Neumático fabricado, entre otros materiales, con materiales PCM.

Neumático que comprende, entre los múltiples materiales que lo forman, un material PCM que actúa como controlador de la temperatura de funcionamiento del neumático. El material PCM está caracterizado por una determinada temperatura de cambio de fase sustancialmente igual a la temperatura de óptimo funcionamiento deseada para el neumático. Cuando el neumático alcanza dicha temperatura, los materiales PCM comienzan a almacenar grandes cantidades de energía térmica, por lo que a pesar de que el neumático continúe en funcionamiento la temperatura del neumático permanece aproximadamente constante, durante un tiempo determinado hasta que los materiales PCM cambian de fase. Por lo tanto, la invención permite mantener limitada la temperatura de funcionamiento de un neumático durante un tiempo determinado

Neumático fabricado, entre otros materiales, con materiales PCM.

Sector de la técnica

La invención se refiere al uso de materiales de cambio de fase ("Phase Change Materials" o PCM) en la fabricación de neumáticos de vehículo.

Estado de la técnica

El neumático es un elemento básico de cualquier tipo de vehículo, especialmente debido a que es el único medio de contacto entre el vehículo y el suelo. Por ello, los neumáticos de un vehículo desempeñan un papel primordial en la seguridad y confort de quienes viajan a bordo. Más concretamente, los neumáticos forman parte integral del sistema de suspensión, del sistema de frenos, del sistema de dirección, además de influir directamente en el manejo del vehículo y en el rendimiento de consumo de combustible.

Las funciones principales de los neumáticos de un vehículo son transmitir las fuerzas de aceleración y frenado del vehículo al suelo, mantener y cambiar la dirección de la marcha, absorber las irregularidades del terreno y soportar el peso del vehículo. Para ello, los neumáticos deben cumplir requisitos relativos a:

- la estabilidad, para que permitan conducir el vehículo con precisión y firmeza, independientemente del estado del suelo y de las condiciones climáticas, y para que contrarresten la tendencia del vehículo a salirse en las curvas debido a la fuerza centrífuga,

- el soporte, para que sostengan al vehículo y resistan la transferencia de carga en la aceleración y el frenado,

- el amortiguamiento, para que reduzcan las irregularidades del suelo, garantizando la comodidad de los viajeros,

- la rodada, para que rueden de una manera más regular y segura, mejorando la conducción,

- la durabilidad, para que conserven sus cualidades óptimas durante millones de vueltas.

Un neumático comprende una serie de componentes o partes que tienen una función específica y que se encuentran unidos o integrados con el fin de satisfacer los requisitos del neumático descritos anteriormente. Los componentes principales son, generalmente:

- Carcasa: armazón del neumático, realizado generalmente como un conjunto de telas tejidas mediante un cableado de fibras de vidrio o hilos de acero, recubiertos con caucho. Otorga al neumático su resistencia a la carga y a la deformación. Debe soportar la presión del inflado y los esfuerzos exteriores del neumáti- co.

- La banda de rodadura: zona externa del neumático que va en contacto con el suelo y que comprende el dibujo del neumático. Debe ser adherente, resistente al desgaste y a la abrasión, y debe calentarse poco.

- Las lonas de cima: lonas armadas con cables de acero muy finos pero resistentes, situadas por debajo de la banda de rodadura y por encima de la carcasa. Entre otras funciones, aportan estabilidad, reducen la resistencia al rodamiento, aumentan la duración y la rigidez del neumático, y aumentan la resistencia del mismo a impactos y vibraciones producidos por accidentes en el firme.

- Flancos: costados del neumático, de cuya mayor o menos rigidez depende el grado de confort. Deben ser duros y flexibles a la vez. Sus funciones principales son proteger la carcasa de elementos externos (bordillos de acera, etc.) y absorber flexiones verticales y laterales.

- Talones: formados generalmente por aros de alambres trenzados forrados de caucho, responsables de unir el neumático a la llanta.

- Calandraje interior: revestimiento protector de la parte interna del neumático. Sirve de cámara de aire y su función es proporcionar hermeticidad al aire e impedir la penetración de la humedad en los neumáticos sin cámara. Alternativamente, los neumáticos pueden estar provistos de una cámara interior.

Los neumáticos están fabricados combinando un número muy elevado de materiales, partiendo generalmente de una mezcla de diversos cauchos. Los cauchos comúnmente empleados son el caucho natural, los poliisoprenos de síntesis, copolímeros de butadieno-estireno, polibutadieno y el caucho butil. Todos ellos son polímeros capaces de alcanzar grandes deformaciones en situación de esfuerzo y de recuperar la forma una vez finalizado el esfuerzo. La mezcla de diversos cauchos se amasa en molinos de masticación y mezcla, ablandándose. Posteriormente, se agregan otras sustancias tales como el negro carbón (partículas de carbón muy finas, para aumentar la resistencia a la abrasión), azufre (agente vulcanizante, que permite volver al caucho más duro y resistente al calor), óxido de cinc (acelerador del proceso de vulcanizado), caucho regenerado (para disminuir el coste final del neumático), ablandadores, plastificante, antioxidantes, materiales de protección anti-radiación ultravioleta, pigmentos, etc. El procedimiento de fabricación del neumático generalmente consta de las siguientes fases: preparación de las necesarias mezclas de cauchos y otras sustancias; laminado de las mezclas mediante rodillos, para fabricar cada componente del neumático; ensamblaje de los diferentes componentes del neumático; curado o vulcanizado del neumático.

Desde el punto de vista del mantenimiento, la vida de un neumático, las prestaciones óptimas y la seguridad, existen dos factores de gran influencia durante la vida útil y utilización del neumático: la presión de aire del neumático y la temperatura del mismo.

De la presión del aire alojado en el interior del neumático dependen las características de comportamiento, duración, resistencia a la carga, a la velocidad y a los esfuerzos exteriores, precisión en la conducción, adherencia, etc. Los neumáticos están diseñados para que se establezca un equilibrio entre presión de inflado, carga y resistencia de la carcasa. Así, cuando la presión de inflado no está en consonancia con la carga, el neumático se deforma y la banda de rodadura no apoya correctamente sobre el suelo, lo que origina desgastes anormales. El bajo inflado provoca flexiones exageradas en la carcasa, aumentándose la temperatura interna, pudiendo provocar la rotura y dislocación de las lonas así como su despegue. Además, el bajo inflado reduce la posibilidad de recauchutado, rebaja el rendimiento kilométrico y aumenta el consumo de combustible. El desgaste en estas condiciones de trabajo es mucho mayor en los lados exteriores de la banda de rodadura. En cambio, cuando un neumático está parcialmente desinflado, el rozamiento interno y el externo puede producir una acumulación de calor tal que el neumático corre el peligro de inflamarse. Por otro lado, el sobreinflado del neumático provoca sobre la carcasa una sobre-fatiga por el aumento de la tensión en las partes interiores, pudiendo producirse incluso roturas en el tejido de la carcasa. Además, un neumático sobreinflado se hace más duro y rígido, perdiendo adherencia y haciéndose más vulnerable a los riesgos de cortes y pinchazos.

Por parte, la temperatura de los neumáticos es uno de los principales indicadores de su funcionamiento y de si se están aprovechando correctamente o no. La temperatura de un neumático aumenta en función de los esfuerzos mecánicos a los cuales está sometido: rodar, acelerar, frenar, tomar curvas, etc. A cada neumático, en función de los materiales de los cuales esté fabricado, le corresponde una temperatura de funcionamiento óptimo o un rango de temperaturas de funcionamiento óptimo, a las cuales la adherencia y otros aspectos funcionales del neumático alcanzan sus mejores valores. Por ejemplo, los neumáticos blandos generalmente tienen una temperatura de funcionamiento óptimo más elevada que un neumático de goma dura y requieren más tiempo para aumentar su temperatura y alcanzar dicha temperatura de funcionamiento óptimo. En general, pero dependiendo de los materiales de fabricación del neumático y por lo tanto del tipo de neumático (de competición, de carretera, para usos industriales, etc.) la temperatura de funcionamiento óptimo estará entre 25 y 105ºC aproximadamente. Entonces, si el neumático funciona fuera de dicho rango, por ejemplo por encima de 140ºC, los neumáticos se degradan y destruyen rápida- mente.

La invención tiene como objetivo definir una nueva composición o utilización de materiales en la fabricación de neumáticos, que permita conseguir un neumático cuya temperatura de funcionamiento permanezca controlada dentro de sus valores óptimos, es decir, que permita evitar sobrecalentamientos en los neumáticos. De este modo, se conseguirá que el neumático presente un mejor funcionamiento y una mayor vida útil.

Descripción breve de la invención

Es objeto de la invención un neumático que comprende, entre...

1. Neumático para vehículos, que se caracteriza porque está fabricado de una pluralidad de materiales entre los cuales está comprendido al menos un material PCM.

2. Neumático, según la reivindicación 1, que comprende una pluralidad de componentes, que se caracteriza por que el material PCM está integrado en al menos uno de dichos componentes.

3. Neumático, según la reivindicación 2, que se caracteriza por que el material PCM está integrado en la banda de rodadura, la carcasa, los flancos, los talones, las lonas de cima y/o el calandraje interior.

4. Neumático, según la reivindicación 2, que se caracteriza por que el material PCM está integrado, microencapsulado o sin microencapsular, en la mezcla de cauchos a partir de la cual se fabrica el componente.

5. Neumático, según la reivindicación 2, que se caracteriza por que el material PCM (previamente encapsulado en caucho u otro material compatible) está adherido al componente.

6. Neumático, según la reivindicación 1, que comprende una pluralidad de componentes, que se caracteriza por que el material PCM está integrado en al menos un componente adicional.

7. Neumático, según la reivindicación 1, que se caracteriza por que el material PCM presenta una temperatura de fusión entre 10 y 140ºC.

8. Neumático, según la reivindicación 1, que se caracteriza por que el material PCM está comprendido en una cantidad de entre el 0 y el 30% del peso del neumático.

9. Neumático, según la reivindicación 1, que se caracteriza por que el material PCM comprende un material PCM orgánico, inorgánico o una mezcla eutéctica.

10. Neumático, según la reivindicación 1, que se caracteriza por que el material PCM es un composite de PCM.

11. Procedimiento de fabricación de un neumático fabricado utilizando una mezcla de cauchos, que se caracteriza por que comprende la acción de añadir al menos un material PCM, microencapsulado o sin microencapsular, en la mezcla de cauchos.

12. Procedimiento de fabricación de un neumático que comprende una pluralidad de componentes, que se caracteriza por que comprende la acción de adherir al menos un material PCM previamente encapsulado en caucho u otro material compatible a al menos un componente.