Renforcement des pneumatiques par la silice. Caracterisation physio-chimique et dispersion des granules de silice.

Renforcement of tyres by silica. Physico-chemical characterization and dispersion of silica granules.

• Auteur / Autrice : Timothée Dumas
• Direction : Philippe Grosseau, Olivier Bonnefoy, Gérard Thomas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Genie des procédés
• Date : Soutenance le 06/01/2012
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
• Ecole(s) doctorale(s) : ED SIS 488
• Jury : Président / Présidente : Christian Carrot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Grosseau, Olivier Bonnefoy, Gérard Thomas, Christian Carrot, José-Marie Lopez-Cuesta, Laurent Guy, Edith Peuvrel- Disdier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : José-Marie Lopez-Cuesta, Jacques Persello

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fragmentation

Chimie physique et théorique

Environnement -- Études d'impact

Silice

Pneus

Mots clés libres

Silice précipitée

Caractérisation physico-chimique

Rupture

Érosion

Ultrasons

Dispersion

Precipitated silica

Physico-chemical characterization

Dispersion

Breakage

Erosion

Résumé

L’impact environnemental est un paramètre prépondérant dans l’élaboration de nouveaux matériaux. Dans le secteur du transport, l’introduction de silice précipitée comme charge renforçante en remplacement d’une partie du noir de carbone a permis de mettre au point des pneus plus respectueux de l’environnement.L’objectif de notre projet consiste à déterminer l’effet des conditions d’élaboration et de traitement de la silice sur l’aptitude des granules de silice à se disperser dans l’élastomère, sans compromettre leur résistance à la fragmentation en milieu sec lors des opérations du procédé. Pour ce faire, différentes caractérisations ont été effectuées. Tout d’abord, une analyse de la texture des agglomérats de silice est réalisée dans le but d’obtenir une description morphologique de ces granules (surface spécifique, granulométrie, structure 3D). Une étude du comportement des granules sous contraintes mécaniques (ultra-sons, transport pneumatique) a permis de quantifier la cinétique de désagglomération des micro-granules de silice. Ces différentes mesures expérimentales nous permettent de mettre en évidence l’impact des étapes du procédé sur les propriétés des granules de silice. Ceci nous a permis de mettre en avant différents mécanismes de fragmentation des granules. Enfin, nous proposons une modélisation de la fragmentation au moyen d’un modèle matriciel. Ce modèle a permis, à partir de données expérimentales, de remonter aux mécanismes de fragmentation.

Silica is constantly gaining importance as a reinforcing filler for rubber compounds. It offers several advantages compared to carbon black. In tyres treads, silica can yield a lower rolling resistance at equal wear resistance and wet grip than carbon black. This work consists in the determination of the effects of processes and treatments of precipitated silica granules on their capacity to nicely disperse the silica in the elastomer, without impairing their breakage resistance during dry steps of the process.In this work, physico-chemical characterizations like laser granulometry, specific surface area, SEM, X-ray tomography have been given morphological and structural information on the granule properties. In a second step, the behaviour of silica granules under mechanical stress in various media (air, liquid) by ultrasound solicitation, fluidized bed, impact breakage, is investigated. Mechanisms are observed for the fragmentation of the granules (erosion, attrition, breakage, splitting) and a quantification of the breakage kinetics of granule is proposed. In the last step, a model of the fragmentation process in water is presented. All these experiments give us information about the impact of the process on the granule structures and mechanicals properties.