Experimental tests with an innovative environmental endurance chamber for tires aging analysis

The present thesis investigates tyre aging due to prolonged environmental exposure, examining the primary factors — temperature, humidity, ultraviolet (UV) radiation, and ozone — that contribute to degradation. Tyre aging is a complex process, as it involves the synergistic effects of these elements, each of which impacts the structural and chemical integrity of the tyre in different ways. To model these effects, mathematical tools such as the Arrhenius and Williams-Landel-Ferry (WLF) equations are discussed, highlighting their utility in predicting temperature-driven degradation over time. Additionally, various methods for assessing tire aging are presented, encompassing both on-field aging studies and accelerated laboratory tests. An innovative environmental endurance chamber has been developed through collaboration between the Politecnico di Milano and Pirelli Tyre S.p.A. This chamber uniquely allows tyres to be tested under controlled conditions that simulate varying temperatures, humidity, UV radiation, and ozone concentrations, with added mechanical stress to reflect real-world usage. Two types of tests were carried out to explore the chamber’s potential: extreme low-temperature tests to evaluate cooling performances and controlled ozone exposure tests to study chemical resistance.

La presente tesi indaga l’invecchiamento dei pneumatici dovuto a una prolungata esposizione ambientale, analizzando i principali fattori - temperatura, umidità, radiazione ultravioletta (UV) e ozono - che contribuiscono alla loro degradazione. L’invecchiamento dei pneumatici è un processo complesso, in quanto coinvolge gli effetti sinergici di questi elementi, ognuno dei quali incide in modo diverso sull’integrità strutturale e chimica dello pneumatico. Per modellare questi effetti, vengono discussi strumenti matematici come le equazioni di Arrhenius e di Williams-Landel-Ferry (WLF), evidenziando la loro utilità nel prevedere la degradazione legata alla temperatura nel tempo. Inoltre, vengono presentati diversi metodi per valutare l’invecchiamento dei pneumatici, che comprendono studi di invecchiamento su campo e test accelerati in laboratorio. È stata sviluppata una camera di resistenza ambientale innovativa attraverso una collaborazione tra il Politecnico di Milano e Pirelli Tyre S.p.A. Questa camera consente di testare i pneumatici in condizioni controllate che simulano diverse temperature, umidità, radiazione UV e concentrazioni di ozono, con l’aggiunta di stress meccanico per riflettere l’utilizzo reale. Per esplorare il potenziale della camera sono stati effettuati due tipi di test: prove a temperatura estremamente bassa per valutare le prestazioni di raffreddamento e test di esposizione controllata all’ozono per studiare la resistenza chimica dei materiali.