Study of the mechanical behaviour of rubber compounds filled with waste tire rubber powders

The recycling of tires today is mainly based on applications such as fuel in cement kilns and as cushioning material in sports surfaces. These solutions are practical and allow large volumes of waste to be managed, but they present limitations from the perspective of the circular economy. For this reason, the sector is focused on developing technologies that enable the recovery of raw materials and the closing of the material loop. Within this context, the reuse of recycled rubber as a filler in the manufacture of new tires represents an interesting alternative. This approach consists of incorporating recycled rubber into blends with virgin rubber. Although it reduces raw material consumption and environmental impact, it also presents technical limitations in terms of mechanical properties and durability. The present study aims to characterise different rubber compounds to evaluate how the incorporation of ground tire rubber (GTR) particles influences their mechanical behaviour. To this end, five materials with the same base composition were studied, varying only the addition of recycled rubber powder (GTR). One of them contains no GTR particles and is used as the reference material. Two formulations contain 20 phr of GTR with particle sizes of 200 and 400 μm, respectively. The remaining two contain 30 phr of GTR, also with particle sizes of 200 and 400 μm. The tensile tests show a reduction in both strain and stress at break in the materials containing GTR. In turn, the loading–unloading tests indicate a slight increase in dissipative behaviour following the incorporation of GTR. Regarding the volume-change and fracture tests, no significant differences are observed in the global values, although a greater tendency towards lateral crack propagation is noted in the GTR-filled compounds. In conclusion, although a reduction in tensile strength and elongation at break was observed, the overall fracture behaviour was only marginally affected. Therefore, the incorporation of GTR as a partial matrix substitute can be considered viable based on the obtained results.

Il riciclo degli pneumatici oggi si basa principalmente su applicazioni come combustibile nei cementifici e come materiale ammortizzante nelle superfici sportive. Queste soluzioni sono pratiche e consentono di gestire grandi volumi di rifiuti, ma presentano limiti dal punto di vista dell’economia circolare. Per questo motivo, il settore si concentra sullo sviluppo di tecnologie che consentano il recupero delle materie prime e la chiusura del ciclo dei materiali. In questo contesto, il riutilizzo della gomma riciclata come filler nella produzione di nuovi pneumatici rappresenta un’alternativa interessante. Questo approccio consiste nell’incorporare gomma riciclata in miscele con gomma vergine. Sebbene riduca il consumo di materie prime e l’impatto ambientale, presenta anche limitazioni tecniche in termini di proprietà meccaniche e durabilità. Il presente studio ha l’obiettivo di caratterizzare diversi composti di gomma per valutare come l’incorporazione di particelle di ground tire rubber (GTR) influenzi il loro comportamento meccanico. Sono stati studiati cinque materiali con la stessa composizione di base, variando esclusivamente l’aggiunta di polvere di GTR. Uno di essi non contiene particelle di GTR ed è utilizzato come materiale di riferimento. Due formulazioni contengono 20 phr di GTR con dimensioni delle particelle di 200 e 400 μm, rispettivamente. I restanti due contengono 30 phr di GTR, anch’essi con dimensioni delle particelle di 200 e 400 μm. I test di trazione mostrano una riduzione sia della deformazione che della tensione a rottura nei materiali contenenti GTR. I test di carico-scarico indicano un lieve aumento del comportamento dissipativo in seguito all’incorporazione del GTR. Per quanto riguarda le prove di variazione volumetrica e di frattura, non si osservano differenze significative nei valori globali, sebbene si noti una maggiore tendenza alla propagazione di cricche laterali nei composti con GTR. In conclusione, sebbene sia stata osservata una riduzione della resistenza a trazione e dell’allungamento a rottura, il comportamento complessivo a frattura è stato solo marginalmente influenzato. Pertanto, l’incorporazione del GTR come sostituto parziale della matrice può essere considerata una soluzione valida sulla base dei risultati ottenuti.