TWI744554B - 輪胎 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關於一種輪胎，包含一胎體部、一胎面部、一胎邊部及一具導電性複合膠體，該具導電性複合膠體包括一高分子黏彈性物質與一導電粒子混合，該具導電性複合膠體使用於磨耗時，該導電粒子粒徑大小介於1奈米至22微米之間，該具導電性複合膠體適用於撓曲時，該導電粒子粒徑大小介於20微米至60微米之間，並使該具導電性複合膠體之電阻介於104Ω至10-1Ω之間。而該導電粒子的粒徑大小與添加量關係著電阻值高低，例如將與高分子黏彈性物質為2Phr的奈米碳管與28Phr碳黑混合，其電阻值為104Ω，相對的，純碳黑的Phr須達85以上才能達到104Ω，本發明各成份採用不同Phr及不同粒徑大小的導電粒子以獲得需求的電特性，例如可用於輪胎之量測、傳輸訊號及傳輸電力等用途。
Description
本發明係有關於一種輪胎，包含具導電性複合膠體，特別是指將高分子黏彈性物質與非導電粒子及導電粒子混合之膠體，以改變其電阻值，使其可用於輪胎之電特性的量測、傳輸訊號及傳輸電力等用途的發明。
早期使用於輪胎的膠體都僅是單純的高分子聚合物。例如歐洲專利第EP2397347號「Method for making pneumatic tire with foam noise damper and tire with foam noise damper」，該案是利用膠體將吸音材黏著在輪胎上，以消除輪胎行駛過程中，因路面高低不平所產生的共振噪音，該案的膠體包括：矽膠黏著劑、聚乙烯、聚丙烯等成分。
近來為了增加橡膠在放靜電的用途，有在橡膠中添加導電粒子，使其具有導電性以傳導靜電。例如美國專利第US09249284號「RUBBER COMPOSITION FOR TIRE,AND PNEUMATIC TIRE」，該案之導電橡膠包括100質量份的橡膠成分，硫含量為30ppm以下的鐵為1.0~3.5質量份，0.5~15質量份的DBP吸油量為300ml/100g以上且鐵含量為60ppm以上的導電性碳黑，體積電阻率為1.0×108Ω．cm以下。
雖然前案指出了在橡膠中添加碳黑，使橡膠具有1.0×108Ω．cm以下的導電性的特徵，但添加不同比例的導電粒子可以控制橡膠的電導率以具有不同功效，且導電粒子的粒徑大小會影響整體導電，進而在相同電阻值之
下，影響添加導電粒子的占比，而過多導電粒子的占比則會影響橡膠的黏彈性與橡膠特性，例如當橡膠使用於胎面部時，由於胎面部與地面磨擦，因此橡膠必須具較高的硬度，以抵抗因為與地面摩擦產生的磨耗，而當橡膠使用於胎邊部時，由於胎邊部不會與地面產生摩擦，因此可採用較低硬度但較高黏性的橡膠，避免橡膠自胎邊部剝離。
爰此，為了解決前案之不足，本發明提出一種輪胎，包含：一胎體部，一胎面部，相鄰該胎體部；一胎邊部，相鄰該胎體部；以及一具導電性複合膠體，包含一高分子黏彈性物質與一導電粒子混合，該具導電性複合膠體包含一第一膠體、一第二膠體及一第三膠體，該第一膠體塗覆在該胎體部，該第二膠體塗覆在該胎面部，該第三膠體塗覆在該胎邊部；該第一膠體使用於該胎體部而適用於撓曲，硬度為蕭氏硬度介於45至55之間，該導電粒子粒徑大小介於20微米至60微米之間；該第二膠體使用於該胎面部而適用於磨耗，硬度為蕭氏硬度介於50至75之間，該導電粒子粒徑大小介於1奈米至22微米之間；該第三膠體使用於該胎邊部，硬度為蕭氏硬度介於45至60之間，該第三膠體之電阻介於104Ω至10-1Ω之間。
進一步，該具導電性複合膠體在溫度介於負80℃至220℃之間皆為容許工作溫度。
進一步，該具導電性複合膠體包含一非導電粒子，且該非導電粒子的Phr介於0.5至15之間。
進一步，該導電粒子的Phr介於2至110之間，且電阻介於104Ω至10-1Ω之間。
進一步，該導電粒子的Phr介於3至150之間，且電阻介於102Ω至10-1Ω之間。
進一步，該導電粒子的成分選自下列之一或組合：金、銀、銅、記憶合金、鋅、鐵、鈷、鎳、金屬箔片、金屬粉、金屬纖維、鋁、銫、鈀、石墨、石墨烯、碳纖維、奈米碳管、碳簇或奈米球。
進一步，該非導電粒子的成分選自下列之一或組合：石英、氧化矽、碘、硫、磷、稀土元素。
根據上述技術特徵可達成以下功效：
1.添加不同Phr的導電粒子，可以在達到適用的電阻值之下，仍維持具導電性複合膠體可用的黏彈性與橡膠特性(例如具備橡膠彈性、可撓曲性、耐磨性等)。
2.藉由添加不同Phr的導電粒子，及根據不同的電特性需求使用不同的電阻值，如此將不會添加過量或過少的導電粒子，以維持導電性複合膠體在輪胎對應部位的橡膠特性。
3.導電粒子的粒徑大小會影響橡膠的特性，太大粒徑會造成因外力而電性變化較大，較小粒徑則較為穩定，本發明使用的粒徑是較佳的範圍。
4.輪胎材料分為兩個部分，一個是胎面材料一個是胎體材料。胎體材料需要撓曲大的材料，所需要的導電粒子(例如碳材，需使用微米級大小)，要求較大的粒徑。胎面材料需耐磨性，需要較小的粒徑來達到性能要求。
5.本發明之具導電性複合膠體容許工作溫度介於負80℃至220℃之間，在此溫度區間內該具導電性複合膠體不會喪失膠料導電功效。
綜合上述技術特徵，本發明之輪胎的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
本實施例的輪胎，包含：一胎體部，一胎面部，相鄰該胎體部；一胎邊部，相鄰該胎體部；以及一具導電性複合膠體，該具導電性複合膠體包含一第一膠體、一第二膠體及一第三膠體，該第一膠體塗覆在該胎體部，該第二膠體塗覆在該胎面部，該第三膠體塗覆在該胎邊部。該具導電性複合膠體係該輪胎使用的橡膠，其工作溫度較佳的是容許範圍介於負80℃至220℃之間，使該具導電性複合膠體即使在極低溫或極高溫的惡劣環境下仍可使用，不會喪失膠體的黏彈性及導電功效。該具導電性複合膠體成分包括有：一高分子黏彈性物質、一導電粒子與一非導電粒子混合。
由於該導電粒子的粒徑大小會影響膠體的特性，太大的粒徑會造成因外力而電性變化較大，較小的粒徑則較為穩定，並且輪胎材料大抵分為兩個部分，一個是該胎面部的胎面材料，一個是該胎體部的胎體材料。胎體材料需要撓曲大的材料，所需要的導電粒子要求較大的粒徑(例如使用微米級大小的碳材)；胎面材料需耐磨性，因此需要較小的粒徑來達到性能要求。因此當該導電粒子使用於磨耗時，採用的粒徑大小介於1奈米至22微米之間，當該導電粒子適用於撓曲時，採用的粒徑大小介於20微米至60微米之間。具
體而言，當該具導電性複合膠體使用於該輪胎之磨耗時，其硬度需求為蕭氏硬度介於50至75之間，當該具導電性複合膠體使用於該輪胎之撓曲時，其硬度為蕭氏硬度介於45至55之間，當該具導電性複合膠體使用於該輪胎之該胎邊部時，其硬度為蕭氏硬度介於45至60之間。上述蕭氏硬度僅是本實施例使用的測試標準，然而不限於此，也可以採用其它硬度測試標準，例如蕭氏硬度50大約等同於洛氏硬度36.6，因此膠體的硬度根據使用的測試標準不同會有不同的數據。
而該非導電粒子的用途是要維持膠料的耐磨性、黏彈性、乾溼抓性，降低導電粒子影響膠體的物理特性。其中，該非導電粒子的Phr介於0.5至15之間。
實施例中，該具導電性複合膠體為該高分子黏彈性物質的基體與該導電粒子以Phr介於1至150之間混合，使該具導電性複合膠體之電阻介於104Ω至10-1Ω之間。其中，該導電粒子的成分選自下列之一或組合：金、銀、銅、記憶合金、鋅、鐵、鈷、鎳、金屬箔片、金屬粉、金屬纖維、鋁、銫、鈀、石墨、石墨烯、碳纖維、奈米碳管、碳簇或奈米球，該非導電粒子的成分選自下列之一或組合：石英、氧化矽、碘、硫、磷、稀土元素。
而要特別說明的是：當該具導電性複合膠體用於輪胎之物理特性量測時，該具導電性複合膠體中，該導電粒子的Phr介於2至110之間，且電阻介於104Ω至10-1Ω之間。當該具導電性複合膠體用於輪胎之訊號傳輸及傳輸電力時，該具導電性複合膠體中，該導電粒子的Phr介於3至150之間，且電阻介於102Ω至10-1Ω之間。
根據上述各不同用途添加適當不同Phr的導電粒子，可以在達到適用的電阻值之下，仍維持具導電性複合膠體可用的黏彈性與使用部位的橡膠特性。並且根據傳遞不同的電訊號，分別提出適用的電阻值，如此將不會添加過量或過少的導電粒子，影響該具導電性複合膠體使用在輪胎時對應部位的橡膠特性。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
Claims (7)
- 一種輪胎，包含：一胎體部，一胎面部，相鄰該胎體部；一胎邊部，相鄰該胎體部；以及一具導電性複合膠體，包含一高分子黏彈性物質與一導電粒子混合，該具導電性複合膠體包含一第一膠體、一第二膠體及一第三膠體，該第一膠體塗覆在該胎體部，該第二膠體塗覆在該胎面部，該第三膠體塗覆在該胎邊部；該第一膠體使用於該胎體部而適用於撓曲，硬度為蕭氏硬度介於45至55之間，該導電粒子粒徑大小介於20微米至60微米之間；該第二膠體使用於該胎面部而適用於磨耗，硬度為蕭氏硬度介於50至75之間，該導電粒子粒徑大小介於1奈米至22微米之間；該第三膠體使用於該胎邊部，硬度為蕭氏硬度介於45至60之間，該第三膠體之電阻介於104Ω至10-1Ω之間。
- 如請求項1所述之輪胎，其中，該具導電性複合膠體在溫度介於負80℃至220℃之間皆為容許工作溫度。
- 如請求項1所述之輪胎，進一步，該具導電性複合膠體包含一非導電粒子，且該非導電粒子的Phr介於0.5至15之間。
- 如請求項1所述之輪胎，其中，該導電粒子的Phr介於2至110之間，且電阻介於104Ω至10-1Ω之間。
- 如請求項1所述之輪胎，其中，該導電粒子的Phr介於3至150之間，且電阻介於102Ω至10-1Ω之間。
- 如請求項1所述之輪胎，其中，該導電粒子的成分選自下列之一或組合：金、銀、銅、記憶合金、鋅、鐵、鈷、鎳、金屬箔片、金屬粉、金屬纖維、鋁、銫、鈀、石墨、石墨烯、碳纖維、奈米碳管、碳簇或奈米球。
- 如請求項3所述之輪胎，其中，該非導電粒子的成分選自下列之一或組合：石英、氧化矽、碘、硫、磷、稀土元素。
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