JP3549973B2

JP3549973B2 - ゴム材料のブローポイント特定方法

Info

Publication number: JP3549973B2
Application number: JP05925496A
Authority: JP
Inventors: 智金子
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2016-03-15
Also published as: JPH09251020A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ゴム材料の、ブローポイントを特別の専用装置を用いることなく、しかも少ないサンプルボリュームによって、簡易迅速に、かつ正確に特定することができるブローポイント特定方法に関するものである。
【０００２】
ここでブローポイントとは、ゴム材料を加圧下で加硫する場合において、加硫を終了するために非加圧状態にした時点で、ゴム材料の内部に、加硫過程で発生する泡が存在しなくなるのに必要な最低限の加硫度、つまり限界加硫度を意味する。
また加硫度は、実験的には、アレニウムの式に従って
【数１】

として表わされる反応状態を示す尺度であり、加硫温度(T) と加硫時間(t) との関数となる。
【０００３】
【従来の技術】
ゴム材料を加圧下で加硫するに際し、ゴム材料のとくに中心部が一定加硫度に達しないまま、その加圧加硫を終了したときは、加硫後のそのゴム材料の中心部が発泡（ブローン）状態となることから、通常は、ゴム材料内でのそのような泡の存在を完全に防止すべく加硫度を決定している。
従って、加硫時間を十分短かくし、しかも泡が全く存在しない製品を製造するための適正加硫度の決定には、ゴム材料のブローポイントを特定することが極めて重要となる。
【０００４】
ところで、このブローポイントは、ゴム配合物の組成、練り方式、練り条件等によって大きく相違するので、ゴム材料の品質管理、ゴム組成物の開発等を行うに際しては、ブローポイントの特定作業を極めて頻繁に行うことが必要になるとともに、ブローポイントを、容易かつ迅速に、高い精度で特定することが必要になる。
【０００５】
そこで出願人は、先に、特開昭62−11163 号（特公平７−18870 号）として、ブローポイント測定装置を提案した。
これは、一端から他端に向って深さが変化し、サンプルゴムを充足収容するキャビティ及びこのキャビティの深さが変化する方向に間隔をおいて位置し、前記キャビティと連通する複数個の貫通孔を有する加硫金型と、キャビティの深さ方向から加硫金型を加熱する加熱源と、前記貫通孔内を出入りして、キャビティ内のサンプルゴムの各部温度を測定する複数本の温度センサとを具え、サンプルゴムのブローポイントの特定のため、キャビティ深さが変化する方向でのサンプルゴム内部の加硫度分布の算出を可能としたものである。
【０００６】
このような装置を用いたブローポイントの特定は、キャビティ内でサンプルゴムを加硫するとともに、加硫中のサンプルゴムの内部温度を複数個所で経時的に測定し、その測定結果から、サンプルゴムの各個所の加硫度を算出し、そして、算出された加硫度が所定の状態に達したときに加硫を終了してサンプルゴムをキャビティから取出し、しかる後、そのサンプルを、厚さが変化する方向に切断するとともに、サンプル内部での泡の存在状態をその厚さの変化方向に目視で観察して、加硫が、泡が全く残存しない程度にまで進行している部分の加硫度を求めることにより行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これがため、かかる従来技術にあっては、ブローポイントを求めるためだけの専用装置が不可欠であるという設備上の問題があり、またそこでは、サンプルの内部での泡の存在の有無を、そのサンプルゴムの、キャビティから取出し後の切断および目視観察によって検査していることから、ブローポイントの特定に要する時間が長くなる他、ブローポイントの特定精度が低くなり、しかも、サンプルゴムの厚さを、その一端から他端に向けて漸次もしくは段階的に変化させて、その最大厚さと最小厚さとの差を所定の範囲とするとともに、平均厚さをもまた所定の範囲とする必要から、サンプルゴムの体積が必然的に大きくなるという不都合もあった。
【０００８】
この発明は、従来技術が抱えるこのような問題点をことごとく解決することを課題として検討した結果なされたものであり、その目的とするところは、ゴム材料の、ムーニー粘度測定装置、レオメータ等の既存の各種応力測定装置に適用して、ブローポイントを短時間のうちに正確に特定することができ、しかも、サンプルゴムの体積を十分小さくすることができる、ゴム材料のブローポイント特定方法を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の、ゴム材料のブローポイント特定方法は、一定容積のキャビティ内に加圧下で封入したサンプルゴムを加硫するに際し、そのサンプルゴムの加硫の進行に伴って、それの圧縮応力が経時的に変化することの他、圧縮応力曲線が特定の状態に至ったときには、サンプルゴム内の気泡が消失等していることを、各種の実験に基づいて新たに見い出したことによりなされたものであり、
対をなすダイにて画成される一定容積のキャビティ内に加圧下で封入したサンプルゴムを加硫するとともに、加硫中のサンプルゴムの圧縮応力を経時的に測定して、圧縮応力曲線が最初の極小値を経て、それに続く極大値に達したときの加硫度を、前述したアレニウスの式と、実測加硫温度および加硫時間とに基づいて算出してブローポイントを特定するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
対をなすダイにて画成される一定容積のキャビティ内に加圧下で封入したサンプルゴムを、それぞれのダイの加熱によって加硫させる場合は、その加硫の開始初期に、サンプルゴム中の配合剤や水分のガス化が生じ、そして発生したガスのガス圧力が、温度の上昇に伴って次第に上昇することに起因して、サンプルを非加圧状態にするとサンプルゴムの内部に発泡現象が現われる。ところで、それらの泡は、加硫がさらに進行して架橋密度が大きくなると、その架橋反応によって徐々に抑え込まれ、ついには、目視にては検知できないほどに縮小し、または消失する。
【００１１】
このように、サンプルゴム内でのガスの発生、膨張、消失等は、加硫による架橋反応の進行と密接な関連を有することから、加硫の進行に伴う、それらのそれぞれの現象を、サンプルゴムに直接的に手を加えることなしに、定量的に、かつ正確に検出することができれば、それぞれの加硫度の加硫済みサンプルゴムを切断し、それらの各々につき、内部での泡の存在の有無を目視観察するまでもなく、ブローポイントを、高い精度をもって迅速に特定することが可能となる。
【００１２】
そこで発明者は、各種の実験を行って、サンプルゴム内でのガスの発生、膨張、消失等の状況のそれぞれについては、一定容積のキャビティ内でのサンプルゴムの圧縮応力の変化を測定することによって、定量的に検出できることを見い出し、また、その圧縮応力の経時的変化と加硫度との相対関係を求めるとともに、圧縮応力の変化に伴う、加硫済みサンプルゴム内での泡の存在状況の変化についての多くの実験を行い、加硫済みサンプルゴム内の泡は、図１に曲線Ａで示す圧縮応力曲線において、その圧縮応力が最初の極小値を過ぎて、その次に現われる極大値まで変化したときに実質的に消失等することを確認した。
【００１３】
このことが現象論的にも問題がないことは、前記極大値の直前まで加硫したサンプルゴムおよび、極大値の直後まで加硫したサンプルゴムのそれぞれについて内部気泡の存在状態を詳細に、かつ入念に観察することによって検証した。
いいかえれば、極大値の直前まで加硫したサンプルゴムでは、詳細な観察の結果として、わずかではあるが、泡の存在が認められたのに対し、極大値およびその直後まで加硫したサンプルゴムでは、泡の存在が全く認められなかった。
なお図１に示すところにおいて、曲線Ａはキャビティ内サンプルゴムの圧縮応力の、時間に対する変化を、曲線Ｂはそのサンプルゴムの加硫度の変化を、そして曲線Ｃは、サンプルゴムの捩り振動変形に対する伝達トルクをそれぞれ示す。
【００１４】
以上のことに基づき、この発明では、たとえば上下に対をなすダイにて画成される一定容積のキャビティ内に、サンプルゴムを加圧下で封入するとともに、そのサンプルゴムを、対をなすそれぞれのダイの加熱に基づいて加硫させる一方、加硫中のサンプルゴムの圧縮応力を経時的に測定する。
【００１５】
なおこの加硫中には、前記〔数１〕に基づく加硫度の算出をもまた経時的に行うべく、サンプルゴムの中央部分の加硫温度(T) および加硫時間(t) の測定も併せて行う。
【００１６】
ここにおいて、圧縮応力は、傾向的に、図１に曲線Ａで示すように変化し、また加硫度は、これも傾向的に、図１に曲線Ｂで示すように変化することになるところ、前述した発明者の新たな知見によれば、圧縮応力曲線が、最初の極小値を経て、その次に現われる極大値である、図中の点Ｄに達したときには、その加硫度の下にてサンプルゴム中の泡が実質的に消失等することになるので、ここでは、圧縮応力が上記極大値に達したことを検知したときの加硫度を前記〔数１〕に基づいて算出て、その加硫度をブローポイントとする。
【００１７】
このようにしてブローポイントを特定する場合には、ダイその他のキャビティ区画手段を具える既存の応力測定装置、たとえば、ムーニー粘度測定装置、レオメータ等にサンプルゴムの圧縮応力測定手段を設けることで、独立したブローポイント特定装置を設備する必要なしに、ブローポイントを求めることができ、また、加硫後のサンプルゴムを切断したり、そのサンプルゴム中の泡の存在状況を目視観察したすることを一切不要として、短時間のうちに、正確にブローポイントを特定することができる。
【００１８】
しかもここでは、小重量の均一厚みのサンプルゴムに加硫を施すことでブローポイントを特定することができるので、一のサンプルゴム中で加硫状況を漸次もしくは段階的に変化させるべく、一端から他端に向けてサンプルゴムの厚さを変化させる従来技術に比して、ゴムの使用量を大きく低減させることができる。
【００１９】
図２は、以上に述べたようにしてブローポイントを特定するに当って用いることができる測定装置の一の実施形態を示す要部縦断面図であり、図中１は上部ダイを、２は下部ダイをそれぞれ示す。
ここで、上部ダイ１は、ダイホルダ３に取付けたリング状固定部材４と、このリング状固定部材４の中央部にシール材を介して配置した上部ダイ本体５とを主要構成部とし、この上部ダイ本体５は、装置をムーニー粘度測定装置としても用いる場合は一方向に回転駆動できるものとし、レオメータとしても用いる場合は往復方向に回動駆動できるものとする。
【００２０】
また下部ダイ２は、ダイホルダ６に取付けたリング状固定部材７と、このリング状固定部材７の中央部にシール材を介して配置した下部ダイ本体８とを主要構成部とする。ここで、下部ダイ本体８は、装置をムーニー粘度測定装置またはレオメータとしても用いる場合は応力検出部としても機能する。
【００２１】
図に示すところでは、下部ダイ本体８にかかる機能をも発揮させるべく、ダイホルダ６を、剛性フレーム９に強固に固定した状態の下で、下部ダイ本体８に断熱材10を介して連結した軸部材11の下端部にトルクアーム12の一端部を締付け固定するとともに、水平に延びるそのトルクアーム12の他端部を、ダイホルダ６にブラケット13によって連結されて水平面内に位置し、上下方向には変形するも、捩りトルクに対しては変形しない支持板14に、他のブラケト15を介して連結し、そして、そのトルクアーム12の中間部にトルクセンサ16を配設する。
【００２２】
このことによれば、上下の両ダイ１，２間に画成される一定容積のキャビティ17内に加圧下で封じ込められたサンプルゴム18に対し、たとえば、上下の両ダイ１，２の加熱状態で、上部ダイ本体５によって、回転もしくは往復回動トルクを加えた場合に、そのサンプルゴム18の物性に応じたトルクが、下部ダイ本体８および軸部材11を経てトルクアーム12に伝達され、そこで、トルクセンサ16によって検出されることになる。
【００２３】
なおこの場合において、下部ダイ本体８、ひいては、軸部材11が上下方向の変位を受けることがあっても、その変位は、支持板14の変形によって吸収されるので、その上下方向変位がトルクの検出に影響を及ぼすことはない。
【００２４】
上下のダイ１，２のこのような構成の下で、ここでは、キャビティ17内に加圧下で封入したサンプルゴム18を、上下のそれぞれのダイ１，２に埋込み配置したヒータ19, 20によって加熱して加硫する場合の、そのサンプルゴム18の圧縮応力の変化を測定すべく、いずれか一方のダイ本体、図では下部ダイ本体８の、キャビティ17の画成に寄与する平坦面内に先端面を有する圧力センサー21をその下部ダイ本体８内に配設し、この圧力センサ21を、剛性フレーム９に連結されて、軸部材11および断熱材10に貫通するバックアップロッド22によって剛固に支持する。
【００２５】
ここにおける圧力センサ21はたとえば、内径が３〜６mmで、深さが10mm程度の筒体内に水銀を充填するとともにその筒体の開口を0.1mm 前後の厚さのＳＵＳ材シートで封止したものを用いることきができ、かかる圧力センサ21によれば、水銀圧力がバックアップロッド22の剛固な支持の下で、キャビティ内のサンプルゴム18の内圧に対応して直接的に変化するので、その水銀圧力を、水銀溜り下に設けられた導管を介して、その下に取付けられたロードセルに作用させて電気的に変換することで、サンプルゴム内圧、ひいては、それの圧縮応力を高い精度で求めることができる。
【００２６】
従って、この圧力センサ21をもって、加硫中のサンプルゴム18の圧縮応力を経時的に測定することにより、図１に曲線Ａで示すような圧縮応力曲線を十分正確に求めることができ、その圧縮応力曲線が、極大値Ｄに達したときの加硫度を算出することで、ブローポイントを、簡易迅速に、かつ高い精度で特定することができる。
【００２７】
なお、図に示すところからは明らかではないが、上下のダイ１，２のいずれか一方には、加硫度の算出に必須となる加硫温度(T) の検知のための温度センサ、好ましくは、サンプルゴム18の内部温度を検知する温度センサを設けることはもちろんである。
【００２８】
ところで、ここにおける圧力センサとしては、ダイヤフラムを用いることもでき、そのダイヤフラムの変形力をロードセルにて検出することによって、サンプルゴムの圧縮応力を求めることも可能である。
【００２９】
図２は測定装置の他の実施形態を示す図であり、これは、軸部材11をラジアル軸受け23, 24によって支持するとともに、その下端に、スラスト軸受25を介して、荷重計もしくはひずみ計とすることができる重量センサ26を配設したものである。ここで、重量センサ26の下端は剛性フレーム９によって剛固に支持される。
【００３０】
かかる構成によれば、重量センサ26にて検出される重量が、キャビティ17内のサンプルゴム内圧、ひいては、サンプルゴム18の圧縮応力に応じて変化するので、それを求めることで、図１に示すような圧縮応力曲線を得ることができ、従って、この場合もまた、圧縮応力曲線が極大値Ｄに達したときの加硫度を算出することによって、ブローポイントを簡易迅速に、かつ十分正確に特定することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上に述べたところから明らかなようにこの発明によれば、独立したブローポイント特定装置を設けることなしに、既存の応力測定装置を用いてブローポイントを特定することが可能となり、しかも、ゴム材料の少ないサンプル量にて、ブローポイントを短時間のうちに正確に特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧縮応力、加硫度および伝達トルクの、時間に対する変化を示すグラフである。
【図２】この発明の実施に用いることができる装置の一の実施形態を示す、要部略線縦断面図である。
【図３】この発明の実施に用いることができる装置の他の実施形態を示す図２と同様の縦断面図である。
【符号の説明】
１上部ダイ
２下部ダイ
３，６ダイホルダ
４，７リング状固定部材
５上部ダイ本体
８下部ダイ本体
９剛性フレーム
10 断熱材
11 軸部材
12 トルクアーム
16 トルクセンサ
17 キャビティ
18 サンプルゴム
19, 20 ヒータ
21 圧力センサ
22 バックアップロッド
23, 24 ラジアル軸受け
25 スラスト軸受け
26 重量センサ

Claims

対をなすダイにて画成される一定容積のキャビティ内に加圧下で封入したサンプルゴムを加硫するとともに、加硫中のサンプルゴムの圧縮応力を経時的に測定して、圧縮応力曲線が最初の極小値を経て極大値に達したときの加硫度を算出してブローポイントとすることを特徴とするゴム材料のブローポイント特定方法に関するものである。