Influência da combinação sílica/negro de fumo e das etapas de processamento no desempenho de bandas de rodagem de pneu de carga - Veiga, Viviane Dall'Agnol (My University, 2015)
One of the major challenges in the rubber industry today is related to the relationship between durability, safety and economy for tire applications. Important progress on rolling resistence reduction with good wet grip was achieved replacing carbon black by silica-silane coupling agent system. The aim of this work was to develop an elastomeric compound for a truck tire tread combining the reduction of the rolling resistance and the improvement in the wet grip. Eight compounds were prepared: two formulations based on carbon black (varying the processing conditions), five formulations with the partial replacement of the carbon black by a silica-silane coupling agent system (varying the processing conditions and the silane content), and one formulation with the total replacement of the carbon black by silica. Rheometric, physical, chemical, mechanical, and dynamic-mechanical properties were evaluated. The results were compared to a standard formulation based on a typical formulation of truck tire treads. From dynamic mechanical analysis, the results showed that for the compound with 15 phr of silica, 3 phr of silane, and three processing steps, the rolling resistance decreased by 10% compared to the standard compound, and the wet grip increased by 18.5%. The partial use of silica reduced the abrasion loss, confirming the durability of the compound. The formulation with only carbon black and prepared in three processing steps also had good results, showing that more processing steps lead to a better dispersion of carbon black. The compounds with 1.5 phr of silane showed unsatisfactory results; the filler does not interact sufficiently with the polymer, probably because the low content of coupling agent. The results showed that the use of silica and the processing conditions, as well as the quantity of silane, were important to improve filler-polymer interaction and to promote a general improvement in the properties.
Um dos grandes desafios na indústria da borracha atualmente é suprir o mercado de pneumáticos, que é muito exigente em relação à durabilidade, segurança e economia. Significativo avanço nas melhorias simultâneas da aderência em pista molhada e resistência ao rolamento foi alcançado empregando sílica modificada por organosilanos em substituição ao negro de fumo. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um composto elastomérico para uma banda de rodagem de pneu de carga combinando redução da resistência ao rolamento e melhora da aderência no molhado. Oito compostos foram preparados: duas formulações com base de negro de fumo (variando as condições de processamento), cinco formulações com a substituição parcial do negro de fumo por sílica e silano como agente de acoplamento (variando as condições de processamento e o teor de silano) e uma formulação com a substituição total do negro de fumo pela sílica. Foram avaliadas as propriedades reométricas, físicas, químicas, mecânicas e dinâmico-mecânicas dos compostos. Os resultados foram comparados a uma formulação padrão típica de banda de rodagem de pneus de carga. Através da análise dinâmico mecânica, o resultado mais relevante foi obtido com a proporção de 15 phr de sílica e 3 phr de silano para um processamento em três etapas, que conseguiu reduzir em 10% a resistência ao rolamento e aumentou em 18,5% a aderência no molhado. O uso parcial da sílica reduziu o desgaste por abrasão, promovendo maior durabilidade do composto. A formulação contendo apenas negro de fumo e preparada em três etapas de processamento também apresentou bons resultados, demonstrando que o processamento pode levar a uma melhor dispersão da carga. Para os compostos com 1,5 phr de silano não foram obtidos resultados satisfatórios, mostrando que para estes sistemas a carga não interage suficientemente com o polímero, devido provavelmente ao baixo teor de agente de acoplamento. Os resultados levam a concluir que o uso da sílica, o processamento em mais de uma etapa, bem como a quantidade de silano, promoveram um aumento na interação polímero-carga, melhorando assim as propriedades desejadas.
Keywords: Pneumáticos; Sílica; Borracha; Elastômeros; Tires, Rubber; Silica; Rubber; Elastomers