IT202000015664A1 - Processo di produzione di un componente di rinforzo per uno pneumatico, e relativo processo di produzione di pneumatici - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
Titolo: PROCESSO DI PRODUZIONE DI UN COMPONENTE DI RINFORZO PER UNO PNEUMATICO, E RELATIVO PROCESSO DI PRODUZIONE DI PNEUMATICI Campo tecnico dell?invenzione
La presente invenzione riguarda un processo di produzione di un componente di rinforzo per uno pneumatico, e un relativo processo di produzione di pneumatici comprendenti tale componente di rinforzo.
Stato della tecnica
Uno pneumatico per ruote di veicoli tipicamente comprende componenti di rinforzo, comprendenti elementi allungati (e.g. cordicelle) e una mescola elastomerica che ingloba gli elementi allungati.
Tipicamente tali componenti di rinforzo possono essere ad esempio uno o pi? strati che realizzano la struttura di carcassa e/o la struttura di cintura dello pneumatico, oltre a poter essere gli strati di protezione (chafer) o rinforzo (flipper) del fianco e delle strutture di tallone dello pneumatico.
I componenti di rinforzo tipicamente assolvono a differenti funzioni che possono essere strutturali, di contenimento e/o di protezione, e al fine di assicurare l?integrit? di tali componenti ? opportuno controllare che i loro elementi allungati aderiscano tenacemente alla mescola elastomerica, onde evitare lacerazioni e disgregazioni del materiale composito.
Tipicamente, i materiali utilizzati per realizzare gli elementi allungati possono essere tessili o metallici, a seconda del posizionamento e/o delle tipologie e/o dell?utilizzo degli pneumatici.
In particolare, i materiali tessili pi? comunemente utilizzati possono essere materiali polimerici di derivazione naturale come ad esempio rayon e lyocell, o alternativamente materiali sintetici come ad esempio poliammidi alifatiche (nylon), poliesteri e poliammidi aromatiche (genericamente note come aramidi). Tali materiali sono selezionati in funzione del componente strutturale in cui gli elementi allungati verranno incorporati, in funzione del tipo di pneumatico (per veicoli a due o quattro ruote, per veicoli pesanti) e in funzione delle prestazioni richieste allo pneumatico come ad esempio HP (alte prestazioni), UHP (altissime prestazioni), competizioni, su strada o fuori strada.
Gli elementi allungati polimerici, tipicamente quelli sintetici, possono presentare una vasta gamma di risposte elastiche alla trazione (dal poco al molto rigido, i.e. diverso modulo elastico), con allungamenti da elevati a relativamente bassi o molto bassi, ma presentano una bassa adesivit? alla mescola elastomerica (per scarsa affinit? chimica), il che comporta l?insorgere di problemi di durata e/o di diminuzione delle prestazioni degli pneumatici.
Nel settore della produzione di pneumatici ? quindi noto utilizzare delle composizioni adesive, ad esempio la composizione Resorcinolo-Formaldeide-Lattice (RFL), al fine di favorire l?adesione tra gli elementi allungati e la mescola elastomerica e garantire cos? le propriet? prestazionali allo pneumatico durante il suo utilizzo.
Le composizioni adesive a base RFL vengono applicate sugli elementi allungati polimerici, generalmente per immersione in una soluzione a base acquosa di RFL, ovvero un'emulsione di lattice di gomma in una soluzione acquosa di resorcinolo e formaldeide (o resina pre-condensata ottenuta da reazione tra resorcina e formaldeide).
La preparazione di un bagno di RFL avviene in due fasi. Innanzitutto, una soluzione acquosa di resorcinolo e formaldeide ? maturata per diverse ore a temperatura ambiente. Aggiungendo idrossido di sodio, questa miscela diventa basica. Durante il processo di maturazione, ha luogo un certo grado di condensazione del resorcinolo e della formaldeide. Successivamente, alla soluzione di resina resorcinolo e formaldeide viene aggiunta la miscela di lattice e acqua. La quantit? e il rapporto tra lattice e acqua possono essere variati per ottenere la soluzione acquosa di RFL desiderata. Un bagno RFL ha un contenuto solido tipico di circa il 20% in peso e un pH di circa 10. La struttura della RFL reticolata sembra consistere in una fase di resina continua e particelle di lattice disperse.
Gli elementi allungati polimerici cos? trattati possono essere successivamente inglobati entro la mescola elastomerica attraverso processi di calandratura e estrusione per essere successivamente assemblati assieme ad altri semilavorati nel confezionamento di uno pneumatico crudo, che viene successivamente conformato e sottoposto a stampaggio e vulcanizzazione.
Alcuni materiali, quale il rayon e le poliammidi alifatiche, acquisiscono gi? delle propriet? ottimali per l?adesione con la mescola elastomerica mediante una singola immersione in un bagno a base RFL (dipping, processo ad una fase) mentre altri, quali i poliesteri o le poliammidi aromatiche, si legano con maggiore difficolt? alla mescola elastomerica e si avvantaggiano pertanto di particolari pretrattamenti attivanti di natura fisica o chimica. Ad esempio gli elementi allungati in poliestere o in poliammidi aromatiche vengono sottoposti ad un?attivazione superficiale mediante pretrattamento con un primo bagno attivante (pre-dipping, processo in due fasi) o mediante pretrattamenti a raggi ionizzanti, con plasma o con solventi.
In particolare, il pretrattamento con un primo bagno attivante realizza una preattivazione superficiale degli elementi allungati polimerici per mezzo di epossidi o isocianati o altri opportuni attivanti, che determinano la formazione di gruppi reattivi sulla superficie degli elementi allungati polimerici in grado di favorire una migliore adesione del sistema RFL all?elemento allungato pre-trattato, e conseguentemente notevoli miglioramenti dell?adesione degli elementi allungati polimerici adesivizzati alla mescola elastomerica.
Inoltre per rafforzare ulteriormente l?adesione tra elementi allungati e mescola elastomerica, ? possibile introdurre nelle mescole che dovranno ricoprire gli elementi allungati specifici additivi, detti promotori di adesione, comprendenti generalmente un donatore di metileni, quale ad esempio esa-metilen-tetrammina, ed un accettore di metileni, quale ad esempio il resorcinolo. Durante la fase di vulcanizzazione, la reticolazione di questi additivi consente di ottenere un?adesivit? pi? o meno elevata in funzione del tipo di mescola elastomerica, di promotore di adesione, di materiale polimerico e del tipo di trattamento su di esso eseguito.
Le composizioni a base RFL pur risolvendo in modo pi? che soddisfacente le problematiche di adesione tra elementi allungati e mescola elastomerica, presentano per? alcuni svantaggi di utilizzo in ambito industriale.
Innanzitutto, le composizioni a base RFL possono presentare una tossicit?, sia per l?uomo che per l?ambiente, dovuta ai suoi componenti reattivi, i.e. resorcinolo e formaldeide, che rende auspicabile una significativa riduzione, se non l?eliminazione, del suo uso in ogni fase del processo di produzione di pneumatici.
Inoltre, le composizioni di RFL non risultano essere particolarmente stabili e necessitano di un periodo di ?invecchiamento? prestabilito, detto maturazione, per raggiungere una stabilit? sufficiente per l?utilizzo finale nelle presenti applicazioni, il che comporta un aggravio nei tempi ciclo di realizzazione degli pneumatici.
Infine, l?elevato contenuto di solidi nelle composizioni RFL provoca un progressivo accumulo di depositi nelle varie parti della linea di produzione degli elementi allungati adesivizzati degli pneumatici. Tali depositi, se non opportunamente eliminati, possono rappresentare un rischio potenziale di inquinamento.
In passato sono state studiate e descritte alcune composizioni adesive alternative, sostanzialmente prive di resorcinolo e formaldeide, nel tentativo di superare le suddette problematiche.
Ad esempio i documenti WO2005/080481 e EP2426253 descrivono composizioni sostanzialmente prive di resorcinolo e formaldeide per far aderire elementi allungati in poliestere a gomme, in cui le composizioni comprendono almeno un lattice di gomma, almeno un epossido e un agente reticolante amminico poli-funzionalizzato, in dispersione acquosa.
Il documento EP1818443A1 descrive una corda di rinforzo per il rinforzo gomma comprendente una fibra di rinforzo rivestita con uno strato di rivestimento. Lo strato di rivestimento comprende, come suo componente principale, una gomma di acrilonitrile e un composto contenente un gruppo ossazolinico. Un metodo per fabbricare la corda di rinforzo comprende: i) applicare una soluzione acquosa comprendente un lattice di acrilonitrile e un composto contenente un gruppo ossazolinico sulla fibra di rinforzo, e ii) asciugare la soluzione acquosa applicata per realizzare lo strato di rivestimento sulla superficie della fibra di rinforzo.
Il documento US4460029A descrive un lattice preparato mediante polimerizzazione di un?ossazolina polimerizzabile (come la 2-isopropenil-2-ossazolina) e almeno un altro monomero (come una miscela di stirene e butadiene). Il lattice cos? realizzato ? utilizzato per promuovere l?adesione di un elastomero polimerico, in particolare la gomma di pneumatici, e un substrato, in particolare le cordicelle di rinforzo degli pneumatici.
Il documento US20150151578A1 descrive un metodo di trattamento di un elemento tessile di rinforzo comprendente: esporre l?elemento di rinforzo ad un gas plasma generato a temperatura ambiente da una torcia al plasma e ad un gas comprendente almeno un componente ossidativo.
Pur in presenza di sistemi alternativi quali quelli sopra citati, il sistema RFL rimane ad oggi la pi? diffusa ed efficace composizione adesiva per elementi allungati in uso nel settore degli pneumatici e, a conoscenza della Richiedente, non sembrano esistere sistemi alternativi di effettiva applicabilit? industriale che raggiungano prestazioni di adesione comparabili al sistema RFL.
Sommario dell?invenzione
Nel settore degli pneumatici ? dunque particolarmente avvertita l?esigenza di sostituire, almeno parzialmente, l?uso di composizioni a base di RFL al fine di ridurre, se non eliminare, l?uso di costituenti tossici e/o inquinanti in tutte le fasi di produzione degli pneumatici, nonch? di semplificare le procedure di adesivizzazione degli elementi allungati, fornendo al contempo prestazioni di adesione ottimali tra elementi allungati e mescola elastomerica.
La Richiedente si ? posta il problema di realizzare pneumatici maggiormente ecocompatibili, in particolare pneumatici sostanzialmente privi di resorcinolo e formaldeide nello strato di rivestimento adesivo dell?elemento allungato polimerico e/o nelle mescole elastomeriche, al fine di ridurre l?impatto ambientale nella produzione degli pneumatici e dei loro componenti di rinforzo, permettere il trasporto in condizioni il pi? possibile normali (e.g. senza dover ricorrere a refrigerazione, inertizzazione con gas particolari o conservazione al buio) e/o limitare, se non eliminare, l?accumulo di residui solidi negli impianti.
Inoltre, la Richiedente si ? posta il problema di realizzare pneumatici comprendenti componenti di rinforzo caratterizzati da prestazioni di adesione tra mescola elastomerica e elementi allungati almeno comparabili se non migliorate rispetto a quelle conferite dalle composizioni a base di RFL, anche in condizioni severe di utilizzo degli pneumatici, e che siano durature nel tempo garantendo affidabilit? agli pneumatici. Tali prestazioni di adesione risultando in una integrit? strutturale dello pneumatico.
Secondo la Richiedente uno o pi? dei suddetti problemi sono risolti da un processo di produzione di un componente di rinforzo per uno pneumatico e da un relativo processo di produzione di pneumatici comprendenti tale componente di rinforzo, in cui detto componente di rinforzo comprende elementi allungati adesivizzati ottenuti mediante esposizione di elementi allungati polimerici ad un gas plasma generato da un gas precursore comprendente un precursore ossazolinico.
Secondo un aspetto l?invenzione riguarda un processo di produzione di un componente di rinforzo per uno pneumatico, detto processo comprendendo:
- predisporre almeno un elemento allungato polimerico;
- rivestire detto almeno un elemento allungato polimerico con uno strato di rivestimento adesivo per realizzare almeno un elemento allungato adesivizzato; - provvedere una mescola elastomerica comprendente almeno un polimero elastomerico, almeno una carica di rinforzo e componenti in grado di favorire la vulcanizzazione;
- rivestire (almeno parzialmente) detto almeno un elemento allungato adesivizzato con detta mescola elastomerica.
Preferibilmente rivestire detto almeno un elemento allungato polimerico comprende: - posizionare detto elemento allungato polimerico tra due elettrodi posti in una camera di lavoro;
- immettere tra detti due elettrodi un gas attivatore e un gas precursore comprendente un precursore ossazolinico;
- generare tra detti due elettrodi un gas plasma comprendente frammenti reattivi di detto precursore ossazolinico;
- depositare detti frammenti reattivi su una superficie libera di detto elemento allungato polimerico per realizzare detto strato di rivestimento adesivo.
Secondo un aspetto l?invenzione riguarda un processo di produzione di pneumatici comprendente:
- produrre almeno un componente di rinforzo di uno pneumatico crudo secondo il processo di produzione in accordo con una qualsiasi forma realizzativa del precedente aspetto della presente invenzione, dove detto componente di rinforzo ? scelto nel gruppo: strutture di rinforzo (chafer e/o flipper), strati di carcassa e strati di cintura;
- confezionare lo pneumatico crudo comprendente detto almeno un componente di rinforzo;
- sottoporre lo pneumatico crudo a stampaggio e vulcanizzazione per ottenere uno pneumatico finito, dove durante detto stampaggio e vulcanizzazione detto almeno un elemento allungato adesivizzato e detta mescola elastomerica sono mutuamente compressi e riscaldati per far aderire detto almeno un elemento allungato adesivizzato a detta mescola elastomerica.
Ai fini della presente invenzione:
- il termine ?polimero elastomerico?, ?materiale elastomerico?, ?gomma? o ?elastomero? indica un materiale o naturale o sintetico che, dopo vulcanizzazione, a temperatura ambiente pu? essere stirato ripetutamente ad almeno il doppio della sua lunghezza originale e che dopo rimozione della forza di trazione ritorna sostanzialmente immediatamente e con forza alla sua lunghezza approssimativamente originale (secondo le definizioni della norma ASTM D1566-11 Standard terminology relating to Rubber);
- il termine ?mescola elastomerica? indica una mescola ottenibile per mescolazione ed eventuale riscaldamento di almeno un polimero elastomerico con almeno uno degli additivi comunemente impiegati nella preparazione di mescole per pneumatici. - il termine ?elemento allungato? indica un elemento avente una dimensione (lunghezza) molto pi? grande delle altre (sezione). L?elemento allungato viene anche detto cordicella o corda di rinforzo o pi? semplicemente corda;
- il termine ?superficie libera? di un elemento allungato indica la superficie rivestita dell?elemento allungato in grado di aderire alla mescola elastomerica quando posta in contatto con la mescola elastomerica;
- il termine ?precursore ossazolinico? indica una qualsiasi molecola contenente un anello ossazolinico (anello pentagonale contenente un atomo di ossigeno, un atomo di azoto e tre atomi di carbonio).
La Richiedente ha riscontrato sperimentalmente che lo strato di rivestimento adesivo ottenuto mediante deposito di frammenti reattivi di un precursore ossazolinico conferisce all?elemento allungato adesivizzato, quando accoppiato alla mescola elastomerica, prestazioni di adesione sufficienti a garantire una buona adesione tra elementi allungati adesivizzati e mescola elastomerica, senza che vengano utilizzate sostanze dannose per la salute e/o l?ambiente. Le prestazioni di adesione di elementi allungati adesivizzati rivestiti secondo la presente invenzione sono state confrontate con quelle di elementi allungati adesivizzati rivestiti con le note composizioni a base di RFL mediante prove di strappo (che verranno meglio spiegate nel seguito) eseguite successivamente ad adesione tra elemento allungato adesivizzato e mescola elastomerica. Tali prove hanno dato risultati soddisfacenti sia in termini di forza necessaria a rompere l?adesione tra elementi allungati adesivizzati e mescola elastomerica, che in termini di quantitativo di mescola elastomerica residua sugli elementi allungati adesivizzati al termine della prova di strappo, quest?ultimo essendo un indicatore qualitativo dell?intensit? ed efficacia di adesione tra elementi allungati adesivizzati e mescola elastomerica.
La Richiedente ha anche sperimentalmente riscontrato che l?utilizzo di un gas plasma permette di conferire una pi? omogenea distribuzione dello strato di rivestimento adesivo sulla superficie libera dell?elemento allungato polimerico rispetto alle note tecniche di immersione in soluzione (dipping). Secondo la Richiedente l?omogeneit? di distribuzione dello strato di rivestimento adesivo contribuisce ad aumentare l?affidabilit? nel tempo dell?adesione tra elemento allungato adesivizzato e mescola elastomerica e ad aumentare la durabilit? e l?affidabilit? prestazionale dello pneumatico. Senza volersi legare ad alcuna teoria, la Richiedente ritiene che la distribuzione omogenea dello strato di rivestimento adesivo permetta una migliore distribuzione delle sollecitazioni lungo tutta la direzione di sviluppo dell?elemento allungato adesivizzato quando lo pneumatico ? in uso, e quindi sottoposto a deformazioni. Tale distribuzione delle sollecitazioni si traduce in una minore probabilit? che si generino punti di sovrasollecitazione lungo lo sviluppo dell?elemento allungato adesivizzato con conseguente diminuzione della probabilit? dell?innescarsi di fenomeni di rottura fragile e/o rottura per fatica dell?elemento allungato adesivizzato.
Ancora, secondo la Richiedente l?utilizzo di un gas plasma permette di realizzare uno strato di rivestimento adesivo che abbia uno spessore ben controllabile e, tipicamente, inferiore rispetto a quello che si otterrebbe con i noti metodi di immersione in soluzione (dipping).
Infatti, secondo la Richiedente e senza volersi limitare ad alcuna teoria, specialmente in caso di deformazioni di natura flessionale del materiale composito (i.e. elemento allungato adesivizzato accoppiato alla mescola elastomerica), un eccessivo spessore dello strato di rivestimento adesivo porterebbe all?insorgenza di sollecitazioni all?interfaccia tra elemento allungato adesivizzato e mescola elastomerica. Tali sollecitazioni nel tempo potrebbero causare il danneggiamento e/o la rottura dello strato di rivestimento adesivo con conseguente perdita di prestazioni di adesione tra elemento allungato adesivizzato e mescola elastomerica, e conseguente diminuzione delle propriet? prestazionali dello pneumatico stesso. In particolare, le deformazioni flessionali a cui il materiale composito potrebbe essere tipicamente sottoposto durante il suo utilizzo, genererebbero sollecitazioni di compressione in corrispondenza di una faccia dell?elemento allungato adesivizzato, e sollecitazioni di trazione in corrispondenza della faccia opposta dell?elemento allungato adesivizzato (a seconda del verso in cui agisce la coppia che determina la deformazione flessionale), aventi intensit? crescente man mano che ci si allontana in direzione radiale dall?asse neutro dell?elemento allungato adesivizzato, ovvero la linea immaginaria che idealmente passa lungo l?asse longitudinale dell?elemento allungato adesivizzato.
La Richiedente ha quindi sperimentalmente valutato tramite prove con profilometro lo spessore dello strato di rivestimento adesivo ottenuto mediante rivestimento con gas plasma, verificando come sia possibile ottenere bassi valori di spessore dello strato di rivestimento adesivo rispetto a quelli di strati di rivestimento ottenuti con i noti metodi di immersione in soluzione (dipping), oltre a poter controllare in modo accurato lo spessore dello strato di rivestimento adesivo ottenuto. Tali bassi valori di spessore permettono di limitare l?intensit? delle suddette sollecitazioni di compressione e trazione agenti sullo strato di rivestimento adesivo, diminuendo la possibilit? che si verifichino scollamenti e/o rotture all?interfaccia tra elemento allungato adesivizzato e mescola elastomerica.
La presente invenzione in uno o pi? dei suddetti aspetti pu? prevedere una o pi? delle seguenti caratteristiche preferite.
Preferibilmente detto precursore ossazolinico comprende una 2-ossazolina, pi? preferibilmente selezionata nel gruppo comprendente: 2-isopropenil-2-ossazolina, 2-isopropil-2-ossazzolina, 2-etil-2-ossazolina e 4,4-dimetil-2-ossazolina, ancor pi? preferibilmente comprende 2-isopropenil-2-ossazolina. In tal modo viene utilizzato un composto chimico molto reattivo da cui ? possibile formare un elevato numero di frammenti reattivi. Ad esempio, nel caso di 2-isopropenil-2-ossazolina ci? ? possibile grazie alla presenza di numerosi gruppi funzionali all?interno dell?anello ossazolinico e alla presenza del gruppo isopropenile in posizione 2 dell?anello ossazolinico. La presenza di gruppi funzionali reattivi e di eteroatomi all?interno della molecola selezionata porta alla formazione di numerosi frammenti reattivi che tendono a depositarsi sulla superficie libera dell?elemento allungato polimerico. Ad esempio, la rottura dell?anello ossazolinico in corrispondenza del legame tra atomo di ossigeno in posizione 1 e atomo di carbonio in posizione 5 dell?anello ossazolinico porta alla formazione di ioni isocianato, e la rottura del legame carbonio-carbonio tra gruppo isopropenile e anello ossazolinico facilita la formazione di ioni isopropenile. Secondo la Richiedente sia gli ioni isocianato che gli ioni isopropenile sono in grado di formare dei legami covalenti sia con il materiale polimerico dell?elemento allungato che con il polimero elastomerico della mescola elastomerica, formando dei ponti che permettano un?efficacie adesione tra elemento allungato adesivizzato e mescola elastomerica.
In forme realizzative alternative detto precursore ossazolinico comprende una o pi? tra: 3-ossazolina, 4-ossazolina e isossazolina. In tal modo si utilizzano composti aventi un buon grado di reattivit?.
Detto elemento allungato polimerico pu? comprendere un singolo filato polimerico oppure, preferibilmente, una pluralit? di filati polimerici, pi? preferibilmente in numero maggiore o uguale a 2 e/o minore o uguale a 4.
Ai fini della presente invenzione il termine ?filato? indica una unit? strutturale filiforme continua che pu? essere costituita dall?aggregazione di una pluralit? (e.g. centinaia o migliaia) di filamenti tessili (i.e. filato multi-filamento) oppure in alternativa da un singolo filo tessile (e.g. un filo estruso a caldo come un filo di nylon).
Ai fini della presente invenzione il termine ?diametro? riferito ad un elemento allungato polimerico o ad un filato (sia multi-filamento che mono-filo), indica il diametro misurato come prescritto dal metodo Bisfa (Metodi di prova per filati di fibre para-aramidiche edizione 2002). Nel caso di filati costituiti dall?aggregazione di una pluralit? di filamenti tessili, per ?diametro? si intende il diametro di una circonferenza ideale che circoscrive tutti i filamenti che definiscono il filato.
Ai fini della presente invenzione il termine ?densit? lineare? (o ?titolo?) di un elemento allungato o di un filato (sia multi-filamento che mono-filo) indica il peso dell?elemento allungato o del filato per unit? di lunghezza. Il titolo ? misurabile in dtex (grammi per 10 km di lunghezza). Per la misura della densit? lineare ci si riferisce a filati piatti, senza torsioni applicate in fase di test o in fase di cordatura, secondo i test normati dal BISFA (Bureau International pour la Standardisation des Fibres Artificielles).
Preferibilmente ciascun filato polimerico ha una densit? lineare maggiore o uguale a 300 dtex, pi? preferibilmente maggiore o uguale a 500 dtex, ancor pi? preferibilmente maggiore o uguale a 700 dtex, e/o minore o uguale a 5000 dtex, pi? preferibilmente minore o uguale a 4200 dtex, ancor pi? preferibilmente minore o uguale a 3600 dtex. In tal modo ? possibile fornire le appropriate caratteristiche strutturali all?elemento allungato polimerico.
Tipicamente una densit? lineare complessiva dell?elemento allungato polimerico ? data da una somma delle densit? lineari di ciascun filato polimerico che costituisce l?elemento allungato polimerico.
Preferibilmente, ciascun filato polimerico ? realizzato in un materiale scelto nel seguente gruppo: fibre di poliammide alifatiche (ad esempio Nylon 6, Nylon 6.6, Nylon 4.6, Nylon 4.10, Nylon 10.10, Nylon 11, Nylon 12, Nylon 6.10, Nylon 6.12), fibre di poliestere (ad esempio polibutilene tereftalato, polietilene tereftalato, polietilene isoftalato), fibre di poliarileterchetoni (ad esempio polietereterchetone), cellulosa (ad esempio rayon, lyocell), poliammidi aromatiche (ad esempio aramidi) o loro miscele.
Preferibilmente ciascun filato polimerico ? realizzato in poliestere, pi? preferibilmente in poli-etilen-tereftalato (PET) e/o poli-etilen-naftalato (PEN).
In una forma realizzativa detti filati polimerici sono realizzati con uno stesso materiale (e.g. tutti i filati sono realizzati in poliestere). In tal modo si semplifica la produzione dell?elemento allungato polimerico.
In una forma realizzativa alternativa detti filati polimerici sono realizzati con materiali diversi (e.g. almeno un filato realizzato in poliestere e almeno un altro filato realizzato con una poliammide aromatica). In tal modo ? possibile combinare le caratteristiche di filati realizzati con materiali diversi.
Preferibilmente ciascun filato polimerico ? ritorto su s? stesso (i.e. ritorto ad elica). In tal modo ? possibile aumentare la superficie libera del singolo filato polimerico rispetto al caso in cui il filato polimerico venga utilizzato nella conformazione distesa. Tipicamente detto elemento allungato polimerico comprende da due a quattro filati polimerici (e.g. ciascuno multi-filamento), ciascuno ritorto su s? stesso, tutti i filati essendo ritorti insieme per formare l?elemento allungato.
Preferibilmente detto gas attivatore ? scelto nel gruppo dei gas nobili e/o miscele di gas nobili, pi? preferibilmente comprende, o consiste in, Argon (Ar).
Preferibilmente immettere tra detti due elettrodi detto gas attivatore ? eseguito con un flusso volumetrico di detto gas attivatore maggiore o uguale a 1,5 ml/min, pi? preferibilmente maggiore o uguale a 1,8 ml/min, e/o minore o uguale a 3,5 ml/min, pi? preferibilmente minore o uguale a 3,2 ml/min.
Preferibilmente immettere tra detti due elettrodi detto gas precursore ? eseguito con un flusso di massa maggiore o uguale a 2,0 SCCM, pi? preferibilmente maggiore o uguale a 2,3 SCCM, ancor pi? preferibilmente maggiore o uguale a 2,6 SCCM, e/o minore o uguale a 5 SCCM, pi? preferibilmente minore o uguale a 4,5 SCCM, ancor pi? preferibilmente minore o uguale a 4,0 SCCM. Il flusso di massa del gas comprendente il precursore ossazolinico ? espresso in Standard Cubic Centimiters per Minute (SCCM), ovvero la massa di gas che in un minuto attraversa un volume di un centimetro cubico misurata in condizioni di temperatura e pressione standard, i.e. temperatura uguale a 273,15 K e pressione atmosferica.
Preferibilmente detta camera di lavoro comprende un sistema di riduzione di pressione, pi? preferibilmente comprende una pompa rotativa e/o una pompa turbo molecolare.
In una forma realizzativa, precedentemente a detto immettere tra detti due elettrodi detto gas attivatore e detto gas precursore, ? previsto ridurre una pressione interna della camera di lavoro ad un valore di pressione minore o uguale a 100 Pascal, pi? preferibilmente minore o uguale a 1 Pascal, ancor pi? preferibilmente minore o uguale a 0,1 Pascal. In tal modo ? possibile limitare il rischio di contaminazioni dell?elemento allungato polimerico e/o dei gas utilizzati. Infatti tali contaminazioni (e.g. polvere e/o ossidazione della superficie dell?elemento allungato polimerico per il contatto con aria e/o umidit?) potrebbero comportare la schermatura della superficie libera dell?elemento allungato polimerico e/o ridurre la reattivit? dei frammenti reattivi del precursore ossazolinico causando una riduzione di efficacia del processo di rivestimento.
In una forma realizzativa alternativa ? previsto mantenere una pressione interna della camera di lavoro ad un valore sostanzialmente uguale alla pressione atmosferica. In tal modo si semplifica e si riducono i costi del processo di rivestimento.
Preferibilmente detto gas plasma ? un plasma freddo. Per ?plasma freddo? si intende un plasma avente una temperatura complessiva (ad eccezione degli elettroni che invece hanno tipicamente temperatura nell?ordine di circa 20000 K) compresa tra la temperatura ambiente e circa 1000 K. In tal modo si semplifica il processo di rivestimento in quanto non sono richiesti macchinari e/o strutture in grado di sopportare elevatissime temperature.
Preferibilmente generare detto gas plasma ? eseguito mediante accoppiamento capacitivo tra i due elettrodi.
Preferibilmente generare detto gas plasma comprende applicare a detti due elettrodi una tensione alternata (e.g. a radiofrequenza), pi? preferibilmente comprende applicare impulsi di tensione alternata.
In tal modo ? possibile generare in modo semplice il gas plasma.
Preferibilmente detti impulsi di tensione alternata hanno ciascuno una durata maggiore o uguale 1 ms, pi? preferibilmente maggiore o uguale a 2 ms, e/o minore o uguale a 10 ms, pi? preferibilmente minore o uguale a 7,5 ms.
Preferibilmente detti impulsi di tensione alternata vengono applicati con una frequenza maggiore o uguale 60 Hz, pi? preferibilmente maggiore o uguale a 75 Hz, e/o minore o uguale a 170 Hz, pi? preferibilmente minore o uguale a 150 Hz.
Preferibilmente generare detto gas plasma comprende alimentare almeno uno di detti due elettrodi con impulsi aventi una potenza di alimentazione maggiore o uguale a 100 W, pi? preferibilmente maggiore o uguale a 150 W, e/o minore o uguale a 250 W, pi? preferibilmente minore o uguale a 220 W.
Preferibilmente detta potenza di alimentazione ? costante.
Secondo la Richiedente la generazione di un gas plasma tramite applicazione di impulsi di tensione alternata aventi durata e frequenza all?interno degli intervalli sopra citati e generati ad una potenza di alimentazione compresa nel rispettivo intervallo sopra citato permette di rivestire l?elemento allungato polimerico fornendo le appropriate caratteristiche adesive allo strato di rivestimento adesivo che si forma. Infatti, secondo la Richiedente all?aumentare della durata e frequenza e all?aumentare della potenza di alimentazione all?interno dei rispettivi intervalli di valori sopracitati, si ha un aumento della frammentazione del precursore ossazolinico con conseguente formazione di un crescente numero di frammenti reattivi che si depositano sulla superficie libera dell?elemento allungato polimerico, il che permette di conferire le desiderate propriet? adesive allo strato di rivestimento adesivo.
Secondo la Richiedente valori di durata e frequenza degli impulsi e di potenza di alimentazione al di sotto dei rispettivi intervalli sopracitati possono comportare, in determinate condizioni, una insufficiente frammentazione del precursore ossazolinico con conseguente insufficiente formazione di frammenti reattivi che possano depositarsi sulla superficie libera dell?elemento allungato polimerico. Valori di durata e frequenza degli impulsi e di potenza di alimentazione al di sopra dei rispettivi intervalli sopracitati possono causare, in determinate condizioni, un?eccessiva frammentazione del precursore ossazolinico con conseguente formazione di un eccessivo numero di frammenti reattivi e conseguente eccessivo inspessimento dello strato di rivestimento adesivo.
Preferibilmente, precedentemente a detto immettere tra detti due elettrodi detto gas attivatore e detto gas precursore, ? previsto pre-trattare detto elemento allungato polimerico, dove detto pre-trattare detto elemento allungato polimerico comprende: - immettere tra detti due elettrodi un gas di pre-trattamento;
- generare tra detti due elettrodi un plasma di pre-trattamento.
In tal modo ? possibile facilitare il successivo deposito dei frammenti reattivi del precursore ossazolinico sulla superficie libera dell?elemento allungato polimerico in quanto si formano gruppi reattivi (e.g. radicali liberi) nel materiale sulla superficie libera dell?elemento allungato polimerico. La formazione di tali gruppi reattivi contribuisce ad aumentare l?idrofilia della superficie libera dell?elemento allungato polimerico e di conseguenza il successivo deposito e adesione dei frammenti reattivi. Inoltre, secondo la Richiedente, tale pre-trattamento dell?elemento allungato polimerico precedente al rivestimento dell?elemento allungato polimerico contribuisce a migliorare l?omogenea distribuzione dello strato di rivestimento adesivo sull?elemento allungato polimerico.
Preferibilmente detto gas di pre-trattamento ? scelto nel gruppo dei gas nobili e/o miscele di gas nobili, pi? preferibilmente comprende, o consiste in, Argon (Ar).
Preferibilmente immettere detto gas di pre-trattamento ? eseguito con un flusso volumetrico maggiore o uguale a 1,5 ml/min, pi? preferibilmente maggiore o uguale a 1,8 ml/min, e/o minore o uguale a 3,5 ml/min, pi? preferibilmente minore o uguale a 3,2 ml/min.
Preferibilmente detto plasma di pre-trattamento ? un plasma freddo.
Preferibilmente generare detto plasma di pre-trattamento ? eseguito mediante accoppiamento capacitivo tra i due elettrodi.
Preferibilmente generare detto plasma di pre-trattamento comprende applicare a detti due elettrodi una tensione alternata (e.g. a radiofrequenza), pi? preferibilmente in modo continuo.
Preferibilmente detta tensione alternata ? applicata per un intervallo di tempo maggiore o uguale a 20 s, pi? preferibilmente maggiore o uguale a 30 s, e/o minore o uguale a 150 s, pi? preferibilmente minore o uguale a 120 s.
Preferibilmente generare detto plasma di pre-trattamento comprende alimentare almeno uno di detti due elettrodi mediante tensione alternata ad una potenza di alimentazione maggiore o uguale a 20 W, pi? preferibilmente maggiore o uguale a 30 W, e/o minore o uguale a 180 W, pi? preferibilmente minore o uguale a 150 W.
Preferibilmente detta potenza di alimentazione ? costante.
Il termine ?phr? usato nel seguito, come noto nell?arte, significa le parti in peso di un determinato componente della mescola elastomerica per 100 parti in peso di polimero elastomerico.
Ai fini della presente invenzione, con l?espressione ?sostanzialmente privo di resorcinolo? e/o ?sostanzialmente privo di formaldeide? riferita ad un elemento o ad un sistema di elementi si intende che detto elemento o sistema di elementi non presenta un contenuto di resorcinolo e/o di formaldeide, o tuttalpi? presenta un contenuto di resorcinolo e/o formaldeide inferiore a 0,5 phr, preferibilmente inferiore a 0,2 phr, pi? preferibilmente inferiore a 0,1 phr.
Preferibilmente detta mescola elastomerica ? sostanzialmente priva di resorcinolo. Preferibilmente detto almeno un elemento allungato adesivizzato ? sostanzialmente privo di resorcinolo.
Preferibilmente detto almeno un elemento allungato adesivizzato ? sostanzialmente privo di formaldeide libera.
In tal modo si riducono al minimo, o si eliminano del tutto, i rischi per la salute degli operatori e/o i rischi di contaminazione ambientale legati all?utilizzo di resorcinolo e formaldeide.
Preferibilmente detto almeno un polimero elastomerico ? selezionato tra polimeri elastomerici dienici, polimeri elastomerici mono-olefinici, o loro miscele.
Preferibilmente detti polimeri elastomerici dienici sono: cis-1,4-poliisoprene (gomma naturale o sintetica, preferibilmente gomma naturale), 3,4-poliisoprene, poli-1,3-butadiene (in particolare, poli-1,3 butadiene altamente vinilico avente un contenuto di unit? 1,2-polimerizzate da circa il 15% a circa l?85% in peso), poli-cloroprene, copolimeri di isoprene/isobutene facoltativamente alogenati, copolimeri 1,3-butadiene/acrilonitrile, copolimeri 1,3-butadiene/stirene, copolimeri 1,3-butadiene/isoprene, copolimeri isoprene/stirene, terpolimeri isoprene/1,3-butadiene/stirene; o loro miscele.
Preferibilmente detti polimeri elastomerici mono-olefinici sono: copolimeri di etilene con almeno un?alfa-olefina avente da 3 a 12 atomi di carbonio, e facoltativamente con un diene avente da 4 a 12 atomi di carbonio; poli-isobutene, copolimeri di isobutene e almeno un diene. Particolarmente preferiti sono: copolimeri di etilene/propilene (EPR); terpolimeri di etilene/propilene/diene (EPDM); poliisobutene; gomme butiliche; gomme alobutiliche; o loro miscele.
Preferibilmente detta almeno una carica di rinforzo ? selezionata tra: nero di carbonio, silice, allumina, alluminosilicati, carbonato di calcio, caolino o loro miscele. Preferibilmente detti componenti in grado di favorire la vulcanizzazione comprendono agenti vulcanizzanti selezionati ad esempio tra zolfo, o molecole contenenti zolfo (donatori di zolfo), o loro miscele.
Preferibilmente detti componenti in grado di favorire la vulcanizzazione comprendono agenti acceleranti selezionati ad esempio tra ditiocarbammati, guanidina, tiourea, tiazoli, sulfenammidi, tiurami, ammine, xantati, o loro miscele.
Preferibilmente detta mescola elastomerica comprende un composto accettore di metilene.
Preferibilmente detto composto accettore di metilene comprende una resina fenolica, pi? preferibilmente una novolacca.
Alternativamente detto composto accettore di metilene ? scelto tra: miscele di ortocresolo, para-cresolo e meta-cresolo; poliidrossi fenoli, come pirogallolo, e fluoroglucinolo.
Preferibilmente detta mescola elastomerica comprende un composto donatore di metilene.
Preferibilmente detto composto donatore di metilene ? scelto tra: esa-metilentetrammina (HMT); esa-metossimetil-melammina (HMMM); paraformaldeide; triossano; 2-metil-2-nitro-1-propanale; resine di melammina sostituita, come resine di ossimetil-melammina N-sostituita; composti di glicolurile come glicolurile di tetrametossimetile; resine urea-formaldeide come resine urea-formaldeide butilate; o loro miscele, pi? preferibilmente tra esa-metilen-tetrammina (HMT) o esametossimetil-melammina (HMMM).
Breve descrizione delle figure
La figura 1 mostra schematicamente un apparato con cui pu? essere rivestito un elemento allungato polimerico per ottenere un elemento allungato adesivizzato per un componente di rinforzo secondo la presente invenzione;
Le figure 2a-2b mostrano immagini di microscopia ottica di un elemento allungato polimerico alla fine di un rispettivo processo di rivestimento;
Le figure 3a-3b mostrano schematicamente due fasi della realizzazione di campioni preparati per adesione di mescola elastomerica a elementi allungati adesivizzati; Le figure 4a-4b mostrano immagini di microscopia ottica di un rispettivo elemento allungato polimerico in seguito a prove di strappo.
Descrizione dettagliata di alcune forme realizzative dell?invenzione
Le caratteristiche e i vantaggi della presente invenzione saranno ulteriormente chiariti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme realizzative, presentate a titolo esemplificativo e non limitativo della presente invenzione, con riferimento alle figure allegate.
Con riferimento alla figura 1, viene schematicamente mostrato un apparato 99 esemplarmente adatto ad implementare un processo di rivestimento di un elemento allungato polimerico 10.
L?apparato 99 comprende una camera di lavoro 100, esemplarmente realizzata in acciaio, all?interno della quale sono posizionati due elettrodi 90a, 90b.
All?interno della camera di lavoro 100 sono predisposte due bobine 80, di cui almeno una motorizzata (attuatori non mostrati), per lo svolgimento e l?avvolgimento dell?elemento allungato polimerico 10. In uso l?elemento allungato polimerico 10 viene svolto ad esempio dalla bobina a sinistra in figura 1 per poterlo posizionare tra i due elettrodi 90, e viene riavvolto dopo il rivestimento sulla bobina a destra in figura 1.
Esemplarmente la camera di lavoro 100, a tenuta d?aria, comprende un sistema di riduzione di pressione, esemplarmente comprendente una pompa rotativa 20 e una pompa turbo molecolare 21.
Le due pompe 20, 21 sono collegate, tramite un rispettivo condotto di collegamento (schematicamente mostrato in figura 1 dalle linee tratteggiate) ad una valvola di aspirazione 30 ricavata sul corpo della camera di lavoro 100.
Esemplarmente l?apparato 99 comprende anche due serbatoi ermetici distinti 50 e 51 rispettivamente per un gas attivatore e per un gas precursore, quest?ultimo comprendente un precursore ossazolinico. Tali serbatoi 50 e 51 sono collegati alla camera di lavoro 100 mediante una rispettiva linea che li connette ad una rispettiva valvola micrometrica 60, 61. Le valvole micrometriche 60, 61 sono a loro volta collegate all?elettrodo superiore 90a della camera di lavoro, il quale presenta la piastra rivolta verso l?elettrodo inferiore 90b forata per permettere la fuoriuscita dei gas nello spazio definito dai due elettrodi. Preferibilmente, l?apparato 99 comprende un ulteriore serbatoio per un gas di pre-trattamento, cui ? associata una rispettiva valvola micrometrica collegata ad uno o pi? elettrodi. Tale ulteriore serbatoio (e la relativa valvola) pu? essere (non mostrato) distinto dai serbatoi 50 e 51, in modo che il gas di pre-trattamento possa essere diverso dal gas attivatore, oppure coincidere con il serbatoio 50 (in tal caso il gas attivatore e il gas di pre-trattamento coincidono). In una forma realizzativa alternativa, non mostrata, ? presente un singolo serbatoio ermetico contenente una miscela del gas attivatore e del gas precursore.
L?apparato 99 ? alimentato esemplarmente mediante un sistema di alimentazione a radiofrequenza a 13,56 MHz (non mostrato) collegato all?elettrodo superiore 90a, mediante una rete di adattamento semiautomatica (non mostrata). Ad esempio, l?alimentazione a radiofrequenza viene modulata in ampiezza da un?onda quadra che genera impulsi di tensione alternata.
In una forma realizzativa alternativa, non mostrata, il sistema di alimentazione ? collegato all?elettrodo inferiore 90b, o alternativamente ad entrambi gli elettrodi 90a, 90b.
In una forma realizzativa alternativa, non mostrata, l?apparato ? alimentato mediante sorgente pulsata e/o a microonde.
In uso, un capo dell?elemento allungato polimerico 10 viene svolto dalla bobina 80 a sinistra e agganciato alla bobina 80 di destra dopo aver posizionato un tratto di elemento allungato tra i due elettrodi 90a, 90b.
Successivamente ? previsto ridurre una pressione interna della camera di lavoro 100.
Successivamente ? esemplarmente previsto eseguire un pre-trattamento sull?elemento allungato polimerico 10, mentre quest?ultimo viene fatto scorrere in continuo o passo-passo tra i due elettrodi.
Il pre-trattamento comprende:
- immettere tra i due elettrodi il gas di pre-trattamento, (preferibilmente alimentato dal serbatoio 50);
- alimentare l?elettrodo superiore 90a per generare un plasma di pre-trattamento. Esemplarmente il plasma di pre-trattamento ? generato mediante tensione alternata a radiofrequenza (e.g. 13,56 MHz) applicata in modalit? continua tra i due elettrodi 90a, 90b.
Successivamente al pre-trattamento, ? previsto immettere tra i due elettrodi 90a, 90b il gas attivatore e il gas precursore comprendente il precursore ossazolinico.
Durante l?immissione dei gas, ? previsto alimentare l?elettrodo superiore 90a per generare un gas plasma comprendente frammenti reattivi del precursore ossazolinico e depositare i frammenti reattivi sulla superficie libera dell?elemento allungato polimerico 10 mentre quest?ultimo viene fatto scorrere in continuo o passopasso tra i due elettrodi, per realizzare uno strato di rivestimento adesivo dell?elemento allungato polimerico 10 e ottenere l?elemento allungato adesivizzato 11.
Esemplarmente il gas plasma ? generato mediante impulsi di tensione alternata (a radiofrequenza, e.g. a 13,56MHz) applicata tra i due elettrodi 90a, 90b.
Esemplarmente viene alimentato solamente l?elettrodo superiore 90a.
In una forma realizzativa alternativa ? possibile generare il gas plasma mediante una tensione alternata applicata in modalit? non impulsata.
La Richiedente ha effettuato alcune prove su campioni di elementi allungati adesivizzati realizzati in accordo con la presente invenzione, i cui risultati sono stati comparati a quelli di prove eseguite su campioni di elementi allungati adesivizzati comparativi realizzati con i metodi di immersione in soluzione di tipo noto.
La Richiedente ha anche preparato alcuni ulteriori campioni di elementi allungati polimerici (di poche decine di centimetri di lunghezza) che sono stati accoppiati alla mescola elastomerica privi di qualsiasi strato di rivestimento e sottoposti anch?essi a prove di strappo come spiegato in seguito. Nel seguito ci si riferir? a tali campioni non rivestiti con la dicitura di ?ESEMPIO DI RIFERIMENTO?.
Tutti i suddetti campioni sono stati preparati a partire da un elemento allungato polimerico avente le seguenti caratteristiche:
- singolo filato mono-filamento non ritorto su s? stesso;
- materiale: PET;
- diametro: 0,3 mm;
- densit? lineare: 800 dtex.
ESEMPIO COMPARATIVO 1
Il suddetto elemento allungato polimerico ? stato sottoposto ad un trattamento di rivestimento che prevede una prima fase di pre-trattamento mediante dipping all?interno di una soluzione contenente epossidi e isocianati e una successiva fase di adesivizzazione mediante dipping in una soluzione acquosa a base di RFL.
La soluzione di epossidi e isocianati viene preparata mediante miscelazione in soluzione acquosa di una percentuale in peso di elementi solidi uguale a circa 4%, di cui l?1% in peso ? costituito da epossidi e il 3% in peso ? costituito da isocianati.
La soluzione acquosa a base di RFL ? stata preparata come di seguito descritto: - fase 1: preparazione di una resina pre-condensata
La resorcina ? stata disciolta in acqua per ottenere una soluzione acquosa, a cui sono stati aggiunti formaldeide e idrossido di sodio, quest?ultimo usato come catalizzatore di condensazione per formare gruppi di metanolo (chiamati resole) sul resorcinolo, per realizzare una soluzione intermedia. La soluzione intermedia ? stata quindi mescolata per 6 ore a temperatura ambiente per formare la resina precondensata.
- fase 2: preparazione della soluzione acquosa a base di RFL a partire dalla resina pre-condensata
Inizialmente il lattice ? stato disciolto in acqua per ottenere una soluzione acquosa di lattice. A tale soluzione acquosa di lattice, mantenuta in leggera agitazione, sono stati successivamente aggiunti la resina pre-condensata preparata nella fase 1 e un quantitativo ulteriore di formaldeide per realizzare una miscela finale. La formaldeide ? stata aggiunta in modo che il rapporto in peso umido tra formaldeide e resorcinolo fosse 2:1 nella miscela finale. La miscela finale ? stata poi lasciata maturare per circa 24 ore al fine di favorire la completa reazione dei gruppi metanolo e aumentare la viscosit? della soluzione acquosa a base di RFL.
L?elemento allungato polimerico ? stato quindi inizialmente immerso nella soluzione contenente epossidi e isocianati per un tempo variabile da 1 a 5 s e sottoposto successivamente ad immersione nella soluzione acquosa a base di RFL per un tempo variabile da 1 a 5 s. I campioni cos? rivestiti sono stati sottoposti ad un processo di asciugatura e stabilizzazione mediante esposizione ad una temperatura di circa 225?C per circa 120 s.
ESEMPIO COMPARATIVO 2
La Richiedente ha effettuato delle prove preliminari di deposizione al plasma analogamente a quanto descritto nel successivo esempio 1 secondo l?invenzione, utilizzando, invece del precursore ossazolinico, il furfuril metacrilato di formula
non ottenendo, tuttavia, i risultati di adesione desiderati.
ESEMPIO 1 (secondo la presente invenzione)
Un tratto del suddetto elemento allungato polimerico di circa 2 metri di lunghezza ? stato avvolto intorno ad una cornice di supporto in modo da mantenere esposti alcuni tratti del filato, i quali sono stati sottoposti ad un trattamento di rivestimento secondo la presente invenzione tramite esposizione ai gas di pre-trattamento e rivestimento. Parametri per il plasma di pre-trattamento:
Pressione interna della camera di lavoro: 0,001 Pascal;
Gas di pre-trattamento: Argon;
Flusso volumetrico del gas di pre-trattamento: 2,3 ml/min;
Tipologia plasma di pre-trattamento: plasma freddo
Tempo di applicazione della tensione alternata: 120 s;
Potenza di alimentazione dell?elettrodo superiore: 100 W
Parametri per il gas plasma di rivestimento:
Pressione interna della camera di lavoro: 0,001 Pascal;
Gas attivatore: Argon;
Precursore ossazolinico: 2-isopropenil-2-ossazolina;
Flusso volumetrico del gas attivatore: 2,3 ml/min;
Flusso di massa del gas precursore: 3,3 SCCM
Tipologia gas plasma: plasma freddo
Durata degli impulsi di tensione alternata: 5 ms
Frequenza degli impulsi di tensione alternata: 100 Hz
Tempo totale di applicazione impulsi: circa 20 minuti;
Potenza di alimentazione dell?elettrodo superiore: 175 W
La struttura chimica del precursore ossazolinico scelto ? schematicamente mostrata nella figura sottostante:
La Richiedente ha condotto delle prove di microscopia ottica sui campioni realizzati, per valutare l?omogeneit? di distribuzione dello strato di rivestimento adesivo sulla superficie libera dell?elemento allungato polimerico alla fine del processo di rivestimento. Le prove di microscopia sui campioni secondo l?esempio 1 hanno permesso di valutare la distribuzione dei frammenti reattivi del precursore ossazolinico sulla superficie libera dell?elemento allungato polimerico e verificare che questi realizzano uno strato di rivestimento adesivo ben omogeneo su sostanzialmente l?intera superficie libera dell?elemento allungato polimerico, mentre le prove di microscopia ottica eseguite sui campioni secondo l?esempio comparativo 1 hanno mostrato una minore omogeneit? di distribuzione. In figura 2a e 2b ? mostrata esemplarmente un?immagine acquisita tramite microscopia ottica rispettivamente su un campione secondo l?esempio 1, e su un campione secondo l?esempio comparativo 1.
Successivamente, i campioni realizzati secondo l?esempio 1, l?esempio comparativo 1 e l?esempio di riferimento sono stati accoppiati alla mescola elastomerica.
Inizialmente, un gruppo di tre campioni per ciascuno degli elementi secondo l?esempio 1 (indicati in figura 3a dal numero di riferimento 11a), secondo l?esempio comparativo 1 (indicati in figura 3a dal numero di riferimento 11b) e secondo l?esempio di riferimento (indicati in figura 3a dal numero di riferimento 11c) sono stati posizionati all?interno di uno stampo 200 (e.g. come quello schematicamente mostrato in figura 3a) e fissati stabilmente ad esso all?interno delle apposite scanalature 201 presenti ai due capi dello stampo 200.
A questo punto un foglio 20 di mescola elastomerica (figura 3b) ? stato posizionato a ricoprire la superficie dello stampo 200 compresa tra i gruppi di scanalature 201.
Caratteristiche della mescola elastomerica:
Una volta posizionato sullo stampo 200, il foglio 20 di mescola elastomerica ? stato ricoperto con un foglio di Mylar 21 e lo stampo 200 ? stato posizionato all?interno di una pressa (non mostrata).
A questo punto la pressa ? stata chiusa ed ? stata effettuata la vulcanizzazione della mescola elastomerica per permettere l?adesione dei campioni alla mescola elastomerica.
Parametri di vulcanizzazione:
- Pressione: 30 bar;
- Temperatura: 150?C;
- Tempo di vulcanizzazione: 30 minuti.
Terminato il processo di vulcanizzazione lo stampo 200 ? stato estratto dalla pressa e sono stati ritagliati tre campioni rivestiti di mescola elastomerica, ciascuno lungo 300 mm, per ciascuno dei tre gruppi di campioni. Ciascun campione ? stato poi sottoposto a condizionamento per circa 20 ore a temperatura ambiente in condizioni di umidit? relativa uguale a circa il 65%.
Al termine del condizionamento, sono state eseguite delle prove di strappo sui campioni ottenuti, con cui sono stati valutati due parametri:
- la forza massima di sfilamento tra mescola elastomerica e elemento allungato adesivizzato;
- il quantitativo di mescola elastomerica residua sulla superficie dell?elemento allungato adesivizzato al termine della prova di strappo, espresso come grado di copertura della superficie dell?elemento allungato adesivizzato. Il grado di copertura ? stato valutato tramite prove di microscopia ottica assegnando un punteggio secondo la Tabella 1.
Tabella 1
Il massimo punteggio di 5 indica un?ottima adesione tra mescola elastomerica e elementi allungati adesivizzati che, dopo lo strappo, rimangono completamente ricoperti da residui di mescola. Al contrario, un punteggio pari a 1 indica una pessima adesione e la totale rimozione della mescola elastomerica dalla superficie degli elementi allungati adesivizzati dopo lo strappo.
In Tabella 2 sono riportati i risultati delle prove di strappo in cui sono espressi i valori di forza media, forza minima e forza massima espressi in Newton, e la valutazione del grado di copertura espressa secondo la scala riportata in Tabella 1:
Tabella 2
Come si pu? osservare dalla Tabella 2, i valori di forza massima per rompere l?adesione tra mescola elastomerica e elementi allungati adesivizzati ottenuti secondo l?esempio 1 sono pari a circa l?80% dei valori ottenuti per rompere l?adesione tra mescola elastomerica e elementi allungati adesivizzati ottenuti secondo l?esempio comparativo 1. Tali valori sono ritenuti sufficienti a garantire una buona qualit? dell?adesione tra elemento allungato adesivizzato e mescola elastomerica con il vantaggio che elementi allungati adesivizzati ottenuti secondo l?esempio 1 non risultano tossici per gli operatori e/o per l?ambiente, hanno una maggiore stabilit? e limitano significativamente l?inquinamento della linea di produzione degli elementi allungati adesivizzati.
Inoltre, dalla Tabella 2 ? possibile notare che:
- la differenza tra i valori di forza massima e forza minima per l?esempio 1 risulta essere inferiore rispetto alla corrispondente differenza per l?esempio comparativo 1, e - il valore di forza media misurato per l?esempio 1 risulta essere maggiormente centrato nell?intervallo definito dai rispettivi valori di forza massima e forza minima rispetto a quanto succede per il valore di forza media misurato per l?esempio comparativo 1.
Tali risultati potrebbero rispecchiare una migliore omogeneit? di distribuzione dello strato di rivestimento adesivo sull?intera superficie libera di elementi allungati polimerici rivestiti con il processo secondo l?invenzione rispetto al processo tradizionale RFL.
Per quanto riguarda la valutazione del grado di copertura, ? stato osservato che su elementi allungati adesivizzati ottenuti secondo l?esempio 1, si ha una maggiore percentuale di superficie ricoperta da residui di mescola elastomerica al termine della prova di strappo, rispetto a elementi allungati adesivizzati ottenuti secondo l?esempio comparativo 1. In figura 4a e 4b ? mostrata esemplarmente un?immagine acquisita tramite microscopia ottica rispettivamente su un campione secondo l?esempio 1, e su un campione secondo l?esempio comparativo 1 in seguito a prova di strappo.
Le prove di strappo sopra descritte sono state eseguite su campioni preparati partendo da elementi allungati polimerici comprendenti un singolo filato monofilamento, al fine di testare l?adesione tra elementi allungati adesivizzati e mescola elastomerica nella condizione di maggiore criticit? di adesione, in quanto la superficie libera dell?elemento allungato polimerico risulta minimizzata a parit? di densit? lineare.
Tuttavia la presente invenzione pu? essere applicata ad un qualsiasi elemento allungato polimerico 10, ad esempio come descritto in WO2014091429A1 o in WO2020026178A1 della stessa Richiedente.
Nella produzione di pneumatici, l?elemento allungato adesivizzato 11 viene accoppiato alla mescola elastomerica, ad esempio come da tecnica nota, per realizzare un componente di rinforzo per uno pneumatico.
Un esempio di componente di rinforzo per uno pneumatico realizzato con la presente invenzione pu? essere uno strato di carcassa, uno strato di cintura (incrociata o a zero gradi), e/o una struttura di rinforzo (chafer e/o flipper). La conformazione, posizione e funzione di tali componenti di rinforzo sono ad esempio descritte nel brevetto nr. WO2014091429A1 della stessa Richiedente.
Una volta formato o confezionato lo pneumatico crudo, esso viene sottoposto a stampaggio e vulcanizzazione per ottenere lo pneumatico finito. Durante tale fase si realizza anche la vulcanizzazione della mescola elastomerica del suddetto componente di rinforzo, con la conseguente adesione tra elementi allungati adesivizzati e mescola elastomerica.
Claims (10)
1. Processo di produzione di un componente di rinforzo per uno pneumatico, detto processo comprendendo:
- predisporre almeno un elemento allungato polimerico (10);
- rivestire detto almeno un elemento allungato polimerico (10) con uno strato di rivestimento adesivo per realizzare almeno un elemento allungato adesivizzato (11); - provvedere una mescola elastomerica comprendente almeno un polimero elastomerico, almeno una carica di rinforzo e componenti in grado di favorire la vulcanizzazione;
- rivestire detto almeno un elemento allungato adesivizzato (11) con detta mescola elastomerica,
dove rivestire detto almeno un elemento allungato polimerico (10) comprende:
- posizionare detto elemento allungato polimerico (10) tra due elettrodi (90a, 90b) posti in una camera di lavoro (100);
- immettere tra detti due elettrodi (90a, 90b) un gas attivatore e un gas precursore comprendente un precursore ossazolinico;
- generare tra detti due elettrodi un gas plasma comprendente frammenti reattivi di detto precursore ossazolinico;
- depositare detti frammenti reattivi su una superficie libera di detto elemento allungato polimerico (10) per realizzare detto strato di rivestimento adesivo.
2. Processo secondo la rivendicazione 1, dove detto precursore ossazolinico comprende una molecola selezionata nel gruppo: 2-ossazolina, 3-ossazolina, 4-ossazolina e isossazolina.
3. Processo secondo la rivendicazione 1, dove detto precursore ossazolinico comprende una 2-ossazolina, preferibilmente selezionata nel gruppo: 2-isopropenil-2-ossazolina, 2-isopropil-2-ossazzolina, 2-etil-2-ossazolina e 4,4-dimetil-2-ossazolina.
4. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, dove detto gas plasma ? un plasma freddo, dove generare detto gas plasma comprende applicare a detti due elettrodi (90a, 90b) impulsi di tensione alternata, dove detti impulsi di tensione alternata hanno ciascuno una durata maggiore o uguale 1 ms e/o minore o uguale a 10 ms, dove detti impulsi di tensione alternata vengono applicati con una frequenza maggiore o uguale 60 Hz e/o minore o uguale a 170 Hz, dove generare detto gas plasma comprende alimentare almeno uno di detti due elettrodi (90a, 90b) con impulsi aventi una potenza di alimentazione maggiore o uguale a 100 W e/o minore o uguale a 250 W, e dove detta potenza di alimentazione ? costante.
5. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, dove detto gas attivatore ? scelto nel gruppo dei gas nobili e/o miscele di gas nobili, dove immettere tra detti due elettrodi (90a, 90b) detto gas attivatore ? eseguito con un flusso volumetrico di detto gas attivatore maggiore o uguale a 1,5 ml/min e/o minore o uguale a 3,5 ml/min, e dove immettere tra detti due elettrodi (90a, 90b) detto gas precursore ? eseguito con un flusso di massa maggiore o uguale a 2,0 SCCM e/o minore o uguale a 5 SCCM e dove, precedentemente a detto immettere tra detti due elettrodi (90a, 90b) detto gas attivatore e detto gas precursore, ? previsto ridurre una pressione interna della camera di lavoro ad un valore di pressione minore o uguale a 100 Pascal.
6. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente, precedentemente a detto immettere tra detti due elettrodi detto gas attivatore e detto gas precursore, pre-trattare detto elemento allungato polimerico (10), dove detto pretrattare detto elemento allungato polimerico (10) comprende:
- immettere tra detti due elettrodi (90a, 90b) un gas di pre-trattamento;
- generare tra detti due elettrodi (90a, 90b) un plasma di pre-trattamento,
dove detto gas di pre-trattamento ? scelto nel gruppo dei gas nobili e/o miscele di gas nobili, dove immettere detto gas di pre-trattamento ? eseguito con un flusso volumetrico maggiore o uguale a 1,5 ml/min e/o minore o uguale a 3,5 ml/min, dove detto plasma di pre-trattamento ? un plasma freddo, dove generare detto plasma di pre-trattamento comprende applicare a detti due elettrodi (90a, 90b) una tensione alternata in modo continuo per un intervallo di tempo maggiore o uguale a 20 s e/o minore o uguale a 150 s, e dove generare detto plasma di pre-trattamento comprende alimentare almeno uno di detti due elettrodi (90a, 90b) mediante tensione alternata ad una potenza di alimentazione costante maggiore o uguale a 20 W e/o minore o uguale a 180 W.
7. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, dove detto elemento allungato polimerico (10) comprende da due a quattro filati polimerici, ciascuno ritorto su s? stesso, tutti i filati essendo ritorti insieme per formare l?elemento allungato (10), dove ciascun filato polimerico ha una densit? lineare maggiore o uguale a 300 dtex e/o minore o uguale a 5000 dtex, dove ciascun filato polimerico ? realizzato in un materiale scelto nel seguente gruppo: fibre di poliammide alifatiche, fibre di poliestere, fibre di poliarileterchetoni, cellulosa, poliammidi aromatiche o loro miscele, e dove detti filati polimerici sono realizzati con uno stesso materiale o con materiali diversi.
8. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, dove detta mescola elastomerica ? sostanzialmente priva di resorcinolo, dove detto almeno un elemento allungato adesivizzato (11) ? sostanzialmente privo di resorcinolo, e dove detto almeno un elemento allungato adesivizzato (11) ? sostanzialmente privo di formaldeide libera.
9. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, dove detto almeno un polimero elastomerico ? selezionato tra polimeri elastomerici dienici, polimeri elastomerici mono-olefinici, o loro miscele, dove detta almeno una carica di rinforzo ? selezionata tra: nero di carbonio, silice, allumina, alluminosilicati, carbonato di calcio, caolino o loro miscele, dove detti componenti in grado di favorire la vulcanizzazione comprendono agenti vulcanizzanti e agenti acceleranti, dove detta mescola elastomerica comprende un composto accettore di metilene comprendente una resina fenolica, dove detta mescola elastomerica comprende un composto donatore di metilene scelto tra esa-metilen-tetrammina (HMT) o esa-metossimetil-melammina (HMMM).
10. Processo di produzione di pneumatici comprendente:
- produrre almeno un componente di rinforzo di uno pneumatico crudo secondo il processo di produzione in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, dove detto componente di rinforzo ? scelto nel gruppo: strutture di rinforzo, strati di carcassa e strati di cintura;
- confezionare lo pneumatico crudo comprendente detto almeno un componente di rinforzo;
- sottoporre lo pneumatico crudo a stampaggio e vulcanizzazione per ottenere uno pneumatico finito, dove durante detto stampaggio e vulcanizzazione detto almeno un elemento allungato adesivizzato (11) e detta mescola elastomerica sono mutuamente compressi e riscaldati per far aderire detto almeno un elemento allungato adesivizzato (11) a detta mescola elastomerica.
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