JP4609193B2 - ゴム材料の混練方法 - Google Patents

Description

本発明は、ゴム材料の混練方法に関し、さらに詳しくは、押出し工程で形状不適格となった加硫系配合剤が配合されたゴム材料を、ロール混練機で混練されている混練ゴムに投入し、分散させて有効に利用することができるゴム材料の混練方法に関するものである。

従来、タイヤ等のゴム製品の材料として使用するゴム材料は、天然ゴム等の原料ゴムと非加硫系配合剤とをバンバリーミキサと呼ばれる密閉型混合機によって混練し、この混練ゴムをオープン構造のロール混練機で混練する方法が知られており、種々の方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このようなロール混練機を用いた混練方法では、例えば、密閉型混合機から放出された原料ゴムとカーボン等の非加硫系配合剤とを配合した混練ゴムを、ロール混練機のロール間を繰返しパスさせて目標粘度になるまで混練する。その後、目標粘度になった混練ゴムに硫黄、加硫促進剤等の加硫系配合剤を配合して別の混練機で混練して、最終混練ゴムを得るようにしている。この最終混練ゴムは、シーティング装置等によるシート出しによって、シートゴムとなり、押出し工程で所定形状に押出されて、別工程において成形部材ゴムとして使用される。

ところで、最終混練ゴムを所定形状に押出しする際に、押出しの最初の部分等は、諸条件の設定が十分でないこと等によって、形状が安定せずに形状不適格になるという問題があった。この形状不適格のゴムは形状のみが不適格であり、配合等は適正な仕様であるため、有効に用いることが必要である。

一方で、この形状不適格となったゴム材料は、混練中のゴムと比較して、冷えてゴム温度が低下しており、また、加硫系配合剤が配合されているので、そのままの状態では利用しにくいという問題があった。
特開２００２−１４４３９８号公報

本発明の目的は、押出し工程で形状不適格となった加硫系配合剤が配合されたゴム材料を、ロール混練機で混練されている混練ゴムに投入し、分散させて有効に利用することができるゴム材料の混練方法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明のゴム材料の混練方法は、密閉型混合機から放出された非加硫系配合剤を配合した混練ゴムをロール混練機で目標粘度に混練し、この目標粘度となった混練ゴムに加硫系配合剤を配合して混練し、最終混練ゴムを得るゴム材料の混練方法において、前記最終混練ゴムを用いて所定形状に押し出す押出し工程で形状不適格となったゴム材料を追加ゴムとし、該追加ゴムを計量および加熱して４０℃以上１００℃以下で前記ロール混練機で混練されている混練ゴムに投入し、この混練ゴムとともに追加ゴムを４０℃以上１００℃以下で混練することを特徴とするものである。

本発明のゴム材料の混練方法によれば、密閉型混合機から放出された非加硫系配合剤を配合した混練ゴムをロール混練機で目標粘度に混練し、この目標粘度となった混練ゴムに加硫系配合剤を配合して混練し、最終混練ゴムを得るゴム材料の混練方法において、最終混練ゴムを用いて所定形状に押し出す押出し工程で形状不適格となったゴム材料を追加ゴムとし、この追加ゴムを計量してその量を把握し、所定のゴム量を確保する。

これとともに、追加ゴムを加熱して４０℃以上１００℃以下の状態で、ロール混練機で混練されている混練ゴムに投入するので、追加ゴムの粘度が低下して混練ゴムとの粘度差が小さくなり、かつ、追加ゴムに含まれている加硫系配合剤による反応を抑制して、ゴム焼け等を発生させることなく混練ゴムに分散させることが可能となる。

また、この混練ゴムとともに追加ゴムを４０℃以上１００℃以下で混練するので、加硫系配合剤による反応を抑えながら目標粘度に混練することができる。

以上のように、混練ゴムの品質を低下させることなく、加硫系配合剤の配合された形状不適格となったゴム材料を有効に利用して、目標粘度の混練ゴムを得ることが可能となる。

以下、本発明のゴム材料の混練方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。図１にゴム材料の混練方法を実施するロール混練システムの全体概要を例示する。

バンバリーミキサ１と呼ばれる密閉型混合機では、原料ゴムとカーボン等の非加硫系配合剤とが所定時間混練された後、混練ゴムＲ１が放出されて、バンバリーミキサ１に隣接して配置されているダンプロール２と呼ばれる２軸ロールをロールパスして、搬送コンベヤベルト３によって、ロール混練機４に搬送される。この段階での混練ゴムＲ１は、十分に混練されていないので、粘度が高く、次のロール混練機４で目標粘度になるまで混練される。

この混練システムでは、２台のロール混練機４、４が直列に配置され、混練ゴムＲ１は１台目のロール混練機４での混練に続いて、２台目のロール混練機４で混練される。ロール混練機４のロール５上には、混練ゴムＲ１をガイドする一対のロールガイド５ａ、５ａが可変のガイド幅Ｗを有して設けられている。

尚、ロール混練機４は、２台が直列に配置されることに限定されず、少なくとも１台が配置され、また、並列に配置されることもある。

図３に例示するように、このロール混練機４は対向する一対のロール５、５、練り返しコンベヤベルト７、受け渡しコンベヤベルト１３等から構成され、練り返しコンベヤベルト７および受け渡しコンベヤベルト１３で混練ゴムＲ１の循環経路が形成され、両ロール５、５間に混練ゴムＲ１が繰返しロールパスすることによって、混練ゴムＲ１にせん断力を与えて、粘度低下させる。

ロール混練機４の一対のロール５、５は、互いに反対方向に電動モータ８によって回転駆動され、一方のロール５にはアクチュエータ９が備わり、ロール５を移動させてロールギャップｈを変更可能としている。両ロール５、５間の下方にはロールギャップセンサ１１が配置され、受け渡しコンベヤベルト１３の上方には混練ゴムＲ１のゴム温度Ｔを検知する温度センサ１０と混練ゴムＲ１を冷却する冷却ファン６が配置されている。電動モータ８の電力レベルＰ（駆動トルク）、ロール表面速度Ｖ、ロールギャップｈ、ゴム温度Ｔの各データは、演算装置１２に送信されて制御可能となっている。

練り返しコンベヤベルト７からロール５上に、混練ゴムＲ１が繰返し投入されると、図示しないロールガイド５ａ、５ａ間には、ある程度の混練ゴムＲ１が一時的に滞留し、このゴム量がいわゆるゴムバンク量Ｂとなる。

図１に示すように、２台のロール混練機４、４で混練されて目標粘度になった混練ゴムＲ１は、２台目のロール混練機４の先方に配置された搬送ベルトコンベヤ３で最終混練機１５に搬送され、ここで、加硫系配合剤投入装置１６で投入される硫黄や加硫促進剤等の加硫系配合剤Ｑとともに混練され、すべての配合剤が配合された最終混練ゴムＲ２となる。

最終混練ゴムＲ２は、さらに搬送コンベヤベルト３でシーティング装置１７に搬送され、ここで、シートゴムとなり、サンプリング装置１８を中途に設置した搬送ベルトコンベヤ３によって冷却装置１９に搬送され、次工程で使用されるまで所定の場所で保管される。

次工程では、例えば、この最終混練ゴムＲ２および他のゴム材料を用いて、押出し成形機２４で押出して、所定形状の成形部材ゴムＲ４を得る。ここで、押出し成形機２４での押出しの最初の部分等は、諸条件の設定が十分でないこと等によって、形状が安定せずに、所定の形状に押出すことが困難であり、その部分は形状不適格として成形部材ゴムＲ４として使用することができない。

この形状不適格となったゴム材料Ｒ３は、配合等は適正な仕様であり、形状のみが規格外であるだけなので、有効に利用しなければ資源の無駄となる。そこで、本発明では図１に示すように、この形状不適格となったゴム材料Ｒ３を追加ゴムＲ３とし、追加ゴム処理装置２０を経てロール混練機４で混練されている混練ゴムＲ１に投入して、一緒に混練することによって、この混練ゴムＲ１に分散させて有効に利用するようにしている。

図２に例示するように、追加ゴム処理装置２０は、押出機２１に追加ゴムＲ３を投入する投入コンベヤベルト２２、押出機２１、押出機２１から排出された追加ゴムＲ３を搬送する搬送コンベヤベルト３、計量コンベヤベルト２３、追加ゴムＲ３をロール混練機４に投入する投入コンベヤベルト２２を備えている。

この追加ゴムＲ３は混練中の混練ゴムＲ１に比して、ゴム温度が低下しており、粘度が高くなっている。したがって、加熱して粘度を低下させ、ロール混練機４で混練中の混練ゴムＲ１との粘度差を小さくして、分散させ易くする必要がある。

一方で、追加ゴムＲ３は加硫系配合剤が配合されているため、ゴム温度を高くしすぎると、ゴム焼け等が発生して混練ゴムＲ１に十分、分散させることができない。

そこで、追加ゴムＲ３を追加ゴム処理装置２０の押出機２１によって、所定の温度に加熱する。具体的には、４０℃以上１００℃以下の範囲に加熱して、加硫系配合剤Ｑの反応を抑制しつつ、粘度の低下を図る。

加熱された追加ゴムＲ３は、押出機２１から搬送コンベヤベルト３上に排出されて搬送され、計量コンベヤベルト２３で計量されてその量が把握される。この計量によって、混練ゴムＲ１との混練後に得られる必要なゴム量を確保できる。

計量された所定量および所定温度に加熱された追加ゴムＲ３は、投入ベルトコンベヤ２２によって、ロール混練機４に投入される。これによって、混練中の混練ゴムＲ１と追加ゴムＲ３とが一緒に混練され、次第に追加ゴムＲ３が混練ゴムＲ１に分散してゆく。

尚、追加ゴムＲ３を計量してから、押出機２１で加熱するようにしてもよい。また、追加ゴム処理装置２０の構成は、実施形態に示したものに限定されず、例えば、追加ゴムＲ３を加熱するには、押出機２１以外の加熱機能を有する装置を用いることができる。

追加ゴムＲ３を投入した後のロール混練機４では、加硫系配合剤Ｑの反応を抑制しつつ、目標粘度の混練ゴムＲ１を得るために４０℃以上１００℃以下で混練が行なわれる。

以上のように、本発明では混練ゴムＲ１の品質を低下させることなく、押出し工程で形状不適格となったゴム材料Ｒ３を追加ゴムＲ３として有効に利用して、目標粘度の混練ゴムＲ１を得ることが可能となる。

ここで、追加ゴムＲ３をロール混練機４に投入すると、当初よりもロール混練機４で混練するゴム量が増加するため、そのままの条件設定では、ゴムバンク量Ｂが増加して、混練ゴムＲ１が単位時間に両ロール５、５間をロールパスする回数が減少する。これによって、例えば、目標粘度の混練ゴムＲ１を得るために必要な時間が多くなる。また、ゴムバンク量Ｂは、ロールパスする混練ゴムＲ１に与えるせん断力にも影響し、ひいては粘度低下に影響する。

図４に示すロール混練機４には、図３に示したロール混練機４にゴムバンク量Ｂを検知するバンク量センサ１４が設けられている。このバンク量センサ１４の検知データに基づいて演算装置１２でゴムバンク量Ｂが推定される。例えば、ロール５頂面からゴムの頂面までの高さＨをバンク量センサ１４で検知し、この高さＨと予め演算装置１２に記憶されている推定式を用いてゴムバンク量Ｂを算出する。

目標粘度の混練ゴムＲ１をある所定時間内に得るためには、この算出したゴムバンク量Ｂに基づいて演算装置１２で制御因子を制御してゴムバンク量Ｂを増減させる。ゴムバンク量Ｂを増減させるには、ロール混練機４の両ロールガイド５ａ、５ａのガイド幅Ｗまたはロールギャップｈの少なくともいずれかを制御しておこなう。

ゴムバンク量Ｂを減少させる場合は、両ロールガイド５ａ、５ａのガイド幅Ｗやロールギャップｈを大きくすることで実現できる。ゴムバンク量Ｂを増加させる場合は、上記した反対の制御を実施する。

これによって、追加ゴムＲ３をロール混練機４で混練している混練ゴムＲ１に投入した場合であっても、所定時間に目標粘度の混練ゴムＲ１を得ることができる。

本発明の混練方法を実施する混練システムを例示する全体平面概要図である。 本発明における追加ゴム処理装置を例示する構成図である。 本発明におけるロール混練機を例示する構成図である。 ロール混練機の別の例を示す構成図である。

符号の説明

１ 密閉型混合機（バンバリーミキサ）
２ ダンプロール ３ 搬送コンベヤベルト
４ ロール混練機
５ ロール ５ａ ロールガイド
６ 冷却ファン ７ 練り返しコンベヤベルト
８ 電動モータ ９ アクチュエータ
１０ 温度センサ １１ ロールギャップセンサ
１２ 演算装置 １３ 受け渡しコンベヤベルト
１４ バンク量センサ
１５ 最終混練機 １６ 加硫系配合剤投入装置
１７ シーティング装置 １８ サンプリング装置
１９ 冷却装置
２０ 追加ゴム処理装置 ２１ 押出し機
２２ 投入コンベヤベルト ２３ 計量コンベヤベルト
２４ 押出し成形機
Ｒ１ 混練ゴム Ｒ２ 最終混練ゴム
Ｒ３ 追加ゴム（形状不適格となったゴム材料） Ｒ４ 成形部材ゴム

Claims (3)

1. 密閉型混合機から放出された非加硫系配合剤を配合した混練ゴムをロール混練機で目標粘度に混練し、この目標粘度となった混練ゴムに加硫系配合剤を配合して混練し、最終混練ゴムを得るゴム材料の混練方法において、前記最終混練ゴムを用いて所定形状に押し出す押出し工程で形状不適格となったゴム材料を追加ゴムとし、該追加ゴムを計量および加熱して４０℃以上１００℃以下で前記ロール混練機で混練されている混練ゴムに投入し、この混練ゴムとともに追加ゴムを４０℃以上１００℃以下で混練することを特徴とするゴム材料の混練方法。
2. 前記ロール混練機に投入する追加ゴムの量に応じて、前記ロール混練機のロール上のゴムバンク量を増減する請求項１に記載のゴム材料の混練方法。
3. 前記ゴムバンク量の増減を、前記ロール混練機のロールガイド幅またはロールギャップの少なくともいずれかを制御しておこなう請求項２に記載のゴム材料の混練方法。

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