MATERIALES AVANZADOS PARA LA BANDA DE RODADURA DE UN NEUMÁTICO MÁS EFICIENTE Y SOSTENIBLE. SOS-NEUMAT.
Programa: Retos Colaboracion 2019
Referencia: RTC2019-006975-4
Fecha RESOLUCION: 20/10/2020
Fecha de ejecución: 01/07/2020-30/06/2023
La banda de rodadura es probablemente la parte más crítica del neumático, la más gruesa y la que más influye en su rendimiento. Constituye el único punto de contacto del vehículo con el suelo, y por tanto es la parte que, en servicio, sufre el mayor desgaste (abrasión) y debe proporcionar el agarre y la tracción del vehículo. Además, es la parte que más contribuye a las pérdidas de energía en el movimiento del vehículo a través de la resistencia al rodamiento (cantidad de energía que absorbe el neumático cuando rueda bajo el peso del vehículo). Se estima que una reducción del 10 % en la resistencia al rodamiento supone entre un 1,5-2,0 % de reducción en el consumo de combustible de un coche. [International Council on Clean Transportation (ICCT) (2012), “Influence of rolling resistance on CO2”, Series: Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure (Wltp), Working Paper 2012-6, ICCT, Washington, DC]
La carga reforzante, junto al polímero y al sistema de vulcanización, son los ingredientes principales de la banda de rodadura de cualquier neumático, y los que más influyen en su comportamiento.
Atendiendo a la naturaleza química, existen dos tipos principales de cargas reforzantes: cargas negras (carácter hidrófobo) y blancas (hidrófilas). En el primer grupo destaca el negro de carbono y en el segundo la sílice precipitada.
El negro de carbono, un material producido por la combustión incompleta de los productos derivados del petróleo, es la principal carga reforzante utilizada en neumáticos, constituyendo más del 90 % del consumo de carga reforzante en 2016 [Paul Ita; “Outlook for Reinforcing Fillers & Rubber Chemicals”; Paper at Tire Technology Expo, 2018].
La sílice precipitada se utiliza principalmente en banda de rodadura de turismo, desde que una patente de Michelin [R. Rauline (to Michelin), Ep 0501 227 A1, Feb. 12, 1992; (U.S. 5,227,425, July 13. 1993)] demostró que los compuestos reforzados con sílice precipitada de alta dispersión, con adecuada formulación y ciclo de mezcla [Byers J.T., «Fillers for balancing passenger tire tread properties», Rubber. Chem. Technol., 75 (2002) 527], proporcionan mejoras en resistencia al rodamiento, agarre y distancia de frenado [European Parliament (2008), “Type approval requirements for the general safety of motor vehicles”, IP/A/IMCO/IC/2008-112, Policy Department of Economic and Scientific Policy, European Parliament, Brussels.].
Esta mejoría en propiedades todavía no se ha conseguido alcanzar en formulaciones de banda de rodadura de vehículo pesado, TBR (“Truck-Bus Radial”), donde es necesario utilizar caucho natural (NR) debido a sus propiedades intrínsecas de: excelente rendimiento frente a la fatiga, reducción de la acumulación de calor por la flexión y mayor resistencia al desgarro cuando está caliente.
La obtención de un compuesto adecuado basado en caucho natural y sílice precipitada podría significar la elaboración de un neumático más sostenible y eficiente debido a que los compuestos reforzados con sílice poseen mayor histéresis a altas frecuencias, pero menor histéresis a bajas frecuencias, si se compara con el reforzamiento con negro de carbono. Esto da lugar a compuestos con menor resistencia a la rodadura y mejores niveles de tracción y agarre [OECD (2014), Nanotechnology and Tyres: Greening Industry and Transport, OECD Publishing]. Además, no se debe olvidar que el negro de carbono proviene del petróleo, una fuente energética no renovable.
En este proyecto se pretende evaluar el desempeño de nuevas sílices experimentales de IQE (con y sin tratamiento superficial) como cargas reforzantes en banda de rodadura de vehículo pesado (basadas principalmente en el uso caucho natural como polímero principal) con el objetivo de identificar los mejores candidatos para este cometido. Aunque potencialmente la sílice precipitada proporcionaría mejores características, tal y como se ha puesto de manifiesto en la banda de rodadura de neumático ligero, todavía existen inconvenientes tecnológicos que han impedido su uso en banda de rodadura de neumático pesado. Las investigaciones que se han realizado utilizando sílice precipitada comercial han dado lugar a buenos estimadores de resistencia a la rodadura, pero malos valores en otras propiedades como la resistencia a la abrasión. Uno de los principales argumentos esgrimidos para justificar esta baja resistencia a la abrasión es la dificultad de silanizar y dispersar la sílice en el caucho natural durante el proceso de mezcla. Por este motivo, en este proyecto se pretende evaluar también sílices tratadas superficialmente antes de introducirlas en la mezcla.
Mediante este proyecto se examinarán diferentes cargas blancas de IQE (tratadas y sin tratar) y con diferentes propiedades para entender el mecanismo de reforzamiento en fórmulas de caucho basadas en NR y poder de esta manera seleccionar aquella fórmula de caucho que produzca mejores propiedades finales de desempeño. Para alcanzar este fin, se deberá definir y poner en marcha una fórmula de referencia y un ciclo de mezclado con la carga reforzante estándar de mercado (el negro de carbono) y otra fórmula y ciclo adecuada para el uso de cargas blancas. El objetivo de estas referencias es identificar y cuantificar la mejoría/empeoramiento de las propiedades inducidas por cada carga. Además, se considera necesario aumentar las capacidades de los miembros del proyecto en la caracterización de los compuestos, sobre todo en lo referente a medidas de dispersión de carga, ya que se considera una característica determinante cuando se pretende mezclar un material hidrófobo (caucho natural) con otro hidrófilo (sílice precipitada). Por último, se conoce que para que la carga reforzante muestre sus mejores propiedades será necesario la optimización de los ingredientes y del ciclo de mezclado. Por eso, en la última fase del proyecto, las cargas reforzantes que muestren mejor balance de propiedades serán seleccionadas para un estudio más minucioso en el que se explorará las consecuencias de variar los principales factores de fórmula y mezcla.
Industrias Químicas del Ebro
Instituto Tecnológico de Aragón
PRESUPUESTO TOTAL PROYECTO: 755.126 €
PRESUPUESTO TOTAL ITAINNOVA: 273.484 €
SUBVENCION TOTAL PROYECTO: 273.484 €
PRESTAMO TOTAL PROYECTO: 457.559,90 €
FINANCIACION TOTAL ITANNOVA: 273.484 €
Financiado por: Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades – Agencia Estatal de Investigación/ Proyecto SOS- NEUMAT – RTC2019-006975-4
