ES2339535T3

ES2339535T3 - Material compuesto fibra de caucho y articulo de caucho que lo utiliza.

Info

Publication number: ES2339535T3
Application number: ES02728145T
Authority: ES
Inventors: Yugo c/o Bridgestone Corporation ZUIGYOU
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2001-05-24
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2010-05-21
Anticipated expiration: 2022-05-24
Also published as: DE60235537D1; JP4358467B2; CN1462245A; WO2002094586A1; US20060283533A1; JP2003039912A; US20040154719A1; CN100421976C; EP1389540B1; US7469734B2; EP1389540A4; EP1389540A1

Abstract

Un material compuesto de fibra de caucho que comprende un género no tejido y un caucho que reviste el género no tejido, estando fabricada al menos una parte del género no tejido de una fibra orgánica que tiene un diámetro de una única fibra de 10 a 35 μm, una longitud de fibra de 30 a 100 mm, y un módulo de elasticidad a la tracción de 50 GPa o mayor, en el que el género no tejido tiene una relación D1/D2 de 2 o más, en el que D1 es un grosor del género no tejido cuando se mide bajo una presión de 981 Pa, y D2 es un grosor del género no tejido cuando se mide bajo una presión de 19.613 Pa.

Description

Material compuesto de fibra de caucho y artículo de caucho que lo utiliza.

La presente invención versa acerca de un material compuesto de fibra de caucho y un artículo de caucho que comprende el material compuesto de fibra de caucho, y más en particular acerca de un material compuesto de fibra de caucho que es capaz, cuando se utiliza como un material de refuerzo para artículos de caucho como neumáticos y cintas, de mejora de la durabilidad y reducir el peso de los mismos, y acerca de un artículo de caucho, especialmente un neumático, fabricado al utilizar el material compuesto de fibra de caucho.

Hasta la fecha, como materiales de refuerzo para su uso en materiales compuestos de caucho para neumáticos, hay cordones de fibra orgánica y cordones de acero conocidos. En años recientes, se han propuesto materiales compuestos de caucho que comprenden género no tejido. Por ejemplo, la solicitud expuesta al público de patente japonesa nº 10-53010 propone disponer un material compuesto de caucho que comprende género no tejido entre una capa de la carcasa y una porción de la pared lateral de un neumático para aumentar la rigidez de la porción de la pared lateral y mejorar una estabilidad operativa del neumático sin sacrificar sus propiedades inherentes como una rodadura cómoda y su durabilidad y sin necesitar un procedimiento complicado de fabricación.

Se ha prestado atención al género no tejido debido a su buena capacidad de refuerzo, y se ha estudiado recientemente la aplicación del género no tejido a artículos de caucho distintos de los neumáticos que se requiere que sean rígidos y duraderos. También se prevé que se pueda ampliar la libertad de diseño y se pueda conseguir una durabilidad elevada al utilizar el material de refuerzo de género no tejido en los materiales compuestos convencionales de caucho que no contienen un material de refuerzo.

Para exhibir excelentes propiedades como rigidez y alargamiento utilizando géneros no tejidos como los materiales de refuerzo para los materiales compuestos de caucho, se requiere una impregnación suficiente de caucho en el interior de los géneros no tejidos.

Para mejorar notablemente la durabilidad al mejorar la rigidez de los artículos reforzados de caucho, también se conoce que hay que aumentar el peso base de géneros no tejidos. Sin embargo, cuando el peso base excede un cierto nivel, se reduce la impregnación de caucho en el interior del género no tejido, lo que tiene como resultado que no se proporcionen materiales compuestos que exhiben una rigidez suficiente.

Convencionalmente, se han estudiado y desarrollado diversos neumáticos autoportantes y neumáticos de seguridad que son capaces de circular continuamente en condiciones desinfladas durante una distancia considerable hasta alcanzar instalaciones para su reparación incluso cuando los neumáticos están pinchados. Por ejemplo, se conocen neumáticos autoportantes que tienen una cámara de aire mejorada, como una cámara reforzada, una cámara de aire de múltiples canales, una cámara de aire llena y una cámara doblada, un neumático revestido con sellador, un neumático lleno de sellador, un neumático de tipo de núcleo integrado, etc. Recientemente, la solicitud expuesta al público de patente japonesa nº 7-276931 da a conocer un neumático de seguridad de doble estructura que comprende un neumático externo y
un neumático interno ligeramente menor que el neumático externo que está dispuesto dentro del neumático externo.

Sin embargo, estos neumáticos convencionales son difíciles de fabricar debido a que se requieren un procedimiento específico de fabricación y miembros auxiliares fabricados de materiales específicos. Además, los neumáticos son difíciles de encajar en una llanta de rueda y de manipular. Por ejemplo, el neumático autoportante de cámara de aire mejorada que tiene una cámara de aire de múltiples cámaras no es práctico debido a la dificultad de fabricar la cámara de aire. El neumático revestido con sellador o un neumático lleno de sellador tienen dificultad para desarrollar procedimientos de llenado del sellador y de materiales de sellador. El neumático de tipo de núcleo integrado es difícil de encajar en una llanta. Los neumáticos de seguridad de tipo de espuma como neumáticos llenos de esponja y neumáticos llenos de elastómero son difíciles de fabricar, y es difícil de controlar y estabilizar la forma de los mismos. El neumático de seguridad dado a conocer en la solicitud expuesta al público de patente japonesa nº 7-276931 es pesado debido a su estructura doble, lo que tiene como resultado un consumo empeorado de combustible.

También se llama la atención a la revelación del documento US-B-6 209 604, que da a conocer un neumático que comprende un material compuesto de un género no tejido y un revestimiento de caucho.

Un objetivo de la presente invención es solucionar los anteriores problemas y proporcionar un material de refuerzo que exhibe una rigidez elevada mientras que se garantiza una impregnación suficiente de caucho en el interior del género no tejido, más específicamente, para proporcionar un material compuesto de fibra de caucho capaz, cuando se utiliza como un material de refuerzo para artículos de caucho como neumáticos y cintas, de mejorar la durabilidad al mejorar la rigidez de los mismos y de reducir el peso de los mismos, y un artículo de caucho que utiliza el material compuesto de fibra de caucho.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un neumático de seguridad al que se aplica el material compuesto de fibra de caucho, que tiene las ventajas de que (1) la fabricación del mismo es sencilla debido a su estructura sencilla, (2) el encaje a la llanta es sencillo y se pueden utilizar materiales económicos, (3) no se altera el bajo consumo de combustible, y (4) la durabilidad bajo condiciones normales de circulación y la durabilidad autoportante son excelentes.

De cara a solucionar los anteriores problemas, el inventor ha llevado a cabo un estudio extenso de la relación entre el diámetro de una única fibra y la rigidez de los filamentos que constituyen género no tejido, la impregnación de caucho en el género no tejido y la rigidez. Como resultado del mismo, el inventor ha descubierto que cuando se aumentan el diámetro de una única fibra y el módulo elástico de los filamentos que constituyen el género no tejido, el peso base aumenta considerablemente y no se reduce la impregnación de caucho en el interior del género no tejido, capaz de producir, de ese modo, un material compuesto de fibra de caucho que exhibe una rigidez elevada.

Como resultado del estudio acerca de neumáticos autoportantes convencionales de tipo de cámara de aire integrada, el inventor ha descubierto, además, que el diámetro externo de la cámara de aire aumenta mediante deformación progresiva debido a la fuerza centrífuga que se genera durante una circulación normal, y que la cámara de aire entra en contacto de ese modo con un revestimiento interno del neumático para causar daños a la cámara de aire, no logrando, de ese modo, asegurar un rendimiento elevado de circulación autoportante. Además, se ha descubierto que aunque se aumente la presión interna de la cámara de aire que la del neumático para eliminar la deflexión durante una circulación autoportante, no se puede garantizar un espacio suficiente entre la cámara de aire y el neumático, y por lo tanto sigue siendo fácil dañar la cámara de aire. Como un resultado de los anteriores estudios, el inventor ha descubierto que es eficaz para garantizar un espacio suficiente entre la cámara de aire y el neumático disponer una capa específica de refuerzo fabricada de género no tejido y de caucho al menos en una porción superior de la cámara de aire. La presente invención se ha logrado en base a estos descubrimientos.

Por lo tanto, la presente invención proporciona un material compuesto de fibra de caucho que comprende un género no tejido y un caucho que reviste el género no tejido, estando fabricada al menos una parte del género no tejido de una fibra orgánica que tiene un diámetro de una única fibra de 10 a 35 \mum, una longitud de la fibra de 30 a 100 mm, y un módulo de elasticidad a la tracción de 50 GPa o mayor, en el que el género no tejido tiene una relación de D1/D2 de 2 o más (en la que D1 y D2 son como se define a continuación).

La presente invención también proporciona un artículo de caucho, en especial un neumático, que está reforzado por medio del material compuesto de fibra de caucho. El material compuesto de fibra de caucho de la presente invención refuerza artículos de caucho para aumentar la rigidez de los mismos sin deteriorar la durabilidad de los artículos de caucho. En particular, un neumático radial que tiene su porción de pared lateral reforzada por medio del material compuesto de fibra de caucho está mejorado eficazmente en la rigidez en la porción de la pared lateral, lo que tiene como resultado una estabilidad mejorada del funcionamiento del neumático.

Además, la presente invención proporciona un neumático de seguridad que comprende un conjunto de neumático que tiene (A) un neumático sin cámara de aire que comprende una banda anular de rodadura que tiene un par de paredes laterales que se extienden respectivamente hacia dentro de forma radial desde extremos opuestos de la banda de rodadura, y talones incorporados cada uno en un extremo radialmente interno de la pared lateral; (B) una cámara dispuesta dentro del neumático sin cámara de aire; y (C) una capa de refuerzo que cubre al menos una porción superior de la cámara de aire, en el que se forma un espacio entre una superficie externa de la cámara de aire y una superficie interna de una porción de corona del neumático sin cámara de aire en condiciones infladas; en el que la capa de refuerzo está dispuesta de forma que se extienda hacia fuera radialmente para entrar en contacto estrecho con una superficie interna de la banda de rodadura del neumático sin cámara de aire cuando disminuye una presión interna del neumático, permitiendo de ese modo una circulación autoportante; y en el que la capa de refuerzo está fabricada de un material compuesto de fibra de caucho que comprende un género no tejido y un caucho, estando fabricada al menos una parte del género no tejido de una fibra orgánica que tiene un diámetro de una única fibra de 10 a 35 \mum y un módulo de elasticidad a la tracción de 50 GPa o mayor; y en el que el género no tejido tiene una relación D1/D2 de 2 o más (en la que se definen D1 y D2 a continuación).

Los géneros no tejidos utilizados en la presente invención no están limitados en particular, y se pueden utilizar los fabricados mediante cualquier procedimiento. Por ejemplo, se pueden utilizar los géneros no tejidos fabricados mediante procedimientos de fabricación de bandas continuas, como cardado, fabricación de papel, colocación de fibras por aire, y soplado en fusión/unión por centrifugado. Los procedimientos de unión de fibras en banda distintos del procedimiento de soplado en fusión y del procedimiento de unión por centrifugado pueden incluir procedimientos mediante fusión o unión térmica y procedimientos para enmarañar fibras mediante chorros de agua o agujas, como un enmarañamiento por chorro de agua y un procedimiento de perforación por aguja. Se prefieren los géneros no tejidos fabricados mediante el enmarañamiento por chorro de agua y el procedimiento de perforación por aguja, en los que se enmarañan las fibras mediante chorros de agua o agujas, y el procedimiento soplado en fusión/unión por centrifugado.

En el material compuesto de fibra de caucho de la presente invención, es importante que el género no tejido tenga una estructura que permita al caucho impregnarse lo suficiente entre las fibras del filamento (fibras orgánicas), y una estructura que permita que los filamentos y el caucho formen mutuamente capas continuas en una distancia relativamente grande y un intervalo amplio.

Para cumplir los anteriores requerimientos, se requiere que el diámetro o el diámetro principal de las fibras de un único filamento sea de 10 a 35 \mum y más preferentemente de 20 a 30 \mum. Si es menor de 10 \mum, el espacio entre las fibras filamentosas no es suficiente como para permitir la impregnación del caucho en el interior del género no tejido. Por lo tanto, el resultante material compuesto de fibra de caucho no exhibe suficientemente su función prevista. Si es mayor de 35 \mum, las fibras filamentosas adquieren una rigidez excesivamente elevada de flexión, lo que hace que la fabricación de un género no tejido o de fibras lo suficientemente enmarañadas sea difícil. La forma de corte transversal de las fibras filamentosas no está limitada en particular, y puede ser circular, no circular o puede tener una forma hueca.

La longitud de las fibras filamentosas (fibras orgánicas) es de 30 a 100 mm y más preferentemente de 40 a 60 mm. Si es menor de 30 mm, el enmarañamiento de fibra filamentosa a fibra filamentosa es insuficiente, lo que tiene como resultado que la capa de refuerzo del resultante material compuesto de fibra de caucho no logre mantener su rigidez en algunos casos. Si es mayor de 100 mm, dado que el número de extremos de fibra filamentosa es demasiado pequeño, el enmarañamiento de fibra filamentosa a fibra filamentosa también es insuficiente, lo que tiene como resultado que la capa de refuerzo no logre mantener su rigidez en algunos casos.

El género no tejido utilizado en la presente invención contiene las fibras orgánicas que tienen un módulo de elasticidad a la tracción de 50 GPa o mayor al menos en parte y preferentemente en una cantidad del 50% por peso o más. Si un género no tejido contiene fibras orgánicas que tienen un módulo de elasticidad a la tracción inferior a 50 GPa en una cantidad excesivamente grande o un género no tejido contiene fibras orgánicas que tienen un módulo de elasticidad a la tracción de 50 GPa o mayor en una cantidad excesivamente pequeña, se debería aumentar el peso base debería para obtener un material compuesto de fibra de caucho que tenga una rigidez elevada. Sin embargo, aumentar el peso base estrecha el espacio entre las fibras filamentosas en el género no tejido para hacer difícil la impregnación del caucho en el interior del género no tejido, lo que tiene como resultado el que el material compuesto de fibra de caucho no logre exhibir suficientemente su función prevista en algunos casos.

Preferentemente, el peso base del género no tejido es de 30 a 120 g/m^{2} y más preferentemente de 40 a 80 g/m^{2}. Si es menor de 30 g/m^{2}, se promueve la desigualdad del género no tejido para provocar, probablemente, que el resultante material compuesto de fibra de caucho no logre mostrar una rigidez uniforme. Si es mayor de 120 g/m^{2}, no se puede conseguir un espacio suficiente entre las fibras filamentosas en el género no tejido incluso si se aumenta el diámetro de las fibras filamentosas. Por lo tanto, se vuelve difícil que la impregnación del caucho en el interior del género no tejido provoque que el resultante material compuesto de fibra de caucho no logre exhibir suficientemente su función prevista.

Se prefiere que el género no tejido tenga un grosor D1 de 1,2 a 4,0 mm cuando se mide bajo una presión de 981 Pa y un grosor D2 de 0,3 a 1,2 mm cuando se mide bajo una presión de 19.613 Pa, con una relación D1/D2 de 2 o más. Si la relación es menor de 2, la impregnación del caucho cuando se forma en un material compuesto mediante enrollamiento, etc. puede ser pobre, siendo probable de ese modo que haga que la rigidez del material compuesto de fibra de caucho sea insuficiente.

Los ejemplos de las fibras orgánicas (fibras filamentosas) incluyen fibras de aramida, fibras de poliolefina cetona, fibras de polibenzazol, fibras de poliimida, fibras de poliéster, fibras de carbono, y fibras de polietercetona, con al menos una fibra seleccionada del grupo constituido por fibras de p-aramida, fibras de poliolefina cetona, fibras de polibenzazol y prefiriéndose las fibras de poliimida.

Los ejemplos de fibras de p-aramida incluyen fibras de copoli-p-fenileno-3,4'-oxidifenileno tereftalamida y fibras de poli-p-fenileno tereftalamida, siendo preferido el copoli-p-fenileno-3,4'-oxidifenileno tereftalamida. Las fibras de p-aramida pueden estar disponibles comercialmente bajo la marca comercial "Technora" en Teijin Limited y bajo la marca comercial "Kevlar" en Du Pont Corp.

La fibra de poliolefina cetona comprende un copolímero de monóxido de carbono y olefinas como etileno, propileno, buteno, penteno, hexeno, hepteno, octeno, noneno, deceno y dodeceno.

Las fibras de polibenzazol están ejemplificadas por las fibras de poli-p-fenilenobenzobisoxazol y están disponibles comercialmente, por ejemplo, bajo el nombre comercial "Zylon" en Toyobo Co., Ltd. Las fibras de poliimida están disponibles comercialmente, por ejemplo, bajo el nombre de producto "P84" en Inspecfibers Inc. Además, los ejemplos de las fibras de poliéster incluyen fibras de tereftalato de polietileno y fibras de naftalato de polietileno.

La fibra orgánica (fibra filamentosa) puede contener una cierta cantidad de arcilla (arcilla mineral) que está microdispersa en la misma para mejorar su módulo elástico y reducir simultáneamente su contracción térmica, mejorando adicionalmente de ese modo el material compuesto de fibra de caucho.

La dispersión de materiales inorgánicos como arcilla en la fibra orgánica, por ejemplo a nivel molecular se lleva a cabo mediante la intercalación de arcilla (es decir, dispersión en una matriz polimérica de arcilla con superficie organizada) para dispersar la arcilla en el polímero de fibras de orden de tamaño micro o nano.

El componente de caucho para el material compuesto de fibra de caucho de la presente invención no está limitado en particular, y se utilizan preferentemente cauchos naturales, caucho de butadieno, caucho de estireno-butadieno y caucho de isopreno. Se puede controlar de forma apropiada el 100% del módulo del componente de caucho conforme a la solicitud. Por ejemplo, cuando se pretende utilizar el material compuesto de fibra de caucho en un dispositivo de seguridad de caucho, el 100% del módulo es preferentemente de 1,0 a 5,0 MPa, y cuando se pretende utilizar como material de refuerzo para la pared lateral y la cámara de aire, el 100% del módulo es preferentemente de 0,3 a
0,5 MPa.

Para mejorar la durabilidad del material compuesto de fibra de caucho al mejorar la unión entre el caucho y la fibra orgánica, se puede revestir, si se desea, la superficie de la fibra orgánica con una película de metal o de óxido metálico que reacciona con azufre mediante deposición física en fase de vapor (PVD) o deposición química en fase de vapor (CVD), preferentemente mediante deposición catódica.

Es relativamente sencillo fabricar el género no tejido y el caucho en un material compuesto utilizando un aparato que se utiliza convencionalmente para encauchutar cordones de fibra orgánica o cordones de acero. Por ejemplo, se prensan una o más láminas de una composición de caucho no vulcanizado en una o ambas superficies del género no tejido por medio de una prensadora o rodillos para sustituir el aire dentro del género no tejido con el caucho. De forma alternativa, se aplica una composición líquida de caucho no vulcanizado en disolvente al género no tejido. Utilizando el material compuesto no vulcanizado obtenido de esta manera como la capa de refuerzo, se prepara un neumático no vulcanizado y luego se forma bajo vulcanización en un neumático. El material compuesto de fibra de caucho de la presente invención producido de la forma mencionada anteriormente tiene, preferentemente, un módulo de elasticidad a la tracción de 2 a 20 GPa.

La solicitud expuesta al público de patente japonesa nº 10-53010 da a conocer cómo disponer una capa de refuerzo de la pared lateral fabricada de un material compuesto de caucho/fibra filamentosa entre una capa de la carcasa y la pared lateral de un neumático radial, de forma que cubra al menos el 35% o más de una porción que se extiende desde un extremo superior de un relleno para el talón hasta un extremo periférico de una porción de cinta que tiene una anchura máxima. El material compuesto de fibra de caucho de la presente invención se utiliza de forma adecuada como la capa de refuerzo de la pared lateral, particularmente para mejorar notablemente la estabilidad de funcionamiento y la durabilidad del tambor.

El material compuesto de fibra de caucho de la presente invención también se aplica de forma adecuada a un neumático de seguridad, que será explicado a continuación con más detalle.

En el neumático de seguridad que tiene una cámara de aire dentro de un neumático sin cámara de aire conforme a la presente invención, la cámara de aire está reforzada por medio de una capa de refuerzo que cubre al menos una porción superior de la cámara de aire (una superficie superior de la cámara de aire que da a una pared interna de la banda de rodadura del neumático externo). Con esta capa de refuerzo, como se describe a continuación, se puede satisfacer el módulo inicial de elasticidad a la tracción, la carga de rotura por tracción y el alargamiento en el punto de la rotura requeridos en el montaje de un neumático, y se puede mejorar de forma eficaz la durabilidad de la cámara de aire durante una circulación normal y una circulación bajo una presión interna reducida.

Es decir, durante una circulación normal (por ejemplo, a una velocidad de 100 km/h), la capa de refuerzo evita que la cámara de aire se estire para entrar en contacto con la superficie radialmente interna del neumático, al resistir la fuerza centrífuga debida a la rodadura del neumático y una resistencia a la tracción debida a la diferencia entre las presiones internas de la cámara de aire y del neumático (por ejemplo, 50 kPa cuando la presión interna es de 900 kPa para la cámara de aire y 950 kPa para el neumático). Cuando se pincha el neumático (por ejemplo, se reduce la presión interna del neumático a 400 kPa o menos), la capa de refuerzo se estira hasta la superficie radialmente interna del neumático para evitar que se deforme el neumático. Mientras que exhiba tales efectos, el estiramiento de la capa de refuerzo puede ser una deformación elástica o una deformación plástica.

La capa de refuerzo para la cámara de aire está fabricada del material compuesto de fibra de caucho de la presente invención como se ha descrito en detalle anteriormente.

En el material compuesto de fibra de caucho que forma la capa de refuerzo para la cámara de aire, también se requiere que el diámetro o el diámetro principal de las fibras orgánicas únicas que constituyen el género no tejido sea de 10 a 35 \mum.

Como se ha descrito anteriormente, se requiere el material compuesto de fibra de caucho que constituye la capa de refuerzo básicamente para evitar que la cámara de aire se estire al resistir la fuerza centrífuga debida a la rodadura del neumático durante una circulación normal y la resistencia a la tracción debida a la diferencia entre las presiones internas de la cámara de aire y del neumático. Para exhibir un módulo de elasticidad a la tracción que satisfaga este requerimiento, al menos una parte del género no tejido debería estar fabricada de las fibras orgánicas que tienen un módulo de elasticidad a la tracción de 50 GPa o mayor. Preferentemente, el contenido de las fibras orgánicas que tienen un módulo de elasticidad a la tracción de 50 GPa o mayor es del 50% en peso o mayor y más preferentemente del 100% en peso del género no tejido.

Si se aplica un material compuesto de fibra de caucho que comprende un caucho y un género no tejido que está fabricado principalmente de fibras filamentosas que tienen un módulo de elasticidad a la tracción menor de 50 GPa a la capa de refuerzo para la cámara de aire, no se puede obtener un módulo suficiente de elasticidad a la tracción. Para evitar la deformación progresiva de la cámara de aire mediante tal material compuesto de fibra de caucho, se requiere, por ejemplo, fabricar la capa de refuerzo en un material laminar con un gran número de capas. Como resultado, aumenta el peso del montaje del neumático de seguridad, lo que tiene como resultado un deterioro notable en el rendimiento de una circulación normal como el bajo consumo de combustible.

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El peso base del género no tejido para su uso en el material compuesto de fibra de caucho es preferentemente de 30 a 120 g/cm^{2}, como se ha descrito anteriormente. Cuando se utiliza menos de 30 g/cm^{2}, es difícil evitar el estiramiento de la cámara de aire. Cuando se superan 120 g/cm^{2}, el estiramiento de la cámara de aire bajo presión reducida del neumático puede ser insuficiente. Preferentemente, el grosor del género no tejido es de 0,2 a 1,4 mm cuando se mide bajo una presión de 1.961 Pa. El módulo de elasticidad a la tracción del material compuesto de fibra de caucho de la presente invención, cuando se pretende utilizarlo como la capa de refuerzo para la cámara de aire, preferentemente es de 2 a 20 GPa. Además, la capa de refuerzo es preferentemente un material laminar de 3 a 6 capas compuestas del material compuesto de fibra de caucho.

A continuación, se describe con detalle la construcción del neumático de seguridad conforme a la invención con referencia al dibujo adjunto.

La Fig. 1 es una vista esquemática de corte transversal que muestra una realización de un neumático de seguridad conforme a la presente invención. Un neumático 1 sin cámara de aire tiene una banda anular 2 de rodadura, un par de paredes laterales 3 que se extienden radialmente hacia dentro desde extremos opuestos de la banda 2 de rodadura, y porciones 4 de talón formadas en un extremo radialmente interno de cada pared lateral 3. Las porciones 4 de talón están montadas en una llanta 6, y una cámara 5 de aire está dispuesta dentro del neumático 1 sin cámara de aire. Hay formada una capa 7 de refuerzo, de forma que cubre al menos una porción superior de la cámara 5 de aire.

Se forma un gran espacio S entre una superficie externa de la cámara 5 de aire y una pared interna de una porción de corona del neumático 1 sin cámara de aire. Además, la cámara de aire está dispuesta de forma que pone sus porciones de lado derecho e izquierdo en contacto estrecho con una superficie interna de las porciones 4 de talón del neumático 1 sin cámara de aire. En condiciones de inflado, se mantiene mayor una presión interna P_{2} de la cámara 5 de aire que una presión interna P_{1} del espacio S, normalmente entre 20 y 100 kPa.

Cuando se desinfla el neumático por causas externas, por ejemplo, al circular sobre clavos, se reduce la presión interna P_{1} del espacio S y se desequilibran la presión interna P_{2} de la cámara 5 de aire y la presión interna P_{1} del espacio S para permitir que la presión interna de la cámara 5 de aire se vuelva relativamente mayor. Como resultado, la cámara 5 de aire se expande para encajar en la superficie radialmente interna del neumático 1 sin cámara de aire para mantener finalmente la forma del neumático. Al mismo tiempo, se habilita una circulación autoportante bajo una presión interna de la cámara de aire que se mantiene superior que en el caso en el que no se proporciona una capa 7 de refuerzo, debido a que se establece mayor P_{2} que P_{1}. Por lo tanto, se evita la deflexión de las porciones de pared lateral para aumentar de forma significativa la distancia de circulación autoportante.

Se describe la presente invención con más detalle con referencia a los siguientes ejemplos. Sin embargo, se debe hacer notar que los siguientes ejemplos son únicamente ilustrativos y no pretenden limitar la invención a los mismos.

Se midió el rendimiento de los neumáticos mediante los siguientes procedimientos.

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(1) Estabilidad de funcionamiento

Se montaron neumáticos de prueba en un vehículo de motor (coche utilitario: 2.000 cc, de motor y tracción delanteros) y se sometieron a una prueba práctica de circulación mediante una circulación en línea recta y cambio de carriles a una velocidad de 40 a 120 km/h. Se evaluó la estabilidad de funcionamiento conforme a las sensaciones percibidas por el conductor, y se clasificaron los resultados de la evaluación en las siguientes categorías al compararlos con el del Ejemplo de control 1:

0: sustancialmente idéntico

+2: ligeramente mejor

+4: mejor

+8: notablemente mejor

Se expresó el total de los puntos de la clasificación mediante un número índice tomando el del Ejemplo de control 1 como 100.

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(2) Durabilidad del tambor bajo carga elevada

Se infló un neumático de prueba hasta una presión máxima de aire preestablecida en el estándar JATMA y se permitió que reposase durante 24 h a una temperatura de laboratorio de 25 \pm 2ºC. Entonces, se cargó el neumático de prueba con dos veces la carga máxima preestablecida en el estándar JATMA y se sometió a una prueba de circulación en un tambor que tenía un diámetro de 1,7 m a una velocidad de 60 km/h para medir una distancia de circulación hasta provocar el desfallecimiento del neumático. Los resultados se expresan mediante números índice tomando la distancia de circulación del Ejemplo de control 1 como 100.

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(3) Medición del grosor

Se aplicó una carga de 981 o 19.613 Pa sobre una superficie superior de un género no tejido cortado en un tamaño apropiado, y se midió el grosor en 10 puntos utilizando un medidor de grosor "Modelo ID-F125" disponible en Mitsutoyo Corp. Se hizo la media de los valores medidos.

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(4) Durabilidad del tambor en laboratorio (Durabilidad de circulación normal)

Se montó un neumático de prueba en una llanta (9,00 x 22,5) con una presión interna predeterminada. Se presionó el neumático sobre un tambor que giraba a una velocidad periférica de 60 km/h bajo una carga de 34,81 kN y se midió la distancia de circulación hasta que se provocó el desfallecimiento del neumático. Se expresan los resultados mediante números índice tomando el resultado del Ejemplo de control 4 como 100. Cuanto mayor el número índice, mejor la durabilidad de la circulación normal.

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(5) Durabilidad autoportante

Se montó un neumático de prueba en una llanta (9,00 x 22,5) con una presión interna predeterminada. Se quitó un obús de la válvula del neumático para reducir la presión interna a la presión atmosférica, permitiendo de ese modo que se expanda la cámara de aire y entre en contacto con la superficie interna del neumático. Entonces, se llevó a cabo la prueba de circulación en un tambor bajo las siguientes condiciones: una carga de 34,81 kN, una velocidad de 60 km/h, y una temperatura de laboratorio de 38ºC. Se evaluó la durabilidad autoportante mediante la distancia de circulación hasta provocar el desfallecimiento del neumático y se expresa mediante un número índice tomando el resultado del Ejemplo de control 4 como 100.

Cuanto mayor sea el número índice, mejor es la durabilidad autoportante.

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Ejemplos 1-5 y ejemplos comparativos 1-3

Se prepararon los géneros no tejidos utilizados en los Ejemplos y en los Ejemplos comparativos respectivos mediante un procedimiento de enmarañamiento por chorro de agua. En el Ejemplo comparativo 1, se presionó el género no tejido producido mediante el procedimiento de enmarañamiento por chorro de agua bajo 981 kPa a 150ºC durante un minuto. En la Tabla 1 se muestra el tipo de fibra, la longitud de la fibra, el único diámetro de la fibra y el peso base del género no tejido. Se prensó caucho no vulcanizado en ambas superficies superior e inferior del género no tejido por medio de rodillos para preparar un material compuesto de fibra de caucho, que se utilizó como la capa de refuerzo para las paredes laterales para fabricar un neumático radial con un tamaño de 195/65 R15 por medio de un procedimiento normal. Se evaluó el neumático radial en cuanto a la estabilidad de funcionamiento y la durabilidad del tambor por medio de los anteriores procedimientos. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

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Ejemplos de control 1 y 2

Se repitió el mismo procedimiento que en el Ejemplo 1 excepto que se utilizo un género de cordón revestido con caucho compuesto de hilos de dos capas de tereftalato de polietileno (PET) de 1.670 dtex como la capa de refuerzo para las paredes laterales, fabricando de ese modo neumáticos radiales que tienen las capas de refuerzo con distintas anchuras de revestimiento. Se probó el neumático radial en cuanto a la estabilidad de funcionamiento y la durabilidad del tambor. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

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TABLA 1-1

1

2

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TABLA 1-2

3

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Ejemplos 6-10

Se montó un neumático para camiones y autobuses (315/60R22,5) en una llanta para producir un conjunto de neumático/llanta que tenía una capa 7 de refuerzo para una cámara 5 de aire como se muestra en la Fig. 1. Se preparó la capa 7 de refuerzo al laminar 4 capas de un material compuesto de fibra de caucho, obtenida cada una al revestir con caucho un género no tejido que tenía un peso base de 50 g/cm^{2} y estando fabricado de fibras cuyo tipo y diámetro de fibra única se muestran en la Tabla 2. Se evaluó el conjunto de neumático/llanta para la durabilidad de una circulación normal y la durabilidad autoportante bajo una presión interna del neumático de 900 kPa y una presión interna de la cámara de aire de 950 o 1.000 kPa. Los resultados se muestran en la Tabla 2.

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Ejemplo comparativo 4

Se produjo un conjunto de neumático/llanta y luego se evaluó de la misma forma que en el Ejemplo 6 excepto que no se proporcionó una capa de refuerzo alguna. Los resultados se muestran en la Tabla 2.

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Ejemplo comparativo 5-7

Se produjo un conjunto de neumático/llanta y luego se evaluó de la misma forma que en el Ejemplo 6 excepto que se utilizó el género no tejido mostrado en la Tabla 2 y se fabrica la capa de refuerzo en una estructura de 4 u 8 capas del material compuesto de fibra de caucho. Los resultados se muestran en la Tabla 2.

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TABLA 2-1

4

TABLA 2-2

6

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Como se puede ver en los anteriores resultados, los neumáticos de los Ejemplos 6 a 10 conforme a la presente invención fueron notablemente excelentes tanto en durabilidad de circulación normal como en la durabilidad autoportante, mientras que los neumáticos de los Ejemplos comparativos 5 a 7 solo mejoraron ligeramente o más bien se deterioraron en comparación con el neumático del Ejemplo comparativo 4 (sin capa de refuerzo).

Al utilizar el material compuesto de fibra de caucho de la presente invención como material de refuerzo para artículos de caucho, se puede mejorar la durabilidad de los artículos de caucho junto con la reducción de su peso. Al utilizar el material compuesto de fibra de caucho como un miembro de refuerzo para las paredes laterales de los neumáticos, se mejoran notablemente la estabilidad de funcionamiento y la durabilidad del tambor, en particular.

En el neumático de seguridad de la presente invención, dado que una cámara de aire está reforzada con el material compuesto de fibra de caucho de la presente invención, se puede fijar más alta la presión interna de la cámara de aire que la del neumático. Esto aumenta el volumen de aire de la cámara de aire expandida cuando se pincha el neumático, evitando de ese modo la deflexión durante una circulación autoportante para mejorar mucho la durabilidad autoportante. Además, se puede evitar un aumento excesivo del peso del neumático de seguridad para mejorar el rendimiento de circulación normal, como un bajo consumo de combustible.

Claims

1. Un material compuesto de fibra de caucho que comprende un género no tejido y un caucho que reviste el género no tejido, estando fabricada al menos una parte del género no tejido de una fibra orgánica que tiene un diámetro de una única fibra de 10 a 35 \mum, una longitud de fibra de 30 a 100 mm, y un módulo de elasticidad a la tracción de 50 GPa o mayor, en el que el género no tejido tiene una relación D1/D2 de 2 o más, en el que D1 es un grosor del género no tejido cuando se mide bajo una presión de 981 Pa, y D2 es un grosor del género no tejido cuando se mide bajo una presión de 19.613 Pa.

2. Un material compuesto de fibra de caucho como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el género no tejido tiene un peso base de 30 a 120 g/m^{2}.

3. Un material compuesto de fibra de caucho como se reivindica en la reivindicación 1 o 2, en el que la fibra orgánica es al menos una fibra seleccionada del grupo constituido por fibras de para-aramida, fibras de poliolefina cetona, fibras de polibenzazol y fibras de poliimida.

4. Un material compuesto de fibra de caucho como se reivindica en la reivindicación 3, en el que la fibra orgánica es al menos una fibra de para-aramida seleccionada del grupo constituido por copoli-p-fenileno-3,4'-oxidifenileno tereftalamida y poli-p-fenileno tereftalamida.

5. Un artículo de caucho reforzado con el material compuesto de fibra de caucho como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.

6. Un neumático reforzado con el material compuesto de fibra de caucho como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.

7. Un neumático de seguridad que comprende un conjunto de neumático que tiene:

(A): un neumático (1) sin cámara de aire que comprende una banda anular (2) de rodadura que tiene un par de paredes laterales (3) que se extienden radialmente hacia dentro desde extremos opuestos de la banda de rodadura, y talones (4) incorporados cada uno en un extremo radialmente interno de la pared lateral;

(B): una cámara (5) de aire dispuesta dentro del neumático sin cámara de aire; y

(C): una capa (7) de refuerzo que cubre al menos una porción superior de la cámara de aire,

en el que se forma un espacio (S) entre una superficie externa de la cámara (5) de aire y una superficie interna de una porción de corona del neumático sin cámara de aire en condiciones de inflado;

en el que la capa (7) de refuerzo está dispuesta de forma que se extienda radialmente hacia fuera para entrar en contacto estrecho con una superficie interna de la banda (2) de rodadura del neumático sin cámara de aire cuando disminuye una presión interna del neumático, permitiendo de ese modo una circulación autoportante;

en el que la capa (7) de refuerzo está fabricada de un material compuesto de fibra de caucho que comprende un género no tejido y un caucho, estando fabricada al menos una parte del género no tejido de una fibra orgánica que tiene un diámetro de una única fibra de 10 a 35 \mum y un módulo de elasticidad a la tensión de 50 GPa o mayor; y

en el que el género no tejido tiene una relación D1/D2 de 2 o más;

en el que D1 es un grosor del género no tejido cuando se mide bajo una presión de 981 Pa, y D2 es un grosor del género no tejido cuando se mide bajo una presión de 19.613 Pa.

8. Un neumático de seguridad como se reivindica en la reivindicación 7, en el que la fibra orgánica tiene una longitud de fibra de 30 a 100 mm.

9. Un neumático de seguridad como se reivindica en la reivindicación 7 u 8, en el que la fibra orgánica es fibra de para-aramida.

10. Un neumático de seguridad como se reivindica en la reivindicación 9, en el que se contiene la fibra de para-aramida en una cantidad del 50% en peso o más en base al peso total de la fibra orgánica que constituye el género no tejido.

11. Un neumático de seguridad como se reivindica en la reivindicación 9 o 10, en el que la fibra de para-aramida es copoli-p-fenileno-3,4'-oxidifenileno tereftalamida o poli-p-fenileno tereftalamida.

12. Un neumático de seguridad como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, en el que el género no tejido tiene un peso base de 30 a 120 g/m^{2}.

13. Un neumático de seguridad como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, en el que el género no tejido tiene un grosor de 0,2 a 1,4 mm cuando se mide bajo una presión de 1.961 Pa.

14. Un neumático de seguridad como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 7 a 13, en el que la capa de refuerzo está fabricada de un material laminar que tiene 3 a 6 capas del material compuesto de fibra de caucho.

15. Un neumático de seguridad como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 7 a 14, en el que se mantiene una presión interna de la cámara de aire entre 20 y 100 kPa por encima de la del neumático.