TW201309760A - 熱塑性彈性體輪胎組成物 - Google Patents
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Abstract
一種熱塑性彈性體輪胎組成物，適用於製成一輪胎的胎面層，該熱塑性彈性體輪胎組成物包含一彈性體組份及一塑料組份，該塑料組份與該彈性體組份共聚合，該塑料組份包括聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯、一相容劑及一改質劑，藉此，該彈性體組份能使該熱塑性彈性體輪胎組成物具有吸收衝擊力量的彈性效果，且該塑料組份的聚醯胺能使該熱塑性彈性體輪胎組成物具有耐磨耗的效果，再加上該塑料組份的聚對苯二甲酸乙二酯能使該熱塑性彈性體輪胎組成物產生高強度的作用。
Description
本發明是有關於一種輪胎，特別是指一種熱塑性彈性體輪胎組成物。
一般的輪胎包含一胎體層11、複數交錯交疊且設置於胎體層11外側的鋼絲環帶層12，及一包覆該胎體層11與該鋼絲環帶層12的胎面層13，該胎面層13通常由天然橡膠製成，雖然可獲得較佳耐磨性與彈性，但天然橡膠(nature rubber)產量較少，且容易老化變質，因此，逐漸以合成橡膠代替，如苯乙烯橡膠(styrene-butadiene rubber,SBR)、丁乙烯橡膠(butadiene rubber,BR)...等。
不論以天然橡膠或合成橡膠製作該胎面層13，都需要先進行加硫製程，使聚合物之間能產生交聯，進而使該胎面層13獲得較佳的彈性效果，所以，製作的流程上比較複雜。另一方面，橡膠在抗張強度、衝擊強度，及熱變形溫度的表現較差，易造成使用上的安全性問題。
因此，本發明之目的，即在提供一種耐磨與高強度的熱塑性彈性體輪胎組成物。
於是，本發明熱塑性彈性體輪胎組成物，適用於製成一輪胎的胎面層，該熱塑性彈性體輪胎組成物包含一彈性體組份及一塑料組份。
該塑料組份與該彈性體組份共聚合，該塑料組份包括聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯、一相容劑及一改質劑，聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯，及該相容劑的含量以該塑料組份總重計分別為10wt%~30wt%、5wt%~15wt%，及60wt%~80wt%。
本發明之功效在於：藉由該彈性體組份能使該熱塑性彈性體輪胎組成物具有吸收衝擊力量的彈性效果，且該塑料組份的聚醯胺能使該熱塑性彈性體輪胎組成物具有耐磨耗的效果，再加上該塑料組份的聚對苯二甲酸乙二酯能使該熱塑性彈性體輪胎組成物產生高強度的作用。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖2，本發明熱塑性彈性體輪胎組成物，適用於製成一輪胎2的一胎面層21，該輪胎2還包含一環型中空的胎體層22、複數交錯交疊且設置於胎體層22外側的鋼絲環帶層23，該胎面層21包覆該胎體層22與該等鋼絲環帶層23。
該熱塑性彈性體輪胎組成物包含一彈性體組份及一塑料組份，該塑料組份與該彈性體組份共聚合，該塑料組份包括聚醯胺(Nylon)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)，及一相容劑，藉由該彈性體組份與該塑料組份共聚合，能使該熱塑性彈性體輪胎組成物不需經過硫化即具有熱塑性塑膠及彈性體的特性。
由於該塑料組份中的聚醯胺與聚對苯二甲酸乙二酯屬於高極性的聚合物，因此與非極性及結晶性的聚烯烴(polyolefine)彈性體如乙烯-丙烯橡膠(ethylene propylene copolymer rubber,EPR)、三元乙丙橡膠(ethylene propylene diene terpolymer,EPDM)...等相容性很差，因此利用馬來酸酐(maleic anhydride)能與該塑料組份的聚醯胺與聚對苯二甲酸乙二酯反應的機制讓該塑料組份與聚烯烴彈性體相互結合。
較佳地，該彈性體組份具有馬來酸酐接枝彈性體(maleic anhydride grafted elastomer)，能使該彈性體組份同時具有彈性體的物性及與該塑料組份中的氨基(NH)或醇基(OH)相鍵結的活性酸酐基團，進一步的能使該熱塑性彈性體輪胎組成物具有吸收衝擊力量的彈性效果，較佳地，該馬來酸酐接枝彈性體選自於馬來酸酐接枝熱塑性彈性體(maleic anhydride grafted thermoplastic elastomer)、馬來酸酐接枝熱塑性橡膠(maleic anhydride grafted thermoplastic rubber)或馬來酸酐接枝橡膠(maleic anhydride grafted rubber)，更佳地，該馬來酸酐接枝彈性體選自於馬來酸酐接枝乙烯-聚醋酸乙烯酯(maleic anhydride grafted vinyl acetate,EVA-g-MAH)、馬來酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌共聚物(maleic anhydride grafted styrene butadiene styrene block copolymer,SBS-g-MAH)、馬來酸酐接枝乙烯-丙烯橡膠(maleic anhydride grafted ethylene propylene copolymer rubber,EPR-g-MAH)或馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠(maleic anhydride grafted ethylene propylene diene terpolymer,EPDM-g-MAH)。
需要說明的是，可適度的調整該彈性體組份與該塑料組份的配比，但該熱塑性彈性體輪胎組成物的物性也會因此改變，添加過少的該彈性體組份會使該熱塑性彈性體輪胎組成物的彈性變差或不具有彈性，而添加過多的該彈性體組份會降低該熱塑性彈性體輪胎組成物的耐磨耗性與強度，為使該熱塑性彈性體輪胎組成物具有輪胎所要求的彈性效果，較佳地，該彈性體組份以該塑料組份總重計為1~80wt%。
聚醯胺的抗張強度與韌性較佳，能使該熱塑性彈性體輪胎組成物具有耐磨耗的效果，但聚醯胺的抗折強度與尺寸安定性較差，所以，藉由聚對苯二甲酸乙二酯的添加可提升該熱塑性彈性體輪胎組成物在抗折強度與尺寸安定性的表現。再者，由於聚醯胺與對苯二甲酸乙二酯是兩種截然不同的材料，因此添加該相容劑用以改善聚醯胺與聚對苯二甲酸乙二酯相容性，並平衡兩者之間的結晶速率，且使該塑料組份中的聚醯胺與對苯二甲酸乙二酯穩定的相容，而產生良好的尺寸安定性，另一方面，藉由該相容劑的添加，能使該塑料組份由高結晶性的塑料轉變為類似橡膠具有柔軟與觸感佳的特性，較佳地，該相容劑具有一含有單環氧官能基的聚合物，更佳地，該聚合物選自於環氧矽烷樹脂(epoxy silane resin)或脂環型環氧樹脂(alicyclic type epoxy resin)。
需要說明的是，可適度的調整聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯，及該相容劑的配比，但相對所獲得該熱塑性彈性體輪胎組成物的物性也會因此改變，添加過少的聚醯胺會降低該熱塑性彈性體輪胎組成物的耐磨耗性，且添加過少的聚對苯二甲酸乙二酯會降低該熱塑性彈性體輪胎組成物的強度，而添加過少該相容劑會降低該熱塑性彈性體輪胎組成物的柔軟度，為使該熱塑性彈性體輪胎組成物具有輪胎所要求的耐磨耗與強度效果，該塑料組份的聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯，及該相容劑的含量以該塑料組份總重計分別為10wt%~30wt%、5wt%~15wt%，及60wt%~80wt%。
由於聚醯胺屬有韌性材料相對於聚對苯二甲酸乙二酯屬剛脆性材料，為增進該熱塑性彈性體輪胎組成物的衝擊強度與低溫下的效果，在該塑料組份中添加該改質劑，用以改善聚醯胺與聚對苯二甲酸乙二酯的混合介面，較佳地，該改質劑的含量以該塑料組份的總重計為10~30wt%，較佳地，該改質劑可為乙烯-辛烯共聚物(ethylene octene trepolymer,POE)。
值得一提的是，藉由該熱塑性彈性體輪胎組成物良好的加工性可使用熱壓、射出或異型押出(profile extrusion)成型方式作業，以形成包覆於該輪胎2的該胎體層22與該等鋼絲環帶層23外的胎面層21，而產生方便製造的效果，且可以進一步的回收再製，而產生資源再利用的效果。
以下分別透過下列具體例進一步說明該較佳實施例的製法，及其所呈現的物性。
化學品來源：
Nylon6：分子量範圍16000~19000，為力鵬公司廢布、廢紗經粉碎機粉碎。
PET：分子量範圍200000，為力鵬公司廢布、廢紗經粉碎機粉碎。
相容劑：Silane Coupling Agent A-187(KH-560)，化學名稱為γ-(2,3-環氧丙氧基)丙基三甲氧基矽烷(γ-(2,3-epoxypropoxy)propyltrimethoxysilane)，購自成都晨邦化工，結構式如通式(I)。
彈性體組份：EVA-g-MAH，分子量範圍3000-4000，購自Dupont Dow化學公司。
改質劑：POE，分子量5000，購自Dupont Dow化學公司。
測試方法：
抗張降伏強度(tensile yield strength)測試：將原料投入一雙螺桿押出機進行共混後，再押出製成一試樣進行測試，該試樣採用ASTM D638 type I規格，測試方法依照ASTM D638進行。
斷裂拉伸率(elongation at break)測試：試樣製法與規格同抗張降伏強度測試，測試方法依照ASTM D638進行。
抗折強度(flexural strength)測試：試樣製法與規格同抗張降伏強度測試，測試方法依照ASTM D790進行。
抗折模數(flexural modulus)測試：試樣製法與規格同抗張降伏強度測試，測試方法依照ASTM D790進行，其抗折模數的取點為0.3%。
衝擊強度測試(impact strength)：試樣製法同抗張降伏強度測試，該試樣採用ASTM D256規格，測試方法依照ASTM D256進行。
硬度測試(hardness)：試樣製法同抗張降伏強度測試，該試樣採用ASTM D2240規格，測試方法依照ASTM D2240(share D)進行。
熱變形溫度(heat deflection temperature)測試：試樣製法同抗張降伏強度測試，測試方法依照ASTM D648進行，在該試樣中心施以負載，以2℃/min條件升溫，並記錄該試樣變形量為0.25mm時的溫度。
耐磨性(wearing)測試：將樣品夾持在以氣壓頂起的皮膜上，並與自上方向下壓的砂紙相互磨擦，砂紙的移動方式為來回移動，樣品則為原地旋轉，測試樣品產生斷紗或破洞的耐磨轉速，測試方法依照ASTM D3886進行。
線膨脹係數(linear expansion coefficient)測試：試樣製法同抗張降伏強度測試，測試方法依照ASTM D696進行，該試樣規格為直徑5mm的圓柱體，記錄-30℃~30℃之間，每升高1℃時，該試樣平均每1cm的長度變化量。
<具體例1>Nylon6：PET：相容劑=10：10：80
參閱圖3，取10wt%的Nylon6、10wt%的PET，及80wt%的該相容劑，及分別以上述三者的總重計的1wt%的EVA-g-MAH與10wt%的POE的配比投入一雙螺桿押出機3(Intermeshing Co-Rotating型式，ψ=30mm，L/D=43.2，購自Kobe steel)的一料粒入料口31進行共混，上述原料經由該雙螺桿押出機3的一熔融壓縮混練區32加熱充份壓縮混練形成一流動的合膠，再將該合膠自該雙螺桿押出機3的一出口段33押入一模具34，以獲得一熱塑性彈性體輪胎組成物試樣，較佳地，該雙螺桿押出機3的轉速為20rpm~100rpm，該熔融壓縮混練區32的六個加熱段321、322、323、324、325、326的操作溫度分別為230℃~250℃、240℃~260℃、250℃~270℃、255℃~275℃、250℃~270℃，及240℃~260℃，該模具34操作溫度為90℃~100℃。
在本具體例中，該雙螺桿押出機3的轉速為60rpm，該熔融壓縮混練段32的六個加熱段321、322、323、324、325、326的操作溫度分別為240℃、250℃、260℃、265℃、260℃，及250℃，該模具34操作溫度為80℃。
將上述所獲得的該熱塑性彈性體輪胎組成物試樣進行前述的抗張降伏強度測試、斷裂拉伸率測試、抗折強度測試、抗折模數測試、衝擊強度測試、熱變形溫度測試，及線膨脹係數測試，分別可得抗張降伏強度為48MPa、斷裂拉伸率為92%、抗折強度為1424MPa、抗折模數測試為4021MPa、衝擊強度為87J/m、硬度為60、熱變形溫度為70℃、耐磨性為15cc，及線膨脹係數為25×10-5cm/cm/℃，並將上述材料配比及測試數據彙整於表-1中。
<具體例2>Nylon6：PET：相容劑=30：10：60
是以<具體例1>相同的方式製作與測試，主要的不同在於：是取30wt%的Nylon6、10wt%的PET，及60wt%的該相容劑，及以上述三者的總重計的40wt%的EVA-g-MAH與30wt%的POE的配比進行共混，並分別可得抗張降伏強度為53MPa、斷裂拉伸率為89%、抗折強度為1374MPa、抗折模數測試為3668MPa、衝擊強度為89J/m、硬度為75、熱變形溫度為85℃、耐磨性為20cc，及線膨脹係數為22×10-5cm/cm/℃，同樣將上述材料配比及測試數據彙整於表-1中。
由上述結果可說明本較佳實施例藉由混合Nylon6、PET、該相容劑、EVA-g-MAH，及POE所獲得的該熱塑性彈性體輪胎組成物試樣，除了可在強度上獲得改善，並且在熱變形溫度與線膨脹係數上獲得不錯的表現，顯示本發明熱塑性彈性體組成物確實具有輪胎所要求的耐磨與高強度的效果。
歸納上述，本發明熱塑性彈性體輪胎組成物可獲致下述功效及優點，故確實能達到本發明之目的：
一、本發明利用該彈性體組份能使該熱塑性彈性體輪胎組成物具有吸收衝擊力量的彈性效果。
二、本發明藉由該塑料組份的聚醯胺能使該熱塑性彈性體輪胎組成物具有耐磨耗的效果。
三、本發明利用該塑料組份的聚對苯二甲酸乙二酯能使該熱塑性彈性體輪胎組成物產生高強度的作用。
四、本發明藉由該改質劑進一步增進該熱塑性彈性體輪胎組成物的衝擊強度與低溫下的效果。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
11．．．胎體層
12．．．鋼絲環帶層
13．．．胎面層
2．．．輪胎
21．．．胎體層
22．．．鋼絲環帶層
23．．．胎面層
3．．．雙螺桿押出機
31．．．料粒入料口
32．．．熔融壓縮混練區
321．．．加熱段
322．．．加熱段
323．．．加熱段
324．．．加熱段
325．．．加熱段
326．．．加熱段
33．．．出口段
34．．．模具
圖1是一般的輪胎的立體剖面圖；
圖2是本發明熱塑性彈性體輪胎組成物一較佳實施例的立體剖面圖；及
圖3是一雙螺桿押出機的示意圖。
2．．．輪胎
21．．．胎體層
22．．．鋼絲環帶層
23．．．胎面層
Claims (8)
- 一種熱塑性彈性體輪胎組成物，適用於製成一輪胎的胎面層，該熱塑性彈性體輪胎組成物，包含：一彈性體組份；及一塑料組份，該塑料組份與該彈性體組份共聚合，該塑料組份包括聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯、一相容劑及一改質劑，聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯，及該相容劑的含量以該塑料組份總重計分別為10wt%~30wt%、5wt%~15wt%，及60wt%~80wt%。
- 根據申請專利範圍第1項所述的熱塑性彈性體輪胎組成物，其中，該彈性體組份的含量以該塑料組份總重計為1wt%~80wt%。
- 根據申請專利範圍第1項所述的熱塑性彈性體輪胎組成物，其中，該彈性體組份具有馬來酸酐接枝彈性體。
- 根據申請專利範圍第1項所述的熱塑性彈性體輪胎組成物，其中，該馬來酸酐接枝彈性體選自於馬來酸酐接枝熱塑性彈性體、馬來酸酐接枝熱塑性橡膠或馬來酸酐接枝橡膠。
- 根據申請專利範圍第1項所述的熱塑性彈性體輪胎組成物，其中，該馬來酸酐接枝彈性體選自於馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、馬來酸酐接枝乙烯-聚醋酸乙烯酯、馬來酸酐接枝苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌共聚物、馬來酸酐接枝乙烯-丙烯橡膠或馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠。
- 根據申請專利範圍第1項所述的熱塑性彈性體輪胎組成物，其中，該相容劑具有一含有單環氧官能基的聚合物。
- 根據申請專利範圍第6項所述的熱塑性彈性體輪胎組成物，其中，該聚合物選自於環氧矽烷樹脂或脂環型環氧樹脂。
- 根據申請專利範圍第1項所述的熱塑性彈性體輪胎組成物，其中，該改質劑的含量以該塑料組份總重計為10wt%~30wt%。
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