ES2219522T3

ES2219522T3 - Procedimiento para el procesamiento de mezclas y compuestos fabricados de caucho y diversos ingredientes.

Info

Publication number: ES2219522T3
Application number: ES01929535T
Authority: ES
Inventors: Antonio Proni; Gianluigi Hotellier; Daniele Balasso
Original assignee: Pirelli Pneumatici SpA; Pirelli SpA
Current assignee: Pirelli and C SpA; Pirelli Tyre SpA
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2001-04-10
Publication date: 2004-12-01
Anticipated expiration: 2021-04-10
Also published as: US6726352B2; US20020193465A1; EP1194272B1; EP1194272A1; ATE263663T1; PT1194272E; DE60102643D1; DE60102643T2; AU5627701A; TR200401119T4; WO2001078956A1

Abstract

Procedimiento para procesar una mezcla de caucho o un compuesto para la fabricación de neumáticos, comprendiendo dicho proceso al menos un ciclo de mezclado y un ciclo de extrusión para obtener un producto semiacabado y donde dichos ciclos están controlados por medio de parámetros de proceso detectados durante la ejecución del mismo, comprendiendo para cada uno de dichos ciclos las etapas de: a) determinar las tolerancias de variación con respecto a valores de referencia para los parámetros de proceso; b) comparar los valores detectados de los parámetros de proceso con los valores de referencia; c) atribuir una evaluación al producto semiacabado dependiendo en el cumplimiento o no cumplimiento de los valores detectados con las tolerancias predeterminadas; d) clasificar el producto semiacabado sobre la base de evaluación atribuida; e) establecer las etapas sucesivas para el procesado del producto semiacabado dependiendo de la clasificación del mismo.

Description

Procedimiento para el procesamiento de mezclas y compuestos fabricados de caucho y diversos ingredientes.

La invención se refiere a un procedimiento para el procesamiento de mezclas y compuestos fabricados de caucho y diversos ingredientes, utilizados para obtener neumáticos y compuestos del mismo tales como bandas de rodadura y similares: la invención es especialmente ventajosa cuando se utiliza en conexión con la producción de compuestos de caucho reforzados con sílice. Tales procedimientos, según el preámbulo de la reivindicación 1, son conocidos por ejemplo a partir de los documentos GB 1535545-A y U.S. 5865535-A.

Más en particular, los compuestos que pueden prepararse con el procedimiento según dicha invención son aquellos del tipo que comprende una base polimérica que tiene una cadena insaturada que pueden reticularse con azufre en condiciones de calor, añadido a al menos un relleno de sílice y un agente de unión de sílice que contienen al menos un átomo de azufre.

La base polimérica puede ser cualquier polímero o mezcla de polímeros, no reticulado, de tipo natural o sintético, capaces de asumir todas las características químicas, físicas y mecánicas de elastómeros después de un reticulado adecuado.

La Solicitud de patente europea Nº 99.830189.9, en el nombre del solicitante de la presente invención, describe un procedimiento para producir los compuestos antes mencionados incluyendo al menos una primera etapa operativa para mezclar los diversos ingredientes básicos de forma de obtener una mezcla.

Esta etapa se realiza en un mezclador discontinuo cerrado, es decir un dispositivo conocido que comprende básicamente un contenedor que aloja en su interior un par de rotores que giran en direcciones opuestas, de manera de mezclar los ingredientes introducidos en el contenedor desde la parte superior del mismo.

Con éste propósito, dicho dispositivo está provisto con un cilindro neumático ubicado en la parte superior del contenedor y un pistón que se mueve hacia arriba para abrir el contenedor, permitiendo así la introducción de los ingredientes a través de depósitos cargadores de alimentación especiales, y hacia abajo para ejercer una presión sobre el material procesado por medio de los rotores y ubicados por encima de los mismos.

Un sistema neumático ubicado en el fondo del contenedor permite descargar la mezcla al final del ciclo de mezclado por medio de la apertura de una salida adecuada.

Como se menciona con anterioridad, los dispositivos como el descrito más arriba son bien conocidos en la técnica: de hecho son referidos como "Banbury®" o "Intermix®", dependiendo de si los rotores funcionan tangencialmente uno relativo al otro o si son inter-penetrantes.

De aquí en adelante el material procesado durante las diversas etapas operativas se indicarán por medio del término "mezcla" para distinguirlo del "compuesto", que es en cambio el producto obtenido por medio de la adición del sistema de vulcanizado a la mezcla.

El procedimiento reivindicado en la solicitud de patente antes mencionada está dirigido a proporcionar características sustancialmente constantes para aquellos compuestos que tienen igual composición, pero que son producidos discontinuamente en lotes separados, es decir con el nuevo cargamento de ingredientes básicos en el mezclador después de que se ha vaciado de los contenidos previos.

De hecho, no es infrecuente que suceda que en los procedimientos de procesamiento, los compuestos finales producidos a partir de lotes sucesivos tengan propiedades físicas y mecánicas que también son significativamente diferentes unas de otras, a pesar de haberse fabricado a partir de los mismos ingredientes básicos y utilizando las mismas recetas.

Con este propósito, en el procedimiento anterior se han definido al menos dos parámetros de proceso indirecto, por ejemplo la energía aplicada al par de rotores opuestos y la temperatura de la mezcla procesada por los mismos, junto con al menos dos parámetros directos tal como la velocidad de los rotores y la presión ejercida por medio del pistón del mezclador discontinuo.

En consecuencia, para obtener los resultados deseados, el procedimiento según la solicitud antes mencionada sugiere detectar periódicamente uno o ambos de los parámetros indirectos y, si es necesario, para corregir su progresión en el tiempo, por medio de la variación de uno o ambos de los parámetros directos.

Este procedimiento de operación permite lograr el objeto de producir en una forma repetible, compuestos con características constantes o en cualquier caso que caen dentro de un rango predefinido de variación.

Sin embargo, este procedimiento se refiere sólo a las etapas operativas que suceden dentro del mezclador discontinuo y no analiza el proceso de fabricación de las mezclas como un todo; en otras palabras, el procedimiento descrito en la solicitud de patente europea Nº 99.830189.9 no analiza las consecuencias que trae el no cumplimentar los valores límites predefinidos para los parámetros (directos e indirectos) del proceso de mezclado, en las otras etapas de la mezcla y el ciclo de procesado de los compuestos (por ejemplo en etapas adicionales que implican mezclar con otras mezclas para obtener las llamadas "mezclas", sobre la vulcanización, etc.)

Por ejemplo, debe hacerse referencia al caso en el que el mal funcionamiento de una máquina o el error humano pueda causar en la temperatura de la mezcla o la energía utilizada por medio de los rotores en un instante dado, desviándose de los valores predefinidos: ¿cuáles son las consecuencias y que etapas deben realizarse para remediar esta situación?

Debe notarse que la respuesta a dichas cuestiones es de considerable importancia porque, como se verá, evita la producción de grandes cantidades de material que debe descartarse entonces en el final del proceso de fabricación, junto con todas las consecuencias negativas que surgen a partir de ello.

El objeto de la presente invención es por lo tanto resolver este problema al proporcionar un procedimiento para el procesamiento de mezclas y compuestos de caucho, por lo cual es posible operar de forma inmediata en línea para corregir o limitar las consecuencias negativas que surgen de las fluctuaciones de los parámetros del proceso, más allá de los límites de tolerancia predefinidos.

La invención surge de la percepción del solicitante de que las etapas operativas que forman el ciclo para el procesado de las mezclas y compuestos son de importancia variable para obtener las características deseadas en el producto final.

En consecuencia, según la presente invención, un procedimiento de procesamiento se ha desarrollado en donde en un principio se han definido valores de referencia con tolerancias de desviación asociadas para los parámetros de procesamiento.

Estos parámetros puede ser la energía utilizada por medio de los rotores, la temperatura de la mezcla y la duración del mezclado dentro del mezclador o, a continuación de éste último, la duración del ciclo para la extracción del producto semiacabado en forma de hojas (de ahora en adelante referido en forma abreviada como "extrusión"), así como cualquier otro parámetro según las circunstancias.

De aquí en más, se asignan los coeficientes que indican el peso (o importancia) de cumplimentar las tolerancias, para lograr las características finales deseadas en un compuesto dado.

A lo largo del proceso de fabricación, los parámetros de procesamiento antes mencionados se miden para cada lote y se atribuyen los respectivos coeficientes de evaluación, dependiendo de los valores medidos; finalmente, los coeficientes atribuidos se añaden juntos y, sobre la base del resultado obtenido, se determina una clasificación de los productos semiacabados obtenidos con los diversos lotes de material.

Esta clasificación proporciona una evaluación cualitativa del producto semiacabado, sobre la base del mismo, hace posible operar directamente a lo largo de la línea de producción para evitar cualquier mezcla o compuesto defectuoso de causar cualquier daño a la producción subsiguiente.

Por ejemplo puede considerarse el caso donde una mezcla para descartar se mezcla junto con otras mezclas libres de defectos, afectando de esta forma adversamente la "mezcla" obtenida: esto puede requerir el descarte de grandes cantidades del material producido.

En particular, el procedimiento según la invención se utiliza específicamente para la producción de compuestos reforzados con sílice que comprende los siguientes ingredientes en cantidades variables, en partes por ciento en peso de base polimérica (phr), entre los siguientes límites:

Base polimérica	100
Negro de carbón	0-80
Sílice	10-80
Agente de unión de sílice	4%-15% de sílice
Óxido de zinc (ZnO)	1-3
Ácido esteárico	0-3
Agentes anti-degradación	1-3
Aceite de plastificación	0-30
Cera anti-ozono	0,5-3
Ingredientes químicos específicos	0-15

Los rangos de tolerancia de los parámetros de procesos son predefinidos para cada tipo de compuesto a producir.

Otros rasgos característicos de la presente invención y las ventajas derivadas de los mismos aparecerán más claramente a partir de la descripción provista más adelante, relativa a una realización preferida y no exclusiva de la misma ilustrada en los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 ilustra en forma de diagrama las etapas típicas de procesamiento de una mezcla utilizando el procedimiento según la presente invención.

La Figura 2 muestra en una forma simplificada un mezclador discontinuo utilizado en el procedimiento según la invención.

La Figura 3 muestra, en forma de un diagrama cartesiano, las variaciones en el tiempo de los parámetros principales del proceso durante el trabajo en el mezclador de la Figura 2.

Con referencia a las Figuras enunciadas con anterioridad, la primera de las mismas muestra en forma esquemática las etapas principales que forman el ciclo de procesamiento para la preparación de una mezcla que se inicia a partir de ingredientes básicos; las características generales de estas etapas ya son conocidas debido a que son normalmente utilizadas para la producción de compuestos para neumáticos.

La primera de dichas etapas, indicada por medio de 1, consiste en el pesado de los diversos ingredientes y su alimentación a un mezclador discontinuo que se describirá mejor más adelante.

Dicho mezclador, durante la etapa 2, realiza el mezclado de los diversos ingredientes según unos parámetros de proceso predeterminados y la mezcla así obtenida se conduce a un extrusor donde se realiza la etapa 3.

El extrusor puede ser del tipo de doble tornillo o de tornillo único; en ambos casos, en la salida del extrusor, la mezcla se enrolla utilizando un par de rodillos de calandrado (perpendicular visible en la etapa 3 de la Figura 1) de manera de formar dos hojas de un ancho (60-80 cm) y grosor (6-10 mm) predeterminados.

Según una realización preferida de la invención, los rodillos de calandrado son del tipo de fricción variable de forma que es posible variar su torsión y velocidad de operación.

Como una alternativa al sistema de extrusión más rodillos de calandrado, para convertir la mezcla en hoja es también posible utilizar mezcladores del tipo abierto, donde la mezcla se vierte desde arriba con respecto al par de tambores que rotan en sentido contrario que lo enrollan, y luego enroscarlos sobre uno de los mismos. Las hojas obtenidas pasan luego por un tratamiento de "retirada del mezclador" (etapa 4) donde se humedecen con una solución líquida que reduce sus superficies de adhesión; siguiendo esta etapa son enfriados y secados, colgándolos en festones dentro de cámaras de ventilación especiales.

Las hojas así tratadas se disponen entonces sobre bancos, esperando a procesamientos adicionales de las mismas.

Más específicamente, las hojas a modo de bandas se clasifican sobre varios bancos, dependiendo del grado en el cual los parámetros predefinidos de proceso se han cumplido durante el proceso; la forma en que se realiza esta selección se describirá con mayor detalle más adelante.

Debe destacarse aquí, sin embargo, que como resultado de la clasificación de las hojas sobre los diversos bancos siguiendo el grado de calidad del producto, pueden proyectarse los usos respectivos para las diversas hojas seleccionadas para evitar que aquellos que sean defectuosos o en cualquier caso que no satisfacen perfectamente los requerimientos necesarios, de ser subsecuentemente mezclados con hojas que se hallan libres de defectos.

En consecuencia, las hojas de un banco pueden pasar por operaciones de procesado diferentes de aquellas de otro banco; por ejemplo algunas hojas (aquellas consideradas como que satisfacen los requerimientos necesarios) serán procesadas adicionalmente en un mezclador discontinuo junto con el agente de vulcanización de manera de formar el compuesto final en crudo, otras hojas (consideradas como defectuosas) se combinarán con mezclas adicionales para obtener la mezcla deseada, mientras que finalmente otras hojas (consideradas como inaceptables) serán descartadas.

Las operaciones adicionales de procesamiento pueden realizarse con los mismos medios utilizados para los pasos 2-5 o también en instalaciones diferentes.

Las tablas 3 y 4 muestran algunos valores que indican las tolerancias con respecto a los valores nominales de referencia, aplicables a ciertos parámetros de procesamiento que son respectivamente monitorizados durante las correspondientes etapas H-N; estos valores nominales y las tolerancias asociadas pueden obtenerse en una forma experimental y obviamente dependen del tipo de la mezcla que se está procesando.

Estos valores por lo tanto dependen de la composición de la mezcla y en las características de la misma que quieren obtenerse durante las diversas etapas de procesamiento.

Por ejemplo, con un mezclador discontinuo 10 tal como se muestra en la Figura 2 (tipo Banbury®), provisto con un par de rotores tangenciales 11 y 12 que tienen un perfil de espiral interrumpida y que rotan en direcciones opuestas dentro de la cámara 13, y un cilindro neumático (o hidráulico) 14 que acciona un pistón 16 por medio de un rodillo 15 de forma de comprimir la mezcla 17, es posible realizar una operación de mezclado tal como se muestra en la Figu-
ra 3.

En este mezclador, de hecho, la presión ejercida por medio del pistón 16 sobre la mezcla 17 puede variarse por medio de elevar o bajar dicho pistón: esto en consecuencia permite también variación de la energía necesaria para proporcionar rotación a los rotores 11, 12 y por lo tanto la energía utilizada por medio del sistema; la energía aparece como un incremento o una disminución en la temperatura de la mezcla.

Los parámetros indirectos del proceso tales como la energía utilizada por el par de rotores 11, 12, son monitorizados durante el proceso en una secuencia de tiempo predeterminada, generalmente, el intervalo de tiempo entre dos operaciones sucesivas de monitorización es inferior a dos minutos, preferentemente no superior a 30 segundos y, aún más preferentemente, no mayor de 15 segundos de forma de ser capaz de corregir en tiempo real cualquier oscilación dentro de los intervalos de tolerancia predefinidos.

Donde se considere necesario o apropiado, estos parámetros de proceso indirectos se monitorizan en intervalos aún menores, menores a un segundo, durante las diferentes etapas de procesamiento mencionadas con anterioridad de forma de minimizar el grado de desviación de los valores de dichos parámetros del valor nominal predefinido.

Al principio del ciclo de trabajo, el pistón 16 está completamente levantado de manera de permitir la introducción, a través de un depósito de alimentación lateral 18 del mezclador, de una carga de material que comprende al menos un polímero o una mezcla de polímeros, un relleno de refuerzo que comprende sílice en combinación con, o en lugar de, negro de carbón y un agente de unión para el relleno blanco.

En esta conexión debe destacarse que en la presente descripción se nombra "rellenos blancos de refuerzo" a aquellos ingredientes de tipo inorgánico, tal como yeso, talco, caolín, bentonita, dióxido de titanio, alúmina y diversos silicatos y sílice, utilizado en compuestos de neumáticos por ejemplo para aumentar el agarre a la carretera en condiciones de humedad o reducir la resistencia a la rodadura del neumático.

En función de la brevedad dichos rellenos blancos se han mencionado, y serán mencionados, generalmente por medio del término "sílice" o "rellenos de sílice"; sin embargo, este término a pesar de eso debe entenderse en el sentido más amplio de su significado.

La cantidad de material cargada, dependiendo del volumen del mezclador, en este caso es preferentemente de entre 220 y 250 kg.

Como puede notarse a partir del gráfico de la Figura 3, durante la carga la curva de la energía mecánica absorbida tiene un valor mínimo debido a que el par de rotores no ha iniciado todavía el procesamiento mecánico de los materiales; a lo largo de esta sección la curva de la temperatura muestra una tendencia descendente debido al hecho de que las termocuplas miden la temperatura en el interior de la cámara 13 que se está enfriando, siguiendo la descarga de la mezcla previa y la subsiguiente introducción de nuevo material a temperatura ambiente.

La cantidad íntegra de sílice puede introducirse al principio del ciclo de procesamiento o preferentemente durante al menos dos etapas separadas del ciclo antes mencionado.

Cuando se ha completado la carga de material, el pistón 16 se baja de manera de comprimir el material dentro de la cámara 13; aquí y en lo sucesivo de la descripción, los movimientos del pistón son referidos como siendo sustancialmente instantáneos.

Siguiendo este movimiento de bajada, la energía mecánica absorbida se incrementa rápidamente hasta que alcanza un valor pico (después de 30 segundos) debido a que los rotores 11 y 12, que se mantienen rotando a revoluciones constantes, ejercen la máxima fuerza requerida para quebrar y mezclar los componentes de la mezcla que todavía tienen altos valores de viscosidad; también la temperatura comienza a subir. Subsecuentemente, al proseguir el mezclado y al aumentar la temperatura, la viscosidad, y en consecuencia también el consumo de energía, disminuyen.

En el punto C del ciclo de producción el número de revoluciones de los rotores pasa por una primera reducción (del orden del 10%) y al mismo tiempo el pistón se eleva de forma que la energía absorbida se reduce a un valor mínimo correspondiente: sin embargo, después de unos pocos momentos el pistón nuevamente se baja, dando así lugar a un nuevo valor pico de la energía absorbida (punto D a lo largo de la abscisa), siguiendo la cual el valor cae nuevamente debido a la reducción gradual de la viscosidad, también vinculado al incremento continuo de la temperatura que alcanza un valor de aproximadamente 100ºC.

La elevación del pistón también tiene el efecto de dejar caer hacia los rotores aquellas porciones del lote que no se han incorporado en la mezcla y que se han acumulado en la superficie de cierre del dispositivo en forma de polvo entre el cuerpo del pistón y la pared del contenedor. Los diversos porcentajes de los componentes de la mezcla se llevan así a sus valores predeterminados, cumpliendo así una condición previa esencial para lograr las propiedades finales de la mezcla.

Como se menciona anteriormente, la operación de control del procesamiento de la mezcla por medio del pistón permite que se mantenga la progresión de temperatura, en el tiempo, dentro de los valores deseados necesarios para la correcta formación del producto final.

De hecho, la elevación del pistón, por medio de la reducción de la presión sobre el material que se procesa, asegura un incremento graduado de la temperatura con un gradiente predeterminado y en cualquier caso tiene el efecto de mantener este parámetro dentro de límites aceptables, de manera de no afectar en forma adversa las propiedades de la mezcla que se está procesando.

Al mismo tiempo la variación en el número de revoluciones de los rotores se usa para optimizar tanto el procesamiento mecánico y el control de temperatura.

El tiempo global de trabajo desde el inicio del ciclo hasta el punto E, para compuestos que contienen rellenos de sílice puede estar entre 95 y 115 segundos.

Una vez que se ha alcanzado este punto, se considera adecuada la incorporación del relleno de sílice en la matriz polimérica; por lo tanto, se introducen ingredientes adicionales en el mezclador. Preferentemente, durante esta etapa se introduce una cantidad residual de sílice, igual a aproximadamente 25% de la cantidad global.

La operación se realiza por medio de la elevación del pistón y manteniéndolo en esta posición durante todo el tiempo requerido: durante esta operación el consumo de energía cae a valores mínimos (E-F) y también cae la temperatura de la mezcla, no sólo debido a la eliminación de la presión del pistón, sino también siguiendo la introducción de ingredientes a temperatura ambiente, dichos ingredientes pueden incluir en particular ingredientes líquidos, tales como aceite de plastificación, que favorece este efecto de enfriado.

Una vez que la carga se ha completado (punto F), el pistón se baja nuevamente y se mantiene presionado contra la mezcla causando un incremento renovado en la energía absorbida y un correspondiente aumento de la temperatura.

El tiempo global de trabajo desde el inicio del ciclo hasta este incremento, en el caso de compuestos con relleno de sílice, puede estar entre 150 y 195 segundos.

De forma subsiguiente, se realiza otro (uno o más) ajuste de los parámetros directos del proceso, es decir, variaciones en el número de revoluciones de los rotores (por ejemplo dos reducciones del valor de aproximadamente 40% cada una) y/o movimientos del pistón de presión, con consecuentes incrementos en la energía absorbida, en combinación con o separadamente unos de otros de duración predefinida, para completar la dispersión y homogenización tanto del sílice como de los ingredientes adicionales recientemente añadidos, dentro de la matriz polimérica.

Se supone que al final de esta etapa del proceso, comenzar con el inicio del ciclo hasta el punto indicado por medio de M a lo largo del eje de las abscisas en conexión con el último movimiento de bajada del pistón, se ha conseguido una dispersión óptima de los rellenos en la matriz polimérica: esta etapa se menciona como la etapa de silicización.

Al final de esta etapa, la temperatura de la mezcla ha alcanzado su valor máximo, del orden de los 140ºC, a lo largo de un perfil térmico que siempre permanece dentro de un rango de valores predefinidos.

Ahora se inicia la etapa llamada de silanización que ocupa todo el período sucesivo hasta el final del ciclo y durante el cual ocurre principalmente la reacción química entre silano, sílice y polímero.

Esta reacción consiste en una unión química de sílice con la matriz polimérica por medio del silano.

Durante esta etapa el par de rotores rota a un bajo número de revoluciones (preferentemente del orden de aproximadamente 5 a 10 rev/min) de manera de mantener la temperatura sustancialmente constante; esto es posible debido a que la dispersión del sílice y otros componentes en la matriz polimérica ya se ha realizado, y ya no es necesario realizar un alto grado de trabajo mecánico de la mezcla.

El parámetro de temperatura se mantiene sustancialmente a valor constante durante esta etapa; esto se debe al calor almacenado durante las etapas previas y a la acción del pistón que corrige no sólo cualquier desviación de la temperatura desde el valor promedio predefinido, en particular desviaciones mayores que el rango permitido de fluctuación con respecto a dicho valor promedio.

Una vez que la silanización se ha completado, la mezcla se descarga.

Esta operación se realiza por medio de la abertura de la salida de descarga 19 ubicada en el fondo de la cámara 13 y por medio del incremento del número de revoluciones de los pares de rotores de forma que es preferentemente llevado nuevamente al valor del inicio del ciclo.

Durante esta etapa, la energía absorbida inmediatamente registra un nuevo valor pico (punto N sobre el eje de las abscisas) que inmediatamente decrece siguiendo a la descarga de la mezcla; la energía utilizada en promedio durante todo el ciclo de trabajo descrito, indicado por medio de la correspondiente curva en la Figura 3, es en este ejemplo de aproximadamente 0,12 kWh por kg de compuesto producido.

La mezcla extraída del mezclador se halla a una temperatura de aproximadamente 140ºC y, como se ha mencionado anteriormente, se extrusiona en forma de hoja y se enfría a temperatura ambiente.

El procesado del material dentro del mezclador cerrado 10, en particular para la producción de compuestos reforzados con sílice, tiene influencia sobre las características del material (compuesto) obtenido durante las etapas subsiguientes.

El rango aceptable, dentro del cual los parámetros del proceso puede fluctuar, se fija teniendo en cuenta la variabilidad de las propiedades físicas y mecánicas adecuadas para un compuesto de referencia en vista de su uso preciso proyectado.

Así con la expresión "compuesto de referencia" se designa un compuesto con unas propiedades físicas y mecánicas tales como para determinar, cuando el compuesto forma parte del producto final, los rendimientos requeridos por medio de dicho producto, por ejemplo los rendimientos de una banda de rodadura.

Las características de un "compuesto de referencia" comprende aquellas de la mezcla a la salida del mezclador 10, aquellas del material en crudo extraído de un segundo mezclador donde la mezcla que sale del primer mezclador se ha mezclado con el sistema de reticulado, y aquellas del compuesto vulcanizado.

Entre las características más importantes de la mezcla extraída del primer mezclador están la viscosidad y el porcentaje de silanización, mientras que entre aquellas del compuesto en crudo a la salida del segundo mezclador se hallan nuevamente la viscosidad y el porcentaje de silanización así como las características reométricas, mientras que entre aquellas del compuesto vulcanizado la densidad, la dureza y los módulos estático y dinámico.

Supongamos que el procedimiento descrito anteriormente con la ayuda de las Figuras 3 y 4 es el ciclo óptimo para definir el procedimiento de producción de un compuesto y que se requiere determinar el rango de aceptabilidad de los parámetros de proceso.

El procedimiento para determinar este rango de aceptabilidad se realiza como se describe más abajo.

Bajo condiciones uniformes de los materiales en crudo y bajo eficiencia óptima de la planta y la maquinaria, un número significativo de lotes, tanto de la mezcla como del compuesto, se producen varias veces utilizando el proceso óptimo.

Las características de los artículos producidos se miden y respectivamente se comparan con aquellas del compuesto de referencia y la mezcla obtenida utilizando el procedimiento óptimo antes mencionado, así como con los valores de parámetros del proceso utilizados.

Utilizando un procedimiento de cálculo de tipo estadístico, se determinan los límites dentro de los cuales cada parámetro de proceso puede variar para obtener características del producto incluidas dentro de los límites predefinidos.

Sólo a modo de ejemplo no limitante, los límites cuantitativos dentro de los cuales hay una variación en los ingredientes de la composición de un compuesto típico que pueden producirse utilizando el proceso según la invención se indican a continuación.

Las cantidades de los ingredientes están expresadas en partes por peso por cien partes de material polimérico (phr):

Base polimérica	100
Negro de carbón	0-80
Sílice	10-80
Agente de unión	4%-15% de sílice
Óxido de zinc (ZnO)	1-3
Ácido esteárico	0-3
Agentes anti-degradación	1-3
Aceite de plastificación	0-30
Cera anti-ozono	0,5-3
Ingredientes químicos específicos	0-15

Además se incluirá el sistema de reticulado, en cantidades conocidas por sí mismas dependiendo de la composición de la mezcla, comprendiendo usualmente azufre (desde 0,5 hasta 2,5 phr) y aceleradores de la vulcanización.

Entre las bases poliméricas, se da preferencia a polímeros o copolímeros con una cadena insaturada obtenidos por medio de polimerización de dienos conjugados y/o monómeros alifáticos o aromáticos de vinilo.

Dado lo anterior, a modo de ejemplo se proporcionan más adelante algunas tablas relativas a los valores de
referencia para una composición de compuesto dada y rangos de aceptabilidad de los parámetros de proceso.

De esta manera la Tabla 1 muestra los valores de las características del compuesto en crudo a la salida de un mezclador tal como se muestra en la Figura 2, mientras que la Tabla 2 muestra algunas características del compuesto vulcanizado. En ambos casos el rango de tolerancias está definido por medio de los límites de desviación de los valores (centrales) de referencia, indicados con el símbolo \pm.

Las tablas se refieren al procesamiento de un lote de material de 230 kg optimizado con respecto al volumen del mezclador y la densidad de la mezcla; el material introducido en el mezclador 10 tiene un composición elegida entre aquellas indicadas arriba y en particular formada como se especifica a continuación:

Composición

	(phr)
Caucho natural	8,00
Polibutadieno	\hskip-2mm 20,00
SBR "en solución"	\hskip-2mm 72,00
Aceite de plastificación	5,00
Sílice	\hskip-2mm 63
Ácido esteárico	2
Óxido de zinc	2,5
Ayuda de proceso	2,00
Silano (50% predispersado)	\hskip-2mm 10,00
Cera	1
Amino anti-oxidante (tipo TMQ)	1,00
Agente amino anti-degradación (tipo 6PPD)	2,00
Azufre	1,20
Acelerador: sulfenamida (tipo CBS)	2,00
Acelerador: difenil guanidina (80% activa)	0,80

TABLA 1

Características	Valor central	Tolerancias de
reométricas		desviación
M_{L} (dNm)	2,20	\pm 0,30
M_{H}(dNm)	20,50	\pm 2,00
t_{30} (min)	0,82	\pm 0,60
t_{60} (min)	1,74	\pm 0,13

Las características reométricas son medidas en este caso de acuerdo con los estándares ISO 6502 por medio del uso de un instrumento del tipo MDR durante 2 minutos a la temperatura de 195ºC.

Las unidades reométricas M_{L} y M_{H} se expresan en dN*m (décimas de Newton por metro) correspondiendo a la fuerza inicial y a la fuerza máxima ejercida por medio de un dispositivo oscilante sobre la pieza de prueba del compuesto calentada a una temperatura dada.

La progresión de la curva de vulcanización inicialmente muestra una depresión (zona de silla de montar) donde se halla la fuerza mínima, correspondiendo en la condición en crudo al estado plástico (M_{L}) y luego la curva gradualmente se eleva hasta un valor máximo constante (M_{H}) que corresponde al nivel de vulcanización donde el instrumento ejerce la fuerza máxima.

Las características indicadas en la Tabla 1 por medio de los símbolos t_{30}, t_{60} se expresan en segundos y cada uno indica el tiempo requerido para alcanzar el porcentaje (30% y 60%) de la diferencia entre la fuerza máxima y la fuerza mínima.

La Tabla 2 a continuación indica las características de una pieza de prueba que consiste en el compuesto extraído del segundo mezclador después de la vulcanización durante 30' (minutos) a la temperatura de 151ºC.

TABLA 2

Características		Valor medio	Variabilidad
Densidad	(g/cm3)	1,196	\pm 0,004
100% módulo (CA1)	(Mpa)	2,3	\pm 0,2
300% módulo (CA3)	(Mpa)	9,8	\pm 0,6
Fuerza final de tensión	(Mpa)	> 15,0
Elongación final	(%)	> 400
Dureza	(IRHD)	73	\pm 2

La densidad se mide utilizando el procedimiento definido en el estándar ISO 2781.

Las características dinamométricas se expresan por medio de los módulos medidos a lo largo de la curva de fuerza/deformación trazada en un diagrama cartesiano que tenga en su eje de las ordenadas las fuerzas expresadas en MPa y en su eje de las abscisas las deformaciones.

Los procedimientos de prueba se definen en el estándar ISO 37 y los símbolos CA1 y CA3 mostrados en la Tabla 2 indican el valor de la carga medido al 100% y al 300% de deformación de la pieza de prueba, respectivamente.

Utilizando un procedimiento similar al explicado hasta ahora para la etapa de mezclado, en el procedimiento según la invención los valores de referencia con las desviaciones asociadas son determinados también por las otras etapas críticas en el procesado de las mezclas.

De esta manera, por ejemplo, los tiempos de estancia (mantenimiento) dentro del extrusor para la etapa 3 hacia abajo del mezclador cerrado 10 son determinados, junto con cualquier otra operación en mezcladores sucesivos y similares, dependiendo en el ciclo de operación empleado.

Sobre la base de los datos y la información obtenidos hasta aquí, se asigna un coeficiente indicando el peso que el no cumplimiento de un parámetro dado con tolerancias predefinidas asume en la producción de un compuesto o mezcla final con las características deseadas.

Esta situación se ilustra en las tablas 3 y 4.

Como se ilustra, la Figura 4 muestra una tabla dividida en un número de secciones, la primera de las cuales (sobre la izquierda) contiene los parámetros de proceso considerados para procesar una mezcla dada en el mezclador discontinuo 10.

La segunda sección (junto a la primera) muestra los valores nominales de los parámetros de proceso antes mencionados, y sus tolerancias de variación con respecto a los valores nominales y los coeficientes (o pesos) atribuidos en el caso de no cumplimiento con las tolerancias.

Estos valores se refieren a las etapas operativas para procesado en el mezclador 10, que se ilustran en el gráfico de la Figura 3 y se indican en la primera columna por medio de las mismas letras.

La tercera sección (a la derecha de la precedente) en la tabla 3, por otro lado, muestra los valores de los parámetros de proceso realmente medidos durante el transcurso del procesado de una mezcla con la receta mencionada con anterioridad, junto con los pesos atribuidos dependiendo si las tolerancias predefinidas se respetan (o no).

El peso que asume el no cumplimiento de diversas tolerancias con respecto a lograr una mezcla dada dependerá obviamente de cada caso individual; en la Tabla 3, se ha elegido una escala de valores que fluctúa entre un mínimo de 0 hasta un máximo de 40.

Los factores de peso atribuidos entonces se añaden juntos para proporcionar un resultado final global que, comparado con la clasificación de referencia mostrada en la última sección de la derecha de la tabla 3, proporciona la evaluación de la mezcla.

Por lo tanto, de esta forma es posible establecer inmediatamente, en la salida del mezclador 10, si un lote de material se ha procesado de acuerdo con los requerimientos deseados.

En el caso de la tabla 3 puede verse que el puntaje total, es decir aquel resultante de la suma de los factores de peso individuales atribuidos durante las diversas etapas del proceso en el mezclador 10, tiene un valor de 45 y, a partir de una comparación con la clasificación de referencia, puede deducirse que la mezcla procesada cae dentro de la tercera de las cuatro categorías contempladas, es decir la categoría que representa el 2º grado de no cumplimiento.

Una metodología similar se adopta para las otras etapas de procesado de la mezcla.

Por ejemplo, la tabla 4 muestra una tabla que se refiere a la extrusión de la mezcla; debido a que esta etapa (indicada por medio de 3 en la Figura 1) es más simple que la operación de mezclado anterior, la tabla asociada también está simplificada.

En este caso, el parámetro de proceso a cumplir es el tiempo de estadía dentro del extrusor, en la misma forma que antes, por lo tanto se establece una clasificación de referencia para este parámetro, actuando dicha clasificación como un medio de comparación para el valor real medido, para determinar la calidad de la mezcla a la salida.

Como se muestra, en la tabla 4 sólo se han definido tres categorías de clasificación (en lugar de cuatro como en el caso anterior) para este parámetro; una vez que la etapa de extrusión 3 se ha completado, las hojas que abandonan el calandrador atraviesan las etapas de trabajo restantes ilustrados en la Figura 1.

Esto se realiza en forma continua (es decir sin interrupción) y se controla dependiendo del progreso de la producción.

De hecho, como se ilustra con anterioridad, con el procedimiento según la invención es posible obtener una evaluación, en tiempo real, acerca de la calidad de los productos semiacabados obtenidos de un lote dado de materiales de inicio; sobre la base de esta evaluación es por lo tanto posible establecer inmediatamente, a lo largo de la línea de producción, es decir sin tener que realizar pruebas de laboratorio por separado sobre muestras tomadas de la línea de producción, el uso posterior del producto semiacabado.

Como resultado, es posible lograr un ciclo de trabajo casi continuo, controlando la producción con un sistema automatizado normal (es decir, un PLC o similar) cuyas funciones según con la lógica descrita con anterioridad; en particular, ya no será necesario interrumpir el proceso para esperar los resultados de las pruebas de laboratorio.

Con este propósito es suficiente proporcionar, en la salida de extrusión, medios (tales como una máquina de perforar o similar) para marcar las hojas obtenidas de un lote inicial dado; en esta forma cualquier hoja clasificada como defectuosa o para descartar (debido a error humano o a un mal funcionamiento en el aparato de mezclado o de extrusión) puede distinguirse de las anteriores o de las siguientes.

En forma subsiguiente, a lo largo de la línea de producción, dicha hoja será entonces separada por medio de una operación de corte y se colocará sobre un banco junto con las hojas a las que se ha atribuido la misma evaluación.

Debe notarse que, haciéndolo así, se evita mezclar hojas obtenidas de lotes libres de defectos y hojas obtenidas de lotes que son defectuosos o que tendrán que descartarse, con el consiguiente riesgo de contaminar los productos semiacabados que se hallan en buen estado y de descartarlos también.

De hecho, en la técnica conocida, para monitorizar las pruebas de producción de laboratorio se llevan a cabo no sólo en las mezclas intermedias, sino también en el compuesto (tanto en crudo como vulcanizado) obtenido con la misma; en consecuencia, si una (o más) de estas mezclas (que deben descartarse) se mezcla con otras mezclas libres de defectos para obtener el compuesto, también deberá descartarse el producto final obtenido, con las correspondientes pérdidas económicas que surgen de esto.

Con el propósito de completar la explicación, la tabla 5 muestra en forma de tabla las características de los compuestos en crudo obtenidos por medio del uso de mezclas consideradas defectuosas y para descartar en las tablas 3 y 4 respectivamente, es decir, una mezcla para la cual no se realizo el mezclado en cumplimiento de las condiciones predefinidas y una mezcla que ha permanecido en el extrusor durante demasiado tiempo.

En éste último caso, también se han tenido en cuenta las características del compuesto vulcanizado (30 minutos a 151ºC) y el comportamiento de la banda de rodadura durante la extrusión; los símbolos utilizados son los mismos que aquellos utilizados en las anteriores tablas 1 y 2.

Por supuesto, son posibles variaciones de la invención con respecto a lo que se ha descrito hasta aquí.

Primeramente puede señalarse que dicha invención no está limitada sólo a ciclos de producción tal como se muestra en la Figura 1; el último es de hecho un ciclo simple durante el cual se realiza la silicización y la silanización de la mezcla en el mismo mezclador, pero no hay nada para evitar que estas dos etapas se realicen en los mezcladores respectivos, con la mezcla siendo descargada de un mezclador e introducida en el otro.

También debe señalarse que el procedimiento según la invención puede aplicarse también al procesado de compuestos, es decir al producto obtenido por medio de la adición de los componentes de la vulcanización a la mezcla.

En otras palabras, el sistema para determinar los valores nominales de referencia con las tolerancias asociadas para los parámetros de proceso y luego evaluar el grado de cumplimiento con dichos valores durante la producción, de forma de controlar la progresión de los mismos, puede aplicarse tanto a las mezclas en general y a los productos obtenidos de las mismas, tales como por ejemplo los compuestos.

Estas y otras variantes posibles en cualquier caso caen dentro del ámbito de las siguientes reivindicaciones.

1

2

3

Claims

1. Procedimiento para procesar una mezcla de caucho o un compuesto para la fabricación de neumáticos, comprendiendo dicho proceso al menos un ciclo de mezclado y un ciclo de extrusión para obtener un producto semiacabado y donde dichos ciclos están controlados por medio de parámetros de proceso detectados durante la ejecución del mismo, comprendiendo para cada uno de dichos ciclos las etapas de:

a) determinar las tolerancias de variación con respecto a valores de referencia para los parámetros de proceso;

b) comparar los valores detectados de los parámetros de proceso con los valores de referencia;

c) atribuir una evaluación al producto semiacabado dependiendo en el cumplimiento o no cumplimiento de los valores detectados con las tolerancias predeterminadas;

d) clasificar el producto semiacabado sobre la base de evaluación atribuida;

e) establecer las etapas sucesivas para el procesado del producto semiacabado dependiendo de la clasificación del mismo.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que las etapas b) a e) se realizan en una manera automatizada.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los parámetros de proceso detectados comprenden uno o más de los siguientes parámetros: duración del ciclo de mezclado o al menos de parte del mismo; temperatura y energía absorbida por la mezcla o por el compuesto durante el ciclo de mezclado o al menos de parte del mismo; duración de la operación de extracción.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que el ciclo de mezclado se realiza con al menos un mezclador interno (10) del tipo Banbury® o Intermix®.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el coeficiente que indica el cumplimiento con las tolerancias predefinidas se atribuye a los parámetros de proceso detectados durante el ciclo de mezclado, y donde la evaluación del producto semiacabado se realiza por la suma de los coeficientes atribuidos y comparando el resultado obtenido con una clasificación de referencia.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que la operación de extracción se realiza utilizando al menos un extrusor de tornillo único o de tornillo doble asociado con un par de rodillos de calandrado.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que los rodillos son del tipo de fricción y/o de velocidad variable.

8. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que la operación de extracción se realiza utilizando al menos un extrusor de tornillo único o de tornillo doble y al menos un mezclador del tipo abierto.

9. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que el tiempo de estancia en el extrusor se detecta para la operación de extracción y la evaluación del producto semiacabado por medio de la comparación del tiempo detectado con una clasificación de referencia.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que el producto semiacabado se marca a continuación de la operación de extracción de forma de identificarlo y separarlo de otros productos semiacabados obtenidos antes y/o a continuación del mismo.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado por el hecho de que la mezcla o compuesto procesado comprende sílice como elemento de refuerzo.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que el compuesto final obtenido comprende al menos los siguientes ingredientes, en cantidades variables y en partes por cien en peso de base polimérica (phr), entre los siguientes límites:

Base polimérica 100 Negro de carbón 0-80 Sílice 10-80 Agente de unión 4%-15% de sílice Oxido de zinc (ZnO) 1-3 Acido esteárico 0-3 Agentes anti-degradación 1-3 Aceite de plastificación 0-30 Cera anti-ozono 0,5-3 Ingredientes químicos específicos 0-15

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que el compuesto final vulcanizado durante 30 minutos a 151ºC tiene las siguientes características:

Característica Valor medio Variabilidad Densidad (g/cm^{3}) 1,196 \pm 0,004 100% módulo (CA 1) (MPa) 2,3 \pm 0,2 300% módulo (CA 3) (MPa) 9,8 \pm 0,6 Fuerza de tensión (MPa) > 15,0 final Elongación final (%) > 400 Dureza (IRHD) 73 \pm 2