IT9022547A1 - Articolo comprendente almeno un filo metallico annegato in un materiale elastomerico vulcanizzato. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
dell'invenzione -industriale dal titolo:
"Articolo comprendente almeno un filo metallico annegato in un materiale elastomerico vulcanizzato".
La presente invenzione riguarda un articolo comprendente almeno un filo metallico annegato in un materiale elastomerico vulcanizzato. Più in particolare, la presente invenzione riguarda l'attacco elastomero/metallo in un articolo comprendente almeno un filo metallico annegato in una matrice elastomerica vulcanizzata.
E' noto che strutture di questo tipo sono molto frequenti in articoli quali pneumatici, nastri trasportatori, cinghie di trasmissione, tubi flessibili e simili.
In detti articoli, i fili metallici, eventualmente in forma di cordicelle, devono possedere, allo stesso tempo, adeguate caratteristiche meccaniche, buona resistenza alla corrosione e una buona adesione al materiale elastomerico.
L'acciaio, materiale d'elezione per quanto riguarda le caratteristiche meccaniche, presenta lo svantaggio di aderire in modo insufficiente al materiale elastomerico vulcanizzato. Per ottenere elevati livelli di aderenza al materiale elastomerico vulcanizzato è pertanto necessario rivestire l'acciaio con adatti materiali.
Per esempio, è noto che si può ottenere una buona adesione con fili di acciaio ricoperti di uno strato di ottone costituito da circa il 70% di rame ed il 30% di zinco. In questo caso l'attacco viene promosso, grazie alla formazione di un sottile strato di solfuro di rame, dallo zolfo stesso o da suoi derivati noti presenti, come agenti vulcanizzanti, nella mescola.
L'attacco tra acciaio ottonato ed elastomero decade per opera dell'umidità/ossigeno. La degradazione dell'attacco può essere parzialmente contrastata aggiungendo del cobalto sotto forma di sale. In questo caso si ritiene che il ruolo del cobalto sia quello di determinare un calo della conducibilità elettrica dello strato di solfuro di rame; a ciò corrisponde una minor velocità di diffusione degli ioni e, ai conseguenza, una ridotta crescita dello strato interfacciale di
responsabile della distruzione dell'integrità del film di
e quindi dell'attacco.
Mentre la condizione di garantire un attacco elevato e stabile nel tempo viene, in generale, soddisfatta, l'acciaio ottonato è scarsamente resistente alla corrosione.
Negli articoli di materiale elastomerico vulcanizzato rinforzati con fili di acciaio ottonato, eventualmente in forma di cordicelle, come ad esempio i pneumatici, la corrosione viene indotta sia dall'umidità che permea l'elastomero, sia dall'acqua che riesce a venire a contatto con la struttura di rinforzo in acciaio ottonato attraverso fori o lacerazioni dell'elastomero.
Nel caso di articoli comprententi fili metanici annegati in una matrice elastomerica vulcanizzata è quindi ancora molto sentita la necessità di soddisfare a due precise esigenze: garantire un buon attacco filo/matrice elastomerica vulcanizzata ed una buona resistenza del filo alla corrosione.
Una soluzione apparentemente semplice sarebbe quella di rivestire i fili di acciaio con un metallo, quale ad esempio lo zinco, capace di preservarli dalla corrosione.
Tuttavia, le sperimentazioni condotte dalla Richiedente con mescole che danno un buon attacco nel caso delle cordicelle di acciaio ottonato hanno dato risultati del tutto insoddisfacenti su cordicelle di acciaio zincato.
La Richiedente ha allora condotto altre sperimentazioni elevando le concentrazioni dei componeneti capaci di promuovere un buon attacco dell'elastomero sulle cordicelle ottonate. Più in particolare ha usato:
- elevate concentrazioni di cobalto (circa 0,5-1%, come Cobalto metallico, in peso circa rispetto al peso di elastomero nella mescola);
- elevate concentrazioni di resine che si formano nella mescola durante la vulcanizzazione per reazione di resorcina in presenza di donatori di gruppi metilenici (concentrazione di resorcina nella mescola prima della vulcanizzazione = 4-10% in peso circa rispetto al peso di elastomero nella mescola); e/o - elevate concentrazioni di zolfo (almeno il 6% circa rispetto al peso di elastomero nella mescola);
In tutti i casi sono stati ottenuti articoli con caratteristiche complessivamente inferiori a quelle degli articoli corda ottonata/mescole convenzionali.
Infatti, le mescole ad elevate concentrazioni di cobalto danno attacchi con scarsa resistenza alla stravulcanizzazione ed all'invecchiamento alle alte temperature; quelle ad elevate concentrazioni di resine danno problemi ambientali (generazione di fumi) ed attacchi scarsamente resistenti all'invecchiamento; quelle ad elevate concentrazioni di zolfo danno difficoltà di processo e scarsa resistenza all'invecchiamento.
La Richiedente ha allora sperimentato il comportamento di prodotti noti per la loro capacità di favorire l'attacco dell'elastomero alle superfici metalliche quali, per esempio, le mercapto triazine.
Anche queste sostanze non hanno, tuttavia, dato risultati soddisfacenti su cordicelle di acciaio zincato/matrici elastomeriche convenzionali per cordicelle di acciaio ottonato.
E' stato invece inaspettatamente trovato che esiste una considerevole sinergia d'azione tra cobalto e trimercapto triazina tanto da promuovere il mantenimento di buoni livelli d'attacco anche dopo invecchiamento in presenza di umidità.
Costituisce quindi oggetto della presente invenzione un articolo comprendente almeno un filo metallico annegato in una matrice elastomerica vulcanizzata ottenuta da una mescola comprendente almeno un elastomero vulcanizzabile ed almeno un agente di vulcanizzazione costituito da zolfo o da un suo derivato, caratterizzata dal fatto che il filo metallico è di acciaio zincato e che la mescola vulcanizzabile comprende almeno lo 0,2% in peso, rispetto al peso di detto elastomero, di trimercapto triazina e lo 0,1-0,5% in peso, rispetto al peso di detto elastomero, di cobalto.
Lo spessore dello strato di rivestimento di zinco sul filo di acciaio è preferibilmente compreso fra 0,15 e 0,35 micron.
Concentrazioni di trimercaptotriazina comprese fra lo 0,2 ed il 3% circa sono generalmente sufficienti per conseguire il risultato desiderato.
Preferibilmente, il cobalto viene aggiunto alla mescola vulcanizzabile sotto forma di sale del cobalto bivalente. Ancor più preferibilmente si usa un sale del cobalto bivalente con elevata solubilità nell'elastomero.
Esempi tipici di adatti sali di cobalto secondo la presente invenzione sono il sale borico commercializzato dalla ditta Manchem con il nome di Manobond 680 C ed il neodecanoato delle ditte Goldschmidt e Manchem.
Le concentrazioni preferite di cobalto metallico bivalente sono comprese fra lo 0,1 e lo 0,3% in peso rispetto al peso di detto elastomero.
Ulteriori oggetti della presente invenzione sono i pneumatici, i nastri trasportatori,, le cinghie di trasmissione e i tubi flessibili che comprendono almeno una struttura di rinforzo costituita da un articolo secondo la presente invenzione.
Gli esempi ed i saggi che seguono vengono dati a scopo puramente illustrativo e non limitativo.
Negli esempi e nei saggi, la sigla 74175WLL contraddistingue la forma di una cordicella comunemente usata in strutture di rinforzo di pneumatici radiali giganti.
Essa è costituita da 7 trefoli ciascuno di 4 fili del diametro di 0,175 mm attorno ai quali è avvolto un filo detto "vergolino" del diametro di 0,15 mm, corda di tipo equiverso (infatti il senso di avvolgimento dei fili nei trefoli e dei trefoli nella corda è sempre lo stesso). Ovviamente, la cordicella usata negli esempi è formata da fili di acciaio zincato mentre quelle comunemente usate nei pneumatici sono di acciaio ottonato.
Le altre sigle usate negli esempi hanno i seguenti significati :
NR = gomma naturale,
C.B. = nero fumo,
HMMM = esametossimetilenmelammina,
Accelerante = dicicloesiIbenzotiazolosulfenammide
ZF = trimercapto triazina,
infine, le quantità dei componenti delle mescole vulcanizzabili esemplificate sono espresse in parti in peso.
ESEMPI 1-7
Sono stati preparati dei provini annegando cordicelle 74175WLL di acciaio rivestite di uno strato di zinco di 0,24 (Provini 024) e 0,29 (Provini 029) micron in mescole aventi le composizioni indicate qui di seguito e vulcanizzando dette /nescole a 151°C per 40 minuti primi.
SAGGI
I. Misura dell’Attacco Elastomero/Metallo
La determinazione è stata effettuata con un metodo che misura la forza necessaria per sfilare una cordicella da un cilindro di gomma vulcanizzata, descritto in Kautschuk und Gummi Kunststoffe voi. 5, 228-232 (1969). I Provini 024 e 029 erano stati preparati vulcanizzando le mescole da <' a 0 come indicato nei precedenti Esempi 1-7.
Il carico di sfilamento è stato misurato con un dinamometro elettronico.
Il grado di copertura della cordicella estratta dal provino, espresso mediante un indice di copertura, valuta la percentuale della superficie della corda che si presenta ancora ben gommata. Quando il valore dell'indice di copertura è alto, la separazione tra cordicella e mescola è avvenuta per difetto di coesione della mescola e non per difetto di adesione dell’interfaccia mescola/metallo.
CSF indica il valore di carico di sfilamento in Newton; su provino con lunghezza di affondamento pari a 20 mm; GC indica invece il valore dell'indice di copertura.
I valori iniziali e quelli riscontrati dopo conservazione in camera climatica a 65°C/90Z U.R. per 8 e 16 giorni sono riportati qui di seguito:
PROVINI 024
PROVINI 029
II. Misura della Resistenza alla Corrosione
La resistenza del filo alla corrosione è stata valutata mediante la misurazione del carico di rottura (CR) del filo prima e dopo l'invecchiamento in camera climatica a 65°C/90% U.R. per 15, 30 e 45 giorni.
Le prove sono state condotte su fili di acciaio del diametro di 0,175 mm rivestito con vari spessori di zinco (0,17, 0,24, 0,29 micron) in confronto con un filo di acciaio di pari diametro, rivestito con 0,29 micron di ottone.
I risultati ottenuti sono indicati qui di seguito:
Claims (11)
- RIVENDICAZIONI 1. Articolo comprendente almeno un filo metallico annegato in una matrice elastomerica vulcanizzata ottenuta da una mescola comprendente un elastomero vulcanizzabile ed almeno un agente di vulcanizzazione costituito da zolfo o da un suo derivato, caratterizzata dal fatto che il filo metallico è di acciaio zincato e che la mescola vulcanizzabile comprende almeno lo 0,2% in peso, rispetto al peso di detto elastomero, di trimercapto triazina e lo 0,1-0,5% in peso, rispetto al peso di detto elastomero, di cobalto.
- 2. Articolo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che lo spessore dello strato di rivestimento di zinco sul filo di acciaio è compreso fra e 0,15 - 0,35 micron.
- 3. Articolo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che le concentrazioni di trimercaptotriazina sono comprese fra lo 0,2 ed il 3% circa.
- 4. Articolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che si usa un sale del cobalto solubile nell'elastòmero.
- 5. Articolo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che si usa un sale del cobalto bivalente.
- 6. Articolo secondo le rivendicazioni 4 e 5, caratterizzato dal fatto che i sali di cobalto sono il Manobond 680 C ed il neodecanoato.
- 7. Articolo secondo una delle rivendicazioni 5 o 6, caratterizzato dal fatto che le concentrazioni di cobalto metallico bivalente sono comprese fra lo 0,1 e lo 0,3%.
- 8. Pneumatico comprendente almeno una struttura di rinforzo formata da articolo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 1 a 7.
- 9. Nastro trasportatore comprendente almeno una struttura di rinforzo formata da articolo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 1 a 7.
- 10.Cinghia di trasmissione comprendente almeno una struttura di rinforzo formata da articolo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 1 a 7.
- 11.Tubo flessibile comprendente almeno una struttura di rinforzo formata da un articolo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 1 a 7.
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