JP4639981B2 - Kneading control method of silica compound rubber - Google Patents
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Description
本発明は、シリカ配合ゴムの混練制御方法に関し、さらに詳しくは、シリカの分散性を向上させて品質の安定化を図るとともに、目標粘度のゴムを得ることができる生産性に優れたシリカ配合ゴムの混練制御方法に関するものである。 The present invention relates to a method for controlling the kneading of a silica-blended rubber. More specifically, the present invention relates to a silica-blended rubber excellent in productivity capable of improving the dispersibility of silica to stabilize the quality and obtaining a rubber having a target viscosity. This relates to a kneading control method.
タイヤのトレッドゴム等では、シリカを配合したシリカ配合ゴムを用いることによって、タイヤの低燃費性やウエットグリップ性を向上させることが知られている。しかし、シリカは粒子どうしが凝集しやすいため、ゴムに対する分散性が悪く、シランカップリング剤を配合してシリカとカップリング反応させることによって、分散性を向上させるようにしている。このようなシリカ配合ゴムの混練については、最適な混練温度等が種々、提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For tire tread rubber and the like, it is known to improve the fuel efficiency and wet grip performance of a tire by using a silica-containing rubber containing silica. However, since silica easily aggregates between particles, the dispersibility to rubber is poor, and the dispersibility is improved by adding a silane coupling agent and causing a coupling reaction with silica. For such kneading of the silica-containing rubber, various optimum kneading temperatures have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
従来、このシリカ配合ゴムは図5に示すように、バンバリーミキサと呼ばれる密閉型混合機1を用いて混練していた。その混練方法は、シリカ配合ゴムR1のゴム温度が上昇し過ぎないように所定時間混練した後、放出して冷却させ、再度、密閉型混合機で混練して、カップリング反応を促進してシリカを分散させつつ目標粘度となるまで混練するようにしていた。
Conventionally, this silica compound rubber has been kneaded by using a closed
しかしながら、このように密閉型混合機1で繰返し何度も混練すると、混練時間が長くなり、結果的に所定時間に密閉型混合機1で混練して得ることができるシリカ配合ゴムR1のゴム量を増加させることができずに、生産性が悪いという問題があった。
本発明の目的は、シリカの分散性を向上させて品質の安定化を図るとともに、目標粘度のゴムを得ることができる生産性に優れたシリカ配合ゴムの混練制御方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a kneading control method of a silica-containing rubber excellent in productivity and capable of obtaining a rubber having a target viscosity while improving the dispersibility of silica to stabilize the quality.
上記目的を達成するため本発明のシリカ配合ゴムの混練制御方法は、シリカおよびシランカップリング剤を配合したシリカ配合ゴムを目標粘度に混練するシリカ配合ゴムの混練制御方法であって、シリカ配合ゴムに、予め設定されたシリカおよびシランカップリング剤の反応完了に必要な熱履歴量の中途の熱履歴量を、密閉型混合機による混練によって付与し、続いて前記密閉型混合機に直列に配置された少なくとも2台のロール混練機を用いて、前記密閉型混合機から放出されたシリカ配合ゴムに、第1のロール混練機でロールギャップを3mm〜15mmおよびゴム温度を90℃〜160℃に制御して混練し、続いて第2のロール混練機でロールギャップを1mm〜10mmおよびゴム温度を40℃〜100℃に制御して混練することにより、前記反応完了に必要な熱履歴量の残りの熱履歴量を付与することを特徴とするものである。
また、本発明の別のシリカ配合ゴムの混練制御方法は、シリカおよびシランカップリング剤を配合したシリカ配合ゴムを目標粘度に混練するシリカ配合ゴムの混練制御方法であって、シリカ配合ゴムに、予め設定されたシリカおよびシランカップリング剤の反応完了に必要な熱履歴量の中途の熱履歴量を、密閉型混合機による混練によって付与し、続いて前記密閉型混合機に直列に配置された少なくとも2台のロール混練機を用いて、前記密閉型混合機から放出されたシリカ配合ゴムの第1のロール混練機への投入ゴム温度を90℃以上、第1のロール混練機で混練して排出するゴム温度を120℃〜160℃に制御し、続いてこの排出された混練ゴムを混練する第2のロール混練機への投入ゴム温度を100℃〜160℃、第2のロール混練機で混練して排出するゴム温度を40℃〜100℃に制御することにより、前記反応完了に必要な熱履歴量の残りの熱履歴量を付与することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the kneading control method for silica compounded rubber of the present invention is a kneading control method for silica compounded rubber in which a silica compounded rubber compounded with silica and a silane coupling agent is kneaded to the target viscosity, In addition, a preliminarily set amount of heat history necessary for completion of the reaction of silica and silane coupling agent is given by kneading with a closed mixer, and then placed in series in the closed mixer Using the at least two roll kneaders , the silica compounded rubber released from the hermetic mixer was mixed with the first roll kneader so that the roll gap was 3 mm to 15 mm and the rubber temperature was 90 ° C. to 160 ° C. Control and kneading, and then kneading with a second roll kneader while controlling the roll gap to 1 mm to 10 mm and the rubber temperature to 40 ° C. to 100 ° C. Ri, is characterized in applying the rest of the thermal history of the thermal history amount necessary to the completion of the reaction.
Further, another silica compounded rubber kneading control method of the present invention is a silica compounded rubber kneading control method for kneading silica compounded rubber compounded with silica and a silane coupling agent to a target viscosity. A heat history amount in the middle of the heat history amount required for the completion of the reaction between the silica and the silane coupling agent set in advance was applied by kneading with a closed mixer, and then placed in series with the closed mixer. Using at least two roll kneaders, the silica compound rubber released from the hermetic mixer is kneaded with the first roll kneader at a temperature of 90 ° C. or higher. The rubber temperature to be discharged is controlled to 120 ° C. to 160 ° C., and the rubber temperature charged into the second roll kneader for kneading the discharged kneaded rubber is subsequently set to 100 ° C. to 160 ° C. By controlling the rubber temperature to discharge by kneading in machine in 40 ° C. to 100 ° C., and is characterized in applying the rest of the thermal history of the thermal history amount necessary to the completion of the reaction.
本発明のシリカ配合ゴムを目標粘度に混練する混練制御方法によれば、シリカ配合ゴムに、予め設定されたシリカおよびシランカップリング剤の反応完了に必要な熱履歴量の中途の熱履歴量を、密閉型混合機による混練によって付与するので、密閉型混合機での混練時間を短縮して密閉型混合機の占有時間を短くすることができる。これによって、所定時間に密閉型混合機から放出されるシリカ配合ゴムのゴム量を増加させることができ、密閉型混合機の生産性を向上させることができる。 According to the kneading control method for kneading the silica-blended rubber of the present invention to the target viscosity, the heat history amount in the middle of the heat history amount required for the completion of the reaction between the silica and the silane coupling agent is set in the silica-blended rubber. Since it is applied by kneading with a closed mixer, the kneading time in the closed mixer can be shortened and the occupation time of the closed mixer can be shortened. Thereby, the rubber amount of the silica-containing rubber released from the closed mixer at a predetermined time can be increased, and the productivity of the closed mixer can be improved.
これに続いて密閉型混合機から放出されたシリカ配合ゴムに、ロール混練機による混練で、反応完了に必要な熱履歴量の残りの熱履歴量を付与するので、この混練によってシリカの分散性を向上させて品質の安定化を図るとともに、せん断力を与えて粘度を低下させ、目標粘度のシリカ配合ゴムを得ることができる。 Following this, the silica compounded rubber discharged from the closed mixer is kneaded with a roll kneader to give the remaining amount of heat history necessary for the completion of the reaction. As a result, the quality can be stabilized, and the viscosity can be lowered by applying a shearing force to obtain a silica-containing rubber having a target viscosity.
このように、密閉型混合機とロール混練機とを組み合わせて混練することによって、品質の安定した目標粘度のシリカ配合ゴムを連続的により短い間隔で得ることができ、生産性が優れたものとなる。 In this way, by mixing and kneading a closed mixer and a roll kneader, it is possible to obtain a silica-containing rubber having a stable target viscosity with a stable quality at shorter intervals, and having excellent productivity. Become.
以下、本発明のシリカ配合ゴムの混練制御方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。図1に混練を実施する混練システムの全体概要を例示する。 Hereinafter, the kneading | mixing control method of the silica compounding rubber | gum of this invention is demonstrated based on embodiment shown in the figure. FIG. 1 illustrates an overall outline of a kneading system that performs kneading.
シリカ配合ゴムR1は、シリカおよびシランカップリング剤によって、カップリング反応を促進、完了させなければ、ゴムに対する分散性を向上させて、安定した品質を得ることができない。そこで、まず、バンバリーミキサ(密閉型混合機)1によって、原料ゴム、非加硫系配合剤、シリカおよびカップリング剤とが所定時間混練される。この混練によって、カップリング反応の完了に必要な熱履歴量の中途の熱履歴量が付与される。尚、この熱履歴量とは付与された熱量とその付与時間とを乗じたもので、詳細については後述する。 If the silica compounded rubber R1 does not accelerate and complete the coupling reaction with silica and a silane coupling agent, the dispersibility to rubber cannot be improved and stable quality cannot be obtained. Therefore, first, raw material rubber, non-vulcanized compounding agent, silica and coupling agent are kneaded for a predetermined time by a Banbury mixer (closed mixer) 1. By this kneading, an intermediate heat history amount necessary for the completion of the coupling reaction is imparted. The amount of heat history is obtained by multiplying the amount of heat applied and the application time, and details will be described later.
その後、放出されたシリカ配合ゴムR1は、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。
Thereafter, the released silica compounded rubber R1 passes through a biaxial roll called a
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、シリカ配合ゴムR1は1台目のロール混練機4に続いて、2台目のロール混練機4で混練されて目標粘度のシリカ配合ゴムR1となる。また、このロール混練機4による混練によって、カップリング反応の完了に必要な熱履歴量の残りの熱履歴量が付与される。
In this kneading system, two
ロール混練機4のロール5上には、シリカ配合ゴム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、バンバリーミキサ1に直列に配置されるロール混練機4の数は、2台に限定されず、適宜、決定される。
On the
カップリング反応が完了し、目標粘度になったシリカ配合ゴム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14に搬送され、ここで、加硫系配合剤投入装置15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。
The silica-containing rubber R1 that has completed the coupling reaction and has reached the target viscosity is conveyed to the
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16に搬送され、ここで、シートゴムとなり、サンプリング装置17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18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。最終混練ゴムR2は、次工程では例えば、成形部材として使用される。
The final kneaded rubber R2 is further transported to the
このように、この混練システムによる混練では、シリカ配合ゴムR1に、カップリング反応の完了に必要な熱履歴量が、バンバリーミキサ1による混練とロール混練機4による混練とに分配されて付与され、ロール混練機4で目標粘度になるまで混練されて、最終混練ゴムR2が得られるようにしている。これによって、従来のバンバリーミキサ1による繰返しの混練に比べて、シリカの分散性を向上させて品質の安定した目標粘度のシリカ配合ゴムR1を短い所定間隔で連続的に得ることができる。即ち、生産性に優れ、ひいては、必要な量の最終混練ゴムR2をリードタイムを小さくして得ることができる。
Thus, in the kneading by this kneading system, the amount of heat history necessary for the completion of the coupling reaction is distributed and applied to the silica compounded rubber R1 in the kneading by the Banbury
カップリング反応の完了に必要な熱履歴量について、以下説明する。図3に、混練によってシリカ配合ゴムR1に付与される熱履歴量と粘度との関係を例示する。図3に示すように、シリカ配合ゴムR1は、熱履歴量によって粘度が変化する。そして、各配合毎に、粘度が最小となる固有の熱履歴量を有している。この粘度が最小となった時点を例えば、カップリング反応が完了したと規定する。これによって、カップリング反応を完了させるために必要な熱履歴量が判明する。例えば、図3に示すように、配合C1、C2のゴムではカップリング反応を完了させるために必要な熱履歴量は、それぞれQ1、Q2となる。 The amount of heat history necessary for completing the coupling reaction will be described below. FIG. 3 illustrates the relationship between the heat history amount imparted to the silica compounded rubber R1 by kneading and the viscosity. As shown in FIG. 3, the viscosity of the silica-containing rubber R1 changes depending on the amount of heat history. Each composition has a unique heat history amount that minimizes the viscosity. The point at which this viscosity is minimized is defined as the completion of the coupling reaction, for example. This reveals the amount of heat history necessary to complete the coupling reaction. For example, as shown in FIG. 3, the heat history amounts necessary for completing the coupling reaction in the rubbers of the blends C1 and C2 are Q1 and Q2, respectively.
このように、配合毎にカップリング反応を完了させるために必要な熱履歴量を予め把握、設定し、本発明の混練制御方法に用いる。 As described above, the amount of heat history necessary for completing the coupling reaction for each blending is grasped and set in advance and used in the kneading control method of the present invention.
この予め設定した熱履歴量は、バンバリーミキサ1とロール混練機4とによる混練に分配されてシリカ配合ゴムR1に付与される。図4に、混練によって付与される熱履歴量と時間との関係を例示する。例えば、図4では、カップリング反応を完了させるために必要な熱履歴量Q1の中途の熱履歴量q1が、最初の混練時間(0〜t1)の間でバンバリーミキサ1の混練によって付与されるように制御される。残りの熱履歴量(Q1−q1)は、続く混練時間(t1〜t2)の間でロール混練機4の混練によって付与されるように制御される。
This preset amount of heat history is distributed to kneading by the Banbury
カップリング反応を完了させるために必要な熱履歴量Q1のバンバリーミキサ1およびロール混練機4への配分割合は、適宜、決定する。
The distribution ratio of the heat history amount Q1 necessary for completing the coupling reaction to the Banbury
ロール混練機4を2台以上、直列に配置して連続的に混練する場合は、第1のロール混練機4で、比較的高温で混練して、バンバリーミキサ1の混練で残された熱履歴量を付与し、カップリング反応を促進、完了させて、シリカのゴムへの分散性を向上させて、品質の安定化を図ることが好ましい。
When two or
これに続く、第2のロール混練機4の混練では、第1のロール混練機4よりも低温で混練して、シリカ配合ゴムR1に大きなせん断力を付与して、粘度低下を促進して、目標粘度になるまで混練する。
In the subsequent kneading of the
例えば、バンバリーミキサ1から放出されたシリカ配合ゴムR1を第1のロール混練機4でロールギャップhを3mm〜15mmにして放熱を抑え、ゴム温度Tを90℃〜160℃に制御して、比較的高温状態で混練することで、カップリング反応を促進、完了させて、ゴムに対するシリカの分散性を向上させて品質を安定させることができる。
これに続いて、第2のロール混練機4でロールギャップhを1mm〜10mmにして放熱しやすくして、シリカ配合ゴムR1の粘度低下に効果的なせん断力を与えるとともに、ゴム温度Tを粘度低下に効果的な40℃〜100℃に制御して混練することで、粘度低下を促進して、目標粘度とすることができる。
For example, the silica compounded rubber R1 discharged from the Banbury
Following this, the
別の混練制御方法としては、おおよそ90℃以上170℃以下の範囲でバンバリーミキサ1から放出されたシリカ配合ゴムR1の第1のロール混練機4への投入ゴム温度Tを90℃以上とする。これによって、ロール混練機4に投入する前にシリカ配合ゴムR1を特別に冷却する必要がなく、時間やエネルギーの損失を最小限にすることができる。そして、第1のロール混練機4で混練して排出するゴム温度Tを120℃〜160℃に制御することによって、カップリング反応を促進、完了させて、ゴムに対するシリカの分散性を向上させて品質を安定させることができる。
As another kneading control method, the temperature T of the rubber added to the
これに続いて、排出されたシリカ配合ゴムR1を混練する第2のロール混練機4への投入ゴム温度Tを100℃〜160℃として、第1のロール混練機4からのゴム温度Tをほぼ、そのままにして、第2のロール混練機4で混練して排出するゴム温度Tを、粘度低下に効果的な40℃〜100℃に制御して混練することによって、効率的に粘度低下を促進することができる。
Subsequently, the rubber temperature T supplied to the
2台のロール混練機4、4は、図2に例示するように、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でシリカ配合ゴムR1の循環経路が形成され、両ロール5、5間にシリカ配合ゴムR1が繰返しロールパスすることによって、シリカ配合ゴムR1にせん断力を与えて混練して粘度低下させる。
As illustrated in FIG. 2, the two
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の上方にはシリカ配合ゴムR1のゴム温度Tを検知する温度センサ10とシリカ配合ゴム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。
The pair of
ロール混練機4で付与される熱履歴量は、温度センサ10による計測データと混練時間とによって、演算装置12で演算される。ここで、ロール混練機4における熱履歴量は、外部環境や混練中のシリカ配合ゴムR1の発熱等によって、ばらつきが生じるために、第1のロール混練機4で混練中に付与された熱履歴量を逐次、演算装置12で演算する。
The amount of heat history applied by the
演算装置12には、カップリング反応の完了に必要な熱履歴量に基づいて決定された第1のロール混練機4によって付与される目標熱履歴量が、予め設定されており、この目標熱履歴量と演算した熱履歴量とが一致するように、第1のロール混練機4での混練条件が制御される。この混練によって、カップリング反応が完了する。
A target heat history amount given by the
例えば、所定時間に目標熱履歴量を付与するために、第1のロール混練機4のロール表面速度V、ロール面速比、ロールギャップh、ロールガイド幅Wの少なくともいずれかを制御する。ロール表面速度Vやロール面速比の増減、ロールギャップhやロールガイド幅Wの拡縮の程度を演算装置12で制御して、経時的に混練中のシリカ配合ゴムR1に付与される熱量を加減する。尚、ロール面速比とは、一対のロール5、5において基準となる一方のロール5に対する他方のロール5の面速の比率である。ロール面速比が1から離れるほど熱量が増加する。
For example, in order to give the target heat history amount for a predetermined time, at least one of the roll surface speed V, the roll surface speed ratio, the roll gap h, and the roll guide width W of the
以上のように、第1のロール混練機4での混練条件を制御することによって、より精度よくカップリング反応を促進、完了させることが可能となる。これによって、さらに品質の安定した目標粘度のシリカ配合ゴムR1、ひいては、最終混練ゴムR2を得ることができる。
As described above, by controlling the kneading conditions in the
尚、この実施形態では、第1のロール混練機4に対して、シリカ配合ゴムR1に目標熱履歴量が付与されるように、混練条件を制御しているが、第2のロール混練機4での混練によってカップリング反応に必要な熱履歴量の一部を付与することもできる。この場合は、第2のロール混練機4に対して同様に混練条件を制御すればよい。
In this embodiment, the kneading conditions are controlled so that the target heat history amount is given to the silica-blended rubber R1 with respect to the
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 最終混練機 15 加硫系配合剤投入装置
16 シーティング装置 17 サンプリング装置
18 冷却装置
R1 シリカ配合ゴム R2 最終混練ゴム(シリカ配合ゴム)
1 Closed mixer (Banbury mixer)
2 Dump
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