Development and study of hybrid cords for tire reinforcement

Abstract

Reinforcements are an important part of the tire construction, helping to give good stability, ensuring wellfunctioning and safety to the drivers. In order to achieve such conditions, high-performance textile reinforcement materials are being investigated for industry purpose, especially where higher velocities are needed. Currently, hybrid Aramid/Nylon cords have been the most studied and used material for the referred application, but not yet satisfactory in some areas, as for example racing vehicles and aerospace industry. Poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) is a high-strength material with better mechanical properties and reaching higher degradation temperatures (650ºC) than Aramid, being considered as a promising candidate. However, little information is available regarding the application of Poly(p-phenylene- 2,6-benzobisoxazole) as tire reinforcement, due to the difficulty of surface treatment on these inert fibers. The aim of the following thesis is to obtain a hybrid reinforcement with improved mechanical properties compared to the one existing in the market, while the adhesion between the textile and rubber parts must be acceptable for industrialization. For this purpose, different surface treatments were used based on conventional treatment or a more environmental friendly one. The referred treatments were either composed by epoxy or atmospheric plasma activation, while the main coating is due to a resorcinolformaldehyde-latex (RFL) solution. In order to perform such optimization, a numerous of equipment’s were used, starting from Laboratory Twist and Dip Unit up to characterization methods based on tensile, shrinkage and peel tests. The analysis done during the optimization process show a high difficulty to obtain a commitment between both, good tensile curve behavior and good adhesion to rubber. Thus, from the best results obtained an improvement of mechanical properties was reached compared to the reference cord existent in the company, while the adhesion properties came close to the minimum acceptable for industrialization. In conclusion, it can be said that the adhesion properties have the need of improvement in order to achieve a reinforcing material able to be used in the tire industry.

Reforços são uma parte importante da construção de um pneu, que ajudam a promover boa estabilidade, garantindo o bom funcionamento e segurança aos condutores. De modo a alcançar tais condições, têxteis de alta performance estão a ser investigados na industria, especialmente para casos em que altas velocidades são necessárias. Na atualidade cordas hibridas de Aramida/Nylon tem sido as mais estudadas e utilizadas para a aplicação referida, mas ainda não são satisfatórias em algumas áreas, tais como carros de corrida e industria aerospacial. Poli(p-phenileno-2,6-benzobisoxasol) é um material de elevada resistência com melhores propriedades mecânicas e atingindo maior temperaturas de degradação (650ºC) comparado a Aramida, sendo assim considerado uma aposta promissora. Contudo pouca informação se encontra disponível em relação a aplicação deste material em reforços para pneus, devido a dificuldade de tratamento superficial nestas fibras inertes. O objetivo desta tese é de obter um reforço hibrido com propriedades mecânicas melhoradas comparativamente aos existentes no mercado, enquanto que a adesão entre a parte têxtil e borracha tem de ser adequada para industrialização. Para estre propósito, diferentes tratamentos superficiais foram usados baseando-se em tratamentos convencionais e outros mais amigos do ambiente. Os tratamentos referidos são compostos por uma ativação de com solução de epóxido ou através de um plasma atmosférico, enquanto que a revestimento principal é baseado numa solução de resorcinol-formaldaído-latex (RFL). Para realizar tal otimização, diversos equipamentos foram usados, iniciando com a unidade de laboratório de torção e imersão seguido de técnicas de caracterização baseados em ensaios de tração, encolhimento e testes de adesão. As analises efetuadas demonstram uma elevada dificuldade de obter boas propriedades mecânicas e de adesão a borracha em simultâneo. Dos resultados foi possível obter um melhoramento das propriedades mecânicas relativamente ao material de referência existente na empresa, enquanto que a adesão se encontra próximo de limite inferior aceitável para industrialização. Em conclusão é possível afirmar que as propriedades de adesão têm a necessidade de serem melhoradas de modo a obter um reforço capaz de ser usado na industria.