BRPI0400365B1

BRPI0400365B1 - Pneu com componente de borracha contendo negro de fumo eletricamente condutor e fibras de aramida fibriladas

Info

Publication number: BRPI0400365B1
Application number: BRPI0400365A
Authority: BR
Inventors: David John Zanzig; Jennifer Lyn Ryba
Original assignee: Goodyear Tire & Rubber
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2015-09-29
Also published as: DE602004007703D1; US20040173295A1; EP1454765B1; BRPI0400365A; DE602004007703T2; EP1454765A1

Abstract

"pneu com componente de borracha contendo negro de fumo eletricamente condutor e fibras de aramida fibriladas". um pneumático de borracha com componente de borracha que contém um negro de fumo eletricamente condutor e uma polpa de fibras de aramida fibriladas. esse componente de borracha é selecionado de pelo menos um de costado, base de banda de rodagem para um pneu tendo uma banda de rodagem de uma construção de base / banda de rodagem e um enchimento.

Description

"PNEUMÁTICO COM COMPONENTE DE BORRACHA CONTENDO NEGRO DE FUMO ELETRICAMENTE CONDUTOR E FIBRAS DE ARAMIDA FIBRILADAS" CAMPO DA INVENÇÃO

Um pneumático de borracha com componente de borracha, que contém um negro de fumo eletricamente condutor e polpa de aramida de fibras de aramida fibriladas. Esse componente de borracha é selecionado de pelo menos um de costado, base da banda de rodagem para um pneu tendo uma banda de rodagem de uma construção base / banda de rodagem e um enchimento .

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Os pneumáticos têm, tipicamente, vários componentes, que são compreendidos de composições de borracha reforçadas com negro de fumo.

Esses componentes de borracha incluem, por exemplo, um costado de pneu, uma camada de base de banda de rodagem de uma banda de rodagem de uma construção base / cobertura e um enchimento. Todos estes componentes são bem conhecidos daqueles versados nessa técnica.

Esses componentes de um pneumático contribuem, tipicamente, para a sua eficiência de uso em termos de, por exemplo, geração de acúmulo de calor interno, bem como resistência ao rolamento do próprio pneu, que pode se traduzir em um aumento ou diminuição na economia de combustível do veículo associado. A redução na histerese da respectiva composição de borracha, como evidenciada por um aumento na sua propriedade física de recuperação elástica, leva, tipicamente, a uma redução benéfica no acúmulo de calor interno, bem como uma redução benéfica na resistência ao rolamento de um pneu com um costado, base de banda de rodagem e/ou enchimento dessa composição de borracha de histerese reduzida. Acredita-se que estes fenômenos sejam do conhecimento daqueles versados nessa técnica.

Também é bem conhecido que uma diminuição na histerese de uma composição de borracha reforçada com negro de fumo, como evidenciada por um aumento na sua propriedade física de recuperação elástica, pode ser normalmente feita por simples redução no seu teor de negro de fumo. No entanto, essa redução no reforço de negro de fumo é esperada, tipicamente, provocar sérias desvantagens, tais como, por exemplo, redução no reforço da composição de borracha, como evidenciada por uma redução na sua propriedade física de módulo, bem como uma redução na sua condutividade elétrica. Estas desvantagens são conhecidas daqueles versados nessa técnica. A redução na resistência mecânica reforçada do respectivo componente do pneu é facilmente considerada como sendo uma consideração significativa, para não reduzir desnecessariamente o teor de negro de fumo de reforço da respectiva composição de borracha. A redução na condutividade elétrica da respectiva composição de borracha pode ser uma consideração significativa, quando se deseja um caminho de resistividade elétrica reduzida, para dissipar o acúmulo de eletricidade estática dentro do pneu, devido a uma redução substancial no teor de negro de fumo, como vai ser reconhecido por uma pessoa versada na técnica.

Para esta invenção, então, deseja-se proporcionar esse componente mencionado acima para um pneu com um teor relativamente reduzido de negro de fumo de reforço de borracha normalmente usado, para promover uma propriedade de menor histerese, como evidenciada por uma propriedade fisica de recuperação elástica da própria composição de borracha.

Historicamente, os pneumáticos de borracha têm, convencionalmente, costados expostos de uma camada de composição de borracha, gue é reforçada com um negro de fumo de reforço de borracha particulado.

Para algumas aplicações, pode-se desejar proporcionar uma composição de borracha de borracha de costado de pneu, bem como uma composição de base de banda de rodagem e/ou de enchimento de pneu, gue promova uma menor resistência ao rolamento para o respectivo pneu e um aumento na economia de combustível para um veiculo com tal pneu. Conse-qüentemente, deseja-se proporcionar um pneu com uma composição de costado de borracha, bem como uma composição de borracha de base de banda de rodagem e/ou enchimento, tendo uma maior propriedade de recuperação elástica e tendo, portanto, uma propriedade de menor histerese, que é indicativa de promoção de uma resistência ao rolamento mais baixa para o respectivo pneu.

Os negros de fumo de reforço de borracha, tipicamente usados para composições de borracha de costado de pneu, bem como composições de borracha de base de banda de rodagem e/ou enchimento de banda de rodagem, são usualmente de um tamanho de partícula um pouco maior do que os negros de fumo usados convencionalmente para as composições de borracha de banda de rodagem de pneu. Esses negros de fumo para reforço das composições de borracha de costado de pneu são, por exemplo, aqueles com as designações ASTM N550, N326 e N330.

Para esta invenção, deseja-se proporcionar um reforço significativamente diferente para uma composição de borracha de costado, bem como uma composição de borracha de base de banda de rodagem e/ou enchimento de pneu, com a finalidade de promover um valor de recuperação fisica mais alto para a composição de borracha componente do pneu, em combinação com dota-se a composição de borracha com reforço substancialmente igual ou superior, em termos do seu módulo de 200 %.

Conseqüentemente, todo ou parte do negro de fumo de reforço adicional para uma composição de borracha de costado de pneu, bem como para uma composição de borracha de base de banda de rodagem e/ou enchimento de pneu, é substituído com um negro de fumo alternativo, que é mais eletricamente condutor, juntamente com fibras de aramida fibriladas.

Em um aspecto, deseja-se que o negro de fumo alternativo auxilie na promoção de um caminho de resistividade elétrica adequada (mais condutividade elétrica) para o costado, para auxiliar na condução da eletricidade estática acumulada da roda veicular para o solo, isto é, da parte talão do pneu para a banda de rodagem do pneu.

Conseqüentemente, para um aspecto desta invenção, essa camada de costado de pneu é proporcionada como uma camada externa de uma composição de borracha, que contém reforço como uma dispersão de um neqro de fumo relativamente eletricamente condutor, que inclui, alternativamente, neqros de fumo duplos e fibras de aramida fibriladas curtas.

Considera-se aqui que o uso do neqro de fumo relativamente eletricamente condutor propicia o uso de um teor reduzido de neqro de fumo de reforço de borracha mais convencional, usado para reforço de costado de borracha de pneu, bem como um reforço de borracha de base de banda de rodaqem e/ou enchimento de pneu, desde que haja preocupação com a condutividade elétrica da composição de borracha.

Portanto, um aspecto desta invenção considera o uso de neqros de fumo duplos em uma composição de borracha de costado de pneu, bem como em uma composição de borracha de base de banda de rodaqem e/ou enchimento de pneu, tendo propriedades reconhecidas pela ASTM bem diferentes, isto é, valores do número de iodo (ou valor da área superficial BET) e de DBP (ftalato de dibutila).

Considera-se também que o uso de um pequeno teor das fibras de aramida fibriladas distintas curtas tanto auxilia no reforço da camada de costado externa, como na base da banda de rodaqem e/ou enchimento do pneu e, portanto, propriedades físicas siqnificativas, tais como, por exemplo, um módulo de 200 % e também, desse modo, permitindo o uso de uma camada de costado externo mais fina, se desejado.

Na descrição desta invenção, o termo "ppc" se refere a partes em peso de um ingrediente por 100 partes em peso de borracha, a menos que indicado de outro modo.

Os termos "borracha" e "elastômero" são usados in-tercambiavelmente, a menos que indicado de outro modo. Os termos "vulcanizado" e "curado" são usados intercambiavel-mente, a menos que indicado de outro modo. Os termos "composto" e "composição de borracha" podem ser usados intercam-biavelmente, a menos que indicado.

DESCRIÇÃO E PRÁTICA DA INVENÇÃO

De acordo com esta invenção, um pneumático de borracha é proporcionado tendo um componente selecionado de pelo menos selecionado de pelo menos um de um costado, compreendido de uma camada observável visualmente externa de uma composição de borracha vulcanizada com enxofre, uma base de banda de rodagem de uma base de banda de rodagem de uma construção base / cobertura (na qual a camada de borracha de cobertura da banda de rodagem circunferencial é intencionada para ficar em contato com o solo e a camada de borracha da base da banda de rodagem fica debaixo da cobertura da banda de rodagem e do enchimento do pneu (um componente de borracha se estendendo radialmente para fora de um talão de pneu para o costado do pneu), compreendido de, com base em partes em peso por 100 partes em peso de borracha (ppc); (A) 100 partes em peso de elastômeros à base de dieno compreendidos de: (1) cerca de 35 a cerca de 60 ppc de borracha de cis 1,4-poliisopreno natural; e (2) cerca de 40 a cerca de 65 ppc de borracha de cis 1,4-polibutadieno; (B) cerca de 7 a cerca de 50, alternativamente cerca de 10 a cerca de 35 ppc de negro de fumo composto de: (1) de zero a cerca de 30, alternativamente cerca de 5 a cerca de 20 ppc de um primeiro negro de fumo de reforço de borracha particulado tendo um valor de iodo (ASTM D1510) em uma faixa de cerca de 35 a cerca de 80, alternativamente cerca de 35 a cerca de 50 mg/g, uma área superficial BET (nitrogênio) de cerca de 40 a cerca de 50 m2/g e um valor DBP (ASTM D2414) em uma faixa de cerca de 60 a cerca de 130, alternativamente, cerca de 115 a cerca de 130 mL/lOOg; e (2) cerca de 2 a cerca de 20, alternativamente cerca de 5 a cerca de 15 ppc de um segundo negro de fumo eletricamente condutor particulado tendo uma área superficial BET (nitrogênio) em uma faixa de 245 a cerca de 1.100 m2/g e um valor DBP (ASTM D2414) em uma faixa de cerca de 170 a cerca de 600 mL/lOOg; e (C) cerca de 0,5 a cerca de 15, alternativamente, cerca de 0,5 a cerca de 5 ppc de fibras de aramida fibrila-das, descontínuas, curtas.

Os negros de fumo de reforço de borracha particu-lados usados convencionalmente para reforço dos costados de pneus são, por exemplo, N550, N330 e N326, que são designações ASTM, que, como os outros negros de fumo de reforço de borracha, são referidas de forma mais ampla em Vanderbilt Rubber Handbook (1978), páginas 414 a 417. Este manual se refere na página 416 aos negros de fumo N330 - 399 como sen- do classificados de acordo com a resistência à abrasão como graus HAF de negro de fumo e os negros de fumo N50 0 - 59 9 como sendo classificados de acordo com as propriedades de processamento da borracha como graus FEF de negro de fumo. De acordo com a página 414 do manual, o termo HAF se refere a negro de fumo de "forno de alta abrasão" e o termo FEF se refere a negro de fumo de "forno de rápida extrusão". Por exemplo, o negro de fumo é descrito como tendo um valor de iodo de cerca de 43 m2/g e um valor DBP de cerca de 121 ml/g.

Considera-se gue esse negro de fumo N550 pode ser descrito como tendo um valor de iodo (ASTM D1510) em uma faixa de cerca de 40 a cerca de 50 m2/g e um valor DBP (ASTM D2414) em uma faixa de cerca de 115 a cerca de 130 ml/g. A área superficial (SA) com nitrogênio à baixa temperatura, usando a abordagem BET, é registrada como sendo de 42 m2/g no Journal of the IRI de junho de 1972, página 119 "Reinforcing Properties of Carbon Black Mixtures in Natural Rubber" de Donnet et al. Aparentemente, o valor de iodo e o valor da área superficial BET mencionados acima são de natureza similar para um respectivo negro de fumo. De acordo com o manual na página 417, os negros de fumo N326 e N330 têm um valor de iodo de aproximadamente 82 m2/g e valores de DBP de aproximadamente 71 e aproximadamente 102 ml/g, respectivamente. Vários negros de fumo eletricamente condutores podem ser usados, gue são, tipicamente, mais eletricamente condutores do que os negros de fumo de reforço de borracha convencionais relacionados na página 417 mencionada acima do manual. De acordo com a página 416 do manual, o termo XCF se refere a uma classificação com base nas propriedades de con-dutividade elétrica do negro de fumo. Aparentemente, um negro de fumo classificado N472 é um exemplo de um negro de fumo XCF, que tem uma condutividade elétrica relativamente mais alta do que a normal, tendo ainda aparentemente um grau de capacidade de reforço de borracha.

Um exemplo representativo de negros de fumo que sejam relativamente eletricamente condutores é, por exemplo, Vulcan XC-72 da Cabot Corporation, como um negro de fumo do tipo ECF tendo uma designação ASTM N472 com um valor BET (área superficial com nitrogênio) de cerca de 254 m2/g, um valor de iodo de cerca de 270 m2/g e um valor DBP de cerca de 178 mL/lOOg.

Considera-se aqui que esse negro de fumo N472 pode ser descrito como tendo um valor BET (nitrogênio) em uma faixa de cerca de 245 a cerca de 260 m2/g, um valor de iodo em uma faixa de cerca de 260 a cerca de 280 m2/g e um valor DBP em uma faixa de cerca de 170 a cerca de 185 mL/lOOg.

Outros exemplos de negros de fumo, que são considerados como sendo relativamente eletricamente condutores, são, por exemplo, Corax XE-2 da Degussa tendo um valor BET de cerca de 560 m2/g e um valor DBP de cerca de 400 mL/lOOg; 23MM® da MMM tendo valor BET de cerca de 558 m2/g e um valor DBP de cerca de 300 mL/lOOg; Ketjen EC600J® da Akzo tendo valores BET de cerca de 1.040 e 800 m2/g e valores DBP de cerca de 550 e 360 mL/lOOg, respectivamente.

As fibras de aramida fibriladas, descontínuas, curtas exemplificativas são várias fibras Kevlar da E. I. duPont de Nemours. Por exemplo, essa aramida é entendida como sendo basicamente uma poli (para-fenilenotereftalamida). Deve-se entender que é um polímero sintético de cadeia longa, no qual pelo menos 85 % das ligações de amida são presas nos dois anéis aromáticos. As fibras de aramida são, essen-cialmente, de natureza inextensível. As fibras de Kevlar são geralmente bem conhecidas daqueles versados nessa técnica .

Por exemplo, várias dessas fibras de aramida podem ser compostas de, por exemplo, uma parte tronco tendo um comprimento (L) em uma faixa de cerca de 0,2 a cerca de 5 mm (cerca de 0,1 a 0,2 polegada), um diâmetro (D) em uma faixa de cerca de 0,005 a cerca de 0,02 mm (cerca de 5 a cerca de 20 micrômetros) e uma relação de aspecto (L/D) superior a cerca de 100 e várias fibrilas se estendendo para fora do dito tronco, tendo diâmetros substancialmente maiores do que o diâmetro do tronco do que se estendem.

Essas fibras de aramida são aqui referidas como "polpa de aramida", um termo que se acredita seja reconhecido por uma pessoa versada nessa técnica. Para uma descrição mais detalhada dessa polpa de aramida e uso dela em composições de borracha, particularmente, como um componente de pneu, consultar a patente U.S. 4.871.004.

Claims

1. Pneumático CARACTERIZADO pelo fato de que tem um componente selecionado de pelo menos um de um costado, uma base de banda de rodagem de uma banda de rodagem de construção base / cobertura e um enchimento de pneu, que é compreendido de uma composição de borracha compreendida de, com base em partes em peso por 100 partes em peso de borracha (ppc): (A) 100 partes em peso de elastômeros à base de dieno compreendidos de: (1) de 35 a 60 ppc de borracha de cis 1,4- poliisopreno natural; e (2) de 40 a 65 ppc de borracha de cis 1,4- polibutadieno; (B) de 7 a 50 ppc de negro de fumo composto de: (1) de 5 a 3 0 ppc de um primeiro negro de fumo de reforço de borracha particulado tendo um valor de iodo na faixa de 35 a 80 mg/g, um valor BET (área superficial por adsorção de nitrogênio) na faixa de 40 a 50 m2/g e um valor DBP na faixa de 60 a 130 mL/lOOg; e (2) de 2 a 20 ppc de um segundo negro de fumo eletricamente condutor particulado tendo uma valor de iodo na faixa de 260 a 280 mg/g, um valor BET (área superficial por adsorção de nitrogênio) na faixa de 245 a 260 m2/g e um valor DBP na faixa de 170 a 185 mL/lOOg; e (C) de 0,5 a 15 ppc de fibras de aramida fibrila-das, descontínuas, curtas.

2. Pneumático, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita camada de composição de borracha externa contém 0,5 a 5 ppc das ditas fibras de aramida fibriladas; e em que as ditas fibras de aramida são compostas de uma parte tronco tendo um comprimento na faixa de 0,2 a 5 mm, um diâmetro na faixa de 0,005 a 0,02 mm e uma pluralidade de fibrilas se estendendo para fora do dito tronco, tendo diâmetros substancialmente menores do que o diâmetro do trono do qual se estendem.

3. Pneumático, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita aramida das ditas fibras de aramida fibriladas é, basicamente, um poli (para-fenilenotereftalamida), como um polímero de cadeia longa, no qual pelo menos 85 % das ligações de amida são presas nos dois anéis aromáticos.

4. Pneumático, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito segundo negro de fumo tem uma designação ASTM de N472.

5. Pneumático, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito primeiro negro de fumo tem uma designação ASTM de N550.

6. Pneumático, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito componente é uma camada externa de costado.

7. Pneumático, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito componente é uma base de banda de rodagem de uma banda de rodagem de construção base / cobertura, em que a dita cober- tura é uma camada de borracha projetada para ficar em contato com o solo e em que a dita base de banda de rodagem é uma camada de borracha que fica debaixo da dita camada de cobertura de banda de rodagem.

8. Pneumático, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito componente é um enchimento de pneu se estendendo para fora de um talão do pneu para o costado do pneu.