JP7063115B2

JP7063115B2 - ゴム材料の混練方法

Info

Publication number: JP7063115B2
Application number: JP2018100204A
Authority: JP
Inventors: 未来村松
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2022-05-09
Anticipated expiration: 2038-05-25
Also published as: JP2019202507A

Description

本発明は、ゴム材料の混練方法に関し、さらに詳しくは、目標粘度範囲の混練ゴムを安定して製造することができるゴム材料の混練方法に関するものである。

タイヤやゴムホース等のゴム製品は、未加硫ゴム材料を用いて成形された成形体を加硫することにより製造される。未加硫ゴム材料を製造するには例えば、原料ゴムと、カーボンブラック、フィラー、オイル等の非加硫系の配合剤とを、密閉型混練機によって混練することでまず一次混練ゴムを製造する。その後、一次混練ゴムに硫黄等などの加硫系の配合剤を混合して混練することで最終混練ゴムを製造し、これが未加硫ゴム材料として使用される。

混練ゴムの粘度が安定していない場合は、次工程での加工性や寸法安定性の悪化につながる。そのため、混練工程ではゴム材料を目標粘度に混練することが重要である。従来、所定粘度の混練ゴムを製造するための混練方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、混練工程での所定時間当たりのロータの駆動に要する合計電力が基準値を超えているか否かを検知し、その検知結果に基づいて混練時間を調整する。しかしながら、合計電力値に基づいて混練時間を調整しても、目標粘度の混練ゴムを製造することができない場合もあるため、より安定的に目標粘度の混練ゴムを製造するには改善の余地がある。

特開２００５－２４６７８５号公報

本発明の目的は、目標粘度範囲の混練ゴムを安定して製造することができるゴム材料の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本発明のゴム材料の混練方法は、原料ゴムと配合剤とからなるゴム材料をバッチ毎に密閉型混練機の混練室で、前記混練室に内設されたロータを回転させることにより混練して目標粘度範囲の混練ゴムを製造するゴム材料の混練方法において、前記ゴム材料が前記目標粘度範囲の混練ゴムに混練された正常混練工程での前記ロータを構成するロータ軸の回転トルクデータ、前記ロータを回転駆動させるために要した電力量データ、前記ゴム材料の温度データのうちの少なくとも一つの指標データと、前記正常混練工程後の前記混練ゴムの粘度データとをそれぞれマスターデータとして予め把握しておき、同じ仕様のゴム材料を前記密閉型混練機を用いて混練する際に、前記マスターデータに基づいて混練を行い、前記マスターデータとして、直近に混練された１０バッチ以上の所定バッチ数の前記正常混練工程での前記指標データおよびこれら正常混練工程後の前記混練ゴムの前記粘度データを用い、１バッチの前記正常混練工程が終了する毎に、直近に混練された所定バッチ数の前記正常混練工程での前記指標データおよびこれら正常混練工程後の前記混練ゴムの前記粘度データを用いて前記マスターデータを更新することを特徴とする。

本発明によれば、目標粘度範囲の混練ゴムが製造された正常混練工程で取得された回転トルクデータ、電力量データ、ゴム材料の温度データのうちの少なくとも一つの指標データと、正常混練工程後の混練ゴムの粘度データとをそれぞれマスターデータとして予め把握する。このマスターデータに基づいて、同じ仕様のゴム材料を同じ密閉型混練機を用いて混練するので、目標粘度範囲の混練ゴムを安定して製造するには有利になる。

本発明に用いる混練システムを例示する縦断面図である。図１の密閉型混練機を平面視で例示する説明図である。図１のＡ－Ａ断面図である。図１の混練システムを用いてゴム材料を混練している状態を例示する説明図である。

以下、本発明のゴム材料の混練方法を、図に示した実施形態に基づいて説明する。

本発明には、図１～図３に例示する密閉型混練機１（以下、混練機１という）と、粘度計１５とを備えた混練システムが用いられる。混練機１は未加硫のゴム材料Ｒを混練する。ゴム材料Ｒは原料ゴムＧと複数種類の非加硫系の配合剤Ｎとからなり、混練されることで原料ゴムＧに配合剤Ｎを均等に分散させるようにして目標粘度範囲の混練ゴムＲＦが製造される。製造された混練ゴムＲＦの粘度は粘度計１５により測定される。粘度計１５としては一般的な機器であればよく、例えばムーニー粘度計等が使用される。

原料ゴムＧとしては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、１，２－ポリブタジエン、クロロプレンゴム、ブチルゴム、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（アクリルニトリルゴム、水素化ニトリルゴム）、エチレンプロピレンジエンゴム等を例示できる。これらを１種単独でまたは２種以上を組合せて使用する。非加硫系の配合剤Ｎとしては、例えば、カーボンブラック、シリカ、シランカップリング剤、酸化亜鉛、ステアリン酸等の中から適宜、必要なものが使用される。

混練機１は、混練室５ａと、混練室５ａの上端開口に接続されて上方に延在するラム室５ｂと、混練室５ａに配置された一対のロータ２（２Ａ、２Ｂ）と、ラム室５ｂに配置されたラム６と、ロータ２やラム６等の動きを制御する制御部１２とを備えている。混練室５ａには油投入部７が接続され、ラム室５ｂにはゴム投入部８および配合剤投入部１０が接続されている。原料ゴムＧは、ゴム投入部８からラム室５ｂを通じて混練室５ａに投入される。ホッパ９に投入された配合剤Ｎは、配合剤投入部１０からラム室５ｂを通じて混練室５ａに投入される。油投入部７からはオイルが混練室５ａに投入される。

それぞれのロータ２Ａ、２Ｂは、ロータ軸２ｃとロータ軸２ｃに突設された攪拌羽根２ｄとを有している。それぞれのロータ２Ａ、２Ｂ（ロータ軸２ｃ）は対向配置されて、それぞれのロータ軸２ｃは変速機４を介して駆動モータ３（３Ａ、３Ｂ）に接続されている。それぞれのロータ軸２ｃは、駆動モータ３Ａ、３Ｂによって回転駆動される。それぞれのロータ軸２ｃが同じ１つの駆動モータ３によって回転駆動される構成にすることもできる。

また、それぞれのロータ軸２ｃの内側または外側にはトルクセンサ１４が設置されている。トルクセンサ１４と制御部１２とは有線または無線により通信可能に接続されている。トルクセンサ１４は、ロータ軸２ｃの変形に基づいてロータ軸２ｃに生じる回転トルクを検知する。トルクセンサ１４により検知された回転トルクデータＴｒは逐次、制御部１２に入力される。トルクセンサ１４としては、ロータ軸２ｃの回転歪み（捩じり歪み）を検知する歪ゲージ等を用いることができる。

混練室５ａの底面には開閉する排出扉１１が設けられている。また、排出扉１１には温度センサ１３がその先端部を混練室５ａに露出して設けられている。温度センサ１３は混練室５ａで混練されているゴム材料Ｒの温度を逐次検知する。温度センサ１３により検知された温度データＴｍは制御部１２に逐次入力される。

制御部１２には電力計１２ａおよび回転計１２ｂが付設されている。ロータ２を回転駆動させるために要した瞬時電力量が電力計１２ａにより逐次検知される。電力計１２ａにより検知された瞬時電力量データＰ１は制御部１２に入力される。制御部１２では瞬時電力量を積算した積算電力量が算出されて、任意の混練期間おけるロータ２を回転駆動させるために要した積算電力量データＰ２が把握することができる。ロータ２の回転数は回転計１２ｂにより逐次検知されて制御部１２に入力される。

ラム室５ｂの内部を上下移動するラム６は、所定位置まで下方移動すると混練室５ａの上端開口を塞ぐことができる。ラム６は、油圧シリンダ等の昇降機構によって上下移動される。ラム６の上下移動（上下位置）が制御部１２により制御されることで、混練室５ａに投入されているゴム材料Ｒに対してラム６によって付与されるラム圧力が調整される。

次に、本発明によりゴム材料Ｒを混練する手順の一例を説明する。

本発明では、図１の混練機１の混練室５ａに所定量の１バッチ分のゴム材料Ｒが投入され、目標粘度範囲にするように所定の混練条件で（例えば、ロータ２の回転速度、ラム圧、混練時間などが制御されて）混練工程が行われて混練ゴムＲＦが製造される。

混練工程では、１バッチ分のゴム材料Ｒ（原料ゴムＧ、非加硫系の配合剤Ｎ、オイル等）が混練室５ａに投入された後に、回転駆動されるロータ２によって混練される。混練工程の開始から終了までに、例えば複数回、ラム６を上下移動させる。

混練工程では、温度センサ１３により検知された温度データＴｍ、トルクセンサ１４により検知された回転トルクデータＴｒが逐次検知され、検知されたこれらデータは制御部１２に入力されて記憶される。また、電力計１２ａにより検知された電力量データＰが制御部１２に入力されて記憶される。

１バッチ分のゴム材料Ｒの混練工程が終了すると、排出扉１１を開いて混練室５ａの底面から混練ゴムＲＦが排出される。その後、順次、新たな１バッチ分のゴム材料Ｒに対して同様の混練工程が行われて、複数バッチ分のゴム材料Ｒが連続的に混練される。

製造された混練ゴムＲＦは粘度計１５により粘度が測定され、測定された粘度が目標粘度範囲内であるか否かが判断される。目標粘度（目標値Ｂｖ）に対して所定の許容範囲（例えば目標値Ｂｖの±５％）内の粘度が目標粘度範囲（０．９５Ｂｖ以上１．０５Ｂｖ以下）として設定される。この明細書では、目標粘度範囲の混練ゴムＲＦが製造された場合の混練工程を正常混練工程とし、目標粘度範囲外の混練ゴムＲＦが製造された場合の混練工程を非正常混練工程とする。

本発明では、正常混練工程での回転トルクデータＴｒ、電力量データＰ１（Ｐ２）、
温度データＴｍのうちの少なくとも一つの指標データＤと、正常混練工程後の混練ゴムＲＦの粘度データＢとをそれぞれマスターデータＭＤとして予め把握しておく。即ち、本発明では非正常混練工程で得られたデータは除外して使用しない。マスターデータＭＤは制御部１２に入力、記憶される。指標データＤとして、回転トルクデータＴｒ、電力量データＰ１（Ｐ２）および温度データＴｍのすべてを採用してもよいが、これらの中では回転トルクデータＴｒが混練ゴムＲＦの粘度に最も大きな影響を及ぼす。そのため、回転トルクデータＴｒを指標データＤに含めることが望ましい。

予め把握しているマスターデータＭＤを得た際に混練したゴム材料Ｒと同じ仕様のゴム材料Ｒ（同じ構成材料を同じ配合割合で用いたゴム材料Ｒ）を同じ混練機１を用いて新たに混練する際には、このマスターデータＭＤに基づいて混練条件を制御して混練を行う。そして、この混練を行うことで目標粘度範囲の混練ゴムＲＦを製造する。

即ち、新たな１バッチ分のゴム材料Ｒの混練を行う際には、まず、マスターデータＭＤとして記憶されている指標データＤと同様の指標データＤが得られるように混練条件が設定される。具体的には、この指標データＤの経時変化と同様の経時変化をする検知データが得られるように混練条件が設定される。

さらに、マスターデータＭＤの粘度データＢが目標値Ｂｖよりも小さい場合は（粘度が低ければ）、この混練工程によって製造される混練ゴムＲＦの粘度データＢがより目標値Ｂｖに近づくように（粘度が高くなるように）、指標データＤに基づいて設定された上記の混練条件が調整される。回転トルクデータＴｒ、温度データＴｍ、電力量データＰ１（Ｐ２）が大きくなると、製造された混練ゴムＲＦの粘度は小さくなるので、例えば、回転トルクデータＴｒ、温度データＴｍ、電力量データＰ１（Ｐ２）をより小さくするように混練条件が調整される。

一方、マスターデータＭＤの粘度データＢが目標値Ｂｖよりも大きい場合は（粘度が高ければ）、この混練工程によって製造される混練ゴムＲＦの粘度データＢがより目標値Ｂｖに近づくように（粘度が低くなるように）、指標データＤに基づいて設定された上記の混練条件が調整される。例えば、回転トルクデータＴｒ、温度データＴｍ、電力量データＰ１（Ｐ２）をより大きくするように混練条件が調整される。

マスターデータＭＤの粘度データＢが目標値Ｂｖと実質的に同じ場合は、指標データＤに基づいて設定された上記の混練条件がそのまま用いられる。尚、それぞれの混練条件をどの程度変化させると指標データＤがどの程度変化するのかを予め特性データとして把握しておく。そして、この特性データに基づいて、上述したように混練条件が制御部１２により調整される。

新たな１バッチのゴム材料Ｒの混練工程では、上記のようにして設定されて、必要に応じて調整された混練条件に合致させる制御をして、目標粘度範囲の混練ゴムＲＦが製造される。新たな１バッチのゴム材料Ｒの混練工程においても検知された回転トルクデータＴｒ、温度データＴｍ、電力量データＰ１、Ｐ２が逐次、制御部１２に入力、記憶される。また、製造された混練ゴムＲＦの粘度データＢが制御部１２に入力、記憶される。この新たな１バッチのゴム材料Ｒの混練工程で検知されたこれらデータは、以後のバッチの混練工程でマスターデータＭＤとして利用される。

本発明では上述したように、予め把握した少なくとも一つの指標データＤと、混練ゴムＲＦの粘度データＢとをそれぞれマスターデータＭＤとして、これらマスターデータＭＤに基づいて、同じ混練機１を用いて同じ仕様のゴム材料Ｒを混練する。即ち、目標粘度範囲の混練ゴムＲＦが製造されたバッチのゴム材料Ｒの混練工程と同様の混練条件になるように制御して、新たなバッチのゴム材料Ｒを混練するので、目標粘度範囲の混練ゴムＲＦを安定して製造するには有利になる。

マスターデータＭＤとしては例えば、直近に混練された１０バッチ以上の所定バッチ数ｉの正常混練工程での指標データＤおよびこれら所定バッチ数ｉのそれぞれの正常混練工程後の混練ゴムＲＦの粘度データＢを用いる。この所定バッチ数ｉは、１０～６０にすることが好ましい。所定バッチ数ｉが１０未満であるとそれぞれのバッチにおけるばらつきを十分に均すことができずにマスターデータＭＤの適正さ（安定性）を確保し難くなる。一方、所定バッチ数ｉが６０超であると、直近に混練されたバッチであっても今回混練する１バッチ分のゴム材料Ｒとは、雰囲気環境（温度や湿度）等の条件が変化している可能性が高くなるので、マスターデータＭＤの適正さを確保し難くなる。より好ましい所定バッチ数ｉは２０～４０程度である。

マスターデータＭＤには例えば、所定バッチ数ｉのそれぞれの正常混練工程で取得された指標データＤを単純平均した平均値およびこれら所定バッチ数ｉのそれぞれの正常混練工程後の混練ゴムＲＦの粘度データＢを単純平均した平均値を用いる。単純平均値を用いると演算処理を簡素化できる。

１バッチの正常混練工程が終了する毎に、直近に混練された所定バッチ数ｉの正常混練工程での指標データＤおよびこれら所定バッチ数ｉのそれぞれの正常混練工程後の混練ゴムＲＦの粘度データＢを用いてマスターデータＭＤを更新するとよい。このようにして常に最新の所定バッチ数ｉに基づくマスターデータＭＤに更新すると、より直近に混練したバッチの混練条件を十分に反映させたマスターデータＭＤにすることができるので、マスターデータＭＤの適正さが向上する。

本発明では、それぞれの１バッチ分のゴム材料Ｒの重量を実質的に同じにすることが望ましいがこれに限定されない。それぞれの１バッチ分のゴム材料Ｒの重量の違いが無視できない場合は、重量に応じて大きく変化する指標Ｄ（回転トルクデータＴｒ、電力量データＰ１、Ｐ１）については、それぞれのバッチの重量に応じて調整したデータにする。即ち、１バッチのゴム材料Ｒの単位重量当たりの回転トルク（回転トルクデータＴｒ）、電力量（電力量データＰ１、Ｐ２）を用いて本発明に適用すればよい。

本発明を適用できるのは、原料ゴムＧを非加硫系の配合剤Ｎとともに混練する場合だけに限らない。例えば、原料ゴムＧと非加硫系の配合剤Ｎ（硫黄や加硫促進剤など）とを混練して製造された混練ゴムＲＦと加硫系の配合剤Ｎとを混練して最終混練ゴムＲＦを製造する場合にも本発明を適用することができる。

１密閉型混練機
２（２Ａ、２Ｂ）ロータ
２ｃロータ軸
２ｄ撹拌羽根
３（３Ａ、３Ｂ）駆動モータ
４変速機
５ａ混練室
５ｂラム室
６ラム
７油投入部
８ゴム投入部
９ホッパ
１０配合剤投入部
１１排出扉
１２制御部
１２ａ電力計
１２ｂ回転計
１３温度センサ
１４トルクセンサ
１５粘度計
Ｇ原料ゴム
Ｎ配合剤
Ｒゴム材料
ＲＦ混練ゴム

Claims

原料ゴムと配合剤とからなるゴム材料をバッチ毎に密閉型混練機の混練室で、前記混練室に内設されたロータを回転させることにより混練して目標粘度範囲の混練ゴムを製造するゴム材料の混練方法において、
前記ゴム材料が前記目標粘度範囲の混練ゴムに混練された正常混練工程での前記ロータを構成するロータ軸の回転トルクデータ、前記ロータを回転駆動させるために要した電力量データ、前記ゴム材料の温度データのうちの少なくとも一つの指標データと、前記正常混練工程後の前記混練ゴムの粘度データとをそれぞれマスターデータとして予め把握しておき、同じ仕様のゴム材料を前記密閉型混練機を用いて混練する際に、前記マスターデータに基づいて混練を行い、
前記マスターデータとして、直近に混練された１０バッチ以上の所定バッチ数の前記正常混練工程での前記指標データおよびこれら正常混練工程後の前記混練ゴムの前記粘度データを用い、１バッチの前記正常混練工程が終了する毎に、直近に混練された所定バッチ数の前記正常混練工程での前記指標データおよびこれら正常混練工程後の前記混練ゴムの前記粘度データを用いて前記マスターデータを更新することを特徴とするゴム材料の混練方法。
前記マスターデータとして、前記所定バッチ数の前記正常混練工程で取得された前記指標データの平均値およびこれら正常混練工程後の前記混練ゴムの前記粘度データの平均値を用いる請求項１に記載のゴム材料の混練方法。