La para-aramida se utiliza en neumáticos de alto rendimiento debido a sus excelentes propiedades mecánicas, como alta resistencia, alto módulo, resistencia a la fatiga y baja fluencia.
Desde la producción oficial del primer neumático Michelin en 1895, junto con el rápido desarrollo de la industria automotriz, la industria neumátca ha mejorado continuamente su tecnología y lanzado nuevos productos. Actualmente, se ha consolidado una cadena de producción de neumáticos madura y completa a nivel mundial. En el caso de los neumáticos, los materiales de esqueleto son clave para garantizar su resistencia, capacidad de carga y estabilidad dimensional. Con la creciente popularidad de los neumáticos radiales, se están desarrollando gradualmente neumáticos radiales de alto rendimiento y neumáticos ecológicos, lo que impone mayores exigencias al rendimiento de los materiales de esqueleto. La para-aramida se utiliza cada vez más en neumáticos de alto rendimiento debido a sus excelentes propiedades.
Clasificación y rendimiento de los materiales del esqueleto del neumático
Los materiales de esqueleto son la principal capa de soporte de tensiones de los productos de caucho, lo que influye decisivamente en su rendimiento, vida útil y valor de uso. Los materiales de esqueleto ideales deben poseer propiedades mecánicas como alta resistencia, alto módulo, resistencia a la fatiga y baja fluencia, así como propiedades físico-químicas como baja densidad, resistencia a altas y bajas temperaturas, resistencia a la corrosión y retardancia a la llama. Existen cuatro categorías principales de materiales de esqueleto de fibra para neumáticos, cada una con sus propias ventajas y desventajas.
(1) El cordón de rayón presenta una excelente retención del módulo de temperatura y baja contracción, y su estabilidad dimensional es mucho mejor que la de los cordones de nailon y poliéster. Puede utilizarse en carcasas de neumáticos radiales para lograr un excelente rendimiento de manejo, pero el cordón de rayón presenta baja resistencia en húmedo y una alta contaminación en la producción.
(2) El cordón de poliéster ofrece las ventajas de un alto módulo, alta resistencia, baja elongación, baja contracción térmica, buena estabilidad dimensional y una resistencia en seco y en húmedo prácticamente idéntica. Su resistencia a la fatiga y al impacto es superior a la del cordón de rayón, pero su aumento de temperatura puede provocar aminólisis a altas temperaturas.
(3) Las ventajas del cordón de nailon son su alta resistencia, baja densidad relativa, baja pérdida por histéresis, baja tasa de absorción de humedad, alta resistencia a la humedad, buena elasticidad, una resistencia a la flexión diez veces mayor que la del cordón de rayón y una mejor resistencia a la fatiga que la de otros cordones de fibra. Las principales desventajas son su alta contracción térmica y su baja estabilidad térmica y dimensional.
(4) El cordón de aramida se ha expandido gradualmente en los últimos años debido a su alta resistencia a la temperatura, alta resistencia, alto módulo y baja deformación. Estudios han demostrado que el cordón de aramida no solo reduce la masa del neumático y la resistencia a la rodadura, sino que también ayuda a mejorar la resistencia a los pinchazos y cortes.
La comparación del rendimiento de los materiales de esqueleto de neumáticos más utilizados se muestra en la Tabla 1.
| Elementos |
Para-aramida |
Alambre de acero |
Seda artificial |
Nailon 66 |
Poliéster |
| Densidad/（Mg∙m^-3） |
1.44 |
7.85 |
1.53 |
1.14 |
1.38 |
| Temperatura de descomposición (nitrógeno)/°C |
>500 |
1600 |
200 |
255 |
260 |
| Resistencia a la tracción/MPa |
2830 |
2550 |
780 |
960 |
1150 |
| Resistencia específica/(mN∙tex^-1) |
1970 |
330 |
510 |
840 |
830 |
| Módulo inicial/GPa |
80 |
160 |
18 |
6 |
14 |
| Módulo específico/(N∙tex^-1) |
55 |
20 |
12 |
5 |
10 |
| Coeficiente de expansión térmica ×10⁶/K^-1 |
-2.2 |
3.7 |
- |
- |
- |
| Alargamiento de rotura/% |
3.6 |
1.9 |
13.0 |
20.0 |
13.5 |
| Tasa de retención de resistencia después de 200 °C × 48 h/% |
90 |
100 |
20 |
45 |
55 |
| Contracción por calor de secado al aire (160 °C ×4 min)/% |
<0,1 |
0 |
1.0 |
3.8 |
5.0 |
La resistencia específica y el módulo específico de la para-aramida son casi 6 y 3 veces superiores a los del alambre de acero, y 2 y 10 veces superiores a los del nailon 66. El rendimiento de los materiales de para-aramida se mantiene en niveles normales en el rango de temperatura de -200 a 200 °C. Con la misma resistencia a la tracción, la masa de los productos de caucho se puede reducir considerablemente, lo que permite su uso en condiciones climáticas extremas. La para-aramida presenta excelentes propiedades de baja fluencia, resistencia a la fatiga, baja contracción térmica y resistencia a la corrosión química, lo que mejora significativamente la estabilidad dimensional de los productos de caucho y prolonga su vida útil. Por lo tanto, la para-aramida es un material ideal para el esqueleto de neumáticos.
Aplicación de para-aramida en materiales para esqueletos de neumáticos
La aramida se aplicó inicialmente en la estructura de neumáticos como capa de cinturón radial. Gracias a sus propiedades especiales, se utiliza cada vez más en diversos componentes. Desde un punto de vista técnico, la aramida puede utilizarse como material de esqueleto para cualquier parte del neumático, e incluso combinarse con resina para sustituir el alambre de acero en la fabricación de talones, reduciendo considerablemente el peso del neumático. Actualmente, existen ejemplos de aplicaciones de aramida en capas de cinturón con borde expuesto, capas de cinturón plegadas, capas de cinturón circunferencial, carcasas de neumáticos radiales, cubiertas de talón, anillos de alambre, carcasas de neumáticos diagonales de competición y capas de amortiguación de neumáticos diagonales.
La aplicación de cordón de aramida 1680dtex/2 en lugar de cordón de acero 2×0.30HT en la capa de la banda de rodadura de neumáticos de turismos puede reducir el peso del neumático entre un 6,4 % y un 7,5 % y la resistencia a la rodadura un 12,5 %. El uso de cordón de aramida 1680dtex/2 en la carcasa y la capa de la banda de rodadura puede reducir el peso del neumático un 15 %. Además, otras propiedades del neumático cumplen con los requisitos de la norma y mejoran el confort de marcha.
Con la misma masa, su resistencia y módulo superan ampliamente los de materiales como el poliéster, la poliamida y el alambre de acero, y ofrece una excelente seguridad y durabilidad. La principal ventaja de usar cable de aramida en lugar de cable de acero para neumáticos de competición plegables es que reduce el peso del neumático y lo hace plegable. Las características ligeras de la aramida son ideales para neumáticos de competición de alto rendimiento. Al reducir el peso del coche, se consigue un frenado más rápido y un mejor rendimiento en curvas.
Aplicación de fibra corta de aramida en el caucho de relleno de neumáticos radiales de acero. La estructura y las propiedades especiales de la fibra corta de aramida confieren a los productos de caucho excelentes propiedades, como alto módulo, alta dureza, alta resistencia, estabilidad dimensional y resistencia al desgaste. Los resultados de las pruebas demuestran que la fibra corta de aramida reduce la viscosidad Mooney del compuesto de caucho, acorta el t90, reduce el aumento de temperatura, el factor de pérdida y el efecto Payne, y ofrece una buena durabilidad del neumático terminado, lo que indica que el material de aramida es muy eficaz para mejorar el rendimiento del neumático.
| Elementos |
1100dtex/2 |
1680 dtex/2 |
| Resistencia a la rotura/N |
≥330 |
≥450 |
| Tasa desigual de resistencia a la rotura/% |
≤3,5 |
≤3,5 |
| 66,6 N Alargamiento a carga nominal/% |
1,8 ± 0,6 |
2,0 ± 0,6 |
| Alargamiento de rotura/% |
4,5 ± 1,5 |
6,0 ± 1,5 |
| Desigualdad de alargamiento a la rotura/% |
≤5.0 |
≤5.0 |
| Contracción por calor seco/% |
≤0,5 |
≤0,5 |
| H Fuerza de extracción/（N•cm^-1) |
≥100 |
≥130 |
Si bien el cordón de aramida ofrece numerosas ventajas como material para esqueletos de caucho, también presenta problemas como baja resistencia a la fatiga por compresión y flexión, dificultades de adhesión y un alto costo de producción, lo que limita su amplia aplicación. Por lo tanto, se ha desarrollado un tejido compuesto de aramida y nailon de alta resistencia. Este tejido compuesto, obtenido mediante hilado, torsión, inmersión y tratamiento térmico de aramida y nailon en una proporción determinada, elimina las deficiencias del nailon y la aramida, combina las ventajas de ambos, logra propiedades complementarias y cumple con los estrictos requisitos de los neumáticos de alto rendimiento. En el futuro, el tejido compuesto se utilizará cada vez más en neumáticos.
