con propiedades fuera de los límites de aceptabilidad.

En particular, de los lotes de compuestos producidos a través de procedimientos conocidos, el 1% tuvieron que ser rechazados dado que no satisfacían las propiedades pre-establecidas y la razón por la cual el 30% de estos lotes fueron rechazados era debida al procedimiento, mientras que, con el procedimiento según la invención, los rechazos debidos al procedimiento resultaban igual a cero.

Básicamente, el factor de variabilidad para los compuestos obtenidos a través del procedimiento conocido era sustancialmente más elevado que para los compuestos obtenidos según la invención. Puede pues afirmarse, de manera razonable, que el procedimiento según la presente invención produce mezclas con una mejor y reproducible uniformidad que las del procedimiento conocido. Se confirma que la monitorización del momento por momento de la totalidad de los parámetros principales del ciclo de proceso constituye una ventaja apreciable, haciendo que resulte posible corregir cualquier anomalía del procedimiento en tiempo real o, al menos, detener el proceso en un estadio preliminar, evitando de esta manera la producción de mezclas y de compuestos inaceptables, con el consiguiente ahorro de materiales, tiempo y energía consumida.

Además, la variación a lo largo del tiempo de un determinado parámetro del procedimiento se coloca siempre en relación con la variación de otros parámetros, como resultado de lo cual, si la variación en el valor de un parámetro determinado, incluso si se encuentra dentro de la banda de valores considerados aceptables, fuera a dar lugar a una variación en el valor de otro parámetro que quedase fuera de la banda de aceptabilidad, esta irregularidad sería observada inmediatamente y resultaría posible remediarla rápidamente por medio de una corrección predeterminada y adecuada de los parámetros del procedimiento directos.

En resumen, con el procedimiento según la invención, ya no resulta necesario llevar a cabo la totalidad de comprobaciones mencionadas anteriormente sobre el compuesto final, con vistas a tener la garantía de un producto aceptable.

En la práctica, el procedimiento según la invención hace posible, in situ y en tiempo real, corregir uno o más de los parámetros principales del procedimiento, si se excedieran determinados valores de banda, evitando con ello la producción de compuestos y de mezclas irregulares.

Por ejemplo, podría existir un perfil de temperatura más bajo durante la fase de silanización, con prolongación de la duración del ciclo más allá de los límites aceptables. El sistema se corrige a si mismo automáticamente, en base a las indicaciones definidas previamente, por ejemplo, incrementando en este caso el número predeterminado de rotaciones de los rotores o la presión de pistón, o ambos, con un consiguiente incremento en la temperatura, con vistas a descargar el material dentro de las bandas de tiempo, temperatura y energía pre-establecidas.

Debe ser también tenido en cuenta que, según la técnica conocida, resultaba necesario comprobar sistemáticamente los valores de los módulos CA 0,5; CA 1 y CA 3 sobre el producto vulcanizado mediante la adición de cargas para comprobar las muestras adecuadas y examinar las deformaciones, todo lo cual implicaba largas comprobaciones, con posible variabilidad a lo largo del tiempo de los resultados de estas comprobaciones, con largos períodos de espera antes de autorizar la producción de un nuevo lote y/o de utilizar el material producido. Dado que el procedimiento de la presente invención ha definido las bandas de tolerancia de los parámetros principales de procesado, se dispone de la ventaja de evitar la implementación de análisis laboriosos sobre el producto acabado o posibles análisis sobre materiales durante el procesado en el dispositivo de lotes.

En la practica, la vía libre ya no se obtiene examinando la totalidad de las propiedades del compuesto final sino, más bien los parámetros del procedimiento y un número muy limitado de características del producto, reduciendo con ello de manera exitosa los costes y, al mismo tiempo, mejorando la fiabilidad de los resultados.

Mediante el control de los parámetros principales del procedimiento de la primera fase, más que la comprobación simultánea del compuesto final, reduce de manera ventajosa los costes y mejora la fiabilidad de los resultados.

Esto demuestra, por consiguiente, de que forma el conocimiento del momento por momento de los parámetros del procedimiento en el primer mezclador y sus bandas de tolerabilidad hace posible reproducir, a lo largo del tiempo, valores de estos parámetros con la garantía de obtener ciclos subsiguientes llevados a cabo todos ellos con una energía sustancialmente igual al consumo optimizado en el punto de partida.

El consumo de energía se monitoriza preferiblemente momento por momento al mismo tiempo que otros parámetros desde el punto de partida del ciclo de trabajo hasta el momento de la descarga de la mezcla.

Resulta también claro que la invención no está estrictamente limitada a la descripción proporcionada anteriormente, sino que cualquier enfoque o solución alternativa es también considerada como incluida, incluso si la misma no está específicamente descrita, pero puede ser rápidamente deducida por parte de cualquier persona experta en la materia en base a la presente solución inventiva.

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Por ejemplo, el procedimiento resulta también válido cuando las fases del procesado se llevan a cabo en un dispositivo de lotes con un par de rotores intermitentes.

Claims (15)

1. Procedimiento para la fabricación de un compuesto para neumático, que comprende, como mínimo, un polímero base, un material de relleno reforzador de sílice, un agente capturador de sílice y más productos y aditivos de procedimiento, comprendiendo dicho procedimiento al menos una primera fase de procesado de dichos ingredientes para producir una mezcla y al menos una segunda fase de procesado de dichos ingredientes para añadirle un sistema reticulante a la citada mezcla y producir dicho compuesto, siendo llevada a cabo al menos la citada primera fase de procesado en un mezclador cerrado que comprende un recipiente en cuyo interior rotan un par de rotores, una tolva para introducir los citados ingredientes, un pistón localizado por encima del citado recipiente, el cual puede desplazarse hacia o desde dicho par de rotores para presionar a los citados ingredientes entre los rotores y una salida situada debajo de dicho recipiente para descargar la citada mezcla, siendo identificado dicho procedimiento por al menos dos parámetros indirectos de procedimiento, a saber la potencia absorbida por dicho par de rotores y la temperatura de la citada mezcla y por al menos dos parámetros directos del procedimiento, a saber, el número de rotaciones de dicho par de rotores y la presión ejercida por dicho pistón, comprendiendo el citado procedimiento las fases de:

-

comprobar, durante el ciclo de fabricación, al menos los valores de los dos parámetros indirectos del procedimiento, con un intervalo entre dos comprobaciones sucesivas no superior a los dos minutos,

-

controlar el cambio variable de dichos valores, por medio de la variación de al menos uno de dichos parámetros directos del procedimiento, con el fin de mantener los valores de cada uno de dichos parámetros indirectos dentro de sus respectivos rangos de valores predeterminados,

-

comprendiendo dicha primera fase de procesado de los citados ingredientes una fase de silicización seguida de una fase de silanización, siendo llevada a cabo dicha fase de silicización a una temperatura sustancialmente creciente, siendo llevada a cabo dicha fase de silanización a temperatura sustancialmente constante.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho intervalo no es superior a 30 segundos.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho intervalo no es superior a 15 segundos.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque dicho intervalo es inferior a 1 segundo.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se utiliza para la fabricación de compuestos que comprenden al menos los siguientes ingredientes, en cantidades variables, por cien partes en peso (phr) de polímero base, entre los siguientes límites:

Polímero base 100 Negro de carbón 0-80 Sílice 10-80 Agente capturador de sílice 4-15% de la sílice Óxido de zinc (ZnO) 1-3 Ácido esteárico 0-3 Agentes anti-deteriorantes 1-3 Aceite plastificante 0-30 Cera anti-ozono 0,5-3 Ingredientes químicos específicos 0-15

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque dichos rangos de valores se predeterminan en relación con cada compuesto específico que tiene que ser producido.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el procedimiento para predeterminar dichos rangos de valores comprende, al menos, las siguientes fases:

(a) determinar, en un compuesto de referencia específico, los valores promedio y el rango de variabilidad relacionado con dichos valores para una diversidad de propiedades, tanto para la mezcla concreta como para el compuesto, antes y después de la vulcanización;

(b) producir un compuesto de muestra utilizando parámetros de procedimiento iniciales seleccionados;

(c) comparar los valores de cada una de dichas propiedades medidos en dicho compuesto de muestra, con los valores correspondientes al citado compuesto de referencia;

(d) modificar al menos uno de los parámetros del citado procedimiento inicial, en relación con los valores medidos en dicho compuesto de muestra, los cuales pueden quedar fuera de dichos rangos de tolerancia;

(e) repetir las fases b), c) y d) hasta que todos los valores para dichas propiedades, medidos en el citado compuesto de muestra, están en dichos rangos predeterminados de valores;

(f) establecer, como parámetros de procedimiento para cada compuesto específico que tenga que ser producido, los valores promedio y el rango de variabilidad de dichos parámetros del procedimiento, que generan valores de las citadas propiedades medidos en dicho compuesto de muestra que estén entro de los citados rangos predeterminados de valores.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque los valores de viscosidad y el porcentaje de silano reaccionado con la sílice se comprueban en la mezcla del compuesto de muestra, libre de sistema reticulante.

9. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque los valores de viscosidad, se comprueba el porcentaje de silano reaccionado con la sílice y las propiedades reométricas en el compuesto de la muestra antes de la vulcanización.

10. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque se comprueban la densidad, la dureza, el módulo de elasticidad, la carga de rotura y los valores de alargamiento del compuesto de muestra después de la vulcanización.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha fase de silicización comprende al menos tres ciclos de procesado llevados a cabo a diferentes velocidades de rotación de dichos rotores, con el descenso de manera gradual de dichas velocidades de rotación.

12. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha temperatura sustancialmente creciente en la citada fase de silicización, se obtiene mediante al menos tres picos de potencia suministrada.

13. procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque los citados picos de potencia se obtienen descendiendo el pistón hacia dicho par de rotores.

14. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha silanización se lleva a cabo con la citada velocidad de rotación, sustancialmente constante de dichos rotores.

15. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos parámetros indirectos del procedimiento comprenden la energía absorbida por el citado par de rotores.