JP2008290350A - ゴム材料の混練制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロール型混練機によってゴム材料を混練する場合に効率良く、粘度が安定した混練ゴムを得る。
【解決手段】ゴム材料の混練制御方法において、混練ゴムの最適な混練り温度及び累積加硫度を設定する予備設定工程と、加硫剤投入前の未加硫ゴムを混練し、仕事量が一定の値に達したら加硫剤を投入する未加硫ゴム混練工程と、前記加硫剤投入後の未加硫ゴム材料の混練中のゴム温度を所定時間毎に測定する温度測定工程と、設定された前記混練温度と、前記温度測定工程において測定された前記ゴム温度とを下記のアーレニウスの反応式に代入して加硫度及び所定時間毎の累積加硫度を求める算出工程と、前記累積加硫度が設定された累積加硫度となったときに混練を終了する工程とを備えているゴム材料の混練制御方法。 Ｋ=ｅｘｐ（−Ｅａ／Ｒ（１／Ｔ−１／Ｔｏ））但し、Ｅａは活性化エネルギー、Ｒはガス定数、Ｔはゴム温度、Ｔｏは混練温度、Ｋは加硫度。
【選択図】図２

Description

本発明は、ゴム材料の混練制御方法に関し、さらに詳しくは、密閉混練機によってゴム材料を混練する場合に効率よく、粘度が安定した混練ゴムを得ることができるゴム材料の混練制御方法に関するものである。

従来、ベルト等のゴム製品の材料として使用するゴム材料は、天然ゴム等の原料ゴムとカーボン、配合薬品とをバンバリーミキサーと呼ばれる密閉型混合機に所定量投入して混練し、これらを均一に混合させるとともに、一定の粘度に低下させるようにして混練する方法が用いられていた。

しかしながら、混練過程による摩擦や配合薬品類の発熱等によって、混練ゴムが所定の温度以上に上昇して、加硫が進行してしまうなどの問題があるため、一度、混練ゴムを取り出して、冷却した後に再度混練を実施するなどの必要があり、効率の悪いものであった。

本発明の目的は、密閉型ロール混練機によってゴム材料を混練する場合に効率良く、粘度が安定した混練ゴムを得ることができるゴム材料の混練制御方法を提供することにある。

ゴム及び配合剤を少なくとも１台の密閉型混練機で混練して目標粘度の混練ゴムにするゴム材料の混練制御方法において、ゴム試料を種々条件で加硫し、加硫された前記ゴム試料の粘度から前記混練ゴムの最適な混練り温度及び累積加硫度を設定する予備設定工程と、加硫剤投入前の未加硫ゴムを混練し、モータの消費電力から得られる仕事量が一定の値に達したら加硫剤を投入する未加硫ゴム混練工程と、前記加硫剤投入後の未加硫ゴム試料の混練中のゴム温度を第一の所定時間毎に測定する第一温度測定工程と、前記予備設定工程において設定された前記混練温度と、前記第一温度測定工程において測定された前記ゴム温度とを下記のアーレニウスの反応式に代入して加硫度を算出すると共に、前記第一の所定時間毎の累積加硫度を求める第一算出工程と、前記第一算出工程において求められた前記第一の所定時間毎の前記累積加硫度が前記設定工程において設定された前記累積加硫度となったときに混練を終了する工程とを備えている。
Ｋ=ｅｘｐ（−Ｅａ／Ｒ（１／Ｔ−１／Ｔｏ））
但し、Ｅａは活性化エネルギー、Ｒはガス定数、Ｔはゴム温度、Ｔｏは混練温度、Ｋは加硫度。

本発明によると、ゴム及び配合剤を少なくとも１台の密閉型混練機で混練して目標粘度の混練ゴムにするゴム材料の混練制御方法において、ゴム試料を種々条件で加硫し、加硫された前記ゴム試料の粘度から前記混練ゴムの最適な混練り温度及び累積加硫度を設定する予備設定工程と、加硫剤投入前の未加硫ゴムを混練し、モータの消費電力から得られる仕事量が一定の値に達したら加硫剤を投入する未加硫ゴム混練工程と、
前記加硫剤投入後の未加硫ゴム試料の混練中のゴム温度を第一の所定時間毎に測定する第一温度測定工程と、前記予備設定工程において設定された前記混練温度と、前記第一温度測定工程において測定された前記ゴム温度とを下記のアーレニウスの反応式に代入して加硫度を算出すると共に、前記第一の所定時間毎の累積加硫度を求める第一算出工程と、前記第一算出工程において求められた前記第一の所定時間毎の前記累積加硫度が前記設定工程において設定された前記累積加硫度となったときに混練を終了する工程とを備えている。
Ｋ=ｅｘｐ（−Ｅａ／Ｒ（１／Ｔ−１／Ｔｏ））
但し、Ｅａは活性化エネルギー、Ｒはガス定数、Ｔはゴム温度、Ｔｏは混練温度、Ｋは加硫度。
以上のことから、ゴムの混練に必要最小限の消費電力で済み、経費削減、工数削減ができ、コスト低減となる。又、累積加硫度を管理することによって、粘度が安定した混練ゴムを得ることができる効果がある。

以下、本発明のゴム材料の混練制御方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。図１にゴム材料の混練制御方法を実施する密閉型混練機の全体概要を例示する。

密閉型混合機の混練り方法として、下記１のみ、２のみ、１又は２、１及び２の設定によってステップを終了させ、次のステップに移行する方法がある。
１．温度混合法：一定の経過時後、混合機内部の温度が一定の温度に到達したときに混練りを終了する混合法
２．時間混合法：一定の経過時間後に混練りを終了する混合法

現状の混合法では下記問題点がある。
１．温度混合法：機械の発熱、冷却具合、雰囲気温度、配管の詰まり等による温調の変化によって、その温度に到達する時間が変わり、分散状態、スコーチ、粘度が変わってくる。又、熱履歴（ゴムが受ける熱エネルギー）も変わってくる為、そのステップのゴムの粘度状態がわからず、次のステップに移って良い状態なのか判断ができない。
２．時間混合法：機械の温度によって練り状態が変わってくる為、次の練りに移るまで機械を冷やさねばならず、稼働率が悪くなる。又、雰囲気温度、温調状態によってゴムの温度上昇に差が出る為、分散状態、スコーチの進行が変わる。

本発明は下記１，２の混合法の組み合わせからなる。加硫剤投入前のステップは下記１の設定をし、加硫剤投入後は２の設定を行う。
１．仕事エネルギー混合法：消費電力（負荷電流値の積算）によって、ゴムに投入された仕事量を算出し、一定の仕事量に達したときに混練りを終了する混合法。
２．熱エネルギー混合法：内部測定されたゴム温度と活性化エネルギーからゴムの加硫度を算出し、その積算からゴムに投入された熱エネルギー（累積加硫度）を算出する。一定の累積加硫度に達したときに混練りを終了する混合法。

ここで、未加硫ゴムシート１１を加硫処理するときの加硫条件の設定方法について、以下に説明する。図２は、本実施形態による未加硫ゴムシートの混練条件の設定方法のフロー図である。図３は、ステップ７において算出された累積加硫度と加硫合計時間との関係を示すグラフである。尚、本実施形態においては、クロロプレンゴムを主成分としたゴム組成物からなる未加硫ゴムシート１１を用いて歯付ベルトを形成する際の加硫条件を設定する方法について以下に説明するが、他のゴム組成物からなる未加硫ゴムシートにおいても同様な設定方法で混練条件を設定することができる。

まず、混練条件の中で上述の未加硫民ゴムシートを混練する時間である混練時間を設定するには、図２に示すように、ステップ１（Ｓ１）において、クロロプレンゴムを主成分としたゴム組成物からなる未加硫ゴムシート１１のゴム試料を準備する。次に、ステップ２（Ｓ２）において、ゴム試料を種々の条件でプレス加硫する。このときの種々の条件としては、例えば、９０°Ｃ、１００°Ｃ、１０５°Ｃ、１１０°Ｃ、１１５°Ｃ、１２０°Ｃの種々の加硫温度において、１０分、１５分、２０分、２５分、３０分の加硫時間でプレス加硫する。

次に、ステップ３（Ｓ３）において、プレス加硫されたゴム試料を図３の累積加硫度と粘度の関係から目標の粘度となる累積加硫度を求め、混練条件を設定する。つまり、目標の粘度になるときの条件を基にして、例えば、混練温度が１０５°Ｃ、混練時間が１０分という最適な混練条件を仮定する。

次に、混練温度１０５°Ｃで加硫時間１分を加硫度１として、アーレニウスの反応式を設定する。アーレニウスの反応式は、下記の式（１）のように示される。
Ｋ=ｅｘｐ（−１６．８×１０００／１．９８６（１／Ｔ−１／１５３））・・・・式（２）

次に、ステップ４（Ｓ４）において、クロロプレンゴムを主成分とした未加硫ゴムを密閉型混合機から放出し、ロール混練機１によって混練りする。このとき、モータの消費電力が２８０００ｗに達したら、第一段目の混練りを終了する。

次に、ステップ５（Ｓ５）において、さらにロール混練り機１において混練りを継続する。このとき、モータの消費電力が１０００００ｗに達したら第２段目の混練りを終了する。

次に、ステップ６（Ｓ６）において、第２段目の混練りを終了したゴムに加硫剤を投入する。そして、混練り中のゴム温度Ｔを１分毎に測定し、温度センサ７で検知する。そして、アーレニウスの式（２）に代入し、加硫度及び累積加硫度を求める。そして、その累積加硫度が０．０６を超えた時点で、第３段目の混練りを終了する。

次に、ステップ７（Ｓ７）において、さらにロール混練り機１において混練りを継続する。そして、ステップ７と同様に、１分毎に測定したゴム温度をアーレニウスの式（２）に代入し１分毎の累積加硫度を求め、この累積加硫度が０．２７を超えた時点で、第四段目の混練りを終了する。
このとき、予備設定にて、累積加硫度と粘度との関係を求めていることから、混練り終了後はほぼ一定の粘度のゴムが得られることとなる。

本発明のゴム材料の混練制御方法を実施する装置の概要を例示する説明図である。 本実施形態による未加硫ゴムシートの混練条件の設定方法のフロー図である。 ステップ３において算出された累積加硫度とゴムの粘度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ シリンダ
２ ラム
３ ロータ
４ チャンパ
６ ドロップドア
７ ホッパー

Claims (1)

1. 密閉型混合機で混練して目標粘度の混練ゴムにするゴム材料の混練制御方法において、ゴム試料を種々条件で加硫し、加硫された前記ゴム試料の粘度から前記混練ゴムの最適な混練り温度及び累積加硫度を設定する予備設定工程と、加硫剤投入前の未加硫ゴムを混練し、モータの消費電力から得られる仕事量が一定の値に達したら加硫剤を投入する未加硫ゴム混練工程と、
   前記加硫剤投入後の未加硫ゴム試料の混練中のゴム温度を第一の所定時間毎に測定する第一温度測定工程と、
   前記予備設定工程において設定された前記混練温度と、前記第一温度測定工程において測定された前記ゴム温度とを下記のアーレニウスの反応式に代入して加硫度を算出すると共に、前記第一の所定時間毎の累積加硫度を求める第一算出工程と、
   前記第一算出工程において求められた前記第一の所定時間毎の前記累積加硫度が前記設定工程において設定された前記累積加硫度となったときに混練を終了する工程とを備えていることを特徴とするゴム材料の混練制御方法。
   Ｋ=ｅｘｐ（−Ｅａ／Ｒ（１／Ｔ−１／Ｔｏ））
   但し、Ｅａは活性化エネルギー、Ｒはガス定数、Ｔはゴム温度、Ｔｏは混練温度、Ｋは加硫度。

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