BR9914855B1 - pneumÁtico, e, processo para fabricaÇço do mesmo. - Google Patents

Description

"PNEUMÁTICO, E3 PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DO MESMO"

TÉCNICA ANTERIOR

Campo Técnico.

A presente invenção se refere a pneumáticos e processos paraa fabricação de pneumático. Mais especificamente, a presente invenção serefere a um pneumático e a um processo para a fabricação de um pneumáticoque tem uma estrutura de cinta particular.

Descrição da Técnica Pertinente

Como é conhecido, um pneumático inclui uma carcaça, umabanda de rodagem, um par de paredes laterais e camadas de reforço entre abanda de rodagem e a carcaça. A carcaça, usualmente pelo menos uma lonasimples, é girada para fora em suas extremidades, em torno de um par denúcleos de rebordo. Os núcleos de rebordo, as extremidades da carcaça, ealgum enchimento que pode ser acionado entre os núcleos de rebordo e acarcaça, formam os rebordos em cada lado do pneumático.

No pneumático tradicional (ou conhecido), existemgeralmente pelo menos três camadas de borracha abaixo da banda derodagem, duas camadas cintadas e uma camada de O graus ou camada denáilon. A camada de náilon contém cordas de reforço, de preferência de ummaterial têxtil, e, mais preferentemente de um material capaz de ser encolhidopor calor, tal como náilon, orientado em O0 (isto é, em uma direçãocircunferencial) com relação ao plano equatorial do pneumático. Oscordonéis de reforço são dispostos, de preferência, em uma folha feita decomposto elastomérico. A camada de náilon está disposta entre a banda derodagem e as camadas cintadas. Como é entendido por aqueles especializadosna técnica, a camada de náilon estabiliza o pneumático, melhora suaresistência ao rolamento, e geralmente melhora suas característicasoperacionais porque a camada de náilon ajuda o pneumático a manter suaforma quando sujeito a grandes forças centrífugas, a elevadas velocidades.Sem a camada de náilon, a performance do pneumático pode sercomprometida, especialmente a velocidades elevadas,

As duas camadas cintadas compreendem cordonéis finos, depreferência cordonéis metálicos, deslocados em um composto elastomérico,os quais se cruzam um ao outro e são ambos angulados com relação ao planoequatorial do pneumático.

Em adição às três camadas de reforço, o pneumáticotradicional também pode incluir uma folha de borracha entre a camada denáilon e a banda de rodagem, a qual tem que ser adicionada por causa damaneira na qual os pneumáticos tradicionais são fabricados. Como éconhecido, a banda de rodagem é, com freqüência, um produto extrusado,separadamente fabricado. Visto que é fabricada separadamente, a banda derodagem se resfria para a temperatura ambiente antes de ser incorporada emum pneumático. Por ocasião do resfriamento, a banda de rodagem perde acapacidade de pega e é menos capaz de se grudar adequadamente à camadasubjacente durante a construção do pneumático. Para compensar a perda depega e para melhorar a aderência da banda de rodagem à camada subjacente,de modo que o pneumático possa ser montado adequadamente antes de servulcanizado, uma folha de borracha é adicionada ao lado inferior da banda derodagem. A folha de borracha é uma folha calandrada ou co-extrusada (com abanda de rodagem) de um composto elastomérico baseado em borrachanatural, que é bem conhecida na técnica. A folha de borracha tem usualmenteespessura de 0,2 a 1,0 mm. Sua pega pode ser atribuída ao fato de que a folhade borracha é feita tipicamente de um composto com um teor de borrachanatural de mais do que 50% da quantidade de polímero.

Uma construção alternativa do pneumático tradicional,conhecida como "pneumático de capa e base", também inclui uma subcamadacomo parte da banda de rodagem sobre o lado da banda de rodagem voltadopara o interior do pneumático. A subcamada melhora a manipulação enquantoreduz a resistência ao rolamento do pneu, e é incorporada na banda derodagem entre a banda de rodagem e a camada subjacente. Nesta construçãoalternativa, as várias camadas do pneumático são dispostas da seguintemaneira, do exterior do pneumático para o interior: (1) a banda de rodagem,(2) a subcamada, a qual é incorporada no lado inferior da banda de rodagem,(3) a folha de borracha, e (4) a camada de náilon de 0°, a qual é colocadaacima das camadas cintadas. A subcamada é feita de um composto baseadoem borracha e tem usualmente espessura entre 1 e 2 milímetros. Uma vez quenão tem a mesma composição e características que a banda de rodagem, aespessura da subcamada é selecionada de tal maneira, que ela não entrará emcontato com a pista quando o pneumático se desgastar.

Em situações onde a subcamada é feita, por exemplo, de umcomposto com um teor de borracha natural maior do que 50% da quantidadede polímero, a folha de borracha pode ser omitida porque a subcamada terásuficiente pega para aderir adequadamente a banda de rodagem à carcaça,como descrito acima com relação à folha de borracha.

Isto não deve significar todavia, que a folha de borracha éomitida em cada caso, onde o teor de borracha natural da camada desobreposição é maior do que 50%. Em alguns casos a folha de borracha podeser omitida a despeito do fato de que o teor de borracha da camada desobreposição é maior do que 50%, por exemplo do caso em que outromaterial, capaz de tornar a camada de sobreposição com uma boa pega, sejaadicionado ao composto, ou, por exemplo, quando a cinta de rodagem não édeixada que se resfrie.

É também conhecido na técnica construir compostoselastoméricos para pneumáticos que são reforçados através da adição defibras de reforço. Um tal exemplo é a patente norte americana U. S. 4.871.004("a patente Ό04") a qual descreve a adição de se polpa de Kevlar® (umamarca registrada da DuPont) à borracha de pneumático, até o ponto onde oKevlar® tem uma concentração de 0,2 a 20 partes por 100 de borracha (ppc).A patente 004, as fibras de Kevlar estão descritas como tendo umcomprimento (L) de 0,2 a 5 mm, um diâmetro (D) de 0,005 0,003 mm e umarelação de aspecto (L/D) maior do que cerca de 100. A mistura resultante defibras e de borracha pode ser usada para preparar qualquer um doscomponentes descritos de um pneumático: ápices, tiras de enchimento, cintas,sobreposição de cinta e tiras de borracha. A patente 004 descreve algumasdas vantagens de adicionar fibras de reforço a um elastômero na construçãode um pneumático tais como seu efeito de reforço e a rigidez aumentada dopneumático resultante.

A patente Européia número 0 592 218 Al ("a patente EPO218) também descreve algumas das vantagens de adicionar fibras de reforçoà borracha para diferentes partes de um pneumático. A patente EPO '218descreve a adição de 16 a 30 partes por cem de borracha (ppc) de fibrascurtas tendo um diâmetro médio (D) de 0,1 a 0,5 micrômetro, umcomprimento médio de 40 a 500 micrômetros, e uma relação de aspecto (L/D)de 100 a 5000. Exemplo das fibras que podem ser adicionadas são fibras dearamida, tal como Kevlar, algodão, náilon, poliéster, raiom e fibras curtassuperficialmente tratadas, tais como náilon 6.

Similarmente, a patente européia EPO número 0 604 108 Al("a patente EPO Ί08") descreve a adição de certos tipos de fibras parareforçar a borracha em um pneumático. As fibras específicas discutidas pelapatente EPO Ί08, são fibras curtas de UBEPOL-HE 0100 disponível da UBEIndustries Limited), isto é, náilon - 6. As fibras estão descritas como tendoum diâmetro médio (D) de 0,3 micrômetro, um comprimento médio (L) de300 micrômetros, e uma relação de aspecto (L/D) de 1000. As fibras sãoincorporadas no composto de borracha em uma concentração de não menosdo que 100 partes por 100 de borracha (ppc), e, de preferência, 10 para 30 ppc.Descrição da Invenção

A presente invenção se refere à construção de ama camadaintermediária de elastômero entre a banda de rodagem e as camadas cintadasde um pneumático, a qual substitui a camada de náilon do pneumáticotradicional, com tudo conserva as características benéficas de tal elementoestrutural, ainda, a camada intermediária pode substituir a folha de borracha,se presente. Similarmente, para o segundo exemplo do pneumáticotradicional, a presente invenção prove uma construção, onde a camadaintermediária de elastômero substitui a camada de náilon de 0°, a subcamada,e a folha de borracha (se presente), para atingir os mesmos objetivos.

A Requerente verificou que a substituição de uma ou maiscamadas no pneumático tradicional por meio da introdução de uma camadaintermediária de elastômero à banda de rodagem feita com um material dereforço de fibras, a presente invenção realiza pelo menos as mesmasvantagens na resistência ao rolamento e manipulação que são previamenterealizadas pelas estruturas de ambos os desenhos de pneumático tradicional,todavia isto é realizado enquanto ocorre a redução do peso total pneumático.

Além disto, a substituição das estruturas tradicionais commenos camadas, simplifica a construção de um pneumático.

A presente invenção contempla a adição de fibras curtas, taiscomo de Kevlar®,( na forma de polpa de Kevlar®) à camada intermediária deelastômero, de preferência incorporadas na banda de rodagem paracompensar a eliminação da tradicional camada de náilon de 0o, folha deborracha (se presente), e subcamada (se presente) da construção dos desenhostradicionais de pneumático. A presente invenção contempla a adição de fibrascurtas que têm uma porção truncada, com um diâmetro de cerca de 10mícrons, um comprimento de cerca de 200 mícrons e uma relação de aspectode cerca de 20. Juntamente com outras características da presente invenção, aadição de fibras curtas (tal como Kevlar®) auxilia a manter os benefícios deresistência ao rolamento e manipulação, oferecidas pelos dois projetostradicionais de pneumático. Similarmente, pode ser usada polpa Twaion®(uma marca registrada de Akzo Nobel), um outro tipo de polpa que incluiuma fibra de reforço, em lugar de polpa de Kevlar®. Em virtude da adição defibras, a camada intermediária elastomérica é também referenciada como umacamada "enfeltrada".

A presente invenção também reconhece que a camadaintermediária de elastômero é feita de uma combinação de fibras curtas comum material composto. O material composto pode compreender borrachanatural, borracha de butadieno estireno, polimerizada em emulsão, borrachade butadieno estireno, polimerizada em solução, e borracha de butadieno. Depreferência, o material composto é uma combinação de cerca de 60% deborracha natural com cerca de 40% de borracha de butadieno estireno,polimerizada em emulsão. A presente invenção contempla a adição de fibrasde reforço curtas ao material composto, em uma concentração entre cerca de5 e 15 partes por 100 de borracha (ppc), de preferência entre cerca de 7 e 11ppc. Além disso, a presente invenção contempla que negro de fumo seráadicionado à mistura em uma concentração entre cerca de 20 e 80 ppc, depreferência entre cerca de 50 e 70 ppc.

Embora seja contemplada uma seção transversal uniforme,com uma espessura maior do que 1 mm, para a camada intermediária deelastômero, reforçada com fibras, a presente invenção também reconhece quetal camada pode ser fabricada com uma seção transversal não constante, aqual ainda pode aperfeiçoar o teste de velocidade elevada e características demanipulação de um pneumático assim construído. Com uma tal construção apresente invenção contempla que a camada intermediária de elastômero, temarestas mais espessas, as quais, conjuntamente, ocupam cerca de 4/7 dalargura total da camada, enquanto a porção central ocupa os 3/7remanescentes da largura. Além disto, a presente invenção contempla que asporções de aresta sejam entre cerca de 25% a 75%, de preferência cerca de33%, mais espessas do que a porção central. Especificamente, a presenteinvenção contempla que as regiões de aresta tenham uma espessura maior doque a região central da camada intermediária de elastômero. As porções maisespessas da camada intermediária de elastômero são mais capazes demanipular as elevadas magnitudes de esforço que se desenvolve nas arestasda cinta de rodagem durante a rotação do pneumático.

Adicionalmente, a presente invenção contempla que regiõesmais espessas podem ser adicionadas à camada intermediária de elastômero,em regiões onde as ranhuras de rodagem são mais largas. As ranhuras maislargas na rodagem atuam como pontos de deflexão, onde os esforços podemser acumular, quando o pneumático gira. A adição de espessura à camadaintermediária de elastômero nestas regiões auxilia a reduzir os esforçosdurante a rotação do pneumático.

A presente invenção também contempla que a camadaintermediária de elastômero será co-extrusada com a banda de rodagem paracriar um produto uniforme. A co-extrusão permite a orientação correta dacamada intermediária de elastômero para a banda de rodagem durante abanda de construção. Também permite a orientação correta das fibras dereforço, de modo que elas se situam substancialmente na mesma direçãoequatorial que as cordas de náilon de 0o, que elas substituem.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Os desenhos acompanhantes, os quais são incorporados econstituem parte da descrição, ilustram várias formas de realização dapresente invenção. Juntamente com a descrição geral dada acima, e adescrição detalhada das formas de realização, dadas abaixo, os desenhosservem para explicar os princípios da presente invenção.

Nos desenhos:

a figura 1 ilustra uma seção transversal de um primeirodesenho de pneumático tradicional, mostrando a folha de borracha dispostaentre a camada de náilon de O0 e a banda de rodagem de acordo com a técnicaanterior;

a figura 2 ilustra uma seção transversal de um segundodesenho de pneumático tradicional, mostrando a subcamada, folha deborracha, camada de náilon de 0o, entre a banda de rodagem e a carcaça,

a figura 3 ilustra uma seção transversal de um pneumático deacordo com a primeira forma de realização na presente invenção, mostrando acolocação de uma camada intermediária de elastômero, substancialmenteuniforme, abaixo da banda de rodagem;

a figura 4 ilustra uma segunda forma de realização da presenteinvenção, mostrando regiões mais espessas nas arestas da camadaintermediária de elastômero; e

a figura 5 ilustra uma terceira forma de realização da camadaintermediária de elastômero, onde regiões mais espessas são dispostas atravésda largura da banda de rodagem, onde as ranhuras na banda de rodagemcriam pontos de deflexão, os quais são compensados pelas porções maisespessas da camada intermediária de elastômero.

DESCRIÇÃO DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO PREFERIDAS.

Vantagens adicionais e modificações na presente invençãoocorrerão prontamente para aqueles especializados na técnica. Porconseguinte, a invenção, em seus aspectos mais amplos, não é limitada aosdetalhes específicos, dispositivos representativos, e exemplos ilustrativos,mostrados e descritos. Portanto, podem ser feitas partidas a partir de taisdetalhes sem fugir do espírito ou escopo do conceito inventivo geral, comodefinido pelas reivindicações anexas e seus equivalentes.

A figura 1 ilustra um pneumático T de acordo com umprimeiro exemplo na técnica anterior. Convencionalmente, um pneumático Tcompreende pelo menos uma lona de carcaça CP, cujas arestas laterais sãodobradas para cima em torno de núcleos de rebordo de ancoragem BC5correspondentes, cada um incorporado em um rebordo B definido ao longo deuma aresta circunferencial interna do pneumático T, no qual o engajamentodo pneumático T propriamente dito tem lugar sobre um aro de montagem Rque é parte de uma roda de veículo. Aplicadas à lona de carcaça CP, ao longoda extensão circunferencial da mesma, está uma ou mais camadas de cintaBL, feitas de coronéis têxteis ou de metal, incorporados em uma folhaemborrachada. Usualmente, as camadas de cinta BL são três: as primeirasduas, próximas à dobra de carcaça CP são feitas de tecidos emborrachadocompreendendo cordas, de preferência cordas metálicas, as quais se cruzamuma com a outra e são, ambas anguladas com relação ao plano equatorial Y-Y do pneumático T. Sobre as duas camadas de cinta metálicas é colocadauma camada NL de tecido emborrachado contendo cordonéis de reforço, depreferência de um material têxtil, e, mais preferentemente, de um materialcapaz de ser encolhido por calor, tal como náilon, orientado a O0 (isto é emuma direção circunferencial) com relação ao plano equatorial do pneumático.

Também aplicado à superfície externa da lona de carcaça CP,em porções laterais opostas respectivas da mesma, está um par de paredeslaterais S cada um dos quais se estende substancialmente desde o rebordo Baté a assim denominada região de "ombro" do pneumático, definida navizinhança das arestas terminais das camadas de cinta. Uma cinta de rodagemT é circunferencialmente disposta em torno das camadas de cinta BL, asarestas laterais da dita banda de rodagem terminando nos ombros e sendoconectadas às paredes laterais S. A banda de rodagem TB exibe externamenteuma superfície de rolamento disposta para atuar em relação de contato sobreo solo, superfície esta na qual podem ser formadas ranhuras circunferenciaisG que alternam com os cortes transversais. As ditas ranhuras G definem umapluralidade de blocos distribuídos em uma ou em várias fileirascircunferenciais.Como mostrado, a banda de rodagem TB é disposta adjacentee acima de uma folha de borracha RS. A folha de boriaclia RS temtipicamente, uma espessura de 0,2 a 1,0 mm e se estende quase que por toda alargura da banda de rodagem TB. Dispostas em cada extremidade da cinta derodagem TB estão mini-paredes laterais MSW, as quais são conhecidas poraqueles especializados na técnica. No pneumático tradicional, uma camada denáilon NL, é disposta logo abaixo da folha de borracha RS e as duas camadastêm uma espessura combinada TH.

Evidentemente, a folha de borracha RS, neste caso, pode seromitida, se a banda de rodagem TB exibir uma pega suficiente.

A figura 2 ilustra uma construção parcial de um pneumático Tde acordo com um segundo exemplo na técnica anterior. Como mostrado, abanda de rodagem TB inclui uma subcamada UL em sua porção mais inferior,acima da folha de borracha RS. A subcamada UL tem usualmente espessuraentre cerca de 1 a 2 mm, mas em qualquer eventualidade a subcamada ULnão é suficientemente espessa, que entre em contato com a pista, quando opneumático se desgasta. Isto é desejável porque a composição da subcamadaUL difere daquela da banda e rodagem TB e, por conseguinte, não tem asmesmas características operacionais do que a banda de rodagem TB. Talcomo no primeiro exemplo da técnica anterior, a camada de náilon ML édisposta abaixo da folha de borracha RS. Tal como no primeiro exemplo datécnica anterior, a camada de náilon NL é disposta abaixo da folha deborracha RS. A subcamada UL, folha de borracha RS e camada de náilon NLtêm uma espessura combinada TH. Tal como no primeiro exemplo, mini-paredes laterais MSW podem ser dispostas em cada aresta lateral da banda derodagem TB. Evidentemente, também neste caso, a folha de borracha RSpode ser omitida, se a subcamada UL exibir uma pega suficiente.

Tal como é conhecido na técnica, a folha de borracha RS écomposta tipicamente de um material composto elastomérico baseado emuma combinação com borracha natural que é conhecida na técnica.Geralmente, uma pega suficiente da folha de borracha RS é proporcionadapor meio de uma quantidade de borracha natural maior do que 50% naquantidade de polímero. Outros aditivos podem ser adicionados ao compósitoda folha de borracha, a fim de obter uma pega suficiente permanente. Destamaneira, a banda de rodagem TB (quer ela contenha a substancialmentecamada UL ou não) irá grudar na camada subjacente durante a construção.Em cada exemplo, a folha de borracha é aplicada como uma folha ao ladoinferior da banda de rodagem TB (ou banda de rodagem TB com subcamadaUL). As camadas abaixo da folha de borracha RS são, tipicamente, camadasde náilon NL, seguidas pelas duas camadas cintadas e pelas cornadas decarcaça (não mostradas).

No exemplo convencional, a folha de borracha RS é fabricadaseparadamente da banda de rodagem TB do pneumático T. A folha deborracha RS é usualmente uma folha calandrada de material, que é aplicadaao lado inferior da banda de rolamento TB (ou banda de rolamento TB comsubcamada UL) após sua extrusão. A folha de borracha RS também pode serextrusada com a banda de rolamento TB. A folha de borracha RS e a bandade rolamento TB (ou banda de rodagem TB e subcamada UL),conjuntamente, com os outros elementos do pneumático, formam umcompleto pneumático verde, o qual é vulcanizado para produzir um produtode pneumático completo e integrado.

Em contraste com a técnica anterior e como mostrado naprimeira forma da presente invenção, ilustrada na figura 3, a cinta derolamento 1 inclui uma porção externa 2 disposta sobre a camadaintermediária de elastômero 3. A camada intermediária de elastômero 3 temuma espessura 4 substancialmente uniforme através de sua largura. A porçãoexterna 2 também pode incluir mini-porções de parede 5,6 em cadaextremidade mais externa. A espessura da camada intermediária deelastômero 3 é maior do que 1 mm e, de preferência, está entre cerca de 1,5 a2mm. Em qualquer caso, a espessura da porção externa 2, com respeito àprofundidade máxima das ranhuras do padrão de rolamento, não devepermitir que a camada intermediária de elastômero 3 contate a superfície derodagem, quando a rodagem do pneumático se desgastar. A banda derodagem 1, fabricada de acordo com a presente invenção, é então incorporadana estrutura de um pneumático.

A segunda forma de realização da presente invenção estáilustrada na figura 4, mostrando a banda de rodagem 10 com a porção externa12 disposta sobre a camada intermediária de elastômero 14. A camadaintermediária de elastômero 14 tem uma espessura variável desde a espessura16 da porção central 18 até as espessuras 20, 22 das porções de aresta 24, 26.A porção externa 12 também pode incluir mini-porções de parede lateral 28,30 em qualquer extremidade mais externa. A espessura 16 da porção central18 é maior do que 1 mm e, de preferência, é entre 1,5 mm e 2 mm enquanto aespessura 20, 22 das porções de aresta 24, 26 são maiores do que 1 mm e, depreferência, estão entre 1,5 mm e 3 mm, de qualquer modo, maiores do que aespessura 16. Em qualquer caso, as várias espessuras da porção externa 12,tendo consideração à profundidade máxima das ranhuras do padrão derodagem, não deve permitir que a camada intermediária de elastômero 14contate a superfície da pista, quando a rodagem do pneumático se desgastar.Embora esta forma de realização da presente invenção contemple que asespessuras 20, 22 sejam as mesmas, aqueles especializados na técnicareconhecerão imediatamente que as espessuras 20, 22 podem ser diferenciaruma da outra, dependendo do desenho ou projeto de pneumático, para variaras características operacionais das arestas interna e externa da banda derodagem 10, sem fugir do escopo e do espírito da presente invenção.

Na terceira forma de realização da presente invenção, comomostrado na figura 5, a banda de rodagem 40 pode incluir uma camadaintermediária de elastômero 46 com seções adicionais de espessuras variadas.

Como mostrado na figura 5, uma banda de rodagem 40 pode incluir umacamada intermediária de elastômero 46 com porções de aresta 44, 45 tendoespessuras 48, 50 maiores do que uma espessura de base 52, 54 das porçõesde base 56, 42. Além disto, em uma região da porção externa 60incorporando uma larga ranhura 62, uma porção 58, intermediariamente maisespessa, com uma espessura 66 maior do que a espessura das porções de base56, 52 também pode ser incluída. A porção intermediariamente mais espessa58 da camada intermediária de elastômero 46 compensa um esforçodesproporcionalmente mais elevado na região da ranhura larga 62, quando abanda de rodagem 40 gira, porque a ranhura larga 62 atua como um ponto dereflexão na banda de rodagem 40, onde esforços podem ser acumular durantea operação, especialmente a velocidades elevadas. As espessuras das váriasporções da camada intermediária elastomérica 46 seguem as mesmas regrasgerais que no exemplo precedente. As porções de base 56, 42 têm espessuramaior do que 1 mm e, de preferência, entre 1,5 mm e 2 mm, enquanto asporções de aresta 44, 45 e a porção intermediariamente mais espessa 58 têmespessura maior do que 1 mm e maior do que as porções de base 56, 42, e, depreferência, têm espessura entre 1,5 mm e 3 mm. Em qualquer caso, aespessura da porção externa 60, tendo consideração com a profundidademáxima das fundas do padrão de rodagem, não deve permitir que a camadaintermediária de elastômero 46 contate a superfície da pista, quando arodagem de pneumático se desgastar.

Na forma da realização preferida da presente invenção, operfil de seção transversal na camada intermediária de elastômero 46 ésimétrico. Todavia, embora seja contemplado que as espessuras 48, 50 dasporções de aresta 44, 45 sejam as mesmas, uma com relação à outra, asespessuras 48, 50 podem ser projetadas para diferir uma da outra.

Similarmente, embora a presente invenção contemple que a espessura 66 daporção intermediariamente mais espessa 58 seja a mesma que aquela dasporções de aresta 44, 65, as espessuras de cada uma dessas porções podemdiferir uma da outra, dependendo das características operacionais desejadaspara o projeto particular de pneumático. Além disto, embora sejacontemplado que as espessuras 52, 54 das porções de base sejam as mesmas,elas também podem diferir uma da outra, como seria entendido por aquelesespecializados na técnica.

Na terceira forma de realização da presente invenção nãoobstante mostrada apenas uma porção intermediariamente mais espessa 58,em relação à ranhura larga 62, muitas de tais porções podem ser dispostasatravés da largura da banda de rodagem 40, a banda de rodagem 40 devemincorporar mais do que uma ranhura larga 62. Finalmente, mini-paredeslaterais 68, 70 podem ser incluídas na construção da banda de rodagem 40,exatamente como no exemplo precedente.

A construção da camada intermediária de elastômero, emqualquer uma das três formas de realização mostradas será agora descrita.Deve ser entendido que a descrição que segue se aplica a todas as formas derealização contempladas pela presente invenção. Isto pode ser realizadoatravés da extrusão ou de calandragem como descrito em maior detalheabaixo.

Na construção da presente invenção, é preferido colocar acamada intermediária de elastômero no espaço tradicionalmente ocupado pelasubcamada como ilustra os três exemplos da presente invenção. A colocaçãoda camada enfeltrada neste local permite a construção de um pneumático queé mais leve (em peso) do que o pneumático tradicional, todavia, o qualmantém as características de manipulação do pneumático tradicional. Epossível, todavia, posicionar a camada enfeltrada no pneumático, no localtradicionalmente ocupado pela camada de náilon de 0o. Em um tal exemplo,as vantagens de performance da camada intermediária de elastômero podemser realizadas, todavia o peso total do pneumático não será significativamentereduzido, em comparação com o pneumático tradicional.

É preferido que as fibras de reforço sejam fibras de aramida,quer elas sejam de Kevlar®, Twaron® ou de algum outro material.

Especificamente, é preferido que as fibras de reforço tenham uma porçãotrancada com um diâmetro de cerca de 10 mícrons (μηι) e um comprimentode cerca de 200 mícrons (μιη). Isto proporciona às fibras de reforço umarelação de aspecto de cerca de 20, a qual é a relação do comprimento paracom o diâmetro das fibras. Estendendo-se para fora desde a porção trancada,as fibras de reforço também contêm numerosas ramificações ou fibrilas quetêm diâmetros menores do que os diâmetros da porção trancada.

Uma discussão da estrutura destas fibras é encontrada napatente norte-americana US n.° 4. 871. 004, a qual é aqui incorporada parareferência. De acordo com esta patente, produtos de Kevlar®, tal comoKevlar® 29 (um produto de polpa de Kevlar® específico) são disponíveis emforma de comprimento empilhável e como uma polpa, e, de acordo como"Modern Plastics Encyclopedia" é uma fibra de aramida, de baixa densidade,de elevada resistência. De acordo com a descrição da DuPont, as fibras deKevlar® consistem de longas cadeias moleculares produzidas de tereftalamidade poli-parafenileno. As cadeias são altamente orientadas com ligação deintercadeia forte, o que resulta em uma única combinação de propriedades.

Embora a seguinte discussão tenha como foco especificamenteas fibras de Kevlar®, uma vez que elas são o preferido agente de reforço, deveser entendido que fibras de Twaron® podem ser substituídas, no total ou emparte, por fibras de Kevlar®, sem se desviar do escopo e do espírito dapresente invenção. De acordo Akzo Nobel, as fibras de Twaron® têm pesoleve, são fibras sintéticas super fortes feitas de um polímero de aramida. Asmoléculas de aramida são caracterizadas por cadeias relativamente rígidas depolímero, ligadas por fortes ligações de hidrogênio, as quais transferemesforço mecânico para frente e para trás, talvez à semelhança de um zíper.Finalmente, outras fibras com aramida com fibrilas de ramificação similarespodem ser substituídas por Kevlar®) ou Twaron®), como seria entendido poraqueles de conhecimento na técnica, sem se desviar do escopo e do espíritoda presente invenção.

Além disso, sem considerar as fibras usadas, elas sãopreferentemente orientadas substancialmente na mesma direção que as cordasde náilon de 0°, nos exemplos de pneumático tradicional de modo que asfibras se aperfeiçoam sua função visada.

As fibras de Kevlar®, usadas nas formas de realizaçãopreferidas da presente invenção, foram dispersadas em borracha natural (NR),a mistura resultante sendo conhecida como "polpa de Kevlar®" (Kevlar®Pulp) a qual é também um produto comercial da DuPont.

O uso de polpa de Kevlar®, como batelada principal, contribuigrandemente para o sucesso da presente invenção, como seria entendido poraqueles de conhecimento na técnica, porque provê certas vantagens noprocesso de fabricação.

Deve ser também entendido que ambos, Kevlar® e Twaron®'são disponíveis como polpas por seus respectivos fabricantes. Uma polpacontendo fibra de aramida é uma combinação previamente misturada da fibrade aramida e borracha. O uso de uma polpa de aramida é preferido, porque aspolpas são mais fáceis de se misturarem no composto elastomérico do quefibras de aramida brutas, a fim de melhorar a homogeneidade das fibrasdistribuídas no composto de borracha usado para construir a camadaintermediária elastomérica da presente invenção. As fibras de aramida brutas,em virtude de sua estrutura de ramificação, são muito felpudas e se misturamcom o composto elastomérico apenas após algum esforço.

O composto criado para a camada intermediária elastoméricada presente invenção pode ser descrito pela quantidade de fibras de aramidaque são relacionadas à mistura. Uma vez que o composto é expresso emtermos de partes por cem de borracha, a abreviação "ppc" é comuraenteusada.

De preferência, a quantidade de fibras é entre cerca de 5 e 15ppc. Mais preferentemente, a quantidade de fibras é entre cerca de 7 e 11 ppc.

Mais preferentemente, a quantidade de fibras de aramida é cerca de 9 ppc.

Existem diferentes qualidades principais de fibras de Kevlar®,disponíveis da DuPont. A mais comumente conhecida e usada a qual éfreqüentemente referenciada como Kevlar® Pulp (polpa de Kevlar®) é umamistura de 77% de borracha natural (NR) e 23% de fibras.

Quando fibras são adicionadas como polpa de Kevlar®, elaspodem atingir o nível indispensável de dispersão na matriz de borracha, paraserem efetivas na presente invenção. A quantidade de NR, assim introduzidano composto, é contada na quantidade total de borracha.

O composto de borracha pode ser composto de qualquernúmero de materiais diferentes que podem ser vulcanizados para fornecerelastômeros de borracha. Por exemplo, pode ser usado qualquer um ou umacombinação dos seguintes: borracha natural (NR), borracha de isopreno (IR),borracha de estireno butadieno, polimerizada em emulsão (E-SBR), SBR (Β-SBR), polimerizado em solução, borracha de butadieno (BR), e similares.

Para a presente invenção, é preferida uma combinação de NRe E-SBR. Embora os melhores resultados encontrados tenham sido obtidoscom NR, infortunadamente o uso de uma mistura toda de NR foi excluída porcausa dos inconvenientes encontrados quando o composto foi extrusado. Atemperatura necessária para extrusar o produto de NR foi simplesmentedemasiadamente elevada. Experimentos mostraram que um compromissoadequado foi obtido com uma mistura de cerca de 60% de NR e de cerca de40% de E-SBR.

Negro de fumo (CB) é uma carga padrão para a construção depneumáticos. Foi verificado que as melhores propriedades para o pneumáticoforam obtidos, quando foram usados como carga para a mistura CB da sérieN300 (nomenclatura da ASTM; adsorção de iodo entre cerca de 65 e 95mgl/gCB (ISO 1304/85), DBP entre cerca de 70 e 125 ml/lOOgCB (ISO4656/92)). Através de experimento, a quantidade de CB foi preferida comoestando entre cerca de 30 e 80 ppc e, até mesmo mais preferivelmente, entrecerca de 50 e 70 ppc. Na presente invenção, foi mais preferido incluir cercade 60 ppc de CB N326.

A presença de resinas de reticulação, por exemplo resina deformaldeído de resorcinol com fibras poliamídicas aromáticas, é conhecidacomo tendo um efeito benéfico sobre o composto resultante. Uma formulaçãodetalhada de um composto usado para testes de pneumático, composto A,está indicada abaixo na tabela 1.

TABELA#1

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Como indica a tabela #1, o composto contém 39 ppc de Polpade Kevlar® (23%Kv, 77% de NR), o que significa que existem 30 ppc de NRe 9 ppc de fibras de Kevlar® .

O composto A foi então, de preferência, co-extrusado com oscompostos de banda de rodagem e mini-parede lateral. A co-extrusão foipreferida, entre outras razões, por causa da espessura requerida para a base decomposto A, na especificação de pneumático a ser testada foidemasiadamente elevada para a calandragem. Em adição, a co-extrusãopermitiu a orientação das fibras na direção substancialmente circunferencial,isto é a mesma direção que as cordas de náilon de O0 da construção depneumático tradicional. Além disto, a co-extrusão foi preferida porque elapermitiu que a camada feita do composto A fosse conformada como umaespessura variável, como mostrado na figura 4 ou na figura 5. Por exemplo,como mostrado na figura 4 e como descrito, as espessuras 20, 22 das porçõesde aresta 24, 26 foi cerca de 33% maior do que a espessura 16 da porçãocentral 18.

A co-extrusão do composto A, juntamente com mini-paredeslaterais, foi realizada como uso de uma matriz especialmente projetada paraesta finalidade. Mais do que uma versão da matriz foram usadas para cadaperfil, para produzir a forma final da camada feita de composto A.

O processo de co-extrusão foi controlado através davelocidade do transportador principal e a temperatura de extrusado foicontrolada, de modo que ela não excedeu a 120°C. Controles também foramaplicados, de modo que as dimensões do extrusado puderam ser mantidaspara os valores ou faixas especificados do pneumático a ser testado. Emvirtude da ação de reforço das fibras no composto A, foi verificado que ocomposto A não se incha quando extrusado fora da matriz. Em outraspalavras, o composto A mantém essencialmente as mesmas dimensõesquando ele abandona a extrusora. Por causa disto, a viscosidade do compostoteve que ser otimizada.

A planta de extrusão usou uma extrusora triplex com asseguintes características: (1) para o corpo de rodagem, um diâmetro de roscade 150 mm, (2) para o corpo de base, um diâmetro de rosca de 120 mm, e (3)para o corpo de mini-parede lateral, um diâmetro de rosca de 90 mm. Ocilindro, rosca, e cabeça de cada corpo foram termo-regulados durante oprocesso.

Tendo sido um pneumático uma vez construído de acordo coma mistura e etapas de extrusão, como acima descrito, foram construídospneumáticos (175/65 R14T) tendo uma camada de reforço abaixo da bandade rodagem, feita do composto A . experimentos foram realizados com ospneumáticos resultantes e comparados com outros pneumáticos similares,para avaliar a efetividade da construção da presente invenção.

Primeiramente, foi testado um pneumático tradicional(pneumático I). em segundo lugar, foi testado um pneumático (pneumático II)no qual a folha de borracha e a subcamada foram substituídas por umacamada intermediária de elastômero feita por um composto A . Em terceirolugar, a espessura do composto A foi aumentada de 30% acima da espessurada subcamada. No terceiro exemplo, a faixa de espessuras dó composto A foide entre 17% e 27% da espessura total combinada do produto de rodagem co-extrusado, mini-parede lateral, e composto de base A. Neste caso, asubcamada teve uma espessura de cerca de 2 mm. Em quarto lugar, efinalmente, um pneumático (pneumático IV) foi construído da mesmamaneira que o pneumático III. Em tal quarto exemplo, o composto A foiconformado de acordo com a presente invenção como mostrado na figura 4.A faixa da espessura do composto A na área de rodagem central foi a mesmaque para o pneumático 3. Na aresta da camada intermediária elastomérica, aaresta tinha uma espessura entre 25% e 50% mais espessa do que a espessuratotal do produto de rodagem co-extrusado semi-acabado, incluindo ocomposto A . No caso do pneumático IV, a subcamada tinha espessura 2 mmna porção central e espessura de 3 mm nas porções de aresta. Os quatropneumáticos descritos acima forma então testados de diferentes maneiras.

Em primeiro lugar, foi conduzido um teste de integridade avelocidade elevada. O teste é realizado em um pneumático em rotação sobreum tambor, tendo o diâmetro de 2 m, com uma carga igual a 394 Kg, e comuma pressão de ar de 2,5bar. Para um pneumático, como em nosso teste,tendo uma classe de velocidade Τ, o pneumático é girado por 60 minutos a190 Km/h, então a velocidade é elevada de 10 Km/h a cada 10 minutos, atéque o pneumático se rompa. Todos os pneumático foram capazes de passarpelo limite de teste de integridade (10 minutos a 200 Km/h). Todavia, no casodo pneumático III, o teste foi terminado mais cedo do que nos outrospneumáticos (2 minutos a 220 Km/h). A terminação prematura do teste dopneumático III indica que, sem a lona de náilon de 0o, uma espessuraconstante da camada base foi menos eficiente do que em outros projetos, atémesmo com a base altamente reforçada feito do composto A. Deve ser notadoque isto significa que o projeto do pneumático III é indesejável para o uso,apenas para que outros projetos, tal como o pneumático IV foi preferido.

Todos os outros pneumáticos atingiram pelo menos 230 Km/h. Istoconfirmou que o pneumático IV, incluindo as vantagens da presenteinvenção, onde as porções de aresta foram feitas 33% mais espessas do que aporção de centro da camada base, foi a forma de realização preferida. Emoutras palavras, o pneumático IV, o qual incorporou a camada intermediáriaelastomérica da presente invenção, substituiu com sucesso o náilonconvencional e as folhas de borracha, sem sacrificar a performance dopneumático.

Em segundo lugar foi conduzido um teste de resistência aorolamento (RR) nos pneumáticos I, II, III, IV. Foi determinado que a adiçãodo composto A ao pneumático foi vantajosa em cada exemplo, até mesmoatravés da faixa de sua efetividade, variada em função da velocidade e daestrutura escolhida. Os pneumáticos I e II exibiram a mesma RR até umavelocidade média (< 120 Km/h), enquanto que a velocidade mais elevada, opneumático II mostrou menor RR. Os pesos dos pneumáticos I e II foramiguais, e, por conseguinte, aperfeiçoamentos ou melhorias no RR forammostradas como sendo dependentes somente no composto A. Os pneumáticosIII e IV foram mais leves do que os pneumáticos I e ΪΙ, porque eles nãoincluíram a lona de náilon de 0°, e, a baixas velocidades, ambos ospneumáticos exibiram uma baixa RR. A elevadas velocidades o pneumáticoIII exibiu uma elevada RR. O pneumático IV, com o outro aperfeiçoamentoao pneumático III, exibiu a RR similar que o pneumático. Neste caso, foiverificado que, sem a lona de náilon de 0°, o composto A foi capaz de mantera maioria da estabilidade original presente no pneumático tradicional, todaviao teste mostrou que o composto A se beneficiou da estabilidade adicionalprovida pela modificação estrutural de ser mais espesso nas porções dearesta.

Em terceiro lugar, e finalmente, um teste ao ar livre foiconduzido usando os pneumáticos I, II, III e IV. Neste teste, várias condiçõesde dirigir foram avaliadas para estabelecer os efeitos do composto A e danova estrutura. O teste estabeleceu que é preferido, para a forma da camadafeita do composto A, que seja modificada como mostrado na figura 4, paraajudar a recuperar as propriedades perdidas quando a lona de náilon de O0 éremovida. Foi verificado que a performance de manipulação foi melhoradaem cada exemplo onde o composto A foi incorporado na construção dopneumático, a despeito da estrutura. O aperfeiçoamento ou melhoria foimoderado, todavia visível, e particularmente excepcional no pneumático IV.Esta conclusão também foi verificada em condições de manipulação suave.Testes de conforto mostraram aperfeiçoamento apenas para o pneumático II,enquanto que diferença não apreciável foi observada para os pneumáticos IIIe IV, o que suporta novamente a conclusão que a inclusão da camadaintermediária elastomérica feita do composto A substituiu com sucesso afolha de borracha e a camada de náilon do pneumático tradicional semmodificar a performance. A presente invenção provê uma nova construçãopara pneumáticos a qual compensa a remoção da lona de náilon de 0o. Alémdisto, a presente invenção permite a construção de um pneumático mais leve,o qual é mais fácil de ser fabricado, mas que não perde ^s características demanipulação que a lona de náilon de O0 provê.

TABELA #3

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Na tabela #3, "-Ny 0o" significa que faltava a camada denáilon, "NP" se refere a pneumáticos da técnica anterior, descritos no começodo texto, "+Kv" significa que foi adicionada polpa de Kevlar®, "+Kv deespes. Var." Significa que polpa de Kevlar® foi adicionada e que a camadatinha uma espessura variável, e "Γ (240 km/h" significa que após Γ, avelocidade de 240 km/h, o pneumático foi "destruído".

Vantagens adicionais e modificações ocorrerão imediatamenteàqueles especializados na técnica. Por conseguinte, a invenção, em seusaspectos mais amplos, não está limitada aos detalhes específicos, dispositivosrepresentativos, e exemplos ilustrativos, mostrados e descritos. Porconseguintes, podem ser feitas partidas a partir de tais detalhes, sem fugir doespírito e escopo do conceito inventivo geral como definido pelasreivindicações anexas e seus equivalentes.

Claims (22)

1. Pneumático para rodas de veículo que compreende umacarcaça radial, uma banda de rodagem (1, IO5 40), provida com ranhuras emsua superfície, para entrar em contato com o solo e situada na superfícieexterna radial da carcaça, paredes laterais (S) e rebordos (B) para ancoragemdo pneumático em um aro de roda (R), e uma estrutura de cinta entre a bandade rodagem (1, 10, 40) e a carcaça, caracterizado pelo fato de que umacamada intermediária de elastômero, reforçada com fibras (3, 14, 46), écolocada entre a estrutura de cinta e a banda de rodagem (1, 10, 40), tendo acamada intermediária de elastômero, reforçada com fibras (3, 14, 46), emseção transversal, duas porções de aresta (24, 26) que são, ambas, de 25% a 75% mais espessas do que a porção central (18).

2. Pneumático de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a camada intermediária de elastômero, reforçada com fibras(3, 14, 46), compreende um material composto e fibras de reforço curtas.

3. Pneumático de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que as fibras de reforço curtas compreendem um polímero dearamida.

4. Pneumático de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que as fibras de reforço curtas são orientadas em um ângulo desubstancialmente O0 com relação a um plano equatorial (Y-Y) do pneumático.

5. Pneumático de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que o material composto é selecionado de borracha natural,borracha de isopreno, borracha de butadieno estireno polimerizada ememulsão, borracha de butadieno estireno polimerizada em solução, e borrachade butadieno.

6. Pneumático de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que a concentração das fibras de reforço curtas no materialcomposto é entre cerca de 5 e 15 ppc.

7. Pneumático de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que a concentração das fibras de reforço curtas é entre cerca de 7e 11 ppc.

8. Pneumático de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a camada intermediária de elastômero reforçada com fibras,é incorporada na banda de rodagem (1, 10, 40).

9. Pneumático de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que o material composto compreende mais do que cerca de 50%de borracha natural.

10. Pneumático de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que o material composto compreende umaconcentração de negro de fumo está entre cerca de 20 e 80 ppc.

11. Pneumático de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a camada intermediária de elastômero,reforçada com fibras (3, 14, 46), tem uma espessura maior do que 1 mm.

12. Pneumático de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a camada intermediária de elastômero,reforçada com fibras (3, 14, 46), tem uma espessura entre 1,5 mm e 3 mm.

13. Pneumático de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que as duas porções de aresta (24, 26) são, ambas,cerca de 33% mais espessas do que a porção central (18).

14. Pneumático de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a camada intermediária de elastômero,reforçada com fibras (3, 14, 46), tem uma largura, as duas porções de aresta(24, 26), cada, compreendem cerca de 2/7 da largura, e a porção central (18)compreende os 3/7 remanescentes da largura.

15. Pneumático de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a estrutura de cinta compreende pelo menosuma camada de tecido emborrachado compreendendo cordonéis que secruzam um ao outro e são, ambos, angulados com relação a um planoequatorial (Y-Y) do pneumático.

16. Pneumático de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que está ausente uma camada de tecidoemborrachado com cordonéis de reforço longitudinais situando-se em umângulo de substancialmente 0o com relação a um plano equatorial (Y-Y) dopneumático.

17. Pneumático de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o pneumático exclui uma ou mais camadasselecionadas do grupo compreendendo uma folha de borracha, uma camadade 0 grau e uma subcamada.

18. Pneumático de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a camada intermediária de elastômero,reforçada com fibras (3, 14, 46), é a única camada colocada entre a estruturade cinta e a banda de rodagem (1, 10, 40).

19. Processo para fabricação de um pneumático,compreendendo pelo menos uma camada cintada, uma banda de rodagem (1, 10, 40) acima da pelo menos camada cintada, e uma camada intermediária deelastômero, reforçada com fibras (3, 14, 46), disposta abaixo da banda derodagem (1, 10, 40) e acima da pelo menos uma camada cintada,caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:prover a pelo menos uma camada cintada;dispor a camada intermediária de elastômero, reforçada comfibras (3, 14, 46), sobre uma superfície superior do pelo menos uma camadacintada; edispor a banda de rodagem (1, 10, 40) sobre uma superfíciesuperior da camada intermediária de elastômero, reforçada com fibras (3, 14, 46).

20. Processo de acordo com a reivindicação 19, caracterizadopelo fato de excluir a incorporação de um ou mais selecionados do grupocompreendendo: uma folha de borracha, uma camada de náilon, e umasubcamada.

21. Processo para fabricação de um pneumático,compreendendo pelo menos uma camada cintada, uma banda de rodagem (1, 10, 40) acima da pelo menos uma camada cintada, e uma camadaintermediária de elastômero, reforçada com fibras (3,14, 46), disposta abaixoda banda de rodagem (1, 10, 40) e acima da pelo menos uma camada cintada,caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:prover a pelo menos uma camada cintada;extrusar a camada intermediária de elastômero, reforçada comfibras (3, 14, 46), conjuntamente com a banda de rodagem (1, 10, 40), paraum produto co-extrusado, onde a camada intermediária de elastômero,reforçada com fibras (3, 14, 46), é incorporada em uma superfície de fundoda banda de rodagem (1,10, 40); edispor o produto co-extrusado sobre uma superfície superiorda pelo menos uma camada cintada.

22. Processo de acordo com a reivindicação 21, caracterizadopelo fato de excluir a incorporação de uma ou mais camadas selecionadas dogrupo consistindo de: uma folha de borracha, uma camada de O05 e umasubcamada.