JP5718387B2 - 未加硫ゴムの混練方法および装置 - Google Patents

Description

この発明は、未加硫ゴムに対しマスターバッチ練りおよびファイナル練りを施す未加硫ゴムの混練方法および装置に関する。

従来の未加硫ゴムの混練方法および装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されているようなものが知られている。

特開２００２−１４４３９８号公報

このものは、未加硫ゴムが供給されてこれらの間を通過したとき、該未加硫ゴムに対しマスターバッチ練りを施すことができる一対の練りロールと、前記練りロールによりマスターバッチ練りが施された未加硫ゴムを前記練りロールに戻して再度マスターバッチ練りを施す、複数のコンベアから構成された循環手段と、循環手段より下流側に設置され、未加硫ゴムに対するマスターバッチ練りが完了したとき、循環手段の途中から排出された未加硫ゴムに対し架橋剤を供給する供給手段と、前記供給手段に近接して設置され、２本または３本のカレンダーロールからなるカレンダーロール手段とを備え、前記カレンダーロール間を架橋剤が供給された未加硫ゴムが次々に通過することで、該未加硫ゴムにファイナル練りを施すようにしたものである。そして、架橋剤を添加しない場合はマスターバッチ練りゴムの粘度と配合物分散を制御することができる。

しかしながら、このような従来の未加硫ゴムの混練方法および装置にあっては、マスターバッチ練りを行う練りロールおよび循環手段の下流側に、架橋剤が供給された未加硫タイヤをファイナル練りするカレンダーロール手段を設置しているが、このようなカレンダーロール手段は３本のカレンダーロールのみから構成されているため、未加硫ゴムに十分なファイナル練りを施すことができない、即ち架橋剤を十分に分散させることができないことがあるという課題がある。しかも、練りロール、循環手段の下流側にカレンダーロール手段を設置しているため、構造が複雑で装置全体が大型化するという課題もある。

このため、前記カレンダー手段の代わりに、前述したマスターバッチ練り用の練りロールおよび循環手段と同様の、ファイナル練り用である練りロール、循環手段を設置し、未加硫ゴムを循環手段により混練ロールに供給するとともに、これら混練ロール間を、必要に応じて繰り返し通過させることで、該未加硫ゴムに十分なファイナル練りを施すことも考えられる。しかしながら、このようなものにおいても、前述と同様に構造が複雑で装置全体が大型化するという課題がある。

この発明は、構造が簡単で小型でありながら、未加硫ゴムに対しマスターバッチ練り、ファイナル練りを順次連続して施すことができる未加硫ゴムの混練方法および装置を提供することを目的とする。

このような目的は、第１に、未加硫ゴムを混練ロールに供給し、これら混練ロール間を通過させることでマスターバッチ練りを施す工程と、混練ロールによりマスターバッチ練りが施された前記未加硫ゴムを循環手段により前記混練ロールに戻して再度マスターバッチ練りを施す工程と、未加硫ゴムに対するマスターバッチ練りが完了したとき、該未加硫ゴムに架橋剤を供給するとともに、該架橋剤が供給された未加硫ゴムを前記循環手段により前記混練ロールに戻し、これら混練ロール間を通過させることでファイナル練りを施す工程とを備え、前記混練ロールと循環手段との間に設けられたゴム押出し機によって混練ロールからの未加硫ゴムに対し練りを施した後、循環手段によって混練ロールに戻すようにした未加硫ゴムの混練方法において、前記架橋剤を未加硫ゴムに混入することなく前記ゴム押出し機内に該ゴム押出し機の未加硫ゴム投入口から供給するようにした未加硫ゴムの混練方法により、達成することができる。

第２に、未加硫ゴムが供給されてこれらの間を通過したとき、該未加硫ゴムに対しマスターバッチ練りを施すことができる一対の混練ロールと、前記混練ロールによりマスターバッチ練りが施された未加硫ゴムを前記混練ロールに戻して再度マスターバッチ練りを施す循環手段と、未加硫ゴムに対するマスターバッチ練りが完了したとき、該未加硫ゴムに架橋剤を供給する供給手段とを備え、架橋剤が供給された未加硫ゴムを前記循環手段により前記混練ロールに戻し、これら混練ロール間を通過させることでファイナル練りを施す一方、前記混練ロールと循環手段との間にゴム押出し機を設け、混練ロールからの未加硫ゴムに対しゴム押出し機によって練りを施した後、循環手段によって混練ロールに戻すようにした未加硫ゴムの混練装置において、前記架橋剤を未加硫ゴムに混入することなく供給手段により前記ゴム押出し機内に該ゴム押出し機の未加硫ゴム投入口から供給するようにした未加硫ゴムの混練装置により、達成することができる。

この発明においては、未加硫ゴムに対してマスターバッチ練りを施す混練ロール、および、マスターバッチ練りが施された未加硫ゴムを混練ロールに戻す循環手段をそのまま用いて、マスターバッチ練りの完了した未加硫ゴムに対し架橋剤を供給しながら同様にファイナル練りを施すようにしたので、共通の混練ロール、循環手段で未加硫ゴムに対し十分なマスターバッチ練り、ファイナル練りを順次連続して施すことができ、ファイナル練りのための特別な手段が不要となって、構造が簡単となるとともに、小型化を容易に図ることができる。

また、未加硫ゴムに対する練りの進行度、温度等を容易に調節することができる。

この発明の実施形態１を示す概略正面断面図である。 この発明の実施形態２を示す概略正面断面図である。

以下、この発明の実施形態１を図面に基づいて説明する。
図１において、11はインターナルミキサー、ニーダー等の密閉式ゴム混練機、ここではインターナルミキサーであり、このインターナルミキサー11の上部にはカーボンあるいはシリカおよび架橋剤を除く薬品が未加硫ゴムＭとともに投入される投入口12が形成されている。また、前記インターナルミキサー11の内部でその下部には互いに平行に延びる一対のロータ13が設けられ、これらロータ13の外周には翼がそれぞれ形成されている。そして、これらロータ13が図示していない駆動手段により逆方向に駆動回転されると、インターナルミキサー11内の未加硫ゴムＭはこれら翼により架橋剤が混入されていない状態での練り、即ち、マスターバッチ練り（ノンプロ練りとも称される）が施され、タイヤ耐久性の向上等に資するカーボンあるいはシリカの補強構造が生成されるとともに、未加硫ゴムＭの粘度の低下およびカーボン等の分散度の向上も図られる。

16は前記インターナルミキサー11の直下に設置された押出し機であり、この押出し機16には練りが終了した未加硫ゴムＭがインターナルミキサー11から供給されるが、このように押出し機16内に未加硫ゴムＭが供給されると、該未加硫ゴムＭはスクリュー17の回転により前方に向かって送り出され、押出し機16の前端部に設けられた押出しロール18間を通過して帯状の未加硫ゴムＭとなる。前記押出し機16の前方には水平で互いに平行な一対の混練ロール21、22が設置され、これらの混練ロール21、22は同一径で同一高さに配置されており、この結果、これら一対の混練ロール21、22間にはいずれの軸方向位置においても同一量のギャップ23が形成される。そして、これら混練ロール21、22には前記押出しロール18から帯状の未加硫ゴムＭが供給され、この結果、これら混練ロール21、22上には未加硫ゴムＭからなるゴムバンク24が形成される。

そして、図示していない駆動モータ、歯車からなる駆動機構から混練ロール21、22に駆動回転力が付与されると、これら混練ロール21、22は逆方向に同一周速度で回転する。このとき、これら混練ロール21、22はゴムバンク24の一部を下方に引き込んでこれら混練ロール21、22間（ギャップ23）を通過させ、未加硫ゴムＭを帯状ゴム25に成形しながら下方に向かって供給する。このように混練ロール21、22によって帯状ゴム25が成形される際、未加硫ゴムＭは、混練ロール21、22から大きな剪断力を受けることでマスターバッチ練りが施される。ここで、カーボンが配合されている場合の混練ロール21、22によるマスターバッチ練りは、 120〜 180℃の温度範囲内で行われ、これにより、カーボンの補強構造が生成されるとともに、未加硫ゴムＭの粘度の低下およびカーボンの分散度の向上が図られる。

なお、シリカが配合されている場合の混練ロール21、22によるマスターバッチ練りは80〜 140℃の温度範囲で行い、シリカの補強構造を生成するとともに、未加硫ゴムＭの粘度の低下およびシリカの分散度の向上も図り、さらに、カップリング反応を進行させる。また、この実施形態においては、前記混練ロール21、22をインターナルミキサー11の後段混練手段として使用しているが、この発明においてはインターナルミキサー11を省略し、混練ロール21、22を単独の混練手段として用いることもできる。また、この発明においては、前記駆動機構を構成する歯車の代わりにタイミングベルト、チェーン等を用いてもよく、また、混練ロール21、22に駆動モータを個別に連結し、これら混練ロール21、22の回転速度（周速度）を個別に制御するようにしてもよい。

前記混練ロール21、22の直下には前後方向に延びるゴム押出し機28が設置され、このゴム押出し機28内には前記混練ロール21、22によってマスターバッチ練りが施された未加硫ゴムＭ（帯状ゴム25）が投入口29を通じて供給される。そして、このようにゴム押出し機28内に未加硫ゴムＭが供給されると、該未加硫ゴムＭはスクリュー30の回転によりマスターバッチ練りが施されながら前方に向かって送り出され、その前端部に設けられた押出しロール31間を通過して帯状の帯状ゴム25に再び成形される。なお、この実施形態においては前記ゴム押出し機28によって未加硫ゴムＭに対しさらにマスターバッチ練りを施すようにしたが、この発明においては、前記ゴム押出し機28によって、単に粘度（可塑度）を低下させるとともに分散度を向上させるようにしてもよい。

35は前記ゴム押出し機28の前方に設置された前後方向に延びる振り分けコンベアであり、この振り分けコンベア35は後端を中心として図示していない揺動機構により上下に揺動することができ、上方に揺動して水平となったときには、ゴム押出し機28、押出しロール31から押出された帯状ゴム25を前方に向かって搬送することができ、一方、下方に揺動して傾斜したときには、ゴム押出し機28、押出しロール31から押出された帯状ゴム25を次工程に搬出（排出）することができる。36は前記振り分けコンベア35の長手方向中央部直上から上方に向かって延びる第１コンベアであり、この第１コンベア36は長手方向両端から長手方向中央に接近するに従い前方に向かうようくの字形に折れ曲がっている。

前記第１コンベア36の下側部直前および上側部直前にはそれぞれ該第１コンベア36の下側部および上側部に沿って延びる第２、第３コンベア39、40が設置され、これら第１コンベア36と第２、第３コンベア39、40とは図示していない駆動モータにより同一速度で走行する。そして、水平状態の振り分けコンベア35によって搬送されている帯状ゴム25が振り分けコンベア35の長手方向中央部に到達すると、該帯状ゴム25は振り分けコンベア35から離脱するとともに、第１、第２コンベア36、39間に供給され、これら第１、第２コンベア36、39により両側から挟持されながら上方に向かって搬送される。その後、該帯状ゴム25は第１、第３コンベア36、40間に供給され、これら第１、第３コンベア36、40により両側から挟持されながらさらに上方に向かって搬送される。

43は前端（上流端）が第１コンベア36の上端の直後に位置し、後端（下流端）が混練ロール21、22に支持されているゴムバンク24の直上に位置する水平な第４コンベアであり、この第４コンベア43の前端部には前記第１、第２、第３コンベア36、39、40により搬送されてきた帯状ゴム25が供給される。そして、このように第４コンベア43に供給された帯状ゴム25は、該第４コンベア43が図示していない駆動モータにより駆動されることで、後方に向かって搬送された後、該第４コンベア43の後端から垂下しながら落下して混練ロール21、22のゴムバンク24に戻される。前述した振り分けコンベア35、第１、第２、第３コンベア36、39、40は全体として、混練ロール21、22によりマスターバッチ練りが施された未加硫ゴムＭ（帯状ゴム25）を前記混練ロール21、22に戻して再度マスターバッチ練りを施す循環手段44を構成する。なお、この発明においては、前記循環手段44の途中に前記混練ロール21、22と同様の一対の混練ロールを配置してもよい。

また、必要に応じて循環手段44により未加硫ゴムＭを混練ロール21、22に繰り返し循環供給し、該混練ロール21、22により未加硫ゴムＭに対しマスターバッチ練りを３回以上施すようにしてもよい。さらに、この実施形態のように複数のコンベアを組み合わせることで循環手段44を構成した場合には、循環手段44によって混練ロール21、22に戻されている途中の未加硫ゴムＭを外気に十分な時間暴露させることができ、これにより、シリカが配合されている未加硫ゴムＭをマスターバッチ練りする際に、シリカ−シランカップリング反応により生成されるエタノールを未加硫ゴムＭの表面から飛散放出させて、該エタノールが未加硫ゴムＭ中に残留する事態を効果的に抑制することができる。

このようにして未加硫ゴムＭ（帯状ゴム25）が循環されながら繰り返しマスターバッチ練りされ、未加硫ゴムＭに対するマスターバッチ練りが完了すると、ゴム押出し機28内の未加硫ゴムＭに対し供給手段47から架橋剤（加硫剤）や添加剤を供給する。ここで、前述の未加硫ゴムＭに対するマスターバッチ練りの完了は、例えば、前記混練ロール21、22から未加硫ゴムＭに付与される挟持力（押付け力）の反力をロードセル、圧電センサ等の測定センサにより測定するとともに、該測定結果を基に未加硫ゴムＭの粘度を推測し、該粘度が規定の値となったことで検出することができる。なお、この発明においては、混練ロール21、22に付与されるトルクを測定し、測定されたトルクを基に未加硫ゴムＭの粘度を推測することでマスターバッチ練りの完了を検出するようにしてもよい。

また、前述した架橋剤、添加剤の供給は、これら架橋剤、添加剤を未加硫ゴムに混入して帯状ゴムとした後、該帯状ゴムの形態で供給するのではなく、原料の形態で供給する。そして、前述のようにして架橋剤が追加供給された未加硫ゴムＭは、その後、ゴム押出し機28、循環手段44を経て混練ロール21、22のゴムバンク24に戻されるが、このようにして混練ロール21、22に戻された架橋剤入りの未加硫ゴムＭは逆方向に回転する混練ロール21、22間を通過し帯状ゴム25となる。このとき、前記未加硫ゴムＭは混練ロール21、22から大きな剪断力を受けることで、少なくとも１回のファイナル練りが施され、架橋剤が未加硫ゴムＭ内において分散される。ここで、前述したファイナル練りは70〜 120℃の温度範囲内で行われる。なお、必要に応じて循環手段44により未加硫ゴムＭを混練ロール21、22に繰り返し循環供給し、該混練ロール21、22により未加硫ゴムＭに対しファイナル練りを複数回施すようにしてもよい。

ここで、前述のようにファイナル練りを施すときの未加硫ゴムＭの温度が70℃未満であると、架橋剤の分散が十分に行われないことがあり、一方、 120℃を超えると、架橋剤がポリマーと反応して架橋ゲルが生成するおそれがあるが、前述の温度範囲内とすれば、架橋ゲルの生成を確実に防止しながら、容易に架橋剤を均一に分散させることができる。また、前述のようにファイナル練りの温度はマスターバッチ練りの温度より低温で行われるが、未加硫ゴムＭが循環手段44により循環されている間に外気により冷却されて温度が低下するため、通常は、特別な作業は不要である。そして、ファイナル練りを前述した温度範囲内で行わせるには、混練ロール21、22の回転速度、ギャップ23のギャップ量、ゴム押出し機28の押出し速度、循環手段44による搬送速度等を適切な値に制御すればよい。

前述のように未加硫ゴムＭに対してマスターバッチ練りを施す混練ロール21、22および、マスターバッチ練りが施された未加硫ゴムＭを混練ロール21、22に戻す循環手段44をそのまま用いて、マスターバッチ練りの完了した未加硫ゴムＭに対し架橋剤を供給しながら同様にファイナル練りを施すようにしたので、共通の混練ロール21、22、循環手段44で未加硫ゴムＭに対し十分なマスターバッチ練り、ファイナル練りを順次連続して施すことができ、ファイナル練りのための特別な手段が不要となって、構造が簡単となるとともに、小型化を容易に図ることができる。そして、前述のように一対の混練ロール21、22と循環手段44との間にゴム押出し機28を設け、混練ロール21、22からの未加硫ゴムＭ（帯状ゴム25）に対しゴム押出し機28によってマスターバッチ練りまたはファイナル練りを施した後、循環手段44によって混練ロール21、22に戻すようにしたので、未加硫ゴムＭに対する練りの進行度、温度等を容易に調節することができる。

次に、前記実施形態１の作用について説明する。
今、インターナルミキサー11内に投入された未加硫ゴムＭに対しマスターバッチ練りが施されているとする。そして、前記インターナルミキサー11によるマスターバッチ練りが終了すると、該インターナルミキサー11から未加硫ゴムＭが押出し機16に供給されるが、このようにして押出し機16に供給された未加硫ゴムＭは、スクリュー17の回転により前方に送り出された後、押出しロール18間を通過して帯状の未加硫ゴムＭとなる。その後、該帯状の未加硫ゴムＭは一対の水平な混練ロール21、22に供給されてゴムバンク24となるが、このゴムバンク24（未加硫ゴムＭ）は混練ロール21、22の逆方向回転により下方に引き込まれながらこれら混練ロール21、22間（ギャップ23）を通過し帯状ゴム25に成形される。このとき、前記未加硫ゴムＭは混練ロール21、22から大きな剪断力を受けてマスターバッチ練りが施され、カーボンあるいはシリカの補強構造が生成されるとともに、粘度の低下および分散度の向上が図られる。

その後、前記未加硫ゴムＭ（帯状ゴム25）はゴム押出し機28内に供給されるが、このゴム押出し機28に供給された未加硫ゴムＭはスクリュー30の回転によりマスターバッチ練りが施されながら前方に送り出された後、押出しロール31間を通過して帯状の帯状ゴム25に再び成形される。このように帯状に成形された未加硫ゴムＭ（帯状ゴム25）は振り分けコンベア35により前方に供給された後、第１、第２、第３コンベア36、39、40により両側から挟持されながら上方に向かって搬送され、その後、第４コンベア43により混練ロール21、22の直上まで後方に搬送され、該第４コンベア43の下流端から垂下しながら混練ロール21、22上のゴムバンク24に供給される。このように混練ロール21、22によりマスターバッチ練りが施された未加硫ゴムＭは循環手段44により混練ロール21、22に戻されてループを形成するとともに、混練ロール21、22により再度マスターバッチ練りが施される。

このように未加硫ゴムＭが循環手段44により循環されながら混練ロール21、22によって繰り返しマスターバッチ練りされ、未加硫ゴムＭに対するマスターバッチ練りが完了すると、ゴム押出し機28内の未加硫ゴムＭに対し供給手段47から架橋剤や添加剤が供給される。このような架橋剤等が供給された未加硫ゴムＭは前述と同様にゴム押出し機28から押し出された後、循環手段44により混練ロール21、22（バンクゴム24）に戻され、逆方向に回転する混練ロール21、22間を通過することで再び帯状ゴム25となる。このとき、架橋剤が追加供給された前記未加硫ゴムＭは混練ロール21、22から大きな剪断力を受けて少なくとも１回のファイナル練りが施され、架橋剤が未加硫ゴムＭ内において均一に分散される。

このように共通の混練ロール21、22、循環手段44を用いて未加硫ゴムＭに対し十分なマスターバッチ練り、ファイナル練りを順次連続して施すようにしたので、ファイナル練りのための特別な手段が不要となり、構造が簡単となるとともに、小型化を容易に図ることができる。そして、架橋剤が所望の分散度となりファイナル練りが完了すると、振り分けコンベア35を仮想線で示すように下方に揺動させ、前記ファイナル練りが完了した未加硫ゴムＭ（帯状ゴム25）を次工程に搬出する。

図２は、この発明の実施形態２を示す図である。この実施形態においては、循環手段を、複数のコンベアを組み合わせることでは構成せず、混練ロール21、22、ゴム押出し機28より前方でこれらの上方に設置された回転可能な１個の反転ロール50から構成している。ここで、前記反転ロール50は前記混練ロール21、22の軸線に平行に延び、その回転軸には駆動モータが連結されている。そして、前記混練ロール21、22間を通過することでマスターバッチ練り、ファイナル練りが施された未加硫ゴムＭは、空中を通じてゴム押出し機28（押出しロール31）から反転ロール50まで導かれた後、該反転ロール50の周囲に約半周掛け回されて反転され、その後、空中を通じて混練ロール21、22（ゴムバンク24）に戻されることでループ（無端状）を形成する。そして、この状態で混練ロール21、22、反転ロール50が回転することにより、未加硫ゴムＭ（帯状ゴム25）はこれら混練ロール21、22と反転ロール50との間を繰り返し循環される。なお、他の構成、作用は前記実施形態１と同様である。

この発明は、未加硫ゴムに対しマスターバッチ練りおよびファイナル練りを施す産業分野に適用できる。

21、22…混練ロール 28…ゴム押出し機
44…循環手段 47…供給手段
Ｍ…未加硫ゴム

Claims (2)

1. 未加硫ゴムを混練ロールに供給し、これら混練ロール間を通過させることでマスターバッチ練りを施す工程と、混練ロールによりマスターバッチ練りが施された前記未加硫ゴムを循環手段により前記混練ロールに戻して再度マスターバッチ練りを施す工程と、未加硫ゴムに対するマスターバッチ練りが完了したとき、該未加硫ゴムに架橋剤を供給するとともに、該架橋剤が供給された未加硫ゴムを前記循環手段により前記混練ロールに戻し、これら混練ロール間を通過させることでファイナル練りを施す工程とを備え、前記混練ロールと循環手段との間に設けられたゴム押出し機によって混練ロールからの未加硫ゴムに対し練りを施した後、循環手段によって混練ロールに戻すようにした未加硫ゴムの混練方法において、前記架橋剤を未加硫ゴムに混入することなく前記ゴム押出し機内に該ゴム押出し機の未加硫ゴム投入口から供給するようにしたことを特徴とする未加硫ゴムの混練方法。
2. 未加硫ゴムが供給されてこれらの間を通過したとき、該未加硫ゴムに対しマスターバッチ練りを施すことができる一対の混練ロールと、前記混練ロールによりマスターバッチ練りが施された未加硫ゴムを前記混練ロールに戻して再度マスターバッチ練りを施す循環手段と、未加硫ゴムに対するマスターバッチ練りが完了したとき、該未加硫ゴムに架橋剤を供給する供給手段とを備え、架橋剤が供給された未加硫ゴムを前記循環手段により前記混練ロールに戻し、これら混練ロール間を通過させることでファイナル練りを施す一方、前記混練ロールと循環手段との間にゴム押出し機を設け、混練ロールからの未加硫ゴムに対しゴム押出し機によって練りを施した後、循環手段によって混練ロールに戻すようにした未加硫ゴムの混練装置において、前記架橋剤を未加硫ゴムに混入することなく供給手段により前記ゴム押出し機内に該ゴム押出し機の未加硫ゴム投入口から供給するようにしたことを特徴とする未加硫ゴムの混練装置。

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