Adhesion promoters for tire textiles reinforcements

Abstract

Many people may not consider textile fabric to play such an important part in the tire complex structure, but fiber-rubber adhesion is a crucial requirement for tire quality and safety. This textile fabric needs a reinforcement – Resorcinol-Formaldehyde-Latex (RFL) dip solution – used in the automobile industry for over 80 years. In 2014, formaldehyde was considered a carcinogenic 1B substance, so RFL alternatives are being investigated. The goal of this work was to assess the performance of a New eco-friendly solution (Resin A) in terms of adhesion, chemical stability, mechanical and aging properties, permanently being compared with the current industrial standard RFL. Rayon, the chosen textile for this study, was dipped with two dip solutions (New and RFL), each with specific temperature, stretch and velocity conditions. Then the rubber sample could be prepared, involving a process of assembly similar to tire production. Starting from the dip preparation until the final rubber sample preparation step, it was possible to characterize each material: DLS analysis gave a new insight on the aqueous dip dispersion and probably the presence of distinct particle size populations; force elongation test and ATR-FTIR analysis were used to analyze the dipped cords, revealing that the dipped cords with New dip have similar elongation profile as RFL dipped cords. When exposing the dipped cords to lab environment there was loss of adhesion properties and ATR-FTIR analysis indicates post-cure effects as one of the potential causes; finally, for the rubber sample, peel adhesion test, SEM and optical microscopy image analysis allowed to qualify the adhesion (coverage, force, surface morphology and dip penetration distance), also with excellent results for the New dip. Other problems were addressed such as dip coagulation and proved to be essential to control pH and Resin A:Ammonia ratio parameters to obtain a stable dip solution. The results showed that the New dip formula is capable of similar adhesion and aging properties as compared to the current RFL standard adhesion system. Promising results in the laboratory indicate that the introduction of the New textile reinforcement in the tire production segments may happen in the near future.

Muitas pessoas podem não considerar o têxtil como uma parte importante da complexa estrutura do pneu, mas a adesão têxtil-borracha é um requisito para garantir a qualidade e segurança durante o uso do pneu. O têxtil precisa de reforço – Resorcinol-Formaldehyde-Latex (RFL) dip de impregnação – que é usado na indústria automóvel há mais de 80 anos. Em 2014, o formaldeído foi considerado uma substância carcinogénica categoria 1B, por isso alternativas ao RFL têm sido investigadas. O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho de um Novo dip (com Resina A) em termos de adesão, estabilidade química, mecânica e envelhecimento, sendo sempre comparada com o atual standard industrial RFL. Rayon, o têxtil escolhido para este estudo, foi impregnado com dois dips (Novo e RFL), cada um com as suas condições específicas de temperatura, estiragem e velocidade. De seguida, a amostra de borracha teste foi preparada num processo de montagem semelhante à produção de pneus. Desde a preparação do dip até à preparação final da amostra de borracha, foi possível caracterizar os materiais em cada etapa: a análise de DLS forneceu informações diferentes sobre as dispersões aquosas podendo conter partículas de tamanhos distintos; teste de força-alongamento e a análise FTIR-ATR foram usados nas fibras, revelando que as fibras reforçadas com a Novo dip têm um perfil de alongamento similar à RFL. Quando as fibras estão expostas ao ambiente laboratorial, verificou-se perda de adesão e a análise FTIR-ATR indica que podem advir de efeitos pós cura; finalmente, para a amostra de borracha, teste de adesão, SEM e microscopia ótica permitiram qualificar a adesão (recobrimento, força, morfologia da superfície e penetração do dip), também com excelentes resultados para o Novo dip. Outros problemas foram abordados, como coagulação do dip, provando que é essencial controlar o pH e o ratio Resina A:Ammonia para obter um dip estável. Os resultados mostraram que o Novo dip tem propriedades de adesão e envelhecimento semelhantes ao atual sistema de adesão RFL. Resultados promissores no laboratório indicam que a introdução deste novo reforço têxtil nos segmentos de produção de pneus pode acontecer num futuro próximo.