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08 Giugno 2022

Caratterizzazione dei filler per pneumatici con Axia ChemiSEM

Un approccio nuovo e più efficace all'analisi dei guasti

Gli pneumatici vengono spesso considerati prodotti a bassa tecnologia. Tuttavia, contrariamente a come vengono comunemente percepiti, gli pneumatici sono a dire il vero compositi strutturali altamente progettati. Gli pneumatici contengono molti composti di gomma (fino a 20, con diversi tipi di microstrutture) che offrono differenti livelli di aderenza e trazione. I filler vengono aggiunti alla matrice polimerica principale per facilitare il rafforzamento della gomma.

I guasti degli pneumatici si verificano spesso a causa di una qualità inferiore o ridotta del materiale e un fattore chiave per una qualità superiore del materiale si trova in una dispersione ottimale e omogenea di tutti i diversi filler.

Per comprendere la causa principale che sta alla base di un guasto sono necessarie tecniche analitiche come la tecnica SEM-EDS, ma il contrasto del materiale ottenuto da un'immagine di elettroni di balckscattering non è sufficiente per distinguere tra l'ampia varietà di materiali utilizzati.

La presente nota applicativa dimostra che l'analisi elementare quantitativa in tempo reale di Axia ChemiSEM offre un modo efficace e semplice per caratterizzare i differenti filler, nonostante il loro contrasto composizionale simile.

Introduzione

Gli pneumatici sono progettati per funzionare per migliaia di chilometri, pur mantenendo le stesse proprietà di prestazioni e sicurezza in una grande varietà di condizioni.

Nell'analisi dei guasti, il distacco del battistrada (parte dello pneumatico a contatto con la strada) e l'invecchiamento dello pneumatico vengono catalogati tra i guasti più comuni dello pneumatico. Di solito, le possibili cause di questi guasti sono direttamente o indirettamente collegate a difetti di materiale o di fabbrica. La ridotta elasticità dei componenti in gomma dovuta all'invecchiamento si verifica anche se gli pneumatici non vengono utilizzati (le miscele di gomma tendono a indurirsi naturalmente con il trascorrere del tempo).

Le gomme naturali e sintetiche sono le principali materie prime utilizzate per produrre uno pneumatico. Per sviluppare caratteristiche adeguate di resistenza, resilienza e resistenza all'usura, i prodotti in gomma vengono modificati aggiungendo filler, come rinforzo, a ciascuna delle diverse mescole di gomma.

Lo scopo originale dei filler era quello di abbassare il costo finale del prodotto. Oggi, tuttavia, nella tecnologia legata alla produzione della gomma è stato riscontrato un numero crescente di ricerche sui filler selettivi, per le loro capacità di migliorare le diverse caratteristiche dei compositi, a seconda della loro composizione chimica (Brewer HK, 2006).

I filler specifici possono migliorare la durata del prodotto, il costo e la lavorabilità durante il processo di produzione. I filler di rinforzo sono presenti spesso nel più del 40% dell'intera mescola dello pneumatico e giocano un ruolo fondamentale nella resa elastica e nell'invecchiamento dello pneumatico, portando a possibili guasti.

La dispersione del filler nella matrice di gomma è il parametro che controlla le prestazioni. Il miglioramento della dispersione del riempitivo porta a una interazione polimero-filler aumentata, che migliorerà successivamente il comportamento elastico del materiale e la resistenza al rotolamento dello pneumatico.

Metodi

La microscopia a scansione elettronica (SEM) con imaging elettronico retrodiffuso (BSE) e la spettroscopia X a dispersione di energia (EDS) sono le soluzioni perfette per caratterizzare diversi additivi e la loro dispersione all'interno della matrice polimerica. Le immagini del BSE vengono comunemente considerate il modo più semplice per ottenere informazioni relative alla composizione. Questo perché il contrasto osservato con le immagini della BSE è dovuto alla variazione del numero atomico. Questo aiuta a differenziare facilmente la matrice di gomma (numero atomico basso) dalle particelle inorganiche (numero atomico alto) che vengono generalmente utilizzate come riempitivi. Tuttavia, la grande varietà di materiali oggi utilizzati nell'industria degli pneumatici rende necessario l'utilizzo dell'analisi EDS per distinguere tra i differenti elementi. La caratterizzazione EDS convenzionale, però, è costosa, lenta e complicata. La necessità di impostare i parametri (che richiede un'ampia conoscenza e una grande esperienza) e il sistema di acquisizione dei dati l'hanno resa non efficace e poco pratica.

Nella presente nota applicativa presentiamo una caratterizzazione dei diversi filler in una sezione trasversale di pneumatico ottenuta utilizzando Axia ChemiSEM, una piattaforma completamente nuova progettata per fornire l'esperienza utente SEM-EDS più efficace possibile. La caratteristica principale di Axia (la mappatura elementare quantitativa in tempo reale) risolve i limiti sopra menzionati dell'EDS convenzionale.

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