Mechanical behaviour of rubber compounds filled with powders processed from tyre recycling

In this thesis work, the effect of ground tyre rubber (GTR) type and content on mechanical properties of rubber compounds based on blends of styrene-butadiene rubber (SBR) and butadiene rubber (BR) filled with silica and carbon black was studied. Two types of GTR were analyzed differing in production technique and raw material selection. The first type derives from a mechanical grinding process, a more standard technique that produces a GTR with low specific surface area and degrades the rubber matrix. For this GTR production, a mix of tyre parts was used. The second was obtain with a more recent grinding technique, a water-jet technique that produces particles with higher specific surface area, does not degrade the rubber and cause just a slight devulcanization on the rubber of the particles. For this process, tyre treads were used. Monotonic and cyclic uniaxial tensile tests were performed for a preliminary characterization of the compounds. Then, some tests aimed to highlight a difference in the adhesion between rubber matrix and GTR particles were carried out. It is known that in rubbers containing both GTR particles and reinforcing fillers, rubber-matrix debonding and rubber cavitation can take place: the occurring of one of both these two phenomena are responsible of strain induced volume increase of filled rubber compounds and should affect their fracture behaviour. Thus a fracture behaviour characterization of the different compound was then performed and volume change measurements were also carried out.

In questo lavoro di tesi, è stato studiato l'effetto del tipo e del contenuto di gomma per pneumatici macinati (GTR) sulle proprietà meccaniche dei composti di gomma basati su miscele di gomma stirene-butadiene (SBR) e gomma butadiene (BR) riempite con silice e nerofumo. Sono stati analizzati due tipi di GTR che differiscono nella tecnica di produzione e nella selezione delle materie prime. Il primo tipo deriva da un processo di macinazione meccanica, una tecnica più standard che produce un GTR con una bassa area superficiale specifica e degrada la matrice di gomma. Per questa produzione di GTR, è stato utilizzato un mix di parti di pneumatici. Il secondo è stato ottenuto con una tecnica di rettifica più recente, una tecnica a getto d'acqua che produce particelle con una superficie specifica più alta, non degrada la gomma e causa solo una leggera devulcanizzazione sulla gomma delle particelle. Per questo processo, sono stati utilizzati i battistrada dei pneumatici. Sono state eseguite prove di trazione monotone e cicliche monoassiale per una caratterizzazione preliminare delle mescole. In seguito, sono stati effettuati alcuni test volti a evidenziare la differenza nell'adesione tra la matrice di gomma e le particelle di GTR. E' noto che nelle gomme contenenti sia particelle GTR che filler di rinforzo, possono verificarsi il distacco della matrice di gomma e la cavitazione della gomma: il verificarsi di uno di questi due fenomeni è responsabile dell'aumento di volume indotto dalla deformazione nelle mescole gommose e dovrebbe influenzare il loro comportamento a frattura. Quindi è stata eseguita una caratterizzazione del comportamento a frattura dei diversi composti e sono state effettuate anche delle misurazioni di variazione di volume sotto stiro.