JP4687123B2 - ゴム混練設備及びゴム混練方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ゴム混練設備及びゴム混練方法に関し、さらに詳しくは、加硫剤マスターバッチのゴムコンパウンドへの取り込み性と分散性を改善し、混練作業効率を向上することを可能にしたゴム混練設備及びゴム混練方法に関する。
従来より、主要成分を含むゴムコンパウンドに加硫剤マスターバッチを混練するにあたって、所定量のゴムコンパウンドを一対のロール上で混練し、これに所定量の加硫剤マスターバッチを投入して分散させることが行われている（例えば、特許文献１参照）。この場合、加硫剤マスターバッチは適当な大きさに裁断され、計量され、ロール上で混練されているゴムコンパウンド中に塊のまま投入されるのが一般的である。
しかしながら、加硫剤マスターバッチを塊のまま投入した場合、ゴムコンパウンド中に加硫剤マスターバッチを均一に分散させるまでに多大な時間を要し、混練作業効率が悪いという問題がある。また、加硫剤マスターバッチを塊のまま投入した場合、加硫剤マスターバッチがゴムコンパウンド上から溢れ落ち、その結果、加硫剤マスターバッチが計量通り投入されなかったり、ゴムコンパウンドを循環させるためのコンベヤが汚れるなどの不都合を生じている。
特開２００１−３２２１１８号公報
本発明の目的は、加硫剤マスターバッチのゴムコンパウンドへの取り込み性と分散性を改善し、混練作業効率を向上することを可能にしたゴム混練設備及びゴム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の本発明のゴム混練設備は、ゴムコンパウンドを混練する一対のロールと、これら一対のロール間を通過したゴムコンパウンドを前記一対のロール上に戻すコンベヤと、前記ゴムコンパウンドに対して加硫剤マスターバッチを供給するプランジャー押出機と、該プランジャー押出機に前記加硫剤マスターバッチを充填する連続押出機とを備えたゴム混練設備であって、
前記プランジャー押出機を前記連続押出機に連結される第１のポジションと前記加硫剤マスターバッチを放出する第２のポジションとの間で移動自在に構成し、
前記ゴムコンパウンドの容量、前記ロールのガイド間隔、前記ロールのギャップ量及び前記ロールの表面速度に基づいて前記ゴムコンパウンドの循環時間を演算し、前記加硫剤マスターバッチの排出時間を前記循環時間の整数倍に設定し、前記プランジャー押出機に充填された加硫剤マスターバッチの容量とその設定された排出時間に基づいて前記プランジャー押出機からの加硫剤マスターバッチの排出速度を演算し、該加硫剤マスターバッチの排出速度に基づいて前記プランジャー押出機のプランジャー速度を制御するようにしたことを特徴とするものである。
前記プランジャー押出機を前記連続押出機に連結される第１のポジションと前記加硫剤マスターバッチを放出する第２のポジションとの間で移動自在に構成し、
前記ゴムコンパウンドの容量、前記ロールのガイド間隔、前記ロールのギャップ量及び前記ロールの表面速度に基づいて前記ゴムコンパウンドの循環時間を演算し、前記加硫剤マスターバッチの排出時間を前記循環時間の整数倍に設定し、前記プランジャー押出機に充填された加硫剤マスターバッチの容量とその設定された排出時間に基づいて前記プランジャー押出機からの加硫剤マスターバッチの排出速度を演算し、該加硫剤マスターバッチの排出速度に基づいて前記プランジャー押出機のプランジャー速度を制御するようにしたことを特徴とするものである。
また、上記目的を達成するための本発明のゴム混練方法は、ゴムコンパウンドを混練する一対のロールと、これら一対のロール間を通過したゴムコンパウンドを前記一対のロール上に戻すコンベヤと、前記ゴムコンパウンドに対して加硫剤マスターバッチを供給するプランジャー押出機と、該プランジャー押出機に前記加硫剤マスターバッチを充填する連続押出機とを備えたゴム混練設備を用い、前記連続押出機から前記プランジャー押出機に前記加硫剤マスターバッチを充填し、前記プランジャー押出機から前記ゴムコンパウンドに対して前記加硫剤マスターバッチを供給し、前記一対のロールにより前記ゴムコンパウンド中に前記加硫剤マスターバッチを混練するゴム混練方法であって、
前記連続押出機から前記プランジャー押出機に加硫剤マスターバッチを充填した後、前記プランジャー押出機を前記連続押出機に連結される第１のポジションから前記加硫剤マスターバッチを放出する第２のポジションへ移動させ、
前記ゴムコンパウンドの容量、前記ロールのガイド間隔、前記ロールのギャップ量及び前記ロールの表面速度に基づいて前記ゴムコンパウンドの循環時間を演算し、前記加硫剤マスターバッチの排出時間を前記循環時間の整数倍に設定し、前記プランジャー押出機に充填された加硫剤マスターバッチの容量とその設定された排出時間に基づいて前記プランジャー押出機からの加硫剤マスターバッチの排出速度を演算し、該加硫剤マスターバッチの排出速度に基づいて前記プランジャー押出機のプランジャー速度を制御するようにしたことを特徴とするものである。
前記連続押出機から前記プランジャー押出機に加硫剤マスターバッチを充填した後、前記プランジャー押出機を前記連続押出機に連結される第１のポジションから前記加硫剤マスターバッチを放出する第２のポジションへ移動させ、
前記ゴムコンパウンドの容量、前記ロールのガイド間隔、前記ロールのギャップ量及び前記ロールの表面速度に基づいて前記ゴムコンパウンドの循環時間を演算し、前記加硫剤マスターバッチの排出時間を前記循環時間の整数倍に設定し、前記プランジャー押出機に充填された加硫剤マスターバッチの容量とその設定された排出時間に基づいて前記プランジャー押出機からの加硫剤マスターバッチの排出速度を演算し、該加硫剤マスターバッチの排出速度に基づいて前記プランジャー押出機のプランジャー速度を制御するようにしたことを特徴とするものである。
本発明では、ゴムコンパウンドを混練する一対のロールと、これら一対のロール間を通過したゴムコンパウンドを一対のロール上に戻すコンベヤと、ゴムコンパウンドに対して加硫剤マスターバッチを供給するプランジャー押出機と、該プランジャー押出機に加硫剤マスターバッチを充填する連続押出機とを備えたゴム混練設備を用い、連続押出機からプランジャー押出機に加硫剤マスターバッチを充填し、プランジャー押出機からゴムコンパウンドに対して加硫剤マスターバッチを供給し、一対のロールによりゴムコンパウンド中に加硫剤マスターバッチを混練する。この場合、プランジャー押出機から一定量の加硫剤マスターバッチが混練により循環しているシート状のゴムコンパウンドに対して徐々に投入されるので、加硫剤マスターバッチのゴムコンパウンドへの分散性を改善し、混練作業効率を向上することができる。
しかも、加硫剤マスターバッチを混練に先駆けてプランジャー押出機に充填することにより、加硫剤マスターバッチが加温され、ゴムコンパウンドへの取り込み性が良くなるので、この点も混練作業効率の向上に寄与する。また、加硫剤マスターバッチのゴムコンパウンドへの取り込み性が良くなるため、加硫剤マスターバッチがゴムコンパウンド上から溢れ落ちるのを回避することができる。その結果、加硫剤マスターバッチの添加量を厳密に管理することが可能になり、更にはゴムコンパウンドを循環させるためのコンベヤの汚れを防止することが可能になる。
本発明において、プランジャー押出機を連続押出機に連結される第１のポジションと加硫剤マスターバッチを放出する第２のポジションとの間で移動自在に構成する。そして、連続押出機からプランジャー押出機に加硫剤マスターバッチを充填した後、プランジャー押出機を前記連続押出機に連結される第１のポジションから加硫剤マスターバッチを放出する第２のポジションへ移動させる。これにより、一対のロールとプランジャー押出機とを最適な構造で組み合わせることができる。
また、加硫剤マスターバッチをゴムコンパウンド中に均一に分散させるために、プランジャー押出機のプランジャー速度は、以下のように制御する。即ち、プランジャー押出機に充填された加硫剤マスターバッチの容量と予め設定された排出時間に基づいてプランジャー押出機からの加硫剤マスターバッチの排出速度を演算し、該加硫剤マスターバッチの排出速度に基づいてプランジャー押出機のプランジャー速度を制御する。特に、ゴムコンパウンドの容量、ロールのガイド間隔、ロールのギャップ量及びロールの表面速度に基づいてゴムコンパウンドの循環時間を演算し、加硫剤マスターバッチの排出時間を循環時間の整数倍に設定する。
以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態からなるゴム混練設備を示すものである。図１に示すように、このゴム混練設備は、ゴムコンパウンドＲを混練する一対のロール１，２と、ゴムコンパウンドＲに対して加硫剤マスターバッチＡを供給するプランジャー押出機３と、プランジャー押出機３に加硫剤マスターバッチＡを充填する連続押出機４とを備えている。ゴムコンパウンドＲは、加硫剤を除いて、カーボンブラック等の充填剤をゴム成分に添加した配合物である。一方、加硫剤マスターバッチＡは、加硫剤をゴム成分に添加した配合物である。
一対のロール１，２は回転軸が互いに平行となるように配設され、それぞれ不図示の駆動手段により回転駆動するように構成されている。ロール１，２間にはギャップが形成されている。そのため、ゴムコンパウンドＲは剪断力を受けながらロール１，２間を通過する。なお、ロール１，２上にはロール軸方向の両端位置にそれぞれ不図示のガイドが設置され、これらガイドによってゴムコンパウンドＲの流路（シート材の幅）が規定されている。
一対のロール１，２の上方及び下方にはそれぞれ水平方向に延長するコンベヤ５，６が配設されている。ゴムコンパウンドＲは上側のコンベヤ５からロール１，２上に落下し、ロール１，２間を通過して下側のコンベヤ６上に落下し、再びコンベヤ５上に戻って連続的に循環するようになっている。
プランジャー押出機３は、連続押出機４に連結される第１のポジションと加硫剤マスターバッチＡを放出する第２のポジションとの間で移動自在に構成されている。このプランジャー押出機３は、シリンダ３１と該シリンダ３１内を軸方向に移動するプランジャー３２とを有し、シリンダ３１内に充填された加硫剤マスターバッチＡをプランジャー３２によって押し出すように構成されている。プランジャー押出機３の第２のポジションは、ゴムコンパウンドＲからなるシート材の近傍に設定されているが、その下流側には圧着ロール７が配設されている。圧着ロール７は、加硫剤マスターバッチＡをゴムコンパウンドＲに圧着させる役割を果たす。
連続押出機４は、例えば、２軸押出機である。この連続押出機４は、第１のポジションに移動したプランジャー押出機３に加硫剤マスターバッチＡを充填するものである。プランジャー押出機３に加硫剤マスターバッチＡを充填する場合、プランジャー３２のシリンダ３１内での軸方向の移動量に基づいてプランジャー押出機３に充填された加硫剤マスターバッチＡの容量を測定することが可能である。
制御装置８は、プランジャー押出機３のプランジャー速度を制御するものである。この制御装置８では、ゴムコンパウンドＲの容量Ｖｃ（リットル）、ロールのガイド間隔Ｌ（ｍｍ）、ロールのギャップ量Ｈ（ｍｍ）及びロールの表面速度Ｕ（ｍ／分）に基づいてゴムコンパウンドＲの循環時間Ｔ０（分）を演算し、加硫剤マスターバッチＡの排出時間Ｔ（分）を循環時間Ｔ０の整数倍に設定する。好ましくは、Ｔ＝Ｔ０とする。ここで、ゴムコンパウンドＲの循環時間Ｔ０は、下記（１）式にて表される。
Ｔ０＝Ｖｃ／（Ｌ×Ｈ×Ｕ）×１０3 ・・・（１）
Ｔ０＝Ｖｃ／（Ｌ×Ｈ×Ｕ）×１０3 ・・・（１）
例えば、ゴムコンパウンドＲの容量Ｖｃが２００リットルであり、ロールのガイド間隔Ｌが２０００ｍｍであり、ロールのギャップ量Ｈが４ｍｍであり、ロールの表面速度Ｕが３０ｍ／分であるとき、（１）式より、ゴムコンパウンドの循環時間Ｔ０は０．８３分となるので、加硫剤マスターバッチの排出時間Ｔは０．８３分に設定すると良い。
更に、制御装置８は、プランジャー押出機３に充填された加硫剤マスターバッチＡの容量と上述の如く設定された排出時間Ｔに基づいてプランジャー押出機３からの加硫剤マスターバッチＡの排出速度（リットル／分）を演算し、該加硫剤マスターバッチの排出速度に基づいてプランジャー押出機３のプランジャー速度（ｍｍ／分）を制御する。つまり、加硫剤マスターバッチＡの排出速度は加硫剤マスターバッチＡの容量を排出時間Ｔで除した値であり、それをプランジャー３２の断面積で除した値がプランジャー速度である。
次に、上述したゴム混練装置を用いたゴム混練方法について説明する。先ず、一対のロール１，２上にゴムコンパウンドＲを投入し、ゴムコンパウンドＲを回転するロール１，２間で剪断力を与えながら混練し、ロール１，２間のギャップを通過したゴムコンパウンドＲのシート材をコンベヤ５，６等を介してローラ２の周囲に循環させる。一方、連続押出機４からプランジャー押出機３に一定量の加硫剤マスターバッチＡを充填した後、プランジャー押出機３を連続押出機４に連結される第１のポジションから加硫剤マスターバッチＡを放出する第２のポジションへ移動させる。そして、プランジャー押出機３からゴムコンパウンドＲに対して加硫剤マスターバッチＡを供給し、一対のロール１，２によりゴムコンパウンドＲ中に加硫剤マスターバッチＡを混練する。
このようなゴム混練方法によれば、プランジャー押出機３から一定量の加硫剤マスターバッチＡがシート状のゴムコンパウンドＲに対して徐々に投入されるので、加硫剤マスターバッチＡのゴムコンパウンドＲへの分散性を改善し、混練作業効率を向上することができる。つまり、特定の分散性を求めるのであれば混練時間を短縮することが可能になり、特定の混練時間を維持するのであれば分散性を向上することが可能になる。しかも、加硫剤マスターバッチＡを混練に先駆けてプランジャー押出機３に充填した場合、加硫剤マスターバッチＡが加温され、ゴムコンパウンドＲへの取り込み性が良くなるので、この点も混練作業効率の向上に寄与する。
上述のゴム混練方法においては、プランジャー押出機３のプランジャー速度を適切に制御し、加硫剤マスターバッチＡの分散を促進することが望まれる。そこで、上記（１）式に基づいてゴムコンパウンドＲの循環時間Ｔ０を演算し、加硫剤マスターバッチＡの排出時間Ｔを循環時間Ｔ０の整数倍に設定する。そして、プランジャー押出機３に充填された加硫剤マスターバッチＡの容量と上述の如く設定された排出時間Ｔに基づいてプランジャー押出機３からの加硫剤マスターバッチＡの排出速度を演算し、該加硫剤マスターバッチの排出速度に基づいてプランジャー押出機３のプランジャー速度を制御する。勿論、加硫剤マスターバッチＡの排出速度及びプランジャー押出機３のプランジャー速度はいずれも一定であることが望ましい。
このようにしてプランジャー押出機３のプランジャー速度を制御した場合、循環路を周回するゴムコンパウンドＲに対して加硫剤マスターバッチＡを均等に排出し、混練作業効率をより一層向上することができる。
上述したゴム混練方法では、加硫剤マスターバッチＡの放出に際してプランジャー押出機３の位置を固定しても良く、或いは、プランジャー押出機３をゴムコンパウンドＲからなるシート材の幅方向に往復移動させても良い。プランジャー押出機３の位置を固定した場合、図２に示すように、加硫剤マスターバッチＡはゴムコンパウンドＲからなるシート材の循環方向に沿って直線状に供給されることになる。一方、プランジャー押出機３を往復移動させた場合、図３に示すように、加硫剤マスターバッチＡはゴムコンパウンドＲからなるシート材の幅方向に振幅しながら循環方向に沿ってジグザグ状に供給されることになる。前者よりも後者の方が分散性の点で有利である。
ゴムコンパウンドに加硫剤マスターバッチを混練するにあたって、加硫剤マスターバッチの投入方法を種々異ならせた。実施例１では、図１のゴム混練設備を用い、図２に示すように、加硫剤マスターバッチをゴムコンパウンドからなるシート材の循環方向に沿って直線状に供給した。実施例２では、図１のゴム混練設備を用い、図３に示すように、加硫剤マスターバッチをゴムコンパウンドからなるシート材の循環方向に沿ってジグザグ状に供給した。従来例では、図４に示すように、一対のロールを用いて混練されているゴムコンパウンドに対してブロック状の加硫剤マスターバッチを供給した。
これら実施例１〜２及び従来例のゴム混練方法について、加硫剤マスターバッチの分散性の指標として、ＪＩＳ Ｋ６３００−２に基づきダイ加硫試験機を用いて最大トルクを測定し、その変動係数を求めた。その結果を図５に示す。変動係数は、バッチから１０個のサンプルを採取し、これらサンプルから測定される最大トルクの標準偏差と平均値を求め、標準偏差を平均値で除して１００倍した値である。変動係数が小さいほど加硫剤マスターバッチの分散性が良好であることを意味する。
図５に示すように、混練時間の経過と共に最大トルクの変動係数が減少するが、いずれのタイミングにおいても実施例１〜２の分散性は従来例よりも良好であることが判る。
１，２ ロール
３ プランジャー押出機
４ 連続押出機
５，６ コンベヤ
７ 圧着ロール
８ 制御装置
３ プランジャー押出機
４ 連続押出機
５，６ コンベヤ
７ 圧着ロール
８ 制御装置
Claims (2)
- ゴムコンパウンドを混練する一対のロールと、これら一対のロール間を通過したゴムコンパウンドを前記一対のロール上に戻すコンベヤと、前記ゴムコンパウンドに対して加硫剤マスターバッチを供給するプランジャー押出機と、該プランジャー押出機に前記加硫剤マスターバッチを充填する連続押出機とを備えたゴム混練設備であって、
前記プランジャー押出機を前記連続押出機に連結される第１のポジションと前記加硫剤マスターバッチを放出する第２のポジションとの間で移動自在に構成し、
前記ゴムコンパウンドの容量、前記ロールのガイド間隔、前記ロールのギャップ量及び前記ロールの表面速度に基づいて前記ゴムコンパウンドの循環時間を演算し、前記加硫剤マスターバッチの排出時間を前記循環時間の整数倍に設定し、前記プランジャー押出機に充填された加硫剤マスターバッチの容量とその設定された排出時間に基づいて前記プランジャー押出機からの加硫剤マスターバッチの排出速度を演算し、該加硫剤マスターバッチの排出速度に基づいて前記プランジャー押出機のプランジャー速度を制御するようにしたゴム混練設備。 - ゴムコンパウンドを混練する一対のロールと、これら一対のロール間を通過したゴムコンパウンドを前記一対のロール上に戻すコンベヤと、前記ゴムコンパウンドに対して加硫剤マスターバッチを供給するプランジャー押出機と、該プランジャー押出機に前記加硫剤マスターバッチを充填する連続押出機とを備えたゴム混練設備を用い、前記連続押出機から前記プランジャー押出機に前記加硫剤マスターバッチを充填し、前記プランジャー押出機から前記ゴムコンパウンドに対して前記加硫剤マスターバッチを供給し、前記一対のロールにより前記ゴムコンパウンド中に前記加硫剤マスターバッチを混練するゴム混練方法であって、
前記連続押出機から前記プランジャー押出機に加硫剤マスターバッチを充填した後、前記プランジャー押出機を前記連続押出機に連結される第１のポジションから前記加硫剤マスターバッチを放出する第２のポジションへ移動させ、
前記ゴムコンパウンドの容量、前記ロールのガイド間隔、前記ロールのギャップ量及び前記ロールの表面速度に基づいて前記ゴムコンパウンドの循環時間を演算し、前記加硫剤マスターバッチの排出時間を前記循環時間の整数倍に設定し、前記プランジャー押出機に充填された加硫剤マスターバッチの容量とその設定された排出時間に基づいて前記プランジャー押出機からの加硫剤マスターバッチの排出速度を演算し、該加硫剤マスターバッチの排出速度に基づいて前記プランジャー押出機のプランジャー速度を制御するようにしたゴム混練方法。
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