BRPI0905178A2

BRPI0905178A2 - banda de rodagem de pneu com reforÇo de ranhura

Info

Publication number: BRPI0905178A2
Application number: BRPI0905178-3A
Authority: BR
Inventors: Johan Peter Dahlberg; Stephane Jose Geelen; Annette Lechtenboehmer; Filomeno Gennaro Corvasce; Matthieu Pingenat; Pierre Bernard Raoul Brochet; Paquin Anne Therese Peronnet; Jacek Wojcik; Jean Luc Dheur; Isabelle Lea Louise Marie Lampert
Original assignee: Goodyear Tire & Rubber
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2013-07-02
Also published as: LU91628B1; FR2940182A1; US20100154948A1; FR2940182B1

Abstract

BANDA DE RODAGEM DE PNEU COM REFORÇO DE RANHURA. Um pneu tem um eixo de rotação. O pneu inclui dois costados se estendendo radialmente para fora e uma banda de rodagem disposta radialmente para fora dos dois costados e interligando os dois costados. A banda de rodagem inclui uma parte principal compreendendo um primeiro composto e uma estrutura de reforço compreendendo um segundo composto tendo fibras curtas de reforço orientadas entre -20 graus a +20 graus em relação a uma direção circunferencial da banda de rodagem. A parte principal da banda de rodagem inclui pelo menos uma ranhura circunferencial separando estrias circunferenciais. Cada ranhura circunferencial tem duas laterais e uma base entre elas. A estrutura de reforço inclui uma camada do segundo composto presa às laterais de cada ranhura circunferencial.

Description

"BANDA DE RODAGEM DE PNEU COM REFORÇO DE RANHURA" CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção diz respeito a um pneu e, mais particularmente, a uma banda de rodagem de pneu com reforço de ranhura.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Um pneu pneumático inclui tipicamente um par de talões inextensíveis separados axialmente. Um enchimento de material de reforço de talão disposto circunferencialmente se estende radialmente para fora de cada respectivo talão. Pelo menos uma lona de carcaça se estende entre os dois talões. A lona de carcaça tem partes de extremidade opostas axial- mente, cada uma das quais é enrolada em volta de um respectivo talão e presa a ele. Bor- racha de banda de rodagem e borracha de costado são localizadas axialmente e radialmen- te para fora, respectivamente, da lona de carcaça.

A área de talão é uma parte do pneu que contribui substancialmente para a resis- tência ao rolamento do pneu, por causa da flexão cíclica que também resulta em acumula- ção de calor. Sob condições de operação severa, tais como rodar vazio e pneus de alto de- sempenho, a flexão e aquecimento na região de talão podem ser especialmente problemáti- cos, resultando em separação de componentes mutuamente adjacentes que têm proprieda- des desiguais, tais como os respectivos módulos de elasticidade. Em particular, as extremi- dades viradas de lona podem ficar propensas à separação dos elementos estruturais adja- centes do pneu.

A banda de rodagem de pneu é uma outra parte do pneu que contribui substanci- almente para a resistência ao rolamento do pneu. Deformação de ranhura de banda de ro- dagem pode resultar em subsequente acumulação de calor no composto de banda de roda- gem durante operação do pneu, e vice-versa, aumentando assim resistência ao rolamento. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Um pneu de acordo com a presente invenção tem um eixo de rotação. O pneu inclui dois costados se estendendo radialmente para fora e uma banda de rodagem disposta radi- almente para fora dos dois costados e interligando os dois costados. A banda de rodagem inclui uma parte principal compreendendo um primeiro composto e uma estrutura de reforço compreendendo um segundo composto tendo fibras curtas de reforço orientadas entre -20 graus a +20 graus em relação a uma direção circunferencial da banda de rodagem. A parte principal da banda de rodagem inclui pelo menos uma ranhura circunferencial separando estrias circunferenciais. Cada ranhura circunferencial tem duas laterais e uma base entre elas. A estrutura de reforço inclui uma camada do segundo composto presa às laterais de cada ranhura circunferencial.

Em um outro aspecto da presente invenção, o pneu é um pneu pneumático. Ainda em um outro aspecto da presente invenção, o pneu é um pneu não pneumá- tico.

Também em um outro aspecto da presente invenção, o pneu inclui adicionalmente uma lona de carcaça radialmente para dentro da banda de rodagem.

Ainda em um outro aspecto da presente invenção, a base e as duas laterais da pelo menos uma ranhura circunferencial definem uma forma de U.

Também em um outro aspecto da presente invenção, a estrutura de reforço é presa às laterais e à base da pelo menos uma ranhura circunferencial para definir uma estrutura de reforço em forma de U.

Ainda em um outro aspecto da presente invenção, a camada tem uma espessura entre 0,5 mm e 1,5 mm.

Também em um outro aspecto da presente invenção, as fibras curtas da estrutura de reforço são fibras curtas de aram ida.

Ainda em um outro aspecto da presente invenção, as fibras curtas do segundo composto têm comprimentos variando de 0,5 mm a 10 mm e espessuras variando de 5 mí- crons a 30 mícrons.

Também em um outro aspecto da presente invenção, a estrutura de reforço com- preende um par de estruturas separadas presas somente às laterais da pelo menos uma ranhura circunferencial.

Ainda em um outro aspecto da presente invenção, a estrutura de reforço se estende radialmente para fora para uma superfície de contactar o solo da banda de rodagem.

Também em um outro aspecto da presente invenção, o segundo composto é mais rijo que o primeiro composto.

Ainda em um outro aspecto da presente invenção, o segundo composto é mais rijo em uma direção circunferencial do que na direção radial. Uma banda de rodagem de acordo com a presente invenção compreende uma par-

te principal compreendendo um primeiro composto e uma estrutura de reforço compreen- dendo um segundo composto tendo fibras curtas de reforço orientadas entre -20 graus a +20 graus em relação a uma direção circunferencial da banda de rodagem. A parte principal da banda de rodagem compreende adicionalmente pelo menos uma ranhura circunferencial separando estrias circunferenciais. Cada ranhura circunferencial tem duas laterais e uma base entre elas. A estrutura de reforço compreende uma camada do segundo composto presa às laterais de cada ranhura circunferencial.

DEFINIÇÕES

"Enchimento de talão" ou "enchimento de material de reforço de talão" significa um enchimento elastomérico localizado radialmente acima do núcleo de talão e entre as lonas e as lonas viradas.

"Axial" e "Axialmente" significam as linhas ou direções que são paralelas ao eixo de rotação do pneu.

"Talão" ou "Núcleo de talão" de uma maneira geral significa aquela parte do pneu compreendendo um elemento de tração anular de talões internos radialmente que são asso- ciados com prender o pneu ao jante; os talões sendo envoltos pelos cordões de lona e mo- delados, com ou sem outros elementos de reforço tais como cobre-talão, reforços de arame na área do talão, enchimentos, protetores de unha e telas antifricção.

"Carcaça" significa a estrutura de pneu exceto a estrutura de cintura, banda de ro- dagem, parte inferior de banda de rodagem sobre as lonas, mas incluindo os talões.

"Armação" significa a carcaça, estrutura de cintura, talões, costados e todos os ou- tros componentes do pneu exceto a banda de rodagem e parte inferior de banda de roda- gem, isto é, o pneu inteiro.

"Reforço de arame na área do talão" se refere a uma faixa estreita de cordões de tecido ou aço localizados na área de talão, cuja função é reforçar a área de talão e estabili- zar a parte mais interna radialmente do costado. "Circunferencial" mais freqüentemente significa linhas ou direções circulares se es-

tendendo ao longo do perímetro da superfície da banda de rodagem anular perpendiculares à direção axial; também pode se referir à direção dos conjuntos de curvas circulares adja- centes cujos raios definem a curvatura axial da banda de rodagem, tal como visto em seção transversal.

"Cordão" significa um dos fios de reforço, incluindo fibras, com o que as lonas e cin-

tas são reforçadas.

"Plano Equatorial" significa o plano perpendicular ao eixo de rotação do pneu e passando através do centro de sua banda de rodagem; ou o plano contendo a linha de cen- tro circunferencial da banda de rodagem. "Cobre-talão" se refere a um tecido de reforço em volta do fio para talão para resis-

tência e para fixar o fio para talão no corpo de pneu.

"Bitola" se refere de uma maneira geral a uma medição e especificamente à espes- sura.

"Revestimento Interno" significa a camada ou camadas de elastômero ou de outro material que formam a superfície interna de um pneumático sem câmara e que contêm o fluido de inflação dentro do pneu.

"Lateral" significa uma direção paralela à direção axial.

"Carga Normal" significa a pressão de inflação e carga de projeto específicas de- signadas pela organização de padrões apropriados para a condição de serviço para o pneu. "Lona" significa uma camada reforçada com cordões de borracha revestida posicio-

nada radialmente ou de outro modo cordões paralelos.

"Radial" e "radialmente" significam direções radialmente na direção ou para longe do eixo de rotação do pneu.

"Estrutura de Lona Radial" significa a uma ou mais lonas de carcaça ou que pelo menos uma lona tem cordões de reforço orientados em um ângulo entre 65° e 90° com rela- ção ao plano equatorial do pneu.

"Pneu de Lona Radial" significa um pneu pneumático cintado ou restringido circun-

ferencialmente no qual pelo menos umajona tem cordões que se estendem de talão para talão e são estendidos em ângulos de cordão entre 65° e 90° com relação ao plano equato- rial do pneu.

"Altura de Seção" significa a distância radial do diâmetro nominal de jante para o di- âmetro externo do pneu no seu plano equatorial.

"Largura de Seção" significa a distância linear máxima paralela ao eixo geométrico do pneu e entre o exterior de seus costados quando e após ele tiver sido inflado na pressão normal por 24 horas, mas sem carga, excluindo elevações dos costados por causa de mar- cação, decoração ou bandas de proteção. "Costado" significa aquela parte de um pneu entre a banda de rodagem e o talão.

"Protetor de unha" se refere à parte elastomérica de contactar jante posicionada cir- cunferencialmente do pneu axialmente para dentro de cada talão.

"Largura de banda de rodagem" significa o comprimento de arco da superfície de banda de rodagem no plano que inclui o eixo de rotação do pneu. "Extremidade virada" significa a parte de uma lona de carcaça que vira para cima

(isto é, radialmente para fora) dos talões em volta dos quais a lona é enrolada.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

A estrutura, operação e vantagens da invenção se tornarão mais aparentes median- te contemplação da descrição a seguir considerada em conjunto com os desenhos anexos, em que:

A figura 1 representa uma vista seccional transversal esquemática de um pneu de exemplo para uso com a região de ranhura da presente invenção;

A figura 2 representa uma vista esquemática seccional transversal de detalhe de uma outra região de ranhura para uso com o pneu de exemplo da figura 1; A figura 3 representa um gráfico esquemático de tensão versus deformação medi-

das para uma composição de exemplo em duas temperaturas;

A figura 4 representa um gráfico esquemático de tensão versus deformação medi- das para outras duas composições de exemplo; e

A figura 5 representa um gráfico esquemático de tensão versus deformação medi- das para outras três composições de exemplo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA MODALIDADE DE EXEMPLO

A figura 1 mostra um pneu de exemplo 10 para uso com estruturas de reforço de ranhura de acordo com a presente invenção. O pneu de exemplo 10 tem uma banda de ro- dagem 12, um revestimento interno 23, uma estrutura de cintura 16 compreendendo as cin- tas 18, 20, uma carcaça 22 com uma lona de carcaça 14, os dois costados 15, 17 e as duas regiões de talão 24a, 24b compreendendo os enchimentos de material de reforço de talão 26a, 26b e os talões 28a, 28b. O pneu de exemplo 10 é adequado, por exemplo, para mon- tagem em uma jante de um veículo de passageiros. A lona de carcaça 14 inclui um par de partes de extremidade opostas axialmente 30a, 30b, cada uma das quais é presa a um res- pectivo talão dos talões 28a, 28b. Cada parte de extremidade axial 30a ou 30b da lona de carcaça 14 é virada para cima e em volta do respectivo talão 28a, 28b para uma posição suficiente para ancorar cada parte de extremidade axial 30a, 30b.

A lona de carcaça 14 pode ser uma lona emborrachada tendo uma pluralidade^ae elementos de reforço de carcaça substancialmente paralelos feitos de material tal como po- liéster, raiom, ou compostos poliméricos orgânicos adequados similares. As partes viradas da lona de carcaça 14 podem encaixar as superfícies externas axiais dos dois cobre-talões 32a, 32b e superfícies internas axiais de dois reforços de arame na área do talão 34a, 34b.

De acordo com a presente invenção, tal como mostrado na figura 1, a banda de ro- dagem de exemplo 12 tem as quatro ranhuras circunferenciais 41, cada uma tendo um re- vestimento compreendendo uma estrutura de reforço em forma de U 43. A parte principal da banda de rodagem 12 pode ser formada de um primeiro composto de banda de rodagem, o qual pode ser qualquer composto ou compostos de banda de rodagem adequados. Cada estrutura de reforço 43 ocupa a superfície interna de uma ranhura circunferencial 41 e é formada de um segundo composto mais rijo que o(s) primeiro(s) composto(s) da parte prin- cipal da banda de rodagem 12. O segundo composto inclui fibras curtas de reforço orienta- das entre -20 graus e +20 graus em relação a uma direção circunferencial da banda de ro- dagem 12 e do pneu 10.

Cada ranhura circunferencial 41 é definida por um fundo ou base separando late- ralmente um par de paredes se estendendo radialmente (em forma de U). Tal como visto na figura 1, a estrutura de reforço 43 reveste completamente cada ranhura circunferencial 41, nas direções lateral, radial e circunferencial (não mostrada). Cada estrutura de reforço 43 inclui as duas partes radiais 45, as quais formam paredes opostas da estrutura de reforço adjacentes às paredes se estendendo radialmente das ranhuras circunferenciais 41. Cada estrutura de reforço 43 tem adicionalmente uma parte de base 47 interligando as duas par- tes radiais 45 ao longo da base das ranhuras circunferenciais 41.

As partes radiais 45 das estruturas de reforço 43 podem se estender radialmente para fora de forma total para a superfície de contactar o solo da parte principal da banda de rodagem 12. As extremidades externas radialmente das partes radiais 45 podem desgastar à medida que a superfície de contactar o solo da parte principal da banda de rodagem 12 desgasta. Uma estrutura de reforço de exemplo 43 pode ter uma espessura uniforme entre 0,5 mm e 5,0 mm por toda a estrutura em forma de U.

De acordo com um outro aspecto da presente invenção, tal como mostrado na figu- ra 2, cada ranhura circunferencial de exemplo 141 pode ter um revestimento parcial com- preendendo as duas estruturas de reforço 143. A parte principal da banda de rodagem 12 pode ser formada de um primeiro composto de banda de rodagem, o qual pode ser qualquer composto de banda de rodagem adequado, tal como descrito anteriormente com relação à figura 1. Cada estrutura de reforço 143 ocupa parte da superfície interna de uma ranhura circunferencial 141 e é formada de um segundo composto mais rijo que o primeiro composto da parte principal da banda de rodagem 12. O segundo composto inclui fibras curtas de re- forço orientadas entre -20 graus e +20 graus em relação a uma direção" circunTerencial da banda de rodagem 12 e do pneu 10.

Cada ranhura circunferencial 141 é definida por um fundo ou base separando late- ralmente um par de paredes se estendendo radialmente (em forma de U). Tal como visto na figura 2, as estruturas de reforço 143 revestem cada parede de cada ranhura circunferencial 141, nas direções radial e circunferencial (não mostrada). Cada par de estruturas de reforço 143 forma paredes opostas separadas das ranhuras circunferenciais 141 adjacentes às pa- redes se estendendo radialmente das ranhuras circunferenciais. Os pares de estruturas de reforço 143 em cada ranhura circunferencial 141 não têm parte de base ou de interligação ao longo da base das ranhuras circunferenciais 141.

As estruturas de reforço 143 podem se estender radialmente para fora de forma to- tal para a superfície de contactar o solo da parte principal da banda de rodagem 12. As ex- tremidades externas radialmente das estruturas de reforço 143 desgastarão à medida que a superfície de contactar o solo da parte principal da banda de rodagem 12 desgastar. As es- truturas de reforço de exemplo 143 podem ter uma espessura uniforme entre 0,5 mm e 1,5 mm.

A composição específica e propriedades físicas do primeiro composto da banda de rodagem 12 e do segundo composto das estruturas de reforço 43 ou 143, e as relações en- tre elas, serão discutidas agora. O módulo de elasticidade E pode medir, entre outras carac- terísticas, a dureza de um composto particular. Em geral, a dureza de um composto de ban- da de rodagem homogêneo e uniforme pode ser tanto benéfica quanto prejudicial para vá- rias características de desempenho de um pneu. Por exemplo, um composto de banda de rodagem mais duro pode ser benéfico em termos de taxa de desgaste de banda de rodagem e resistência ao rolamento, quando comparado a um composto de banda de rodagem mais macio. Entretanto, o composto de banda de rodagem mais duro pode ser mais susceptível a um efeito e/ou dano de borda e ter menor tração molhada do que o composto de banda de rodagem mais macio. De modo oposto, um composto de banda de rodagem mais macio pode ser menos susceptível ao efeito e/ou dano de borda e ter maior tração molhada do que um composto de banda de rodagem mais duro. Entretanto, o composto de banda de rodagem mais macio pode ter uma maior taxa de desgaste de banda de rodagem e maior resistência ao rolamen- to do que o composto de banda de rodagem mais duro. As estruturas de reforço 43 de acor- do com a presente invenção utilizam um segundo composto de banda de rodagem mais duro e reforçado com fibras curtas para tirar proveito dos benefícios do composto de banda de rodagem mais duro e reforçado com fibras curtas na área proximal às ranhuras circunfe- renciais 41 e um composto de banda de rodagem mais macio para a parte remanescente da banda de rodagem 12.

Especificamente, o segundo composto mais rijo reforçado com fibras curtas das es- truturas de reforço 43 ou 143 nas laterais das ranhuras circunferenciais 41 ou 141 pode limi- tar a deformação do(s) primeiro(s) composto(s) mais macio(s) das estrias de banda de ro- dagem adjacentes (isto é, efeito de "barril"), diminuindo assim resistência ao rolamento em- bora sacrificando um pouco, se alguma, características de desgaste de banda de rodagem e/ou de tração (molhada ou seca). Mais especificamente, as estruturas de reforço mais rijas 43 ou 143 diminuem deformação de ranhura/estria, diminuindo assim temperatura estabele- cida adjacente às ranhuras e diminuindo resistência ao rolamento.

Adicionalmente, as fibras curtas das estruturas de reforço 43, 143 permitem que o segundo composto seja mais rijo na direção circunferencial do que na direção radial da ban- da de rodagem 12. Assim, as estruturas de reforço 43,143 de acordo com a presente inven- ção podem diminuir resistência ao rolamento de um pneu sem as estruturas por tanto quan- to 8%.

Um segundo composto de exemplo para uso como as estruturas de reforço 43 ou 143 indicadas acima pode ser uma composição compreendendo de 5 a 40 partes em peso, por 100 partes em peso de borracha, de fibras de aramida picadas, ou picadas e fibriladas, tendo um comprimento variando de 0,1 a 10 mm e tendo uma espessura variando de 5 mí- crons a 30 mícrons. Poliéster, policetona, polibenzobisoxazol (PBO), náilon, raiom e/ou ou- tras fibras orgânicas e/ou têxteis adequadas podem ser usadas alternativamente no segun- do composto.

Uma amostra do segundo composto de exemplo anterior tendo 7,5 partes em peso, por 100 partes em peso de borracha, de fibras de aramida fibriladas picadas tendo um com- primento variando de 0,1 a 10 mm e tendo uma espessura variando de 5 mícrons a 30 mí- crons foi transformada em uma lâmina e cortada em amostras de ensaio de tração. As a - mostras de ensaio de tração foram cortadas em duas orientações, uma com a direção de puxamento de teste paralela com a direção de laminação das amostras, e uma com a dire- ção de puxamento de teste perpendicular à direção de laminação das amostras. Deste mo- do, o efeito de orientação de fibra (de uma maneira geral na direção de laminação), e assim a anisotropia do segundo composto, foi medido. As amostras de tração foram então medi- das para tensão em várias deformações. Uma razão de tensão, definida como a (tensão medida na direção paralela à direção de laminação)/(tensão medida na direção perpendicu- lar à direção de laminação) foi então calculada para cada deformação. Os resultados da razão de tensão versus deformação para temperaturas de 23 graus C e 100 graus C estão mostrados na figura 3.

Um outro segundo composto de exemplo para uso como as estruturas de reforço 43 ou 143 descritas anteriormente pode ser uma composição de borracha compreendendo um elastômero baseado em dieno e de 5 a 40 partes em peso, por 100 partes em peso de elastômero, de fibras curtas de aramida tendo um comprimento variando de 0,1 a 10 mm e tendo uma espessura variando de 5 mícrons a 30 mícrons. As fibras curtas de aramida po- dem ter disposta em pelo menos parte de sua superfície uma composição compreendendo: um ácido graxo alifático ou cera microcristalina sintética; um sal de Bunte; um polissulfeto compreendendo o componente -[S]n ou -[S]0-Zn-[S]P, em que cada um de o e ρ é 1-5, o+p = n, e η = 2-6; e enxofre ou um doador de enxofre.

As fibras curtas de aramida podem ser fibriladas (isto é, tornadas ásperas e rasga- das parcialmente) e fornecidas em um lote com borracha natural. Outras fibras curtas, tendo rigidez, anisotropia e aderência de borracha similares, também podem ser usadas de acordo com a presente invenção. Adicionalmente, as fibras picadas ou picadas e fibriladas nas di- mensões especificadas acima podem ser misturadas com a borracha durante composi- ção/mistura.

O ácido graxo alifático ou cera microcristalina sintética pode estar presente em uma quantidade variando de 10% a 90% em peso, com base no peso das fibras curtas de arami- da, do ácido graxo ou cera, do sal de Bunte e do polissulfeto. O ácido graxo alifático pode ser ácido esteárico. A cera microcristalina sintética pode ser cera de polietileno.

O sal de Bunte pode ter a fórmula (H)m'-(R1-S-S03"M+)M · XH2O, em que m é 1 ou 2, m' é 0 ou 1, e m + m' =2; χ é 0 - 3, M é selecionado de Na, K, Li, V2 Ca, Vá Mg e 1/3 Al, e R1 é selecionado de alquileno C1-C12, alcoxileno C1-C12 e aralquileno C7-C12. O sal de Bunte pode ser dissódio hexametileno-1,6-bis(tiossulfato) dihidrato. A quantidade do sal de Bunte pode variar de 0,25% a 25% em peso, com base no peso de fibras planas.

O polissulfeto pode ser selecionado do grupo consistindo de diciclopentametileno tiuram tetrassulfeto, bis-3-trietoxisililpropil tetrassulfeto, alquila fenol polissulfeto, mercapto- benzotiazol de zinco, e 2-dissulfeto de mercaptobenzotiazila. A quantidade do polissulfeto pode variar de 0,01% a 15% em peso, com base no peso das fibras planas.

O enxofre pode ser enxofre pulverizado, enxofre precipitado e/ou enxofre insolúvel. O doador de enxofre pode ser dissulfeto de tetrametiltiuram, dissulfeto de tetraetiltiuram, dissulfeío de tetrabutiltiuram, hexassulfeto de dipentametileno tiuram, tetrassulfeto de dipen- tametileno tiuram, ditiodimorfolina e/ou misturas dos mesmos. A quantidade do enxofre ou doador de enxofre pode variar de 0,001% a 10% em peso, com base no peso das fibras pla- nas.

A combinação do sal de Bunte, o polissulfeto e o enxofre ou doador de enxofre po-

de estar presente em uma quantidade variando de 0,5% a 40% em peso, com base no peso das fibras planas. Em uma modalidade, a combinação do sal de Bunte, o polissulfeto e o enxofre ou doador de enxofre está presente em uma quantidade variando de 1 % a 20% em peso, com base no peso da fibra plana. Em uma modalidade, a combinação do sal de Bun- te, o polissulfeto e o enxofre ou doador de enxofre está-presente em uma quantidade vari- ando de 2% a 8% em peso, com base no peso da fibTà plana.

A composição de borracha pode ser usada com borrachas ou elastômeros conten- do insaturação olefínica. As frases "borracha ou elastômero contendo insaturação olefínica" e "elastômero baseado em dieno" são pretendidas para incluir tanto borracha natural e suas várias formas brutas e regeneradas quanto várias borrachas sintéticas. Nesta descrição, os termos "borracha" e "elastômero" podem ser usados de forma intercambiável, a não ser que prescrevido de outro modo. As expressões "composição de borracha", "borracha misturada" e "composto de borracha" são usadas de forma intercambiável para se referir a borracha que tenha sido combinada ou misturada com vários ingredientes e materiais e tais expres- sões são bem conhecidas para os versados na técnica de mistura de borracha ou composi- ção de borracha.

Polímeros sintéticos representativos podem ser os produtos de homopolimerização de butadieno e seus homólogos e derivados, tais como metilbutadieno, dimetilbutadieno e pentadieno, assim como copolímeros, tais como esses formados de butadieno ou seus ho- mólogos ou derivados com outros monômeros insaturados. Entre os últimos podem estar acetilenos (isto é, vinil acetileno), olefinas (isto é, isobutileno, o qual copolimeriza com iso- preno para formar borracha de butil), compostos de vinil (isto é, ácido acrílico ou acrilonitrilo, os quais polimerizam com butadieno para formar NBR), ácido metacrílico, e estireno (que polimeriza com butadieno para formar SBR), assim como ésteres de vinil e vários aldeídos insaturados, cetonas e éteres, por exemplo, acroleína, metil isopropenil cetona, e vinil etil éter.

Exemplos específicos de borrachas sintéticas podem incluir neopreno (policloropre- no), polibutadieno (incluindo cis-1,4-polibutadieno), poliisopreno (incluindo cis-1,4- poliisopreno), borracha de butil, borracha de halobutil (tal como borracha de clorobutil ou borracha de bromobutil), borracha de estireno/isopreno/butadieno, copolímeros de 1,3- butadieno ou isopreno com monômeros tais como estireno, acrilonitrilo e metacrilato de me- tila, assim como terpolímeros de etileno/propileno, também conhecidos como monômeros de etileno/propileno/dieno (EPDM)1 e em particular, terpolímeros de etile- no/propileno/diciclopentadieno. Exemplos adicionais de borrachas que podem ser usadas incluem polímeros polimerizados de solução funcionalizada de final alcóxi-silil (SBR, PBR1 IBR e SIBR), polímeros com ramificação em estrela acoplados a silício e acoplados a esta- nho.

A composição de borracha também pode incluir até 70 ppc de óleo de processa- mento. Óleo de processamento pode ser incluído na composição de borracha como óleo de extensão tipicamente usado para estender elastômeros. Óleo de processamento também pode ser incluído na composição de borracha por adição do óleo diretamente durante com- posição de borracha. O óleo de processamento usado pode incluir tanto óleo de extensão presente nos elastômeros quanto óleo de processo acrescentado durante composição. Ó- Ieos de processo adequados incluem vários óleos como são conhecidos na técnica, incluin- do óleos aromáticos, parafínicos, naftênicos, vegetais e óleos de baixo PCA, tais como óleos MES, TDAE, SRAE e naftênicos pesados. A composição de borracha pode incluir adicionalmente de cerca de 10 a cerca de

150 ppc de sílica. Pigmentos siliciosos que podem ser usados no composto de borracha incluem pigmentos siliciosos (sílica) pirogênicos e precipitados convencionais. Tais sílicas convencionais podem ser caracterizadas, por exemplo, ao ter uma área de superfície BET, tal como medida usando gás de nitrogênio. A área de superfície BET pode estar na faixa de cerca de 40 a cerca de 600 metros quadrados por grama. A sílica convencional também pode ser caracterizada por ter um valor de absorção de dibutilftalato (DBP) em uma faixa de cerca de 100 a cerca de 400, alternativamente cerca de 150 a cerca de 300.

A sílica convencional pode ser esperada para ter um tamanho de partícula médio fi- nal, por exemplo, na faixa de 0,01 mícron a 0,05 mícron, tal como determinado por um mi- croscópio eletrônico, embora as partículas de sílica possam ser ainda menores, ou possi- velmente maiores, em tamanho. Várias sílicas comercialmente disponíveis podem ser usadas.

Negros de carbono comumente empregados podem ser usados como um enchi- mento convencional em uma quantidade variando de 10 a 150 ppc. Os negros de carbono podem ter absorções de iodo variando de 9 a 145 g/kg e número DBP variando de 34 a 150 cm3/100g.

Outros enchimentos podem ser usados na composição de borracha incluindo, mas não se limitando a estes, enchimentos particulados incluindo polietileno de peso molecular muito alto (UHMWPE), géis de polímero particulados reticulados e enchimento de composto de amido plastificado. Tais outros enchimentos podem ser usados em uma quantidade vari- ando de 1 a 30 ppc.

Pode ser prontamente entendido pelos versados na técnica que a composição de borracha seria executada por meio de métodos de uma maneira geral conhecidos na técnica de composição de borracha, tais como misturar as várias borrachas constituintes vulcanizá- veis com enxofre com vários materiais aditivos comumente usados tais como, por exemplo, doadores de enxofre, auxiliares de cura, tais como aditivos ativadores, retardadores e de processamento, tais como óleos, resinas incluindo resinas e plastificadores de pegajosida- de, enchimentos, pigmentos, ácido graxo, oxido de zinco, ceras, agentes antioxidantes, anti- ozonantes e peptizantes. Tal como conhecido para os versados na técnica, dependendo do uso pretendido do material (borrachas) vulcanizável com enxofre e vulcanizado com enxofre, os aditivos mencionados anteriormente são selecionados e comumente usados em quanti- dades convencionais. Exemplos representativos de doadores de enxofre incluem enxofre elementar (enxofre livre), um dissulfetc de amina, polissulfeto polimérico e produtos de adi- ção de enxofre olefina. Em uma modalidade, o agente de vulcanização com enxofre é enxo- fre elementar. O agente de vulcanização com enxofre pode ser usado em uma quantidade variando de 0,5 á 8 ppc, alternativamente com uma faixa de 1,5 a 6 ppc. Quantidades típicas de resinas mais pegajosas, se usadas, compreendem de cerca de 0,5 a cerca de 10 ppc, usualmente cerca de 1 a cerca de 5 ppc. Quantidades típicas de auxiliar de processo com- preendem de cerca de 1 a cerca de 50 ppc. Quantidades típicas de antioxidantes compre- endem de cerca de 1 a cerca de 5 ppc. Antioxidantes representativos podem ser, por exem- plo, difenil-p-fenilenediamina e outros. Quantidades típicas de antiozonantes compreendem de cerca de 1 a 5 ppc. Quantidades típicas de ácidos graxos, se usados, os quais podem incluir ácido esteárico, compreendem de cerca de 0,5 a cerca de 3 ppc. Quantidades típicas de óxido de zinco compreendem de cerca de 2 a cerca de 5 ppc. Quantidades típicas de ceras compreendem de cerca de 1 a cerca de 5 ppc. Freqüentemente ceras microcristalinas são usadas. Quantidades típicas de peptizadores compreendem de cerca de 0,1 a cerca de 1 ppc. Peptizadores típicos podem ser, por exemplo, pentaclorotiofenol e dibenzamidodifenil dissulfeto.

Aceleradores podem ser usados para controlar o tempo e/ou temperatura exigidos para vulcanização e para melhorar as propriedades do produto vulcanizado. Um único sis- tema acelerador pode ser usado, isto é, acelerador primário. O(s) acelerador(s) primário(s) pode(m) ser usado(s) em quantidades totais variando de cerca de 0,5 a cerca de 4 ppc. Combinações de um acelerador primário e um secundário podem ser usadas com o acele- rador secundário sendo usado em menores quantidades, tais como de cerca de 0,05 a cerca de 3 ppc, a fim de ativar e melhorar as propriedades do produto vulcanizado. Combinações destes aceleradores podem ser consideradas para produzir um efeito sinérgico nas proprie- dades finais e são um pouco melhores do que essas produzidas pelo uso de um ou outro acelerador sozinho.

Além do mais, aceleradores de ação retardada podem ser usados que não são afe- tados pelas temperaturas normais de processamento, mas produzem uma vulcanização satisfatória em temperaturas de vulcanização usuais. Retardadores de vulcanização tam- bém podem ser usados. Tipos adequados de aceleradores que podem ser usados são ami- nas, dissulfetos, guanidinas, tiouréias, tiazóis, tiurans, sulfenamidas, ditiocarbamatos e xan- tatos.

A mistura da composição de borracha pode ser realizada por meio de métodos co-

nhecidos para os versados na técnica de mistura de borracha. Os ingredientes podem ser misturados em pelo menos dois estágios, isto é, pelo menos um estágio não produtivo se- guido por um estágio de mistura produtivo. Os curativos finais incluindo agentes de vulcani- zação com enxofre podem ser misturados no estágio final, o qual pode ser chamado de es- tágio de mistura "produtivo" no qual a mistura tipicamente ocorre em uma temperatura, ou temperatura finaOnenortjue a(s) temperatura(s) de mistura do(s) estágio(s) de mistura não produtivo(s) precedente(s). As expressões estágios de mistura "não produtivos" e "produti- vos" são bem conhecidas para os versados na técnica de mistura de borracha.

A segunda composição de borracha pode ser submetida a uma etapa de mistura termomecânica. A etapa de mistura termomecânica de uma maneira geral compreende um trabalho mecânico em um misturador ou extrusora por um período de tempo adequado a fim de produzir uma temperatura de borracha entre 140°C e 190°C. A duração apropriada do trabalho termomecânico varia como uma função das condições de operação e com o volu- me e natureza dos componentes. Por exemplo, o trabalho termomecânico pode ser de 1 a 20 minutos.

A segunda composição de borracha pode ser laminada, calandrada e/ou extrusada para formar as estruturas de reforço 43 ou 143. As estruturas de reforço 43 ou 143 terão as fibras curtas com uma orientação na direção de processamento, isto é, uma parte substan- cial das fibras de uma maneira geral será orientada em uma direção que é consistente com a direção de fluxo de material, e paralela a ela, no equipamento de processamento. A se- gunda composição de borracha pode ter um grau de anisotropia, isto é, um módulo medido em uma direção consistente com a direção de processamento pode ser maior do que aquele medido em uma direção perpendicular à direção de processamento.

Tal como exposto anteriormente, localizadas dentro de cada ranhura circunferencial 41 ou 141 e se estendendo em uma direção essencialmente circunferencial em relação à banda de rodagem 12 estão as estruturas de reforço 43 ou 143. As fibras curtas das estrutu- ras de reforço 43 ou 143 podem ser orientadas substancialmente na direção circunferencial. Orientado substancialmente significa que o segundo composto para as estruturas de reforço 43 ou 143 podem compreender fibras orientadas em um ângulo variando de -20 graus a +20 graus com relação à direção circunferencial ao longo da banda de rodagem 12 do pneu 10.

O pneu pneumático de exemplo para uso com a presente invenção pode ser um pneu de corrida, pneu para passageiro, pneu que pode rodar vazio, pneu para avião, pneu para máquina agrícola, escavadeira, caminhão médio, fora de estrada, ou qualquer pneu pneumático ou não pneumático. Em um exemplo, o pneu é um pneu para passageiro ou para caminhão. O pneu também pode ser um pneu de lona radial ou um pneu de telas dia- gonais.

Vulcanização do pneu pneumático de exemplo de uma maneira geral pode ser exe-

cutada em temperaturas convencionais variando de cerca de IOO0C a 200°C. Qualquer um dos processos de vulcanização usuais pode ser usado, tal como aquecimento em uma prensa ou molde e/ou aquecimento com vapor superaquecido ou ar quente. Tais pneus po- dem ser construídos, modelados, moldados e vulcanizados por meio de vários métodos que são conhecidos e estão prontamente aparentes para os versados em tal técnica.

Um sêgundo composto de acordo com a presente invenção está ilustrado adicio- nalmente pelos exemplos não Iimitativos seguintes.

Exemplo 1

Neste exemplo está ilustrado o efeito de acrescentar uma fibra curta ao segundo composto para as estruturas de reforço 43 ou 143 de acordo com a presente invenção. Composições de borracha contendo elastômero baseado em dieno, enchimentos, auxiliares de processo, antidegradantes e curativos foram preparadas seguindo receitas tal como mos- trado na Tabela 1, com todas as quantidades dadas em partes em peso por 100 partes em peso de elastômero de base (ppc). A amostra 1 não conteve fibra curta e serviu como um controle. A amostra 2 incluiu fibras curtas Sulfron® 3000 misturadas como um masterbatch (composto plástico de um ou mais aditivos em alta concentração) das fibras curtas em bor- racha natural.

Amostras de borracha foram convertidas em uma lâmina e cortadas em amostras de ensaio de tração. As amostras de ensaio de tração foram cortadas em duas orientações, uma com a direção de puxamento de teste paralela à direção de laminação das amostras, e uma com a direção de puxamento de teste perpendicular à direção de laminação das amos- tras. Deste modo, o efeito de orientação de fibra (de uma maneira geral na direção de lami- nação), fr-assim a anisotropia da composição de borracha, foi medido. As amostras de tra- ção fora então medidas para tensões em várias deformações. Uma razão de tensão, defini- da como a (tensão medida na direção paralela à direção de laminação)/(tensão medida na direção perpendicular à direção de laminação) foi então calculada para cada deformação. Os resultados da razão de tensão versus deformação estão mostrados na figura 4.

Tabela 1

Estágio de Mistura Não Produtivo Amostra No. 1 2 Borracha natural 100 100 Negro de carbono1 57 50 Resina2 3,5 3,5 Antioxidantes3 4,25 4,25 Óleo parafínico 2 0 Óxido de zinco 8 8 Ácido esteárico 2 0 Silica4 8,6 8,6 Fibras curtas5 0 15 Estágio de Mistura Produtivo HMMM6 4 4 Acelerador7 1,05 1,05 Enxofre insolúvel 5 5 Retardadors 0,2 0,2

1Tipo HAF.

2Tipo fenoi-formaldeído.

3Tipos de p-fenileno diamina e quinolina.

4Area de superfície de 125 m2/g.

5Sulfron® 3000, mistura de 57,4% de fibras curtas de aramida (comprimento de 3

mm, diâmetro de 12 mícrons) com 36,8% de ácido esteárico e 5,8% de tratamento.

6HexametoximetiImeIamina (HMMM) em um carregador de sílica.

7Tipo sulfenamida.

8Tipo ftalimida.

Tal como visto na figura 4, a razão de tensão para a amostra 2 contendo as fibras

curtas mostra um máximo em cerca de 40% a 50% de deformação, indicando um forte efeito de reforço anisotrópico das fibras na amostra. Tal anisotropia é importante para aplicações tais como as estruturas de reforço 43 ou 143 onde reforço anisotrópico é vantajoso por cau- sa das tensões direcionais experimentadas por estes componentes de banda de rodagem

de pneu em baixas deformações. Por comparação, a amostra de controle 1 sem fibra não mostrou tal anisotropia.

Exemplo 2

Neste exemplo está ilustrado o efeito de acrescentar uma fibra curta ao segundo composto para as estruturas de reforço 43 ou 143 de acordo com a presente invenção.

Composições de borracha contendo elastômero baseado em dieno, enchimentos, auxiliares de processo, antidegradantes e curativos foram preparadas seguindo receitas, tal como mostrado na Tabela 1, com todas as quantidades dadas em partes em peso por 100 partes em peso de elastômero de base (ppc). A amostra 3 não conteve fibra curta e serviu como um controle. A amostra 4 incluiu fibra curta Sulfron® 3000 misturada como um masterbatch das fibras curtas em borracha natural.

A amostra 5 incluiu uma fibra curta de aramida picada tratada com náilon. Tal como na amostra 2 e na amostra 4, a amostra 5 pode ser formada ao misturar um masterbatch de fibra curta picada ou picada e fibrilada com o composto de borracha natural remanescente.

As amostras de borracha foram convertidas em uma lâmina e cortadas em amos-

tras de ensaio de tração. As amostras de ensaio de tração foram cortadas em duas orienta- ções, uma com a direção de puxamento de teste paralela à direção de laminação das amos- tras, e uma com a direção de puxamento de teste perpendicular à direção de laminação das amostras. Deste modo, o efeito de orientação de fibra (de uma maneira geral na direção de laminação), e assim a anisotropia da composição de borracha, foi medido. As amostras de tração foram então medidas para tensão em várias deformações. Uma razão de tensão, definida como a (tensão medida na direção paralela à direção de laminação)/(tensão medida na direção perpendicular à direção de laminação) foi então calculada para cada deformação. Os resultados da razão de tensão versus deformação estão mostrados na figura 5. Tabela 2

Estágio de Mistura Não Produtivo Amostra No. 3 4 5 Borracha natural 100 100 100 Negro de carbono1 40 25 32,5 Antioxidante2 1 1 1 Óleo de processo3 2 2 2 Óxido de zinco 5 5 5 Ácido esteárico 0,5 0,5 0,5 Fibra curta4 0 20,2 0 Fibra curta5 0 0 10 Estágio de Mistura Produl tivo Antioxidantes6 2,5 2,5 2,5 Enxofre insolúvel 1,75 1,75 1,75 Acelerador7 1,35 1,35 1,35

1ASTM N-347.

2Tipo quinolina.

3Tipo policíclico aromático baixo (PCA).

4SuIfron 3000, mistura de 57,4% de fibras curtas de aramida (comprimento de 3 mm, diâmetro de 12 mícrons) com 36,8% de ácido esteárico e 5,8% de tratamento.

5Fibras curtas de aramida revestidas de náilon.

6Tipos de p-fenileno diamina. 7Tipo sulfenamida.

Tal como visto na figura 5, a razão de tensão para as amostras 4 e 5 contendo as fibras curtas mostra um máximo em baixa deformação, indicando um forte efeito de reforço anisotrópico das fibras nestas amostras. Entretanto, a amostra 5 contendo as fibras curtas de aramida tratadas mostra um pico em maior deformação com um rendimento muito mais amplo quando comparada com a amostra 4, em que um rendimento acentuado é observado em uma menor deformação. Tal comportamento indica que a amostra 5 demonstra aderên- cia superior das fibras curtas à matriz de borracha, tal como ilustrado pelo amplo pico de rendimento em deformação relativamente maior. Ao contrário, o rendimento acentuado em deformação relativamente menor para a amostra 4 demonstra aderência muito inferior das fibras na amostra 4.

Tal anisotropia, tal como demonstrado pela amostra 5, pode ser desejável para a- plicações tais como o segundo composto para as estruturas de reforço 43 ou 143, onde re- forço anisotrópico juntamente com boa aderência de fibra é vantajoso por causa das ten- sões direcionais experimentadas por estes componentes de banda de rodagem de pneu em baixas deformações. A aderência superior e amplo rendimento em baixa deformação para a amostra 5, quando comparada à amostra 4, indicam que as estruturas de reforço 43 ou 143 da composição de amostra 5 podem ser superiores às estruturas 43 ou 143 da composição da amostra 4.

Tipicamente, fibras curtas mostram comportamento demonstrado pela amostra 4,

com um rendimento acentuado em baixa deformação, indicando aderência inferior e conse- qüente incapacidade para utilizar qualquer anisotropia no composto em deformações que podem ser incorridas pelas estruturas de reforço 43 ou 143. Ao contrário, a amostra 5 mos- tra aderência muito superior e um amplo rendimento em maior deformação, indicando que a composição da amostra 5 pode desempenhar melhor nas estruturas de reforço 43 ou 143. Por comparação adicional, a amostra de controle 3, sem fibras, não mostra tal anisotropia. Um exemplo da composição de borracha da amostra 5 pode ter uma razão de tensão maior que 1,5 em 30% - 50% de deformação. Um outro exemplo da composição da amostra 5 po- de ter uma razão de tensão maior que 2 em 30% - 50% de deformação. O requerente entende que a invenção não se aplica somente a pneus novos. Por

exemplo, o requerente reconhece que a presente invenção pode ser aplicada a camadas de banda de rodagem usadas com pneus recauchutados e a camadas de banda de rodagem de pneu em forma de tira que são no final vulcanizadas antes ou após montagem em uma armação de pneu. O requerente também reconhece que a presente invenção não está Iimi- tada a pneus para veículos comerciais. Por exemplo, pneus para automóveis podem se be- neficiar com a presente invenção.

A descrição anterior foi dada com referência a modalidades de exemplo de um pneu tendo uma parte de banda de rodagem para reduzir resistência ao rolamento e aumen- tar economia de combustível. Entretanto, é entendido que muitas variações ficarão aparen- tes para os versados na técnica a partir de uma leitura da revelação da invenção. Tais varia- ções e modificações aparentes para os versados na técnica estão dentro do escopo e espíri- to da presente invenção, tal como definido pelas reivindicações anexas seguintes.

Adicionalmente, variações na presente invenção são possíveis considerando a sua descrição fornecida neste documento. Embora certas modalidades e detalhes de exemplo representativos tenham sido mostrados para o propósito de ilustrar a invenção em questão, estará aparente para os versados nesta técnica que várias mudanças e modificações podem ser feitas aos mesmos sem divergir do escopo da invenção em questão. Portanto, é para ser entendido que mudanças podem ser feitas nas modalidades de exemplo particulares descri- tas que estarão dentro do escopo inteiramente pretendido da invenção tal como definido pelas reivindicações anexas seguintes.

Claims

1. Pneu tendo um eixo de rotação, CARACTERIZADO pelo fato de que compreen- de: dois costados se estendendo radialmente para fora; e uma banda de rodagem disposta radialmente para fora dos dois costados e interli- gando os dois costados, a banda de rodagem compreendendo uma parte principal compre- endendo um primeiro composto e uma estrutura de reforço compreendendo um segundo composto tendo fibras curtas de reforço orientadas entre -20 graus a +20 graus em relação a uma direção circunferencial da banda de rodagem, a parte principal da banda de rodagem compreendendo pelo menos uma ranhura circunferencial separando estrias circunferenciais, cada ranhura circunferencial tendo duas laterais e uma base entre elas, a estrutura de reforço compreendendo uma camada do se- gundo composto presa às laterais de cada ranhura circunferencial.

2. Pneu, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o pneu é um pneu pneumático.

3. Pneu, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o pneu é um pneu não pneumático.

4. Pneu, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que in- clui adicionalmente uma lona de carcaça radialmente para dentro da banda de rodagem.

5. Pneu, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a base e as duas laterais da pelo menos uma ranhura circunferencial definem uma forma de U.

6. Pneu, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a estrutura de reforço é presa às laterais e à base da pelo menos uma ranhura circunferencial para definir uma estrutura de reforço em forma de U.

7. Pneu, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada tem uma espessura entre 0,5 mm e 1,5 mm.

8. Pneu, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que as fibras curtas da estrutura de reforço são fibras curtas de aramida.

9. Pneu, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que as fibras curtas do segundo composto têm comprimentos variando de 0,1 mm a 10 mm e es- pessuras variando de 5 mícrons a 30 mícrons.

10. Pneu, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a estrutura de reforço compreende um par de estruturas separadas presas somente às Iate- rais da pelo menos uma ranhura circunferencial.