JP5281510B2 - 流動性材料と流路の壁面との摩擦特性を計算する方法及びそれに用いられる測定装置 - Google Patents
流動性材料と流路の壁面との摩擦特性を計算する方法及びそれに用いられる測定装置 Download PDFInfo
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Description
E:単位時間あたりの流動性材料の流量
a:流路の半径
s:壁面でのせん断応力
β:スリップ係数
vz:流れ方向の未加硫ゴムの速度
P0:キャピラリーの入口圧力
PL:キャピラリーの出口圧力
m及びn:未加硫ゴムのせん断速度とせん断粘度の関係からPower Lawによって近似したときに決まる係数
r:未加硫ゴムの半径方向の位置
R:キャピラリーの半径
L:キャピラリーの軸方向(z方向)の長さ
ゴムポリマーに配合されるフィラー(例えばシリカやカーボン)の分散性を向上しうるゴム流路の開発にも役立つ。即ち、フィラーを分散させる為には、フィラーにせん断力を作用させる必要があり、このためには上記スリップ速度の小さい材料を選択するのが効果的である。
ΔP:圧力損失(P0−PL)
r: キャピラリーの半径
Q:未加硫ゴムの流量
L:キャピラリーの軸方向の長さ
なお、この種の測定装置としては、例えば東洋精機社製の「キャピログラフ1D」等を用いることができる。
η*(ω):せん断粘度
ω:角周波数
G':動的弾性率
G":損失弾性率
γ:せん断速度
ひずみ:0.5%
縦荷重:0
周波数:0.1〜100(rad/s)
測定温度:130℃、100℃、80℃、60℃又は40℃
内筒部は、いずれも炭素鋼(S45C)から形成されたパイプ材からなり、一つはゴム流路の壁面にポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のコーティングを施したもの、もう一つはゴム流路の壁面にSACM645の窒化鋼をコーティングしたものとした。
また、押出機のゴムの流量については、定常運転を確認した後、18秒間に押し出されたゴムの重量を測定し、これを秒数で除すことにより単位時間あたりの流量を求めた。なお、ゴムの流れ状態等を安定化させるために、測定は、押出機を最低30秒間初期運転させた後に開始した。
未加硫ゴムのゴム配合については、内筒部X、Yでともに共通とし、タイヤに用いられる一般的なシリカ配合の黒色のゴム組成物とした。
ゴム吐出口直ぐのゴムに熱電対を突き刺して10秒後の温度計の目盛りを読み取ることにより測定された。
図6に示されるように、ゴム流路の壁面が低表面自由エネルギーを有するPTFEの内筒部は、SACM645の窒化鋼を窒化したものに比較すると、壁面でのせん断応力は小さく、かつ、スリップ速度が上昇する傾向が見られた。この様に、本発明の方法及び測定装置を使用すれば、各ゴム流路の摩擦特性を数値で定量的に確認、評価することができる。
2 外筒部
3 内筒部
3A、3B 筒片
4 外筒本体
4a 基部
4b 前フランジ部
4c 後フランジ部
5 接続金具
6 蓋部材
6o ゴム吐出口
7 内孔
8 温度検出手段
9 圧力検出手段
14 調温流路
15、17 ボルト
29 ネジ孔
A 解析対象区間
i ゴム流路
ie ゴム流路の壁面
J 治具
M 押出機
Claims (6)
- 可塑化されたゴム又は樹脂を含む流動性材料と、該流動性材料が流れる流路の壁面との摩擦特性を計算する方法であって、
前記流動性材料を、同一内径かつ予め定めた解析対象区間で軸方向にのびる前記流路に連続して供給する工程と、
前記流路の解析対象区間の上流側の壁面の圧力P0と、前記流路の解析対象区間の下流側の壁面の圧力P1とを測定する工程と、
前記圧力の差(P0−P1)から下記式(1)によって解析対象区間の流路の壁面でのせん断応力τwを計算する工程と、
該せん断応力と、前記流動性材料の単位時間当たりの流量と、前記流動性材料の粘度特性とを用いて下記式(2)で前記流路の壁面でのスリップ速度を計算する工程とを含むことを特徴とする流動性材料と流路の壁面との摩擦特性を計算する方法。
- 前記流動性材料の粘度特性を、
該流動性材料の粘度を、粘度計を用いて測定する工程と、
前記測定された粘度を、流動性材料の解析対象区間での流動性材料の温度に、時間−温度換算則を用いて換算する工程とを含んで計算する請求項1記載の流動性材料と流路の壁面との摩擦特性を計算する方法。 - 請求項1又は2に記載された流動性材料と流路の壁面との摩擦特性を計算する方法に用いられる測定装置であって、
前記流動性材料を押し出す押出機の吐出側の端部に装着される外筒部と、該外筒部に着脱自在に内挿された内筒部とを含み、
前記内筒部は、同一径で軸方向にのびかつ前記押出機から押し出された流動性材料が供給される流路を具え、かつ、前記流路の表面は、前記流動性材料との摩擦特性を測定する解析対象物で形成されるとともに、
前記流路の解析対象区間の温度を測定する温度検出手段と、該解析対象区間の圧力を検出する圧力検出手段とを具えることを特徴とする測定装置。 - 前記外筒部には、前記内筒部の温度を調節するための流体が流れる調温流路が形成される請求項3記載の測定装置。
- 前記外筒部は、軸方向にのびるとともに前記内筒部が挿入される外筒本体と、
該外筒本体の押出機側に着脱自在に固着されかつ前記押出機の前記端部に固着されることにより前記押出機から押し出された前記流動性材料を前記内筒部の流路に導入する継ぎ流路を有する接続金具と、
前記外筒本体の押出機と反対側の端部である先端側に着脱自在に固着されかつ前記流路を流れる前記流動性材料を吐出する吐出口を有する蓋部材とを含み、
前記内筒部は、前記接続金具及び蓋部材の間で軸方向に押圧されて同心に突き合わされた2つの筒片からなる請求項3又は4記載の測定装置。
- 前記各筒片は、前記突き合わされた端面と反対側の端面に、各筒片を前記外筒本体から互いに離間する向きに引き出すための治具を螺着するためのネジ孔を有する請求項5記載の測定装置。
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