JP5174403B2

JP5174403B2 - 粉ゴムの製造方法

Info

Publication number: JP5174403B2
Application number: JP2007224559A
Authority: JP
Inventors: 裕一郎若菜
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2027-08-30
Also published as: JP2009056648A

Description

本発明は、密閉式混練機を用いて粘弾性体と粉体とを少なくとも含有する材料を混練りして粘弾性材料を形成する方法に関し、特に、この混練機以外の装置を必要とすることなく混練りしたものを粒状体として排出することができるものに関する。

ゴムなどの粘弾性体と粉体とを混合分散させるには、一般的に、ニーダー等の密閉式混練機が用いられる。そして、従来技術においては、この密閉式混練機で混練りされた粉体入り粘弾性体は塊状のまま排出される（例えば、特許文献１参照。）。
特開平０７−１５６１３７号公報

しかしながら、混練りされた粉体入り粘弾性体は塊状のままだと、これを混練機から排出する際、取り出しにくいという問題があり、また、次の工程でこの材料を用いて型成型品に仕上げるなどの場合には、作業性が低下する等の問題もあった。

本発明は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、密閉式混練機で混練りされた粉体入り粘弾性体を、この混練機以外の装置を必要とすることなく、粒状体として排出することのできる粘弾性材料の製造方法を提供することを目的とする。

＜１＞は、密閉式混練機を用いて粘弾性体と粉体とを少なくとも含有する材料を混練りして粘弾性材料を形成する方法において、
前記粘弾性体を未加硫ゴムとし、前記粉体を鉄粉とし、前記粘弾性材料における鉄粉の体積分率を55〜74％とし、
前記材料を加圧下で混練りする第一工程と、このあと、引き続き、前記第一工程における圧力より低い0.3MPa以下の圧力下で混練りし粒状化する第二工程とを有することを特徴とする粘弾性材料の製造方法である。

＜２＞は、＜１＞において、前記第一工程において、前記材料を密閉式混練機内に投入するに際し、前記粘弾性体を投入したあと、前記粉体を複数回に分けて投入し、相前後する粉体の投入の間に、これらの材料の混練りを加圧下で行う粘弾性材料の製造方法である。

＜１＞によれば、第二工程では、第一工程における圧力より低い圧力下で混練りするので、高圧下で混練りされて塊状となった粘弾性材料を低圧下で混練りすることによりこれを粒状化することができ、粘弾性材料を粒状のものとして排出することができる。

＜２＞によれば、前記第一工程において、前記材料を密閉式混練機内に投入するに際し、前記粘弾性体を投入したあと、前記粉体を複数回に分けて投入し、相前後する粉体の投入の間に、前記所定圧力以上の圧力下でこれらの材料の混練りを行うので、粘弾性体と粉体との分散性を向上させ、そのことによって、生成物を均一なものにするともに粒状化を一層容易なものにすることができる。

また＜１＞及び＜２＞は、前記粘弾性体を未加硫ゴムとし、前記粉体を鉄粉とするものであり、この組み合わせの材料は、免震ゴムのプラグの組成物として用いることができ、この組成物の生産性向上に大きく寄与させることができる。

また＜１＞及び＜２＞は、前記粘弾性体としての未加硫ゴムに、前記粉体としての鉄粉を、55〜74％の前記粘弾性材料対比の体積分率で混練りした場合、第二工程における圧力を0.3MPa以下とするものであり、生成された粘弾性材料を確実に粒状のものとして前記密閉式混練機から取り出すことができる。

本発明の実施形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の粘弾性材料の製造方法に用いる密閉式混練機を模式的に示す概念図であり、密閉式混練機１０は、開口部５を有するケーシング１と、このケーシング１の中に設けられ互いに平行に配置された複数（図示の場合２個）のロータ２と、開口部５を塞ぐよう設けられたラム３とを具え、ラム３を上昇させることにより開口部５を開放し、ラム３を下降させることにより開口部５を閉止することができるよう構成されている。このような装置の例としては、一般的にニーダーと呼ばれるものや、バンバリミキサーなどを挙げることができる。

本発明は、このような密閉式混練機１０だけを用いて、少なくとも粘弾性体と粉体とを含む材料を加圧下で混練りする第一工程と、第一工程の後、第二工程として、引き続き、形成された塊状体を、第一工程における圧力よりも低い圧力で混練りすることにより、粒状化する粘弾性材料の製造方法であり、図１に示すように、まず、ラム３を上昇位置に停止させ開放状態にある開口部５から、ゴム等の粘性体、もしくは、これに加えて粉体材料をケーシング１内に投入する。

続いて、図２に示すように、ラム３を下降させて開口部５を閉止したあと、ケーシング１内に収容された材料をラム３で所定圧力以上の圧力に加圧したままロータ２を回転させる。ロータ２の外周には複雑な形状の凹凸が形成されていて、ロータ２を回転させることにより、材料を混合分散させ、また、材料を、ロータ２とロータ２との間、および、ロータ２とケーシング１の内壁面との間を通過させることにより材料に強い剪断力を与え、ゴムを可塑化させる。

ここで、粉体は1回で全量投入するのではなく、ラム３の加圧下でロータ２を回転させる工程を間に挟んだ複数回の投入に分割するのが好ましく、このことによって、分散性を向上させ、また、粒状化を一層容易なものとすることができる。

図３は、このように粉体を分割投入する場合において、粉体を投入する工程を示すが、ラム３を上昇させた状態で粉体を開口部５からケーシング１内に投入し、このあと、図４に示すように、ラム３を下降させて材料を加圧し、この状態のまま、ロータ２を回転させて、複数の材料の混合分散および粘弾性体の可塑化を行う。このあと混合すべき残余の粉体がある場合には、ラム３を再び上昇させて、残余の粉体の一部もしくは全部をケーシング１内に投入して、複数の材料の混合分散および粘弾性体の可塑化の工程を繰り返す。

残余の粉体がない場合、すなわち、粉体の全量を混ぜ終わったときには、図５に示すように、ロータ２を停止させ、最後にラム３を上昇させて開口部５を開く。このとき、生成された材料は塊状をなしている。
以上の第一工程のあと、第二工程として、図６に示す通り、ラム３による加圧力を、第一工程における加圧力より低い圧力にした状態で、ロータ２だけを回転させる。粉体を含有する上記材料は低圧下もしくは非圧力下では、脆弱な特性を有するので、ロータ２を回転させるだけで塊をほぐすことができ、粉体を含有する粘弾性材料を粒状化することができる。
ここで、粘弾性材料中における鉄粉の体積分率を55〜74%とした際の第二工程における加圧力は、0〜0.3MPaとするのが好ましい。

そして、最後に、図７に示すように、例えば、ケーシング１を大きく傾斜させて開口部５から粒状化された粘弾性材料を排出することにより粘弾性材料の製造を完了する。

モリヤマ製ニーダー（型式：ＤＳ１−５ＧＨＢ−Ｅ型）を用いて、粘弾性体と粉体とを含有する材料を、ラム３を下降させて材料を加圧しした状態で混練りして塊状の粘弾性材料を形成したあと、ラム３を上昇させて、ケーシング１内にこの塊状の粘弾性材料を収容したまま、無加圧の状態でロータ２を回転させてこの粘弾性材料を粒状化した。この実施例において用いたロータ２の回転数は25rpmであり、ケーシング１の温調の設定温度は100℃であった。このとき、投入した材料の最終的な合計体積は0.8l、質量は4.4kgであり、最終的に得られた粒状体の組成は表１に示す通りである。

図８は、この実施例における工程の並びを示し、図中、１１、１２は、ロータ２を回転させる工程を示し、そのうち、１１の工程だけがラム３で材料を加圧しながらロータ２を回転させる工程（第一工程）であり、１２の工程（第一工程）は、ラム３を上昇させた無加圧の状態でロータ２を回転させる工程を示す。相隣接する工程１１、１２同士の間の工程は、ロータ２を停止し開口部５を開放した状態の工程を示し、これらの工程においては、図に記載した通りの作動（例えば「ゴム投入」）を行った。

図８において、最初の「ゴム投入工程」における「ゴム」は、原料ゴムを含む、粘弾性材料中の鉄粉以外のすべての成分が含まれているコンパウンドをいい、このように粉体以外の成分は、粉体を投入する前に、この密閉式混練機もしくは他の装置を用いて、ゴムにあらかじめ混合分散させておくのが好ましい。

また、図中、例えば「鉄粉3/10投入」と記載されている工程は、鉄粉の全量の内3/10の量を投入することを意味し、「クリーニング」と記載されている工程は、投入した鉄粉およびゴムの、ケーシング１外に飛び出したものおよびラム５に付着したものを集めて再びケーシング１内に戻す（もしくは取り除く）工程を意味し、「ラム上昇」と記載された工程は、ラム５を上昇させてラム５による材料への加圧を解消することを意味している。

最後に粒状化されたゴムの粒度は、20μm〜2mmであり、次の、高圧下でこれを型成形して免震ゴムのプラグを形成する工程に用いる材料として好ましい粒度分布を得ることができた。

さらに別の実験として、上記実施例を実施例１として、実施例１とは異なる複数の条件下で粘弾性材料を形成し、それらを、実施例２〜７、および、比較例とした。これらの例は、実施例１とは、粘弾性材料全体（すなわち、粘弾性体と鉄粉との合計）を100%としたときの鉄粉の体積分率（%）と、工程１２において塊状の粘弾性材料を混練りして粒状化するに際に粘弾性材料に加える圧力とだけが、製造時の条件として異なっている。これらの例について、鉄粉の体積分率（%）、粘弾性材料に加える圧力（MPa）、および、工程１２のあとの粘弾性材料の状態を、それぞれ、表２に示した。
また、工程１１において、粘弾性材料に加える圧力は0.5MPaであった。なお、粘弾性材料に加える圧力はラム３の加圧力を変えて調整した。ラム３の加圧力はエア圧により制御しており、エア圧の圧力ゲージにより設定した。

表１に示すように、第二工程の圧力を第一工程の圧力より低くすることで材料を粒状化することができ、また、粘弾性材料中における鉄粉の体積分率を55〜74%とした際の第二工程における圧力を0.3MPa以下とすることにより一層確実に粒状の粘弾性材料を粒状化することができる。

本発明に係る密閉式混練機を示す模式図である。本発明に係る粉ゴムの製造方法における、ゴムを練る工程を示す模式図である。図２に続く工程を示す模式図である。図３に続く工程を示す模式図である。図４に続く工程を示す模式図である。図５に続く工程を示す模式図である。図６に続く工程を示す模式図である。実施例における工程の順序を示す図である。

符号の説明

１ケーシング
２ローラ
３ラム
５開口部
１０密閉式混練機
１１、１２工程

Claims

密閉式混練機を用いて粘弾性体と粉体とを少なくとも含有する材料を混練りして粘弾性材料を形成する方法において、
前記粘弾性体を未加硫ゴムとし、前記粉体を鉄粉とし、前記粘弾性材料における鉄粉の体積分率を55〜74％とし、
前記材料を加圧下で混練りする第一工程と、このあと、引き続き、前記第一工程における圧力より低い0.3MPa以下の圧力下で混練りし粒状化する第二工程とを有することを特徴とする粘弾性材料の製造方法。
前記第一工程において、前記材料を密閉式混練機内に投入するに際し、前記粘弾性体を投入したあと、前記粉体を複数回に分けて投入し、相前後する粉体の投入の間に、これらの材料の混練りを加圧下で行う請求項１に記載の粘弾性材料の製造方法。