JP7070112B2 - ゴム材料の練り方法 - Google Patents

Description

本発明は、特にタイヤ用のゴム材料の練り作業に好適に採用しうるゴム材料の練り方法に関する。

例えば、トレッドゴムなどのタイヤ用ゴム部材の成形加工においては、オープンロール機を用いて、所定配合のゴム材料に練りを加えて熱入れし、しかる後ゴム押出機に投入することが行われている。

オープンロール機は、図７に示すように、互いに平行な２本のロールａ１、ａ２を有し、その間にゴム材料Ｇが投入される。ロールａ１、ａ２が回転すると、ゴム材料Ｇは、ロールａ１、ａ２間に噛み込まれ、その間隙を通過するとき、ゴムが発熱し可塑化が促進される。通常、一方のロールａ１の回転速度が、他方のロールａ２の回転速度よりも大に設定されており、可塑化したゴムｇａは、一方のロールａ１に巻き付いて、バンク部ｂ内のゴムｇｂと合流し、練りが繰り返される。

このとき、ロールａ１に巻き付いたゴムｇａがロール表面から剥がれロールａ１が空回りする所謂バギングＪが発生し、熱入れ効率や混練り効率を低下させるという問題がある。

従来においては、ロールａ１、ａ２間の隙間、ロールａ１、ａ２の回転速度、及びゴム温度などを調整することでバギングの発生の抑制が図られている。

しかし、近年、タイヤの低燃費性を高めるために、例えばトレッドゴム等に低発熱仕様のゴムを採用する傾向がある。この低発熱仕様のゴムは、従来のタイヤ用材料に比して、粘着性に劣り、又ピークトルクが相対的に高く、かつ応力緩和のトルク低下率が低いという特性がある。

そのため、従来の方法では、このような低発熱仕様のゴムに対して、バギングの発生を充分に抑えることは難しい。

なお下記の特許文献１には、一方のロールの表面にロール加工用補助剤の膜を形成することが提案されている。この膜により、ゴムとの密着性を高め、ロール表面からのゴムの剥がれを防止している。しかしこの提案では、頻繁な膜の形成が必要であり、又膜が剥がれてゴム内に混入する恐れを招く。しかも、上記の低発熱仕様のゴムに対しては、バギングの発生を充分に抑えることが難しい。

特開２００３－８９１１２号公報

本発明は、バギング発生に対する抑制効果を高めうるゴム材料の練り方法を提供することを課題としている。

本発明は、互いに平行に配列されかつ互いに逆向きに回転する第１ロールと第２ロールとを有するオープンロール機を用いて未加硫のゴム材料を練るための方法であって、
前記第１ロールの表面温度Ｔ１と第２ロールの表面温度Ｔ２との差を２０℃以上とした状態で、前記第１ロールと前記第２ロールとの間隙に前記ゴム材料を噛み込ませて練る工程を含む。

本発明に係るゴム材料の練り方法では、前記練る工程において、前記第１ロールの表面温度Ｔ１が前記第２ロールの表面温度Ｔ２よりも低く設定され、かつ、前記第１ロールの回転数Ｎ１が、前記第２ロールの回転数Ｎ２よりも大きく設定されるのが好ましい。

本発明に係るゴム材料の練り方法では、前記第１ロールの回転数Ｎ１に対する前記第２ロールの回転数Ｎ２の比であるフリクション比Ｎ２／Ｎ１が７０％以下であるのが好ましい。

本発明に係るゴム材料の練り方法では、前記第１ロールの回転数Ｎ１に対する前記第２ロールの回転数Ｎ２の比であるフリクション比Ｎ２／Ｎ１が３０％以上であるのが好ましい。

本発明に係るゴム材料の練り方法では、前記第２ロールの表面温度Ｔ２が５０℃以上であるのが好ましい。

本発明に係るゴム材料の練り方法では、前記ゴム材料は、ピークトルク（８０℃）が３０（dN・m）以上であるのが好ましい。

本発明に係るゴム材料の練り方法では、前記ゴム材料は、応力緩和のトルク低下率が８５％（８０℃／５秒後）以下であるのが好ましい。

本発明は叙上の如く、第１ロールと第２ロールとの間隙にゴム材料を噛み込ませて練る工程において、第１ロールの表面温度Ｔ１と第２ロールの表面温度Ｔ２との差を２０℃以上に設定している。

その結果、低温側のロールからのゴムの剥がれが抑えられ、バギングの発生の抑制効果を高めることができる。特にフリクション比と組み合わせることにより、例えば低発熱仕様のゴムに対しても、バギングの発生を低く抑えることが可能となり、オープンロール機による熱入れが可能になる。

本発明のゴム材料の練り方法を実施するためのオープンロール機を概念的に示す平面図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 バギングの発生メカニズムを説明する断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はゴム材料のピークトルク、及びトルク低下率の測定方法を説明する斜視図、及びグラフである。 （Ａ）、（Ｂ）はフリクション比による作用のメカニズムを説明する断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はフリクション比と、ゴムの厚さ及びゴムのシュリンク量との関係を示すグラフである。 オープンロール機におけるバギングの発生を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１には、本発明のゴム材料Ｇの練り方法を実施するためのオープンロール機１の平面図が示され、図２にはそのＡ－Ａ断面が示される。

図１、２に示すように、本実施形態のオープンロール機１は、互いに平行に配列する第１ロール２と第２ロール３とを具える。この第１ロール２と第２ロール３とは、互いに同径な円柱状の胴部４を有し、それぞれフレーム８に回転可能に支持される。第１ロール２の胴部４と第２ロール３の胴部４との間には、バンク部５に投入された未加硫のゴム材料Ｇを噛み込むための間隙６が形成されている。

オープンロール機１は、モータ等を含む駆動装置（図示省略）を具える。この駆動装置により、第１ロール２と第２ロール３とは、互いに逆向きに回転駆動される。なお駆動装置は、回転速度調整手段をさらに含み、第１ロール２の回転数Ｎ１と第２ロール３の回転数Ｎ２とを、それぞれ調整しうる。

又オープンロール機１は、温度調節手段（図示省略）を具える。この温度調節手段により、第１ロール２の表面温度Ｔ１と第２ロールの表面温度Ｔ２とは、それぞれ調整されうる。

図中の符号７は、例えばガイド板であり、投入されたゴム材料Ｇをガイド板７、７間で堰き止め、ゴム材料Ｇがバンク部５から軸心方向外側に流出するのを阻止しうる。

次に、オープンロール機１を用いたゴム材料Ｇの練り方法を説明する。
本発明の練り方法では、第１ロール２の表面温度Ｔ１と第２ロール３の表面温度Ｔ２との差を２０℃以上とした状態で、前記間隙６にゴム材料Ｇを噛み込ませて練る工程Ｓを含む。

本例では、第１ロール２の回転数Ｎ１が、第２ロール３の回転数Ｎ２よりも大に設定されている。ここで、第１ロール２と第２ロール３とが、互いに逆向きに回転することにより、バンク部５内のゴム材料Ｇは、間隙６に噛み込まれ、かつこの間隙６を下に向かって通過する。このときゴムが発熱し可塑化される。このとき、Ｎ１＞Ｎ２であることにより、前記間隙６を通過したゴムｇａは、第１ロール２にシート状に巻き付き、バンク部５へと戻される。又ゴムｇａは、バンク部５内のゴムｇｂ（バンクゴムｇｂと呼ぶ場合がある。）と合流して練りが繰り返される。

本例では、第１ロール２の表面温度Ｔ１が、第２ロール３の表面温度Ｔ２よりも低く設定されている。そして、温度差（Ｔ２－Ｔ１）が２０℃以上とすることで、第１ロール２に巻き付くゴムｇａにおけるバギングの発生が低く抑えられる。

図３に、バギングの発生メカニズムが示される。図３に示されるように、第１ロール２に巻き付いたゴムｇａが、バンクゴムｇｂと合流するとき、衝突Ａが起こる。このとき、ゴムｇａが潰れずに跳ね返る。これが起点となり、ゴムｇａが、第１ロール２から剥がれて浮き上がり、又この浮き上がりＢが、下方に向かって進行していく。又ゴムｇａのシュリンクによる第１ロール２への締め付け力Ｆが弱いことにより、ゴムｇａが、第１ロール２に追従して巻き上がらなくなり、バギングの発生に至る。

従って、バギングは、
（ア）ゴムｇａがバンクゴムｇｂと衝突する際の跳ね返りが大きいほど；
（イ）ゴムｇａの第１ロール２との粘着力が弱いほど；
（ウ）シュリンクが小さく、ゴムｇａの第１ロール２への締め付け力Ｆが小さいほど；発生しやすくなる。

ここで、低発熱仕様のゴムは、従来のタイヤ用材料に比して、粘着性に劣り、又ピークトルクＫmax が相対的に高く、かつ応力緩和のトルク低下率ΔＫが低いという特性がある。

このうち、ゴムのピークトルクＫmax が高い場合、シート状のゴムｇａが硬く折れ曲がり難い。そのため、バンクゴムｇｂと衝突する際の跳ね返りが大きく、バギングの発生に不利となる。又、トルク低下率ΔＫが低い場合、ゴムの内部応力が減少し難い。即ち、シュリンクし難く、ゴムｇａの第１ロール２への締め付け力Ｆが小さくなるためバギングの発生に不利となる。このように、低発熱仕様のゴムは、バギングが発生しやすいゴムといえる。

本発明は、このような低発熱仕様のゴム、特には、ピークトルク（８０℃）が３０（dN・m）以上のゴム、及びトルク低下率ΔＫが８５％（８０℃／５秒後）以下のゴムに対しても、バギングの発生を低く抑えることが可能となる。

ピークトルクＫmax 及びトルク低下率ΔＫは、図４（Ａ）に概念的に示すねじりせん断型粘弾性試験機（例えばアルファテクノロジーズ社製、商品名：ＲＰＡ２０００）による応力緩和試験によって測定される。図中の符号２０は、円盤状のサンプルゴムであり、符号２１Ｕ、２１Ｌは、サンプルゴム２０を上下で挟んで同心に保持する円盤状の支持板である。一方の支持板２１Ｕを回転し、温度８０℃のサンプルゴム２０が所定の歪み（せん断歪み）４１％を受けるまで捻りを加える。その時の捻れ角θで、支持板２１Ｕを固定する。そして、この捻れ角固定の状態で放置したときの、時間に対するトルクＫの変化（応力緩和）を測定する。図４（Ｂ）には、「トルク－時間」曲線が例示されており、この曲線におけるトルクＫの最大値が、ピークトルクＫmax として求まる。又前記曲線において、ピークトルク時から５秒経過したときのトルクＫ_５から、下記式によってトルク低下率ΔＫ（％）が求まる。
トルク低下率ΔＫ＝｛（Ｋmax －Ｋ_５）／Ｋmax ｝×１００

本発明では、温度差（Ｔ２－Ｔ１）が２０℃以上であり、これにより第１ロール２にシート状に巻き付くゴムｇａのバギングの発生が低く抑えられる。そのメカニズムについては充分解明されていないが、以下のことが推測される。

第２ロール３の表面温度Ｔ２が相対的に高いため、図５（Ａ）に示すように、第２ロール３によって間隙６内に押し込まれるゴムの量が少なくなる。そのため、間隙６を通過して第１ロール２に巻き付くゴムｇａの厚さｔが相対的に薄くなる。そして厚さｔが薄くなった分、ゴムｇａが衝突する際の跳ね返りが小さくなる。

又第１ロール２の表面温度Ｔ１が相対的に低いため、第１ロール２と接触するゴムｇａの接触面が、第１ロール２に冷やされる。これにより接触面でシュリンクが促され、第１ロール２への締め付け力が高まる。なおゴムｇａの接触面以外の主要部は、まだ充分に暖かいため、バンクゴムｇｂに衝突する際の跳ね返りへの悪影響は回避される。このように、ゴムｇａの厚さｔが薄くなることにより跳ね返りが弱くなること、及びシュリンクの促進により第１ロール２への締め付け力が高まることなどから、バギングの発生の抑制効果が発揮される（便宜上、この効果を温度差による効果と呼ぶ場合がある。）と推測される。

この温度差による効果は、温度差（Ｔ２－Ｔ１）が２０℃以上、さらには３０℃以上において高く発揮されうる。このとき、表面温度Ｔ１は、３０～５０℃の範囲が好ましい。又表面温度Ｔ２は５０℃以上、さらには６０℃以上が好ましい。

本例では、図５（Ａ）に示すように、第２ロール３の回転数Ｎ２が相対的に低いことによっても、第２ロール３によって間隙６内に押し込まれるゴムの量が少なくなる。又第１ロール２の回転数Ｎ１が第２ロール３の回転数Ｎ２より大であることにより、図５（Ｂ）に示すように、間隙６を通過する際、ゴムｇａは、第１ロール２との接触面側で引き延ばされる。しかし、第２ロール３と離間した後は、ゴムｇａには戻ろうとする力（シュリンク）が働き、第１ロール２への締め付け力が高まる。このように、Ｎ１＞Ｎ２とすることによっても、バギングの発生の抑制効果が発揮される（便宜上、この効果を回転数差による効果と呼ぶ場合がある。）。

この回転数差による効果は、回転数Ｎ１に対する回転数Ｎ２の比であるフリクション比Ｎ２／Ｎ１が７０％以下、さらには６０％以下の範囲において高く発揮されうる。図６（Ａ）に、フリクション比Ｎ２／Ｎ１と、ゴムｇａの厚さｔとの関係が示されており、フリクション比Ｎ２／Ｎ１が減少するにつれ、ゴムｇａの厚さｔが減じ、跳ね返りが弱くなることが確認できる。又図６（Ｂ）に、フリクション比Ｎ２／Ｎ１と、ゴムｇａのシュリンク量の関係が示されており、フリクション比Ｎ２／Ｎ１が減少するにつれ、シュリンク量が増し、第１ロール２への締め付け力が高まることが確認できる。

しかし、フリクション比Ｎ２／Ｎ１が低すぎる場合、ゴムｇａの厚さｔが薄くなりすぎ、かつシュリンク量が大きくなりすぎるため、第１ロール２上でゴムｇａがシュリンクよって破断し易くなる。そのためフリクション比Ｎ２／Ｎ１の下限は３０％以上さらには４０％以上が好ましい。

なお温度差（Ｔ２－Ｔ１）とフリクション比Ｎ２／Ｎ１とを組み合わせることで、両者の相乗効果により、バギングの発生の抑制効果をより一層高めることが可能になる。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

本発明に係る練り方法を用い、表１の仕様に基づいて、種々のゴム材料に対して練り作業（熱入れ）を行った。その後、ゴムをゴム押出し機に投入し、押出物としてタイヤ用のトレッドゴムを押し出し成形した。そして、押出物の押し出し後の寸法安定性を比較し、バギング発生の抑制効果を評価した。

ゴム材料のピークトルクＫmax 、及びトルク低下率ΔＫは、段落番号００３４に記載の測定方法に基づいて測定された。

＜寸法安定性＞
押出物を厚み方向に切断し、断面積のばらつきを変動係数（CV値）で算出し、比較例１を１００とする指数で示している。数値が大きい方が、バギング発生の抑制効果が高く、より均一に熱入れされたことにより、寸法が安定したと判断できる。

表に示されるように実施例で、バギング発生の抑制効果が高く、均一に熱入れされたことにより寸法が安定しことが確認できる。

１ オープンロール機
２ 第１ロール
３ 第２ロール
６ 間隙
Ｇ ゴム材料

Claims (4)

1. 互いに平行に配列されかつ互いに逆向きに回転する第１ロールと第２ロールとを有するオープンロール機を用いて未加硫のゴム材料を練るための方法であって、
   前記第１ロールの表面温度Ｔ１と第２ロールの表面温度Ｔ２との差を２０℃以上とした状態で、前記第１ロールと前記第２ロールとの間隙に前記ゴム材料を噛み込ませて練る工程を含み、
   前記ゴム材料は、ピークトルク（８０℃）が３０（dN・m）以上であり、かつ、応力緩和のトルク低下率が８５％（８０℃／５秒後）以下であり、
   前記練る工程において、前記第１ロールの表面温度Ｔ１が前記第２ロールの表面温度Ｔ２よりも低く設定され、かつ、前記第１ロールの回転数Ｎ１が、前記第２ロールの回転数Ｎ２よりも大きく設定された、
   ゴム材料の練り方法。
2. 前記第１ロールの回転数Ｎ１に対する前記第２ロールの回転数Ｎ２の比であるフリクション比Ｎ２／Ｎ１が７０％以下である請求項１に記載のゴム材料の練り方法。
3. 前記第１ロールの回転数Ｎ１に対する前記第２ロールの回転数Ｎ２の比であるフリクション比Ｎ２／Ｎ１が３０％以上である請求項１又は２に記載のゴム材料の練り方法。
4. 前記第２ロールの表面温度Ｔ２が５０℃以上である請求項１ないし３のいずれか１項に記載のゴム材料の練り方法。

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