JP2021017664A - 弾性ロールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】弾性ロールの長寿命化を実現する弾性ロールの製造方法を提供する。【解決手段】外周面を構成するウレタンゴム製の弾性層１３ｂを有し、ストランドＳ１を切断するカッターロール１２の切断刃１２ｂを外周面で受ける弾性ロール１３の製造方法であって、プレポリマーと硬化剤とを含む混合液を硬化させて弾性層１３ｂを形成し、プレポリマーのイソシアネート基に対する硬化剤のアミノ基又は水酸基のモル比を０．９０以上１．０５以下とする。【選択図】図１
Description
本発明は、チョップドストランドを得るための切断装置に用いられる弾性ロールの製造方法に関する。
ガラスチョップドストランド等のチョップドストランドは、樹脂やセメントの強化用繊維、マット製品等として広く用いられている。チョップドストランドは、切断装置を用いてストランドを切断することで得られる。この切断装置は、切断刃を有するカッターロールと、カッターロールの切断刃を受ける弾性ロールとを備えている。
弾性ロールは、カッターロールの回転方向とは逆方向に回転される。そして、弾性ロールとカッターロールとの間にストランドが連続的に供給される。カッターロールの切断刃と弾性ロールとの間において所定の長さにストランドが切断されることにより、チョップドストランドが連続的に製造される。このようなストランドの切断装置に用いられる弾性ロールとしては、ウレタンゴムの外周面を有するものが知られている（特許文献１参照）。
弾性ロールの外周面は、カッターロールの切断刃が直接当たるため、傷等がついて徐々に荒れた状態となる。弾性ロールの外周面が荒れた状態のままストランドの切断を継続すると、ストランドが弾性ロールの外周面の傷に沈み込んで切断刃が十分に当たらなくなるため、ストランドを完全に切断できなくなる。そこで、弾性ロールの表面を研磨して再生する必要がある。そして、複数回再生された弾性ロールは寿命となり、交換が必要となる。したがって、弾性ロールの寿命が短いと、生産効率が低下するという問題がある。
本発明は、弾性ロールの長寿命化を実現する弾性ロールの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の弾性ロールの製造方法は、外周面を構成するウレタンゴム製の弾性層を有し、ストランドを切断するカッターロールの切断刃を前記外周面で受ける弾性ロールの製造方法であって、プレポリマーと硬化剤とを含む混合液を硬化させて前記弾性層を形成し、前記プレポリマーのイソシアネート基に対する前記硬化剤のアミノ基又は水酸基の官能基数比が０．９０以上１．０５以下であることを特徴とする。
上記の構成によれば、弾性層の外周面に傷が発生し難い。これにより、ストランドの切断不良が発生し難く、弾性層の寿命が延びる。
上記の弾性ロールの製造方法において、前記弾性層の硬度が、ＪＩＳ Ｋ６２５３−３に規定されるデュロメータタイプＡで測定される硬度において、８１以上９１以下であることが好ましい。
上記の構成によれば、弾性層を構成するウレタンゴムの硬度は８１以上であるため、弾性層の外周面に傷が発生し難い。これにより、ストランドの切断不良が発生し難く、弾性層の寿命が延びる。一方、弾性層を構成するウレタンゴムの硬度は９１以下であるため、切断刃が弾性層の外周面に食い込むように押圧された後の復元力が得られ易くなる。すなわち、切断刃によって再び押圧される弾性層の外周面に凹部が形成され難くなる。これにより、ストランドを切断刃と弾性層の外周面とによって挟み込む力が低下し難くなるため、弾性層の寿命が延びるとともに、ストランドの切断不良が発生し難くなる。
また上記の弾性ロールの製造方法において、前記弾性層は、前記混合液を８０℃以上１２０℃以下に加熱して硬化させて形成することが好ましい。
上記の構成によれば、外周面に傷が発生し難い弾性層を得ることができる。これにより、ストランドの切断不良が発生し難く、弾性層の寿命が延びる。
また上記の弾性ロールの製造方法において、前記弾性層の伸び率が、５３０％以上７５０％以下であることが好ましい。
上記の構成によれば、ウレタンゴムの伸び率を高くすることで、ウレタンゴムの粘りが大きくなり、ストランドを切断する際に、ウレタンゴムに傷が付き難くなり、弾性層の寿命を延ばすことができる。
また上記の弾性ロールの製造方法において、前記弾性層の寿命が、１１５時間以上１４０時間以下であることが好ましい。
上記の構成によれば、弾性層の寿命が従来の約１００時間を超え、長寿命化を実現することができる。
本発明の弾性ロールの製造方法によれば、弾性ロールの長寿命化を実現することができる。
図１は、ストランドの切断装置を示す概略正面図であり、図２は、その概略平面図である。切断装置１１に供給されるストランドＳ１は、数十本から数千本のモノフィラメントが集束された繊維束である。ストランドＳ１を構成するモノフィラメントとしては、例えば、無機繊維、有機繊維、金属繊維又は炭素繊維が挙げられる。本実施形態の切断装置１１は、ガラスストランドの切断装置１１として好適である。
切断装置１１は、カッターロール１２と、弾性ロール１３とを備えている。カッターロール１２は、カッターロール本体１２ａと、カッターロール本体１２ａの外周面に取り付けられた複数の切断刃１２ｂとを備えている。複数の切断刃１２ｂは、カッターロール本体１２ａの周方向において等間隔、かつカッターロール本体１２ａの軸心に対して放射状に突出している。
隣り合う切断刃１２ｂ、１２ｂの周方向における間隔は、チョップドストランドＳ２の長さに対応して設定される。隣り合う切断刃１２ｂ、１２ｂの周方向における間隔、すなわちチョップドストランドＳ２の長さは、例えば、１〜１００ｍｍの範囲内の所定の長さに設定される。カッターロール本体１２ａは、例えば、鋼鉄等の金属材料から構成される。切断刃１２ｂは、例えば、鋼鉄や超硬合金等の金属材料から構成される。
弾性ロール１３は、弾性ロール本体１３ａと、弾性ロール本体１３ａの外周面に積層され、弾性ロール１３の外周面を構成する弾性層１３ｂとを備えている。弾性ロール本体１３ａは、例えば、鋼鉄等の金属材料から構成される。弾性層１３ｂは、ウレタンゴム製である。弾性ロール１３の外径は、例えば２５０〜４００ｍｍであり、弾性ロール１３の軸方向の長さは、例えば２５０〜４００ｍｍであり、弾性層１３ｂの厚さは、例えば５〜１５０ｍｍである。
カッターロール１２及び弾性ロール１３は、カッターロール１２の軸心と、弾性ロール１３の軸心とが平行になるように配置されている。また、カッターロール１２及び弾性ロール１３は、弾性層１３ｂの外周面に切断刃１２ｂが圧接される間隔で配置されている。このように配置された弾性ロール１３の外周面は、カッターロール１２の切断刃１２ｂを受ける面となる。
図１に示すように、カッターロール１２と弾性ロール１３とは、カッターロール１２と弾性ロール１３との間に供給されるストランドＳ１を送り出す方向に回転される。詳述すると、弾性ロール１３は、カッターロール１２の回転方向Ｒ１（図１では反時計回り）とは逆回転となる回転方向Ｒ２（図１では時計回り）に回転される。
図２に示すように、カッターロール１２は、第１駆動部１４により回転駆動される。弾性ロール１３は、第２駆動部１５により回転駆動される。第１駆動部１４及び第２駆動部１５としては、周知のモータを用いることができる。
切断装置１１には、複数本のストランドＳ１が供給される。切断装置１１に供給されるストランドＳ１の本数は、チョップドストランドＳ２の生産性を高めるという観点から、３０本以上であることが好ましく、より好ましくは４０本以上であり、さらに好ましくは５０本以上である。一方、例えば、カッターロール１２の交換等の装置のメンテナンスが容易であるという観点からは、切断装置１１に供給されるストランドＳ１の本数は、１０００本以下であることが好ましい。
次に、弾性ロール１３の弾性層１３ｂについて詳しく説明する。弾性層１３ｂを構成するウレタンゴムの硬度は、８１以上９１以下であることが好ましく、より好ましくは８６以上８９以下である。なお、ウレタンゴムの硬度は、ＪＩＳ Ｋ６２５３−３に規定されるデュロメータタイプＡで測定される硬度である。
弾性層１３ｂを構成するウレタンゴムの引張強度は、３０ＭＰａ以上であることが好ましい。ウレタンゴムの引張強度を高くすることで、ウレタンゴムの粘りが大きくなり、ストランドＳ１を切断する際に、ウレタンゴムに傷が付き難くなり、弾性ロール１３の寿命を延ばすことができる。弾性層１３ｂを構成するウレタンゴムの引張強度の上限は、特に限定されないが、例えば、６０ＭＰａ以下である。なお、ウレタンゴムの引張強度は、ＪＩＳ Ｋ６２５１（旧 ＪＩＳ Ｋ６３０１）に規定される方法を用いて測定される引張強さである。
弾性層１３ｂを構成するウレタンゴムの引裂強度は、７０ｋＮ／ｍ以上であることが好ましく、７３ｋＮ／ｍ以上であることがより好ましい。ウレタンゴムの引裂強度を高くすることで、ウレタンゴムの粘りが大きくなり、ストランドＳ１を切断する際に、ウレタンゴムに傷が付き難くなり、弾性層１３ｂの寿命を延ばすことができる。弾性層１３ｂを構成するウレタンゴムの引裂強度の上限は、特に限定されないが、例えば、１５０ｋＮ／ｍ以下である。なお、ウレタンゴムの引裂強度は、ＪＩＳ Ｋ６２５２に規定される切込み無しのアングル形試験片を用いて測定される引裂強度である。
弾性層１３ｂを構成するウレタンゴムの伸び率は、５３０％以上７５０％以下であることが好ましい。ここでいう伸び率は、破断時の最大伸び率である。ウレタンゴムの伸び率を高くすることで、ウレタンゴムの粘りが大きくなり、ストランドＳ１を切断する際に、ウレタンゴムに傷が付き難くなり、弾性層１３ｂの寿命を延ばすことができる。
弾性層１３ｂは、ウレタン原料としてのポリウレタンプレポリマーと、硬化剤とを含有するウレタン組成物から形成される。ポリウレタンプレポリマーは、ポリオールとイソシアネートとの反応生成物であり、末端にイソシアネート基を有する。ポリウレタンプレポリマーとしては、例えば、ポリオールとしてポリエステルポリオールを用いたポリエステル系プレポリマー、ポリオールとしてポリカプロラクトンポリオールを用いたポリカプロラクトン系プレポリマー又はポリオールとしてポリエーテルポリオールを用いたポリエーテル系プレポリマー等を用いることができる。
ポリエステルポリオールとしては、例えば、アジピン酸、フタル酸等のポリカルボン酸と、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等のポリオールとのポリエステルポリオールが挙げられる。
ポリカプロラクトンポリオールとしては、例えば、カプロラクトン等の環状エステルモノマーを開環重合して得られるものが挙げられる。ポリエーテルポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、グリセリン、ソルビトール等のポリオールに、プロピレンオキサイド、エチレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加したものが挙げられる。
イソシアネートとしては、例えば、１，３−フェニレンジイソシアネート、１，４−フェニレンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、２，４´−ジフェニルメタンジイソシアネート、４，４´−ジフェニルメタンジイソシアネート、４，４´−ジイソシアナトビフェニル、３，３´−ジメチル−４，４´−ジイソシアナトビフェニル、３，３´−ジメチル−４，４´−ジイソシアナトジフェニルメタン、１，５−ナフチレンジイソシアネート、４，４´，４´´−トリフェニルメタントリイソシアネート、ｍ−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネート又はｐ−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネートが挙げられる。
ポリウレタンプレポリマーは、１種類又は２種類以上を使用することができる。弾性層１３ｂを構成するウレタンゴムは、アジペート系エステルプレポリマーを含むポリウレタンプレポリマーを用いて得られることが好ましい。アジペート系エステルプレポリマーを含むポリウレタンプレポリマーを用いることで、ウレタンゴムの引裂強度を高めることができ、弾性層１３ｂの寿命を延ばすことができる。
アジペート系エステルプレポリマーは、アジピン酸とポリオールとのポリエステルポリオールと、イソシアネートとの反応生成物である。アジピン酸とポリオールとのポリエステルポリオールとしては、例えば、エチレンアジペートエステルポリオール、ブチレンアジペートエステルポリオール、ヘキシレンアジペートエステルポリオール、エチレンプロピレンアジペートエステルポリオール、エチレンブチレンアジペートエステルポリオール又はエチレンネオペンチレンアジペートエステルポリオールが挙げられる。
アジペート系エステルプレポリマーは、アジピン酸とポリオールとのポリエステルポリオールと、トリレンジイソシアネートとの反応生成物であることがより好ましい。アジペート系エステルプレポリマーをこれらの反応生成物とすることで、ウレタンゴムの引裂強度を高めることができ、弾性層１３ｂの寿命を延ばすことができる。
硬化剤（鎖延長剤）としては、例えば、４，４´−メチレンビス（２−クロロアニリン）（以下、ＭＢＯＣＡと記す）、４，４´−メチレンビスアニリン等のジアミン系硬化剤、グリコール、多価アルコール等が挙げられる。硬化剤は、１種類又は２種類以上を使用することができる。
弾性層１３ｂを構成するウレタンゴムは、アジペート系エステルプレポリマーを含むポリウレタンプレポリマーと、ＭＢＯＣＡを含む硬化剤を用いて得られることが好ましい。ＭＢＯＣＡを含む硬化剤を用いることで、場所によるばらつきのない均一なウレタンゴムを得ることができ、ストランドＳ１の切断不良を抑えることができる。
ウレタン組成物には、例えば、難燃剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等を含有させてもよい。
ウレタン組成物中におけるポリウレタンプレポリマーの含有量及び硬化剤の含有量は、ウレタン組成物から得られるウレタンゴムの硬度が上述した範囲となるように設定される。ポリウレタンプレポリマーのイソシアネート基に対する硬化剤のアミノ基又は水酸基の官能基数比が０．９０以上１．０５以下の範囲に設定される。ウレタン組成物を調製する際には、ポリウレタンプレポリマーを脱泡した後に硬化剤と混合することが好ましい。
上述した弾性ロール１３を製造するには、まず、ウレタン組成物を金型に注入するとともに加熱することで円筒状の弾性体を成形する。この円筒状の弾性体の内側に弾性ロール本体１３ａを挿入することにより、弾性ロール１３が得られる。ウレタン組成物の加熱温度は、８０℃以上１２０℃以下であることが好ましく、金型注入前に予備加熱することが好ましい。また、ウレタン組成物の加熱時間は、２４時間以上４８時間以下であることが好ましい。
なお、弾性ロール１３は、弾性ロール本体１３ａをインサートした金型にウレタン組成物を注入することで、弾性体の成形と、弾性ロール本体１３ａへの弾性体の装着とを同時に行ってもよい。また、弾性ロール１３において、弾性ロール本体１３ａと、ウレタンゴム製の弾性層１３ｂとの間に、例えば、硬度が９１を超える弾性層、硬度が８１未満の弾性層、ウレタンゴム以外の材料から構成された弾性層、接着層等を設けることもできる。
次に、弾性ロール１３の作用を切断装置１１の動作とともに説明する。弾性ロール１３は、切断装置１１に装着され、カッターロール１２とともに回転される。切断装置１１の弾性ロール１３とカッターロール１２との間には、ストランドＳ１が供給される。ストランドＳ１を切断刃１２ｂと弾性層１３ｂの外周面とにより挟み切断することでチョップドストランドＳ２が得られる。
このとき、弾性層１３ｂを構成するウレタンゴムの硬度は８１以上であるため、弾性層１３ｂの外周面に傷が発生し難い。これにより、ストランドＳ１の切断不良が発生し難く、弾性層１３ｂの寿命が延びる。一方、弾性層１３ｂを構成するウレタンゴムの硬度は９１以下であるため、切断刃１２ｂが弾性層１３ｂの外周面に食い込むように押圧された後の復元力が得られ易くなる。すなわち、切断刃１２ｂによって再び押圧される弾性層１３ｂの外周面に凹部が形成され難くなる。これにより、ストランドＳ１を切断刃１２ｂと弾性層１３ｂの外周面とによって挟み込む力が低下し難くなるため、弾性層１３ｂの寿命が延びるとともに、ストランドＳ１の切断不良が発生し難くなる。
このような切断装置１１の弾性ロール１３において、弾性層１３ｂの寿命は、１１５時間以上１４０時間以下となる。従来の弾性層の寿命は約１００時間であるため、１０％以上の長寿命化を実現することができる。弾性層１３ｂの長寿命化により、弾性ロール１３の交換頻度を低下させ、チョップドストランドＳ２の生産効率を向上させることができる。
なお、弾性層１３ｂの寿命は、番手が１２８０ｔｅｘのガラスストランド１００本を、２２５ｍ／分でカッターロール１２と弾性ロール１３の間に供給した場合における寿命である。すなわち、直径３７０ｍｍの弾性ロール１３（弾性層１３ｂの厚み１００ｍｍ）を準備し、切断刃１２ｂを弾性ロール１３に２ｍｍ食い込ませた状態でガラスストランドを切断し、弾性ロール１３の表面の凹凸の平均が１．５ｍｍ以上となったときに表面を研削する。研削後に再度切断刃１２ｂを２ｍｍ食い込ませて切断を再開する。この作業の繰り返しにより、弾性ロール１３の直径が２８０ｍｍとなったときに寿命とする。
弾性層１３ｂを作製する際に、ウレタン組成物中におけるポリウレタンプレポリマーと硬化剤との配合比を変え、実施例１から実施例４の弾性ロール１３を作製した。
＜実施例１＞
ポリウレタンプレポリマーとしてアジペート系エステルプレポリマーを用い、硬化剤としてＭＢＯＣＡを用い、ポリウレタンプレポリマーのイソシアネート基に対する硬化剤のアミノ基の官能基数比が０．９０となるようにウレタン組成物を調製した。このウレタン組成物を１００℃で予備加熱してから金型に注入し、１００℃で３６時間加熱することで直径が３７０ｍｍの円筒状の弾性体を得た。得られた弾性体を弾性ロール本体に装着することで実施例１の弾性ロールを得た。表１に、弾性ロールの弾性層を構成するウレタンゴムの硬度、引張強度、伸び率、引裂強度の測定結果を示す。
ポリウレタンプレポリマーとしてアジペート系エステルプレポリマーを用い、硬化剤としてＭＢＯＣＡを用い、ポリウレタンプレポリマーのイソシアネート基に対する硬化剤のアミノ基の官能基数比が０．９０となるようにウレタン組成物を調製した。このウレタン組成物を１００℃で予備加熱してから金型に注入し、１００℃で３６時間加熱することで直径が３７０ｍｍの円筒状の弾性体を得た。得られた弾性体を弾性ロール本体に装着することで実施例１の弾性ロールを得た。表１に、弾性ロールの弾性層を構成するウレタンゴムの硬度、引張強度、伸び率、引裂強度の測定結果を示す。
次に、得られた弾性ロールを切断装置に装着し、ガラスストランドの切断を行った。ガラスストランドとしては、番手が１２８０ｔｅｘのガラスストランドを１００本用いた。なお、カッターロールとしては、ガラスストランドを３ｍｍの長さに切断するものを用いた。そして、弾性ロールの弾性層の寿命を上述した方法で測定した。その結果を表１に示す。
＜実施例２＞
ポリウレタンプレポリマーのイソシアネート基に対する硬化剤のアミノ基の官能基数比が０．９５となるようにウレタン組成物を調製した以外は、実施例１と同様にして実施例２の弾性ロールを作製し、得られた弾性ロールを切断装置に装着してガラスストランドの切断を行った。実施例２の測定結果を表１に示す。
ポリウレタンプレポリマーのイソシアネート基に対する硬化剤のアミノ基の官能基数比が０．９５となるようにウレタン組成物を調製した以外は、実施例１と同様にして実施例２の弾性ロールを作製し、得られた弾性ロールを切断装置に装着してガラスストランドの切断を行った。実施例２の測定結果を表１に示す。
＜実施例３＞
ポリウレタンプレポリマーのイソシアネート基に対する硬化剤のアミノ基の官能基数比が１．００となるようにウレタン組成物を調製した以外は、実施例１と同様にして実施例３の弾性ロールを作製し、得られた弾性ロールを切断装置に装着してガラスストランドの切断を行った。実施例３の測定結果を表１に示す。
ポリウレタンプレポリマーのイソシアネート基に対する硬化剤のアミノ基の官能基数比が１．００となるようにウレタン組成物を調製した以外は、実施例１と同様にして実施例３の弾性ロールを作製し、得られた弾性ロールを切断装置に装着してガラスストランドの切断を行った。実施例３の測定結果を表１に示す。
＜実施例４＞
ポリウレタンプレポリマーのイソシアネート基に対する硬化剤のアミノ基の官能基数比が１．０５となるようにウレタン組成物を調製した以外は、実施例１と同様にして実施例４の弾性ロールを作製し、得られた弾性ロールを切断装置に装着してガラスストランドの切断を行った。実施例４の測定結果を表１に示す。
ポリウレタンプレポリマーのイソシアネート基に対する硬化剤のアミノ基の官能基数比が１．０５となるようにウレタン組成物を調製した以外は、実施例１と同様にして実施例４の弾性ロールを作製し、得られた弾性ロールを切断装置に装着してガラスストランドの切断を行った。実施例４の測定結果を表１に示す。
表１に示すように、実施例１〜４において弾性ロールの弾性層の寿命が従来の約１００時間を超え、長寿命化を実現していることがわかる。
１２ カッターロール
１２ｂ 切断刃
１３ 弾性ロール
１３ｂ 弾性層
Ｓ１ ストランド
１２ｂ 切断刃
１３ 弾性ロール
１３ｂ 弾性層
Ｓ１ ストランド
Claims (5)
- 外周面を構成するウレタンゴム製の弾性層を有し、ストランドを切断するカッターロールの切断刃を前記外周面で受ける弾性ロールの製造方法であって、
プレポリマーと硬化剤とを含む混合液を硬化させて前記弾性層を形成し、
前記プレポリマーのイソシアネート基に対する前記硬化剤のアミノ基又は水酸基の官能基数比が０．９０以上１．０５以下である、
ことを特徴とする弾性ロールの製造方法。 - 前記弾性層の硬度が、ＪＩＳ Ｋ６２５３−３に規定されるデュロメータタイプＡで測定される硬度において、８１以上９１以下である、
ことを特徴とする、請求項１に記載の弾性ロールの製造方法。 - 前記弾性層は、前記混合液を８０℃以上１２０℃以下に加熱して硬化させて形成する、
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の弾性ロールの製造方法。 - 前記弾性層の伸び率が、５３０％以上７５０％以下である、
ことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の弾性ロールの製造方法。 - 前記弾性層の寿命が、１１５時間以上１４０時間以下である、
ことを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の弾性ロールの製造方法。
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