Accelerated aging of tires: analysis of the ozone effects

This thesis work is devoted to the study of the phenomenon of tire aging. In particular, the effects caused by ozone-induced aging are investigated. No established methodologies exist in the literature for deriving aging curves specifically for tires subjected to ozone attack. Based on the execution of accelerated tests, this thesis proposed a novel method to estimate tire aging caused by ozone. An innovative environmental fatigue chamber for tires is employed, which allows precise control of ozone concentration, temperature, humidity, and UV radiation while simultaneously applying radial load and rotation to the tested tires. A comprehensive analysis is conducted on aged tires to examine both physical and morphological changes. In terms of physical properties, Shore A hardness is measured to assess material degradation. Morphological changes are investigated by focusing on the formation and propagation of surface cracks. A dedicated optical system is developed to capture high-resolution photographs of various regions of the tire surface. These photographs are subsequently processed using a custom-developed MATLAB script, which detects surface cracks and evaluates key parameters to quantify the aging. The aging parameters are defined as the relative crack area and the crack density. The MATLAB script is validated, and a sensitivity analysis is performed to assess the reliability of the results. The extracted crack parameters, along with hardness measurements, are then used to construct tire aging curves. The results obtained are consistent with expectations, confirming the effectiveness of the proposed methodology in characterizing ozone-induced tire degradation.

Il presente lavoro di tesi è dedicato allo studio del fenomeno dell’invecchiamento dei pneumatici. In particolare, vengono indagati gli effetti causati dall’invecchiamento indotto dall’ozono. Non esistono metodologie consolidate in letteratura per derivare curve di invecchiamento specifiche per pneumatici sottoposti all’attacco dell’ozono. Sulla base dell’esecuzione di test accelerati, questa tesi ha proposto un metodo innovativo per stimare l’invecchiamento dei pneumatici causato dall’ozono. È impiegata una camera ambientale per la fatica dei pneumatici all’avanguardia, che consente un controllo preciso della concentrazione di ozono, della temperatura, dell’umidità e della radiazione UV, applicando simultaneamente carico radiale e rotazione ai pneumatici sottoposti alla prova. È condotta un’analisi completa sui pneumatici invecchiati per esaminare sia i cambiamenti fisici che quelli morfologici. Per quanto riguarda le proprietà fisiche, viene misurata la durezza Shore A per valutare il degrado del materiale. I cambiamenti morfologici vengono studiati focalizzandosi sulla formazione e propagazione di cricche superficiali. È sviluppato un sistema ottico dedicato per catturare fotografie ad alta risoluzione di varie aree della superficie del pneumatico. Queste fotografie vengono successivamente processate tramite uno script MATLAB sviluppato ad hoc, il quale rileva le cricche superficiali e valuta i parametri chiave per quantificare l’invecchiamento. I parametri di invecchiamento sono definiti come l’area relativa delle cricche e la densità delle cricche. Lo script MATLAB viene validato e viene eseguita un’analisi di sensitività per verificarne l’affidabilità. I parametri estratti, insieme alle misurazioni della durezza, sono quindi utilizzati per costruire le curve di invecchiamento dei pneumatici. I risultati ottenuti sono coerenti con le aspettative, confermando l’efficacia della metodologia proposta nel caratterizzare il degrado dei pneumatici indotto dall’ozono.