ES2968086T3 - Capa de soporte de refuerzo de carcasa y neumático de vehículo - Google Patents

Capa de soporte de refuerzo de carcasa y neumático de vehículo Download PDF

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Description

DESCRIPCIÓN
Capa de soporte de refuerzo de carcasa y neumático de vehículo
La invención se refiere a una capa de soporte de refuerzo de la carcasa de un neumático de vehículo que presenta soportes de refuerzo, en donde los soportes de refuerzo dentro de la capa de soporte de refuerzo están dispuestos esencialmente paralelos entre sí y están incrustados en un material elastomérico, en donde al menos un soporte de refuerzo está configurado como un cordón hecho de dos hilos que están retorcidos entre sí, y en donde los dos hilos están hechos de poliéster y en donde el cordón presenta exactamente dos hilos. La invención se refiere además a un neumático de vehículo que presenta una carcasa con dicha capa de soporte de refuerzo.
Los expertos en la técnica conocen soportes de refuerzo para reforzar la carcasa de neumáticos de vehículos en diversas realizaciones en términos de estructura y material. Los soportes de refuerzo se incrustan en una mezcla de caucho, por ejemplo mediante calandrado, para poder utilizarse como capa de soporte de refuerzo cauchutada en neumáticos de vehículos.
Un neumático de vehículo de diseño radial generalmente presenta una capa interior hermética al aire, una carcasa radial que contiene soportes de refuerzo, que se extiende desde el área cenital del neumático a través de las paredes laterales hasta el área del talón y generalmente se ancla allí envolviéndola alrededor del núcleos de tracción resistentes a la tracción, y una banda de rodadura perfilada situada radialmente en el exterior y un cinturón dispuesto entre la banda de rodadura y la carcasa, que se cubre radialmente en el exterior con la venda del cinturón.
En los neumáticos radiales de turismos, los soportes de refuerzo de la carcasa, normalmente de una sola capa, discurren en gran medida en dirección radial. Los soportes de refuerzo de una capa de soporte de refuerzo de la carcasa deben tener suficiente resistencia para poder absorber adecuadamente las fuerzas que se producen durante el funcionamiento del neumático y ser duraderos. En particular, la carcasa proporciona resistencia a la presión interna del neumático y funciona como soporte de refuerzo. Además, los soportes de refuerzo deberían presentar una fuerza de rotura suficiente y un alargamiento de rotura elevado para aumentar la durabilidad del neumático y presentar una durabilidad mejorada con respecto a la tensión de impacto, tal como puede ocurrir al atravesar un bache.
El “alargamiento de rotura” es un término utilizado en pruebas de materiales para determinar el alargamiento a la fuerza de rotura. El alargamiento de rotura suele expresarse en %. "Fuerza de rotura" es un término utilizado en pruebas de materiales para referirse a la fuerza necesaria para romper o desgarrar una muestra de prueba. El alargamiento de rotura y la fuerza de rotura se pueden medir según la norma ASTM D885M.
En el contexto de la presente invención, basada en la norma DIN 60900, un "hilo" es una estructura lineal que consta de filamentos o fibras individuales que están retorcidos entre sí. En el contexto de la presente invención, un "cordón" representa estructuras lineales que constan de dos o más hilos trenzados entre sí. Un filamento de un material está formado total o parcialmente a partir de este material.
Por ejemplo, se conocen soportes de refuerzo para la capa de carcasa de neumáticos hechos de un poliéster tal como tereftalato de polietileno de alto módulo y baja contracción (HMLS-PET) o naftalato de polietileno (PEN). Sin embargo, la desventaja de las capas de carcasa con refuerzos de HMLS-PET o PEN es que los soportes de refuerzo suelen presentar un alargamiento de rotura bajo y una energía de rotura baja. En caso de tensión de impacto, como al atravesar un bache, dicho refuerzo puede ser sometido a una tensión más allá del límite elástico, como resultado de lo cual se reduce la durabilidad de un neumático que presenta dicho refuerzo de carcasa.
También es conocido el uso de cordones que comprenden un filamento hecho de HMLS-PET con un número de torsión elevado. Específicamente, el documento EP 2 976 449 B1 describe una capa de carcasa que presenta un cordón híbrido de la construcción rayón 620x1 HMLS-PET 550x1,500 T/m S 500 T/m S, 500 T/m Z. Sin embargo, el rayón también presenta una bajo alargamiento de rotura y baja energía de rotura. Un neumático que presenta un cordón como soporte de refuerzo de la carcasa también presenta desventajas en términos de durabilidad bajo tensión de impacto. El documento EP 2708380 A1 describe una capa de carcasa que comprende un cordón de refuerzo hecho de dos hilos de PET, cada uno con una finura de 5000 dtex, que están retorcidos entre sí en sus extremos a entre 100 t/m y 600 t/m.
El documento US 2012/205019 A1 divulga HMLS-PET como un material adecuado para cordones de refuerzo de carcasa. No divulga nada sobre la medida para la torsión final de los hilos para formar cordones.
El documento EP 2123481 A1 divulga un neumático que presenta una carcasa con un cordón de refuerzo hecho de dos hilos de poliéster, cada uno con una finura de 2300 dtex, que están trenzados entre sí a 8,8 vueltas por pulgada.
El documento EP 1798 073 A1 divulga un cordón de carcasa hecho de dos hilos PEN, cada uno con una finura de 1100 dtex, que están retorcidos entre sí a 44 t/m.
La presente invención tiene el objeto subyacente de proporcionar una capa de soporte de refuerzo de la carcasa de un neumático de vehículo que presente una mayor durabilidad frente a tensiones de impacto.
El objeto se logra retorciendo entre sí los dos hilos para formar un cordón con un factor de torsión de 270 a 350, de manera especialmente preferida de 280 a 320.
El “factor de torsión” es una medida de la torsión teniendo en cuenta la finura.
El factor de torsión se define como el número de vueltas [T/m]* (finura de hilo [dtex]/10000)1/2. El número de vueltas está indicado en vueltas por metro. El factor de torsión de un cordón es la finura de hilo, la finura del cordón, es decir, la suma de las finuras de los hilos del cordón. En el caso del factor de torsión de un hilo, la finura de hilo es la finura del hilo respectivo.
Se ha demostrado que un cordón con un factor de torsión tan grande presenta un alargamiento de rotura muy aumentado. Lo importante aquí es que el número de vueltas se adapte a la finura del cordón. Al retorcer los filamentos con un factor de torsión tan alto de 270 a 350, de manera especialmente preferida de 280 a 320, se colocan en una trayectoria helicoidal con un ángulo de paso pequeño. Esto permite durante el estiramiento un fuerte estiramiento geométrico de los filamentos del cordón cuando se estira. Debido al alto factor de torsión, los filamentos alcanzan su propio alargamiento solo con un alargamiento mayor que en cordones con un factor de torsión menor, especialmente que en cordones de la misma finura pero con un factor de torsión menor. Como resultado, el alargamiento de rotura aumenta considerablemente. Una capa de soporte de refuerzo que presenta tales cordones como refuerzos presenta así una mayor durabilidad bajo tensión de impacto. Una capa de soporte de refuerzo de este tipo es ideal como capa de carcasa de un neumático de vehículo.
Por otra parte, un factor de torsión del cordón incluso superior a 400 puede conducir a una torsión excesiva del cordón, lo que puede presentar un impacto negativo en la resistencia a la fatiga a medida que aumentan los costes de producción. Además, si el factor de torsión es demasiado alto, el módulo de elasticidad y la resistencia pueden disminuir. Sin embargo, con un factor de torsión menor que 250, el efecto beneficioso de la torsión sobre el alargamiento de rotura es pequeño.
En una forma de realización preferida, al menos uno de los dos filamentos es un filamento hecho de tereftalato de polietileno de baja contracción y alto módulo (HMLS-PET). El soporte de refuerzo hecho de HMLS-PET presenta una contracción baja, como resultado de lo cual un neumático que presenta una capa de carcasa con dicho refuerzo presenta una constricción de flanco ventajosamente baja. Los ensayos han demostrado que los cordones de HMLS-PET con un factor de torsión de 270 a 350, de manera especialmente preferida de 280 a 320, presentan un alargamiento de rotura ventajosamente grande.
En otra forma de realización preferida, al menos uno de los dos filamentos es un filamento de naftalato de polietileno (PEN). PEN también muestra una baja contracción. PEN también presenta un módulo de elasticidad ventajoso. Mediante el aumento del alargamiento de rotura debido al alto factor de torsión de 270 a 350, de manera especialmente preferida de 280 a 320, un soporte de refuerzo de este tipo es ideal para una capa de soporte de refuerzo, en particular para una capa de soporte de refuerzo de la carcasa de un neumático de vehículo.
De acuerdo con la invención, el cordón está formado exactamente por dos filamentos. Un cordón de este tipo también es fácil y económico de producir.
Es ventajoso que todos los filamentos de ambos filamentos estén hechos del mismo material. Los cordones hechos con filamentos HMLS-PET o cordones hechos con filamentos PEN son comunes y se prueban como parte de los cordones de resistencia de la carcasa. El alto factor de torsión mejora significativamente el alargamiento de rotura de estos cordones. Al mismo tiempo es posible una construcción sencilla.
Ha demostrado ser especialmente conveniente si el cordón presenta exactamente dos filamentos y si estos dos filamentos están hechos de HMLS-PET o si estos dos filamentos están hechos de PEN. Un cordón de este tipo es ideal como soporte de refuerzo de la carcasa.
También es ventajoso que todos los filamentos de ambos filamentos tengan la misma configuración en cuanto a su finura y/o su número de vueltas. Un cordón simétrico de este tipo puede optimizarse fácilmente en lo que respecta a las tensiones internas.
También es ventajoso que el número de vueltas de cada filamento de ambos filamentos corresponda al número de vueltas del cordón. Un cordón simétrico de este tipo se puede fabricar mediante un proceso económico de un solo paso.
Una construcción particularmente ventajosa del cordón resulta cuando los dos filamentos se retuercen primero en una primera dirección y finalmente los dos filamentos se retuercen entre sí para formar el cordón en una segunda dirección que es diferente de la primera dirección. Por ejemplo, todos los filamentos se pueden retorcer en la dirección S y el cordón en la dirección Z, o todos los filamentos se pueden retorcer en la dirección Z y el cordón en la dirección S. También es ventajoso que ambos filamentos presenten cada uno una finura de 500 dtex a 5000 dtex, preferiblemente de 550 dtex a 4000 dtex, de manera especialmente preferida de 1000 dtex a 3500 dtex.
Una forma de realización especialmente ventajosa, en particular para una carcasa de un neumático de vehículo, ha resultado ser que el cordón esté formado exactamente por dos filamentos HMLS-PET y que ambos filamentos presenten cada uno una finura de 1440 dtex, 1670 dtex, 2200 dtex, 2880 dtex o 3340 dtex. Tales cordones presentan excelentes propiedades de fuerza-alargamiento para una capa de soporte de refuerzo de la carcasa de un neumático de vehículo.
Sin embargo, también son ventajosos filamentos más finos con exactamente dos filamentos HMLS-PET con una finura de 550 dtex, 720 dtex o 1100 dtex. Estos cordones de carcasa delgados permiten obtener un neumático con baja resistencia a la rodadura.
Es ventajoso para la capa de soporte de refuerzo de una carcasa de un neumático de vehículo si el cordón presenta un alargamiento de rotura de al menos el 20,0 %, preferiblemente al menos el 21,0 %, medido de acuerdo con la norma ASTM D885M.
La invención comprende además un neumático de vehículo que presenta una capa de soporte de refuerzo de acuerdo con la invención de la carcasa. La carcasa puede presentar una o más capas de refuerzo. Un neumático de vehículo de este tipo presenta una durabilidad mejorada, particularmente frente a tensiones de impacto. Es especialmente ventajoso que todas las capas de carcasa estén diseñadas de acuerdo con la invención.
Puede ser un neumático para un turismo, una furgoneta, un todoterreno, una camioneta, vehículo comercial, motocicleta o autobús.
La Tabla 1 muestra valores para el alargamiento de rotura de cordones elaborados con dos filamentos de la misma finura y misma dirección de torsión hechos de HLMS-PET. La dirección de torsión del cordón es opuesta. Los filamentos presentan el mismo número de vueltas que el cordón.
Los filamentos de ejemplo 1, 2 y 3 presentan un factor de torsión convencional inferior a 205. Con cada uno de los cordones de muestra se compara con un cordón de la misma finura pero con un factor de torsión entre 290 y 300. Hay un aumento significativo en el alargamiento de rotura de al menos un 4 % hasta más del 21,0 %.
Los cordones 1, 2 y 3 presentan una fuerza de rotura algo reducida en comparación con el respectivo cordón de ejemplo, pero suficiente para el uso como soporte de refuerzo de una capa de carcasa de un neumático de vehículo.
Tabla 1
Otras características, ventajas y detalles de la invención se explicarán ahora con más detalle con ayuda de los dibujos esquemáticos, que representan ejemplos de realización. En este caso, muestra la
Fig. 1, una sección transversal radial de un neumático de vehículo de acuerdo con la invención;
Fig. 2, muestra una sección de un cordón como soporte de refuerzo de una capa de soporte de refuerzo de acuerdo con la invención.
La Figura 1 muestra una sección transversal radial de un neumático de vehículo 11 para un turismo. Los componentes esenciales de los que está compuesto el neumático de vehículo 11 mostrado son en gran medida una capa interior 1 hermética al aire, presentando aquí una carcasa 2 una capa de soporte de refuerzo 9, que en la manera convencional alcanza desde la zona cenital del neumático de vehículo a través de las paredes laterales 3 hasta las zonas de talón 4 y allí está anclada mediante bucles de núcleos de talón 5 resistentes a la tracción, comprende una banda de rodadura 6 perfilada situada radialmente en el exterior de la carcasa 2 y un cinturón 7 dispuesto entre la banda de rodadura 6 y la carcasa 2 y que incluye dos capas de soporte de refuerzo, que está cubierto radialmente en el exterior con la venda de cinturón 8.
En el caso de neumáticos de vehículo 11 de diseño radial, los soportes de refuerzo de la capa 9 de la carcasa 2 están en dispuestos aproximadamente paralelos entre sí en aproximadamente la dirección radial rR. Para un neumático de vehículo 11 de otro diseño, los soportes de refuerzo de la capa de carcasa 9 también pueden estar en un ángulo mayor que 0° con respecto a la dirección radial rR. La capa de soporte de refuerzo 9 de acuerdo con la invención es adecuada para ambos tipos de neumáticos de vehículos 11.
La Figura 2 muestra una sección de un cordón 20 para una capa de soporte de refuerzo 9 de la carcasa 2. El cordón 20 se compone exactamente de dos filamentos 21,22 de poliéster con un factor de torsión de 270 a 350, especialmente preferido con 280 a 320, se retuercen entre sí para formar un cordón 20. Los dos filamentos 21,22 están configurados idénticos en su finura y en su número de vueltas. El número de vueltas de los filamentos 21,22 corresponde al número de vueltas del cordón 20. Los filamentos 21,22 se retuercen primero en una primera dirección y se retuercen finalmente entre sí en una segunda dirección diferente de la primera dirección para formar el cordón. Los filamentos 21, 22 presentan cada uno una finura de 500 dtex a 5000 dtex, preferiblemente de 550 dtex a 4000 dtex, de manera particularmente preferida de 1000 dtex a 3500 dtex. El Cordón 20 puede presentar un alargamiento de rotura >20 %. Los filamentos 21, 22 pueden estar hechos ambos de PEN. Los dos filamentos 21, 22 sin embargo también pueden estar hechos de HMLS-PET. Si los dos filamentos 21, 22 están hechos de HMLS-PET, puede ser uno cordón de construcción 1440x2, 1670x2, 2200x2, 2880x2 o 3340x2. En particular puede ser el cordón 1, cordón 2 o cordón 3.
Puede ser un cordón 20 para una capa de carcasa de un neumático de automóvil. En particular, éste es un neumático de automóvil 11 como se muestra en la Fig. 1.
Lista de símbolos de referencia
(parte de la descripción)
1 capa interna
2 carcasa
3 pared lateral
4 zona de talón
5 núcleo de talón
6 banda de rodadura
7 cinturón
8 venda de cinturón
9 capa de soporte de refuerzo
20 cordón
21 filamento
22 filamento
rR dirección radial
aR dirección axial

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Capa de soporte de refuerzo (9) de la carcasa (2) de un neumático de vehículo (11) que presenta refuerzos, en donde los soportes de refuerzo dentro de la capa de soporte de refuerzo (9) están dispuestos esencialmente paralelos entre sí y están incrustados en material elastomérico, con al menos un soporte de refuerzo en forma de cordón (20) de dos filamentos (21,22) que están retorcidos entre sí en sus extremos, y en donde los dos filamentos (21, 22) están hechos de poliéster y en donde el cordón (20) presenta exactamente dos filamentos (21,22), caracterizada por que
los dos filamentos (21, 22) con un factor de torsión de 270 a 350, de manera especialmente preferida de 280 a 320, se retuercen entre sí para formar el cordón (20), definiéndose el factor de torsión como
Número de vueltas[T/m ] * ( Finura de hilo [d tex ]/ 10000) V1.
en donde el número de vueltas está indicado en vueltas por metro y en donde la finura de hilo es la finura del cordón, es decir, la suma de las finuras de los filamentos del cordón.
2. Capa de soporte de refuerzo (9) según la reivindicación 1, caracterizada por que al menos un filamento (21,22) de los dos filamentos (21,22) es un filamento (21,22) hecho de tereftalato de polietileno de alto módulo y baja contracción (HMLS-PET).
3. Capa de soporte de refuerzo (9) según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que al menos un filamento (21,22) de los dos filamentos (21,22) es un filamento de naftalato de polietileno (PEN).
4. Capa de soporte de refuerzo (9) según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que todos los filamentos (21,22) de los dos filamentos (21,22) están fabricados del mismo material.
5. Capa de soporte de refuerzo (9) según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que todos los filamentos (21, 22) de los dos filamentos (21, 22) están configurados iguales en su finura y/o en su número de vueltas.
6. Capa de soporte de refuerzo (9) según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el número de vueltas de cada filamento (21, 22) de los dos filamentos (21, 22) corresponde al número de vueltas del cordón (20).
7. Capa de soporte de refuerzo (9) según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que los dos filamentos (21, 22) se retuercen primero en una primera dirección y los dos filamentos (21, 22) finalmente se retuercen entre sí para formar el cordón (20) en una segunda dirección que es diferente de la primera dirección.
8. Capa de soporte de refuerzo (9) según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que los dos filamentos (21, 22) presentan cada uno una finura de 500 dtex a 5000 dtex, preferiblemente de 550 dtex a 4000 dtex, de forma especialmente preferida de 1000 dtex a 3500 dtex.
9. Capa de soporte de refuerzo (9) según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el cordón (20) está formado exactamente por dos filamentos (21, 22) de HMLS-PET y que los dos filamentos (21, 22) presentan cada uno una finura de 1440 dtex, 1670 dtex, 2200 dtex, 2880 dtex o 3340 dtex.
10. Capa de soporte de refuerzo (9) según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el cordón (20) está formado exactamente por dos filamentos (21, 22) de HMLS-PET y que los dos filamentos (21, 22) presentan cada uno una finura de 550 dtex, 720 dtex o 1100 dtex.
11. Capa de soporte de refuerzo (9) según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el cordón (20) presenta un alargamiento de rotura de al menos el 20,0 %, preferiblemente al menos el 21,0 %, medido según la norma ASTM D885M.
12. Neumático de vehículo (11) que presenta una carcasa (2) con al menos una capa de soporte de refuerzo (9) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores.
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