A para-aramida é usada em pneus de alto desempenho devido às suas excelentes propriedades mecânicas, como alta resistência, alto módulo, resistência à fadiga e baixa fluência.
Desde a produção oficial do primeiro pneu Michelin em 1895, juntamente com o rápido desenvolvimento da indústria automobilística, a indústria de pneus tem aprimorado continuamente sua tecnologia e criado novos produtos. Atualmente, uma cadeia produtiva de pneus madura e completa foi formada em todo o mundo. Para pneus, os materiais da estrutura são essenciais para garantir a resistência, a capacidade de carga e a estabilidade dimensional do pneu. Com a crescente popularidade dos pneus radiais, pneus radiais de alto desempenho e pneus ecológicos estão se desenvolvendo gradualmente, o que impõe requisitos mais elevados ao desempenho dos materiais da estrutura. A para-aramida tem sido gradualmente utilizada em pneus de alto desempenho devido às suas excelentes propriedades.
Classificação e desempenho dos materiais do esqueleto do pneu
Os materiais do esqueleto são a principal camada de suporte de tensões dos produtos de borracha, desempenhando um papel decisivo no desempenho, na vida útil e no valor de uso dos produtos. Os materiais ideais para o esqueleto devem apresentar propriedades mecânicas como alta resistência, alto módulo, resistência à fadiga, baixa fluência e propriedades físicas e químicas como baixa densidade, resistência a altas e baixas temperaturas, resistência à corrosão e retardante de chamas. Existem quatro categorias principais de materiais de esqueleto de fibra de pneu, cada uma com suas próprias vantagens e desvantagens.
(1) O cordão de rayon possui excelente retenção do módulo de alta temperatura e características de baixa retração, e sua estabilidade dimensional é muito superior à dos cordões de náilon e poliéster. Pode ser usado em carcaças de pneus radiais para permitir que os pneus obtenham excelente desempenho de manuseio, mas o cordão de rayon apresenta baixa resistência à umidade e grave poluição na produção.
(2) O cordão de poliéster apresenta as vantagens de alto módulo, alta resistência, baixo alongamento, baixa retração térmica, boa estabilidade dimensional e aproximadamente a mesma resistência a seco e úmido. Sua resistência à fadiga e ao impacto são superiores às do cordão de rayon, mas seu aumento de temperatura causará aminólise em altas temperaturas.
(3) As vantagens do cordão de náilon são alta resistência, baixa densidade relativa, baixa perda por histerese, baixa taxa de absorção de umidade, alta resistência à umidade, boa elasticidade, resistência à flexão 10 vezes maior do que o cordão de rayon e melhor resistência à fadiga do que outros cordões de fibra. As principais desvantagens são grande retração térmica, baixa estabilidade térmica e estabilidade dimensional.
(4) O uso de cordas de aramida tem sido gradualmente expandido nos últimos anos devido à sua alta resistência à temperatura, alta resistência, alto módulo e baixa deformação. Estudos demonstraram que as cordas de aramida podem não apenas reduzir a massa e a resistência ao rolamento do pneu, mas também ajudar a melhorar a resistência a furos e cortes.
A comparação de desempenho dos materiais de esqueleto de pneus comumente usados é mostrada na Tabela 1.
| Unid |
Para aramida |
Fio de aço |
Rayon |
Nylon 66 |
Poliéster |
| Densidade/（Mg∙m^-3） |
1,44 |
7,85 |
1,53 |
1.14 |
1,38 |
| Temperatura de decomposição (nitrogênio)/°C |
>500 |
1600 |
200 |
255 |
260 |
| Resistência à tração/MPa |
2830 |
2550 |
780 |
960 |
1150 |
| Resistência específica/(mN∙tex^-1) |
1970 |
330 |
510 |
840 |
830 |
| Módulo inicial/GPa |
80 |
160 |
18 |
6 |
14 |
| Módulo específico/(N∙tex^-1) |
55 |
20 |
12 |
5 |
10 |
| Coeficiente de expansão térmica ×10⁶/K^-1 |
-2,2 |
3.7 |
- |
- |
- |
| Alongamento na ruptura/% |
3.6 |
1.9 |
13.0 |
20.0 |
13,5 |
| Taxa de retenção de resistência após 200 °C×48 h/% |
90 |
100 |
20 |
45 |
55 |
| Encolhimento térmico de secagem ao ar (160 °C ×4min)/% |
<0,1 |
0 |
1.0 |
3.8 |
5.0 |
A resistência específica e o módulo de elasticidade da para-aramida são aproximadamente 6 a 3 vezes maiores que os do fio de aço e 2 a 10 vezes maiores que os do náilon 66. O desempenho dos materiais de para-aramida pode ser mantido em níveis normais na faixa de temperatura de -200 a 200 °C. Sob a premissa da mesma resistência à tração, a massa dos produtos de borracha pode ser bastante reduzida, podendo ser utilizados em condições climáticas extremas. A para-aramida possui excelentes propriedades de baixa fluência, resistência à fadiga, baixa retração térmica e resistência à corrosão química, o que pode melhorar significativamente a estabilidade dimensional dos produtos de borracha e prolongar sua vida útil. Portanto, a para-aramida é um material extremamente ideal para a estrutura do pneu.
Aplicação de para-aramida em materiais de esqueleto de pneus
A primeira aplicação da aramida na estrutura de pneus foi como camada de cinta para pneus radiais. Devido às suas propriedades especiais, ela vem sendo utilizada em um número crescente de componentes de pneus. Do ponto de vista técnico, a aramida pode ser usada como material de estrutura para qualquer parte do pneu e pode até ser combinada com resina para substituir fios de aço na fabricação de talões, reduzindo significativamente o peso do pneu. Atualmente, existem exemplos de aplicação de aramida em camadas de cinta de borda exposta, camadas de cinta dobrada, camadas de cinta circunferencial, carcaça de pneu radial, cobertura de talão, anel de arame, carcaça de pneu diagonal de corrida e camada de proteção de pneu diagonal.
A aplicação de cordoalha de aramida 1680dtex/2 em vez de cordoalha de aço 2×0,30HT na camada da cinta de pneus de automóveis de passageiros pode reduzir o peso do pneu em 6,4% a 7,5% e a resistência ao rolamento em 12,5%. O uso de cordoalha de aramida 1680dtex/2 na carcaça e na camada da cinta pode reduzir o peso do pneu em 15%, e outras propriedades do pneu atendem aos requisitos padrão, melhorando o conforto de condução do automóvel.
Com a mesma massa, sua resistência e módulo superam em muito os de materiais como poliéster, poliamida e fios de aço, além de ser extremamente excelente em termos de segurança e durabilidade. A vantagem mais significativa do uso de cordas de aramida em vez de cordas de aço para pneus de corrida dobráveis é que elas reduzem o peso do pneu e o tornam dobrável. As características leves da aramida são muito adequadas para pneus de corrida de alto desempenho. Ao mesmo tempo em que reduz o peso do carro, permite frenagens mais rápidas e melhor desempenho em curvas.
Aplicação de fibra curta de aramida na borracha de enchimento de pneus radiais de carga totalmente em aço. A estrutura e as propriedades especiais da fibra curta de aramida conferem aos produtos de borracha excelentes propriedades, como alto módulo, alta dureza, alta resistência, estabilidade dimensional e resistência ao desgaste. Os resultados dos testes mostram que a fibra curta de aramida reduz a viscosidade Mooney do composto de borracha, encurta o t90, reduz o aumento de temperatura, reduz o fator de perda, reduz o efeito Payne e apresenta boa durabilidade do pneu acabado, indicando que o material de aramida é muito eficaz na melhoria do desempenho do pneu.
| Unid |
1100dtex/2 |
1680dtex/2 |
| Resistência à ruptura/N |
≥330 |
≥450 |
| Taxa desigual de resistência à ruptura/% |
≤3,5 |
≤3,5 |
| 66,6 N Alongamento em carga nominal/% |
1,8±0,6 |
2,0±0,6 |
| Alongamento na ruptura/% |
4,5±1,5 |
6,0±1,5 |
| Alongamento na ruptura irregularidade/% |
≤5,0 |
≤5,0 |
| Retração térmica a seco/% |
≤0,5 |
≤0,5 |
| H Força de extração/（N•cm^-1) |
≥100 |
≥130 |
Embora o cordão de aramida apresente muitas vantagens, como material de estrutura de borracha, ele também apresenta problemas como baixa resistência à compressão e à fadiga por flexão, dificuldade de colagem e alto custo de produção, que limitam sua ampla aplicação. Portanto, foi desenvolvido um tecido composto de aramida e nylon de alta resistência. O tecido composto obtido por fiação, torção, imersão e tratamento térmico de aramida e nylon em uma determinada proporção pode eliminar as deficiências do nylon e da aramida e combinar as vantagens de ambos, concretizar as propriedades complementares do material e atender aos rigorosos requisitos de pneus de alto desempenho. No futuro, o tecido composto será cada vez mais utilizado em pneus.
