ES2238242T3 - Aparato para la coextrusion de mezclas de caucho. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de obtención de un elemento a base de mezclas de caucho destinado a la fabricación de un neumático, caracterizado porque comprende las operaciones siguientes: - se extruyen por coextrusión, al menos, dos capas de mezclas de caucho (A, B) en una extrusora principal (10) provista de, al menos, dos husillos de extrusión provistos, respectivamente, de un canal de salida (105, 106) que desem bocan en un mismo orificio de extrusión (107) delimitado por las primera (110) y segunda (111) paredes de una lámina de extrusión (112), - se inserta por coextrusión, simultáneamente, a través de las dos capas, al menos, un inserto (11) de mezcla de caucho (C) por medio de una boquilla (403) de una microextrusora (40), estando aplicada la citada boquilla contra la segunda pared (111) de la lámina de extrusión (112) de la extrusora principal (10).

Description

Aparato para la coextrusión de mezclas de caucho.

La presente invención se refiere a un procedimiento destinado a la obtención de un neumático que tiene varias mezclas que comprenden como carga mayoritaria una carga no conductora, tal como sílice o mezclas débilmente cargadas en negro de carbono, constituyendo, al menos, dos de estas mezclas la banda de rodadura. La invención se refiere, igualmente, a un equipo con miras a la puesta en práctica de un procedimiento de este tipo.

Siendo los problemas ambientales cada vez más cruciales, y pasando a ser una prioridad la economía de carburante y la lucha contra las molestias creadas por los vehículos de motor, uno de los objetivos de las fábricas de neumáticos es realizar un neumático que tenga, a la vez, una resistencia muy baja a la rodadura, una adherencia excelente tanto en suelo seco como en suelo húmedo, o nevado, o helado, una resistencia muy buena al desgaste, y, finalmente, poco ruido de rodadura.

Para conseguir este objetivo, se ha propuesto en la solicitud de patente europea EP A 501 227, un neumático que tiene una banda de rodadura que comprende sílice como carga reforzante principal. Aunque esta solución permite obtener el mejor compromiso entre el conjunto de las propiedades, muy contradictorias, mencionadas anteriormente, se considera, sin embargo, que, en función de los vehículos, los neumáticos que emplean una banda de rodadura que comprende sílice como carga reforzante principal, presentan el inconveniente de acumular, en mayor o menor grado, la electricidad estática que se genera por la fricción del neumático con la carretera durante el rodaje del vehículo, dada la ausencia de conductividad eléctrica de la sílice.

Cuando se cumplen ciertas condiciones particulares, la electricidad estática así acumulada en un neumático, es susceptible de provocar una sacudida eléctrica desagradable al ocupante de un vehículo cuando éste toca la carrocería del vehículo. Esta electricidad estática es, además, susceptible de adelantar el envejecimiento del neumático debido al ozono generado por la descarga eléctrica. Puede ser, igualmente, origen, en función de la naturaleza del suelo y del vehículo, de un mal funcionamiento de la radio instalada en el vehículo, teniendo en cuenta las interferencias que genera.

El problema de la acumulación de electricidad estática en un neumático y de la mayoría de los inconvenientes que están ligados a esto, es muy antiguo y ya se planteó cuando la carga reforzante utilizada era negro de carbono.

La solicitud EP 0 658 452 A1 describe la adaptación de principios conocidos desde hace mucho tiempo a un neumático denominado moderno, adaptación que permite resolver los principales problemas que se refieren a las soluciones propuestas en diferentes documentos antiguos y, en particular, las heterogeneidades nefastas introducidas en las arquitecturas de neumático. La solución propuesta consiste en insertar una banda de mezcla de caucho conductor, o inserto, que se extiende, preferentemente, por toda la circunferencia del neumático y que une la superficie de la banda de rodadura, a una de las telas de corona, a la armadura de carcasa, o a cualquier otra parte del neumático suficientemente conductora de la electricidad, confiriéndose la necesaria conductividad eléctrica por la presencia de un negro de carbono adaptado.

Aunque tal solución es perfectamente viable para un neumático que comprende una banda de rodadura constituida por una sola mezcla no conductora, por ejemplo, una banda de rodadura de vehículo de turismo, no es lo mismo en el caso de un neumático que comprende varias capas de mezcla de caucho por encima de la armadura de carcasa y capas de mezcla de caucho entre la armadura de corona y la armadura de carcasa, como es el caso de cualquier neumático susceptible de rodar con una temperatura de funcionamiento estabilizada elevada, como los vehículos pesados o los vehículos rápidos.

En efecto, si por cualquier razón, se dotara a un neumático de este tipo con una capa, o parte interior de la banda de rodadura (parte no en contacto con el suelo), no conductora, entre la armadura de corona y la parte exterior (parte en contacto con el suelo) de la banda de rodadura hecha conductora por la presencia de un inserto circunferencial o rayadura, la citada parte interior deberá hacerse conductora. Asimismo, una capa entre armadura de carcasa y armadura de corona, que presente sobreespesores notorios en las regiones de los bordes de las telas de corona, deberá hacerse, también, conductora, si ésta no lo es inicialmen-
te.

Una primera solución consiste, como está descrito en la solicitud francesa FR 97/02276 de la solicitante, en asegurar la conexión eléctrica entre dos primeras capas conductoras o hechas conductoras, separadas por una tercera capa no conductora, por, al menos, una banda de mezcla de caucho de pequeño espesor y de pequeña anchura y longitud, colocada entre las dos caras de la soldadura de la tercera capa no conductora y en contacto con los medios que hacen conductoras las dos primeras capas unidas por la conexión. Este método, aunque satisfactorio industrialmente, necesita la colocación de un producto suplementario e implica un coste de fabricación adicional.

Una segunda solución consiste, como se describe en la solicitud internacional WO 99/43506 de la solicitante, en dotar a cada capa no conductora con un inserto circunferencial de mezcla conductora y después de la extrusión de la citada capa por medios de extrusión habituales, y en reunir a continuación los dos productos entre sí antes de la colocación en la corona, teniendo las citadas capas una pared de contacto común y siendo la anchura del inserto de una de las capas a nivel de la pared de contacto, igual, al menos, a 10 veces la del inserto de la otra capa a este mismo nivel. Este método permite, efectivamente, hacer conductora cada capa y asegurar la conexión eléctrica entre éstas y la armadura de carcasa.

Sin embargo, este método se hace demasiado complejo en el caso en que se trate de tener no solamente dos capas constituidas por dos mezclas de caucho distintas, sino tres, cuatro o más capas con mezclas de caucho diferentes.

Por otra parte, algunas mezclas de caucho tienen propiedades reológicas tan diferentes que éstas hacen extremadamente difícil su pegado. Este es el caso, principalmente, cuando una de las mezclas es menos cohesiva que la otra. Cuando, por ejemplo, se desee reunir tales mezclas en el seno de una banda de rodadura, y a fin de evitar astucias consistentes en utilizar un agente de unión, tal como un pegamento o una goma específica de unión entre las dos, se recurre a la coextrusión, que presenta, además, un indudable interés económico industrial.

La invención tiene por objeto un procedimiento de fabricación lo más simple posible de un neumático, que comprende, al menos, dos capas de mezclas de caucho no conductoras de la electricidad y un inserto circunferencial de mezcla conductora que permita la disipación de las cargas eléctricas inducidas por el rodaje del neumático, y un equipo de coextrusión de puesta en práctica del citado procedimiento.

Según la invención, el procedimiento de obtención de un elemento a base de mezclas de caucho, destinado a la fabricación de un neumático, está caracterizado porque comprende las etapas siguientes:

- se extruyen, por coextrusión, al menos, dos capas de mezclas de caucho en una extrusora principal provista de, al menos, dos husillos de extrusión, provistos, respectivamente, de un canal de salida que desemboca en un mismo orificio de extrusión delimitado por las primera y segunda paredes de una lámina de extrusión,

- se inserta, por coextrusión, simultáneamente, a través de las dos capas, al menos, un inserto de mezcla de caucho, por medio de una boquilla microextrusora, estando aplicada la citada boquilla contra la segunda pared de la lámina de extrusión de la extrusora principal.

La adaptación del procedimiento utilizado para la extrusión de un solo producto, consistente en una inyección directamente en la mezcla perfilada, a nivel de la lámina de extrusión, para la coextrusión de dos mezclas o más, es difícilmente previsible por el experto en la técnica. En efecto, como se ha dicho anteriormente, la coextrusión presenta la considerable ventaja de realizar un pegado entre dos mezclas cuyas propiedades reológicas hacen su unión extremadamente difícil de realizar y de mantener, a no ser que se recurra a la presencia de otros compuestos. Ahora bien, este fenómeno se hace posible en el marco de la coextrusión gracias a diferentes factores: un pegado en crudo, con temperatura y presión, sin contacto con el aire libre y antes del perfilado. Aparece de antemano claramente que la presencia de una boquilla atravesando estas mezclas a nivel de la lámina, modifica el conjunto de las condiciones que permiten la unión de estas mezclas, y que crear en toda la longitud de las mezclas una interrupción de su interfaz, habría podido perjudicar el pegado de las dos mezclas o generar graves defectos de unión a nivel de la interfaz entre la dos mezclas por creación en estado no vulcanizado de inicios de despegaduras, esto, suponiendo que las dos mezclas vuelvan a pegarse después del paso de la boquilla, lo que parece, también, lejos de lograrse.

Ahora bien, la solicitante ha descubierto, de manera sorprendente, que las dos mezclas se vuelven a pegar efectivamente después del paso de esta boquilla y que la presencia de un inserto circunferencial en las dos mezclas y en su interfaz no afecta a su unión.

La invención se refiere, igualmente, a un equipo de coextrusión de mezclas de caucho, que comprende una extrusora principal que comprende una cabeza de extrusión que comprende, al menos, dos canales de salida, cada uno de una mezcla de caucho, desembocando los citados canales en un mismo orificio de extrusión a través del cual son comprimidas las dos mezclas de caucho, estando delimitado el orificio de extrusión por las primera y segunda paredes de una lámina de extrusión, estando caracterizado el equipo porque comprende, igualmente, al menos, una microextrusora de una tercera mezcla de caucho, cuya cabeza de extrusión está provista en su extremo de una boquilla, estando insertada la citada boquilla en la primera pared de la lámina de extrusión de la extrusora principal, de modo que la boquilla de extrusión esté colocada en el orificio de extrusión de la citada extrusora principal y aplicada contra la segunda pared de la lámina de extrusión de la citada extrusora principal a fin de insertar la tercera mezcla de caucho en el perfil de las mezclas de caucho que salen de la extrusora principal.

Otras ventajas y características de la invención, aparecerán de la lectura de un ejemplo de realización de un neumático y de un equipo de acuerdo con la invención, en relación con los dibujos anejos, en los cuales:

- la figura 1 es una representación en perspectiva, esquemática, de la parte de corona de un neumático de acuerdo con la invención,

- la figura 2 es un corte de una parte del equipo de acuerdo con la invención,

- la figura 3 es un agrandamiento del detalle A del aparato representado en la figura 2.

En la figura 1, el neumático, de medidas 315/
80.R.22.5, concebido para tener una baja resistencia a la rodadura, comprende una armadura de carcasa 1, compuesta por una tela metálica formada por cables metálicos inextensibles revestidos por una mezcla de calandrado de caucho, hecha conductora de las cargas electrostáticas por intermedio de un negro de carbono utilizado corrientemente como carga reforzante en las mezclas. Como es conocido, la citada armadura de carcasa 1 está anclada, al menos, a una varilla en cada talón para formar un doblez (no mostrados). Al interior de la citada armadura de carcasa 1 se encuentran las capas habituales de refuerzo, y las capas denominadas interiores constituidas por mezclas conocidas, generalmente, impermeables a los gases de hinchado. El extremo o los extremos de esta capa o de estas capas interiores están recubiertos, generalmente, por la parte axialmente interna de la capa protectora de talón (no mostrada), capa de desgaste cuya parte axialmente externa se apoya en la llanta de montaje, estando, generalmente, la citada capa muy cargada de negro de carbono, y siendo, por tanto, muy conductora.

La armadura de carcasa 1 tiene superpuesta en su corona una armadura de corona, compuesta, en el ejemplo descrito, por dos semitelas 20, denominadas de triangulación, formadas por cables metálicos inextensibles orientados con respecto a la dirección circunferencial un ángulo que puede estar comprendido entre 30º y 90º; después, radialmente por encima, dos telas 21 y 22, denominadas de trabajo, compuestas por cables metálicos inextensibles cruzados de una tela a la siguiente, que forman con la dirección circunferencial ángulos que pueden ser iguales o desiguales y de valor absoluto comprendido entre 10º y 30º; después, en último lugar, generalmente, por, al menos, una tela 23, denominada de protección, formada por cables elásticos que forman con la dirección circunferencial un ángulo de igual sentido y valor que el ángulo de la tela de trabajo radialmente más al exterior. Todos los cables de esta armadura de corona 2 están revestidos por una o varias mezclas de calandrado de caucho, conductoras de las cargas electrostáticas gracias a un negro de carbono utilizado corrientemente como carga reforzante en las mezclas.

La armadura de corona 2, que no tiene el mismo perfil transversal que la armadura de carcasa 1 subyacente, está separada de la citada armadura de carcasa 1 por un conjunto de caucho de pequeño espesor en la parte axial central 61, en donde las dos armaduras son sensiblemente paralelas y, a una y otra parte de la citada parte central 61, de espesor creciente yendo hacia el exterior del neumático para formar ángulos o perfiles triangulares 62. Por razones de calentamiento, los citados ángulos 62 de caucho y la parte axial 61, no se realizan con mezclas de caucho conductoras, porque están muy poco cargadas de negro de carbono. Radialmente por encima de la armadura de corona 2 está dispuesta la banda de rodadura 3, compuesta, en el ejemplo elegido, por una capa radialmente interior 31 formada por una mezcla cargada mayoritariamente por sílice y sobre la que está superpuesta radialmente una capa radialmente exterior 32 muy fuertemente cargada de sílice. La banda de rodadura 3 está unida a los talones por mezclas de costados 4, estos también muy cargados de sílice.

Las capas interior 31 y exterior 32 de la banda de rodadura 3 son hechas conductoras por medio de un inserto de caucho 11 o rayadura, que se presenta en forma de un anillo circunferencial en toda la altura del conjunto de las dos capas 31 y 32 para unir la superficie de la banda de rodadura 3 que entra en contacto con el suelo con la tela de protección 23 radialmente exterior de la armadura de corona 2, formada por cables metálicos revestidos de una mezcla de caucho cargada con un negro de carbono habitual y conductor. En el caso presentado, este inserto 11, de muy pequeña anchura axial e, medida en la superficie de la banda de rodadura, igual a 0,5 mm, es único y está centrado teóricamente sobre el plano ecuatorial XX' del neumático, y su traza sobre la superficie de contacto 310 entre la capa interior 31 y la tela de protección 23 de la armadura de corona 2 es rectilínea y circular. El inserto 11 podría estar descentrado, en particular en el caso de la presencia en la banda de rodadura de una ranura central; podría, igualmente, haber dos o más insertos 11, colocados, por ejemplo, simétricamente con respecto al plano ecuatorial, pero, en cualquier caso, colocados axialmente de modo que pueda establecerse el contacto con el suelo, cualquiera que sea la tasa de desgaste de la banda de rodadura. Igualmente, se puede prever, que el inserto 11 constituya un anillo circunferencial continuo o discontinuo.

La composición de caucho que constituye la conexión conductora 11 de las cargas electrostáticas, es a base de un caucho natural y/o de cauchos sintéticos, utilizados habitualmente en la confección de neumáticos y, particularmente, de las bandas de rodadura, y que tienen como carga reforzante un negro de carbono conductor, utilizado, preferentemente, de manera habitual, en la fabricación de neumáticos.

En el caso descrito, la conexión eléctrica entre la armadura de corona 2 y la armadura de carcasa 1 se realiza, por medio de un inserto suplementario 13 de sección transversal rectangular y que presenta en la superficie común con la armadura de carcasa y la superficie común con la armadura de corona trazas rectilíneas y circulares de anchura igual a 0,5 mm, pudiendo ser el citado inserto suplementario 13 continuo o discontinuo circunferencialmente.

Por otra parte, el inserto 11 conductor de cargas electrostáticas, debido a su composición de caucho con alto contenido en negro de carbono, puede realizarse por medios apropiados cualesquiera en el momento de la confección del neumático en estado no vulcanizado más que después de la vulcanización. Sin embargo, cuando se desea realizar la banda de rodadura 3 por coextrusión de las capas interior 31 y exterior 32, es ventajoso, incluso necesario, según las mezclas utilizadas, realizar el inserto conductor 11 por extrusión durante la confección de la citada banda de rodadura 3 en estado no vulcanizado.

En la figura 2, se ha representado parcialmente el equipo que permite realizar una banda de rodadura en estado no vulcanizado que comprende dos capas de mezclas de caucho no conductoras A y B coextruídas y que comprenden un inserto de mezcla de caucho conductor C realizado por coextrusión con el conjunto de las mezclas A y B de la banda de rodadura 3.

Así, según la figura 2, está representada una cabeza de extrusión 101 de una primera extrusora principal 10 que permite coextruir mezclas de caucho no vulcanizadas A y B, destinadas a la fabricación de las partes inferior y superior de la banda de rodadura 3. La cabeza de extrusión 101 comprende una bóveda superior 102 y una bóveda inferior 103 que delimitan con un soporte intermedio 104 dos canales de salida 106 y 105, cada uno de una de las mezclas A y B, desembocando los citados canales en un mismo orificio de extrusión 107 a través del cual las dos mezclas A y B son comprimidas.

El orificio de extrusión 107 está delimitado por las primera y segunda paredes de una lámina de extrusión 112, que se denominarán, respectivamente, en relación con las figuras, pared superior 110 y pared inferior 111, y permite conferir el perfil deseado al conjunto constituido por las dos mezclas coextruídas.

En el ejemplo elegido, la extrusora es una extrusora denominada "de nariz plana" en la cual las paredes superior 110 e inferior 111 de la lámina de extrusión 112 son fijas. Sin embargo, la invención no se limita a la utilización de este tipo de extrusora; se puede prever, igualmente, una extrusora denominada "de nariz de rodillo" en la cual la pared superior 110 de la lámina de extrusión 112 sea fija y la pared inferior de la lámina sea móvil y esté constituida por la superficie exterior de un rodillo asociado a la extrusora.

A la extrusora principal 10 esta asociada una extrusora 40 de tamaño muy pequeño denominada, habitualmente, "microextrusora", montada de manera fija en la pared superior 110 de la lámina de extrusión 112. Esta extrusora, armada con un husillo 401 y con una cabeza de extrusión 402, comprende en su extremo una boquilla 403 fijada a la nariz de la microextrusora 40, y destinada a extruir, según un perfil y una traza deseados, el inserto 11 en el perfil de las dos mezclas no vulcanizadas y calientes que salen del orificio 107 de la extrusora 10.

La cabeza de extrusión 402 está acodada en su extremo, de manera que la boquilla de extrusión 403, fijada a la nariz de la cabeza de extrusión y colocada en el orificio de extrusión 107 de la extrusora principal 10, pueda aplicarse contra la pared inferior 111 de la lámina de extrusión (o superficie exterior del rodillo en el caso de una extrusora de nariz de rodillo). Se extruye, así, una mezcla de caucho conductora C, destinada a formar el inserto 11 en el flujo del conjunto de las dos mezclas no conductoras A y B.

La figura 3 muestra, agrandada, una boquilla de extrusión 403 de hilera móvil utilizada con la microextrusora de la figura 2, estando la citada hilera en posición de contacto con la pared inferior de la lámina de extrusión de la extrusora principal. La lámina de extrusión 106 recibe en un ánima sensiblemente perpendicular a la cabeza de extrusión 402 la boquilla 403 de hilera móvil, que presenta en su superficie cilíndrica una hendidura 407 realizada según una sección apropiada en una parte de su altura. El contacto entre la base 408 de la boquilla de hilera móvil 403 y la pared inferior 111 de la lámina de extrusión 112 es mantenido por la presión de la mezcla conductora que actúa sobre la sección 409. Si se desea, con este dispositivo puede realizarse de manera discontinua la extrusión de la mezcla conductora.

Por tanto, un equipo de esta clase es simple de realizar empleando extrusoras utilizadas habitualmente para la coextrusión, del tipo de nariz de rodillo o de nariz plana. En efecto, las modificaciones a realizar en las citadas extrusoras consisten en cambiar la pared superior de la lámina de extrusión a fin de realizar el ánima que permita acoger la cabeza de extrusión de una microextrusora. Se comprende fácilmente que pueden realizarse varios insertos previendo varias fijaciones posibles en la pared superior de la lámina de extrusión, que podrán utilizarse sucesiva o simultáneamente según la realización deseada, con la ayuda de un número adaptado de microextrusoras.

De la misma manera, se ha elegido ofrecer la realización de una banda de rodadura que presenta dos capas de mezclas de caucho, pero la invención se aplica, igualmente, a la realización de una banda de rodadura que comprenda más de dos capas de mezclas coextruídas. En efecto, la transposición del equipo descrito a una extrusora que permita la extrusión de más de dos mezclas no presenta ninguna dificultad.

Sin salirse de marco de la invención, está claro que el procedimiento y el equipo de coextrusión, de acuerdo con la invención, pueden utilizarse para la colocación de un inserto en mezclas de caucho sin aspecto de conducción, como, por ejemplo, para colocar uno o varios insertos de color en mezclas de caucho negras.

Claims (7)

1. Procedimiento de obtención de un elemento a base de mezclas de caucho destinado a la fabricación de un neumático, caracterizado porque comprende las operaciones siguientes:

- se extruyen por coextrusión, al menos, dos capas de mezclas de caucho (A, B) en una extrusora principal (10) provista de, al menos, dos husillos de extrusión provistos, respectivamente, de un canal de salida (105, 106) que desembocan en un mismo orificio de extrusión (107) delimitado por las primera (110) y segunda (111) paredes de una lámina de extrusión (112),

- se inserta por coextrusión, simultáneamente, a través de las dos capas, al menos, un inserto (11) de mezcla de caucho (C) por medio de una boquilla (403) de una microextrusora (40), estando aplicada la citada boquilla contra la segunda pared (111) de la lámina de extrusión (112) de la extrusora principal (10).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el cual las capas de mezclas de caucho constituyen partes (31, 32) de una banda de rodadura (3).

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el cual las mezclas de caucho (A, B) que constituyen las partes (31, 32) de la banda de rodadura son no conductoras de la electricidad y la mezcla de caucho (C) extruída por la microextrusora (40) es conductora de la electricidad.

4. Equipo de coextrusión de mezclas de caucho, que comprende una extrusora principal (10) que comprende una cabeza de extrusión (101) que comprende, al menos, dos canales de salida (106, 105), cada uno de una mezcla de caucho (A, B), desembocando los citados canales en un mismo orificio de extrusión (107) a través del cual son comprimidas las dos mezclas de caucho (A, B), estando delimitado el orificio de extrusión (107) por las primera (110) y segunda (111) paredes de una lámina de extrusión (112), caracterizado porque comprende, igualmente, al menos, una microextrusora (40) de una tercera mezcla de caucho (C) cuya cabeza de extrusión (402) está provista en su extremo de una boquilla (403), estando insertada la citada boquilla en la primera pared (110) de la lámina de extrusión (112) de la extrusora principal (10) de modo que la boquilla de extrusión (403) esté colocada en el orificio de extrusión (107) de la extrusora principal (10) y aplicada contra la segunda pared (111) de la lámina de extrusión (112) de la citada extrusora principal (10) a fin de insertar la tercera mezcla de caucho (C) en el perfil de las mezclas de caucho (A, B) que salen de la extrusora principal (10).

5. Equipo según la reivindicación 4, en el cual las primera (110) y segunda (111) paredes de la lámina de extrusión (112) son fijas.

6. Equipo según la reivindicación 4, en el cual, siendo fija la primera pared de la lámina de extrusión, su segunda pared está constituida por la superficie exterior de un rodillo llevado por la extrusora principal.

7. Equipo según una cualquiera de las reivindicaciones 4 o 5, en el cual la boquilla de extrusión (403) es de hilera móvil, hendida en una parte de su altura e insertada en un ánima sensiblemente perpendicular a la cabeza de extrusión (402), siendo mantenida la base (408) de la citada boquilla en contacto con la segunda pared (111) de la lámina de extrusión (112) por la presión de la mezcla extruída (C) por esta microextrusora.