JP2007216471A - System for kneading silica-incorporated rubber material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリカ配合ゴム材料の混練システムに関し、さらに詳しくは、シリカの分散性を向上させて品質の安定化を図るとともに、短時間で目標粘度のゴムを得ることができる生産性に優れたシリカ配合ゴム材料の混練システムに関するものである。 The present invention relates to a silica-mixed rubber material kneading system. More specifically, the silica dispersibility is improved to stabilize the quality, and the productivity of obtaining a rubber having a target viscosity in a short time is excellent. The present invention relates to a kneading system for silica compounded rubber material.
タイヤのトレッドゴム等では、シリカを配合したシリカ配合ゴムを用いることによって、タイヤの低燃費性やウエットグリップ性を向上させるようにしている。しかし、シリカは粒子どうしが凝集しやすいため、ゴム材料に対する分散性が悪く、シランカップリング剤を配合してシリカとカップリング反応させることによって、分散性を向上させるようにしている。 In the tire tread rubber and the like, the low-fuel-consumption property and wet grip property of the tire are improved by using a silica-containing rubber compounded with silica. However, since silica easily aggregates between particles, the dispersibility of the rubber material is poor, and the dispersibility is improved by incorporating a silane coupling agent and causing a coupling reaction with silica.
シランカップリング剤によりシリカの分散性を良好にするには、カップリング反応を完了させる必要があり、そのために必要な熱量を付与しながら混練しなければならない。 In order to improve the dispersibility of silica by using a silane coupling agent, it is necessary to complete the coupling reaction, and for this purpose, kneading must be performed while applying a necessary amount of heat.
このようなシリカ配合ゴム材料をバンバリーミキサと呼ばれる密閉型混練機により、混練する場合は、混練中の摩擦で発生する発熱等により、過度にゴム温度が上昇するため、ゴム材料の上限温度の制約から1回の混練操作だけでは目標粘度に低下させることが困難であった。そのため、一度混練して取出したゴム材料を冷却させた後に、再度投入して、混練操作を複数回繰り返し行なう必要があり、生産性が悪いという問題があった。 When such a silica compounded rubber material is kneaded by a closed kneader called a Banbury mixer, the rubber temperature rises excessively due to heat generated by friction during kneading, so the upper limit temperature limit of the rubber material Therefore, it was difficult to reduce the viscosity to the target viscosity by only one kneading operation. For this reason, it is necessary to cool the rubber material once kneaded and take it out, and then add it again to repeat the kneading operation a plurality of times, resulting in poor productivity.
また、カップリング反応により発生するアルコール等の生成成分が、密閉型混練機の外部に発散しにくいため、これらの生成成分がカップリング反応を抑制して、反応を完了させるには混練時間が長くなるという問題があった。 In addition, since components such as alcohol generated by the coupling reaction are unlikely to diverge outside the hermetic kneader, it takes a long time to complete the reaction by suppressing the coupling reaction. There was a problem of becoming.
ゴム材料の混練方法としては、その他に密閉型混練機で予備的に混練した後に、オープン構造のロール混練機で混練するようにして生産性を向上させる方法が種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。この方法によれば、シリカ配合ゴム材料をオープン構造のロール混練機で混練することにより、アルコール等の生成成分が外部に発散するので、反応生成成分によるカップリング反応の抑制を防止することができる。しかしながら、ゴム材料が外気に曝されるので、混練中にゴム温度が低下し易く、カップリング反応完了させるための十分な熱量を付与することが難しくなり、シリカを良好に分散させて品質の安定化を図ることが困難になるという問題があった。
本発明の目的は、シリカの分散性を向上させて品質の安定化を図るとともに、短時間で目標粘度のゴムを得ることができる生産性に優れたシリカ配合ゴム材料の混練システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a kneading system for a silica-containing rubber material excellent in productivity, capable of improving the dispersibility of silica to stabilize quality and obtaining a rubber having a target viscosity in a short time. It is in.
上記目的を達成するため本発明のシリカ配合ゴム材料の混練システムは、原料ゴムとシリカおよびシランカップリング剤を含む非加硫系配合剤とを混練する1台の密閉型混練機と、該密閉型混練機から排出された一次混練ゴムを混練する1台の反応促進混練機と、該反応促進混練機から排出された二次混練ゴムを混練する少なくとも1台の混練機を配置した少なくとも1列の混練ラインと、該混練ラインから排出された三次混練ゴムと加硫系配合剤とを混練する1台の最終混練機とを順に、搬送手段で接続するように配置し、前記反応混練機および前記混練ラインに配置する混練機を、一対の混練ロールと、該一対の混練ロールの下方位置から再び上方位置に至る循環経路を形成するコンベヤとを備えたオープン構造のロール混練機に構成し、かつ前記反応混練機に、混練している一次混練ゴムを加温する加温手段を設けたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the kneading system for silica compounded rubber material of the present invention comprises a single closed kneader for kneading raw rubber and a non-vulcanized compounding agent containing silica and a silane coupling agent, At least one row in which one reaction promoting kneader for kneading the primary kneaded rubber discharged from the mold kneader and at least one kneader for kneading the secondary kneaded rubber discharged from the reaction promoting kneader are arranged. A kneading line and a final kneading machine for kneading the tertiary kneaded rubber discharged from the kneading line and the vulcanizing compound are arranged in order so as to be connected by a conveying means, and the reaction kneader and The kneading machine disposed in the kneading line is configured as an open structure roll kneading machine including a pair of kneading rolls and a conveyor that forms a circulation path from a lower position of the pair of kneading rolls to an upper position again. And the reaction kneader and is characterized in that a heating means for heating the primary kneading rubber is kneaded.
本発明のシリカ配合ゴム材料の混練システムによれば、密閉型混練機で混練された一次混練ゴムを、オープン構造の反応促進混練機で混練することにより、シリカとカップリング剤とのカップリング反応によって発生するアルコール等の生成成分を外部に発散させながら混練できるので、これらの生成成分によりカップリング反応が抑制されることを防止できる。 According to the kneading system of the silica-blended rubber material of the present invention, the primary kneaded rubber kneaded by the closed kneader is kneaded by the reaction promoting kneader having an open structure, whereby the coupling reaction between the silica and the coupling agent. Since it can knead | mix, disperse | distributing generation | occurrence | production components, such as alcohol produced | generated by the outside, it can prevent that coupling reaction is suppressed by these generation | occurrence | production components.
また、反応促進混練機では、外気に曝されるゴム材料に加温手段で必要な熱量を付与しながら混練を行なうことによりカップリング反応を促進させることができる。 In the reaction promoting kneader, the coupling reaction can be promoted by kneading the rubber material exposed to the outside air while applying a necessary amount of heat with a heating means.
以上のような混練を行なうことにより、短時間でカップリング反応を完了させて、迅速かつ良好にシリカをゴム材料に分散させて品質の安定化を図ることができる。 By performing the kneading as described above, the coupling reaction can be completed in a short time, and silica can be quickly and well dispersed in the rubber material to stabilize the quality.
また、反応促進混練機による混練の後に、その下流側にある別のオープン構造のロール混練機を配置した混練ラインにより、二次混練ゴムを目標粘度まで低下させて三次混練ゴムを得て、次いで最終混練機により最終混練ゴムを得るまでの工程を連続して行なうことができ、目標粘度の1バッチ分の混練ゴムを短時間で得ることができる。 In addition, after kneading by the reaction promoting kneader, the secondary kneaded rubber is lowered to the target viscosity by the kneading line in which another open-structure roll kneader on the downstream side is arranged to obtain the tertiary kneaded rubber, The steps until obtaining the final kneaded rubber can be continuously performed by the final kneader, and one batch of kneaded rubber having the target viscosity can be obtained in a short time.
また、1バッチ分のゴム材料を混練している間に、その上流側の混練機では、別の1バッチ分のゴム材料の混練を開始することができ、生産性よく目標粘度の混練ゴムを得ることができる。 In addition, while kneading a batch of rubber material, the kneading machine on the upstream side can start kneading of another batch of rubber material. Obtainable.
以下、本発明のシリカ配合ゴム材料の混練システムを図に示した実施形態に基づいて説明する。図1に例示するように、実施形態の混練システムは、1台の密閉型混練機1の下流側に順に、1台の反応促進混練機5、4列の混練ライン16、1台の最終混練機19を配置している。
Hereinafter, the kneading system for silica-containing rubber material of the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings. As illustrated in FIG. 1, in the kneading system of the embodiment, one reaction promoting
密閉型混練機1と反応促進混練機5とは、搬送コンベヤ3および計量コンベヤ4で接続されるように配置されている。反応促進混練機5と混練ライン16とは振り分けコンベヤ15で接続され、混練ライン16と最終混練機19とは搬送コンベヤ20で接続されるように配置されている。
The closed kneader 1 and the
反応促進混練機5は、図2に例示するようなオープン構造のロール混練機であり、対向する一対の混練ロール6、6の一方側に、混練ロール6、6の下方位置から上方位置に至る循環経路を形成するように受け渡しコンベヤ13と練り返しコンベヤ14とを配置して構成されている。一対の混練ロール6、6は、互いに反対方向に油圧もしくは電動の駆動モータ8、8によって回転し、一方の混練ロール6はアクチュエータ9により移動してロールギャップが変更可能となっている。混練ロール6の下方にはロールギャップセンサ11が配置され、受け渡しコンベヤ13と練り返しコンベヤ14の上方にはゴム温度を検知する温度センサ10が配置されている。また、受け渡しコンベヤ13と練り返しコンベヤ14にはヒータ7が内設されている。
The
駆動モータ8、8の電力レベルP(駆動トルク)、ロール表面速度、ロールギャップ、ゴム温度の各データは、制御装置12に送信されるように構成されている。
The power level P (drive torque), roll surface speed, roll gap, and rubber temperature data of the drive motors 8 and 8 are configured to be transmitted to the
それぞれの混練ライン16には、図3に例示するような1台のオープン構造のロール混練機17が配置されている。このロール混練機17は、図2に例示した反応促進混練機5とほぼ同じ構造であるが、ヒータ7に替えて冷却ファン18を受け渡しコンベヤ13の上方に備えている。尚、図3では図2と同じ構成要素については、図2と同じ符号を用いている。
In each
また、受け渡しコンベヤ13と練り返しコンベヤ14とで形成される循環経路の長さを反応促進混練機5と比較すると、反応促進混練機5の方が短く設定されていて、反応促進混練機5では混練中にゴム材料の温度が低下しにくくなるように構成している。
Further, when the length of the circulation path formed by the
最終混練機19も図3と基本構造を同じにしたオープン構造のロール混練機になっていて、さらに加硫系配合剤投入装置21が接続されている。
The
以下、この混練システムによるシリカ配合ゴム材料の混練工程について説明する。尚、密閉型混練機1から排出されたゴム材料を一次混練ゴムR1、反応促進混練機5から排出されたゴム材料を二次混練ゴムR2、混練ライン16から排出されたゴム材料を三次混練ゴムR3、最終混練機19から排出されたゴム材料を最終混練ゴムRFとして説明する。
Hereafter, the kneading | mixing process of the silica compounding rubber material by this kneading system is demonstrated. The rubber material discharged from the closed kneading machine 1 is the primary kneading rubber R1, the rubber material discharged from the reaction promoting
シリカ配合ゴム材料のカップリング反応を完了させるには、所定の熱量を付与する必要があり、この熱量は付与した熱量とその熱量の付与時間を乗じた熱履歴量として規定され、予め、試験練りすることにより、把握、決定されている。 In order to complete the coupling reaction of the silica compounded rubber material, it is necessary to apply a predetermined amount of heat, which is defined as the amount of heat history obtained by multiplying the amount of heat applied and the time of application of the amount of heat. By doing so, it is grasped and decided.
また、カップリング反応の完了に必要な熱履歴量から密閉型混練機1で付与される熱履歴量を差引いた反応促進混練機5により付与する目標熱履歴量が、予め設定されていて、制御装置12には、そのデータが入力されている。
Further, the target heat history amount to be applied by the
密閉型混練機1では、原料ゴムとシリカおよびシランカップリング剤を含む非加硫系配合剤とが予備的に混練され、カップリング反応完了に必要な熱履歴量の中途の熱量が付与される。密閉型混練機1から排出時の一次混練ゴムR1の温度は、例えば、150℃程度である。 In the closed kneading machine 1, the raw rubber and the non-vulcanizing compounding agent containing silica and the silane coupling agent are preliminarily kneaded, and an intermediate heat quantity necessary for completing the coupling reaction is given. . The temperature of the primary kneading rubber R1 when discharged from the closed kneading machine 1 is, for example, about 150 ° C.
次いで、一次混練ゴムR1は、シーティングロール2によりシート状に成形されて、搬送コンベヤ3と計量コンベヤ4とにより反応促進混練機5に搬送される。計量コンベヤ4では一次混練ゴムR1の重量が計量され、この計量された重量に応じた量の加硫系配合剤Qが後述する加硫系配合剤投入装置21により投入される。一次混練ゴムR1を計量することができれば、計量コンベヤ4に替えて、他の計量手段を用いてもよい。
Next, the primary kneading rubber R <b> 1 is formed into a sheet shape by the
反応促進混練機5では、受け渡しコンベヤ13および練り返しコンベヤ14により、一次混練ゴムR1が繰り返し混練ロール6、6に供給され、混練ロール6、6間を通過することにより、せん断力が付与されて混練が行なわれる。
In the
ここでは、一次混練ゴムR1がシート状に表面積を広くした状態になって循環するので、カップリング反応により発生するアルコール等の反応抑制成分を外部に効率的に発散させることができ、カップリング反応が抑えられることを防ぐことができる。 Here, the primary kneaded rubber R1 circulates in a sheet-like state with a wide surface area, so that reaction-suppressing components such as alcohol generated by the coupling reaction can be efficiently diffused to the outside, and the coupling reaction Can be suppressed.
また、一次混練ゴムR1は、外気に曝されながらも、混練中にヒータ7で加温されることにより、付与熱量を多くすることができ、カップリング反応が促進される。したがって、目標熱履歴量になるように残りの熱量を短時間で付与しながら混練することができ、シリカを迅速、かつ良好にゴム材料に分散させることができる。
Further, the primary kneaded rubber R1 is heated by the
ヒータ7は、一次混練ゴムR1を必要な温度に加温できるものであればよく、種々の加温手段を用いることができる。
The
制御装置12は、温度センサ10の検知によるゴム温度データと混練時間とに基づいて、反応促進混練機5で付与された熱履歴量を逐次算出し、この算出した熱履歴量と目標熱履歴量とを比較して、前者と後者が一致するように反応促進混練機5での混練操作を制御する。
Based on the rubber temperature data detected by the
所定時間に目標熱履歴量になるように熱量を付与するために、制御装置12は、ヒータ7の加温温度、混練ロール6、6の表面速度および両コンベヤ13、14の搬送速度、ロールギャップの少なくともいずれかを制御する。このように制御して混練を行なうことにより、精度よく、カップリング反応を促進、完了させて、シリカの分散を良好にして品質を安定させることができる。例えば、ロールギャップ3〜15mm、ゴム温度90〜160℃で混練を行なう。
In order to apply the amount of heat so as to reach the target heat history amount at a predetermined time, the
次いで、一次混練ゴムR1に必要な熱量を付与した二次混練ゴムR2は、受け渡しコンベヤ13の中途を回動させて振り分けコンベヤ15に接続するようにし、振り分けコンベヤ15に移載される。
Next, the secondary kneaded rubber R2 imparted with the necessary amount of heat to the primary kneaded rubber R1 is rotated in the middle of the
振り分けコンベヤ15は、混練ライン16の列数に応じた数の振り分け可動部15aを有し、各振り分け可動部15aは、すき間を開閉するように可動する。二次混練ゴムR2は、選択した混練ライン16に対応する振り分け可動部15aが開いたすき間を通過して、その選択された1つの混練ライン16に搬送される。尚、二次混練ゴムR2を選択的に一つの混練ライン16に振り分ける手段は、上記したものに限らず他の構成を用いることができる。
The
二次混練ゴムR2が搬送された混練ライン16では、ロール混練機17により、所定の時間で目標粘度になるように二次混練ゴムR2を混練する。混練ライン16では、粘度低下を主目的とするので、反応促進混練機5よりも低温で混練が行なわれる。その際に、冷却ファン18の作動、混練ロール6、6の表面速度および両コンベヤ13、14の搬送速度、ロールギャップの少なくともいずれかを制御する。例えば、ロールギャップ1〜10mm、ゴム温度40〜100℃で混練を行なう。
In the kneading
混練ライン16は4列に限定されず、1列でもその他の複数列でもよい。複数の混練ライン16を設けることにより、次々搬送されていくる1バッチ分の二次混練ゴムR2を、順次、空いている混練ライン16に搬送して混練を行なうことができ、一層、生産性を向上させることができる。
The kneading
また、混練ライン16は、複数台のロール混練機17を直列に連結するように配置して構成してもよい。粘度低下しにくい二次混練ゴムR2の場合は、直結した複数台のロール混練機17で順次混練することにより、一台のロール混練機17での混練時間を短くして、短いタイムサイクルで1バッチ分の混練を行なうことができ、生産性を高めることができる。
The kneading
二次混練ゴムR2を混練して目標粘度になった三次混練ゴムR3は、受け渡しコンベヤ13により混練ライン16から排出され、搬送コンベヤ20により最終混練機19に搬送される。ここで、加硫系配合剤投入装置21により、硫黄、加硫促進剤等の加硫系配合剤Qが投入されて三次混練ゴムR3とともに混練される。加硫系配合剤Qは、粉体では飛散するので、別に用意したゴム材に予め混合した状態で投入される。
The tertiary kneaded rubber R3 having the target viscosity by kneading the secondary kneaded rubber R2 is discharged from the kneading
最終混練が終了した後は、最終混練機19から排出された最終混練ゴムRFが搬送コンベヤ22により、シーティングロール23に搬送され、ここで、シート状ゴムとなり、サンプリング装置24を中途に設置した搬送コンベヤ25によって冷却装置26に搬送され、次工程で使用されるまで所定の場所で保管される。
After the final kneading is completed, the final kneaded rubber RF discharged from the
このように、本発明の混練システムでは、1バッチ分のシリカ配合ゴム材料にカップリング反応の完了に必要な熱量を付与して混練を行ない、加硫系配合剤Qを混練する最終混練工程まで連続的に行なって短時間で目標粘度の最終混練ゴムRFを得ることができる。 As described above, in the kneading system of the present invention, the heat necessary for the completion of the coupling reaction is imparted to one batch of silica-blended rubber material, kneading is performed, and the final kneading step for kneading the vulcanizing compound Q is performed. The final kneaded rubber RF having the target viscosity can be obtained in a short time by performing continuously.
また、1バッチ分のゴム材料の混練をしている間に上流側の工程では、新たな1バッチ分のゴム材料の混練を行なうことができる。したがって、一定のタイムサイクルで順次、新たなバッチのゴム材料の混練を行なうことにより、生産性よく最終混練ゴムRFを得ることができる。 In addition, while one batch of rubber material is being kneaded, a new batch of rubber material can be kneaded in the upstream process. Therefore, the final kneaded rubber RF can be obtained with high productivity by kneading a new batch of rubber material sequentially in a constant time cycle.
加硫系配合剤投入装置21は、図4に示すように、振り分けコンベヤ15に接続するように配置することもできる。尚、図4では振り分けコンベヤ15の上流側は、図1と同じなので省略している。この配置にして、加硫系配合剤Qを混練ライン16に投入し、ほぼ目標粘度に近づいた二次混練ゴムR2、もしくは目標粘度になった三次混練ゴムR3に加硫系配合剤Qを予備的に混練する。この予備的な混練は加硫反応が進行しないような温度で行なう。
As shown in FIG. 4, the vulcanizing compounding
このように、混練ライン16から最終混練機19に搬送する間でゴム温度が低下する前に加硫系配合剤Qを予備的に混練しておくことにより、最終混練機19での混練時間を短縮することができ、より短時間で目標粘度の最終混練ゴムRFを得ることができる。
Thus, the kneading time in the
1 密閉型混合機
2 シーティングロール
3 搬送コンベヤ
4 計量コンベヤ
5 反応促進混練機
6 混練ロール
7 ヒータ
8 駆動モータ
9 アクチュエータ
10 温度センサ
11 ロールギャップセンサ
12 制御装置
13 受け渡しコンベヤ
14 練り返しコンベヤ
15 振り分けコンベヤ 15a 振り分け可動部
16 混練ライン
17 ロール混練機
18 冷却ファン
19 最終混練機
20 搬送コンベヤ
21 加硫系配合剤投入装置
22 搬送コンベヤ
23 シーティングロール
24 サンプリング装置
25 搬送コンベヤ
26 冷却装置
R1 一次混練ゴム R2 二次混練ゴム
R3 三次混練ゴム RF 最終混練ゴム
Q 加硫系配合剤
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
R3 Tertiary kneaded rubber RF Final kneaded rubber Q Vulcanizing compound
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