ES2900361T3 - Vástago de válvula hecho de material termoplástico - Google Patents

Abstract

Válvula para un neumático de vehículo que comprende un vástago tubular, en donde el vástago está compuesto de una composición (Z1) que contiene un termoplástico (P1) y un material de relleno (F1), donde el material de relleno (F1) es fibroso.

Description

DESCRIPCIÓN

Vástago de válvula hecho de material termoplástico

La presente invención se refiere a una válvula para un neumático de vehículo, en particular un neumático de bicicleta, que comprende un vástago tubular, en donde el vástago consiste en una composición (Z1) que contiene un termoplástico (P1) y un material de relleno (F1), y un vástago de válvula para la fabricación de una válvula para un neumático de vehículo, en donde el vástago de la válvula tiene forma de tubo que está hecho de una composición (Z1) que contiene un termoplástico (P1) y un material de relleno (F1). Además, la presente invención se refiere al uso de la válvula según la invención para la fabricación de un cuerpo moldeado que comprende una sección de manguera inflable, en particular una manguera interna para un neumático de vehículo, así como al uso de la válvula según la invención para la fabricación de un neumático de bicicleta sin cámara.

Las mangueras para neumáticos de vehículos, como los neumáticos de bicicleta, habitualmente se fabrican a base de caucho. Los sistemas de mangueras utilizados en los neumáticos de vehículos tradicionalmente incluyen mangueras de goma o látex que se moldean en forma de anillo o cuyos extremos están pegados entre sí, y que tienen un grosor de pared entre 0,1 mm y 3 mm. Además, se conocen mangueras que están hechas de termoplásticos, por ejemplo, de poliuretano termoplástico. Estos últimos se caracterizan por el hecho de que son más resistentes que las mangueras a base de caucho y tienen un peso significativamente menor debido a la reducción de los espesores de las paredes. Sin embargo, actualmente estas son considerablemente más caras de fabricar que las mangueras a base de caucho. Por ejemplo, la publicación WO 2010/089080 A1 revela un sistema de manguera, en particular un sistema de manguera para neumáticos de vehículos y procedimientos para la fabricación de las mangueras. Según la publicación WO 2010/089080 A1, las mangueras se fabrican por extrusión y se acortan a la longitud correspondiente. Los extremos de las mangueras se sueldan para obtener una manguera en forma de anillo.

Por la publicación WO 2013/189890 A1 también se sabe que las válvulas también se pueden fabricar con vástagos hechos de termoplásticos.

Sin embargo, las válvulas conocidas, hechas de termoplásticos, tienen la desventaja de que las propiedades del material se deterioran a temperaturas más altas o más bajas. Por ejemplo, se ha encontrado que un vástago hecho de poliuretano termoplástico falla a temperaturas más altas que se generan, por ejemplo, durante los viajes de descenso y el frenado asociado y que, al calor, puede ocurrir una deformación y, por lo tanto, una fuga en la válvula. Incluso a bajas temperaturas, el material puede contraerse, lo que puede provocar una deformación del vástago de la válvula.

Además, en el caso de válvulas conocidas hechas de termoplásticos, la llamada "migración de neumáticos", que puede ocurrir durante procesos de frenado fuertes en los que el neumático abandona su posición en la llanta, puede tener un efecto de fuerza en el vástago de la válvula, lo que puede provocar la deformación de la válvula.

También se ha observado que se producen altas cargas mecánicas durante el inflado y que un vástago hecho de un termoplástico también puede fallar en ciertos casos, por ejemplo, debido a una mala resiliencia o propiedades de torsión.

Además, se ha determinado que las válvulas conocidas, hechas de materiales termoplásticos, que tienen una estructura de superficie lisa pueden tener una adhesión insuficiente entre el vástago y el cabezal de la bomba de aire. Cuando se llena a altas presiones (>6 bares), el cabezal de la bomba de aire, que se fija principalmente por medio de un mecanismo de sujeción, salta del vástago de la válvula. En consecuencia, se dificulta el llenado de aire.

A partir del estado de la técnica, por lo tanto, un objetivo fundamental de la presente invención fue proporcionar una válvula para un neumático de vehículo que se pudiera fabricar fácilmente, que pudiera sujetarse bien a una sección de manguera y que tuviera buenas propiedades mecánicas en amplios rangos de temperatura. Otro objeto de la presente invención fue proporcionar una válvula para un neumático de vehículo que se pudiera llenar bien, incluso a mayor presión.

Este objetivo se logra según la invención mediante una válvula para un neumático de vehículo que comprende un vástago tubular, en donde el vástago consiste en una composición (Z1) que contiene un plástico termoplástico (P1) y un material de relleno (F1). La presente invención también se refiere a un vástago de válvula para la fabricación de una válvula para un neumático de vehículo, en donde el vástago de la válvula tiene forma de tubo y consiste en una composición (Z1) que contiene un termoplástico (P1) y un material de relleno (F1).

En el contexto de la presente invención, la válvula para un neumático de vehículo es particularmente una válvula para un neumático de bicicleta.

Según la invención, el vástago de la válvula consiste en una composición (Z1) que contiene un termoplástico (P1) y un material de relleno (F1).

Sorprendentemente, se ha demostrado que, al usar un vástago de válvula de este tipo, se obtiene una válvula que, por un lado, tiene suficiente estabilidad y buenas propiedades mecánicas y, por otro lado, al inflar tiene una estructura superficial que requiere una buena adhesión del cabezal de la bomba de aire.

Según la invención, la naturaleza química y la forma del material de relleno (F1) pueden variar en amplios rangos, siempre que haya suficiente compatibilidad con el termoplástico (P1). El material de relleno (F1) debe seleccionarse de tal manera que la forma y el tamaño de partícula del material de relleno permitan una miscibilidad suficiente y una distribución uniforme en la composición.

Los materiales de relleno adecuados son, por ejemplo, fibras de vidrio, bolas de vidrio, fibras de carbono, fibras de aramida, fibras de titanato de potasio, fibras de polímeros líquido-cristalinos, materiales de relleno fibrosos orgánicos o materiales de refuerzo inorgánicos. Los materiales de relleno fibrosos orgánicos son, por ejemplo, fibras de celulosa, fibras de cáñamo, sisal o kenaf. Los materiales de relleno inorgánicos son, por ejemplo, materiales de relleno cerámicos, como el nitruro de aluminio y el nitruro de boro, o materiales de relleno minerales, como amianto, talco, wollastonita, Microvit, silicatos, creta, caolines calcinados, mica y harina de cuarzo.

En el contexto de la presente invención se prefieren los materiales de relleno fibrosos. Las fibras generalmente tienen un diámetro de 3 a 3o |jm, preferiblemente de 6 a 20 |jm y más preferiblemente de 8 a 15 |jm. La longitud de la fibra en el compuesto suele ser de 20 jim a 1000 jim, preferiblemente de 180 a 500 jim y más preferiblemente de 200 a 400 jim.

En consecuencia, la presente invención según una forma de realización adicional también se refiere a una válvula como se describió anteriormente o a un vástago de válvula como se describió anteriormente, en la que el material de relleno es fibroso.

Los materiales de relleno, por ejemplo, los materiales de relleno fibrosos, pueden ser pretratados para una mejor compatibilidad con el termoplástico, por ejemplo, con un compuesto de silano.

Por lo tanto, según la invención, la superficie del material de relleno puede estar rodeada al menos parcialmente por una funda, también denominada envoltura al menos parcial. La funda es equivalente al término frecuentemente utilizado revestimiento o tratamiento de superficies. La funda se adhiere al material de relleno de manera puramente física ya sea mediante cierre geométrico o fuerzas de van der Waals, o está químicamente unida al material de relleno. Esto sucede principalmente por interacción covalente.

El tratamiento superficial o la modificación de la superficie que conduce a una funda alrededor de la parte encerrada, en este caso el material de relleno, se describe en detalle en la bibliografía. Una obra básica en el que se describen los materiales adecuados, así como la técnica de revestimiento, es "Particulate-Filled Polymer Composites (2nd Edition"), editado por: Rothon, Roger N., 2003, Smithers Rapra Technology. El capítulo 4 es particularmente relevante. Los materiales correspondientes están disponibles comercialmente, por ejemplo, en la empresa Nabaltec, Schwandorf o Martinswerke en Bergheim, ambas en Alemania.

Los materiales de revestimiento preferidos son polímeros saturados o insaturados con función ácida, preferiblemente con al menos un ácido acrílico o un anhídrido ácido. También los materiales de revestimiento preferidos son los ácidos orgánicos monoméricos y sus sales, preferiblemente ácidos grasos saturados, menos comunes son los ácidos insaturados. Los ácidos grasos preferidos comprenden de 10 a 30 átomos de carbono, preferiblemente de 12 a 22, en particular de 16 a 20 átomos de carbono, son alifáticos y preferiblemente no tienen dobles enlaces. Muy particularmente se prefiere ácido esteárico. Los derivados de ácidos grasos preferidos son sus sales, preferiblemente calcio, aluminio, magnesio o zinc. Particularmente se prefiere calcio, en particular en forma de estearato de calcio.

Otras sustancias preferidas que forman una funda del material de relleno son los compuestos organosilánicos que tienen la siguiente composición:

(R)4-n—Si—Xn

con n = 1,2 o 3.

X es un grupo hidrolizable que reacciona con la superficie del material de relleno, también conocido como grupo de acoplamiento. Preferiblemente, la fracción R es una fracción de hidrocarburo y se selecciona de manera que el compuesto organosilánico sea bien miscible con el poliuretano termoplástico. La fracción R está unida al silicio a través de un compuesto de carbono-silicio hidrolíticamente estable y puede ser reactivo o inerte. Un ejemplo de una fracción reactiva, que es preferiblemente una fracción de hidrocarburo insaturado, es una fracción de alilo. Preferiblemente, la fracción R es inerte, más preferiblemente una fracción de hidrocarburo saturado que tiene de 2 a 30 átomos de carbono, preferiblemente de 6 a 20 átomos de carbono y de modo particularmente preferible de 8 a 18 átomos de carbono, más preferiblemente es una fracción de hidrocarburo alifático que es de cadena ramificada o lineal.

Más preferiblemente, el compuesto organosilánico contiene solo una fracción R y tiene la fórmula general:

R—Si—(X)3

Preferiblemente, el grupo de acoplamiento X es un halógeno, preferiblemente cloro y, en consecuencia, el reactivo de acoplamiento un tri-, di- o monoclorosilano. También preferiblemente, el grupo de acoplamiento X es un grupo alcoxi, preferiblemente un grupo metoxi o un grupo etoxi. Muy preferiblemente, la fracción es la fracción de hexadecilo, preferiblemente con el grupo de acoplamiento metoxi o etoxi; por lo tanto, el organosilano es el hexadecisilano.

Los silanos se aplican sobre el material de relleno en una cantidad de 0,1 % en peso a 5 % en peso, más preferiblemente de 0,5 % en peso a 1,5 % en peso y de modo particularmente preferible con aproximadamente 1 % en peso con respecto a la cantidad total del material de relleno. Los ácidos carboxílicos y sus derivados se aplican sobre el material de relleno en una cantidad de 0,1 % en peso a 5 % en peso, más preferiblemente de 1,5 % en peso a 5 % en peso y, en particular, preferiblemente de 3 % en peso a 5 % en peso con respecto a la cantidad total del material de relleno.

Preferiblemente se utilizan materiales de relleno fibrosos inorgánicos. Cuando se utilizan materiales de relleno fibrosos inorgánicos, se encuentra un mayor efecto de refuerzo, así como una mayor resistencia al calor.

Las fibras inorgánicas particularmente preferidas para la presente invención son en particular fibras de vidrio revestidas, hechas de vidrio, preferiblemente de vidrio electrónico, con un espesor de 3 a 3o |jm, en particular de 8 a 15 jm , y con un máximo de la distribución de longitud de la fibra en el rango de 0,03 mm a aproximadamente 15 mm, en particular de 1 a 10 mm, que se preparan según el estado de la técnica.

Según la invención, la composición (Z1) también puede contener 2 o más materiales de relleno.

La participación del material de relleno (F1) en la composición (Z1) está, por ejemplo, en el rango de 5 a 55 % en peso con respecto a la composición total (Z1), preferiblemente en el rango de 10 a 50 % en peso con respecto a la composición total (Z1), más preferiblemente en el rango de 15 a 40 % en peso con respecto a la composición total (Z1), de modo particularmente preferible en el rango de 20 a 30 % en peso con respecto a la composición total (Z1).

En consecuencia, la presente invención según una forma de realización adicional también se refiere a una válvula como se describió anteriormente o a un vástago de válvula como se describió anteriormente, en donde la composición (Z1) contiene el material de relleno (F1) en una cantidad en el rango de 5 a 55 % en peso con respecto a la composición total (Z1).

Según la invención, la composición (Z1) contiene un termoplástico (P1). Preferiblemente, el termoplástico utilizado tiene una tenacidad y ductilidad que aseguran que el vástago no se rompa a bajas temperaturas. Los termoplásticos adecuados son, por ejemplo, tipos modificados resistentes o viscosos de los grupos de estireno, copolímeros de estireno, poliamidas, poliésteres, poliéteres como polioximetileno, poliolefinas y poliuretanos. Particularmente se prefiere un termoplástico que es adecuado para temperaturas de hasta menos 30 °C.

Según la invención, la composición (Z1) también puede contener 2 o más termoplásticos.

Un material particularmente preferido es poliuretano termoplástico (TPU) que, cuando se cura, tiene la resistencia necesaria para su uso como vástago de válvula y una estabilidad que permite doblar el vástago sin romperse. Una válvula de este tipo ofrece ventajas en términos de una variedad de variantes de diseño, así como en accesibilidad y manejo, por ejemplo, al inflar un neumático.

En consecuencia, según una forma de realización adicional, la presente invención también se refiere a una válvula como se describió anteriormente o a un vástago de válvula como se describió anteriormente, en el que el termoplástico (P1) es un poliuretano termoplástico.

Básicamente, cualquier poliuretano termoplástico para la composición (Z1) es adecuado para la fabricación del vástago de la válvula. Las propiedades del poliuretano termoplástico utilizado pueden variar en rangos amplios. Preferiblemente, el poliuretano termoplástico tiene una dureza Shore en el rango de 85A a 85D, más preferiblemente en el rango de 90A a 50D y de modo particularmente preferible en el rango de 95A a 98A.

En consecuencia, según una forma de realización adicional, la presente invención también se refiere a una válvula como se describió anteriormente o a un vástago de válvula como se describió anteriormente, en donde el poliuretano termoplástico tiene una dureza Shore en el rango de 85A a 85D.

Además, según una forma de realización adicional, la presente invención también se refiere a una válvula como se describió anteriormente o a un vástago de válvula como se describió anteriormente, en donde el poliuretano termoplástico tiene un módulo de elasticidad en el rango de 500 a 8000 MPa, determinado en la prueba de tracción según DIN EN ISO 527.

Según una forma de realización adicional de la presente invención, se utiliza un poliuretano termoplástico con una dureza menor, de modo que el vástago de la válvula es flexible. Esto permite una mejor accesibilidad de la válvula para algunas aplicaciones.

Los poliuretanos termoplásticos son bien conocidos. Según la invención, la preparación de los poliuretanos termoplásticos se lleva a cabo mediante la reacción de diisocianatos, que también se denominan componente a), con polioles y opcionalmente otros compuestos reactivos frente a isocianatos reactivos, a los que conjuntamente también se hace referencia como componente b), y extensores de cadena, que también se mencionan como componente c), opcionalmente en presencia de catalizadores, que también se mencionan como componente d), y/o auxiliares y/o aditivos comunes que también se mencionan como componente e).

Los componentes a), b), c) y opcionalmente d) y/o e), comúnmente utilizados en la preparación de poliuretanos, se describirán a continuación a modo de ejemplo:

Como isocianatos orgánicos, componente a), pueden emplearse isocianatos aromáticos, alifáticos, cicloalifáticos y/o aralifáticos, preferiblemente diisocianatos, generalmente conocidos; más preferiblemente diisocianato de 2,2'-, 2,4'-y/o 4,4'-difenilmetano (MDI), diisocianato de 1,5-naftileno (NDI), diisocianato de 2,4- y/o 2,6-tolueno (TDI), diisocianato de difenilmetano, diisocianato de 3,3'-dimetil-difenilo, diisocianato de 1,2-difeniletano y/o diisocianato de fenileno, diisocianato de tri-, tetra-, penta- , hexa-, hepta- y/u octametileno, diisocianato-1,5 de 2-metil-pentametileno, diisocianato-1,4 de 2-etil-butileno, diisocianato-1,5 de pentametileno, diisocianato-1,4 de butileno, 1-isocianato-3,3,5-trimetil-5-isocianatometil-ciclohexano (diisocianato de isoforona, IPDI), 1-isocianato-4-[(4-isocianatociclohexil)metil] ciclohexano (H12MDI), carboxilato de 2,6-diisocianatohexano, 1,4- y/o 1,3-bis(isocianatometil)ciclohexano (HXDI), diisocianato de 1,4-ciclohexano, diisocianato de 1-metil-2,4- y/o -2,6-ciclohexano y/o diisocianato de 4,4'-, 2,4'- y 2,2'-diciclohexilmetano, preferiblemente diisocianato de 2,2'-, 2,4'- y/o 4,4'-difenilmetano (MDI), diisocianato de 1,5-naftileno (NDI), diisocianato de 2,4- y/o 2,6-tolueno (TDI), diisocianato de hexametileno, 1-isocianato-4-[(4-isocianatociclohexil)metil]ciclohexano, y/o IPDI. Otros isocianatos alifáticos adecuados son, por ejemplo, diisocianato de hexametileno (HDI), o 1-isocianato-4-[(4-isocianatociclohexil)metil]ciclohexano (H12MDI).

Los isocianatos particularmente preferidos son, según la invención, el diisocianato de hexametileno (IDH), el diisocianato de 2,2'-, el 2,4'- y/o 4,4'-difenilmetano (MDI) y el diisocianato de 2,4 y/o 2,6-tolueno (TDI), o el 1-isocianato-4-[(4-isocianatociclohexil) metil] ciclohexano (H12MDI), en donde se prefiere particularmente el diisocianato de 2,2'-, 2,4'- y/o 4,4'-difenilmetano (MDI), principalmente el diisocianato de 4,4'-difenilmetano.

En consecuencia, la presente invención según una forma de realización adicional también se refiere a una válvula como se describió anteriormente o a un vástago de válvula como se describió anteriormente, en donde el poliuretano termoplástico se basa en un isocianato aromático.

Como compuestos reactivos frente a isocianatos, componente b), se pueden utilizar los compuestos reactivos frente a isocianatos, generalmente conocidos, por ejemplo poliesteroles, polieteroles y/o dioles de policarbonato, que generalmente también se resumen bajo el término "polioles", con pesos moleculares (Mn), preferiblemente pesos moleculares promedio en número entre 500 g/mol y 8000 g/mol, preferiblemente 600 g/mol a 6000 g/mol, en particular 800 g/mol a menos de 3000 g /mol, y preferiblemente una funcionalidad media, en comparación con los isocianatos, de 1,8 a 2,3, preferiblemente de 1,9 a 2,2, en particular de 2. El peso molecular promedio numérico se determina según DIN 55672-1.

Poliésteres a base de diácidos y dioles se pueden utilizar como poliesteroles. Como dioles se utilizan preferentemente dioles de 2 a 10 átomos de carbono, por ejemplo, etanodiol, butanodiol o hexanodiol, en particular 1,4 butanodiol o mezclas de los mismos. Como diácidos, se pueden utilizar todos los diácidos conocidos, por ejemplo, diácidos de cadena lineal o ramificada con cuatro a 12 átomos de carbono o mezclas de los mismos.

Además, como componente b) se utilizan polioles de poliéter, por ejemplo, los basados en sustancias iniciadoras generalmente conocidas y óxidos de alquileno habituales, preferiblemente óxido de etileno, óxido de propileno y/u óxido de butileno, más preferiblemente polieteroles basados en óxido de propileno-1,2 y óxido de etileno y, en particular, polioxitetrametilenglicoles. La ventaja de los polioles de poliéter es, entre otras cosas, la mayor estabilidad frente a hidrólisis.

Además, los llamados polieteroles insaturados inferiores pueden usarse preferentemente como polieteroles. Por polioles insaturados inferiores se entienden en el contexto de esta invención, en particular, alcoholes de poliéter con un contenido de compuestos insaturados de menos de 0,02 meq/g, preferiblemente menos de 0,01 meq/g. Alcoholes de poliéter de este tipo se preparan generalmente mediante la adición de óxidos de alquileno, en particular óxido de etileno, óxido de propileno y mezclas de los mismos, a los dioles o trioles descritos anteriormente en presencia de catalizadores altamente activos.

Catalizadores altamente activos de este tipo son preferiblemente catalizadores de hidróxido de cesio y cianuro multimetálico, también conocidos como catalizadores DMC. Un catalizador DMC utilizado con frecuencia y preferiblemente es el hexacianocobaltato de zinc. El catalizador DMC se puede dejar en alcohol de poliéter después de la reacción, generalmente se elimina, por ejemplo, por sedimentación o filtración.

En lugar de un poliol, también se pueden usar mezclas de diferentes polioles como componente b). Los poliuretanos termoplásticos adecuados en el contexto de la presente invención son, por ejemplo, aquellos a base de poliésteres o poliéteres.

Como extensor de cadena, componente c), pueden emplearse compuestos alifáticos, aralifáticos, aromáticos y/o cicloalifáticos generalmente conocidos con un peso molecular, preferiblemente un peso molecular promedio de 50 g/mol a 499 g/mol, preferiblemente compuestos 2-funcionales. Se prefieren, por ejemplo, los alcanodioles que tienen de 2 a 10 átomos de carbono en la fracción alquileno, preferiblemente butanodiol-1,4, hexanodiol-1,6 y/o di-, tri-, tetra­ , penta-, hexa-, hepta-, octa-, nona- y/o decaalquilenoglicoles que tienen de 3 a 8 átomos de carbono, más preferiblemente alcanodioles no ramificados, en particular propano-1,3-diol, butano-1,4-diol y hexano-1,6-diol.

Los catalizadores adecuados, componente d), que en particular aceleran la reacción entre los grupos NCO de los diisocianatos, componente a) y componente b), son las aminas terciarias usuales, conocidas según el estado de la técnica como, por ejemplo, preferiblemente trietilamina, dimetilciclohexilamina, N-metilmorfolina, N,N'-dimetilpiperazina, 2-(dimetilaminoetoxi)etanol, diazabiciclo-(2,2,2)-octano y similares, así como principalmente compuestos organometálicos como ésteres de ácido titánico, compuestos de hierro como, por ejemplo, preferiblemente acetilacetonato de hierro (III), compuestos de estaño, por ejemplo, preferiblemente diacetato de estaño, dioctoato de estaño, dilaurato de estaño o las sales de dialquilestaño de ácidos carboxílicos alifáticos como el diacetato de dibutilestaño, dilaurato de dibutilestaño o similares. Los catalizadores se utilizan generalmente en cantidades de 0,00001 partes en peso a 0,1 partes en peso por cada 100 partes en peso de compuesto de polihidroxilo, componente b).

Además de los catalizadores, componente d), a los componentes de estructura a) a c) también pueden agregarse aditivos y/o auxiliares habituales, componente e). Pueden mencionarse, por ejemplo, agentes de soplado, tensioactivos, retardantes de llama, agentes de nucleación, lubricantes y desmoldantes, colorantes y pigmentos, estabilizadores, por ejemplo, preferiblemente frente a hidrólisis, luz, calor o decoloración, materiales de relleno inorgánicos y/u orgánicos, plastificantes y desactivadores de metales. Las carbodiimidas oligoméricas y/o poliméricas, alifáticas o aromáticas, se utilizan preferentemente como protectores de hidrólisis.

La preparación del poliuretano termoplástico puede llevarse a cabo según los procedimientos conocidos, de forma continua o discontinua, por ejemplo, con extrusoras de reacción o el procedimiento de banda, según el procedimiento de un solo disparo (one-shot) o el procedimiento de prepolímero, preferiblemente según el procedimiento de un solo disparo. En estos procedimientos los componentes de reacción a), b) y opcionalmente c), d) y/o e) se pueden mezclar entre sí uno tras otro o simultáneamente, en cuyo caso la reacción comienza inmediatamente. En el procedimiento de extrusora, los componentes de construcción a), b) y opcionalmente los otros componentes c), d) y/o e) se introducen individualmente o como mezcla en la extrusora, por ejemplo, preferiblemente a temperaturas de 100 °C a 280 °C, más preferiblemente se hacen reaccionar a 140 °C a 250 °C; luego, el poliuretano obtenido se extrude, se enfría y se granula.

Para optimizar las propiedades del poliuretano termoplástico utilizado se pueden variar el componente de poliol, componente b) y el extensor de cadena, componente c) o las proporciones de los componentes utilizados.

La reacción del isocianato, componente a), con los componentes b) y opcionalmente c), reactivos frente al isocianato, se lleva a cabo en una forma de realización preferida a un índice entre 900 y 1100, de modo particularmente preferible entre 950 y 1050, principalmente entre 980 y 1020. Aquí, el índice se define por la relación entre el total de los grupos isocianatos del componente a) utilizados en la reacción y los grupos reactivos con isocianato; es decir, principalmente los grupos de los componentes b) y c). Con un índice de 1000, por un grupo isocianato del componente a) hay un átomo de hidrógeno activo. Con índice por encima de 1000 hay más grupos isocianato que grupos OH.

Para estabilizar los poliuretanos y las composiciones (Z1) preparadas a partir de estos frente al envejecimiento, se pueden agregar estabilizadores al poliuretano, que también se mencionan como auxiliares. Los estabilizadores en el sentido de la presente invención son aditivos que protegen un plástico o una mezcla de plásticos contra influencias ambientales nocivas. Los ejemplos incluyen antioxidantes primarios y secundarios, tiosinergistas, compuestos organofosforados de fósforo trivalente, aminas impedidas estabilizadoras de luz, absorbentes UV, agentes protectores de hidrólisis, neutralizantes y retardantes de llama.

Sobre los auxiliares y aditivos mencionados anteriormente puede encontrarse más información en la bibliografía especializada, por ejemplo, en Plastics Additive Handbook, 5a edición, H. Zweifel, ed., Hanser Publishers, Múnich, 2001, pp. 98-136.

En una forma de realización preferida de la presente invención se utiliza un poliuretano termoplástico (TPU) con grupos aromáticos, por ejemplo, un poliuretano termoplástico a base de un isocianato aromático.

La participación del plástico termoplástico (P1) en la composición (Z1) está preferiblemente en el rango de 45 a 95 % en peso con respecto a la composición total (Z1), por ejemplo, en el rango de 50 a 90 % en peso con respecto a la composición total (Z1), más preferiblemente en el rango de 60 a 85 % en peso con respecto a la composición total (Z1), de modo particularmente preferible en el rango de 70 a 80 % en peso con respecto a la composición total (Z1).

En consecuencia, según una forma de realización adicional, la presente invención también se refiere a una válvula como se describió anteriormente o a un vástago de válvula como se describió anteriormente, en donde la composición (Z1) contiene el termoplástico (P1) en una cantidad en el rango de 45 a 95 % en peso con respecto a la composición total (Z1).

Según la invención, además del termoplástico (P1) y del material de relleno (F1), la composición (Z1) también puede contener otros componentes, por ejemplo, desmoldantes, protección frente a UV, antioxidantes o pigmentos de color.

La persona experta en la materia conoce per se procedimientos adecuados para preparar la composición (Z1). En el contexto de la presente invención, generalmente se utilizan procedimientos conocidos para hacer materiales composite.

Según la invención, el vástago de la válvula se compone de la composición (Z1).

La fabricación de un vástago de válvula a partir de la composición (Z1) se puede llevar a cabo, por ejemplo, mediante moldeo por inyección, extrusión y/o procedimiento de sinterización. Se prefiere la fabricación por moldeo por inyección o procedimiento de extrusión. Según la invención es posible que después de la fabricación del vástago de la válvula se corte una rosca en el vástago de la válvula para poder instalar un cierre. También es posible que la rosca se genere durante la fabricación, por ejemplo, al fabricar el vástago de la válvula mediante moldeo por inyección.

Se conocen per se máquinas de moldeo por inyección adecuadas. Por ejemplo, son adecuadas máquinas de moldeo por inyección que están equipadas con tornillos de una rosca, preferiblemente tornillos de una rosca con varias zonas.

Las temperaturas de trabajo adecuadas están, por ejemplo, en el rango de 180 a 260 °C, preferiblemente en el rango de 190 a 250 °C, más preferiblemente en el rango de 200 a 240 °C.

La válvula según la invención generalmente comprende una base de válvula además del vástago de la válvula. La base de la válvula generalmente está hecha de un termoplástico, por ejemplo, un poliuretano termoplástico, que se puede unir al vástago de la válvula, por ejemplo, mediante fundición.

En consecuencia, según una forma de realización adicional, la presente invención también se refiere a una válvula como se describió anteriormente, en donde la válvula comprende una base de válvula hecha de un material termoplástico.

En el contexto de la presente invención, la válvula puede diseñarse de tal manera que sea adecuada para su fijación a una manguera interior o una sección de manguera para un neumático de vehículo, principalmente una manguera interior o una sección de manguera para un neumático de bicicleta.

En consecuencia, la presente invención también se refiere al uso de una válvula como se describió anteriormente para la fabricación de un cuerpo moldeado que comprende una sección de manguera inflable. Según una forma de realización adicional, la presente invención también se refiere al uso descrito anteriormente, en el que el cuerpo moldeado es una manguera interior para un neumático de vehículo.

Ha resultado ventajoso elegir un poliuretano termoplástico como material para la fabricación de la base de la válvula, cuyas propiedades mecánicas como la elasticidad y el alargamiento corresponden a las del material de la manguera. De manera particularmente ventajosa, la base de la válvula está hecha del mismo material que la sección de la manguera sobre la que se va a unir la base de la válvula. Con una elección adecuada del material, al inflar o por las cargas durante el funcionamiento de la sección de la manguera, se reduce significativamente la probabilidad de que se produzcan grietas por tensión o desprendimientos debido a las diferentes propiedades del material.

Los materiales de partida y los procedimientos de fabricación de la base de la válvula de poliuretano termoplástico corresponden a los materiales listados anteriormente para la fabricación de un vástago de válvula de poliuretano termoplástico.

Para la base de la válvula preferiblemente se utiliza un poliuretano termoplástico con una dureza Shore de 40 A a 70 D, preferiblemente de 50 A a 50 D, más preferiblemente de 70 A a 90 A. Además de los aditivos mencionados, para el tratamiento de TPU es beneficioso usar lubricantes. Estos se reclutan a partir de los grupos de sustancias de amidas de ácidos grasos, ésteres de ácido montánico, derivados de glicerol y poliolefinas, así como combinaciones de los mismos. Los compuestos individuales se pueden encontrar en la publicación EP 1826 225 A2 y en la bibliografía citada allí. Para el procedimiento según la invención, se debe seleccionar una fracción tan pequeña como sea posible de auxiliares de tratamiento para garantizar la mejor adhesión posible del vástago de la válvula a la manguera de la bicicleta. Medida con respecto a la formulación total, se seleccionará una fracción de lubricante de 0,001 a 2 % en peso, preferiblemente de 0,01 a 1 % en peso y, de modo principal, preferiblemente de 0,05 a 0,5 % en peso.

En consecuencia, la presente invención también se refiere a un procedimiento para fabricar una válvula como la descrita anteriormente, caracterizado por que el vástago se inserta en un molde y la base de la válvula se fabrica durante el vertimiento del vástago en el molde.

En las configuraciones preferidas de la invención, la base de la válvula encierra el vástago en dirección axial al menos 3 mm, más preferiblemente al menos 5 mm. Además, en las configuraciones preferidas de la invención, la base de la válvula se dimensiona de modo que la base de la válvula en el extremo del vástago sobresale en cada dirección radial más allá del borde exterior del vástago al menos tan lejos que corresponda a la mitad del diámetro del vástago en su extremo inferior. De modo particularmente preferible, la base de la válvula en el extremo del vástago sobresale en cada dirección radial más allá del borde exterior del vástago al menos tan lejos que corresponda al diámetro del vástago en su extremo inferior. Si el diámetro del vástago en su extremo inferior es, por ejemplo, de 5 mm, la base de la válvula en el extremo del vástago sobresale preferiblemente en cada dirección radial al menos 2,5 mm, más preferiblemente al menos 5 mm más allá del borde exterior del vástago. El diámetro exterior de la base de la válvula en este ejemplo es preferiblemente de al menos 10 mm, de modo particularmente preferible de al menos 15 mm.

Los términos "dirección axial" y "dirección radial" se refieren al eje del vástago, que generalmente tiene una forma cilíndrica. Las dimensiones mínimas en dirección axial y radial aseguran que después de fijar la válvula a una sección de manguera, el vástago esté conectado de forma segura a la sección de la manguera y sin fugas que puedan permitir que el aire escape del interior de la manguera al medio ambiente, por ejemplo.

La superficie de apoyo de la base de la válvula destinada a la fijación a una sección de manguera puede tener diferentes formas. En una forma de realización es circular, de modo que la protuberancia de la base de la válvula más allá del borde exterior del vástago en su extremo inferior es idéntica en cada dirección radial. En una forma de realización adicional, la superficie de apoyo es ovalada, en donde las dimensiones mínimas anteriores de la protuberancia se relacionan al vástago transversal. Eje transversal se denomina el eje más corto del óvalo, el eje más largo se denomina eje longitudinal. La extensión de la superficie de apoyo de la base de la válvula en el eje longitudinal es preferiblemente de 1,5 a 3 veces su extensión en el eje transversal.

Otro aspecto de la invención se refiere al uso de la válvula de la invención para la fabricación de un neumático de vehículo, que está hecho de un poliuretano termoplástico y tiene un orificio a través del cual se puede transportar aire a la manguera. Alrededor de este orificio, la sección de la manguera según la invención se une, por adhesión y por completo, con la base de la válvula de una válvula según la invención, de modo que el espacio interior de la manguera está herméticamente conectado con el espacio interior del vástago. Se conocen materiales adecuados para la fabricación de la sección de la manguera, así como procedimientos para su fabricación, como extrusión, moldeo por inyección o moldeo por soplado.

En el contexto de la presente invención, el material de la sección de la manguera puede tener la misma composición que el material de la válvula. También es posible que la sección de la manguera y la válvula tengan una composición diferente o estén compuestas de diferentes materiales.

En el contexto de la presente invención, preferiblemente la sección de la manguera y la válvula están compuestas al menos parcialmente de un poliuretano termoplástico, en donde generalmente la dureza de los poliuretanos termoplásticos utilizados en la sección de la manguera y la válvula no es la misma.

Los materiales de partida y los procedimientos de fabricación de la sección de manguera de poliuretano termoplástico corresponden a los materiales listados anteriormente para la fabricación de un vástago de válvula de poliuretano termoplástico.

Para la sección de la manguera preferiblemente se utiliza un poliuretano termoplástico con una dureza Shore de 40 A a 70 D, preferiblemente de 50 A a 50 D, más preferiblemente de 70 A a 90 A.

Se puede establecer una conexión permanente entre la base de la válvula y la superficie de la sección de la manguera que rodea el orificio de diferentes maneras. Para esto son adecuados, por ejemplo, los adhesivos conocidos, principalmente los adhesivos a base de poliuretano.

Preferiblemente, la válvula se conecta a la sección de la manguera humedeciendo la parte inferior de la base de la válvula con un disolvente y luego presionando sobre la superficie de la sección de la manguera. Este procedimiento, en el que se efectúa una unión de ajuste de forma después de presionar la superficie disuelta de la base de la válvula sobre la superficie de la manguera, también se conoce como "soldadura de fuente". De modo particularmente preferible, el disolvente se selecciona del grupo de éteres, éteres cíclicos, aminas, amidas, alcoholes o hidrocarburos halogenados. Principalmente, el disolvente contiene metanol, etanol, iso-propanol, dimetilformamida, nmetilpirrolidona y/o tetrahidrofurano. También se prefieren las mezclas de las sustancias mencionadas.

En otra variante preferida, la conexión entre la base de la válvula y la sección de la manguera se realiza mediante un procedimiento de soldadura. Particularmente adecuados son los procedimientos de soldadura térmica, soldadura de alta frecuencia o soldadura ultrasónica.

En consecuencia, la presente invención se refiere a un procedimiento para fabricar una sección de manguera como la descrita anteriormente, caracterizado por que la base de la válvula se une a la sección de la manguera mediante un procedimiento de soldadura, principalmente mediante soldadura térmica, soldadura de alta frecuencia o soldadura ultrasónica.

En el contexto de la presente invención, primero se puede introducir un orificio en la sección de la manguera, lo que permite inflar la manguera fabricada, y luego se puede aplicar la válvula o la base de la válvula al mismo nivel del orificio. Sin embargo, también es posible que primero la válvula se conecte a la sección de la manguera y luego se genere el orificio a través del vástago de la válvula.

La válvula según la invención y las secciones de manguera equipadas con esta son simples y económicas de fabricar. Las conexiones entre el vástago de la válvula y la base de la válvula, por un lado, y entre la válvula y la sección de manguera, por otro lado, son robustas y seguras, de modo que el objeto de la invención es adecuado para una amplia gama de aplicaciones.

Sin embargo, también es posible en el contexto de la presente invención, según una forma de realización alternativa, que la válvula según la invención esté diseñada de tal manera que sea adecuada para la fabricación de un neumático de vehículo sin cámara, principalmente un neumático de bicicleta sin cámara, un sistema llamado "tubeless" ("sin cámara"). Las válvulas adecuadas generalmente tienen una base de válvula hecha de un material termoplástico.

Por lo general, la base de la válvula sella el sistema sin cámara, que consiste en el neumático y la llanta, en el interior de la llanta. El vástago de la válvula se enrosca por medio de una tuerca de llanta y es particularmente adecuado debido a la alta capacidad de carga mecánica.

Preferiblemente, la válvula según esta forma de realización comprende una base de válvula que está particularmente construida preferentemente en un contorno redondo. Por ejemplo, la base de la válvula puede tener una forma cilíndrica y cónica e inyectarse al vástago de la válvula en el procedimiento de fabricación.

La base de la válvula está hecha preferiblemente de un material termoplástico con una dureza menor que el vástago de la válvula para garantizar un ajuste por forma con el lecho bajo de la llanta o del orificio de la válvula. Como material de núcleo, el vástago de la válvula evita que la válvula se deslice a través de la perforación del orificio de la llanta. Para un sellado completo del sistema, el vástago de la válvula debe enroscarse con una tuerca de llanta. Para este propósito, el vástago de la válvula está preferiblemente equipado con una rosca externa.

En consecuencia, según una forma de realización adicional, la presente invención también se refiere a una válvula como se describió anteriormente, en la que el vástago de la válvula tiene una rosca externa.

Según un aspecto adicional, la presente invención también se refiere al uso de la válvula según la invención descrita anteriormente para la fabricación de un neumático de bicicleta sin cámara.

La presente invención también se refiere a un cuerpo moldeado que comprende una sección de manguera inflable y una válvula como se describió anteriormente, en donde la sección de la manguera y la válvula están conectadas entre sí a través de una base de válvula. El cuerpo moldeado puede ser, por ejemplo, una manguera interior para un neumático de vehículo, por ejemplo, una manguera interior para un neumático de bicicleta, es decir, una manguera de bicicleta.

Las válvulas según la invención o las secciones de mangueras inflables son adecuadas, por ejemplo, para la fabricación de mangueras interiores, principalmente para la fabricación de mangueras interiores para bicicletas.

Tal como se ha descrito, las válvulas de la invención también son adecuadas para la fabricación de neumáticos "tubeless", sin cámara, para bicicletas.

A continuación, la invención se explica con más detalle utilizando ejemplos.

Ejemplos

1. Ejemplo 1 (materiales utilizados)

Chopvantage HP3550 EC10-3,8: Fibra óptica de PPG Industries Fiber Glass, Energieweg 3, 9608 PC Westerbroek, Países Bajos. E-glass, diámetro del filamento 10|jm, longitud 3.8mm.

TPU 1: TPU de dureza Shore 75D, a base de politetrahidrofurano (PTHF) con un peso molecular (Mn) de 1000 daltons, 1.4- butanodiol, MDI.

TPU 2: TPU de dureza Shore 80D, a base de politetrahidrofurano (PTHF) con un peso molecular (Mn) de 1000 daltons, 1.4- butanodiol, MDI.

TPU 3: TPU de dureza Shore 60D, a base de politetrahidrofurano (PTHF) con un peso molecular (Mn) de 1000 daltons, 1.4- butanodiol, MDI.

TPU 4: TPU de dureza Shore 65D, a base de politetrahidrofurano (PTHF) con un peso molecular (Mn) de 1000 daltons, 1.4- butanodiol, MDI.

TPU 5: TPU relleno de fibra de vidrio de dureza Shore 70D producido por la combinación del 20% de la fibra de vidrio Chopvantage HP3550 EC10-3.8 en TPU 3.

TPU 6: TPU relleno de fibra de vidrio de dureza Shore 75D producido por la combinación del 20% de la fibra de vidrio Chopvantage HP3550 EC10-3.8 en TPU 4.

2. Ejemplo 2

Se produjo un vástago de válvula con una longitud de 58 mm y un diámetro exterior de 6 mm a partir de los materiales TPU 1, TPU 2, TPU 5 y TPU 6. Las mangueras de bicicleta se fabricaron respectivamente con válvulas con estos vástagos de válvula.

3. Ejemplo 3

Prueba de tubo en probador de tambor dinámico

Freno: Magura HS33

Rueda: Whizz Wheels DP18622x15C con banda sin manguera de encaje a alta presión y sensor de temperatura Camisa: Schwalbe ONE V-Guard, plegable 23-622 B/B-SK HS448 OSC 127EPICurrent Standard - 11600514 Manguera: Schwalbe SV20E EVOLUTION TUBE 18/25-622/630 EK 40mm, con un peso de 32g, un grosor de manguera de 0.25mm, una presión interna de manguera de 8 bares.

La rueda estaba cargada con un nivel de frenado de 10 V a una velocidad de 25 km/h. El desarrollo de la temperatura aumentó en promedio a 115 °C (medida en la llanta) debido al efecto del frenado. Esto corresponde aproximadamente a las cargas dinámicas que se presentan en la práctica. Tanto la temperatura como el nivel de frenado conducen a una carga en el vástago.

Los vástagos de las válvulas hechos de TPU lleno de fibra de vidrio son superiores a los hechos con TPU que no están llenos de fibra de vidrio. Los vástagos llenos de fibra de vidrio no tienen deformación. Sintomático de las realizaciones estándar de TPU es una encorvadura del vástago de la válvula.

4. Ejemplo 4

Prueba de flexión - Determinación de la flexibilidad y resiliencia

Para la determinación de las propiedades mencionadas se montaron varios patrones de manguera con neumáticos en un rotor disponible comercialmente. El rotor se fijó y el vástago de la válvula se cargó en un punto definido con un área de 3 mm2 en un probador de tensión/compresión convencional (aparato de Zwick/Roll). La distancia máxima (despliegue del probador de presión) es de 7 mm desde el contacto hasta el vástago de la válvula.

Dependiendo del diseño, el vástago se dobla después hasta tal punto que se arranca el contacto con la superficie. Se determina la fuerza (N) promedio que se consigue para alcanzar la distancia máxima. Los vástagos de los TPU 1 y 2 están en un rango de 170 - 186N. Los vástagos llenos con fibra de vidrio de los TPU 5 y 6 están a 108 N (TPU 5) y 140N (TPU 6). En consecuencia, el material reforzado con fibra de vidrio garantiza una flexibilidad mucho mayor. Además, los vástagos llenos de fibra de vidrio (TPU 5 y 6) vuelven a la posición inicial después de la flexión máxima. Los TPU estándar (TPU 1 y 2) mantienen la deformación después de la flexión, no hay resiliencia del material.

5. Ejemplo 5

Deformación por calor en estado estático

Varias mangueras con vástago de TPU estándar y vástagos llenos de fibra de vidrio se almacenaron al sol a temperaturas exteriores de 35 °C. La temperatura en la carcasa exterior negra del neumático se determinó en un ciclo de 30 minutos. Todos los vástagos estándar de TPU (TPU 1 y 2) mostraron una alta pérdida de aire debido a la hinchazón del vástago. La temperatura era de unos 70°C. Los vástagos llenos de fibra de vidrio no mostraron pérdida de aire.

6. Ejemplo 6

Llenado de una manguera de bicicleta con alta presión (>6 bares)

En comparación, las mangueras de bicicleta con vástagos de válvulas, con y sin llenado de fibra de vidrio, se llenaron hasta una presión de aire de 10 bares. Este valor corresponde al límite superior de la aplicación en el sector de bicicletas de carretera. El aire se llenó con dos bombas estacionarias disponibles en el comercio, que se fijan al vástago de la válvula por medio de un sello de goma y un mecanismo de sujeción. Se encontró que las válvulas hechas de termoplásticos sin relleno de fibra de vidrio, que tienen una estructura de superficie lisa, tienen una adhesión insuficiente entre el vástago y el cabezal de la bomba de aire. Cuando se llena a altas presiones (>6 bares), el cabezal de la bomba de aire, que se fija mediante un mecanismo de sujeción, salta del vástago de la válvula. En consecuencia, el llenado de aire se hace más difícil o no es factible.

Los vástagos de las válvulas llenas de fibra de vidrio tienen una rugosidad superficial mucho mayor debido al aditivo, lo que garantiza una vinculación del cabezal de la bomba o del sello de goma. Un llenado de las mangueras con un vástago lleno de fibra de vidrio es factible sin que el cabezal de la bomba salte hasta 9 bares.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Válvula para un neumático de vehículo que comprende un vástago tubular, en donde el vástago está compuesto de una composición (Z1) que contiene un termoplástico (P1)

y un material de relleno (F1),

donde el material de relleno (F1) es fibroso.

2. Válvula según la reivindicación 1, en la que el termoplástico (P1) es un poliuretano termoplástico.

3. Válvula según una de las reivindicaciones 1 o 2, en la que la composición (Z1) contiene el material de relleno (F1) en una cantidad en el rango de 5 a 55 % en peso con respecto a la composición total (Z1).

4. Válvula según una de las reivindicaciones 2 a 3, en la que el poliuretano termoplástico tiene una dureza Shore en el rango de 85A a 85D.

5. Válvula según una de las reivindicaciones 2 a 4, en la que el poliuretano termoplástico tiene un módulo de elasticidad en el rango de 500 a 8000 MPa, determinado en la prueba de tracción según DIN EN ISO 527.

6. Válvula según una de las reivindicaciones 2 a 5, en la que el poliuretano termoplástico se basa en un isocianato aromático.

7. Válvula según una de las reivindicaciones 1 a 6, en la que la válvula comprende una base de válvula hecha de un material termoplástico.

8. Vástago de válvula para la fabricación de una válvula para un neumático de vehículo, en donde el vástago de la válvula es tubular y está compuesto de una composición (Z1) que contiene un termoplástico (P1) y un material de relleno (F1), donde el material de relleno (F1) es fibroso.

9. Uso de una válvula según una de las reivindicaciones 1 a 7 para la fabricación de un cuerpo moldeado que comprende una sección de manguera inflable.

10. Uso según la reivindicación 9, en el que el cuerpo moldeado es una manguera interior para un neumático de vehículo.

11. Uso de una válvula según una de las reivindicaciones 1 a 7 para la fabricación de un neumático de bicicleta sin cámara.

12. Cuerpo moldeado que comprende una sección de manguera inflable y una válvula según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la sección de la manguera y la válvula están conectadas entre sí a través de una base de válvula.

13. Cuerpo moldeado según la reivindicación 12, en donde el cuerpo moldeado es una manguera interior para un neumático de vehículo.