A ascensão acelerada dos veículos elétricos (VEs) na China e globalmente impôs demandas sem precedentes aos componentes automotivos, particularmente aos pneus. Com pesos veiculares mais elevados, entrega instantânea de torque e um forte foco da indústria em eficiência energética e segurança, os fabricantes de pneus enfrentam pressão crescente para desenvolver compostos de borracha avançados que atendam a esses requisitos em evolução. Entre os mais recentes avanços em materiais de pneus de alta performance, um novo estudo destaca as vantagens significativas da borracha de policis-1,4-butadieno com terra rara da Sinopec Yanshan Petrochemical, especificamente o grau Nd40, na melhoria do desempenho de pneus para VEs.
Publicada na edição de julho de 2024 da Tecnologia Petroquímica, a pesquisa conduzida por Rong Gang, economista sênior da Sinopec Chemical Commercial Holding Co., Ltd., Filial do Norte da China, fornece evidências abrangentes de que o Nd40 não apenas supera alternativas domésticas à base de níquel, mas também ultrapassa a borracha de terra rara importada líder em métricas-chave de desempenho. Este desenvolvimento marca um momento pivotal para as indústrias de borracha e pneus da China, sinalizando uma mudança em direção a materiais de alta tecnologia desenvolvidos domesticamente e capazes de competir com referências globais.
À medida que os governos mundialmente pressionam pela neutralidade de carbono e transporte sustentável, os VEs emergiram como um pilar central da mobilidade futura. Na China, o apoio político estratégico e investimentos agressivos em infraestrutura para VEs aceleraram as taxas de adoção, tornando o país o maior mercado de VEs do mundo. No entanto, este crescimento traz novos desafios de engenharia. Diferente dos veículos com motor de combustão interna, os VEs impõem tensões únicas nos pneus devido ao seu peso em ordem de marcha aumentado—frequentemente 10% a 30% mais pesado que modelos comparáveis a gasolina—e maior produção de torque, o que pode levar ao desgaste acelerado da banda de rodagem, redução da eficiência de frenagem e maior resistência ao rolamento. Esses fatores impactam diretamente a autonomia, segurança e experiência geral de condução.
Para enfrentar esses desafios, os engenheiros de pneus estão cada vez mais focados em otimizar formulações de borracha. A escolha do polímero base em compostos de pneus—especialmente na banda de rodagem e lateral—desempenha um papel crítico na determinação da resistência ao rolamento, aderência em piso molhado, durabilidade e geração de calor. A borracha de policis-1,4-butadieno catalisada por níquel (BR) tradicional, como a amplamente utilizada BR9000, há muito é um elemento básico na fabricação de pneus. No entanto, sua distribuição de peso molecular relativamente ampla e menor conteúdo de cis-1,4 resultam em maiores perdas por histerese, aumento de calor e resistência ao rolamento subótima—desvantagens que são amplificadas em aplicações de VEs.
Entra em cena a borracha de polibutadieno catalisada por terra rara, também conhecida como borracha à base de neodímio (Nd). Este material avançado é sintetizado usando catalisadores de terra rara que permitem um maior grau de regularidade estrutural cis-1,4—frequentemente excedendo 97%—em comparação com sistemas à base de níquel, que normalmente atingem cerca de 96%. Esta maior estereorregularidade leva a um melhor alinhamento da cadeia molecular, redução do atrito interno e propriedades mecânicas aprimoradas. O resultado é um composto de borracha com menor resistência ao rolamento, melhor resistência ao desgaste e desempenho dinâmico superior—qualidades que se alinham perfeitamente com as necessidades dos pneus modernos para VEs.
A Sinopec Yanshan Petrochemical, um ator chave no setor de borracha sintética da China, esteve na vanguarda do desenvolvimento e comercialização da borracha de polibutadieno com terra rara. Seus graus Nd40 e Nd60 representam um avanço significativo na tecnologia de polímeros domésticos. O estudo de Rong Gang avalia sistematicamente o desempenho do Nd40 em compostos de banda de rodagem e lateral, comparando-o diretamente com borracha de terra rara importada (A1 da LANXESS da Alemanha) e a BR9000 doméstica à base de níquel.
Na formulação do composto da banda de rodagem, o Nd40 demonstrou propriedades físicas e mecânicas superiores. Quando misturado com borracha estireno-butadieno polimerizada em solução (SSBR), sílica e negro de carbono, o composto à base de Nd40 exibiu uma resistência à tração de 23,4 MPa—35,3% maior que o composto à base de BR9000 e notavelmente maior que ambos Nd60 e o A1 importado. O alongamento na ruptura atingiu 526%, superando significativamente os outros materiais. Essas melhorias são atribuídas ao alto conteúdo de cis-1,4 (98,09%) e distribuição favorável de peso molecular (PDI de 2,48) do Nd40, que promovem a cristalização induzida por deformação e aumentam a robustez geral.
Igualmente importante é o comportamento dinâmico mecânico do composto. Na avaliação do desempenho do pneu, o fator de perda (tanδ) a 0°C é um indicador chave da aderência em piso molhado, enquanto tanδ a 60°C correlaciona-se com a resistência ao rolamento. Um alto tanδ a 0°C garante melhor tração em superfícies molhadas, crítico para segurança, enquanto um baixo tanδ a 60°C indica perda de energia reduzida e eficiência de combustível (ou energia) aprimorada. O estudo descobriu que o composto da banda de rodagem à base de Nd40 alcançou o menor tanδ a 60°C entre todos os materiais testados, traduzindo-se em uma redução de 14,7% na resistência ao rolamento comparado à BR9000. A 0°C, seu tanδ foi ligeiramente menor que o do A1, mas ainda dentro de uma faixa que garante forte desempenho de aderência em piso molhado. Este equilíbrio entre baixa resistência ao rolamento e tração adequada em piso molhado torna o Nd40 particularmente adequado para pneus de VEs, onde a conservação de energia e a segurança devem ser otimizadas simultaneamente.
A resistência ao desgaste, outro fator crítico para pneus de VEs devido ao aumento do peso e torque do veículo, também foi avaliada através do teste de abrasão de Akron. O composto Nd40 mostrou excelente resistência à abrasão, com uma perda por desgaste de 0,129 cm³—melhor que a BR9000 (0,135 cm³) e competitivo com o A1 (0,104 cm³). Embora o A1 tenha exibido o melhor desempenho de abrasão, a durabilidade geral do Nd40 permanece altamente favorável, especialmente quando considerada sua resistência à tração superior e menor resistência ao rolamento.
Passando para a aplicação na lateral, as vantagens de desempenho do Nd40 tornam-se ainda mais pronunciadas. A lateral é submetida a flexão contínua e deve resistir ao acúmulo de calor, fissuração e fadiga ao longo da vida útil do pneu. No estudo, compostos de lateral foram formulados com uma mistura 50/50 de borracha natural (SMR20) e várias borrachas de polibutadieno. Compostos à base de Nd40 demonstraram maior dureza, resistência à tração (19,8 MPa) e resistência ao rasgamento (81 kN/m) comparados à BR9000. Mais importante, exibiram acúmulo de calor significativamente menor durante testes de compressão—48,1°C para Nd40 versus 56,5°C para BR9000, representando uma redução de 14,9% na geração de calor.
O baixo acúmulo de calor é crucial para pneus de VEs, uma vez que calor excessivo pode acelerar o envelhecimento, reduzir a integridade estrutural e aumentar o risco de falha. O desempenho térmico melhorado do Nd40 está ligado à sua alta regularidade molecular e flexibilidade da cadeia, que reduzem o atrito interno e a histerese durante a deformação dinâmica. Adicionalmente, o composto mostrou excelente resistência à fissuração por flexão, com todas as amostras de teste suportando 510.000 ciclos sem formação de trincas—um testemunho de sua durabilidade sob estresse repetido.
A análise dinâmica mecânica dos compostos da lateral confirmou ainda a superioridade do Nd40. A 60°C, o valor tanδ para Nd40 foi o mais baixo entre todos os materiais testados, indicando a menor contribuição da lateral para a resistência ao rolamento. Esta é uma vantagem significativa, uma vez que a flexão da lateral responde por uma porção substancial da perda total de energia do pneu. Comparado à BR9000, o composto Nd40 reduziu a resistência ao rolamento em 15,5%, enquanto o Nd60 alcançou uma redução ainda maior de 21,3%. Estas descobertas sugerem que o polibutadieno com terra rara não apenas melhora o desempenho da banda de rodagem, mas também aprimora a eficiência de toda a estrutura do pneu.
Um dos aspectos mais convincentes do estudo é a aplicação bem-sucedida do Nd40 em protótipos reais de pneus para VEs. Dois modelos de pneus para carros de passeio—205/55R16 91V e 235/45ZR18 98W—foram fabricados usando Nd40 em compostos de banda de rodagem e lateral. Estes pneus passaram por testes rigorosos de acordo com padrões nacionais, incluindo precisão dimensional, desempenho em alta velocidade, resistência, resistência ao rolamento e aderência em piso molhado.
O pneu 205/55R16 91V demonstrou desempenho excepcional. Suas dimensões externas corresponderam de perto aos valores nominais, confirmando a consistência de fabricação. Em testes de alta velocidade, excedeu o padrão nacional ao sustentar velocidades de até 260 km/h—bem acima do requisito de 240 km/h. A resistência do pneu foi medida em 472 J, superando significativamente o requisito mínimo de 295 J. Mais notavelmente, seu coeficiente de resistência ao rolamento foi medido em menos de 6,5 kg/t, conquistando a classificação “A” no sistema de rotulagem de pneus da UE. Esta classificação de primeiro nível reflete eficiência energética excepcional, contribuindo diretamente para uma autonomia estendida do VE. Os níveis de ruído foram registrados em 71 dB, atendendo aos requisitos padrão.
O pneu 235/45ZR18 98W, projetado para VEs de maior performance, também teve um desempenho forte. Testes independentes realizados pelo Grupo TÜV Rheinland na Europa confirmaram uma classificação de aderência em piso molhado de 1,415, classificada como nível “B”—indicando tração muito boa em superfícies molhadas. Seu coeficiente de resistência ao rolamento foi de 8,147 kg/t, posicionando-o na categoria “C”. Embora não seja tão eficiente quanto o pneu menor, este desempenho ainda atende às expectativas dos fabricantes domésticos de VEs e fornece um equilíbrio comprometido entre aderência e consumo de energia. Os níveis de ruído foram ligeiramente mais altos a 72 dB, o que é típico para pneus mais largos e orientados para performance.
Estes resultados do mundo real validam as descobertas laboratoriais e demonstram que o Nd40 não é apenas uma melhoria teórica, mas uma solução comercialmente viável para a próxima geração de pneus para VEs. O material permite que os fabricantes de pneus produzam produtos que atendam ou excedam os benchmarks de desempenho internacionais, contando com uma matéria-prima de alta qualidade produzida domesticamente.
De uma perspectiva mais ampla da indústria, o sucesso do Nd40 representa um marco significativo nos esforços da China para alcançar autossuficiência em materiais avançados. Historicamente, as borrachas sintéticas de alta performance foram dominadas por fabricantes ocidentais e japoneses. O desenvolvimento da borracha de polibutadieno com terra rara competitiva pela Sinopec reduz a dependência de importações e fortalece a cadeia de suprimentos doméstica para o setor automotivo.
Além disso, as implicações ambientais são notáveis. Menor resistência ao rolamento traduz-se diretamente em redução do consumo de energia, o que para os VEs significa maior autonomia com uma única carga e menores emissões gerais de carbono durante o ciclo de vida do veículo. Isto está alinhado com as metas globais de sustentabilidade e apoia a missão mais ampla do transporte eletrificado.
A pesquisa de Rong Gang também destaca a importância da colaboração entre fornecedores de materiais, fabricantes de pneus e montadoras. À medida que as plataformas de VEs continuam a evoluir, com demandas crescentes por operação silenciosa, autonomia estendida e segurança aprimorada, o papel dos compostos de borracha avançados só crescerá. Materiais como o Nd40 fornecem uma base para inovação, permitindo que os engenheiros de pneus empurrem os limites do desempenho sem comprometer a durabilidade ou eficiência.
Olhando para frente, uma maior otimização das formulações de borracha com terra rara—como o ajuste fino da distribuição do peso molecular, a incorporação de polímeros funcionalizados ou a mistura com outros materiais sustentáveis—pode desbloquear ganhos de desempenho ainda maiores. Adicionalmente, expandir a aplicação do Nd40 além de pneus para carros de passeio para veículos comerciais, VEs off-road ou aplicações especiais poderia ampliar seu impacto.
Em conclusão, o estudo publicado na Tecnologia Petroquímica oferece evidências convincentes de que a borracha de polibutadieno com terra rara Nd40 da Sinopec é um divisor de águas para a indústria de pneus para VEs. Suas propriedades mecânicas superiores, baixa resistência ao rolamento, excelente aderência em piso molhado e durabilidade excepcional fazem dela uma escolha ideal para veículos elétricos modernos. À medida que o mundo automotivo transiciona para a eletrificação, a inovação em materiais será tão crítica quanto a tecnologia de baterias ou motores. Com o Nd40, a China demonstrou sua capacidade de liderar nesta área vital de desenvolvimento de materiais avançados.
Rong Gang, Sinopec Chemical Commercial Holding Co., Ltd., Filial do Norte da China, Tecnologia Petroquímica, DOI: 10.3969/j.issn.1000-8144.2024.07.013