ES2912315T3 - Cordón de refuerzo para productos elastoméricos, en especial para neumáticos de automóvil, y producto elastomérico - Google Patents

Cordón de refuerzo para productos elastoméricos, en especial para neumáticos de automóvil, y producto elastomérico Download PDF

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Abstract

Cordón de refuerzo para productos elastoméricos, en especial para neumáticos de automóvil, que contiene al menos un hilo constituido por filamentos, caracterizado por que al menos un hilo del cordón de refuerzo contiene filamentos de dicarboxifuranoato de polibutileno (PBF), produciéndose el PBF completa o al menos parcialmente a partir de biomasas y/o materias primas regenerativas.

Description

DESCRIPCIÓN
Cordón de refuerzo para productos elastoméricos, en especial para neumáticos de automóvil, y producto elastomérico
La invención se refiere a un cordón de refuerzo para productos elastoméricos, en especial para un neumático de automóvil, que contiene al menos un hilo a partir de filamentos. La invención se refiere además a un producto elastomérico que contiene al menos un cordón de refuerzo. Una variedad de productos elastoméricos, como tubos, bandas transportadoras, correas de transmisión y neumáticos de automóvil, están provistos de cordones de refuerzo para el refuerzo. Los cordones de refuerzo están constituidos por uno o varios hilos roscados entre sí y son conocidos por el especialista en estructura y material en las más diversas realizaciones. En el caso de dos o más hilos se puede tratar del mismo material o, como en el caso de cordones híbridos, de al menos dos hilos diferentes. Por regla general, los hilos están constituidos por muchos filamentos individuales (fibras). Los cordones de refuerzo se emplean, por ejemplo, en forma de tejidos, esteras o tejidos de punto por urdimbre en los productos elastoméricos, y se insertan habitualmente en una mezcla de caucho en la producción de los productos elastoméricos.
Hasta el momento se emplean en productos elastoméricos, en especial en capas de carcasa, refuerzos de talón, cinturones o envolturas de cinturón de neumáticos de automóvil, por una parte, soportes de resistencia textiles basados primariamente (directamente) en materias primas fósiles - como petróleo -, como por ejemplo PET (tereftalato de polietileno), aramida y nylon, o cordones híbridos constituidos por sus hilos. Por otra parte, es conocido el empleo de soportes de resistencia textiles no basados en petróleo a partir de viscosa, como por ejemplo rayón o Lyocell.
En muchas fibras naturales, es decir, en materiales no basados en petróleo como material para cordones de refuerzo, es desfavorable que no tengan estructura fibrosa continua, y presenten una calidad de fibra bastante fluctuante.
Además, por ejemplo, el comportamiento de contracción deficiente dificulta el empleo de rayón, a modo de ejemplo como como soporte de resistencia en la envoltura de cinturón. En rayón es desfavorable además que el rayón es sensible a humedad, y se reduce la fuerza de rotura del soporte de resistencia mediante absorción de humedad. Además, rayón requiere muchos costes en su adquisición.
El desarrollo se orienta a desarrollar y emplear como neumáticos de automóviles productos elastoméricos ecológicos y respetuosos con los recursos, que prescinden de materias primas primarias fósiles, sin tener que aceptar pérdidas en estabilidad de los productos obtenidos a partir de las mismas.
De este modo, por el documento DE 102010017107 A1 son conocidas cordones híbridos para, por ejemplo, capas de carcasa y/o envolturas de cinturón, que están constituidas por al menos un hilo de PET (tereftalato de polietileno) reciclado.
Por el documento EP 2590811 A1 son conocidos hilos multifilamento con fibras de poliamida 10.10, obteniéndose ambos monómeros de partida 1,10-decametilendiamina y diácido 1,10-decanoico a partir de aceite de ricino como materia prima regenerativa. Estos hilos multifilamento se pueden emplear en neumáticos de automóvil como soporte de resistencia.
En el documento EP 2708380 A1 se describen cordones de refuerzo para productos elastoméricos, en especial para neumáticos de automóvil, en los que al menos un hilo está constituido por PET, que se produce completamente o al menos en parte a partir de materias primas regenerativas.
El documento EP 2895648 A1 da a conocer cordones de refuerzo para productos elastoméricos, en especial para neumáticos de automóvil, en los que al menos un hilo está constituido por PEF (furanoato de polietileno), que se produce completamente o al menos en parte a partir de biomasas y/o materias primas regenerativas. Sin embargo, el PEF tiende a una rápida cristalización tras el proceso de hilatura para dar un hilo, de modo que el material es parcialmente frágil, no se puede bobinar y no es extensible. PEF se considera como sustituto de PET. La aplicación de dicarboxifuranoato de polibutileno (PBF) como termoplástico de alto rendimiento se describe en Zia et al. "Recent developments and future prospects on biobased polyesters derived from renewable resources: A review", International Journal of Biological Macromolecules, tomo 82, 19 de octubre de 2015, páginas 1028-1040. La síntesis, la estructura cristalina y las propiedades físico-mecánicas de PBF se describen en Zhu et al. "Poly(butylene 2,5-furan dicarboxylate), a Biobased Alternative to PBT: Synthesis, Physical Properties, and Crystal Structure" Macromolecules, tomo 46, N° 3, 12 de febrero de 2013, páginas 796-804.
La presente invención toma ahora como base la tarea de poner a disposición un cordón de refuerzo para productos elastoméricos, en especial para neumáticos de automóvil, que contiene al menos un hilo, que representa una alternativa a cordones de refuerzo convencionales, contiene materiales ecológicos y respetuosos con los recursos, y se puede producir de manera sostenible, y se puede procesar bien sin fragilización prematura del material hilado. Además, el cordón de refuerzo debe presentar una calidad de producto constante.
La tarea se soluciona conteniendo el al menos un hilo del cordón de refuerzo filamentos de dicarboxifuranato de polibutileno (PBF), produciéndose el PBF completamente o al menos en parte por biomasas y/o materias primas regenerativas.
El dicarboxifuranoato de polibutileno (PBF), también llamado furanoato de polibutileno o poli(butilen-2,5-furanodicarboxilato), es un poliéster alifaromático que se produce formalmente mediante la policondensación de 1,4-butanodiol y ácido 2,5-furanodicarboxílico.
El empleo de PBF a partir de biomasas y/o materias primas regenerativas en el cordón de refuerzo según la invención para productos elastoméricos es sostenible, ecológico y respetuoso con los recursos. Además, el PBF generado completa, o al menos parcialmente a partir de biomasas y/o materias primas regenerativas, así como el PBF obtenido solo a partir de materias primas fósiles, presenta una calidad constante. Por consiguiente, se puede asegurar una calidad de producto constante. El mayor número de unidades metileno en el segmento de diol en comparación con PEF conduce a una cristalización más lenta. El material se puede hilar y enrollar mejor sin fragilización prematura. Se puede estirar mejor. Las propiedades mecánicas y térmicas de p Bf son comparables a las de PBT (tereftalato de polibutileno) basado en petróleo. El punto de fusión de PBF se sitúa en aproximadamente 172°C.
En el ámbito de la invención, por el pasaje “PBF obtenido a partir de materias primas completa o al menos parcialmente regenerativas” se debe entender que el PBF - sin considerar la fuente de energía en la obtención -se ha obtenido completa o al menos parcialmente a partir de biomasas y/o materias primas regenerativas. PBF, que está constituido completa o al menos parcialmente por biomasas y/o materias primas regenerativas, se obtiene no solo, o no se obtiene en absoluto (en un 0 % en peso) a partir de materias primas fósiles, como petróleo. Como es sabido por el especialista, la fracción de substancias de base biológica, es decir la fracción de materias primas regenerativas y/o biomasas en el PBF se determinan según ASTM D 6866 (método C-14).
En el ámbito de la invención se entiende por biomasas “la totalidad de material orgánico que se forma mediante crecimiento y metabolismo de animales, plantas o microorganismos”.
En el ámbito de la invención, se denominan materias primas regenerativas recursos biógenos de acuicultura y de fuentes agrícolas y silvícolas. Por lo tanto, por materias primas regenerativas no se entiende fuentes fósiles, como petróleo, que son accesibles mediante degradación.
En el caso de PBF, por una parte, el monómero básico ácido 2,5-furanodicarboxílico se puede generar a partir de biomasas y/o materias primas regenerativas, como celulosa, por otra parte, también el segundo monómero 1,4-butanodiol se puede generar a partir de biomasas y/o materias primas regenerativas. Por ejemplo, da buen resultado generar 1,4-butanodiol por vía biotecnológica mediante fermentación de azúcar.
Ambos monómeros se generan preferentemente a partir de biomasas y/o materias primas regenerativas.
Por lo demás es concebible que uno de los dos monómeros, o ambos monómeros se presenten como mezcla, es decir, procediendo el o los monómeros parcialmente de biomasas y/o materias primas regenerativas y parcialmente de petróleo.
Dentro de los hilos de un cordón de refuerzo pueden estar presentes filamentos de diferentes materiales. No obstante, según un perfeccionamiento ventajoso de la invención, todos los filamentos de al menos un hilo están constituidos por dicarboxifuranoato de polibutileno (PBF). Tales hilos se pueden hilar simplemente y retorcer para dar el hilo.
El cordón de refuerzo puede estar constituido por un hilo multifilamento retorcido, continuo. No obstante, también es posible que el cordón de refuerzo contenga al menos otro hilo de filamentos, estando los hilos retorcidos en el extremo. Por ejemplo, son posibles construcciones de cordón en las que dos (construcción doble) o tres (construcción triple) hilos estén retorcidos en el extremo para dar un cordón de refuerzo.
El hilo o los hilos adicionales pueden estar constituidos por filamentos de diferente material. Si dentro del cordón de refuerzo están presentes hilos de diferente material, se trata de un denominado cordón híbrido.
En el caso del material para el otro hilo se puede tratar preferentemente de material no metálico, como por ejemplo poliésteres, poilamidas alifáticas y aromáticas, aramida, polietercetona, policetona, naftalato de polietileno, viscosa, fibras naturales o fibras de vidrio. Mediante una selección de material apropiada, el cordón de refuerzo se puede ajustar selectivamente en sus propiedades.
Según un perfeccionamiento preferente de la invención, el al menos un hilo adicional del cordón de refuerzo está constituido por filamentos de poliamida, un tipo de poliéster diferente a dicarboxifuranoato de polibutileno (PBF), aramida, policetona, o preferentemente por fibras químicas de polímeros naturales o fibras naturales. En el caso de fibras químicas de polímeros naturales o fibras naturales se ofrece la ventaja de que el cordón de refuerzo total se base en materiales que son ecológicos y respetuosos con los recursos y, a modo de ejemplo, no se basan en petróleo.
Para obtener un comportamiento de contracción del cordón de refuerzo más elevado, según otro perfeccionamiento de la invención ventajoso es preferente que este esté constituido por al menos un hilo de dicarboxifuranoato de polibutileno (PBF) y al menos otro hilo de poliamida (PA). Esto es ventajoso en especial para el empleo de este cordón híbrido en la envoltura de cinturón de un neumático para automóvil de pasajeros. De modo especialmente preferente, el otro hilo está constituido por filamentos de PA6.6 y/o PA6 y/o filamentos de PA10.10 y/o filamentos de PA10.12 y/o filamentos de PA PACM 12. De modo muy especialmente preferente, el hilo de PA está constituido por filamentos de PA6.6.
Para obtener un módulo de cordón de refuerzo más elevado, este está constituido por al menos un hilo de dicarboxifuranoato de polibutileno (PBF) y al menos otro hilo de aramida. Esto es ventajoso en especial para el empleo de este cordón híbrido en la envoltura de cinturón de neumáticos UHP (Ultra High Performance).
Para obtener un cordón de refuerzo estable sensiblemente sin contracción, este está constituido por al menos un hilo de dicarboxifuranoato de polibutileno (PBF) y al menos otro hilo de rayón. Esto es ventajoso en especial para el empleo de este cordón híbrido en la carcasa de automóviles de pasajeros y para el comportamiento a alta velocidad de neumáticos de automóviles de pasajeros.
Alternativamente a los citados cordones híbridos, en el caso del cordón de refuerzo también se puede tratar de aquellos en los que todos los hilos estén constituidos por dicarboxifuranoato de polibutileno (PBF). Este cordón de refuerzo se puede producir fácilmente y es especialmente ecológico, ya que se deriva solo de materias primas regenerativas.
En el caso del cordón de refuerzo, el hilo presenta, o bien los hilos presentan preferentemente una finura de 200 a 5000 dtex. En este caso, el hilo está, o bien los hilos están retorcidos preferentemente con una torsión de 100 a 600 t/m, preferentemente 100 a 550 t/m, de modo especialmente preferente 200 a 550 t/m. Tales cordones de refuerzo se pueden producir fácilmente y se pueden emplear, por ejemplo, como soporte de resistencia en neumáticos de automóvil.
Si en el caso del cordón de refuerzo se trata de un cordón constituido por varios hilos estos hilos están retorcidos en el extremo preferentemente con una torsión de 100 a 600 t/m, preferentemente 100 a 550 t/m, de modo especialmente preferente 200 a 550 t/m. Es especialmente preferente que la torsión inicial del hilo y la torsión final del cordón coincidan aproximadamente en su índice de torsión, siendo preferentemente opuestas las direcciones de torsión de hilos y cordón.
Para obtener una suficiente resistencia a la fatiga del cordón de refuerzo es ventajoso que el factor de torsión a de cada hilo del cordón de refuerzo se sitúe entre 100 y 300, preferentemente 150 y 250, calculándose el factor de torsión a según la siguiente fórmula: a = torsión [t/m] x (finura [tex]/1000)1/2.
Para garantizar una adherencia fiable de soportes de resistencia textiles con la goma, es conveniente dotar el cordón de refuerzo según la invención de una impregnación adhesiva, por ejemplo, con un procedimiento RFL-Dip en 1 o 2 baños.
El cordón de refuerzo según la invención se puede emplear en los más diversos productos elastoméricos, como correas, cintas transportadoras, tubos o amortiguadores de aire.
En el caso del producto elastomérico según la invención se trata preferentemente de neumáticos de automóvil. Los neumáticos de automóvil son productos de gran consumo, en los que la sustitución de cordones de refuerzo convencionales por cordones de refuerzo de base biológica conduce a un efecto especialmente importante con respecto a los recursos.
El neumático de automóvil contiene preferentemente el cordón de refuerzo en la capa de carcasa y/o en al menos una capa de cinturón y/o como refuerzo de talón y/o en la envoltura de cinturón. El neumático de automóvil contiene de modo especialmente preferente el cordón de refuerzo en la capa de carcasa y/o en la envoltura de cinturón.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Cordón de refuerzo para productos elastoméricos, en especial para neumáticos de automóvil, que contiene al menos un hilo constituido por filamentos, caracterizado por que al menos un hilo del cordón de refuerzo contiene filamentos de dicarboxifuranoato de polibutileno (PBF), produciéndose el PBF completa o al menos parcialmente a partir de biomasas y/o materias primas regenerativas.
2. Cordón de refuerzo según la reivindicación 1, caracterizado por que al menos un hilo del cordón de refuerzo contiene filamentos de dicarboxifuranoato de polibutileno (PBF), produciéndose el PBF completamente a partir de biomasas y/o materias primas regenerativas.
3. Cordón de refuerzo según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que todos los filamentos de al menos un hilo están constituidos por dicarboxifuranoato de polibutileno (PBF).
4. Cordón de refuerzo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que contiene al menos un hilo adicional de filamentos, estando retorcidos los hilos entre sí en el extremo.
5. Cordón de refuerzo según la reivindicación 4, caracterizado por que al menos un hilo adicional de filamentos está constituido por un material no metálico.
6. Cordón de refuerzo según al menos una de las reivindicaciones 4 a 5, caracterizado por que el al menos un hilo adicional está constituido por filamentos de poliamida, un poliéster diferente a dicarboxifuranoato de polibutileno (PBF), aramida, policetona, o preferentemente por fibras químicas de polímeros naturales o fibras naturales.
7. Cordón de refuerzo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que todos los hilos del cordón de refuerzo están constituidos por dicarboxifuranoato de polibutileno (PBF).
8. Cordón de refuerzo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el hilo, o bien los hilos presentan una finura de 200 a 5000 dtex.
9. Cordón de refuerzo según al menos un de las reivindicaciones 1 a 8 caracterizado por que el factor de torsión de cada hilo o del cordón de refuerzo se sitúa entre 100 y 300, preferentemente entre 150 y 250, calculándose el factor de torsión a según la siguiente fórmula: a = torsión [t/m] x (finura [tex]/1000)1/2.
10. Producto elastomérico, caracterizado por que contiene al menos un cordón de refuerzo según una de las reivindicaciones 1 a 9.
11. Producto elastomérico según la reivindicación 10, caracterizado por que se trata de una correa, una cinta transportadora, un tubo o un amortiguador de aire.
12. Producto elastomérico según la reivindicación 10, caracterizado por que se trata de un neumático de automóvil.
13. Producto elastomérico según la reivindicación 12, caracterizado por que el neumático de automóvil contiene al menos un cordón de refuerzo según una de las reivindicaciones 1 a 8 en la capa de carcasa y/o en al menos una capa de cinturón y/o como refuerzo de talón y/o la envoltura de cinturón.
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