IT201800007025A1

IT201800007025A1 - TIRES TREAD TBR OF DRIVE WHEELS

Info

Publication number: IT201800007025A1
Application number: IT102018000007025A
Authority: IT
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2020-01-09

Description

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:

“BATTISTRADA DI PNEUMATICI TBR DI RUOTE MOTRICI” "TREAD OF TBR TIRES OF DRIVE WHEELS"

La presente invenzione è relativa a un battistrada di pneumatici motrici TBR. The present invention relates to a TBR drive tire tread.

La sigla “TBR” è l’acronimo della dicitura inglese “Truck & Bus Radial Tire”. The abbreviation "TBR" is the acronym of the English term "Truck & Bus Radial Tire".

Come è immediato aspettarsi, per gli pneumatici TBR è necessariamente richiesto un livello di resistenza all’usura notevolmente superiore rispetto agli pneumatici per passeggeri. Infatti, gli pneumatici TBR sono predisposti sia ad essere sottoposti a dei carichi molto elevati sia a percorrere strade dissestate. As can be expected, a significantly higher level of wear resistance is necessarily required for TBR tires than passenger tires. In fact, TBR tires are designed both to be subjected to very high loads and to drive on rough roads.

Da tempo, anche nel campo degli pneumatici TBR una parte della ricerca è rivolta a migliorarne le prestazioni in termini di resistenza al rotolamento. For some time, even in the field of TBR tires, part of the research has been aimed at improving their performance in terms of rolling resistance.

Come è noto ai tecnici del settore, una soluzione per migliorare la resistenza al rotolamento del battistrada di uno pneumatico riguarda un aumento della quantità di silice nella relativa mescola in gomma. As is known to those skilled in the art, a solution for improving the rolling resistance of the tread of a tire concerns an increase in the quantity of silica in the relative rubber compound.

Tuttavia, un aumento della quantità di silice in sostituzione del nero di carbonio in mescola provoca necessariamente una diminuzione della resistenza all’usura e della conducibilità elettrica del battistrada. However, an increase in the amount of silica to replace the carbon black in the compound necessarily causes a decrease in the wear resistance and electrical conductivity of the tread.

Ovviamente, per gli penumatici TBR non può assolutamente essere accettato un peggioramento in termini di resistenza all’usura in virtù di un miglioramento in termini di resistenza al rotolamento. Obviously, for TBR tires, a deterioration in terms of wear resistance by virtue of an improvement in terms of rolling resistance cannot be accepted at all.

Inoltre, i suddetti svantaggi in termini di resistenza all’usura e di conducibilità elettrica sono maggiormente sentiti qualora si riferiscano a pneumatici di ruote motrici. Furthermore, the aforementioned disadvantages in terms of wear resistance and electrical conductivity are more felt when they refer to drive wheel tires.

Le ruote motrici sono le ruote di un mezzo di locomozione a cui è traferita la forza sprigionata dal motore sotto forma di coppia, attraverso l'albero di trasmissione e il differenziale. Le ruote motrici sono, quindi, collegate al motore e permettono al veicolo di muoversi per effetto delle forze di attrito scambiate tra queste e la strada. Come può sembrare immediato ad un tecnico del ramo, le ruote motrici hanno una dinamica di usura differente dalle ruote di rimorchio, in quanto sono soggette ad un elevato momento torcente e ad un elevato rapporto di slittamento. The driving wheels are the wheels of a means of locomotion to which the force released by the engine is transferred in the form of torque, through the transmission shaft and the differential. The driving wheels are therefore connected to the engine and allow the vehicle to move due to the frictional forces exchanged between them and the road. As may seem immediate to a person skilled in the art, the driving wheels have a different wear dynamics from the trailer wheels, as they are subject to a high torque and a high slip ratio.

Inoltre, poiché in un camion o in un bus la maggioranza delle ruote è costituito dalle ruote motrici, una assenza di conducibilità di queste ultime costituirebbe un impedimento estremamente gravoso alla scarica al suolo delle cariche elettrostatiche, che inevitabilmente si formano sulla scocca del veicolo. Furthermore, since in a truck or bus the majority of the wheels are made up of the drive wheels, an absence of conductivity of the latter would constitute an extremely serious impediment to the discharge to the ground of electrostatic charges, which inevitably form on the vehicle body.

Era, quindi, sentita l’esigenza di disporre di una soluzione per battistrada degli pneumatici TBR di ruote motrici che permettesse di garantire un miglioramento in termini di resistenza al rotolamento, senza per questo peggiorare la resistenza all’usura e/o compromettere la conducibilità elettrica dello pneumatico nel suo complesso. Therefore, the need was felt to have a tread solution for TBR tires of drive wheels that would allow to guarantee an improvement in terms of rolling resistance, without thereby worsening wear resistance and / or compromising electrical conductivity. of the tire as a whole.

Oggetto della presente invenzione è uno pneumatico TBR di una ruota motrice comprendente un battistrada definente parte di una superficie di rotolamento dello pneumatico, e un elemento conduttore avente una resistività elettrica inferiore a 10<9 >Ohm x cm e definente parte della detta superficie di rotolamento; detto battistrada e detto elemento conduttore essendo realizzati con rispettivamente una prima e una seconda mescola; detto pneumatico essendo caratterizzato dal fatto detta prima mescola comprende una base polimerica a catena insatura reticolante comprendente dal 40 al 80 % in peso di una gomma stirene-butadiene (SBR), un riempitivo comprendente dal 40 al 80 % in peso di silice e un sistema di vulcanizzazione; detta seconda mescola avendo un rispettivo valore di resistenza all’usura che differisce in percentuale dal valore di resistenza all’usura di detta prima mescola di meno del 10% in valore assoluto. The subject of the present invention is a TBR tire of a driving wheel comprising a tread defining part of a rolling surface of the tire, and a conducting element having an electrical resistivity lower than 10 <9> Ohm x cm and defining part of said rolling surface ; said tread and said driving element being made with a first and a second compound respectively; said tire being characterized by the fact that said first blend comprises a cross-linking unsaturated chain polymer base comprising from 40 to 80% by weight of a styrene-butadiene rubber (SBR), a filler comprising from 40 to 80% by weight of silica and a system vulcanization; said second compound having a respective wear resistance value which differs in percentage from the wear resistance value of said first compound by less than 10% in absolute value.

Qui e nel seguito con la dicitura “battistrada” si intende l’insieme della porzione “cap” e della porzione “base” del battistrada. Infatti, molti pneumatici hanno un battistrada composto dalla combinazione delle suddette porzioni, le cui rispettive mescole si differenziano tra loro e il cui relativo spessore varia a seconda della tipologia del relativo pneumatico. In questo modo, si sottintende che la presente invenzione può essere applicata o alla sola mescola relativa alla porzione cap o ad entrambe le mescole relative rispettivamente alla porzione cap e alla porzione base. Here and in the following, the wording "tread" means the whole of the "cap" portion and the "base" portion of the tread. In fact, many tires have a tread composed of the combination of the aforesaid portions, the respective compounds of which differ from each other and the relative thickness of which varies according to the type of the relative tire. In this way, it is understood that the present invention can be applied either to the mixture relating to the cap portion alone or to both the compounds relating to the cap portion and the base portion respectively.

Qui e nel seguito, con il termine “base polimerica a catena insatura reticolabile” si intende un qualsiasi polimero non reticolato naturale o sintetico in grado di assumere tutte le caratteristiche chimico-fisiche e meccaniche tipicamente assunte dagli elastomeri in seguito a reticolazione (vulcanizzazione) con sistemi a base di zolfo. Here and in the following, the term "cross-linkable unsaturated chain polymer base" means any natural or synthetic non-cross-linked polymer capable of assuming all the chemical-physical and mechanical characteristics typically assumed by elastomers following cross-linking (vulcanization) with sulfur-based systems.

Qui e nel seguito, per “sistema di vulcanizzazione” si intende un complesso di ingredienti comprendente almeno zolfo e dei composti acceleranti, che nella preparazione della mescola vengono aggiunti in una fase finale di miscelazione, ed hanno lo scopo di promuovere la vulcanizzazione della base polimerica una volta che la mescola viene sottoposta ad una temperatura di vulcanizzazione. Here and in the following, "vulcanization system" means a complex of ingredients comprising at least sulfur and accelerating compounds, which in the preparation of the mix are added in a final mixing step, and have the purpose of promoting the vulcanization of the polymer base once the compound is subjected to a vulcanization temperature.

Preferibilmente, la base polimerica a catena insatura reticolante comprende dal 50 al 70 % in peso di una gomma stirene-butadiene (SBR). Preferably, the cross-linking unsaturated chain polymer base comprises from 50 to 70% by weight of a styrene-butadiene rubber (SBR).

Preferibilmente, la base polimerica comprende dal 60 al 20 % in peso di gomma naturale. Preferably, the polymeric base comprises from 60 to 20% by weight of natural rubber.

Preferibilmente, il riempitivo comprende dal 50 al 70 % in peso di silice. Preferably, the filler comprises from 50 to 70% by weight of silica.

Preferibilmente, il riempitivo comprende dal 60 al 20 % in peso di nero di carbonio. Preferably, the filler comprises from 60 to 20% by weight of carbon black.

Di seguito sono riportati degli esempi realizzativi a puro titolo illustrativo e non limitativo con l’ausilio della figura allegata la quale è una sezione assiale di con parti asportate per chiarezza di una preferita forma di realizzazione dello pneumatico oggetto della presente invenzione. Below are examples of embodiments purely for illustrative and non-limiting purposes with the aid of the attached figure which is an axial section of with parts removed for clarity of a preferred embodiment of the tire object of the present invention.

ESEMPI EXAMPLES

In figura è indicato nel suo complesso con 1 uno pneumatico TBR oggetto della presente invenzione. In the figure 1 indicates as a whole a TBR tire object of the present invention.

Lo pneumatico 1 comprende una battistrada 2 composto da una porzione base 3 e una porzione cap 4. Lo pneumatico 1 comprende, inoltre, un elemento conduttivo 5 che comunemente è chiamato “antenna”. The tire 1 comprises a tread 2 consisting of a base portion 3 and a cap portion 4. The tire 1 also comprises a conductive element 5 which is commonly called an "antenna".

Come illustrato in figura, la porzione cap 4 del battistrada 2 e l’elemento conduttivo 5 contribuiscono a definire una superficie di rotolamento 6. As shown in the figure, the cap portion 4 of the tread 2 and the conductive element 5 help to define a rolling surface 6.

Di seguito sono descritti degli esempi di mescola relativi alla porzione cap 4 del battistrada 2. Nello specifico sono state preparate cinque mescole di confronto (A – E) e una mescola dell’invenzione (F). Le mescole A – F si differenziano tra loro per composizione delle rispettive basi polimeriche a catena insatura reticolabile e per la composizione del riempitivo. Below are described some examples of compounds relating to the cap portion 4 of the tread 2. Specifically, five comparative compounds (A - E) and a compound of the invention (F) were prepared. The A - F compounds differ from each other in the composition of the respective crosslinkable unsaturated chain polymeric bases and in the composition of the filler.

Di seguito è riportata la procedura di preparazione delle mescole descritte negli esempi. Tale procedura non rappresenta una limitazione per la presente invenzione. The procedure for preparing the compounds described in the examples is shown below. This procedure does not represent a limitation for the present invention.

- preparazione delle mescole – - preparation of the compounds -

(1a fase di miscelazione) (1st mixing phase)

In un miscelatore con rotori tangenziali e di volume interno compreso tra 230 e 270 litri, sono stati caricati prima dell'inizio della miscelazione gli ingredienti riportati nella Tabella I ad esclusione degli agenti di vulcanizzazione e dell’ossido di zinco, raggiungendo un fattore di riempimento compreso tra 66-72%. In a mixer with tangential rotors and internal volume between 230 and 270 liters, the ingredients listed in Table I were loaded before the start of mixing, with the exception of the curing agents and zinc oxide, reaching a filling factor between 66-72%.

Il miscelatore è stato azionato ad una velocità compresa tra 40-100 giri/minuto, e la miscela formatasi è stata scaricata una volta raggiunta una temperatura compresa tra 140-170°C. The mixer was operated at a speed between 40-100 rpm, and the mixture formed was discharged once a temperature between 140-170 ° C was reached.

(2a fase di miscelazione) (2nd mixing stage)

La miscela così realizzata è stata nuovamente lavorata in miscelatore azionato ad una velocità compresa tra 40-60 giri/minuto. Successivamente, la mescola viene scaricata una volta raggiunta una temperatura compresa tra 130-150°C. The mixture thus obtained was again processed in a mixer operated at a speed of between 40-60 rpm. Subsequently, the mixture is discharged once it reaches a temperature between 130-150 ° C.

(fase finale di miscelazione) (final mixing phase)

Alla miscela ottenuta dalla precedente fase di miscelazione sono stati aggiunti gli agenti di vulcanizzazione e l’ossido di zinco raggiungendo un fattore di riempimento compreso tra 63-67%. The vulcanization agents and zinc oxide were added to the mixture obtained from the previous mixing phase, reaching a filling factor of between 63-67%.

Il miscelatore è stato azionato ad una velocità compresa tra 20-40 giri/minuto, e la miscela formatasi è stata scaricata una volta raggiunta una temperatura compresa tra 100-110°C. The mixer was operated at a speed between 20-40 rpm, and the mixture formed was discharged once a temperature between 100-110 ° C was reached.

In Tabella I sono riportate le composizioni in phr delle mescole degli esempi In Table I the phr compositions of the compounds of the examples are reported

TABELLA I TABLE I

S-SBR è una base polimerica ottenuta mediante un processo di polimerizzazione in soluzione con un peso molecolare medio compreso rispettivamente tra 500x10<3 >e tra 1500x10<3>, con un contenuto di stirene compreso tra 20 e 45%. S-SBR is a polymeric base obtained by a solution polymerization process with an average molecular weight between 500x10 <3> and 1500x10 <3> respectively, with a styrene content between 20 and 45%.

NR è una gomma 1,4-cis poliisoprene di origine naturale. NR is a 1,4-cis polyisoprene rubber of natural origin.

BR è una gomma butadiene con un contenuto di almeno il 40% di 1,4 cis. BR is a butadiene rubber with a content of at least 40% of 1.4 cis.

Il Nero di Carbonio utilizzato è del tipo N134. The carbon black used is of the N134 type.

La silice utilizzata è La silice utilizzata è commercializzata con il nome VN3 dalla società EVONIK e presenta un area superficiale di circa 170 m<2>/g. The silica used is The silica used is marketed under the name VN3 by the company EVONIK and has a surface area of about 170 m <2> / g.

L’accelerante di vulcanizzazione utilizzato è benzotiazil-cicloesil-sulfenammide (CBS). The vulcanization accelerator used is benzothiazyl-cyclohexyl-sulfenamide (CBS).

La differente quantità di accelerante utilizzata nelle diverse mescole deriva dalla differente quantità di silice utilizzata. Come è noto ad un esperto del ramo, la presenza di silice modifica le caratteristiche reologiche della mescola risultante imponendo così di adattare di conseguenza, la quantità di silice utilizzata. The different quantity of accelerator used in the different compounds derives from the different quantity of silica used. As is known to a person skilled in the art, the presence of silica modifies the rheological characteristics of the resulting blend, thus requiring the amount of silica used to be adapted accordingly.

Le mescole riportate in Tabella I sono state sottoposte ad una serie di test per poterne valutare le proprietà legate alla resistenza al rotolamento, alla tenuta su strada, alla resistenza all’abrasione e alla resistività elettrica. The compounds shown in Table I have been subjected to a series of tests in order to evaluate their properties related to rolling resistance, road holding, abrasion resistance and electrical resistivity.

La resistenza all’usura è stata misurata in accordo con la norma ISO 4649 e ulteriormente confermata dalla diretta comparazione di alcuni pneumatici standard contro alcuni pneumatici secondo l’invenzione tramite Test su campo, per mezzo di un truck, caricato nominalmente e percorrente per 24Hrs giornaliere un itinerario fissato, rappresentativo dell'applicazione del pneumatico stesso. Wear resistance was measured in accordance with ISO 4649 and further confirmed by the direct comparison of some standard tires against some tires according to the invention through Field tests, by means of a truck, nominally loaded and running for 24Hrs a day. a fixed itinerary, representative of the application of the tire itself.

La resistenza al rotolamento è stata misurata in accordo con la norma ISO 4664. In particolare, com’è noto ad un tecnico del ramo, il parametro di resistenza al rotolamento è valutato in funzione dei valori di tanδ (minore è il valore di tanδ, migliore risulta la resistenza al rotolamento). The rolling resistance was measured in accordance with the ISO 4664 standard. In particular, as is known to a technician in the art, the rolling resistance parameter is evaluated as a function of the tanδ values (the lower the tanδ value, the better the rolling resistance).

La resistività elettrica è stata misurata in accordo con la norma ASTM D991-89. The electrical resistivity was measured in accordance with the ASTM D991-89 standard.

Nella Tabella II sono riportati i risultati ottenuti dai test di cui sopra. I risultati relativi alla resistenza al rotolamento e alla resistenza all’usura sono espressi in forma indicizzata sulla base dei risultati ottenuti dalla mescola di confronto (A) che rappresenta una mescola comunemente utilizzata per il battistrada di uno pneumatico TBR. Table II shows the results obtained from the above tests. The results relating to rolling resistance and wear resistance are expressed in indexed form based on the results obtained from the comparison compound (A) which represents a compound commonly used for the tread of a TBR tire.

TABELLA II TABLE II

Come appare evidente dai dati riportati in Tabella II, la mescola realizzata secondo i dettami della presente invenzione (F) riesce, mediante l’uso di silice e di SBR secondo la presente invenzione, a garantire, rispetto all’attuale tecnologia, dei miglioramenti in termini di resistenza al rotolamento senza, per questo, pregiudicare la resistenza all’usura. As is evident from the data reported in Table II, the compound made according to the dictates of the present invention (F) is able, through the use of silica and SBR according to the present invention, to guarantee, with respect to the current technology, improvements in terms of rolling resistance without compromising wear resistance.

Gli elevati valori di resistività elettrica riscontrati per la mescola dell’invenzione F comportano una bassa conducibilità elettrica del battistrada risultante che, tuttavia, viene compensata dalla presenza dell’elemento conduttivo 5 come da figura allegata. The high electrical resistivity values found for the compound of the invention F result in a low electrical conductivity of the resulting tread which, however, is compensated by the presence of the conductive element 5 as per the attached figure.

Infatti, l’elemento conduttivo 5 presenterà una prima estremità a contatto con il terreno in quanto costituisce una parte della superficie di rotolamento e con una altra estremità è connesso con i componenti conduttivi disposti all'interno dello pneumatico. In questo modo, le cariche elettrostatiche che si formano necessariamente sulla scossa del veicolo vengono scaricate dal cerchione metallico alla superficie della strada attraverso le parti conduttrici dello pneumatico compreso l’elemento conduttivo 5. In fact, the conductive element 5 will have a first end in contact with the ground as it constitutes a part of the rolling surface and with another end it is connected with the conductive components arranged inside the tire. In this way, the electrostatic charges that are necessarily formed on the shock of the vehicle are discharged from the metal rim to the surface of the road through the conductive parts of the tire including the conductive element 5.

Di seguito è riportata in Tabella III la composizione dell’elemento conduttivo 5. Sempre in Tabella III è riportato nell’ultima riga il corrispondente valore di resistenza all’usura indicizzato alla mescola A di Tabella I e di resistività elettrica. The composition of the conductive element 5 is shown below in Table III. Also in Table III the corresponding value of wear resistance indexed to compound A of Table I and of electrical resistivity is shown in the last line.

TABELLA III TABLE III

Le specifiche degli ingredienti della mescola della Tabella III e i riferimenti per il rilevamento dei valori di resistenza all’usura e di resistività elettrica sono i medesimi di quelli sopra indicati in riferimento alle Tabelle I e II. The specifications of the ingredients of the compound in Table III and the references for the detection of wear resistance and electrical resistivity values are the same as those indicated above in reference to Tables I and II.

Dai dati riportati in Tabella III si evince chiaramente come l’elemento conduttivo soddisfi i requisiti di conducibilità e di resistenza all’usura richiesti. The data shown in Table III clearly shows how the conductive element meets the required conductivity and wear resistance requirements.

Infatti, l’efficacia dell’elemento conduttivo si ottiene qualora presenti una resistività elettrica inferiore a 10<9 >Ohm x cm per poter garantire la scarica a terra delle cariche elettrostatiche che si formano sulla scocca del veicolo, e una resistenza all’usura che si discosti di meno del 10% da quella del battistrada per poter garantire che un consumo uniforme delle superficie di rotolamento nel suo complesso. In fact, the effectiveness of the conductive element is obtained if it has an electrical resistivity lower than 10 <9> Ohm x cm in order to guarantee the discharge to earth of the electrostatic charges that are formed on the vehicle body, and a resistance to wear that deviates by less than 10% from that of the tread in order to ensure that uniform wear of the running surfaces as a whole.

Claims

1. TBR tire (1) of a driving wheel comprising a tread (2) defining part of a rolling surface (6) of the tire, and a conductive element (5) having an electrical resistivity lower than 10 <9> Ohm x cm and defining part of said rolling surface (6); said tread and said driving element being made with a first and a second compound respectively; said tire being characterized by the fact that said first blend comprises a cross-linking unsaturated chain polymer base comprising from 40 to 80% by weight of a styrene-butadiene rubber (SBR), a filler comprising from 40 to 80% by weight of silica and a system vulcanization; said second compound having a respective wear resistance value that differs in percentage from the wear resistance value of said first compound by less than 10% in absolute value.

2. TBR tire according to claim 1, characterized in that the cross-linking unsaturated chain polymer base comprises from 50 to 70% by weight of a styrene-butadiene rubber (SBR).

TBR tire according to claim 1 or 2, characterized in that the filler comprises from 50 to 70% by weight of silica.

4. TBR tire according to claim 1, characterized in that the filler comprises from 60 to 20% by weight of carbon black.

5. TBR tire according to claim 1, characterized in that the polymeric base comprises from 60 to 20% by weight of natural rubber.