DE112018002131T5 - Zusammensetzung für Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens - Google Patents

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Gwi Seong SHIN
Chul Woo KWARK
Soon Wook HWANG
Bumjoon Kim
Jin-Seong Kim
Joonhyeong Choi
Sung Keun Park
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Kumho Tire Co Inc
Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zusammensetzung für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens. Insbesondere weist die aus der Zusammensetzung für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens angefertigte Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens ausgezeichnete mechanische Eigenschaften auf.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zusammensetzung für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Zusammensetzung für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften, in der eine minimale Menge eines Füllstoffs in einem thermoplastischen Polyesterelastomer gleichförmig dispergiert ist, und auf eine daraus angefertigte Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens.
  • Stand der Technik
  • Nicht-pneumatische Reifen ziehen die Aufmerksamkeit als Reifen der nächsten Generation auf sich, da ihr Herstellungsverfahren auf Grund ihrer Struktur einfach ist und da sie ein stabiles Fahren selbst dann ermöglichen, wenn bestimmte Teile davon beschädigt sind. Insbesondere haben nicht-pneumatische Reifen anders als herkömmliche Reifen, die ein ununterbrochenes Pneumatikmanagement erfordern, den Vorteil von weniger Anforderungen für die Wartung und von weniger Möglichkeiten durch eine Durchlochung verursachter schwerer Unfälle.
  • Gegenwärtig konzentrieren sich verschiedene Reifenhersteller weltweit auf die Entwicklung nicht-pneumatischer Reifen. Repräsentative nicht-pneumatische Reifen enthalten das Air Free Concept von Bridgestone und Tweel von Michelin. Die meisten gegenwärtig bekannten nicht-pneumatischen Reifen sind aus thermoplastischen Harzen oder aus Polyurethanmaterialien hergestellt, die als anfällig für die Wärmeerzeugung angesehen werden und niedrige Haltbarkeit und Formbeständigkeit aufweisen. Somit werden sie auf begrenzte Fahrzeuge für Militär- und Sonderzwecke vertrieben. Allerdings ist es im Licht der Merkmale von Reifen möglich, die Nutzung und die Vorteile von Reifen zu maximieren, wenn sie auf allgemeine Personenfahrzeuge anwendbar sind. Somit sind Anstrengungen unternommen worden, um nicht-pneumatische Reifen zum Fahren mit hoher Geschwindigkeit zu entwickeln.
  • Nicht-pneumatische Reifen zum Fahren mit hoher Geschwindigkeit können verschiedene Strukturen aufweisen. Ihr Speichenteil spielt eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Form des Reifens und beim Aufnehmen des Stoßes. Insbesondere ist eine Speiche durch häufige Verformung während des Fahrens und Wärmeerzeugung während des Bremsens charakterisiert. Somit muss das Material, das eine Speiche bildet, eine hohe Kompressionsermüdungsstabilität und thermische Stabilität aufweisen. Währenddessen weist Polyurethan, das hauptsächlich als ein Material für herkömmliche Speichen eines nicht-pneumatischen Reifens verwendet wird, mit einer Zugfestigkeit von 41 MPa und mit einem Biegemodul von 48 MPa schlechte mechanische Eigenschaften auf. Dies ist ein Niveau, das die für Speichen eines nicht-pneumatischen Reifens zum Fahren mit hoher Geschwindigkeit erforderlichen physikalischen Eigenschaften nicht erfüllen kann. Somit wird gefordert, dass ein Material mit höherer mechanischer Stabilität entwickelt wird.
  • Darstellung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Dementsprechend haben die Erfinder durch Mischen eines thermoplastischen Polyesterelastomers (TPEE) und verschiedener Füllstoffe ein Verbundmaterial angefertigt, um eine Zusammensetzung zu untersuchen, die die am besten geeigneten physikalischen Eigenschaften für Speichen eines nicht-pneumatischen Reifens zeigt. Im Ergebnis ist durch Mischen von Siliciumdioxidpartikeln mit einem Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis eine Zusammensetzung mit guten mechanischen Eigenschaften angefertigt worden.
  • Dementsprechend ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Schaffung einer Zusammensetzung, die für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften geeignet ist, in der eine minimale Menge eines Füllstoffs in einem thermoplastischen Polyesterelastomer gleichförmig dispergiert ist, und einer daraus angefertigten Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens.
  • Lösung des Problems
  • Um das obige Problem zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung eine Zusammensetzung für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens, die ein thermoplastisches Polyesterelastomer, ein Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis und Siliciumdioxidpartikel umfasst.
  • Außerdem schafft die vorliegende Erfindung eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens, die aus einer Zusammensetzung für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens wie oben beschrieben angefertigt ist.
  • Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens, das das Mischen eines thermoplastischen Polyesterelastomers, eines Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis und von Siliciumdioxidpartikeln, um ein Gemisch anzufertigen; und das Formen des Gemischs umfasst.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Die Zusammensetzung für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens der vorliegenden Erfindung, die eine minimale Menge eines Füllstoffs umfasst, der in einem thermoplastischen Polyesterelastomer gleichförmig dispergiert ist, ist in der Lage, eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften bereitzustellen.
  • Im Ergebnis weist die aus der Zusammensetzung für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens der vorliegenden Erfindung angefertigte Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens solche ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften wie Zugmodul, Biegemodul und dergleichen auf.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung einer Probe, die zur Messung mechanischer Eigenschaften in dem Prüfbeispiel 1 angefertigt wurde, in der (a) eine Probe zur Messung des Zugmoduls ist und (b) eine Probe zur Messung des Biegemoduls ist.
    • 2 zeigt die Ergebnisse der Messung des Zugmoduls von Proben, die aus den in den Beispielen 1 bis 11 und in dem Vergleichsbeispiel 1 angefertigten Zusammensetzungen erhalten wurden.
    • 3 zeigt das Ergebnis der Messung des Zugmoduls und des Biegemoduls in Bezug auf den Typ und den Gehalt an Siliciumdioxidpartikeln.
    • 4 ist ein Graph, der die Änderungen des Zugmoduls in Bezug auf den Gehalt an Siliciumdioxidpartikeln zeigt.
    • 5 zeigt die Ergebnisse der Messung des Biegemoduls von Proben, die aus den in den Beispielen 1 bis 11 und in dem Vergleichsbeispiel 1 angefertigten Zusammensetzungen erhalten wurden.
    • 6 ist ein Graph, der die Änderungen des Biegemoduls in Bezug auf den Gehalt an Siliciumdioxidpartikeln zeigt.
    • 7 zeigt Rasterelektronenmikroskopbilder eines Querschnitts einer Probe, die aus den in dem Vergleichsbeispiel 1, in dem Vergleichsbeispiel 8 und in dem Beispiel 12 angefertigten Zusammensetzungen erhalten wurden ((a): Vergleichsbeispiel 1, (b): Vergleichsbeispiel 8 und (c): Beispiel 12).
    • 8 zeigt die Ergebnisse der Messung des Zugmoduls und des Biegemoduls von Proben, die aus den in den Vergleichsbeispielen 9 bis 13 angefertigten Zusammensetzungen erhalten wurden.
  • Beste Ausführungsart der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Zusammensetzung für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens, die ein thermoplastisches Polyesterelastomer, ein Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis und Siliciumdioxidpartikel umfasst.
  • Thermoplastisches Polvesterelastomer
  • Das thermoplastische Polyesterelastomer kann ein Polyesterblockcopolymer umfassen. Das Polyesterblockcopolymer kann ein hartes Segment (a1) und ein weiches Segment (a2) umfassen.
  • Das harte Segment (a1) kann eine aromatische Dicarbonsäure oder ein Esterderivat davon und ein Diol oder ein Esterderivat davon sein. Genauer enthalten Beispiele der aromatischen Dicarbonsäure Terephthalsäure, Isophthalsäure, Phthalsäure, Naphthalin-2,6-Dicarbonsäure, Naphthalin-2,7-Dicarbonsäure, Anthracendicarbonsäure, Diphenyl-4,4'-Dicarbonsäure, Diphenoxyethan-Dicarbonsäure, 4,4'-Diphenylether-Dicarbonsäure, 5-Sulfoisophthalsäure und 3-Sulfoisophthalnatriumsalz. Außerdem kann die aromatische Dicarbonsäure teilweise durch eine alizyklische Dicarbonsäure wie etwa 1,4-Cyclohexandicarbonsäure, Cyclopentandicarbonsäure und 4,4'-Dicyclohexyldicarbonsäure und/oder durch eine aliphatische Dicarbonsäure wie etwa Adipinsäure, Bernsteinsäure, Oxalsäure, Sebacinsäure, Dodecandisäure und dimerisierte Fettsäure ersetzt sein.
  • Das Diol kann wenigstens eines sein, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem aliphatischen Diol wie etwa 1,4-Butandiol, Ethylenglycol, Trimethylenglycol, Pentamethylenglycol, Hexamethylenglycol, Neopentylglycol und Decamethylenglycol; aus einem alizyklischen Diol wie etwa 1,1-Cyclohexandimethanol, 1,4-Dicyclohexandimethanol und Tricyclodecandimethanol; aus einem aromatischen Diol wie etwa Xylylenglycol, Bis(p-hydroxy)diphenyl, Bis(p-hydroxy)Diphenylpropan, 2,2'-Bis[4-(2-hydroxyethoxy)phenyl]propan, Bis[4-(2-hydroxyethoxy)phenyl]sulfon, 1,1-Bis[4-(2-hydroxyethoxy)phenyl]cyclohexan, 4,4'-Dihydroxy-p-terphenyl und aus 4,4'-Dihydroxy-p-quaterphenyl besteht. Außerdem kann das Diol in Form eines Esterderivats davon wie oben beschrieben, z. B. ein Acetylkörper, ein Alkalimetallsalz oder dergleichen, sein.
  • Genauer kann das harte Segment (a1) eine Polybutylenterephthalateinheit, die von Terephthalsäure und/oder von Dimethylterephthalat und 1,4-Butandiol abgeleitet ist, und eine Polybutylenisophthalateinheit, die von Isophthalsäure und/oder von Dimethylisophthalat und 1,4-Butandiol abgeleitet ist, umfassen.
  • Das weiche Segment (a2) kann eine aliphatische Polyethereinheit und/oder eine aliphatische Polyestereinheit und eine Polycarbonateinheit umfassen.
  • Beispiele der aliphatischen Polyethereinheit können Poly(ethylenoxid)glycol, Poly(propylenoxid)glycol, Poly(tetramethylenoxid)glycol, Poly(hexamethylen-oxid)glycol, ein Copolymer von Ethylenoxid und Propylenoxid, ein Ethylenoxid-Additionspolymer von Poly(propylenoxid)glycol und ein Copolymer von Ethylenoxid und Tetrahydrofuran enthalten.
  • Beispiele der aliphatischen Polyestereinheit enthalten Poly(ε-Caprolacton), Polyenantholacton, Polycapryllacton, Polybutylenadipat und Polyethylenadipat.
  • Die Polycarbonateinheit kann eine Struktur aufweisen, die durch die folgende Formel 3 repräsentiert ist.
    Figure DE112018002131T5_0001
    Figure DE112018002131T5_0002
  • In der obigen Formel 3 ist
    • R Wasserstoff, eine C1-3-Alkylgruppe oder eine C6-10-Arylgruppe, und
    • x eine ganze Zahl von 2 bis 20.
  • Genauer kann in der obigen Formel 3 R Wasserstoff sein und kann x 6 sein. Das heißt, die Polycarbonateinheit kann Poly(hexamethylencarbonat) sein.
  • Das thermoplastische Polyesterelastomer kann einen Schmelzpunkt von 120 bis 230 °C aufweisen. Genauer kann das thermoplastische Polyesterelastomer einen Schmelzpunkt von 140 bis 220 °C aufweisen.
  • Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis
  • Das Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis dient dazu, die Hydrophilie der Oberfläche der Siliciumdioxidpartikel zu verringern und sie so zu ändern, dass sie hydrophob ist, und dadurch das Dispergieren der Siliciumdioxidpartikel in dem thermoplastischen Polyesterelastomer zu verbessern; eine Agglomeration der Siliciumdioxidpartikel zu verhindern, um Defekte in dem hergestellten Produkt zu verringern; und die mechanischen Eigenschaften des hergestellten Produkts zu verbessern. Außerdem kann das Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis dazu dienen, den Gehalt an Siliciumdioxidpartikeln zu verringern und dadurch hinsichtlich der Kosten sowie der Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften erhebliche Vorteile zu schaffen.
  • Das Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis kann eine Verbindung, die durch die folgende Formel 1 repräsentiert ist, eine Verbindung die durch die folgende Formel 2 repräsentiert ist, oder eine Kombination davon sein. Genauer kann das Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis eine Verbindung, die durch die folgende Formel 1 repräsentiert ist, oder eine Verbindung, die durch die folgende Formel 2 repräsentiert ist, sein.
    Figure DE112018002131T5_0003
    Figure DE112018002131T5_0004
  • Siliciumdioxidpartikel
  • Die Siliciumdioxidpartikel sind in der Zusammensetzung enthalten, um dazu zu dienen, ihre Starrheit und Elastizität zu verbessern.
  • Die Siliciumdioxidpartikel können einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 100 bis 300 µm aufweisen. Genauer können die Siliciumdioxidpartikel einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 200 bis 300 µm oder von 220 bis 280 µm aufweisen.
  • Die Zusammensetzung kann pro 100 Gewichtsteilen des thermoplastischen Polyesterelastomers 1 bis 18 Gewichtsteile der Siliciumdioxidpartikel und 0,1 bis 2 Gewichtsteile des Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis umfassen. Genauer kann die Zusammensetzung pro 100 Gewichtsteilen des thermoplastischen Polyesterelastomers 2 bis 15 Gewichtsteile, 5 bis 15 Gewichtsteile oder 5 bis 10 Gewichtsteile der Siliciumdioxidpartikel; und 0,2 bis 1,5 Gewichtsteile, 0,5 bis 1,5 Gewichtsteile oder 0,5 bis 1,0 Gewichtsteile des Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis umfassen.
  • Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens
  • Außerdem schafft die vorliegende Erfindung eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens, die aus der Zusammensetzung angefertigt ist. Die Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens kann in der Form sein, in der die Siliciumdioxidpartikel in einem thermoplastischen Polyesterelastomer gleichmäßig dispergiert sind (siehe 7). Die gleichförmige Dispersion der Siliciumdioxidpartikel, wie sie oben beschrieben ist, erzeugt die Wirkung der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens und der Verringerung der Defekte des hergestellten Produkts.
  • Die Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens kann ein Zugmodul von 50 bis 200 MPa und einen Biegemodul von 90 bis 200 MPa aufweisen. Genauer kann die Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens einen Zugmodul von 80 bis 180 MPa und einen Biegemodul von 95 bis 170 MPa aufweisen.
  • Da die Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens solche ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften wie Zugmodul, Biegemodul und dergleichen aufweist, ist sie für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens zum Fahren mit hoher Geschwindigkeit geeignet. Genauer kann die Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens für Nutz-, Militär- oder schnelle Personenfahrzeuge sein. Die Speiche eines nicht-pneumatischen Nutzfahrzeugreifens kann für Baumaschinen oder für den Transport sein.
  • Verfahren zur Herstellung einer Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens
  • Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens, das das Mischen eines thermoplastischen Polyesterelastomers, eines Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis und von Siliciumdioxidpartikeln, um ein Gemisch anzufertigen; und das Formen des Gemischs umfasst.
  • Schritt des Anfertigens eines Gemischs
  • Das thermoplastische Polyesterelastomer, die Siliciumdioxidpartikel und das Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis sind jeweils wie oben in der Zusammensetzung für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens beschrieben.
  • Das Gemisch kann pro 100 Gewichtsteilen des thermoplastischen Polyesterelastomers 1 bis 18 Gewichtsteile der Siliciumdioxidpartikel und 0,1 bis 2 Gewichtsteile des Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis umfassen. Genauer kann das Gemisch pro 100 Gewichtsteilen des thermoplastischen Polyesterelastomers 2 bis 15 Gewichtsteile der Siliciumdioxidpartikel; und 0,2 bis 1,5 Gewichtsteile des Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis umfassen.
  • Das Mischen kann bei einer Drehzahl von 60 bis 70 min-1 für 5 bis 10 Minuten bei 190 bis 220 °C ausgeführt werden. Genauer kann das Mischen bei einer Drehzahl von 65 bis 70 min-1 für 6 bis 7 Minuten bei 200 bis 210 °C ausgeführt werden.
  • Schritt des Formens
  • Das Formen kann dadurch ausgeführt werden, dass das durch den Schritt des Mischens erhaltene Gemisch in eine Form bei 200 bis 220 °C getan wird und es geformt wird, gefolgt von seinem Abkühlen bei Raumtemperatur. Genauer kann das Formen dadurch ausgeführt werden, dass das Gemisch in eine Form bei 200 bis 210 °C getan wird und es geformt wird, gefolgt von seinem Abkühlen bei 20 bis 25 °C für 5 bis 10 Sekunden.
  • Ausführungsart für die Erfindung
  • Im Folgenden sind die Hersteller und Produktnamen der in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendeten Verbindungen gezeigt.
    • - Thermoplastisches Polyesterelastomer (TPEE: KOPEL® KP3340 von Kolon
    • - Siliciumdioxidpartikel 1: ZEOSIL 200MP von Solvay (im Folgenden als „M“ bezeichnet) (durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 250 µm)
    • - Siliciumdioxidpartikel 2: Z115GR von Rhodia (im Folgenden als „Z“ bezeichnet) (durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 100 µm)
    • - Nanoclay 1: Nanoclay Cloisite Na+ von Nanokor (im Folgenden als „Na“ bezeichnet) (durchschnittlicher Partikeldurchmesser 13 mm)
    • - Nanoclay 2: Nanoclay Cloisite 15A von Nanokor (im Folgenden als „15A“ bezeichnet) (durchschnittlicher Partikeldurchmesser 13 mm)
    • - Kohlefaser: 719781 von Sigma-Aldrich (Durchmesser: 100 nm, Länge: 20 bis 200 µm
    • - Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis S: NXT von Momentive (die folgende Formel 1 )
      Figure DE112018002131T5_0005
      Figure DE112018002131T5_0006
    • - Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis N: Si-69 von Evonik (die folgende Formel 2)
      Figure DE112018002131T5_0007
  • Beispiel 1: Anfertigung einer Zusammensetzung für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens
  • Ein auf 210 °C erwärmter Brabender wurde mit 100 Gewichtsteilen des thermoplastischen Polyesterelastomers und mit 2 Gewichtsteilen der Siliciumdioxidpartikel 2 beschickt. Es wurde 7 Minuten gerührt, während unter Verwendung einer Glaspipette langsam 0,2 Gewichtsteile des Grenzflächenbindemittels S auf Silanbasis (in der flüssigen Phase) zugegeben wurden, wodurch eine Zusammensetzung für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens angefertigt wurde.
  • Beispiele 2 bis 12
  • Abgesehen davon, dass der Gehalt und der Typ der Siliciumdioxidpartikel und der Typ und der Gehalt des Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis wie im Folgenden in Tabelle 1 gezeigt geändert wurden, wurde jede Zusammensetzung für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 angefertigt.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Es wurde nur das thermoplastische Polyesterelastomer ohne die Verwendung der Siliciumdioxidpartikel und des Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis verwendet.
  • Vergleichsbeispiele 2 bis 6
  • Abgesehen davon, dass anstelle der Siliciumdioxidpartikel ohne die Verwendung des Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis Nanoclay verwendet wurde, wurde jede Zusammensetzung auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 angefertigt.
  • Vergleichsbeispiele 7 und 8
  • Abgesehen davon, dass der Gehalt der Siliciumdioxidpartikel wie in 1 gezeigt ohne die Verwendung des Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis geändert wurde, wurde jede Zusammensetzung auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 angefertigt. [Tabelle 1]
    Partikel Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis
    Typ Gehalt (Gewichtsteile) Typ Gehalt (Gewichtsteile)
    Beispiel 1 Siliciumdioxidpartikel 2 2 Grenzflächenbindemittel S auf Silanbasis 0,2
    Beispiel 2 Siliciumdioxidpartikel 2 4 Grenzflächenbindemittel S auf Silanbasis 0,4
    Beispiel 3 Siliciumdioxidpartikel 2 6 Grenzflächenbindemittel S auf Silanbasis 0,6
    Beispiel 4 Siliciumdioxidpartikel 2 10 Grenzflächenbindemittel S auf Silanbasis 1,0
    Beispiel 5 Siliciumdioxidpartikel 2 15 Grenzflächenbindemittel S auf Silanbasis 1,5
    Beispiel 6 Siliciumdioxidpartikel 2 2 Grenzflächenbindemittel N auf Silanbasis 0,2
    Beispiel 7 Siliciumdioxidpartikel 2 4 Grenzflächenbindemittel N auf Silanbasis 0,4
    Beispiel 8 Siliciumdioxidpartikel 2 6 Grenzflächenbindemittel N auf Silanbasis 0,6
    Beispiel 9 Siliciumdioxidpartikel 2 8 Grenzflächenbindemittel N auf Silanbasis 0,8
    Beispiel 10 Siliciumdioxidpartikel 2 10 Grenzflächenbindemittel N auf Silanbasis 1,0
    Beispiel 11 Siliciumdioxidpartikel 2 15 Grenzflächenbindemittel N auf Silanbasis 1,5
    Beispiel 12 Siliciumdioxidpartikel 2 20 Grenzflächenbindemittel N auf Silanbasis 2,0
    Vergleichsbeispiel 1 - - - -
    Vergleichsbeispiel 2 Nanoclay 2 5 - -
    Vergleichsbeispiel 3 Nanoclay 2 10 - -
    Vergleichsbeispiel 4 Nanoclay 2 20 - -
    Vergleichsbeispiel 5 Nanoclay 1 10 - -
    Vergleichsbeispiel 6 Nanoclay 1 20 - -
    Vergleichsbeispiel 7 Siliciumdioxidpartikel 2 10 - -
    Vergleichsbeispiel 8 Siliciumdioxidpartikel 2 20 - -
  • Prüfbeispiel 1: Messung physikalischer Eigenschaften
  • Die Zusammensetzungen der Beispiele 1 bis 12 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 8 wurden in einen Probenhersteller injiziert, auf 200 °C erwärmt, um geschmolzen zu werden, in eine Form (d. h. in eine Gießform) gegossen und daraufhin abgekühlt, wodurch eine wie in 1 (a) und (b) gezeigte Probe angefertigt wurde. In 1 ist (a) eine Probe zum Messen des Zugmoduls und (b) eine Probe zum Messen des Biegemoduls. In einem solchen Fall betrug die Dicke der Probe zum Messen des Zugmoduls und der Probe zum Messen des Elastizitätsmoduls 3 mm.
  • Die wie oben beschrieben angefertigten Proben wurden auf die folgende Weise Messungen für die physikalischen Eigenschaften ausgesetzt. Die Ergebnisse sind in 2 bis 7 und in Tabelle 2 gezeigt.
  • Zugmodul
  • Zugmodule wurden gemäß den in ISO 527 spezifizierten Prüfbedingungen ausgewertet. Die so angefertigten Proben (1 (a)) wurden 48 Stunden bei Raumtemperatur gelassen. Die Probe wurde in den Zugprüfungsgriff einer Universalprüfmaschine (UTM) geklemmt und bis zum Reißen unter einer Verlängerungsmessbetriebsart mit einer konstanten Geschwindigkeit gespannt. Der Wert beim Reißen wurde aufgezeichnet.
  • Biegemodul
  • Der Biegemodul wurde gemäß den in ISO 178 spezifizierten Prüfbedingungen ausgewertet. Die so angefertigten Proben (1 (b)) wurden 48 Stunden bei Raumtemperatur gelassen. Die Probe wurde an der Biegeprüfungsspannvorrichtung einer Universalprüfmaschine (UTM) angeordnet und die Prüfmaschine wurde mit konstanter Geschwindigkeit in der Probenrichtung laufengelassen, um den Biegemodul der Probe aufzuzeichnen. [Tabelle 2]
    Gehalt an Siliciumdioxidpartikeln (Gewichtsteile) Gehalt an Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis (Gewichtsteile) Zugmodul (MPa) Biegemodul (MPa)
    Vergleichsbeispiel 1 - - 83,47 106,0
    Beispiel 6 2 0,2 89,80 102,70
    Beispiel 7 4 0,4 104,45 99,40
    Beispiel 8 6 0,6 100,75 113,0
    Beispiel 9 8 0,8 105,44 122,8
    Beispiel 10 10 1,0 151,67 140,1
    Beispiel 11 15 1,5 171,54 167,8
    Beispiel 12 20 2,0 171,54 167,8
    Vergleichsbeispiel 7 10 - 74,33 130,4
    Vergleichsbeispiel 8 20 - 88,48 182,8
  • Wie in 2 und Tabelle 2 gezeigt ist, nahmen der Zugmodul der Proben der Beispiele 1 bis 11, die die Siliciumdioxidpartikel und das Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis umfassten, proportional zu der Zunahme des Gehalts der Siliciumdioxidpartikel und des Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis zu. Dies zeigt, dass die Siliciumdioxidpartikel den Zugmodul erhöhen, d. h., dass die Siliciumdioxidpartikel eine Wirkung der Verbesserung der Starrheit des Materials in dem thermoplastischen Harz erzeugen.
  • Insbesondere hatten die Proben der Beispiele 5 und 11, die 15 Gewichtsteile der Siliciumdioxidpartikel umfassten, einen hohen Zugmodul von wenigstens 170 MPa, was ähnlich war, wenn die Typen des Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis unterschiedlich waren. Währenddessen zeigte das Vergleichsbeispiel 1 ohne die Siliciumdioxidpartikel den niedrigsten Zugmodul von 83,47 MPa, was ähnlich dem der herkömmlichen Materialien für Speichen eines nicht-pneumatischen Reifens ist.
  • Wie in 3 gezeigt ist, hatte der Zugmodul der Probe des Vergleichsbeispiels 2, das Nanoclay (15A) umfasste, ein Zugmodul von etwa 72 MPa, was etwa 14 % weniger als der des Vergleichsbeispiels 1 ist, das nur das thermoplastische Harz umfasste. Außerdem erhöhte sich der Zugmodul der Proben ebenfalls auf 98 MPa bzw. 161 MPa, während sich der Gehalt an Nanoclay von 10 auf 20 Gewichtsteile erhöhte. Ferner erhöhte sich der Zugmodul der Vergleichsbeispiele 5 und 6, die Nanoclay (Na) umfassten, ebenfalls auf 85 MPa bzw. 108 MPa.
  • Wie in 4 gezeigt ist, war der Zugmodul der Proben der Vergleichsbeispiele 7 und 8, die nur die Siliciumdioxidpartikel ohne die Verwendung des Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis umfassten, ähnlich den 83 MPa des Vergleichsbeispiels 1, das nur das thermoplastische Harz umfasste, 74 MPa bzw. 88 MPa. Aus dem Obigen wurde ermittelt, dass das Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis zum Steuern der physikalischen Eigenschaften der Zusammensetzung wichtig ist.
  • Wie in 5 und Tabelle 2 gezeigt ist, erhöhte sich der Biegemodul der Proben der Beispiele 2 bis 5 und 8 bis 11, die die Siliciumdioxidpartikel und das Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis umfassten, proportional zu der Erhöhung des Gehalts der Siliciumdioxidpartikel. Allerdings war der Biegemodul der Beispiele 1, 6 und 7, die eine kleine Menge der Siliciumdioxidpartikel umfassten, innerhalb der Messfehlerbereiche geringfügig kleiner oder ähnlich dem des Vergleichsbeispiels 1 ohne die Siliciumdioxidpartikel. Das heißt, dass die Siliciumdioxidpartikel wie in den Messungen des Zugmoduls eine Wirkung der Verbesserung der Starrheit des Materials in dem thermoplastischen Harz erzeugen.
  • Insbesondere wiesen die Proben der Beispiele 5 und 11, die 15 Gewichtsteile der Siliciumdioxidpartikel umfassten, einen hohen Biegemodul von etwa 165 MPa auf, was ähnlich war, wenn die Typen des Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis anders waren. Währenddessen zeigte das Vergleichsbeispiel 1 ohne die Siliciumdioxidpartikel und das Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis einen niedrigen Biegemodul von 106 MPa, was ähnlich dem der herkömmlichen Materialien für Speichen eines nicht-pneumatischen Reifens ist.
  • Außerdem hatte der Biegemodul der Proben der Vergleichsbeispiele 2 und 3, der Nanoclay (15A) umfasste, wie in 3 gezeigt ist, einen Biegemodul von 159 MPa und 178 MPa, was im Vergleich zu den 106 MPa des Vergleichsbeispiels 1, das nur das thermoplastische Harz umfasste, um etwa 50 % bzw. 68 % verbessert war. Ferner hatte der Biegemodul der Vergleichsbeispiele 5 und 6, die Nanoclay (Na) umfassten, einen Biegemodul von 158 MPa und 167 MPa, was im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel 1 ohne die Siliciumdioxidpartikel und das Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis um etwa 49 % bzw. 58 % verbessert war. Darüber hinaus erhöhte sogar die Zugabe einer kleinen Menge Nanoclay die Starrheit der angefertigten Proben sehr stark. Somit ist Nanoclay zur Verwendung als ein Füllstoff für die Zusammensetzung für Speichen eines nicht-pneumatischen Reifens nicht geeignet.
  • Wie in 6 gezeigt ist, war der Biegemodul der Proben der Vergleichsbeispiele 7 und 8, die nur Siliciumdioxidpartikel umfassten, 130 MPa bzw. 182 MPa. Dies war ein Wert, der höher als der Biegemodul von 106 MPa der Probe des Vergleichsbeispiels 1 ohne die Siliciumdioxidpartikel ist.
  • Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, waren außerdem der Zugmodul und der Biegemodul des Beispiels 11, das 15 Gewichtsteile der Siliciumdioxidpartikel umfasste, ähnlich jenen des Beispiels 12, das 20 Gewichtsteile der Siliciumdioxidpartikel umfasste. Aus dem Obigen wurde ermittelt, dass mehr als 15 Gewichtsteile der Siliciumdioxidpartikel bei der Verbesserung der physikalischen Eigenschaften der Zusammensetzung nicht wirksam waren.
  • Messung der Dispersität
  • Um die Dispersität der Siliciumdioxidpartikel in dem thermoplastischen Polyesterelastomer zu bestimmen, wurde ein Querschnitt der Probe mit einem Rastelektronenmikroskop beobachtet, wobei die Ergebnisse in 7 gezeigt sind.
  • 7(a) zeigt einen Querschnitt der Probe des Vergleichsbeispiels 1, die die Siliciumdioxidpartikel nicht umfasste. Die Form irgendwelcher Partikel wurde nicht beobachtet und der Querschnitt war gleichförmig.
  • 7(b) zeigt einen Querschnitt der Probe des Vergleichsbeispiels 8, die die Siliciumdioxidpartikel ohne die Verwendung des Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis umfasste. Anders als in 7(a) wurde in einigen Teilen eine Aggregation weißer Siliciumdioxidpartikel beobachtet. Dies ist eine Erscheinung, die durch die niedrige Affinität mit dem thermoplastischen Polyesterelastomer wegen der Hydrophilie der Hydroxygruppe (-OH) an der Oberfläche der Siliciumdioxidpartikel verursacht ist. Eine solche teilweise Aggregation der Siliciumdioxidpartikel kann nicht nur die Gleichförmigkeit der Probe verringern, sondern auch die mechanischen Eigenschaften verschlechtern.
  • 7(c) zeigt einen Querschnitt der Probe des Beispiels 12. Anders als in 7(b) war die Aggregationserscheinung trotz der Anwesenheit der Siliciumdioxidpartikel deutlich verringert. Dies zeigt, dass die Oberfläche der Siliciumdioxidpartikel durch die Reaktion des Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis mit den Siliciumdioxidpartikeln hydrophob geändert war, wodurch sich die Affinität zwischen dem thermoplastischen Polyesterelastomer und den Siliciumdioxidpartikeln erhöhte, was deren Dispergierbarkeit in dem Harz erhöhte.
  • Vergleichsbeispiele 9 bis 13: Anfertigen einer Zusammensetzung, die eine Kohlenstofffaser umfasst
  • Abgesehen davon, dass anstelle der Siliciumdioxidpartikel in den in 3 gezeigten Mengen eine Kohlenstofffaser verwendet wurde und kein Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis verwendet wurde, wurde jede Zusammensetzung auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 angefertigt. [Tabelle 3]
    Gehalt an Kohlenstofffaser (Gewichtsteile)
    Vergleichsbeispiel 9 10
    Vergleichsbeispiel 10 15
    Vergleichsbeispiel 11 20
    Vergleichsbeispiel 12 25
    Vergleichsbeispiel 13 30
  • Prüfbeispiel 2
  • In derselben Weise wie in Prüfbeispiel 1 wurden Proben aus den Zusammensetzungen der Vergleichsbeispiele 9 bis 11 angefertigt, um in derselben Weise wie in Prüfbeispiel 1 den Zugmodul und den Biegemodul zu messen, wobei die Ergebnisse in 8 gezeigt sind.
  • Wie in 8 gezeigt ist, zeigte das Vergleichsbeispiel 9, in dem 10 Gewichtsteile einer Kohlenstofffaser verwendet wurden, ein Zugmodul von 113 MPa, der im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel 1, das aus einem thermoplastischen Polyesterelastomer hergestellt war, um 36 % erhöht war. Außerdem wurde der Zugmodul auf 243 MPa, 320 MPa, 236 MPa und 263 MPa erhöht und daraufhin verringert, während der Gehalt der Kohlenstofffaser auf 15 Gewichtsteile, 20 Gewichtsteile, 25 Gewichtsteile und 30 Gewichtsteile erhöht wurde. Genauer wurden die mechanischen Eigenschaften der Proben verbessert, bis sich der Kohlenstofffasergehalt auf 20 Gewichtsteile erhöhte, daraufhin aber verringert, während der Gehalt 20 Gewichtsteile überstieg. Dies ist so, da die Dispergierbarkeit der Kohlenstofffaser in dem thermoplastischen Polyesterelastomer verringert wird, wodurch die Füllwirkung verringert wird, wenn der Gehalt der Kohlenstofffaser 20 Gewichtsteile übersteigt.
  • Darüber hinaus war der Biegemodul ähnlich wie der Zugmodul stark verbessert, wenn der Gehalt der Kohlenstofffaser auf 20 Gewichtsteile erhöht wurde. Allerdings verringerte sich der Biegemodul ebenfalls, wenn der Gehalt der Kohlenstofffaser 20 Gewichtsteile überstieg. Es wird angenommen, dass dies ein Problem ist, das durch die ungleichförmige Dispergierung der Kohlenstofffaser in dem thermoplastischen Polyesterelastomer verursacht wird, während der Kohlenstofffasergehalt zunimmt, wenn die Kohlenstofffaser mit dem thermoplastischen Polyesterelastomer einen Verbundwerkstoff bildet. Außerdem erhöhte selbst die Zugabe einer kleinen Menge der Kohlenstofffaser die Starrheit der angefertigten Proben sehr stark. Somit ist eine Kohlenstofffaser zur Verwendung als ein Füllstoff für die Zusammensetzung für Speichen eines nicht-pneumatischen Reifens nicht geeignet.

Claims (10)

  1. Zusammensetzung für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens, die ein thermoplastisches Polyesterelastomer, ein Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis und Siliciumdioxidpartikel umfasst.
  2. Zusammensetzung für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens gemäß Anspruch 1, wobei die Siliciumdioxidpartikel einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 100 bis 300 µm aufweisen.
  3. Zusammensetzung für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens gemäß Anspruch 1, wobei das Grenzflächenbindemittel auf Silanbasis eine Verbindung, die durch die folgende Formel 1 repräsentiert ist, eine Verbindung, die durch die folgende Formel 2 repräsentiert ist, oder eine Kombination davon ist:
    Figure DE112018002131T5_0008
    Figure DE112018002131T5_0009
  4. Zusammensetzung für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens gemäß Anspruch 1, die pro 100 Gewichtsteilen des thermoplastischen Polyesterelastomers 1 bis 18 Gewichtsteile der Siliciumdioxidpartikel und 0,1 bis 2 Gewichtsteile des Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis umfasst.
  5. Zusammensetzung für eine Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens gemäß Anspruch 4, die pro 100 Gewichtsteilen des thermoplastischen Polyesterelastomers 2 bis 15 Gewichtsteile der Siliciumdioxidpartikel und 0,2 bis 1,5 Gewichtsteile des Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis umfasst.
  6. Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens, die aus der Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 angefertigt ist.
  7. Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens gemäß Anspruch 6, die ein Zugmodul von 50 bis 200 MPa und einen Biegemodul von 90 bis 200 MPa aufweist.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens, das das Mischen eines thermoplastischen Polyesterelastomers, eines Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis und von Siliciumdioxidpartikeln, um ein Gemisch anzufertigen; und das Formen des Gemischs umfasst.
  9. Verfahren zur Herstellung einer Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens gemäß Anspruch 8, wobei das Mischen ausgeführt wird, um pro 100 Gewichtsteilen des thermoplastischen Polyesterelastomers 1 bis 18 Gewichtsteile der Siliciumdioxidpartikel und 0,1 bis 2 Gewichtsteile des Grenzflächenbindemittels auf Silanbasis zu mischen.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Speiche eines nicht-pneumatischen Reifens gemäß Anspruch 8, wobei das Mischen bei einer Drehzahl von 60 bis 70 min-1 für 5 bis 10 Minuten bei 190 bis 220 °C ausgeführt wird.
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