JP2016013636A - 天然ゴムの素練り方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高価な密閉式練り装置を用いることなく連続的な素練りが可能で、短時間でストレーナー装置の段替を行うことができる天然ゴムの素練り方法を提供する。【解決手段】所定の大きさに切断された天然ゴムを押出機に投入して、天然ゴムに対して機械的なせん断力を与えることにより素練りを行う天然ゴムの素練り方法。押出機が１．５軸型押出機または２軸型押出機である天然ゴムの素練り方法。押出機がコニカル型押出機である天然ゴムの素練り方法。押出機から吐出される天然ゴムの温度が、１１０℃以上となるように制御する天然ゴムの素練り方法。押出機に投入される天然ゴムの大きさが、縦寸法、横寸法および厚み寸法のそれぞれにおいて、１５ｃｍ以内である天然ゴムの素練り方法。押出機のヘッド部にストレーナー装置を配置して、素練りされた天然ゴムに含まれる異物を除去する天然ゴムの素練り方法。【選択図】図１

Description

本発明は、天然ゴムのムーニー粘度を下げるために行われる天然ゴムの素練り方法に関する。

空気入りタイヤの製造に際しては、ＴＳＲ２０などの天然ゴムをゴム成分として各種配合剤と共に混練りされた種々のゴム組成物が使用されている。

しかし、天然ゴムは、一般的に、合成ゴムに比べて分子量が大きくムーニー粘度が高いため、そのままでは、各種配合剤を均一に混練りすることが難しい。そこで、混練りに先立って、天然ゴムにせん断力を加えることにより分子量を適切に低下させて、混練りに適したムーニー粘度に調整する素練りが行われている。

この素練りは、従来、バンバリーミキサーやニーダー等の密閉式練り装置を用いて行われていた（例えば、特許文献１）。

特開２００３―３２０５２４号公報

しかしながら、これらの密閉式練り装置は、元々、ゴムと配合剤などを混練りするために用いられる装置であり、天然ゴムのムーニー粘度を下げる素練りのためだけに用いる装置としては高価過ぎるという問題があった。また、密閉式練り装置を用いた素練りはバッチ処理であるため、連続作業ができず、素練り後のゴムから異物を除去するために使用されるストレーナー装置の段替にも時間が掛かるという問題があった。

そこで、本発明は、高価な密閉式練り装置を用いることなく連続的な素練りが可能で、短時間でストレーナー装置の段替を行うことができる天然ゴムの素練り方法を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、
所定の大きさに切断された天然ゴムを押出機に投入して、前記天然ゴムに対して機械的なせん断力を与えることにより素練りを行うことを特徴とする天然ゴムの素練り方法である。

請求項２に記載の発明は、
前記押出機が、１．５軸型押出機または２軸型押出機であることを特徴とする請求項１に記載の天然ゴムの素練り方法である。

請求項３に記載の発明は、
前記押出機が、コニカル型押出機であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の天然ゴムの素練り方法である。

請求項４に記載の発明は、
前記押出機から吐出される前記天然ゴムの温度が、１１０℃以上となるように制御する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項に記載の天然ゴムの素練り方法である。

請求項５に記載の発明は、
前記押出機に投入される天然ゴムの大きさが、縦寸法、横寸法および厚み寸法のそれぞれにおいて、１５ｃｍ以内であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の天然ゴムの素練り方法である。

請求項６に記載の発明は、
前記押出機のヘッド部にストレーナー装置を配置して、素練りされた前記天然ゴムに含まれる異物を除去することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の天然ゴムの素練り方法である。

本発明によれば、高価な密閉式練り装置を用いることなく連続的な素練りが可能で、短時間でストレーナー装置の段替を行うことができる天然ゴムの素練り方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る天然ゴムの素練り方法において使用される押出機を説明する図であり、（ａ）は全体構成を概念的に示す斜視図、（ｂ）は一部断面図である。 実施例における切断後の天然ゴムのサイズを示す斜視図であり、（ａ）は１０ｃｍ立方のＴＳＲ２０大、（ｂ）は５ｃｍ立方のＴＳＲ２０小を示す。 本発明の実施の形態に係る天然ゴムの素練り方法において押出機に投入された天然ゴムの状態を示す拡大写真であり、（ａ）は押出機投入直後、（ｂ）は投入２０秒経過後の天然ゴムの状態を示している。 本発明の実施の形態に係る天然ゴムの素練り方法において押出機から押出されたシート生地の状態を示す拡大写真であり、（ａ）は押出回数１回目、（ｂ）は押出回数２回目におけるシート生地の状態を示している。 本発明の実施の形態に係る天然ゴムの素練り方法において、押出機から押出された天然ゴムのムーニー粘度の推移を示す図である。

本発明者は、従来、天然ゴムの素練りに用いられることがなかった押出機に、所定の大きさに切断された天然ゴムを投入して、押出機のスクリューの回転により、天然ゴムに対して機械的なせん断力を与えた場合、高価な密閉式練り装置を用いずとも、十分な素練りが可能であることを見出して、本発明を完成するに至った。以下、図面を参照しながら実施の形態に基づき本発明を具体的に説明する。

図１は、本実施の形態に係る天然ゴムの素練り方法において使用される押出機を説明する図であり、（ａ）は全体構成を概念的に示す斜視図、（ｂ）は一部断面図である。

本実施の形態において、押出機１は図１（ａ）に概念的に示すように、シリンダー３、シリンダー３の上部に配設されたホッパー４、およびこれらを支持する架台５から構成されている。なお、６は吐出口である。

この内、シリンダー３は、図１（ｂ）に一部断面図として示すように、２本のスクリュー２、２ａが回転自在に挿設されて、減速機（図示せず）を介して駆動するモータ（図示せず）により回転するように構成されている。

このような押出機を用いて、天然ゴムチップをホッパー４から咬み込ませて吐出口６から送り出すことにより、咬み込まれた天然ゴムチップに適切にせん断力を作用させることができるため、天然ゴムを素練りすることができる。

そして、上記した押出機を用いた素練りは、従来の密閉式練り装置を用いた素練りに比べて、以下の点で好ましい。即ち、押出機は密閉式練り装置に比べてサイズがコンパクトであり安価である。そして、押出機を用いた素練りは、バッチ処理で行わざるを得なかった密閉式練り装置を用いた素練りと異なり、連続処理が可能となる。また、素練りに密閉式練り装置を使用する必要がなくなるため、高価な密閉式練り装置を本来の混練り設備として有効活用することができる。

なお、本実施の形態において押出機１としては、１．５軸タイプまたは２軸タイプの押出機が好ましく、これらの押出機１を使用することにより、ホッパー４から投入される天然ゴムチップがスムーズに咬み込まれて、ホッパー４にゴム詰まりが発生することを適切に防止することができる。なお、図１には１．５軸タイプの押出機が示されている。

そして、スクリュー２、２ａとしては、上流部分が大径、下流部分が小径でテーパ状に形成されたスクリュー軸２１、２１ａの外周壁の長手方向に、外径がテーパ状とされたスクリューフライト２２、２２ａが設けられて構成されていると、天然ゴムチップに十分なせん断力を作用させることができ好ましい。

また、この２本のスクリュー２、２ａが互いに斜交するように配置されて構成されたコニカル型押出機は、天然ゴムチップをホッパー４から咬み込む能力や吐出口６から送り出す能力が高いため、より十分なせん断力を天然ゴムチップに作用させることができる。

このようなコニカル型押出機の具体例としては、コニカルフィーダーＣＦ−２Ｙ型（イーエム技研社製）を挙げることができる。

次に、具体的な天然ゴムの素練り方法について以下に説明する。

最初に、ベール状の天然ゴムをホッパー４へ投入できる所定の大きさの天然ゴムチップに切断して準備する。切断後の天然ゴムチップの大きさとしては、押出機のスクリュー２、２ａへの咬み込みを十分に確保する必要があり、押出機の能力に応じて適宜設定されるが、通常は、縦寸法、横寸法および厚み寸法のそれぞれにおいて、１５ｃｍ以内であることが好ましい。

次に、切断された天然ゴムチップをホッパー４から投入して、押出機のスクリュー２、２ａへ咬み込ませる。投入された天然ゴムは、ホッパー４からヘッド部の吐出口６まで移動する間に、スクリュー２、２ａの回転により機械的なせん断力が与えられて、素練りが行われてムーニー粘度が低下する。

その後、素練りが行われた天然ゴムは、吐出口６からシート状に押し出される。押し出された天然ゴムのムーニー粘度が狙い通りに低下していれば素練りを完了するが、十分に低下していなかった場合には、所定の粘度となるまで上記を繰り返す。通常は、押出機を２回程度通すことにより、所定の粘度に達する。

なお、吐出口６から押し出された天然ゴムの温度（吐出温度）は、シート生地を確保する観点から１１０℃以上であることが好ましい。

そして、押出機のヘッド部にストレーナー装置を配置して、素練りされた天然ゴムに含まれる異物を除去することが好ましい。ヘッド部へのストレーナー装置の配置は、押出機に吐出口６をセットする際に同時に行うことができるため、バッチ練り毎にストレーナー装置を配置する必要がある従来の密閉式練り装置と異なり、時間を掛けることなくストレーナー装置の段替を行うことができる。

１．実施例
最初に、１ベール３５ｋｇの天然ゴム（ＴＳＲ２０）を１０ｃｍ角×１０ｃｍ厚（図２（ａ）参照）、および５ｃｍ角×５ｃｍ厚（図２（ｂ）参照）の大きさに切断して、大小２種類の切断された天然ゴムチップを得た（各５ベール分）。

次に、この天然ゴムチップを、以下に示す仕様の押出機（イーエム技研社製、コニカルフィーダーＣＦ−２Ｙ型 １．５軸）のホッパーへ投入して、所定の回転数で回転するスクリューに咬み込ませた。その後、天然ゴムを吐出口まで送り、吐出口より幅１００ｍｍ、厚み８ｍｍのシート状に押し出した。なお、スクリューおよびシリンダーは９０℃とし、ヘッド部はバーナーで９０℃まで上昇させた。

（押出機の仕様）
モーター ：ＤＣ−４５ＫＷ（定格：２２９Ａ）
ホッパーの開口部の大きさ ：４００×４００ｍｍ
スクリュー回転数 ：ＭＡＸ２５ｒｐｍ
スクリュー直径 ：（長軸）Φ２６０ｍｍ
スクリュー長／スクリュー径（Ｌ／Ｄ）：４

なお、上記においては、天然ゴムの大きさで５ｃｍ立方および１０ｃｍ立方の２水準、押出回数（素練り回数）で１回および２回の２水準、スクリューの回転数（押出回転数）で１０ｒｐｍおよび２５ｒｐｍの２水準で行い、表１及び表２に示す合計８（２^３）種類のシート生地を得た。

２．比較例
バンバリーミキサー（神戸製鋼社製、ＢＢ２７０ ４ＷＮローター）を用いて、ベール状の天然ゴムＴＳＲ２０（実施例と同一ロット）を直接投入して、以下の条件での素練りを５ベール分行った後、同様にシート生地を得た。

（バンバリーミキサーの運転条件）
ローター回転数 ：５５ｒｐｍ
排出温度 ：１５０℃
練り時間 ：１２４ｓ
ラムアップ回数 ：１回

３．評価
（１）ムーニー粘度
実施例、比較例において、素練り前、および素練り後（実施例においては、押出回数毎）におけるムーニー粘度（１３０℃）をＪＩＳ ６３００−１：２０１３の方法を用いて測定した。

（２）シート生地の状態
得られた各シート生地の状態について、以下の通り評価した。即ち、シート生地の状態が表面がスムーズな場合には「良」、シート表面が凸凹の場合には「可」、シートがつながらなくて切れてしまう場合には「不可」と評価した。

（３）評価結果
実施例における測定結果および評価結果を表１および表２に示す。なお、表１は１０ｃｍ立方（ＴＳＲ２０大）の評価結果であり、表２は５ｃｍ立方（ＴＳＲ２０小）の評価結果である。そして、各表においては、同時に測定した吐出量（ｋｇ／ｈ）、吐出温度（℃）、モーター電流（Ａ）、および押出圧力（Ｍｐａ）が併せて記載されている。

そして、５ｃｍ角の天然ゴムの素練りにおいて、押出機投入直後（ａ）および投入２０秒経過後（ｂ）の状態を図３に拡大写真で示す。同様に、押出回数１回目（ａ）および２回目（ｂ）におけるシート生地の状態を図４に拡大写真で示す。

また、回転数２５ｒｐｍの場合における、練り前、押出１回目、押出２回目におけるムーニー粘度の変化を図５に示す。

上記において、素練り前の天然ゴムＴＳＲ２０のムーニー粘度（＠１３０℃）は８０であった。そして、比較例による素練りによりムーニー粘度は６５と１５ポイント低下した。

これに対して、各実施例では、表１、表２および図５に示すように、押出機を用いた場合、１回目の押し出しでは十分にムーニー粘度を低下させることができないものの、２回目の押し出しで比較例と同レベルになっており、押出機を用いることにより、天然ゴムＴＳＲ２０の大小に関係なく、十分な素練りができることが分かる。

また、吐出温度を１１０℃以上の場合には、天然ゴムＴＳＲ２０の大小に関係なく、良好なシート生地が形成されることが分かる。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、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できる。

１ 押出機
２、２ａ スクリュー
３ シリンダー
４ ホッパー
５ 架台
６ 吐出口
２１、２１ａ スクリュー軸
２２、２２ａ スクリューフライト

Claims (6)

1. 所定の大きさに切断された天然ゴムを押出機に投入して、前記天然ゴムに対して機械的なせん断力を与えることにより素練りを行うことを特徴とする天然ゴムの素練り方法。
2. 前記押出機が、１．５軸型押出機または２軸型押出機であることを特徴とする請求項１に記載の天然ゴムの素練り方法。
3. 前記押出機が、コニカル型押出機であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の天然ゴムの素練り方法。
4. 前記押出機から吐出される前記天然ゴムの温度が、１１０℃以上となるように制御する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項に記載の天然ゴムの素練り方法。
5. 前記押出機に投入される天然ゴムの大きさが、縦寸法、横寸法および厚み寸法のそれぞれにおいて、１５ｃｍ以内であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の天然ゴムの素練り方法。
6. 前記押出機のヘッド部にストレーナー装置を配置して、素練りされた前記天然ゴムに含まれる異物を除去することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の天然ゴムの素練り方法。