BR0005523B1 - processo de obtenção de um elemento à base de misturas borrachosas destinado à fabricação de um pneumático, e, aparelhagem de coextrusão de misturas borrachosas. - Google Patents

Description

"PROCESSO DE OBTENÇÃO DE UM ELEMENTO À BASE DE MISTURAS BORRACHOSAS DESTINADO À FABRICAÇÃO DE UM PNEUMÁTICO, E5 APARELHAGEM DE COEXTRUSÃO DE MISTURAS BORRACHOSAS".

A presente invenção se refere a um processo destinado à obtenção de um pneumático que possui várias misturas que compreendem a título de carga majoritária uma carga não condutora tal como a sílica ou misturas pouco carregadas em negro de fumo, pelo menos duas dessas misturas constituindo a banda de rodagem. A invenção também se refere a uma aparelhagem tendo em vista a execução de um tal processo.

Os problemas de meio ambiente sendo cada vez mais cruciais, as economias de carburante e a luta contra os danos criados pelos veículos de motor tendo se tornado uma prioridade, um dos objetivos dos fabricantes de pneumáticos é realizar um pneumático que possui ao mesmo tempo uma resistência à rodagem muito baixa, uma excelente aderência tanto em solo seco quanto em solo úmido ou coberto de neve ou de gelo, uma resistência muito boa ao desgaste, e finalmente um ruído de rodagem reduzido.

Para atingir esse objetivo, foi proposto no pedido e patente europeu EP A 501 227, um pneumático que possui uma banda de rodagem que compreende a título de carga de reforço principal a sílica. Se essa solução permite obter um melhor compromisso entre o conjunto das propriedades bastante contraditórias mencionadas acima, entretanto se verificou que em função dos veículos, os pneumáticos que empregam uma tal banda de rodagem que compreende a título de carga de reforço principal a sílica apresentam o inconveniente de acumular a um grau maior ou menor a eletricidade estática que se forma por fricção do pneumático sobre a estrada por ocasião da rodagem do veículo em razão da ausência de condutividade elétrica da sílica.

A eletricidade estática assim acumulada em um pneumático é suscetível de provocar, quando certas condições especiais estão reunidas, um desagradável choque elétrico ao ocupante do veículo, quando ele é levado a tocar a carroceria do veiculo. Essa eletricidade estática é, por outro lado, suscetível de apressar o envelhecimento do pneumático em razão do ozônio gerado pela descarga elétrica. Ela também pode estar na origem, em função da natureza do solo e do veículo, de um mau funcionamento do rádio embarcado no veículo em razão das interferências que ela gera.

Esse problema de acumulação de eletricidade estática em um pneumático e da maior parte dos inconvenientes que estão ligados a isso é bastante antigo e já existia quando a carga de reforço utilizada era o negro de fumo.

O pedido EP 0 658 452 Al descreve a adaptação de princípios conhecidos de longa data a um pneumático dito moderno, adaptação que permite resolver os principais problemas relacionados com as soluções propostas em diferentes documentos antigos e, em especial, as heterogeneidades nefastas introduzidas nas arquiteturas de pneumático. A solução proposta consiste em inserir uma tira de mistura borrachosa condutora ou elemento de inserção, que se estende preferencialmente em toda a circunferência do pneumático e que liga a superfície da banda de rodagem ou a uma das lonas de vértice, ou à armadura de carcaça, ou a qualquer outra parte do pneumático suficientemente condutora de eletricidade, a necessária condutividade elétrica sendo dada pela presença de um negro de fumo adaptado.

Se uma tal solução é perfeitamente viável para um pneumático que possui uma banda de rodagem constituída por uma só mistura não condutora, por exemplo uma banda de rodagem de veículo de turismo, o mesmo não acontece no caso de um pneumático que possui várias camadas de misturas borrachosas acima da armadura de carcaça e camadas de misturas borrachosas entre a armadura de vértice e a armadura de carcaça, como tal é ocaso de qualquer pneumático suscetível de rodar com uma temperatura de funcionamento estabilizada elevada, como os veículos pesados ou os veículos rápidos.

De fato, se por razões quaisquer, se é levado a dotar um tal pneumático de uma camada, ou parte interior da banda de rodagem (parte não em contato com o solo), não condutora, entre a armadura de vértice e parte exterior (parte em contato com o solo) da banda de rodagem tornada condutora pela presença de um elemento de inserção circunferencial ou zebrura, a dita parte interior deverá ser tornada condutora. Do mesmo modo, uma camada entre a armadura de carcaça e a armadura de vértice, que apresenta sobre espessuras notórias nas regiões das bordas das lonas de vértice, deverá também ser tornada condutora se ela não o for inicialmente.

Uma primeira solução consiste, como descrito no pedido francês FR 97/02276 da requerente, em assegurar a conexão elétrica entre duas primeiras camadas condutoras ou tornadas condutoras, separadas por uma terceira camada não condutora, através de pelo menos uma tira de mistura borrachosa de pequena espessura, largura e comprimento, colocada entre as duas faces da soldadura da terceira camada não condutora e em contato com os meios que tornam condutoras as duas primeiras camadas ligadas pela conexão. Ainda que satisfatório industrialmente, esse método necessita de uma colocação de produto suplementar e acarreta um custo de fabricação adicional.

Uma segunda solução consiste, como descrito no pedido internacional WO 99/43506 da requerente, em dotar cada camada não condutora de um elemento de inserção circunferencial de mistura condutora e depois de extrusão da dita camada por meios usuais de extrusão, e em reunir em seguida os dois produtos entre si antes de colocação no vértice, as ditas camadas tendo uma parede de contato comum e a largura do elemento de inserção de uma das camadas ao nível da parede de contato sendo igual a pelo menos 10 vezes a largura do elemento de inserção da outra camada a esse mesmo nível. Esse método permite efetivamente tornar cada camada condutora e assegurar a conexão elétrica entre essas últimas e a armadura de carcaça.

Entretanto, esse método se torna muito complexo no caso em que não se trata mais somente de ter duas camadas constituídas por duas misturas borrachosas distintas mas sim três camadas, quatro camadas ou mais com misturas borrachosas diferentes.

Por outro lado, certas misturas borrachosas possuem propriedades reológicas tão diferentes que elas tornam extremamente difícil a colagem das mesmas. Esse é notadamente o caso quando uma das misturas é menos coesiva do que a outra. Quando se deseja reunir tais misturas dentro de uma banda de rodagem por exemplo e a fim de evitar astúcias que consistem em utilizar um agente de ligação tal como uma cola ou uma goma específica de ligação entre as duas, se recorre à coextrusão, que apresenta, além disso, um interesse econômico industrial certo.

A invenção tem como objeto um processo de fabricação de um pneumático que compreende pelo menos duas camadas de misturas borrachosas não condutoras da eletricidade e um elemento de inserção circunferencial de mistura condutora que permite a dissipação das cargas elétricas induzidas pela rodagem do pneumático, o mais simples possível e uma aparelhagem de coextrusão de execução do dito processo.

De acordo com a invenção, o processo de obtenção de um elemento à base de misturas borrachosas destinado à fabricação de um pneumático é caracterizado pelo fato de que ele compreende as seguintes etapas:

- extruda-se por coextrusão pelo menos duas camadas de misturas borrachosas em uma extrusora principal munida de pelo menos dois parafusos de extrusão respectivamente provida de um canal de escoamento que desemboca em um mesmo orifício de extrusão delimitado pelas primeira e segunda paredes de uma lâmina de extrusão,

- insere-se por coextrusão simultaneamente através das duas camadas pelo menos um elemento de inserção de mistura borrachosa por meio de um bico de uma micro extrusora, o dito bico sendo aplicado contra a segunda parede da lâmina de extrusão da extrusora principal.

A adaptação do processo utilizada para a extrusão de um só produto consistindo em uma injeção diretamente ao nível da lâmina de extrusão na mistura perfilada na coextrusão de duas misturas ou mais, pode ser dificilmente considerada pelo profissional. De fato, como foi dito precedentemente a coextrusão apresenta a vantagem considerável de realizar uma colagem entre duas misturas cujas propriedades reológicas tornam a ligação das mesmas extremamente difícil de realizar e de manter a não ser que se recorra à presença de outros compostos. Ora esse fenômeno é tornado possível no âmbito da coextrusão graças a diferentes fatores: uma colagem a cru, em temperatura, em pressão, sem contato ao ar livre e antes de perfilagem. Aparece claramente a priori que a presença de um bico que atravessa essas misturas ao nível da lâmina que vem modificar o conjunto das condições que permitem a ligação dessas misturas, e criar em todo o comprimento das misturas uma interrupção de sua interface, teria podido prejudicar para a colagem das duas misturas ou gerar graves defeitos de ligação ao nível da interface entre as duas misturas por criação no estado não vulcanizado de inícios de descolagem, isso supondo-se que as duas misturas vão se recolar depois de passagem do bico o que também parece longe de ser evidente.

Ora a requerente descobriu de modo surpreendente que as duas misturas se recolam efetivamente depois da passagem desse bico e que a presença de um elemento de inserção circunferencial nas duas misturas e em sua interface não afeta a ligação das mesmas. A invenção também se refere a uma aparelhagem de coextrusão de misturas borrachosas que compreende uma extrusora principal que possui uma cabeça de extrusão que compreende pelo menos dois canais de escoamento cada um deles de uma mistura borrachosa, os ditos canais desembocando em um mesmo orifício de extrusão através do qual são expelidas as duas misturas borrachosas, o orifício de extrusão sendo delimitado pelas primeira e segunda paredes de uma lâmina de extrusão, a aparelhagem sendo caracterizada pelo fato de que ela também compreende pelo menos uma micro extrusora de uma terceira mistura borrachosa da qual a cabeça de extrusão é munida em sua extremidade de um bico, o dito bico sendo inserido na primeira parede da lâmina de extrusão da extrusora principal de modo que o bico de extrusão seja colocado no orifício de extrusão da extrusora principal e aplicado contra a segunda parede da lâmina de extrusão da dita extrusora principal a fim de inserir a terceira mistura borrachosa no perfilado das misturas borrachosas que saem da extrusora principal.

Outras vantagens e características da invenção, aparecerão com a leitura de um exemplo de realização de um pneumático e de uma aparelhagem de acordo com a invenção, em referência ao desenho anexo no qual:

- a figura 1 é uma representação perspectiva esquemática da parte de vértice de um pneumático de acordo com a invenção,

- a figura 2 é um corte de uma parte da aparelhagem de acordo com a invenção,

- a figura 3 é uma ampliação do detalhe A do aparelho representado na figura 2.

De acordo com a figura 1, o pneumático, de dimensão 315/80.R.22.5, projetado para ter uma baixa resistência à rodagem, compreende uma armadura de carcaça 1, composta por uma lona metálica formada por cabos metálicos inextensíveis revestidos de uma mistura de calandragem borrachosa, tornada condutora das cargas eletrostáticas por intermédio de um negro de fumo correntemente utilizado como carga de reforço nas misturas. A dita armadura de carcaça 1 é, como conhecido, ancorada a pelo menos um cordonel em cada friso para formar um reviramento (não mostrados). No interior da dita armadura de carcaça 1 se encontram as camadas usuais de reforço, e as camadas ditas interiores constituídas de misturas geralmente impermeáveis aos gases de inflação conhecidos. A(s) extremidade(s) dessa(s) camada(s) interior(es) é (são) geralmente recoberta(s) pela parte axialmente interna da camada protetora do friso (não mostrada), camada de desgaste da qual a parte axialmente externa vem se apoiar sobre o aro de montagem, a dita camada sendo geralmente bastante carregada de negro de fumo, e portanto bastante condutora.

A armadura de carcaça 1 é encimada em seu vértice por uma armadura de vértice, composta, no exemplo descrito, por duas meia lonas ditas de triangulação 20 formadas de cabos metálicos inextensíveis orientados em relação à direção circunferencial de um ângulo que pode estar compreendido entre 30° e 90°; e depois radialmente acima, por duas lonas 21 e 22 ditas de trabalho compostas de cabos metálicos inextensíveis cruzados de uma lona para a seguinte formando assim com a direção circunferencial ângulos que podem ser iguais ou desiguais e de valor absoluto compreendido entre 10° e 30°, e depois geralmente, em último lugar por pelo menos uma lona 23 dita de proteção formada por cabos elásticos que formam com a direção circunferencial um ângulo igual em sentido e valor ao ângulo da lona de trabalho que está radialmente mais no exterior. Todos os cabos dessa armadura de vértice 2 são revestidos com uma ou várias mistura(s) de calandragem borrachosa (s), condutora(s) das cargas eletrostáticas graças a um negro de fumo correntemente utilizado como carga de reforço nas misturas. A armadura de vértice 2, que não possui o mesmo perfil transversal que o perfil da armadura de carcaça 1 subjacente, é separada da dita armadura de carcaça 1 por um conjunto borrachoso de pequena espessura na parte axial central 61, onde as duas armaduras são sensivelmente paralelas e, de um lado e de outro da dita parte central 61, de espessura crescente indo- se na direção do exterior do pneumático para formar peças de canto ou perfilados triangulares 62. Por razões de aquecimento, as ditas peças de canto 62 de borracha e a parte axial 61 não são realizadas com misturas de borracha condutoras, pois elas são muito pouco carregadas em negro de fumo.

Radialmente acima da armadura de vértice 2 é disposta a banda de rodagem 3 composta, no exemplo escolhido, por uma camada radialmente interior 31 formada de mistura carregada majoritariamente com sílica e encimada radialmente por uma camada radialmente exterior 32 bastante carregada em sílica. A banda de rodagem 3 é ligada aos frisos pelas misturas de flancos 4, elas também bastante carregadas de sílica.

As camadas interior 31 e exterior 32 da banda de rodagem 3 são tornadas condutoras por meio de um elemento de inserção borrachoso 11 ou zebrura, que se apresenta sob a forma de um anel circunferencial em toda a altura do conjunto das duas camadas 31 e 32 para ligar a superfície da banda de rodagem 3 que entra em contato com o solo com a lona de proteção 23 radialmente exterior da armadura de vértice 2, formada de cabos metálicos revestidos com uma mistura de borracha carregada com um negro de fumo usual e condutor. Esse elemento de inserção 11 de largura axial e muito pequena na superfície da banda de rodagem, igual a 0,5 mm, é, no caso apresentado, único e centrado teoricamente no plano equatorial XX' do pneumático, e seu traço na superfície de contato 310 entre a camada interior 31 e a lona de proteção 23 da armadura de vértice 2 é retilíneo e circular. O elemento de inserção 11 poderia ser descentrado, em especial no caso da presença na banda de rodagem de uma ranhura central; também poderia haver aí dois elementos de inserção 11, colocados por exemplo simetricamente em relação ao plano equatorial, ou mais, mas de qualquer maneira colocados axialmente de modo que o contato com o solo possa ser estabelecido qualquer que seja a taxa de desgaste da banda de rodagem. Também é possível considerar que o elemento de inserção 11 constitua um anel circunferencialmente contínuo ou descontínuo.

A composição de borracha que constitui a conexão condutora 11 das cargas eletrostáticas é à base de uma borracha natural e/ou de borrachas sintéticas, habitualmente utilizadas na confecção dos pneumáticos e especialmente das bandas de rodagem, e que têm como carga de reforço um negro de fumo condutor de preferência usualmente utilizado na fabricação dos pneumáticos.

A conexão elétrica entre a armadura de vértice 2 e a armadura de carcaça 1 é realizada, no caso descrito, por meio de um elemento de inserção suplementar 13 de seção transversal retangular e que apresenta na superfície comum com a armadura de carcaça e na superfície comum com a armadura de vértice traçados retilíneos e circulares de largura igual a 0,5 mm, o dito elemento de inserção suplementar 13 podendo ser circunferencialmente, contínuo ou descontínuo.

Por outro lado, o elemento de inserção 11 condutor de cargas eletrostáticas, devido a sua composição borrachosa de alto teor em negro de fumo, pode ser realizado por todos os meios apropriados tanto no momento da confecção do pneumático no estado não vulcanizado quanto depois de vulcanização. Entretanto, quando se deseja realizar a banda de rodagem 3 por coextrusão das camadas interior 31 e exterior 32, é vantajoso, e mesmo necessário de acordo com as misturas utilizadas, realizar o elemento de inserção condutor 11 por extrusão durante a confecção da dita banda de rodagem 3 no estado não vulcanizado.

Foi representada parcialmente na figura 2, a aparelhagem que permite realizar uma banda de rodagem no estado não vulcanizado que possui duas camadas de misturas borrachosas não condutoras AeB coextrudadas e que possui um elemento de inserção de mistura borrachosa condutora C realizado por coextrusão com o conjunto das misturas A e B da banda de rodagem 3.

Assim de acordo com a figura 2, é representada uma cabeça de extrusão 101 de uma primeira extrusora principal 10 que permite coextrudar duas misturas borrachosas não vulcanizadas AeB, destinada à fabricação das partes inferior e superior da banda de rodagem 3. A cabeça de extrusão 101 compreende uma abóbada superior 102 e uma abóbada inferior 103 que delimitam com um suporte intermediário 104 dois canais de escoamento 106 e 105 cada um deles de uma das misturas A e B, os ditos canais desembocando em um mesmo orifício de extrusão 107 através do qual as duas misturas A e B são expelidas.

O orifício de extrusão 107 é delimitado pelas primeira e segunda paredes de uma lâmina de extrusão 112, que serão chamadas em referência às figuras respectivamente de parede superior IlOe parede inferior 111, e permite conferir ao conjunto constituído pelas duas misturas coextrudadas o perfil desejado.

No exemplo escolhido, a extrusora é uma extrusora dita "de nariz plano" na qual as paredes superior 110 e inferior 111 da lâmina de extrusão 112 são fixas. Entretanto a invenção não se limita à utilização desse tipo de extrusora, também se pode considerar uma extrusora dita "de nariz de rolo" na qual a parede superior 110 da lâmina de extrusão 112 é fixa e a parede inferior da lâmina é móvel e constituída pela superfície exterior de um rolo associado à extrusora.

A extrusora principal 10 é associada uma extrusora 40 de tamanho muito pequeno correntemente chamada de "micro extrusora", montada de maneira fixa na parede superior 110 da lâmina de extrusão 112. Essa extrusora, armada de um parafuso 401 e de uma cabeça de extrusão 402, possui em sua extremidade um bico 403 fixado no nariz da micro extrusora 40, e destinado a extrudar, de acordo com o perfil e o traço desejados, o elemento de inserção 11 no perfilado das duas misturas não vulcanizadas e quentes que saem do orifício 107 da extrusora 10.

A cabeça de extrusão 402 é recurvada em sua extremidade, de maneira a que o bico de extrusão 403, fixado no nariz da cabeça de extrusão e colocado no orifício de extrusão 107 da extrusora principal 10, possa ser aplicado contra a parede inferior 111 da lâmina de extrusão (ou superfície exterior do rolo no caso de uma extrusora de nariz de rolo). Uma mistura de borracha condutora C destinada a formar o elemento de inserção 11, é assim extrudada no fluxo do conjunto das duas misturas não condutoras AeB.

A figura 3 mostra, em ampliação, um bico de extrusão 403 de fieira móvel utilizado com a micro extrusora da figura 2, a dita fieira estando em posição de contato com a parede inferior da lâmina de extrusão da extrusora principal. A lâmina de extrusão 106 recebe em uma perfuração sensivelmente perpendicular à cabeça de extrusão 402 o bico 403 de fieira móvel, que apresenta em sua superfície cilíndrica uma fenda 407 realizada de acordo com uma seção apropriada em uma parte de sua altura. O contato entre a base 408 do bico de fieira móvel 403 e a parede inferior 111 da lâmina de extrusão 112 é mantido pela pressão da mistura condutora que age sobre a seção 409. E possível com esse dispositivo realizar se for desejado a extrusão da mistura condutora em modo descontínuo.

E portanto simples realizar uma tal aparelhagem utilizando-se para isso extrusoras correntemente utilizadas para a coextrusão, de tipo de nariz de rolo ou de nariz plano. De fato, as modificações a operar sobre as ditas extrusoras consistem em modificar a parede superior da lâmina de extrusão a fim de realizar a perfuração que permite acolher a cabeça de extrusão de uma micro extrusora. Se compreende facilmente que é possível realizar vários elementos de inserção prevendo-se para isso várias fixações possíveis na parede superior da lâmina de extrusão que poderão ser utilizadas sucessivamente ou simultaneamente de acordo com a realização desejada, com o auxílio de um número adaptado de micro extrusoras.

Do mesmo modo, foi escolhido apresentar a realização da banda de rodagem que apresenta duas camadas de misturas borrachosas mas a invenção também se aplica à realização de banda de rodagem que possui mais de duas camadas de misturas coextrudadas. De fato, a transposição da aparelhagem descrita para uma extrusora que permite a extrusão de mais de duas misturas não apresenta nenhuma dificuldade.

Sem sair do âmbito da invenção, é evidente que o processo e a aparelhagem de coextrusão de acordo com a invenção podem ser utilizados para a colocação no lugar de elementos de inserção em misturas borrachosas sem aspecto de condução, como por exemplo para colocar um ou vários elementos de inserção colorido(s) em misturas borrachosas pretas.

Claims (6)

1. Processo de obtenção de um elemento à base de misturas borrachosas destinado à fabricação de um pneumático, compreendendo as seguintes etapas de: - coextrudar no mínimo duas camadas de misturas borrachosas (A, B) em uma extrusora principal (10) munida de no mínimo dois parafusos de extrusão respectivamente provida com dois canais de escoamento (105, 106) que desembocam em um mesmo orifício de extrusão (107) delimitado pelas primeira (110) e segunda (111) paredes de uma lâmina de extrusão (112); e, - inserir simultaneamente no mínimo um elemento de inserção (11) de mistura borrachosa (C) por coextrusão através das duas camadas por meio de um bico (403) de uma micro extrusora (40), caracterizado pelo fato de que a base (408) do bico é aplicada contra a segunda parede (111) da lâmina de extrusão (112) pela pressão da mistura extrudada (C) pela micro extrusora.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as camadas de misturas borrachosas constituem partes (31, 32) de uma banda de rodagem.

3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as misturas borrachosas (A, B) que constituem as partes (31, 32) da banda de rodagem são não condutoras de eletricidade e a mistura borrachosa (C) extrudada pela micro extrusora (40) é condutora de eletricidade.

4. Aparelhagem de coextrusão de misturas borrachosas, compreendendo uma extrusora principal (10) que possui uma cabeça de extrusão (101) incluindo no mínimo dois canais de escoamento (106, 105), cada um deles de uma mistura borrachosa (A, B), os canais desembocando em um mesmo orifício de extrusão (107), através do qual as duas misturas borrachosas (A, B) são expelidas, o orifício de extrusão (107) sendo delimitado pelas primeira (110) e segunda (111) paredes de uma lâmina de extrusão (112), dita aparelhagem sendo caracterizada pelo fato de compreender ainda no mínimo uma micro extrusora (40) de uma terceira mistura borrachosa (C), em que a micro extrusora (40) inclui uma cabeça de extrusão (402) munida de um bico de extrusão (403) em sua extremidade, sendo o bico inserido na primeira parede (110) da lâmina de extrusão (112) da extrusora principal (10), de tal modo que o bico de extrusão (403) seja colocado no orifício de extrusão (107) da extrusora principal (10), sendo que tal bico de extrusão (403) da micro extrusora (40) é de fieira móvel, fendido em uma parte de sua altura e inserido em uma perfuração sensivelmente perpendicular à cabeça de extrusão (402) da micro extrusora (40), sendo a base (408) do bico mantida em contato com a segunda parede (111) da lâmina de extrusão (112), quando tal aparelhagem estiver em uso, pela pressão da mistura extrudada (C) pela micro extrusora (40), a fim de inserir a terceira mistura borrachosa (C) em um perfilado das duas misturas borrachosas (A, B) provenientes da extrusora principal (10).

5. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que as primeira (110) e segunda (111) paredes da lâmina de extrusão (112) são fixas.

6. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a primeira parede da lâmina de extrusão é fixa, e sua segunda parede é constituída pela superfície exterior de um rolo da extrusora principal.