JP2018030252A - 密閉型混練機および混練方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴム成分中の配合剤の分散性に優れ、効率的な混練が可能な密閉型混練機および混練方法を提供すること。【解決手段】ゴム成分および配合剤を混練する密閉型混練機であり、混練中のゴム組成物温度を測定する温度測定手段、測定された温度と設定温度とを比較し、比較結果に基づいてローター回転数を制御可能なローター回転数制御手段、および測定された温度および混練時間からアレニウス式により、ゴム組成物に加えた熱量を算出する熱量算出手段を有する密閉型混練機、および当該密閉型混練機を用いたゴム成分および配合剤の混練方法。【選択図】なし

Description

本発明は、密閉型混練機および混練方法に関する。

タイヤ等に使用されるゴム組成物には、ゴム組成物を補強して剛性、グリップ力を生み出すためにカーボンブラックやシリカなどの補強材が使用されている。ゴム成分、カーボンブラック、シリカ、その他の配合剤の混練工程は、各成分を投入口からチャンバー内に一定量投入し、次にラムウェイトを下降させ、ローターを回転させることでゴム成分にせん断力を加え、カーボンブラック、シリカ、その他の配合剤をゴム成分に分配させる工程である。

従来の混練工程は、ローターの回転数、ラムウェイトの上昇、下降、混練時間、混練温度をあらかじめ設定して混練を制御している。そして所定条件を満たすと混練が終了し、ドロップドアから混練されたゴム組成物が排出される。

カーボン、シリカ、その他の配合剤はゴム成分にある一定のせん断力が加わった後にゴム成分内に分配される。しかし、外気温や設備温度、原材料の温度等によって、固定条件で混練しても温度上昇の度合いが変化するため混練時間が一定にならず、ゴム組成物に加わる熱量もしくは積算電力にばらつきが生じる。

特にシリカとカップリング剤を含むゴム組成物の場合、シリカとカップリング剤の反応には熱が必要となる。混練中にゴム組成物に加わる熱量もしくは積算電力が少なければ、シリカとカップリング剤の反応が進まず、ゴム組成物本来の物性が得られないため、タイヤ性能悪化の要因となる。また、混練中にゴム組成物に加わる熱量もしくは積算電力が多すぎる場合もタイヤ性能悪化の要因となる。

特許文献１には、ロータの回転駆動に関する積算電力量および積算回転数に基づいて混練異常を判定する方法が記載されているが、異常の発生を抑制する方法については記載されていない。

特開２０１４−２２６９１０号公報

本発明は、ゴム成分中の配合剤の分散性に優れ、効率的な混練が可能な密閉型混練機および混練方法を提供することを目的とする。

本発明は、ゴム成分および配合剤を混練する密閉型混練機であり、混練中のゴム組成物温度を測定する温度測定手段、測定された温度と設定温度とを比較し、比較結果に基づいてローター回転数を制御可能なローター回転数制御手段、および測定された温度および混練時間からアレニウス式により、ゴム組成物に加えた熱量を算出する熱量算出手段を有する密閉型混練機に関する。

また、本発明は前記密閉型混練機を用いたゴム成分および配合剤の混練方法であり、熱量算出手段により算出された熱量が予め設定した熱量に達した時点で混練を終了する混練方法に関する。

本発明の密封型混練機および混練方法によれば、ゴム成分中の配合剤の分散性に優れ、効率的な混練が可能である。

本発明の一実施形態である密閉型混練機は、混練中のゴム組成物温度を測定する温度測定手段、測定された温度と設定温度とを比較し、比較結果に基づいてローター回転数を制御可能なローター回転数制御手段、および測定された温度および混練時間からアレニウス式により、ゴム組成物に加えた熱量を算出する熱量算出手段を有する密閉型混練機である。

前記温度測定手段は、密閉型混練機内で混練中のゴム組成物の温度を測定することが可能な手段であれば特に限定されず、従来の温度測定手段とすることができる。測定された温度情報は、後述のローター回転数制御手段および熱量算出手段に送信される。

温度測定手段における温度測定は、短時間で実施することが好ましく、１〜１０秒間隔がより好ましく、１〜２秒間隔で実施することがさらに好ましい。測定間隔が１０秒より長い場合は、温度情報が不足し、本発明の効果が充分に得られない恐れがある。

前記ローター回転数制御手段は、温度測定手段で測定された温度および設定されたキープ温度に基づいて、密閉型混練機のローター回転数を制御する手段である。例えば、今度測定手段により測定された温度が、予め設定されたキープ温度を超えたり、低い場合は、温度差に基づいてローター回転数下げたり、上げたりすることができる手段である。また、ローター回転数制御手段は、温度測定手段で測定された温度および設定されたキープ温度を比較する温度比較手段と、比較結果に基づいてローター回転数を制御する制御手段により構成されてもよい。

ローター回転数制御手段における制御は、１〜３０秒間隔で実施することが好ましく、１〜１０秒間隔で実施することがより好ましい。制御間隔が３０秒より長い場合は、ゴム組成物の温度変化に対するローター制御による対応が間に合わず、本発明の効果が充分に得られなくなる恐れがある。

前記熱量算出手段は、温度測定手段により測定された温度および混練時間からアレニウス式により、ゴム組成物に加えた熱量を算出する手段である。すなわち、下記式（１）に示すアレニウス式による加硫量計算式により、ゴム組成物に加えた熱量（ＥＣＵ）を算出する手段である。
式（１）

式（１）中、Ｅは活性化エネルギー（８３．７２ｋＪ／ｍｏｌ）を、ｔは混練時間（分）を、Ｒは気体定数（８．３１８Ｊ／ｍｏｌ・ｄｅｇ）、Ｔは測定温度（Ｋ）をＴ₀は基準温度（４１４．８６Ｋ）を示す。

本実施形態にかかる密閉型混練機は、前記の温度測定手段、ローター回転数制御手段および熱量算出手段を有することにより、外気温や設備温度、原材料の温度等に影響されず、毎回既定の熱量をゴム組成物に与えることができる。そのため、シリカとカップリング剤との反応を確保し、ゴム組成物内のシリカ分散のばらつきを抑制できるため、タイヤ性能向上に繋がるゴム組成物を、安定的かつ効率的に混練することができる。

本実施形態にかかる密閉型混練機は、前記の温度測定手段、ローター回転数制御手段および熱量算出手段以外に、従来の混練機が有する通常の設備を有することができる。例えば、原材料投入口、チャンバー、ローター、ラムウェイト、ドロップドア（排出口）などを混練する原材料に応じて有することができる。

本発明の一実施形態である混練方法は、前記密閉型混練機を用いたゴム成分および配合剤の混練方法であり、熱量算出手段により算出された熱量が予め設定した熱量に達した時点で混練を終了する混練方法である。当該混練方法によれば、毎回既定の熱量をゴム組成物に与えることができる。

また、前記混練方法は、キープ温度およびローター回転数を予め設定しておくことが好ましい。

本実施形態にかかる混練方法を例を挙げて説明するが、この方法にのみ限定されるものではない。まず、あらかじめ設定した混練り条件でキープ温度までゴム組成物の温度を上昇させ、キープ温度に達した後は、ローター回転数をあらかじめ設定したキープ練り回転数とする。そして、例えば１秒ごとにゴム組成物温度を測定し（温度測定工程）、混練り温度が一定になるようにあらかじめ設定したサンプリング周期に沿ってローター回転数に補正をかける（ローター回転数制御工程）。具体的には、キープ温度１５０℃、キープ練り回転数１５ｒｐｍ、サンプリング周期２秒と設定した場合、キープ温度１５０℃に達して２秒後に混練り温度が１５３℃になった場合、ローター回転数を２％減速させる。そして、アレニウス式による加硫量計算式により熱量を計算し（熱量算出工程）、予め設定した熱量に達するまで混練りを行う。

本実施形態にかかる混練方法を適用し得るゴム製品としては特に限定されず、例えば、タイヤ、ホース、駆動ベルト、コンベアベルト、靴底、緩衝材、防振ゴム、免振ゴムなどが挙げられる。

本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は、実施例にのみ限定されるものではない。

実施例
温度測定手段、ローター回転数制御手段および熱量算出手段を有する密封型混練機を用い、排出温度：１５０℃、キープ温度：１５０℃、キープ練り基本回転数：１５ｒｐｍ、サンプリング周期：２秒、加える熱量：９０ＥＣＵの条件設定でゴム成分および配合剤の混練を行った。混練に用いた原材料を表１に示す。

比較例
実施例と同様の原材料を、排出温度を１５０℃とする従来の混練方法により混練を行った。

得られた混練物について下記の評価を行った。評価結果を表２に示す。

ムーニー粘度ばらつき
ＪＩＳ Ｋ６３００−１に従い、混練物のムーニー粘度（ＭＬ₁₊₄）を測定し、ばらつき（標準偏差／平均値）を算出した。数値が小さいほどばらつきが少なく良好であることを示す。なお、ｎ数は１０ずつで行った。

フィラー分散性
各混練物の歪４％〜２５６％までの歪せん断力Ｇ^*をαテクノロジー社製ＲＰＡ２０００を用いて測定した。そして、下記計算式により、フィラー分散性の指標ΔＧ^*を求めた。結果は比較例のΔＧ^*を１００とする指数で示す。指数が小さいほど、フィラーの分散性に優れることを示す。
ΔＧ^*＝（Ｇ^*（４％）−Ｇ^*（２５６％））／Ｇ^*（４％）
Ｇ^*（ｎ％）はｎ％歪印加時のせん断弾性率を表す。

粘弾性試験
各混練物を幅４ｍｍ、長さ４０ｍｍ、厚さ２ｍｍに切り出し、（株）岩本製作所製の粘弾性測定機にて複素弾性率（Ｅ＊）および損失正接（ｔａｎδ）の粘弾性物性を測定した。測定条件は、動歪み１％、振動周波数１０Ｈｚ、温度３０℃とした。Ｅ＊の値は大きいほど弾性率において優れ変形が少ないことを示す。また、ｔａｎδの値は小さいほど、低発熱性において優れていることを示す。

表２の結果より、温度測定手段、ローター回転数制御手段および熱量算出手段を有する本発明の密封型混練機および本発明の混練方法によれば、ばらつきが小さく、ゴム成分中の配合剤の分散性に優れ、効率的な混練が可能であることが分かる。

Claims (2)

1. ゴム成分および配合剤を混練する密閉型混練機であり、
   混練中のゴム組成物温度を測定する温度測定手段、
   測定された温度と設定温度とを比較し、比較結果に基づいてローター回転数を制御可能なローター回転数制御手段、および
   測定された温度および混練時間からアレニウス式により、ゴム組成物に加えた熱量を算出する熱量算出手段を有する密閉型混練機。
2. 請求項１記載の密閉型混練機を用いたゴム成分および配合剤の混練方法であり、
   熱量算出手段により算出された熱量が予め設定した熱量に達した時点で混練を終了する混練方法。