JP2015006759A - Method for kneading rubber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ゴム練り方法に関し、詳しくは、天然ゴムの素練りや、天然ゴムにカーボンブラックを加えて作製されるカーボンマスターバッチの練り加工を、混練機を用いて行うゴム練り方法に関する。 The present invention relates to a rubber kneading method, and more particularly, to a rubber kneading method in which kneading of natural rubber and kneading of a carbon master batch produced by adding carbon black to natural rubber is performed using a kneader.
空気入りタイヤなどのゴム製品は、合成ゴムや天然ゴムが配合されたゴム組成物を用いて製造されるが、これらのゴム組成物を作製するにあたっては、一般に、予め素練りされたゴムや、ゴムにカーボンブラックを加えて練り加工されたカーボンマスターバッチ(CB M/B)など、低いムーニー粘度(ゴムの可塑度)に加工されたゴム材料が使用されている。 Rubber products such as pneumatic tires are manufactured using a rubber composition in which synthetic rubber or natural rubber is blended. In producing these rubber compositions, in general, pre-kneaded rubber, Rubber materials processed to have a low Mooney viscosity (rubber plasticity) such as a carbon masterbatch (CB M / B) processed by adding carbon black to rubber are used.
従来より、上記したゴムの素練りやゴムにカーボンブラックを加えてCB M/Bを作製する練り加工などのゴム練りに際して、所望する最終ムーニー粘度(ゴム練り後のムーニー粘度)が得られるように、事前の試作練りなどに基づいて、練り温度や練り時間などの練り条件を経験的に定めていた。 Conventionally, the desired final Mooney viscosity (Mooney viscosity after rubber kneading) can be obtained in rubber kneading such as kneading of rubber and kneading for adding carbon black to rubber to produce CB M / B. Based on prior trial kneading, kneading conditions such as kneading temperature and kneading time were empirically determined.
しかしながら、天然ゴムは合成ゴムと異なり、シッパー(産地)の違いなどにより、元々、初期ムーニー粘度(ゴム練り開始前のムーニー粘度)のバラツキが大きいため、同じ練り条件でゴム練りを行った場合でも、ゴムにかかる負荷(せん断力やトルクなど)のかかり方が変化して、最終ムーニー粘度にばらつきが発生し、ゴム練り後のゴム組成物の物性や加工性などの諸特性に大きなバラツキを生じさせることがあった。 However, natural rubber, unlike synthetic rubber, has a large initial Mooney viscosity (Moone viscosity before the start of rubber kneading) due to differences in sippers (origin), so even when rubber kneading is performed under the same kneading conditions , The load applied to rubber (shearing force, torque, etc.) changes, resulting in variations in the final Mooney viscosity, resulting in large variations in physical properties and processability of the rubber composition after rubber mixing There was something to do.
具体的には、例えば、図2に示すように、シッパーが異なるA、B、C、3種類の天然ゴムを素練りした場合、ゴムにかかる負荷が異なっており、練りゴムの排出前においても、負荷の高さ、即ち、最終ムーニー粘度にばらつきが発生する。 Specifically, for example, as shown in FIG. 2, when three kinds of natural rubbers A, B, C having different sippers are masticated, the load applied to the rubber is different and even before the kneaded rubber is discharged. , The load height, that is, the final Mooney viscosity varies.
そこで、シッパーが異なるため初期ムーニー粘度が異なる天然ゴムであっても、目標とする最終ムーニー粘度が安定して得られるように工夫したゴム練り方法が種々提案されている。 Therefore, various rubber kneading methods have been proposed that are devised so that the target final Mooney viscosity can be stably obtained even with natural rubber having different initial Mooney viscosity due to different shippers.
例えば、特許文献1には、所定のゴム練り完了時における混練機の電力値を予め求めておき、ゴム練り中における電力値が前記したゴム練り完了時における電力値以下となった時点でゴム練りを停止する。即ち、ゴム練り中の電力値を監視することにより練り時間を変更することが提案されている。 For example, in Patent Document 1, the power value of a kneader at the time of completion of predetermined rubber kneading is obtained in advance, and when the power value during rubber kneading becomes equal to or less than the power value at the time of completion of rubber kneading, rubber kneading is performed. To stop. That is, it has been proposed to change the kneading time by monitoring the power value during rubber kneading.
また、特許文献2には、ゴム練り中の混練機におけるモーターの負荷を監視し、測定された負荷に基づいて、適宜、素練り促進剤(シャッカイ剤)の添加量を変えることが提案されている。
本発明は、天然ゴムの素練りや、天然ゴムにカーボンブラックを加えて作製されるカーボンマスターバッチの練り加工を、混練機を用いて行うにあたって、天然ゴムの初期ムーニー粘度に大きなばらつきがあっても、コストの上昇を招くことなく、所定の練り時間で目標とする最終ムーニー粘度を安定して得ることができるゴム練り方法を提供することを課題とする。 The present invention has a large variation in the initial Mooney viscosity of natural rubber when kneading natural rubber or kneading a carbon masterbatch prepared by adding carbon black to natural rubber using a kneader. However, it is an object of the present invention to provide a rubber kneading method capable of stably obtaining a target final Mooney viscosity within a predetermined kneading time without causing an increase in cost.
請求項1に記載の発明は、
天然ゴムの素練り、または、天然ゴムにカーボンブラックを加えて作製されるカーボンマスターバッチの練り加工を、混練機を用いて行うゴム練り方法であって、
ゴム練り開始から所定時間経過後、前記混練機のモーターの電力値と、前記天然ゴムの温度とを測定し、
測定された前記電力値および前記温度に基づいて、前記天然ゴムの初期ムーニー粘度を推定し、
推定された前記初期ムーニー粘度に基づいて、以降のゴム練りにおける前記混練機のモーターの回転数と、前記天然ゴムの温度とを制御する
ことを特徴とするゴム練り方法である。
The invention described in claim 1
A method of kneading natural rubber, or a kneading process of a carbon masterbatch prepared by adding carbon black to natural rubber, using a kneader,
After a predetermined time from the start of rubber kneading, measure the power value of the motor of the kneader and the temperature of the natural rubber,
Based on the measured power value and temperature, estimate the initial Mooney viscosity of the natural rubber;
The rubber kneading method is characterized in that, based on the estimated initial Mooney viscosity, the number of rotations of the motor of the kneading machine and the temperature of the natural rubber in the subsequent rubber kneading are controlled.
請求項2に記載の発明は、
前記所定時間を、前記ゴム練り開始から、前記混練機のトルクが急上昇する第1次トルクピークまでの平均時間に基づいて設定することを特徴とする請求項1に記載のゴム練り方法である。
The invention described in
2. The rubber kneading method according to claim 1, wherein the predetermined time is set based on an average time from the start of the rubber kneading to a primary torque peak at which the torque of the kneader rapidly increases.
請求項3に記載の発明は、
前記初期ムーニー粘度の推定を、測定された前記電力値と前記温度との積に基づいて行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のゴム練り方法である。
The invention according to
3. The rubber kneading method according to claim 1, wherein the initial Mooney viscosity is estimated based on a product of the measured power value and the temperature.
請求項4に記載の発明は、
初期ムーニー粘度の推定を行った以降のゴム練り時間における前記混練機のモーターの回転数と、前記天然ゴムの温度との制御を、初期ムーニー粘度に対応して予め作成された標準チャートに基づいて行うことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のゴム練り方法である。
The invention according to claim 4
Control of the motor speed of the kneader and the temperature of the natural rubber during the rubber kneading time after estimation of the initial Mooney viscosity is based on a standard chart prepared in advance corresponding to the initial Mooney viscosity. The rubber kneading method according to any one of claims 1 to 3, wherein the rubber kneading method is performed.
本発明によれば、天然ゴムの素練りや、天然ゴムにカーボンブラックを加えて作製されるカーボンマスターバッチの練り加工を、混練機を用いて行うにあたって、天然ゴムの初期ムーニー粘度に大きなばらつきがあっても、コストの上昇を招くことなく、所定の練り時間で目標とする最終ムーニー粘度を安定して得ることができるゴム練り方法を提供することができる。 According to the present invention, when performing kneading of natural rubber or carbon masterbatch prepared by adding carbon black to natural rubber using a kneader, the initial Mooney viscosity of natural rubber varies greatly. Even if it exists, the rubber kneading method which can obtain the target final Mooney viscosity stably by predetermined kneading | mixing time, without causing a raise in cost can be provided.
以下、本発明を、実施の形態に基づいて、具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on embodiments.
1.混練システム
最初に、本実施の形態に係るゴム練り方法に用いられる混練システムについて説明する。
1. First, a kneading system used in the rubber kneading method according to the present embodiment will be described.
図1は本実施の形態に係るゴム練り方法における混練システムを示すブロック図であり、図1に示すように、この混練システムは、密閉式混練機1と、密閉式混練機1を稼働させるモーター2と、パーソナルコンピュータ3とを備えている。
FIG. 1 is a block diagram showing a kneading system in the rubber kneading method according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, this kneading system includes a closed kneader 1 and a motor for operating the closed kneader 1. 2 and a
密閉式混練機1としては、従来と同様に、バンバリーミキサーやニーダーなど、回転ローターを有する密閉式ゴム混練機が使用される。回転ローターは、モーター2に接続されており、モーター2の回転に合わせて回転して、ゴム練りが行われる。
As the closed kneader 1, a closed rubber kneader having a rotating rotor, such as a Banbury mixer and a kneader, is used as in the prior art. The rotating rotor is connected to the
なお、密閉式混練機1には、練りゴムの温度を測定する温度測定手段1a、および密閉式混練機1における練りゴムの温度を制御する温度制御手段1bが設けられている。また、モーター2には、モーター2の電力値(トルク)を測定する電力値測定手段2a、およびモーター2の電力値を調整して以降のゴム練りにおけるモーターの回転数を制御する回転数制御手段2bが設けられている。そして、これらの各手段は、パーソナルコンピュータ3と接続されている。
The closed kneader 1 is provided with a temperature measuring means 1a for measuring the temperature of the kneaded rubber and a temperature control means 1b for controlling the temperature of the kneaded rubber in the closed kneader 1. The
パーソナルコンピュータ3は、温度測定手段1aにより測定された練りゴム温度および電力値測定手段2aにより測定されたモーター2の電力値に基づいて、初期ムーニー粘度の推定を行い、この初期ムーニー粘度から適切な最終ムーニー粘度が得られるように、温度制御手段1bおよび回転数制御手段2bに制御信号を送信し、以降のゴム練りにおける混練機のモーターの回転数と、天然ゴムの温度とを制御する。
The
上記した初期ムーニー粘度の推定および各制御信号の送信を行うために、パーソナルコンピュータ3には、モーター2の電力値とゴム温度との積に対応した初期ムーニー粘度の推定値、および前記初期ムーニー粘度の推定値に対応した練り条件(モーターの回転数、練りゴム温度)が示された標準チャートから構成されたデータベースが予め記憶させている。
In order to estimate the initial Mooney viscosity and transmit each control signal as described above, the
上記した初期ムーニー粘度の推定値は、事前の実験により、予めモーター2の電力値とゴム温度との積と初期ムーニー粘度との関係を把握しておくことにより設定されている。また同様に、各標準チャートは、事前の実験により、初期ムーニー粘度から目標とする最終ムーニー粘度を得るための練り条件を求めておくことにより作成されている。
The estimated value of the initial Mooney viscosity is set by grasping the relationship between the product of the electric power value of the
2.ゴム練り方法
次に、本実施の形態に係るゴム練り方法を説明する。本実施の形態に係るゴム練りは、上記の混練システムに基づいて行われる。
2. Rubber Kneading Method Next, the rubber kneading method according to the present embodiment will be described. The rubber kneading according to the present embodiment is performed based on the kneading system.
(1)ゴム練りの開始
先ず、内部が所定の温度に加熱された密閉式混練機1に天然ゴムおよびシャッカイ剤を投入し(CB M/Bの練り加工の場合には、カーボンも併せて投入する)、モーター2を稼働させることにより、回転ローターを回転させて、ゴム練りを開始する。
(1) Start of rubber kneading First, natural rubber and a shaky agent are introduced into a closed kneader 1 whose interior is heated to a predetermined temperature (in the case of CB M / B kneading, carbon is also added. ), By operating the
(2)初期ムーニー粘度の推定
所定時間ゴム練りを行った後、温度測定手段1aにより練りゴムの温度を測定すると共に、電力値測定手段2aによりモーター2の電力値を測定する。
(2) Estimation of initial Mooney viscosity After rubber kneading for a predetermined time, the temperature of the kneaded rubber is measured by the temperature measuring means 1a, and the power value of the
測定された練りゴムの温度およびモーター2の電力値は、パーソナルコンピュータ3に送信される。パーソナルコンピュータ3は、受信した練りゴムの温度とモーター2の電力値との積を算出し、この値をパーソナルコンピュータ3に予め記憶されているデータベースにおける値と照合することにより、使用されている天然ゴムの初期ムーニー粘度を推定する。
The measured temperature of the kneaded rubber and the power value of the
なお、初期ムーニー粘度の推定を行う具体的なタイミングとしては、ゴム練り開始後に混練機のトルクが急上昇して、ゴムにかかる負荷の相違が最も大きくなる第1次トルクピークの平均時間が好ましく、具体的には、ゴム練り開始から約30秒後程度が好ましい。 In addition, as a specific timing for estimating the initial Mooney viscosity, the average time of the primary torque peak in which the torque of the kneader suddenly increases after the start of rubber kneading and the difference in load on the rubber is the largest is preferable, Specifically, about 30 seconds after the start of rubber kneading is preferable.
(3)練り条件の調整
次に、得られた初期ムーニー粘度の推定値に基づいて、パーソナルコンピュータ3に予め記憶されているデータベースから、練りゴム温度を上昇させすぎることなく、所定時間でムーニー粘度が得られるような練り条件(モーターの回転数、練りゴム温度)が設定されている標準チャートを選択する。
(3) Adjustment of kneading conditions Next, based on the estimated value of the initial Mooney viscosity obtained, the Mooney viscosity is measured within a predetermined time from the database stored in advance in the
そして、パーソナルコンピュータ3は、選択した標準チャートに示されている練り条件(モーターの回転数、練りゴム温度)に基づく制御信号を温度制御手段1bおよび回転数制御手段2bに送信する。
Then, the
温度制御手段1bおよび回転数制御手段2bは、受信した制御信号に基づいて、モーターの回転数を制御すると共に、練りゴム温度の上昇を制御して、以降のゴム練りを行う。 Based on the received control signal, the temperature control means 1b and the rotation speed control means 2b control the rotation speed of the motor and also control the rise in the kneading rubber temperature to perform subsequent rubber kneading.
(4)練りゴムの排出
ゴム練りが完了した後は、密閉式混練機1の排出口から練りゴムを排出する。
(4) Discharge of kneaded rubber After rubber kneading is completed, the kneaded rubber is discharged from the discharge port of the closed kneader 1.
3.本実施の形態における効果
以上のように、本実施の形態に係るゴム練り方法によれば、モーターの電力値とゴム温度に基づいて、初期ムーニー粘度をゴム練り中に推定し、その初期ムーニー粘度に基づいて、ゴム練り中のムーニー粘度の変化に影響するモーターの回転数とゴムの温度を制御しているため、初期ムーニー粘度が高い天然ゴムであっても、練りゴム温度を上昇させすぎることなく、所定の練り時間で目標とする最終ムーニー粘度の練りゴムを安定して得ることができ、また、モーターの回転数を制御していないことによって生じる「ゴムの沸き」などの不具合によるスクラップの発生を適切に防止することができる。
3. As described above, according to the rubber kneading method according to the present embodiment, the initial Mooney viscosity is estimated during rubber kneading based on the power value of the motor and the rubber temperature, and the initial Mooney viscosity is estimated. Because the motor speed and the temperature of the rubber that affect changes in the Mooney viscosity during rubber kneading are controlled based on the above, the temperature of the kneading rubber must be raised too much even for natural rubber with a high initial Mooney viscosity. It is possible to stably obtain a kneaded rubber with a target final Mooney viscosity in a predetermined kneading time, and scrap of scraps caused by trouble such as "rubber boil" caused by not controlling the rotation speed of the motor. Occurrence can be prevented appropriately.
また、初期ムーニー粘度に対応して好適なモーターの回転数とゴムの温度を規定した標準チャートに基づいてモーターの回転数とゴムの温度を制御することにより、目標とする最終ムーニー粘度の練りゴムを安定して得ることができるため、初期ムーニー粘度が高い天然ゴムであっても高価なシャッカイ剤を追加する必要がなく、コストの上昇を招くことがない。 Also, by controlling the motor speed and rubber temperature based on a standard chart that defines the motor speed and rubber temperature suitable for the initial Mooney viscosity, the kneaded rubber with the target final Mooney viscosity Therefore, even if natural rubber having a high initial Mooney viscosity is used, it is not necessary to add an expensive squirt agent, and the cost is not increased.
そして、このように安定した最終ムーニー粘度の練りゴムを用いてゴム組成物を作成することにより、物性や加工性などの諸特性が安定したゴム製品を提供することができる。 Then, by preparing a rubber composition using a kneaded rubber having a stable final Mooney viscosity in this way, a rubber product having stable properties such as physical properties and processability can be provided.
以下、実施例に基づいて、本発明をより具体的に説明する。 Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated more concretely.
1.天然ゴムの素練り
(1)実施例1〜5
シッパーが異なる天然ゴム(NR)を5種類(実施例1〜5)用意し、天然ゴム100.0PHRに対して、シャッカイ剤0.30PHRを配合して、上記のゴム練り方法を用いて天然ゴムの素練りを行った。
1. Natural rubber mastication (1) Examples 1-5
Five types of natural rubber (NR) with different sippers (Examples 1 to 5) were prepared, and a natural rubber 100.0PHR was blended with a shaky agent 0.30PHR, and the natural rubber using the rubber kneading method described above. I went through the training.
このとき、事前の実験により、モーターの電力値に基づいたトルクとゴム温度との積と初期ムーニー粘度との関係と、初期ムーニー粘度から目標とする最終ムーニー粘度を得るための標準チャートとを求めておき、表1に示すデータベースとしてパーソナルコンピュータ3に予め記憶させた。
At this time, by a prior experiment, the relationship between the product of the torque based on the motor power value and the rubber temperature and the initial Mooney viscosity and a standard chart for obtaining the target final Mooney viscosity from the initial Mooney viscosity are obtained. The data was stored in advance in the
そして、初期ムーニー粘度の推定は、ゴム練り開始から約30秒後に行った。 The initial Mooney viscosity was estimated about 30 seconds after the start of rubber kneading.
推定された各初期ムーニー粘度に合わせて、表1に示すモーターの回転数(rpm)、排出時の練りゴム温度(℃)を設定して、以降のゴム練りを行った。 In accordance with the estimated initial Mooney viscosity, the number of rotations of the motor (rpm) and the kneading rubber temperature (° C.) at the time of discharge shown in Table 1 were set, and the subsequent rubber kneading was performed.
(2)比較例1
比較例1として、上記と同様の配合の天然ゴムを、回転数を一律50rpm、排出温度を140℃に設定したこと以外は上記と同様にして、ゴム練り(素練り)を行った。
(2) Comparative Example 1
As Comparative Example 1, natural rubber having the same composition as above was kneaded (scoured) in the same manner as above except that the rotation speed was uniformly set to 50 rpm and the discharge temperature was set to 140 ° C.
(3)最終ムーニー粘度の評価
各例について30回の素練りを行い、各練りゴムについて最終ムーニー粘度を測定し、各例毎に、その平均値(Ave.)と分散(σ)を求めた。結果を表2に示す。
(3) Evaluation of Final Mooney Viscosity Each example was subjected to mastication 30 times, the final Mooney viscosity was measured for each kneaded rubber, and the average value (Ave.) and dispersion (σ) were determined for each example. . The results are shown in Table 2.
表2より、実施例1〜5の何れも、比較例1よりも最終ムーニー粘度の分散σが小さくなっており、温度と電力値(トルク)の積に基づいて、モータの回転数と練りゴムの温度を適切に制御することにより、最終ムーニー粘度値のばらつきを小さくできることが確認された。 From Table 2, in each of Examples 1 to 5, the dispersion σ of the final Mooney viscosity is smaller than that in Comparative Example 1, and the number of rotations of the motor and the kneaded rubber are based on the product of temperature and power value (torque). It was confirmed that the variation of the final Mooney viscosity value can be reduced by appropriately controlling the temperature of.
2.カーボンマスターバッチ(CB M/B)の作製
(1)実施例6〜10、比較例2
実施例1〜5と同じ5種類の天然ゴムを用いて、天然ゴム100.0PHRに対して、シャッカイ剤0.30PHRおよびカーボン25.0PHRを配合し、データベースとして表3に示すデータを使用したこと以外は、上記と同様にして、実施例6〜10のゴム練りを行った。また、配合以外は比較例1と同様にして比較例2のゴム練りを行った。
2. Production of carbon master batch (CB M / B) (1) Examples 6 to 10 and Comparative Example 2
Using the same five kinds of natural rubber as in Examples 1 to 5, blending 0.30 PHR and carbon 25.0 PHR to natural rubber 100.0 PHR, and using the data shown in Table 3 as a database Except for the above, rubber kneading of Examples 6 to 10 was performed in the same manner as described above. Further, the rubber kneading of Comparative Example 2 was performed in the same manner as Comparative Example 1 except for the blending.
(2)最終ムーニー粘度の評価
各練りゴムについて、同様に最終ムーニー粘度を測定し、各例毎に、その平均値(Ave.)と分散(σ)を求めた。結果を表4に示す。
(2) Evaluation of Final Mooney Viscosity For each kneaded rubber, the final Mooney viscosity was measured in the same manner, and the average value (Ave.) and dispersion (σ) were determined for each example. The results are shown in Table 4.
表4より、実施例6〜10の何れも、比較例2よりも最終ムーニー粘度の分散σが小さくなっており、カーボンマスターバッチを作製するためのゴム練りにおいても同様に、温度と電力値(トルク)の積に基づいて、モーターの回転数と練りゴムの温度を適切に制御することにより、最終ムーニー粘度値のばらつきを小さくできることが確認された。 From Table 4, in all of Examples 6 to 10, the dispersion σ of the final Mooney viscosity is smaller than that in Comparative Example 2, and similarly in the rubber kneading for producing the carbon master batch, the temperature and power value ( It was confirmed that the variation in the final Mooney viscosity value can be reduced by appropriately controlling the motor speed and the temperature of the kneaded rubber based on the product of the torque.
以上、本発明を実施の形態に基づき説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to said embodiment. Various modifications can be made to the above-described embodiment within the same and equivalent scope as the present invention.
1 密閉式混練機
1a 温度測定手段
1b 温度制御手段
2 モーター
2a 電力値測定手段
2b 回転数制御手段
3 パーソナルコンピュータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sealing-
Claims (4)
ゴム練り開始から所定時間経過後、前記混練機のモーターの電力値と、前記天然ゴムの温度とを測定し、
測定された前記電力値および前記温度に基づいて、前記天然ゴムの初期ムーニー粘度を推定し、
推定された前記初期ムーニー粘度に基づいて、以降のゴム練りにおける前記混練機のモーターの回転数と、前記天然ゴムの温度とを制御する
ことを特徴とするゴム練り方法。 A method of kneading natural rubber, or a kneading process of a carbon masterbatch prepared by adding carbon black to natural rubber, using a kneader,
After a predetermined time from the start of rubber kneading, measure the power value of the motor of the kneader and the temperature of the natural rubber,
Based on the measured power value and temperature, estimate the initial Mooney viscosity of the natural rubber;
A rubber kneading method characterized by controlling the number of revolutions of the motor of the kneading machine and the temperature of the natural rubber in the subsequent rubber kneading based on the estimated initial Mooney viscosity.
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