ES2309365T3 - Neumaticos de elevada calidad para vehiculos. - Google Patents
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Abstract
Neumático (100) para ruedas de vehículo, que comprende: - una estructura armazón (101), de forma sustancialmente toroidal, los bordes laterales opuestos de la cual están asociados con los correspondientes hilos metálicos de talón derecho e izquierdo (102) para formar los correspondientes talones; - una estructura de cinta (106), aplicada en una posición radialmente externa en relación con la citada estructura armazón; - una banda de rodamiento (109), radialmente superimpuesta sobre la citada estructura de cinta; - al menos una capa de material elastómero reticulado (111), aplicada en una posición radialmente interna en relación con la citada banda de rodamiento; - un par de paredes laterales (108) aplicadas lateralmente sobre los lados opuestos en relación con la citada estructura armazón; en cuyo neumático, al menos una capa de material elastómero reticulado (111) tiene las siguientes características: - un módulo elástico dinámico (E''), medido a 70ºC, no inferior a 20 Mpa; - una relación entre el módulo de tracción al 100% de alargamiento (M100) y el módulo de tracción al 10% de alargamiento (M10) no inferior a 1,5.
Description
Neumáticos de elevada calidad para
vehículos.
La presente invención está relacionada con un
neumático para ruedas de vehículo y, en particular, con un neumático
de gran calidad.
En el campo de la producción de neumáticos para
ruedas de vehículo y, en particular, de neumáticos de elevada
calidad como, por ejemplo, los neumáticos diseñados para coches de
gran potencia o, más generalmente, los neumáticos pensados para
aplicaciones que conllevan elevadas velocidades operativas y/o, por
ejemplo, condiciones de conducción exigente, existe una creciente
necesidad de disponer de calidades incluso superiores en términos
de, por ejemplo, estabilidad de bloque de rodamiento, agarre en
carretera, estabilidad de giro, estabilidad de viraje, confort en
la conducción.
Los citados neumáticos, identificados
habitualmente como neumáticos "HP", o "UHP" ("High
Performance" (Elevada calidad)) o "Ultra High Performance"
(Calidad ultra-elevada)) son, en particular,
aquellos que pertenecen a las clases "V" o "Z", los
cuales proporcionan, respectivamente, velocidades máximas
comprendidas entre 210 y 240 Km/h y superiores a los 240 Km/h.
Habitualmente, los neumáticos para ruedas de
vehículo comprenden una estructura armazón compuesta esencialmente
por una o más capas de armazón de un tamaño sustancialmente toroidal
y que tienen sus bordes laterales axialmente opuestos acoplados con
los respectivos elementos reforzadores anulares circunferencialmente
inextensibles, identificados habitualmente como "hilos metálicos
de talón".
Sobre la estructura armazón se aplica, en una
posición radialmente externa, una estructura de cinta que comprende
una o más bandas de cinta en forma de anillo cerrado y compuesta
esencialmente de cuerdas textiles o metálicas, adecuadamente
orientadas las unas con las otras y en relación con las cuerdas que
pertenecen a las capas de armazón adyacentes.
En una posición radialmente externa de la
estructura de cinta, se proporciona una banda de rodamiento que
comprende habitualmente una banda de material elastómero de grosor
adecuado.
Finalmente, sobre los lados opuestos del
neumático se proporcionan un par de paredes laterales, cubriendo
cada una de estas paredes laterales una parte lateral del neumático
incluida entre una denominada región hombro y una denominada talón,
localizada en correspondencia con el correspondiente hilo metálico
de talón.
En neumáticos de elevada calidad, con vistas a
asegurar buenos comportamientos a velocidades operativas elevadas
y/o bajo condiciones de conducción extremas, en una posición
radialmente interna en relación con la banda de rodamiento, puede
proporcionarse al menos una capa de material elastómero que tiene un
grosor bajo y unas propiedades de tensión elevadas (en partícular,
modulo de tensión y tensión de rotura).
Las propiedades mecánicas de la capa mencionada
anteriormente pueden ser incrementadas mediante el incremento de la
densidad de reticulación del material elastómero, mediante la
utilización de una gran cantidad de azufre o mediante la
utilización de una gran cantidad de negro de carbón o de negro de
carbón estructurada y muy fina, la cual tenía una elevada capacidad
reforzadora. No obstante, las anteriores vías para incrementar las
propiedades mecánicas pueden conducir a un número de
inconvenientes.
Por ejemplo, la utilización de una gran cantidad
de azufre puede provocar fenómenos de reversión adecuados, la cual
puede dar lugar a modificaciones de los comportamientos del
neumático durante el uso. Por otra parte, es sabido que el negro de
carbón le proporciona al material elastómero propiedades de
histéresis elevadas, especialmente un incremento en el calor
disipado en condiciones dinámicas, lo cual da lugar a un incremento
en la resistencia al rodamiento del neumático. Además, una gran
cantidad de negro de carbón incrementa de modo remarcable la
viscosidad del material elastómero no reticulado y, por
consiguiente, presenta un impacto negativo sobre su procesabilidad y
extrusionabilidad.
Por consiguiente, para mejorar las propiedades
mecánicas de la capa mencionada anteriormente bajo la banda de
rodamiento, se utilizan habitualmente otras vías. Habitualmente, el
material elastómero es reforzado por medio de fibras tales como,
por ejemplo, fibras de poliamida (en particular, fibras de poliamida
aromáticas conocidas como "fibras aramida"), fibras de
poliéster o fibras de poliolefina.
Por ejemplo, la solicitud de patente
internacional WO 00/24596 a nombre del solicitante, describe un
neumático con una capa intermedia elastómera de material compuesto,
dispuesta entre la banda de rodamiento y las capas de cinta, en
donde la capa intermedia elastómera está compuesta de un material
reforzado con fibra. La citada capa intermedia elastómera puede ser
reforzada con fibras reforzadoras cortas tales como, por ejemplo,
fibras aramida (a saber, pulpa Kevlar®), para mejorar sus módulos de
elasticidad, entre otras características mecánicas.
La solicitud de patente europea EP 691218
describe un componente neumático para un neumático que comprende
una composición vulcanizable reforzada, incluyendo la citada
composición un material matriz elastómero vulcanizable que tiene
dispersada en el mismo una cantidad reforzadora eficaz de fibras
parcialmente orientadas que tiene un módulo de menos de 10 Gpa,
preferiblemente menos de 6 Gpa. Como realización alternativa, un
componente neumático puede ser reforzado con una mezcla de fibras
parcialmente orientadas y fibras de pulpa reforzadas (a saber,
pulpa Kevlar®). Se dice que la composición vulcanizable mencionada
anteriormente resulta particularmente de utilidad para la base de
rodamiento de un neumático.
El solicitante ha afrontado el problema de
proporcionar un neumático para ruedas de vehículo, en particular de
un neumático de alta calidad, que combina comportamientos mejorados
en condiciones de conducción exigentes con buena maniobrabilidad y
confort durante la utilización, en condiciones de conducción
normales (a saber, conducción suave).
El solicitante ha observado que un neumático,
especialmente cuando es utilizado en condiciones de velocidad
operativa elevada y/o en condiciones de conducción exigentes (a
saber, conducción exigente), es sometido a fuerzas remarcables, las
cuales se orientan tanto transversal como longitudinalmente, por lo
que resulta necesario un reforzamiento del neumático en ambas
direcciones.
El solicitante ha observado que la combinación
de propiedades mencionada anteriormente no puede ser lograda cuando
el neumático está reforzado con una capa colocada bajo la banda de
rodamiento, obtenida a partir de un material elastómero que
contiene fibras aramida. En primer lugar, el solicitante ha
observado que las fibras de aramida presentan un comportamiento
anisótropo remarcable, es decir, que las mismas están
sustancialmente orientadas en la dirección de las fuerzas de cisión
ejercidas durante la extrusión y el calandrado del material
elastómero no curado para formar la capa (habitualmente denominada
"dirección de calandrado"), con vistas a proporcionarle al
neumático esencialmente un reforzamiento longitudinal, a saber un
reforzamiento esencialmente en la dirección circunferencial del
neumático. Además, el solicitante ha observado que el reforzamiento
conferido al material elastómero por las fibras de aramida
permanece sustancialmente no modificado cuando se incrementa la
tensión a la que se somete el material.
Por otra parte, el solicitante ha observado que
un incremento en la cantidad de fibras de aramida añadidas al
material elastómero con vistas a incrementar sus propiedades
mecánicas, no produce necesariamente el efecto deseado. De hecho,
debido a una pobre dispersión, una gran cantidad de fibras aramida
puede dificultar la procesabilidad del material elastómero no
curado y, por consiguiente, la calidad del producto finalizado,
tanto en términos de propiedades mecánicas como de aspecto
superficial. Esto puede provocar roturas y desprendimientos de la
capa reforzadora a partir de otros componentes estructurales del
neumático, ya sea durante el proceso de fabricación como durante el
uso del neumático.
El solicitante ha averiguado ahora que resulta
posible obtener neumáticos que muestran comportamientos mejorados
durante el uso a elevada velocidad operativa y/o bajo condiciones de
conducción extremas (conducción exigente), combinadas con un buen
comportamiento en condiciones de conducción normales (conducción
suave), particularmente con confort y maniobrabilidad, mediante el
acoplamiento, en una posición interna radial en relación con la
banda de rodamiento, de al menos una capa de un material elastómero
reticulado que tiene un módulo elástico dinámico (E'), medido a
70ºC, no inferior a 20 Mpa y una relación entre el módulo de
tracción al 100% del alargamiento (M100) y un módulo al 10% de
alargamiento (M10) no inferior a 1,5.
Según un primer aspecto, la presente invención
está relacionada con un neumático para ruedas de vehículo, que
comprende:
- -
- una estructura armazón, de configuración sustancialmente toroidal, los bordes laterales opuestos de la cual están asociados con los correspondientes hilos metálicos de talón derecho e izquierdo, para formar los correspondientes talones;
- -
- una estructura de cinta aplicada en una posición radialmente externa en relación con la citada estructura armazón;
- -
- una banda de rodamiento radialmente superimpuesta sobre la citada estructura de cinta;
- -
- al menos una capa de material elastómero reticulado aplicada en una posición radialmente externa en relación con la citada banda de rodamiento;
- -
- un par de paredes laterales aplicadas lateralmente sobre los lados opuestos en relación con la citada estructura armazón;
en donde la citada al menos una capa de material
elastómero reticulado tiene las siguientes características:
- -
- un módulo elástico dinámico (E'), medido a 70ºC, no inferior a 20 Mpa, preferiblemente de entre 25 Mpa y 50 Mpa;
- -
- una relación entre el módulo de tracción al 100% de alargamiento (M100) y el módulo de tracción al 10% de alargamiento (M10) no inferior a 1,5, preferiblemente entre 2 y 5.
El módulo elástico dinámico (E') puede ser
medido utilizando un dispositivo dinámico Instron en el modo
tracción-compresión, si bien el módulo de tracción
puede ser medido según la norma Standard ISO 37:19 94. Detalles
adicionales relacionados con los procedimientos de medición
mencionados anteriormente serán proporcionados en los ejemplos
mostrados más adelante.
Según una realización preferida, la citada capa
de material elastómero tiene un módulo elástico dinámico (E')
medido a 23ºC, no inferior a 30 Mpa, preferiblemente entre 35 Mpa y
70 Mpa.
Según una nueva realización preferida, la citada
al menos una capa de material elastómero presenta una variación en
porcentaje del módulo de tracción al 10% de alargamiento (M10),
medido en una dirección sustancialmente paralela al plano
ecuatorial del neumático, en relación con el módulo de tracción al
10% de alargamiento (M10), medido en una dirección sustancialmente
perpendicular al plano ecuatorial del neumático, no superior al 20%,
preferiblemente no superior al 15%, más preferiblemente no superior
al 5%.
La variación anterior constituye un índice del
comportamiento isótropo del material que forma la capa, dado que la
dirección paralela al plano ecuatorial del neumático corresponde
sustancialmente a la dirección en la cual sale el material no
curado desde el aparato de extrusión (u, opcionalmente, el aparato
calandrador) para formar la capa.
Según una realización preferida, la citada capa
de material elastómero reticulado tiene un grosor inferior a 2 mm,
preferiblemente entre 0,5 mm y 1,5 mm.
Según una realización preferida, la citada al
menos una capa de material elastómero reticulado está colocada entre
la citada banda de rodamiento y la citada estructura de cinta.
Según una realización preferida, la citada capa
de material elastómero reticulado está coloca entre la citada
estructura de cinta y la citada estructura armazón.
Según una realización preferida, la citada capa
de material elastómero reticulado está formada por una diversidad de
enrrollamientos de un elemento alargado continuo.
Preferiblemente, la banda de rodamiento está
también formada por una diversidad de enrrollamientos de un
elemento alargado continuo, comprendiendo el citado elemento
alargado un material elastómero reticulable. El citado elemento
alargado puede ser producido, por ejemplo, mediante la extrusión del
citado material elastómero reticulable. Preferiblemente, el
neumático no vulcanizado es obtenido mediante el ensamblaje de sus
elementos estructurales sobre un soporte toroidal. En la solicitud
de patente internacional WO 01/36185 y en la solicitud de patente
europea EP 976.536 se describen, por ejemplo, detalles adicionales
de los procedimientos de formación y/o de depósito de los diversos
componentes del neumático sobre un soporte toroidal.
La combinación de propiedades mecánicas
mencionada anteriormente puede ser obtenida de forma ventajosa
mediante la adición al material elastómero de al menos un material
inorgánico en capas. La adición del citado material inorgánico en
capas proporciona la combinación de propiedades mecánicas mencionada
anteriormente, sin provocar efectos no deseados sobre otras
propiedades del material elastómero (a saber, viscosidad,
dispersión, adherencia en zona verde, histéresis).
Por lo tanto, según una realización preferida,
el citado material elastómero comprende:
- (a)
- al menos un polímero elastómero diénico;
- (b)
- al menos un material inorgánico en capas, que tiene un grosor de capa individual de entre 0,01 nm y 30 nm, preferiblemente entre 0,05 nm y 15 nm, más preferiblemente entre 0,1 nm y 2 nm.
Según una realización preferida, el citado
material elastómero comprende además (c) al menos un material de
relleno reforzador negro de carbón.
Según una realización preferida, el citado
material elastómero comprende además al menos un agente de
acoplamiento silano (d).
Según una realización preferida, el citado
material inorgánico en forma de capa (b) está presente en el
material elastómero en una cantidad que oscila entre 1 phr y 120
phr, preferiblemente entre 5 phr y 80 phr.
A los efectos de la presente descripción y de
las reivindicaciones que siguen, el término "phr" significa
las partes en peso de un determinado componente del material
elastómero por 100 partes en peso del polímero elastómero
diénico.
Según una realización preferida, el material
inorgánico en forma de capa puede ser seleccionado, por ejemplo, a
partir de filosilicatos tales como: esmectitas,, por ejemplo,
montmorillonita, nontronita, beidellita, volkonskoita, hectorita,
saponita, sauconita; vermiculita; halloisita; sericita; o mezclas de
los mismos. La montmorillonita resulta particularmente
preferida.
Con vistas a convertir al material inorgánico en
capas (b) en más compatible con el polímero elastómero diénico (a),
el citado material inorgánico en capas (b) puede ser tratado con un
compatibilizador.
Según una realización preferida, el citado
compatibilizador puede ser seleccionado de entre, por ejemplo, las
sales de fosfonio o de amonio cuaternarias, que tienen la fórmula
general (I):
en
donde:
- Y representa N ó P;
- R_{1}, R_{2}, R_{3} y R_{4}, que
pueden ser iguales o diferentes, representan un grupo alquilo o
hidroxialquilo C_{1}-C_{20} lineal o ramificado;
un grupo alquenilo o hidroxialquenilo
C_{1}-C_{20} lineal o ramificado; un grupo
-R_{5}-SH o -R_{5}-NH, en el que
R_{5} representa un grupo alquileno
C_{1}-C_{20} lineal o ramificado; un grupo
arilo C_{6}-C_{18}; un grupo alquilarilo o
arilalquilo C_{7}-C_{20}; un grupo cicloalquilo
C_{5}-C_{18}; conteniendo el citado grupo
cicloalquilo un posible heteroátomo tal como oxígeno, nitrógeno o
azufre;
- X^{n-} representa un anión tal como el ión
cloro, el ión sulfato o el ión fosfato;
- n representa 1, 2 ó 3.
El tratamiento del material inorgánico en forma
de capa (b) con el compatibilizador puede ser llevado a cabo según
procedimientos conocidos, tales como, por ejemplo, a través de una
reacción de intercambio iónico entre el material inorgánico en
forma de capa y el compatibilizador: en las patentes US 4.136.103,
US 5.747.560 o US 5.952.093 se describen detalles adicionales.
Un ejemplo de material inorgánico en forma de
capa (b) que puede ser utilizado según la presente invención y que
se encuentra disponible comercialmente es el producto conocido con
el nombre Dallite® 67G, de Laviosa Chimica Mineraria S.p.A.
Según una realización preferida, el polímero
elastómero diénico (a) que puede ser utilizado en la presente
invención puede ser seleccionado de entre los que son habitualmente
utilizados en materiales elastómeros reticulables con azufre, que
resultan particularmente adecuados en la producción de neumáticos,
es decir, procedente de polímeros o copolímeros elastómeros con una
cadena insaturada que tienen una temperatura de transición vítrea
(T_{g}) generalmente inferior a 20ºC, preferiblemente comprendida
entre 0ºC y -110ºC. Estos polímeros o copolímeros pueden ser de
origen natural o ser obtenidos por medio de polimerización en
solución, polimerización en emulsión o polimerización en fase
gaseosa de una o más diolefinas conjugadas, opcionalmente mezclados
con al menos un comonómero seleccionado de entre monovinilarenos
y/o comonómeros polares, en una cantidad no superior al 60% en
peso.
Las diolefinas conjugadas contienen generalmente
entre 4 y 12, preferiblemente entre 4 y 8 átomos de carbono, y
pueden ser seleccionadas de entre, por ejemplo, el grupo de
comprende: 1,3-butadieno, isopreno,
2,3-dimetil-1,3-butadieno;
1,3-pentadieno, 1,3-hexadieno,
3-butil-1,3-octadieno,
2-fenil-1,3-butadieno
o mezclas de los mismos. El 1,3-butadieno y el
isopreno resultan particularmente preferidos.
Los monovinilarenos que pueden ser opcionalmente
utilizados como comonómeros contienen generalmente entre 8 y 20,
preferiblemente entre 8 y 12 átomos de carbono, y pueden ser
seleccionados, por ejemplo, de entre: estireno;
1-vinilnaftaleno; 2-vinilnaftaleno;
diversos derivados alquilo, cicloalquilo, arilo, alquilarilo o
arilalquilo de estireno, tales como por ejemplo,
\alpha-metilestireno,
3-metilestireno, 4-propilestireno,
4-ciclohexilestireno,
4-dodecilestireno,
2-etil-4-bencilestireno,
4-p-tolilestireno,
4-(4-fenilbutil)estireno o mezclas de los
mismos. El estireno resulta particularmente preferido.
Los comonómeros polares que pueden ser
seleccionados opcionalmente pueden ser seleccionados, por ejemplo,
de entre: vinilpiridina, vinilquinolina, ácido acrílico y ésteres de
ácido alquilacrílico, nitrilos, o mezclas de los mismos, tales
como, por ejemplo, acrilato de metilo, acrilato de etilo,
metacrilato de metilo, metacrilato de etilo, acrilonitrilo o mezclas
de los mismos.
Preferiblemente, el polímero elastómero diénico
(a) que puede ser utilizado en la presente invención puede ser
seleccionado, por ejemplo, de entre:
cis-1,4-poliisopreno (caucho natural
o sintético, preferiblemente natural),
3,4-poliisopreno, polibutadieno (en particular
polibutadieno con un contenido 1,4-cis elevado),
copolímeros isopreno/isobuteno opcionalmente halogenados,
copolímeros 1,3-butadieno/acrilonitrilo, copolímeros
estireno/1,3-butadieno, copolímeros
estireno/isopreno/1,3-butadieno, copolímeros
estireno/1,3-butadieno/acrilonitrilo, o mezclas de
los mismos.
Según una realización preferida, el citado
material elastómero comprende al menos el 10% en peso,
preferiblemente entre el 20% en peso y el 100% en peso, en relación
con el peso total, de al menos un polímero elastómero diénico (a),
de caucho natural.
El material elastómero mencionado anteriormente
puede comprender, opcionalmente, al menos un polímero elastómero de
una o más monoolefinas, con un comonómero olefínico o derivados del
mismo (a'). Las monoolefinas pueden ser seleccionadas de entre:
etileno y \alpha-olefinas, que contienen
generalmente entre 3 y 12 átomos de carbono, tales como, por
ejemplo, propileno, 1-buteno,
1-penteno, 1-hexeno,
1-octeno o mezclas de los mismos. Resultan
preferidos los siguientes: copolímeros entre etileno y una
\alpha-olefina, opcionalmente con un dieno;
homopolímeros isobuteno o sus copolímeros con pequeñas cantidades de
un dieno, los cuales se encuentran al menos parcialmente
halogenados. El dieno opcionalmente presente contiene generalmente
entre 4 y 20 átomos de carbono y es seleccionado preferiblemente de
entre 1,3-butadieno, isopreno,
1,4-hexadieno, 1,4-ciclohexadieno,
5-etiliden-2-norborneno,
5-metilen-2-norborneno,
vinilnorborneno mezclas de los mismos. De entre los mismos,
resultan particularmente preferidos los siguientes: copolímeros
etileno/propileno (EPR) o copolímeros etileno/propileno/dieno
(EPDM); poliisobuteno; cauchos butílicos; cauchos halobutílicos, en
particular, cauchos clorobutílicos o bromobutílicos; o mezclas de
los mismos.
Pueden también utilizarse un polímero elastómero
diénico (a) o un polímero elastómero (a') funcionalizado por
reacción con agentes terminantes o agentes de acoplamiento. En
particular, los polímeros elastómeros diénicos obtenidos mediante
polimerización aniónica en presencia de un iniciador organometálico
(en particular, un iniciador de organolitio) pueden ser
funcionalizados haciendo reaccionar los grupos organometálicos
residuales derivados del iniciador con agentes terminantes o
agentes de acoplamiento, tales como por ejemplo, iminas,
carbodiimidas, haluros de alquilestaño, benzofenonas sustituidas,
alcoxisilanos o ariloxisilanos (ver, por ejemplo, la patente europea
EP 451.604, o las patentes US 4.742.124 y US 4.550.142).
Tal y como se ha descrito anteriormente, el
citado material elastómero comprende, además, al menos un material
de relleno reforzador negro de carbón (c).
Según una realización preferida, el material de
relleno re4forzador negro de carbón (c) que puede ser utilizado en
la presente invención puede ser seleccionado de entre los que tienen
un área superficial no inferior a los 20 m^{2}/g (determinado a
través de absorción CTAB, tal y como se describe en la norma
Standard ISO 6810:1995).
Según una realización preferida, el citado
material de relleno reforzador negro de carbón (c) se encuentra
presente en el material elastómero en una cantidad comprendida entre
0,1 phr y 120 phr, preferiblemente entre 20 phr y 90 phr.
Tal y como se ha descrito anteriormente, el
citado material elastómero comprende, además, al menos un agente de
acoplamiento silano (d).
Según una realización preferida, el agente de
acoplamiento silano (d) que puede ser utilizado en la presente
invención puede ser seleccionado de entre aquellos que tienen al
menos un grupo silano hidrolizable, los cuales pueden ser
identificado, por ejemplo, a través de la siguiente fórmula general
(II):
(II)(R)_{3}Si-C_{n}H_{2n}-X
en la que los grupos R, que pueden
ser iguales o diferentes, son seleccionados de entre grupos alquilo,
alcoxi o ariloxi o de entre átomos halógenos, con la condición de
que al menos uno de los grupos R es un grupo alcoxi o ariloxi; n es
un número entero comprendido entre 1 y 6 inclusive; X es un grupo
seleccionado de entre: nitroso, mercapto, epóxido, vinilo, imida,
cloro,
-(S)_{m}C_{n}H_{2n}-Si(R)_{3},
o -S-COR, en la que m y n son números enteros
comprendidos entre 1 y 6 inclusive y los grupos R son tal y como se
han definido
anteriormente.
De entre los agentes de acoplamiento silano
resultan particularmente preferidos el
bis(3-trietoxisililpropil)tetrasulfuro
y el
bis(3-trietoxisililpropil)disulfuro.
Los citados agentes de acoplamiento pueden ser utilizados como tales
o como una mezcla adecuada con un material de relleno (por ejemplo,
negro de carbón), con vistas a facilitar su incorporación en el
material elastómero.
Según una realización preferida, el citado
agente de acoplamiento silano (d) se encuentra presente en el
material elastómero en una cantidad que oscila entre 0,01 phr y 10
phr, preferiblemente entre 0,5 phr y 5 phr.
Al material elastómero mencionado anteriormente
se le puede añadir, de forma ventajosa, al menos un material de
relleno reforzador adicional, en una cantidad que oscila, por regla
general, entre 0,1 phr y 120 phr, preferiblemente entre 20 phr y 90
phr. El material de relleno reforzador puede ser seleccionado de
entre aquellos comúnmente utilizados para productos fabricados
reticulados, en particular para neumáticos, tales como, por
ejemplo, sílice, alúmina, aluminosilicatos, carbonato cálcico,
caolin o mezclas de los mismos.
La sílice que puede ser utilizada en la presente
invención puede ser, por regla general, una sílice pirógena o,
preferiblemente, una sílice precipitada, con un área superficial BET
(medida según la norma ISO estándar 5794/1) de entre 50 m^{2}/g y
500 m^{2}/g, preferiblemente entre 70 m^{2}/g y 200
m^{2}/g.
Cuando se encuentra presente un material de
relleno que comprende sílice, el material elastómero puede
incorporar, de forma ventajosa, un agente de acoplamiento silano
(d), capaz de interaccionar con la sílice y de unir la misma al
polímero elastómero diénico durante la vulcanización. Los ejemplos
de agentes de acoplamiento silano (d) que pueden ser utilizados han
sido ya mencionados anteriormente.
Según una realización preferida, la banda de
rodamiento del neumático está formada por un material elastómero
reticulado que tiene un módulo elástico dinámico (E'), medido a
23ºC, comprendido entre 5 MPa y 25 MPa, preferiblemente entre 7 MPa
y 20 MPa.
Preferiblemente, el citado material elastómero
reticulado tiene un módulo elástico dinámico (E'), medido a 100ºC,
de entre 3 MPa y 10 MPa, más preferiblemente entre 3,5 MPa y 8
MPa.
Preferiblemente, el citado material elastómero
reticulado tiene un Tan delta, medido a 23ºC, de entre 0,20 y 0,90,
más preferiblemente de entre 0,30 y 0,70.
Preferiblemente, el citado material elastómero
reticulado tiene un Tan delta, medido a 100ºC, de entre 0,10 y
0,35, más preferiblemente de entre 0,15 y 0,30.
Preferiblemente, el citado material elastómero
reticulado tiene una dureza IRHD, medida a 23ºC, de entre 65 y 85,
más preferiblemente de entre 70 y 80.
Preferiblemente, el citado material elastómero
reticulado tiene una dureza IRHD, medida a 100ºC, de entre 45 y 75,
más preferiblemente de entre 55 y 66.
El citado módulo elástico dinámico (E') y el
citado Tan delta pueden ser medidos utilizando el dispositivo
dinámico Instron en el modo tracción-compresión,
mientras que la dureza IRHD puede ser medida según la norma Standard
ISO 48:1994 ó 48:1994/Amd 1:1999.
En los ejemplos relacionados más adelante se
proporcionarán nuevos detalles al respecto de los procedimientos de
medición mencionados anteriormente.
Preferiblemente, el material elastómero
reticulado de la banda de rodamiento, comprende al menos un
polímero elastómero diénico y al menos un material reforzador
seleccionado de entre los que se utilizan habitualmente en
materiales elastómeros reticulables con azufre, los cuales resultan
particularmente adecuados para la producción de neumáticos, tales
como, por ejemplo, los descritos anteriormente en relación con al
menos una capa de material elastómero reticulado.
Los materiales elastómeros mencionados
anteriormente, tanto para los de al menos una capa de material
elastómero reticulado como los de la banda de rodamiento, pueden ser
vulcanizados según técnicas conocidas, en particular, con sistemas
vulcanizantes basados en azufre utilizados habitualmente para
polímeros elastómeros diénicos. A tal fin, en los materiales,
después de una o más etapas de procesado termomecánico, se incorpora
un agente vulcanizante basado en azufre, conjuntamente con
aceleradores de la vulcanización. En la etapa de procesado final,
la temperatura es generalmente mantenida por debajo de 120ºC y,
preferiblemente, por debajo de 100ºC, con vistas a evitar cualquier
fenómeno de pre-reticulado no deseado.
El agente vulcanizante más habitualmente
utilizado es el azufre, o moléculas que contienen azufre (donantes
de azufre), existiendo aceleradores y activadores que resultan
conocidos por los expertos en la materia.
Los activadores que resultan particularmente
eficaces son los compuestos de zinc y, en particular, ZnO,
ZnCO_{3}, sales de zinc de ácidos grasos saturados o insaturados
que contienen entre 8 y 18 átomos de carbono, tales como, por
ejemplo, estearato de zinc, los cuales se forman preferiblemente
in situ en el material elastómero a partir de ZnO y del
ácido graso y también BiO, PbO, Pb_{3}O_{4}, PbO_{2} o mezclas
de los mismos.
Los aceleradores que se utilizan habitualmente
pueden ser seleccionados de entre: ditiocarbamatos, guanidina,
tiourea, tiazoles, sulfenamidas, tiurams, aminas, xantatos o mezclas
de los mismos.
Los citados materiales elastómeros pueden
comprender otros adictivos utilizados habitualmente, seleccionados
en base a la aplicación específica para la cual se pretende utilizar
la composición. Por ejemplo, los siguientes pueden ser añadidos a
los citados materiales: antioxidantes, agentes
anti-envejecimiento, plastificantes, adhesivos,
agentes anti-ozono, resinas modificadoras, fibras
(por ejemplo, pulpa Kevlar®), o mezclas de los mismos.
En particular, con la finalidad de mejorar
adicionalmente la procesabilidad, puede añadirse al citado material
elastómero un plastificante, seleccionado generalmente de entre
aceites minerales, aceites vegetales, aceites sintéticos o mezclas
de los mismos, tales como, por ejemplo, aceite aromático, aceite
nafténico, ftalatos, aceite de haba de soja, o mezclas de los
mismos. La cantidad de plastificante oscila generalmente entre 0 phr
y 70 phr, preferiblemente entre 5 phr y 30 phr.
Los materiales elastómeros mencionados
anteriormente pueden ser preparados mediante el mezclado conjunto
de los componentes poliméricos y el material de relleno reforzador y
con otros aditivos opcionalmente presentes, según técnicas
conocidas por los expertos. El mezclado puede ser llevado a cabo,
por ejemplo, utilizando un mezclador abierto de tipo molino abierto
o un mezclador interno de tipo rotor tangencial (Banbury) o con
rotores entrelazados (Intermix) o en mezcladores continuos de tipo
Ko-Kneader (Buss), o de tipo
co-rotatorio o contra-rotatorio, con
doble hélice.
La presente invención será ilustrada ahora con
detalles adicionales por medio de un determinado número de
realizaciones ilustrativas, con relación a las Figs.
1-2 adjuntas, las cuales constituyen una vista en
sección transversal de una parte de un neumático obtenido según la
invención.
"a" indica una dirección axial y "r"
indica una dirección radial. En aras a la simplicidad, la Fig 1
muestra tan solo una parte del neumático, siendo la parte restante
no representada idéntica y dispuesta simétricamente en relación con
la dirección radial "r".
El neumático (100) comprende al menos una capa
de armazón (101), los bordes laterales opuestos del cual están
asociados en relación con los correspondientes hilos metálicos de
talón (102). La asociación entre la capa de armazón (101) y los
hilos metálicos de talón (102) es alcanzada mediante el doblado
hacia atrás de los bordes laterales opuestos de la capa de armazón
(101) alrededor de los hilos metálicos de talón (102), con vistas a
formar los denominados enrrollamientos hacia atrás del armazón
(101a), tal y como se muestra en la Fig. 1.
Alternativamente, los hilos metálicos de talón
convencionales (102) pueden ser sustituidos por un par de partes
insertadas anulares inextensibles circunferencialmente formadas a
partir de componentes alargados dispuestos en enrrollamientos
concéntricos (no representados en la Fig. 1) (ver, por ejemplo, las
solicitudes de patente europea EP 928.680 y EP 928 702). En este
caso, la capa de armazón (101) no es plegada hacia atrás alrededor
de los citados materiales insertados, siendo proporcionado el
acoplamiento por un segunda capa de armazón (no representada en la
Fig. 1), aplicada externamente sobre la primera.
La capa de carcasa (101) comprende generalmente
una diversidad de cuerdas reforzadoras dispuestas en paralelo las
unas con las otras y al menos parcialmente revestidas con una capa
de compuesto elastómero. Estas cuerdas reforzadoras son
habitualmente fabricadas a partir de fibras textiles, por ejemplo
rayón, nylon o polietilentereftalato, o de hilos metálicos de acero
entrelazados conjuntamente, revestidos con una aleación metálica
(por ejemplo, cobre/zinc, zinc/manganeso, aleaciones de
zinc/molibdeno/cobalto y similares).
La capa armazón (101) es habitualmente de tipo
radial, a saber, la misma incorpora cuerdas reforzadoras dispuestas
en dirección sustancialmente perpendicular a la dirección de la
circunferencia. Cada uno de estos hilos metálicos de talón (102)
está incluido en un talón (103), definido a lo largo del borde de la
circunferencia interna del neumático (100) con el que se acopla el
neumático sobre una montura (no representada en la Fig. 1) que
forma parte de la rueda del vehículo. El espacio definido por cada
uno de los armazones doblados hacia atrás (101a) contiene un
material de relleno de talón (104) en el que se incrustan los hilos
metálicos de talón (102). Una tira antiabrasiva (105) es
habitualmente colocada en posición externa al eje, en relación con
el armazón doblado hacia atrás (101a).
Una estructura de cinta (106) es aplicada a lo
largo de la circunferencia de la capa armazón (101). En la
realización particular de la Fig. 1, la estructura de cinta (106)
comprende dos tiras de cinta (106a, 106b), las cuales incorporan
una diversidad de cuerdas reforzadoras, habitualmente cuerdas
metálicas, las cuales son paralelas las unas con las otras en cada
una de las tiras e interseccionan en relación con la tira
adyacente, orientada con vistas a formar un ángulo predeterminado en
relación con una dirección circunferencial. Sobre la tira de cinta
radialmente más externa (106b) puede aplicarse, opcionalmente, al
menos una capa reforzadora de grado cero (106c), conocida
habitualmente como "cinta 0º", la cual generalmente incorpora
una diversidad de cuerdas reforzadoras, habitualmente cuerdas
textiles, dispuestas en un ángulo de pocos grados en relación con
una dirección circunferencial y revestidos y soldados conjuntamente
por medio de un material elastómero.
Una pared lateral (108) es también aplicada
externamente sobre la capa armazón (101), extendiéndose esta pared
lateral, en la posición axialmente externa, desde el talón (103)
hasta la terminación de la estructura de cinta
(106)
(106)
Una banda de rodamiento (109), cuyos bordes
laterales están conectados con las paredes laterales (108), es
aplicada circunferencialmente en una posición radialmente externa a
la de la estructura de cinta (106). Externamente, la banda de
rodamiento (109) tiene una superficie rodante (109a) diseñada para
entrar en contacto con el suelo. Ranuras en forma de circunferencia
que están conectadas a través de muescas transversales (no
representadas en la Fig 1), con vistas a definir una diversidad de
formas y tamaños distribuidos sobre la superficie rodante (109a) se
efectúan generalmente en esta superficie (109a), la cual está
representada, por simplicidad en la Fig. 1, como de forma lisa.
Una capa de material elastómero reticulado (111)
según la presente invención es colocada entre la estructura de cinta
(106) y la banda de rodamiento (109).
Tal y como se representa en la Fig 1, la capa de
material elastómero reticulado (111) puede tener un grosor
uniforme.
Alternativamente, el grosor de la capa de
material elastómero reticulado (111) puede tener un grosor variable
en la dirección transversal. Por ejemplo, la misma puede ser más
grande en las proximidades de sus bordes externos que en la zona
central.
En la Fig 1, la citada capa de material
elastómero reticulado (111) se extiende a lo largo de una superficie
que se corresponde sustancialmente con la superficie de desarrollo
de la citada estructura de cinta (106). Alternativamente, la citada
capa de material elastómero reticulado (111) se extiende tan solo a
lo largo de al menos una parte del desarrollo de la citada
estructura de cinta (106), por ejemplo, en las partes laterales
opuestas de la citada estructura de cinta (106) (no representadas en
la Fig. 1).
Una tira hecha de material elastómero (110),
comúnmente conocida como "minipared lateral" puede estar
opcionalmente presente en la zona de conexión entre las paredes
laterales (108) y la banda de rodamiento (109), siendo esta
minipared lateral obtenida generalmente por medio de
co-extrusión con la banda de rodamiento y permite
una mejora en la interacción mecánica entre la banda de rodamiento
(109) y las paredes laterales (108). Alternativamente, la parte
final de la pared lateral (108) cubre directamente el borde lateral
de la banda de rodamiento (109).
En el caso de neumáticos sin cámara interior,
una capa de caucho (112) generalmente conocida como un
"revestimiento", que proporciona la necesaria impermeabilidad
en el inflado de aire del neumático, puede ser también
proporcionada en una posición radialmente interna en relación con la
capa armazón (101).
La Fig. 2 muestra el mismo neumático (100) de la
Fig. 1, residiendo la única diferencia en el hecho de que una capa
de material elastómero reticulado (111), según la presente
invención, es colocada entre la estructura de cinta (106) y la capa
armazón (101).
El procedimiento para la producción del
neumático según la presente invención puede ser llevado a cabo
según técnicas y aparatos que son conocidos por parte de los
expertos en la materia, tal y como se describe, por ejemplo, en las
patentes EP 199.064, US 4.872.822, US 4.768.937, incluyendo el
citado procedimiento al menos un paso de fabricación del neumático
no vulcanizado y al menos una etapa de vulcanización de este
neumático.
Más particularmente, el procedimiento de
producción del neumático comprende las etapas de preparación, con
anterioridad y de forma separada las unas de las otras, de una serie
de productos semi-acabados que corresponden a los
diversos elementos estructurales de la máquina de fabricación
adecuada para el neumático (capas de armazón, estructura de cinta,
hilos metálicos de talón, materiales de relleno, paredes laterales y
banda de rodamiento), los cuales son posteriormente combinados
conjuntamente utilizando una máquina de fabricación adecuada.
Seguidamente, la etapa subsiguiente de vulcanización suelda
conjuntamente los productos semi-acabados
mencionados anteriormente para proporcionar un bloque monolítico, a
saber, un neumático acabado.
La etapa de preparación de los productos
semi-acabados mencionados anteriormente irá
precedida de una etapa de preparación y moldeado de diversas
mezclas, de las cuales están hechos los citados productos
semi-acabados, según técnicas convencionales.
El neumático no vulcanizado obtenido de este
modo se hace después pasar a las etapas subsiguientes de moldeado y
vulcanizado. A tal efecto, se utiliza un molde de vulcanización, que
está diseñado para recibir el neumático que esta siendo procesado
en el interior de una cavidad de moldeado que tiene paredes que son
contramoldeadas para definir la superficie exterior del neumático,
cuando la vulcanización se ha completado.
En las solicitudes de patente EP 928.680 y EP
928.702 mencionadas anteriormente se describen procedimientos
alternativos para la producción de un neumático o de partes de un
neumático, sin utilizar productos semi-acabados.
El neumático no vulcanizado puede ser moldeado
introduciendo un fluido presurizado en el espacio definido por la
superficie interior del neumático, con vistas a presionar a la
superficie exterior del neumático no vulcanizado contra las paredes
de la cavidad de moldeado. En uno de los procedimientos de moldeado
ampliamente utilizados, una cámara de vulcanización construida a
base de material elastómero, rellenada con vapor y/u otro fluido
bajo presión, es inflada en el interior del neumático encerrado
dentro de la cavidad de moldeado. De este modo, el neumático no
vulcanizado es empujado contra las paredes interiores de la cavidad
de moldeado, obteniéndose de este modo el moldeado deseado.
Alternativamente, el moldeado puede ser llevado a cabo sin una
cámara de vulcanización inflable, disponiendo, en el interior del
neumático, un soporte metálico de forma toroidal según la
configuración de la superficie interior del neumático que tiene que
ser obtenido, tal y como se describe, por ejemplo, en la patente EP
242840. La diferencia en el coeficiente de expansión térmica entre
el soporte metálico toroidal y el material elastómero crudo es
explotada para conseguir una presión de moldeado adecuada.
En este punto, se lleva a cabo la etapa de
vulcanización del material elastómero crudo presente en el
neumático. A tal efecto, la pared exterior del molde de
vulcanización es puesta en contacto con un líquido de calentamiento
(generalmente vapor), de tal forma que la pared exterior alcance una
temperatura máxima comprendida generalmente entre 100ºC y 230ºC.
Simultáneamente, la superficie interior del neumático es calentada a
la temperatura de vulcanización utilizando el mismo fluido
presurizado utilizado para presionar el neumático contra las
paredes de la cavidad de moldeado, y calentada hasta una temperatura
máxima comprendida entre 100º y 250ºC. El tiempo necesario para
obtener un grado de vulcanización satisfactorio en el total de la
masa del material elastómero puede variar en general entre 3 min y
90 min y depende principalmente de las dimensiones del neumático.
Cuando se ha completado la vulcanización, el neumático es retirado
del molde de vulcanización.
La presente invención será adicionalmente
ilustrada por medio de un determinado número de ejemplos
preparatorios, los cuales se proporcionan a efectos puramente
indicativos y sin ninguna limitación de esta invención.
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Ejemplos
1-2
Los materiales elastómeros proporcionados en la
Tabla 1 fueron preparados tal como se indica seguidamente (las
cantidades de los diversos componentes se proporcionan en phr).
La totalidad de componentes, con la excepción de
azufre, acelerador (DCBS) y HMT, se mezclaron conjuntamente en un
mezclador interno (modelo Pomini PL 1,6), durante aproximadamente 5
minutos (primer paso). Tan pronto como la temperatura alcanzó los
145 \pm 5ºC, se descargó el material elastómero. El azufre, el
acelerador y el HMT fueron entonces añadidos y se efectuó el
mezclado en un mezclador de rodillo abierto (segundo paso).
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\vskip1.000000\baselineskip
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(Tabla pasa a página
siguiente)
La viscosidad Mooney ML(1+4) a 100ºC fue
medida, según la norma Standard ISO 289-1:1994, en
los materiales no reticulados obtenidos tal y como se ha descrito
anteriormente. Los resultados obtenidos se proporcionan en la
\hbox{Tabla 2.}
Las propiedades mecánicas estáticas según la
norma Standard ISO 37:1994 fueron medidas a diferentes
alargamientos (10%, 50% y 100%), tanto en la dirección de calandrado
como en la dirección perpendicular a la misma, en muestras de los
materiales elastómeros mencionados anteriormente vulcanizados a
170ºC, durante 10 minutos. Los resultados obtenidos se proporcionan
en la Tabla 2.
La Tabla 2 muestra también las propiedades
mecánicas, medidas utilizando un dispositivo dinámico Instrom, en
el modo tracción-compresión, según los siguientes
procedimientos. Una porción de prueba del material reticulado de
forma cilíndrica (longitud = 25 mm; diámetro 12 mm), precargada por
compresión hasta un 10% de deformación longitudinal con respecto a
la longitud inicial y mantenida a la temperatura prefijada (23ºC o
70ºC) durante la duración total del test, fue sometida a un
alargamiento sinusoidal dinámico con una amplitud de \pm2,2% con
respecto a la longitud bajo precarga, con una frecuencia de 100 Hz.
Las propiedades mecánicas dinámicas son expresadas en términos de
valores de módulo elástico dinámico (E') y Tan delta (factor de
pérdida). Tal y como es sabido, el valor Tan delta se calcula como
una relación entre el módulo viscoso (E') y el módulo
elástico(E'), siendo ambos determinados con las medidas
dinámicas anteriores.
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados proporcionados en la Tabla 2
muestran que el producto manufacturado reticulado obtenido a partir
del material elastómero descrito en la presente invención (Ejemplo
2) presenta propiedades mecánicas mejoradas, tanto estáticas como
dinámicas, en particular en relación con el módulo de tracción,
tensión de rotura y módulo elástico dinámico. Además, el material
elastómero según la presente invención muestra un reforzamiento
tanto longitudinal como transversal y un incremento del módulo de
tracción a medida que crece el alargamiento aplicado. Los citados
resultados son obtenidos sin afectar negativamente a las propiedades
de histéresis. Además, los resultados en la Tabla 2 muestran
también que el valor de viscosidad del citado material elastómero no
ha sido incrementado.
Ejemplos
3-4
Se prepararon neumáticos según la Fig. 1,
conteniendo una capa de material elastómero reticulado según el
Ejemplo 1 (Ejemplo 3-comparativo) y según el Ejemplo
2 (Ejemplo 4-según la presente invención).
El material elastómero de la banda de rodamiento
proporcionada en la Tabla 3 fue preparado tal y como se describe en
los Ejemplo 1-2 (las cantidades de los diversos
componentes se proporcionan en phr, salvo que se indique lo
contrario).
\vskip1.000000\baselineskip
Las propiedades mecánicas estáticas fueron
medidas tal y como se menciona en los Ejemplos 1-2.
Los resultados obtenidos se proporcionaron en la Tabla 4. Las
propiedades mecánicas dinámicas fueron medidas utilizando un
dispositivo dinámico Instrom, en el modo
tracción-compresión, según los siguientes
procedimientos. Una parte de prueba del material reticulado que
tenía una forma cilíndrica (longitud = 25 mm, diámetro = 14 mm),
precargada por compresión hasta una deformación longitudinal del 25%
con respecto a la longitud inicial y mantenida a la temperatura
prefijada (23ºC a 70ºC) durante toda la duración de la prueba, fue
sometida a un alargamiento sinusoidal dinámico con una amplitud de
\pm3,33% con respecto a la longitud bajo precarga, con una
frecuencia de 100 Hz. Las propiedades mecánicas dinámicas son
expresadas en valores de términos de módulo elástico dinámico (E')
y tan Delta (factor de pérdida). Como es sabido, el valor Tan delta
es calculado como una relación entre el módulo viscoso (E'') y el
módulo elástico (E'), siendo ambos determinados con las mediciones
dinámicas indicadas anteriormente. Los resultados obtenidos se
proporcionaron en la Tabla 4. Se midió la dureza en grados IRHD a
23ºC y a 100ºC, según la norma Standard ISO 48, en muestras de los
materiales elastómeros mencionados anteriormente, vulcanizados a
170ºC, durante un período de 10 minutos. Los resultados obtenidos se
proporcionaron en la Tabla 4.
Neumáticos con un tamaño 285/40R19 fueron
montados en un Ferrari F137 y comprobados en un circuito de
carreras. Los resultados obtenidos se proporcionan en la Tabla
5.
Con vistas a evaluar el comportamiento del
neumático, el conductor de prueba simuló algunas conducciones
características (cambio de carril, entrada en curva, salida de
curva, por ejemplo), llevadas a cabo a una velocidad constante, en
aceleración y desaceleración. Seguidamente, el conductor de prueba
valoró el comportamiento del neumáticos y le otorgó unos puntos en
función del comportamiento del neumático durante la citada
conducción.
La conducción se divide generalmente en dos
tipos (conducción suave y conducción exigente), en función del tipo
de maniobras llevadas a cabo por el conductor. La conducción suave
está relacionada con la utilización del neumático en condiciones de
conducción normales, a saber, en condiciones de velocidad normal y
de buen agarre transversal. Por el contrario, las pruebas de
conducción exigente describen el comportamiento del neumático en el
límite de adherencia, a saber, en condiciones de conducción
exigente. En el último caso, el conductor de prueba ejecuta
maniobras las cuales un conductor medio podría verse obligado a
llevar a cabo en el caso de circunstancias imprevistas y de riesgo:
........a elevada velocidad, cambio repentino de carriles para
evitar obstáculos, frenado repentino, y similares.
Se llevaron a cabo dos tipos diferentes de
pruebas: comportamiento a velocidad normal (conducción suave) y
comportamiento en el límite de adherencia (conducción exigente).
En lo que concierne a las pruebas de conducción
suave, el conductor de prueba valoró: vacío en el centro, es decir
el retraso y el grado de respuesta del vehículo frente a ángulos de
dirección pequeños; la rapidez de respuesta frente a la dirección
entrando en una curva; progresividad de respuesta frente a la
dirección durante el trayecto en una curva; centrado en una curva;
es decir, la capacidad del neumático para mantener el vehículo en
una curva con un radio constante, sin correcciones de dirección
continuas; realineación, es decir, la capacidad del neumático para
permitir que el vehículo regrese a una trayectoria rectilínea en la
salida de una curva con oscilaciones transversales amortiguadas y
contenidas.
En lo que concierne a las pruebas de conducción
exigente, el conductor de prueba valoró: la fuerza sobre la rueda
de viraje durante un giro violento; la rapidez de inserción, es
decir, el comportamiento del neumático en transición en la entrada
de la curva tomada a la velocidad límite; el equilibrio, es decir,
el grado de sobreviraje o de infraviraje del vehículo; el
rendimiento, es decir, la capacidad del neumático para absorber una
fuerte transferencia rápida de la carga como consecuencia de un
cambio repentino de carril sin excesiva deformación, y por tanto,
sin comprometer la estabilidad y la controlabilidad del vehículo;
liberación en una curva, es decir, la capacidad del neumático para
amortiguar los efectos de la inestabilidad resultante de la
liberación repentina del acelerador durante una curva tomada a la
velocidad límite; la controlabilidad, es decir, la capacidad del
neumático para mantener y/o devolver el vehículo a la trayectoria
después de la pérdida de adherencia.
La Tabla 5 resume la puntuación del conductor de
prueba para la controlabilidad de los neumáticos. Los resultados de
las citadas pruebas son expresados por medio de una escala de
evaluación que representa la opinión subjetiva expresada por el
conductor de prueba a través de un sistema puntual. Los valores
reproducidos en la siguiente tabla representan un valor promedio
entre los obtenidos en diversas sesiones de prueba (pruebas
5-6, por ejemplo) y proporcionadas por varios
conductores de prueba. Debe destacarse el hecho de que la escala de
valores parte de un mínimo de 4 hasta un máximo de 9.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados proporcionados en la Tabla 5
muestran claramente que el neumático según la presente invención
(Ejemplo 4) tiene un comportamiento, en relación con el neumático
comparativo (Ejemplo 3), en particular, muestra comportamientos
mejorados durante el uso a elevada velocidad operativa y/o en
condiciones de conducción exigente (conducción exigente) combinado
con un buen comportamiento en condiciones de conducción normales
(conducción suave), y en particular confort y maniobrabilidad.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante se proporciona tan solo para conveniencia del lector.
La misma no forma parte del documento de solicitud de patente
europea. A pesar de que se ha puesto gran empeño en la compilación
de las referencias, no puede descartarse la existencia de errores u
omisiones y la EPO no acepta ninguna responsabilidad en tal
sentido.
\bullet WO 0024596 A [0012]
\bullet EP 691218 A [0013]
\bullet WO 0136185 A [0028]
\bullet EP 976536 A [0028]
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\bullet US 5952093 A [0038]
\bullet EP 451604 A [0047]
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\bullet US 4550 A [0047]
\bullet US 142 A [0047]
\bullet EP 928680 A [0077][0094]
\bullet EP 928702 A [0077][0094]
\bullet EP 199064 A [0090]
\bullet US 4872822 A [0090]
\bullet US 4768937 A [0090]
\bullet EP 242840 A [0095]
Claims (51)
1. Neumático (100) para ruedas de vehículo, que
comprende:
- una estructura armazón (101), de forma
sustancialmente toroidal, los bordes laterales opuestos de la cual
están asociados con los correspondientes hilos metálicos de talón
derecho e izquierdo (102) para formar los correspondientes
talones;
- una estructura de cinta (106), aplicada en una
posición radialmente externa en relación con la citada estructura
armazón;
- una banda de rodamiento (109), radialmente
superimpuesta sobre la citada estructura de cinta;
- al menos una capa de material elastómero
reticulado (111), aplicada en una posición radialmente interna en
relación con la citada banda de rodamiento;
- un par de paredes laterales (108) aplicadas
lateralmente sobre los lados opuestos en relación con la citada
estructura armazón;
en cuyo neumático, al menos una capa de material
elastómero reticulado (111) tiene las siguientes
características:
- un módulo elástico dinámico (E'), medido a
70ºC, no inferior a 20 Mpa;
- una relación entre el módulo de tracción al
100% de alargamiento (M100) y el módulo de tracción al 10% de
alargamiento (M10) no inferior a 1,5.
2. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 1, en el que la citada al menos una capa de material
elastómero tiene un módulo elástico dinámico (E'), medido a 70ºC, de
entre 25 Mpa y 50 Mpa.
3. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 1 ó la 2, en donde la citada al menos una capa de
material elastómero reticulado tiene una relación entre el módulo de
tracción al 100% de alargamiento (M100) y el módulo de tracción al
10% de alargamiento (M10) de entre 2 y 5.
4. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la citada
al menos una capa de material elastómero reticulado tiene un módulo
elástico dinámico (E'), medido a 23ºC, no inferior a 30 Mpa.
5. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 4, en donde la citada al menos una capa de material
elastómero reticulado tiene un módulo elástico dinámico (E'), medido
a 23ºC, de entre 35 Mpa a 70 Mpa.
6. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la citada
al menos una capa de material elastómero reticulado tiene una
variación de porcentaje de módulo de tracción al 10% de
alargamiento (M10), medido en una dirección sustancialmente paralela
al plano ecuatorial del neumático, con relación al módulo de
tracción del 10% de alargamiento (M10), medido en una dirección
sustancialmente perpendicular al plano ecuatorial del neumático, no
superior al 20%.
7. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 6, en donde la citada al menos una capa de material
elastómero reticulado tiene un porcentaje de variación de módulo de
tracción al 10% de alargamiento (M10), medido en una dirección
sustancialmente paralela al plano ecuatorial del neumático, en
relación con el módulo de tracción al 10% de alargamiento (M10),
medido en dirección sustancialmente perpendicular al plano
ecuatorial del neumático, no superior al 15%.
8. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 7, en donde la citada al menos una capa de material
elastómero reticulado tiene un porcentaje de variación de módulo de
tracción al 10% de alargamiento (M10), medido en una dirección
sustancialmente paralela al plano ecuatorial del neumático, en
relación con el módulo de tracción al 10% de alargamiento (M10),
medido en dirección sustancialmente perpendicular al plano
ecuatorial del neumático, no superior al 5%.
9. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la citada
al menos una capa de material elastómero reticulado tiene un grosor
inferior a 2 mm.
10. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 9, en donde la citada al menos una capa de material
elastómero reticulado tiene un grosor de entre 0,5 mm y entre 1,5
mm.
11. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la citada
al menos una capa de material elastómero reticulado está ubicada
entre la citada banda de rodamiento y la citada estructura de
cinta.
12. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en donde la
citada al menos una capa de material elastómero reticulado está
ubicada entre la citada estructura de cinta y la citada estructura
armazón.
13. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la citada
al menos una capa de material elastómero reticulado está formada por
una diversidad de enrrollamientos de un elemento alargado
continuo.
14. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el citado
material elastómero reticulado comprende:
- (a)
- al menos un polímero elastómero diénico;
- (b)
- al menos un material inorgánico en capas que tiene un grosor de capa individual de entre 0,01 nm y 30 nm.
15. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 14, en donde el material inorgánico en capas (b)
tiene un grosor de capa individual comprendido entre 0,05 nm y 15
nm.
16. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 15, en donde el material inorgánico en capas (b)
tiene un grosor de capa individual comprendido entre 0,1 nm y 2
nm.
17. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, en donde el material
inorgánico en capas (b) está presente en el material elastómero en
una cantidad comprendida entre 1 phr y 120 phr.
18. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 17, en donde el material inorgánico en capas (b)
está presente en el material elastómero en una cantidad comprendida
entre 5 phr y 80 phr.
19. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, en donde el material
inorgánico en capas (b) es seleccionado de entre filosilicatos,
tales como: esmectitas, tales como montmorillonita, nontronita,
beidellita, volkonskoita, hectorita, saponita, sauconita;
vermiculita; halloisita; sericita; o mezclas de los mismos.
20. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 19, en donde el material inorgánico en capas (b) es
montmorillonita.
21. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones 14 a 20, en donde el material
inorgánico en capas (b) es tratado con un compatibilizador.
22. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 21, en donde el compatibilizador es seleccionado de
entre sales de fosfonio o de amonio cuaternarias, que tienen la
fórmula general (I):
en
donde:
- Y representa N ó P;
- R_{1}, R_{2}, R_{3} y R_{4}, que
pueden ser iguales o diferentes, representan un grupo alquilo o
hidroxialquilo C_{1}-C_{20} lineal o ramificado;
un grupo alquenilo o hidroxialquenilo
C_{1}-C_{20} lineal o ramificado; un grupo
-R_{5}-SH o -R_{5}-NH, en el que
R_{5} representa un grupo alquileno
C_{1}-C_{20} lineal o ramificado; un grupo
arilo C_{6}-C_{18}; un grupo alquilarilo o
arilalquilo C_{7}-C_{20}; un grupo cicloalquilo
C_{5}-C_{18}; conteniendo el citado grupo
cicloalquilo un posible heteroátomo tal como oxígeno, nitrógeno o
azufre;
- X^{n-} representa un anión tal como el ión
cloro, el ión sulfato y el ión fosfato;
- n representa 1, 2 ó 3.
23. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones 14 a 22, en donde el polímero
elastómero diénico (a) tiene una temperatura de transición vítrea
inferior a 20ºC.
24. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 23, en donde el polímero elastómero diénico (a) es
seleccionado de entre
cis-1,4-poliisopreno natural o
sintético, 3,4-poliisopreno, polibutadieno,
copolímeros isopreno/isobuteno opcionalmente halogenados,
copolímeros 1,3-butadieno/acrilonitrilo, copolímeros
estireno/1,3-butadieno, copolímeros
estireno/isopreno/1,3-butadieno, copolímeros
estireno/1,3-butadieno/acrilonitrilo o mezclas de
los mismos.
25. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones 14 a 24, en donde el material
elastómero comprende al menos el 10% en peso, en relación con el
peso total, de al menos un polímero elastómero diénico (a) de caucho
natural.
26. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 25, en donde el material elastómero comprende entre
el 20% en peso y el 100% en peso, en relación con el peso total, de
al menos un polímero elastómero diénico (a) de caucho natural.
27. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones 14 a 26, en donde el material
elastómero comprende además al menos un polímero elastómero de una o
más monoolefinas con un comonómero olefínico o derivados del mismo
(a').
28. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 27, en donde el polímero elastómero (a') es
seleccionado de entre: copolímeros etileno/propileno (EPR) o
copolímeros etileno/propileno/dieno (EPDM); poliisobuteno; cauchos
butílicos; cauchos halobutílicos, o mezclas de los mismos.
29. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones 14 a 28, en donde el material
elastómero comprende al menos un material de relleno negro de carbón
(c).
30. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 29, en donde el material de relleno negro de carbón
(c) tiene un área superficial no inferior a 20 m^{2}/g
(determinada por medio de absorción CTAB, tal y como se describe en
la norma Standard ISO 6810:1995).
31. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 29 ó 30, en donde el material de relleno negro de
carbono (c) se encuentra presente en el material elastómero en una
cantidad que oscila entre 0,1 phr y 120 phr.
32. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 31, en donde el material de relleno negro de carbón
(c) se encuentra presente en el material elastómero en una cantidad
que oscila entre 20 phr y 90 phr.
33. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones 14 a 32, en donde el material
elastómero comprende al menos un agente de acoplamiento silano
(d).
34. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 33, en donde el agente de acoplamiento silano (d)
que puede ser utilizado en la presente invención puede ser
seleccionado de entre aquellos que tienen al menos un grupo silano
hidrolizable, los cuales pueden ser identificados, por ejemplo, a
través de la siguiente fórmula general (II):
(II)(R)_{3}Si-C_{n}H_{2n}-X
en la que los grupos R, que pueden
ser iguales o diferentes, son seleccionados de entre grupos alquilo,
alcoxi o ariloxi o de entre átomos halógenos, con la condición de
que al menos uno de los grupos R es un grupo alcoxi o ariloxi; n es
un número entero comprendido entre 1 y 6 inclusive; X es un grupo
seleccionado de entre: nitroso, mercapto, epóxido, vinilo, imida,
cloro,
-(S)_{m}C_{n}H_{2n}-Si(R)_{3},
o -S-COR, en la que m y n son números enteros
comprendidos entre 1 y 6 inclusive y los grupos R son tal y como se
han definido
anteriormente.
35. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 33 o la 34, en donde el agente de acoplamiento
silano (d) se encuentra presente en el material elastómero en una
cantidad que oscila entre 0,01 phr y 10 phr.
36. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 35, en donde el agente de acoplamiento silano (d) se
encuentra presente en el material elastómero en una cantidad que
oscila entre 0,5 phr y 5 phr.
37. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones 14 a 36, en donde al menos se
encuentra presente un material de relleno reforzador adicional, en
una cantidad que oscila entre 0,1 phr y 120 phr, en el material
elastómero.
38. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 37, en donde el material de relleno reforzador es
sílice.
39. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 37, en donde al menos se encuentra presente un
agente de acoplamiento silano (d).
40. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la banda
de rodamiento esta formada por un material elastómero reticulado que
tiene un módulo elástico dinámico, medido a 23ºC, de entre 5 Mpa y
25 Mpa.
41. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 40, en donde la banda de rodamiento está formada por
un material elastómero reticulado que tiene un módulo elástico
dinámico, medido a 23ºC, de entre 7 Mpa y 20 Mpa.
42. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la banda
de rodamiento está formada por un material elastómero reticulado que
tiene un módulo elástico dinámico, medido a 100ºC, de entre 3 Mpa y
10 Mpa.
43. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 42, en donde la banda de rodamiento está formada por
un material elastómero reticulado que tiene un módulo elástico
dinámico, medido a 100ºC, de entre 3,5 Mpa y 8 Mpa.
44. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la banda
de rodamiento está formada por un material elastómero reticulado que
tiene un Tan delta, medido a 23ºC, de entre 0,20 Mpa y 0,90 Mpa.
45. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 44, en donde la banda de rodamiento está formada por
un material elastómero reticulado que tiene un Tan delta, medido a
23ºC, de entre 0,30 Mpa y 0,70 Mpa.
46. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la banda
de rodamiento está formada por un material elastómero reticulado que
tiene un Tan delta, medido a 100ºC, de entre 0,10 Mpa y 0,35
Mpa.
47. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 46, en donde la banda de rodamiento está formada por
un material elastómero reticulado que tiene un Tan delta, medido a
100ºC, de entre 0,15 y 0,30.
48. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la banda
de rodamiento está formada por un material elastómero reticulado que
tiene una dureza IRHD, medida a 23ºC, de entre 65 y 85.
49. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 48, en donde la banda de rodamiento está formada por
un material elastómero reticulado que tiene una dureza IRHD, medida
a 23ºC, de entre 70 y 80.
50. Neumático para ruedas de vehículo según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la banda
de rodamiento está formada por un material elastómero reticulado que
tiene una dureza IRHD, medida a 100ºC, de entre 45 y 75.
51. Neumático para ruedas de vehículo según la
reivindicación 50, en donde la banda de rodamiento está formada por
un material elastómero reticulado que tiene una dureza IRHD, medida
a 100ºC, de entre 55 y 66.
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