BRPI0811216A2 - pneumático com componente contendo fibra curta - Google Patents
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Abstract
A presente invenção se refere a um pneumático compreendendo pelo menos um dentre enchimento, cobre talão ou reforço de arame na área do talão, pelo menos um dentre enchimento, cobre talão e reforço de arame na área do talão compreendendo uma composição de borracha, a composição de borracha compreendendo um elastómero à base de dieno e 5 a 40 partes em peso, por 100 partes em peso de elastómero, de uma fibra curta possuindo um comprimento variando de 0,5 a 20 mm e possuindo uma espessura variando de 2 a 30 micra, a dita fibra possuindo, disposta pelo menos sobre parte de sua superfície, uma composição compreendendo um ácido graxo alifático ou cera microcristalina sintética; um sal de Bunte; um polissulfeto compreendendo a fração -[S]n ou [S]0-Zn-[S]p, onde cada um de o e pé 1-5, o + p = n, e n = 2-6; e enxofre ou um doador de enxofre.
Description
"PNEUMÁTICO COM COMPONENTE CONTENDO FIBRA CURTA"
Antecedentes da Invenção
Um pneumático é um compósito de vários componentes cada um servindo a umafunção única e específica, ainda que todas funcionem em sinergia para produzir o desem-penho desejado. Um componente importante é a lona da carcaça. A lona da carcaça é umacamada contínua de cordões paralelos revestidos com borracha que se estende de talão atalão e funciona como um elemento de reforço para o pneumático. A lona é girada ascen-dentemente ao redor do talão, pelo que, travando o talão no conjunto ou carcaça. Na proxi-midade imediata da lona da carcaça girada ascendentemente se encontra o enchimento. Oenchimento inclui uma cunha de borracha localizada na região do costado inferior, acima dotalão sendo ligada e encapsulada pelas lonas da carcaça. O enchimento também inclui aárea localizada entre a borracha do costado inferior e o lado axialmente externo da lona dacarcaça girada ascendentemente. Entre o talão e o enchimento pode ser incluído um cobretalão e entre a lona da carcaça e o tecido de náilon de monofilamento pode ser incluído umreforço de arama na área do talão. O enchimento serve para enrijecer a área próxima aotalão no costado inferior. O cobre talão serve como uma interface entre o talão e a lona dacarcaça prevenindo erosão da lona da carcaça e/ou talão devido ao estresse interfacial. Oreforço de arame na área do talão serve como uma interface entre a lona da carcaça e otecido de náilon de monofilamento de borracha contatando o aro da roda.
O desempenho do enchimento, do cobre talão e do reforço de arame na área do ta-lão pode ser aperfeiçoado quando os mesmos são reforçados com fibras curtas possuindouma orientação específica. Por exemplo, um enchimento com fibras orientadas radialmentepode aperfeiçoar a rigidez de curvatura do costado inferior do pneumático. Técnicas conhe-cidas para orientação das fibras curtas de reforço em um material elastomérico são geral-mente métodos para orientação das fibras em um compósito em uma direção que seja con-sistente e paralela à direção de fluxo do material no equipamento de processamento. Con-tudo, tal orientação das fibras é difícil de ser obtida na prática devido à fraca dispersão e/ouadesão das fibras de borracha. Existe, contudo, uma necessidade de um enchimento, cobretalão ou reforço de arame na área do talão com fibras curtas orientadas.
Sumário da Invenção
A presente invenção é dirigida a um pneumático compreendendo pelo menos umdentre enchimento, cobre talão ou reforço de arame na área do talão, pelo menos um dentreenchimento, cobre talão e reforço de arame na área do talão compreendendo uma composi-ção de borracha, a composição de borracha compreendendo um elastômero à base de die-no e 5 a 40 partes em peso, por 100 partes em peso de elastômero, de uma fibra curta pos-suindo um comprimento variando de 0,5 a 20 mm e possuindo uma espessura variando de 2a 30 micra, a dita fibra possuindo, disposta pelo menos sobre parte de sua superfície, umacomposição compreendendo um ácido graxo alifático ou cera microcristalina sintética; umsal de Bunte; um polissulfeto compreendendo a fração -[S]n ou [S]0-Zn-[S]P, onde cada umdeoepé1-5, o + p = n, en = 2-6; e enxofre ou um doador de enxofre.
Breve Descrição dos Desenhos
A figura 1 mostra uma seção transversal de uma porção de um pneumático de a-cordo com uma modalidade da presente invenção.
A figura 2 é um gráfico mostrando a razão de estresse versus tensão medida paraduas amostras.
A figura 3 mostra a razão de estresse versus tensão medida para três amostras.
Descrição Detalhada da Invenção
É revelado um pneumático compreendendo pelo menos um dentre um enchimento,cobre talão e reforço de arame na área do talão, pelo menos um dentre o enchimento e co-bre talão compreendendo uma composição de borracha, a composição de borracha com-preendendo um elastômero à base de dieno e de 5 a 40 partes em peso, por 100 partes empeso de elastômero, de uma fibra de aramida curta, possuindo um comprimento variando de1 a 10 mm e possuindo uma espessura variando de 5 a 15 micra, a fibra possuindo, dispos-ta sobre pelo menos parte de sua superfície, uma composição compreendendo um ácidograxo alifático ou cera microcristalina sintética; um sal de Bunte; um polissulfeto compreen-dendo a fração -[S]n ou [S]0-Zn-[S]P, onde cada um de o e p é 1-5, o + p = n, e n = 2-6; e en-xofre ou um doador de enxofre.
A composição de borracha inclui uma fibra de aramida curta possuindo um compri-mento variando de 0,5 a 20 mm e possuindo uma espessura variando de 2 a 30 micra, a ditafibra de aramida possuindo, disposta sobre pelo menos patê de sua superfície, uma compo-sição compreendendo um ácido alifático ou cera microcristalina sintética; um sal de Bunte;um polissulfeto compreendendo a fração -[S]n ou [S]0-Zn-[S]P, onde cada um de o e p é 1-5,0 + p = n, en = 2-6; e enxofre ou um doador de enxofre. Em uma modalidade, fibra de ara-mida curta apropriada, conforme descrita é ensinada, por exemplo, no WO2007/042229 e noWO2006/087161, os ensinamentos de ambos sendo incorporados completamente aqui co-mo referência.
Em uma modalidade, a fibra de aramida curta possui um comprimento variando de1 a 10 mm. Em uma modalidade, a fibra de aramida curta possui uma espessura variandode 5 a 15 micra.
Em uma modalidade, o ácido graxo alifático ou cera microcristalina sintética estápresente em uma quantidade variando de 10 a 90% em peso, com base no peso da fibra, oácido graxo ou cera, o sal de Bunte e o polissulfeto. Em uma modalidade, o ácido graxo ali-fático ou cera microcristalina sintética é um ácido graxo alifático. Em uma modalidade, oácido graxo alifático é ácido esteárico. Em uma modalidade, a cera microcristalina sintética écera de polietileno.
Em uma modalidade, o sal de Bunte possui a fórmula (H)m-(R1-S-S03"M+)lvl . xH20,onde m é 1 ou 2, m' é 0 ou 1 e m + m' = 2; x é 0-3, M é selecionado de Na, K, Li, 34 Ca, 1/4Mg e 1/3 Al e R1 é selecionado de alquileno C1-C12, alcoxileno Ci-C12 e aralquileno C7-Ci2.Em uma modalidade, o sal de Bunte apresenta m = 2, m' = 0 e R1 é alquileno C1-C12. Emuma modalidade, o sal de Bunte é diidrato de dissódio hexametileno-1,6-bis(tiossulfato).
Em uma modalidade, a quantidade de sal de Bunte varia de 0,25 a 25% em peso,com base no peso da fibra plana. Em uma modalidade, a quantidade de sal de Bunte variade 2 a 10% em peso, com base no peso da fibra plana.
Em uma modalidade, o polissulfeto é selecionado do grupo consistindo em tetras-sulfeto de diciclopentametileno tiurama, tetrassulfeto de bis-3-trietoxisililpropila, polissulfetode alquil fenol, mercaptobenzotiazol de zinco e dissulfeto de 2-mercaptobenzotiazila. Emuma modalidade, o polissulfeto é dissulfeto de 2-mercaptobenzotiazila.
Em uma modalidade, a quantidade de polissulfeto vaia de 0,01 a 15% em peso,com base no peso da fibra plana. Em uma modalidade, a quantidade de polissulfeto varia de0,1 a 3% em peso, com base no peso da fibra plana.
Em uma modalidade o enxofre pode ser enxofre em pó, enxofre precipitado e enxo-fre insolúvel. Em uma modalidade, o doador de enxofre pode ser dissulfeto de tetrametiltiu-rama, dissulfeto de tetraetiltiurama, dissulfeto de tetrabutiltiurama, hexassulfeto de dipenta-metileno tiurama, tetrassulfeto de dipentametileno tiurama, ditiodimorfolina e misturas dosmesmos.
Em uma modalidade, a quantidade de enxofre ou doador de enxofre varia de 0,001a 10% em peso, com base no peso da fibra plana. Em uma modalidade, a quantidade deenxofre ou doador de enxofre varia de 0,01 a 2,5% em peso, com base no peso da fibra plana.
Em uma modalidade, a combinação de sal de Bunte, o polissulfeto e o enxofre oudoador de enxofre está presente em uma quantidade variando de 0,5 a 30% em peso, combase no peso da fibra plana. Em uma modalidade, a combinação do sal de Bunte, do polis-sulfeto e do enxofre ou doador de enxofre está presente em uma quantidade variando de 1 a20% em peso, com base no peso da fibra plana. Em uma modalidade, a combinação do salde Bunte, do polissulfeto, e o enxofre ou doador de enxofre está presente em uma quantida-de variando de 2 a 8% em peso, com base no peso da fibra plana.
Em uma modalidade, a fibra curta de aramida possui um comprimento variando de1 a 10 mm e possui uma espessura variando de 5 a 15 micra a fibra apresentando, dispostasobre pelo menos parte de sua superfície, uma composição compreendendo um ácido graxoalifático; um sal de Bunte; um polissulfeto compreendendo a fração -[S]n ou [S]0-Zn-[S]p, on-de cada um deoepé 1-5, o + p = nen = 2-6; e enxofre ou um doador de enxofre, estandopresente na composição de borracha em uma concentração variando de 1 a 40 partes empeso de fibra por 100 partes em peso de elastômero à base de dieno (phr). Em uma modali-dade, a fibra curta está presente na composição de borracha em uma concentração varian-do de 5 a 50 partes em peso de fibra por 100 partes em peso de elastômero à base de dieno(phr). Em outra modalidade, a fibra curta está presente na composição de borracha em umaconcentração variando de 10 a 30 partes em peso de fibra por 100 partes em peso de elas-tômero à base de dieno (phr).
A composição de borracha pode ser empregada com borrachas ou elastômeroscontendo insaturação olefínica. As frases "borracha ou elastômero contendo insaturaçãoolefínica" ou "elastômero à base de dieno" pretendem incluir ambas, a borracha natural esuas várias formas cruas e reaproveitadas, bem como as várias borrachas sintéticas. Nadescrição desta invenção, os termos "borracha" e "elastômero" podem ser intercambiáveis, amenos que de outra forma determinado. Os termos "composição de borracha", "borrachacompostada" e "composto de borracha" são usados intercambiavelmente, para se referir àborracha que foi combinada ou misturada com vários ingredientes e materiais e tais termossão bem conhecidos dos versados na técnica de mistura de borracha ou compostagem deborracha. Polímeros sintéticos representativos são os produtos de homopolimerização debutadieno e seus homólogos e derivados, por exemplo, metilbutadieno, dimetilbutadieno epentadieno, bem como copolímeros, tais como aqueles formados de butadieno ou seus ho-mólogos ou derivados com outros monômeros insaturados. Entre os últimos encontram-seos acetilenos, por exemplo, acetileno vinílico; olefinas, por exemplo, isobutileno, que copoli-merizam com isopreno para formar borracha butílica; compostos vinílicos, por exemplo, áci-do acrílico, acrilonitrila (que polimerizam com butadieno para formar NBR), ácido metacrílicoe estireno, o último composto polimerizando com butadieno para formar SBR, bem comoésteres vinílicos e vários aldeídos insaturados, cetonas e éteres, por exemplo, acroleína,metil isopropenil cetona e éter viniletílico. Exemplos específicos de borrachas sintéticas in-cluem neopreno (policloropreno), polibutadieno (incluindo cis-1,4-polibutadieno), poliisopre-no (incluindo cis-1,4-poliisopreno), borracha butílica, borracha halobutílica, tal como, borra-cha clorobutílica ou borracha bromobutílica, borracha de estireno/isopreno/butadieno, copo-límeros de 1,3-butadieno ou isopreno com monômeros, tais como, estireno, acrilonitrila emetacrilato de metila, bem como terpolímeros de etileno/propileno, também conhecidos co-mo monômero etileno/propileno/dieno (EPDM) e, especificamente, terpolímeros de etile-no/propileno/diciclopentadieno. Exemplos adicionais de borrachas que podem ser emprega-das incluem polímeros polimerizados de solução funcionalizada final de alcóxi-silila (SBR,PBR, IBR e SIBR), polímeros acoplados a silício e polímeros ramificados em estrela acopla-dos ao estanho. A borracha preferida ou elastômeros sendo poliisopreno (natural ou sintéti-co), polibutadieno e SBR.Em um aspecto, a borracha é preferivelmente de pelo menos duas das borrachas àbase de dieno. Por exemplo, uma combinação de duas ou mais borrachas é preferida, talcomo, borracha eis 1,4-poliisopreno (natural ou sintética, embora a natural seja a preferida),borracha de 3,4-polisopreno, borracha de estireno/isopreno/butadieno, polimerização desolução e emulsão derivada de borrachas de estireno/butadieno, borrachas de eis 1,4-polibutadieno e polimerização de emulsão preparada de copolímeros de butadie-no/acrilonitrila.
Em um aspecto desta invenção, um estireno/butadieno derivado de polimerizaçãode emulsão (E-SBR) pode ser usado, possuindo um teor de estireno relativamente conven-cional de cerca de 20 a cerca de 28% em peso de estireno ligado ou, para algumas aplica-ções, um E-SBR possuindo um teor de estireno ligado de médio a relativamente alto; a sa-ber, um teor de estireno ligado de cerca de 30 a cerca de 45%.
E-SBR preparada por polimerização de emulsão significa que estireno e 1,3-butadieno são copolimerizados como uma emulsão aquosa. Estes são bem conhecidos dosversados na técnica. O teor de estireno ligado pode variar, por exemplo, de cerca de 5 acerca de 50% em peso. Em um aspecto, a E-SBR pode também conter acrilonitrila paraformar uma borracha de terpolímero, como E-SBAR, em quantidades, por exemplo, de cercade 2 a cerca de 30% em peso de acrilonitrila ligada no terpolímero.
Borrachas de estireno/butadieno/acrilonitrila preparadas por polimerização de emul-são contendo cerca de 2 a cerca de 40% em peso de acrilonitrila ligada no copolímero sãotambém contempladas como borrachas à base de dieno para uso nesta invenção.
Uma SBR (S-SBR) preparada por polimerização da solução possui tipicamente umteor de estireno ligado na faixa de cerca de 5 a cerca de 50, preferivelmente cerca de 9 acerca de 36%. A S-SBR pode ser preparada convenientemente, por exemplo, por catalisa-ção de organo lítio, em presença de um solvente hidrocarboneto orgânico.
Em uma modalidade, a borracha eis 1,4-polibutadieno (BR) pode ser empregada.Tal BR pode ser preparada, por exemplo, por polimerização de solução orgânica de 1,3-butadieno. A BR pode ser caracterizada convenientemente, por exemplo, por possuir, pelomenos um teor de 90% de eis 1,4.
A borracha de eis 1,4-poliisopreno e a borracha natural de eis 1,4-poliisopreno sãobem conhecidas dos versados na técnica da borracha.
O termo "phr" conforme usado aqui e de acordo com a prática convencional se refe-re às "partes em peso de um material reativo por 100 partes em peso de borracha, ou elas-tômero".
A composição de borracha pode também incluir até 70 phr de óleo de processa-mento. O óleo de processamento pode ser incluído na composição de borracha como óleode extensão tipicamente usado para estender elastômeros. Óleo de processamento podetambém ser incluído na composição de borracha por adição do óleo diretamente durante acompostagem da borracha. O óleo de processamento usado pode incluir ambos o óleo deextensão presente nos elastômeros e óleo de processamento adicionado durante compos-tagem. Óleos de processamento apropriados incluem vários óleos como são conhecidos naarte, incluindo aromático, parafínico, naftênico, óleos vegetais e óleos com teor de PCA bai-xo, tais como, MES, TDAE, SRAE e óleos naftênicos pesados. Óleos contendo teor de PCAbaixo apropriados incluem aqueles possuindo teor aromático policíclico inferior a 3% empeso, conforme determinado pelo método IP346. Os procedimentos para o método IP346podem ser encontrados em Standard Methods for Analvsis & Testinq of Petroleum and Rela-ted Products e British Standard 2000 Parts. 2003, 62a edição, publicado pelo Institute of Pe-troleum, Reino Unido.
A composição de borracha pode incluir de 10 a cerca de 150 phr de sílica. Em outramodalidade, de 20 a 80 phr de sílica podem ser empregados.
Os pigmentos silíceos empregados geralmente, que podem ser usados no compos-to de borracha incluem pigmentos silíceos pirogênicos e precipitados convencionais (sílica).Os pigmentos silícios convencionais nessa invenção são sílicas precipitadas, tais como, porexemplo, aquelas obtidas de por acidificação de um silicato solúvel, por exemplo, silicato desódio.
Tais sílicas convencionais podem ser caracterizadas, por exemplo, por possuir umaárea de superfície BET, conforme medida usando gás nitrogênio. Em uma modalidade, aárea de superfície BET pode variar na faixa de cerca de 40 a cerca de 600 metros quadra-dos por grama. Em outra modalidade, a área de superfície BET pode estar na faixa de cercade 80 a cerca de 300 metros quadrados por grama. O processo BET de medir a área desuperfície é descrito no Journal of the American Chemical Societv. volume 60, página 304(1930).
A sílica convencional pode também ser tipicamente caracterizada por possuir umvalor de absorção de dibutilftalato (DBP) em uma faixa de cerca de 100 a cerca de 400 e,alternativamente, cerca de 150 a cerca de 300.
Espera-se que a sílica convencional possua um tamanho de partícula final, médio,por exemplo, na faixa de 0,01 a 0,05 mícron, conforme determinado por microscopia de elé-tron, embora as partículas de sílica possam ser mesmo menores, ou possivelmente maioresem tamanho.
Várias sílicas comercialmente disponíveis podem ser usadas, tais como, apenascomo exemplo e sem limitação, sílicas comercialmente disponíveis na PPG Industries, sob amarca registrada Hi-Sil com designações 210, 243, etc; sílicas disponíveis da Rhodia, comopor exemplo, designações de Z1165MP e Z165GR e sílicas disponíveis da Degussa GmbHcom, por exemplo, designações VN2 e VN3 etc.Negros de fumo geralmente empregados podem ser usados como carga conven-cional em uma quantidade variando de 10 a 150 phr. Em outra modalidade, podem ser usa-dos de 20 a 80 phr de negro de fumo. Exemplos representativos de tais negros de fumo in-cluem N110, N121, N134, N220, N231, N234, N242, N293, N299, N315, N326, N330, N332,N339, N343, N347, N351, N358, N375, N539, N550, N582, N630, N642, N650, N683, N754,N762, N765, N774, N787, N907, N908, N990 e N991. Esses negros de fumo possuem ab-sorções de iodo variando de 9 a 145 g/kg e número DBP variando de 34 a 150 cm3/100 g.
Outras cargas podem ser usadas na composição de borracha incluindo, porém nãolimitado às cargas específicas incluindo polietileno de peso molecular ultra alto (UHMWPE),géis de polímero em partículas incluindo, porém não limitados aqueles nas Patentes USnúmeros 6.242.534; 6.207.757; 6.133.364; 6.372.857; 5.395.891 ou 6.127.488 e carga com-posta de amido plasticizado, porém não limitada àquela revelada na Patente US número5.672.639. Tais outras cargas podem ser empregadas em uma quantidade variando de 1 a 30 phr.
Em uma modalidade a composição de borracha pode conter um composto de orga-nossilício contendo enxofre convencional. Exemplos de compostos organossilício contendoenxofre apropriados são da fórmula:
<formula>formula see original document page 8</formula>
onde Z é selecionado do grupo consistindo em:
<formula>formula see original document page 8</formula>
onde R1 é um grupo alquila de 1 a 4 átomos de carbono, cicloexila ou fenila; R2 éalcóxi de 1 a 8 átomos de carbono ou cicloalcóxi de 5 a 8 átomos de carbono; Alk é um hi-drocarboneto divalente de 1 a 18 átomos de carbono e n é um inteiro de 2 a 8.
Em uma modalidade, os compostos organossilício contendo enxofre são os polis-sulfetos de 3,3'-bis(trimetóxi ou trietóxi sililpropil). Em uma modalidade, os compostos deorganossilício contendo enxofre são dissulfeto de 3,3'-bis(trietoxisililpropil) e tetrassulfeto de3,3'-bis(trietoxisililpropil). Portanto, como para Fórmula III, Z pode ser:
<formula>formula see original document page 8</formula>onde R2 é um alcóxi de 2 a 4 átomos de carbono, alternativamente 2 átomos decarbono; Alk é um hidrocarboneto divalente de 2 a 4 átomos de carbono, alternativamentecom 3 átomos de carbono; e n é um inteiro de 2 a 5, alternativamente 2 ou 4.
Em outra modalidade, os compostos de organossilício contendo enxofre apropria-dos incluem compostos revelados na Patente US número 6.608.125. Em uma modalidade,os compostos organossilício contendo enxofre incluem 3-(octanoiltio)-1-propiltrietoxissilano,CH3(CH2)6C(=0)-S-CH2CH2CH2Si(OCH2CH3)3 que está disponível comercialmente comoNXT™ na Momentive Performance Materials.
Em outra modalidade, os compostos organossilício contendo enxofre apropriadosincluem aqueles revelados na Publicação de Patente US 2003/0130535. Em uma modalida-de, o composto organossilício contendo enxofre é Si-363 da Degussa.
A quantidade de composto organossilício contendo enxofre em uma composição deborracha variará dependendo do nível de outros aditivos que são usados. De modo geral, aquantidade do composto variará de 0,5 a 20 phr. Em uma modalidade, a quantidade variaráde 1 a 10 phr.
É prontamente entendido pelos versados na técnica que a composição de borrachapossa ser compostada por processos geralmente conhecidos na técnica de compostagemde borracha, tal como mistura de várias borrachas de constituinte vulcanizável de enxofrecom vários materiais aditivos usados comumente, tais como, por exemplo, doadores de en-xofre, coadjuvantes de cura, tais como, ativadores e retardantes e aditivos de processamen-to, tais como, óleos, resinas incluindo resinas taquificantes e plastificantes, cargas, pigmen-tos, ácido graxo, oxido de zinco, ceras, antioxidantes e antiozonantes e agentes peptizado-res. Conforme conhecido pelos versados na técnica, dependendo do uso pretendido do ma-terial vulcanizado de enxofre e vulcanizado de enxofre (borrachas), os aditivos mencionadosacima são selecionados e geralmente usados em quantidades convencionais. Exemplosrepresentativos de doadores de enxofre incluem enxofre elementar (enxofre livre), um dis-sulfeto de amina, polissulfeto polimérico e adutos de olefina de enxofre. Em uma modalida-de, o agente de vulcanização de enxofre é enxofre elementar. O agente de vulcanização deenxofre pode ser usado em uma quantidade variando de 0,5 a 8 phr, alternativamente comuma faixa de 1,5 a 6 phr. Quantidades típicas de resinas taquificantes, quando usadas,compreendem cerca de 0,5 a cerca de 10 phr, geralmente cerca de 1 a cerca de 5 phr.Quantidades típicas de coadjuvantes de processamento compreendem cerca de 1 a cercade 50 phr. Quantidades típicas de antioxidantes compreendem cerca de 1 a cerca de 5 phr.Antioxidantes representativos podem ser, por exemplo, difenil-p-fenilenodiamina e outros,tais como, por exemplo, aqueles revelados no The Vanderbilt Rubber Handbook (1978), pá-ginas 344-346. Quantidades típicas de antiozonantes compreendem cerca de 1 a 5 phr.Quantidades típicas de ácidos graxos, quando usadas, que podem incluir ácido esteáricocompreendem cerca de 0,5 a cerca de 3 phr. Quantidades típicas de oxido de zinco com-preendem cerca de 2 a cerca de 5 phr. Quantidades típicas de ceras compreendem cercade 1 a cerca de 5 phr. Freqüentemente, ceras microcristalinas são usadas. Quantidadestípicas de peptizadores compreendem cerca de 0,1 a cerca de 1 phr. Peptizadores típicospodem ser, por exemplo, pentaclorotiofenol e dissulfeto de dibenzamidodifenila.
Os aceleradores são usados para controlar o tempo e/ou temperatura necessáriospara vulcanização e para aperfeiçoar as propriedades do vulcanizado. Em uma modalidade,um sistema acelerador simples pode ser usado; isto é, acelerador primário. O(s) acelera-dores) primário(s) pode(m) ser usado(s) em quantidades totais variando de cerca de 0,5 acerca de 4, preferivelmente cerca de 0,8 a cerca de 1,5 phr. Em outra modalidade, as com-binações de um acelerador primário e secundário podem ser usadas com um aceleradorsecundário sendo usado em quantidades menores, tais como de cerca de 0,05 a cerca de 3phr, a fim de ativar e aperfeiçoar as propriedades do vulcanizado. As combinações destesaceleradores podem produzir um efeito sinergético nas propriedades finais e são algo me-lhores que o produzido pelo uso de cada acelerador sozinho. Além disto, aceleradores deação retardada podem ser usados, os quais não são afetados por temperaturas de proces-samento normais, porém produzem uma cura satisfatória nas temperaturas de vulcanizaçãocomuns. Os retardantes de vulcanização podem também ser usados. Os tipos apropriadosde aceleradores que podem ser usados na presente invenção são aminas, dissulfetos, gua-nidinas, tiouréias, tiazóis, tiuramas, sulfenamidas, ditiocarbamatos e xantatos. Em uma mo-dalidade, o acelerador primário é uma sulfenamida. Se um segundo acelerador for usado, oacelerador secundário é preferivelmente um composto guanidina, ditiocarbamato ou tiurama.
A mistura da composição de borracha pode ser realizada por processos conhecidosdos versados na técnica de mistura de borracha. Por exemplo, os ingredientes são tipica-mente misturados em pelo menos dois estágios; a saber, pelo menos um estágio não produ-tivo seguido de um estágio de mistura produtivo. Os curativos finais incluindo agentes devulcanização de enxofre são tipicamente misturados no estágio final que é convencional-mente denominado de estágio de mistura "produtivo", no qual a mistura ocorre tipicamenteem uma temperatura, ou temperatura final, inferior a(s) temperatura(s) de mistura em rela-ção ao(s) estágio(s) de mistura não produtivo(s) precedente(s). Os termos estágios de mis-tura "não produtivo" e "produtivo" são bem conhecidos dos versados na técnica de misturade borracha. A composição de borracha pode ser submetida a uma etapa de mistura ter-momecânica. A etapa de mistura termomecânica geralmente compreende um trabalho me-cânico em um misturador ou extrusor por um período de tempo apropriado, a fim de produziruma temperatura de borracha entre 140°C e 190°C. A duração apropriada do trabalho ter-momecânico varia como uma função das condições operacionais e do volume e naturezados componentes. Por exemplo, o trabalho termodinâmico pode ser de 1 a 20 minutos.A composição de borracha é laminada, calandrada ou extrusada para formar o en-chimento, cobre talão ou reforço de arame na área do talão. O componente formado terá asfibras curtas com uma orientação na direção do processamento, isto é, uma porção subs-tancial de fibras geralmente será orientada em uma direção que é consistente e paralela àdireção de fluxo do material no equipamento de processamento. A composição de borrachaterá um grau de anisotropia, isto é, um módulo medido em uma direção consistente com adireção de processamento sendo maior que aquele medido em uma direção perpendicular àdireção de processamento. A composição de borracha é incorporada em um enchimento,cobre talão ou reforço de arame na arame do talão.
Com referência agora à figura 1, um pneumático de acordo com a invenção contémuma lona de carcaça 10 com uma porção girada ascendentemente 12 e uma extremidadeterminal 14. O enchimento 16 está na proximidade imediata da lona de carcaça girada as-cendentemente 14 incluindo a área acima do talão 18 e é encapsulado pela lona de carcaça10 e lona de carcaça girada ascendentemente 12 ou composto do costado 20. O enchimen-to também inclui a área 22 localizada entre o costado inferior 20 e o lado axialmente externoda lona de carcaça girada ascendentemente 12. A interface entre o talão 18 e a lona de car-caça 10 é um cobre talão 24. Localizado fora da lona da carcaça 10 e estendendo-se emrelação essencialmente paralela à lona da carcaça 10 se encontra o reforço de arame naárea do talão 26. Localizado ao redor do talão 18 se encontra o tecido de náilon de monofi-lamento 28 para proteger a lona da carcaça 12 do aro (não mostrado), distribuir flexão acimado aro e vedação do pneumático. Pelo menos um do enchimento 16, cobre talão 24 ou re-forço de arame na área do talão 26 compreende a borracha da composição conforme des-crita aqui.
Em uma modalidade o componente é um cobre talão. Nas aplicações da técnicaanterior, um cobre talão compreende tipicamente um cordão têxtil. Em tal aplicação de cobretalão, o cordão não pode ser orientado em uma direção radial de grau zero em relação àdireção radial do pneumático, devido ao aumento no raio experimentado no talão durante aconstrução do pneumático. Tipicamente, então, os cordões são colocados em um ângulo de45 com relação à direção radial do pneumático, para permitir que o raio aumente e a defor-mação do cobre talão durante a construção do pneumático; vide, por exemplo, a Patente USnúmero 6.659.148. Em contraste com uma composição de fibra curta da presente invenção,o cobre talão pode ser construído tal que as fibras curtas possam ser orientadas a zero graucom relação à direção radial do pneumático. Isso é desejável para prover suporte adiciona-do ao talão de modo a contrapor-se aos estresses direcionais experimentados no talão. As-sim, o cobre talão da presente invenção não é restrito de uma orientação de grau zero, po-rém pode, em uma modalidade, existir com as fibras curtas substancialmente orientadas emum ângulo variando de 0 a 90 graus com relação à direção radial do pneumático. Substanci-almente orientado significa que o composto do cobre talão está disposto, tal que, com rela-ção à dimensão do cobre talão correspondendo àquela paralela à direção de propagaçãoatravés do processo de fabricação do cobre talão (isto é, calandrado ou extrusado), aqueladimensão pode ser orientada em um ângulo variando de 0 a 90 graus com relação à direçãoradial do pneumático. Em outra modalidade, o cobre talão pode ser disposto com as fibrasorientadas em um ângulo variando de 0 a 45 graus com relação à direção radial do pneumá-tico. Em outra modalidade, o cobre talão pode ser disposto com as fibras orientadas em umângulo variando de 0 a 20 graus com relação à direção radial do pneumático. Em outra mo-dalidade, o cobre talão pode ser disposto com as fibras orientadas em um ângulo variandode 0 a 10 graus com relação à direção radial do pneumático.
O pneumático da presente invenção pode ser um pneumático para corridas, pneu-mático para carro de passageiros, pneumático para aeronave, para agricultura, terraplana-gem, para veículos que trafegam fora de estrada, pneumático para caminhão e semelhan-tes. Em uma modalidade, o pneumático é para um veículo de passageiros ou caminhão. Opneumático pode também ser radial ou oblíquo.
A vulcanização do pneumático da presente invenção é geralmente realizada emtemperaturas convencionais variando de cerca de 100 a 200°C. Em uma modalidade, a vul-canização é conduzida em temperaturas variando de 110°C a 180°C. Qualquer um dos pro-cessos de vulcanização comuns pode ser empregado, tal como aquecimento em uma pren-sa ou molde, aquecimento com vapor superaquecido ou ar quente. Tais pneumáticos podemser construídos, conformados, moldados, curados por vários métodos que são conhecidos eficarão prontamente claros aos versados na técnica.
A invenção é adicionalmente ilustrada pelos exemplos não limitantes que se seguem.
Exemplo 1
Nesse exemplo, é ilustrado o efeito de adição de uma fibra curta à composição deborracha de cobre talão de acordo com a presente invenção. As composições de borrachacontendo elastômero à base de dieno, cargas, coadjuvantes de processo, antidegradantes ecurativos foram preparadas seguindo-se receitas conforme mostrado na Tabela 1, com to-das quantidades fornecidas em partes em peso por 100 partes em peso do elastômero base(phr). A amostra 1 não continha fibra curta e serviu como um controle. A amostra 2 incluiufibra curta Sulfron®300 e seu representante da presente invenção.
As amostras de borracha foram laminadas em uma folha e cortadas em espécimesde teste de tensão. Os espécimes de teste de tensão foram cortados em duas orientações,um com a direção de tração paralela à direção de laminação do espécime e um com a dire-ção de tração de teste perpendicular à direção de laminação do espécime. Dessa forma, oefeito de orientação da fibra (geralmente na direção da laminação) e assim a anisotropia dacomposição de borracha foram medidas. As amostras de tensão foram então medidas quan-to ao estresse em várias tensões. Uma taxa de estresse, definida como (estresse medido nadireção paralela à direção de laminação)/(estresse medido na direção perpendicular à dire-ção de laminação) foi então calculada para cada tensão. Os resultados da taxa de estresseversus tensão são mostrados na figura 2.
Tabela 1
Estádio de Mistura Não Produtivo
<table>table see original document page 13</column></row><table>
1 tipo HAF
2 tipo fenol-aldeído fórmico
3 tipos p-fenileno diamina e quinolina
4 área de superfície 125 m2/g
5 Sufron® 3000, combinação de 57,4% de fibras curtas de aramida (comprimentode 3 mm, diâmetro de 12 micra) com ácido esteárico a 36,8% e tratamento a 5,8%.
6 Hexametoximetilmelamina (HMMM) em um veículo de sílica
7 tipo sulfenamida
8 tipo ftalimida
Conforme visto na figura 2, a taxa de estresse para a amostra 2 contendo as fibrascurtas mostra um máximo de cerca de 40 a 50% de tensão, indicando um efeito de reforçoanisotrópico forte das fibras na amostra. Tal anisotropia é importante para aplicações, taiscomo, enchimentos, cobre talão e reforço de arame na área do talão, onde o reforço aniso-trópico é vantajoso devido aos estresses experimentados por esses componentes pneumá-ticos em tensões baixas. Por comparação, a amostra de controle 1 sem fibra não mostra talanisotropia.
Exemplo 2
Nesse exemplo, é ilustrado o efeito de adição de uma fibra curta à composição deborracha de cobre talão de acordo com a presente invenção. As composições de borrachacontendo elastômero à base de dieno, cargas, coadjuvantes de processo, antidegradantes ecurativos foram preparadas seguindo-se receitas conforme mostrado na Tabela 1, com to-das quantidades fornecidas em partes em peso por 100 partes em peso do elastômero base(phr). A amostra 1 não continha fibra curta e serviu como um controle. A amostra 3 não con-tinha fibra curta e serviu como um controle. A amostra 4 incluiu fibra curta Sulfron®300 eseu representante da presente invenção. A amostra 5 incluiu fibra de aramida curta tratadacom náilon e é uma amostra comparativa.
As amostras de borracha foram laminadas em uma folha e cortadas em espécimesde teste de tensão. Os espécimes de teste de tensão foram cortados em duas orientações,um com a direção de tração paralela à direção de laminação do espécime e um com a dire-ção de tração de teste perpendicular à direção de laminação do espécime. Dessa forma, oefeito de orientação da fibra (geralmente na direção da laminação) e assim a anisotropia dacomposição de borracha foram medidas. As amostras de tensão foram então medidas quan-to ao estresse em várias tensões. Uma taxa de estresse, definida como (estresse medido nadireção paralela à direção de laminação)/(estresse medido na direção perpendicular à dire-ção de laminação) foi então calculada para cada tensão. Os resultados da taxa de estresseversus tensão são mostrados na figura 3.
Tabela 2
Estáaio de Mistura Não Produtivo <table>table see original document page 14</column></row><table><table>table see original document page 15</column></row><table>
1 ASTM N-347
2 tipo quinolina
3 tipo aromático policíclico baixo (PCA)
4 Sufron® 3000, combinação de 57,4% de fibras curtas de aramida (comprimentode 3 mm, diâmetro de 12 micra) com ácido esteárico a 36,8% e tratamento a 5,8%.
5 fibras curtas de aramida revestidas com náilon
6 tipos p-fenileno diamina
7 tipo sulfenamida
Conforme visto na figura 3, a taxa de estresse para as Amostras 4 e 5 contendo asfibras curtas mostra um máximo em tensão baixa, indicando um efeito de reforço anisotrópi-co forte das fibras nessas amostras. Contudo, a Amostra 5 contendo as fibras curtas de a-ramida tratadas de acordo com a presente invenção mostra uma máxima em tensão maisalta com um rendimento muito mais amplo em comparação à Amostra 4, onde um rendimen-to Sharp é observado em tensão menor. Tal comportamento indica que a Amostra 5 da in-venção demonstra adesão superior das fibras curtas à matriz de borracha, conforme ilustra-do pela máxima de campo amplo em relação à tensão mais alta. Em contraste, o rendimentoSharp em tensão relativamente mais baixa da Amostra 4 demonstra adesão mais fraca pe-las fibras na Amostra 4. Tal anisotropia, conforme demonstrado pela Amostra 5, é importan-te para aplicações tais como enchimentos, cobre talão e reforço de arame na área de talão,onde o reforço anisotrópico juntamente com a adesão de fibra boa é vantajoso devido aosestresses direcionais experimentados por esses componentes pneumáticos em tensões bai-xas. A adesão superior e rendimento amplo em tensão baixa para a Amostra 5 da invençãoquando comparados à Amostra 4 são surpreendentes e inesperados. Tipicamente, fibrascurtas mostram comportamento demonstrado pela Amostra 4, com um rendimento Sharpem tensão baixa, indicando adesão fraca e conseqüente incapacidade de utilizar qualqueranisotropia no composto em tensões tipicamente vistas na aplicação em enchimento, cobretalão e reforço de arame na área de talão. Em contraste, a Amostra 5 de acordo com a pre-sente invenção mostra adesão muito superior e um rendimento amplo em tensão mais alta,indicando que a amostra de composto terá melhor desempenho em uma aplicação de en-chimento, cobre talão e reforço de arame na área do talão. Em comparação adicional, aAmostra de controle 3 sem fibra não mostra tal anisotropia.
Em uma modalidade, a composição de borracha da presente invenção possui umataxa de tensão superior a 1,5, em tensão de 30 a 50%. Em uma modalidade, a composiçãode borracha possui uma taxa de tensão superior a 2 em tensão de 30 a 50%.
Exemplo 3
Esse exemplo ilustra o efeito do emprego de um cobre talão compreendendo umacomposição de borracha da presente invenção. Três pneumáticos possuindo massa idênticaforam fabricados, cada um com diferentes construções de cobre talão. O pneumático 1 foifabricados com um cobre talão com cordas de reforço convencionais. O pneumático 2 foifabricado com um cobre talão com composto de borracha possuindo fibras curtas orientadasde acordo com a presente invenção. O pneumático 3 foi fabricado com um cobre talão pos-suindo um composto de borracha sem fibras ou cordas. Os pneumáticos foram medidosquanto à rigidez tangencial em carga nominal do pneumático com medição em uma cargade 492 kg pra uma deflexão de 20 mm. Os resultados são mostrados na Tabela 3.
Tabela 3
<table>table see original document page 16</column></row><table>
Conforme mostrado na tabela 3, um pneumático fabricado com um cobre talão dapresente invenção mostra boa rigidez vertical, entre aquela do cobre talão reforçado comcorda e o cobre talão não reforçado.
Embora determinadas modalidades representativas e detalhes tenham sido mos-trados com a finalidade de ilustrar a invenção, ficará claro aos versados na técnica que vá-rias alterações e modificações podem ser feitas sem com isso fugir do espírito e escopo dainvenção.
Claims (10)
1. Pneumático, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos um componenteselecionado do grupo consistindo em enchimentos, cobre talões e reforços de arame naárea do talão, pelo menos um dentre o enchimento, cobre talão e o reforço de arame naárea do talão consistindo em uma composição de borracha, a composição de borrachacompreendendo um elastômero à base de dieno e 5 a 40 partes em peso, por 100 partesem peso de elastômero, de uma fibra curta possuindo um comprimento variando de 0,5 a 20mm e possuindo uma espessura variando de 2 a 30 micra, a dita fibra possuindo, dispostapelo menos sobre parte de sua superfície, uma composição compreendendo um ácido graxoalifático ou cera microcristalina sintética; um sal de Bunte; um polissulfeto compreendendo afração -[S]n ou [S]0-Zn-[S]P, onde cada um de o e p é 1-5, o + p = n, e n = 2-6; e enxofre ouum doador de enxofre.
2. Pneumático, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque o ácido graxo alifático ou cera microcristalina sintética é ácido esteárico.
3. Pneumático, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato deque o ácido esteárico compreende de 10 a 90% em peso do total da fibra, ácido esteárico,sal de Bunte, polissulfeto e enxofre ou doador de enxofre.
4. Pneumático, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque o sal de Bunte é hexametileno-1,6-bis(tiossulfato)diidrato de dissódio e o polissulfeto édissulfeto de 2-mercaptobenzotiazila.
5. Pneumático, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque a quantidade de sal de Bunte varia de 0,25 a 25% em peso, com base no peso da fibra,a quantidade do polissulfeto varia de 0,01 a 15% em peso, com base no peso da fibra e aquantidade de enxofre ou doador de enxofre varia de 0,001 a 10% em peso, com base nopeso da fibra.
6. Pneumático, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque o componente é um cobre talão.
7. Pneumático, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato deque o cobre talão está disposto com as fibras curtas substancialmente orientadas em umângulo variando de 0 a 45° com relação à direção radial do pneumático.
8. Pneumático, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato deque o cobre talão está disposto com as fibras curtas orientadas substancialmente em umângulo variando de 0 a 10° com relação à direção radial do pneumático.
9. Pneumático, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque a composição de borracha da presente invenção possui uma taxa de estresse superiora 1,5 em 30 a 50% de tensão.
10. Pneumático, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque a fibra de aramida curta possui um comprimento variando de 1 a 10 mm e uma espes-sura variando de 5 a 15 micra.
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