TWI786693B - 金屬構件、及使用具備該金屬構件之裝置的橡膠材料之加工方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的金屬構件，係具有與橡膠材料接觸的表面之金屬構件，與前述橡膠材料接觸之前述金屬構件的表面之至少一部分，是由含有鈷和鉻的合金所構成，前述金屬構件係具備：用於調節與前述橡膠材料接觸之前述金屬構件的表面之至少一部分的溫度之流體通路。

Description

金屬構件、及使用具備該金屬構件之裝置的橡膠材料之加工方法
本發明係關於金屬構件、及使用具備該金屬構件之裝置的橡膠材料之加工方法。
一般而言，在進行橡膠材料的混煉、混煉後之橡膠材料的擠出或壓延等之加工裝置，具備有各式各樣的金屬構件。作為這樣的構件可列舉：用於將橡膠材料擠出之螺桿、作為收容螺桿的殼體之筒體(barrel)(也稱為「圓筒(cylinder)」)、用於將橡膠材料壓延成薄片狀之壓延輥(也簡稱為「輥」)、設置在壓延輥的端部之側導件(side guide)等。通常，在該等構件的表面，為了防止橡膠材料的附著而實施鍍鉻等。
再者，作為防止在加工裝置所具備之構件的表面讓橡膠材料附著的技術，例如可舉出，使與橡膠材料接觸的表面等具有特徵構造的技術。 例如，在專利文獻1揭示一種橡膠加工裝置，係具有與橡膠接觸的金屬表面之橡膠加工裝置，其特徵在於，前述金屬表面的表面粗糙度在Ra=5~50μm的範圍內。又在專利文獻2揭示一種與橡膠材料接觸的構件，係具有與橡膠材料接觸的表面之構件，其特徵在於，與前述橡膠材料接觸之表面的接觸角設定成，在該表面載置試驗用的液狀橡膠時為40°以上，該試驗用的液狀橡膠，是將該橡膠材料所使用的橡膠組成物之分子量降低而合成的，其在常溫可維持液體狀態。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2004-209939號公報 [專利文獻2]日本特許第5892894號說明書
[發明所欲解決之問題]
本發明之目的是為了提供一種金屬構件，在寬廣的溫度範圍且對於各式各樣的種類之橡膠材料都不容易讓橡膠材料附著。
本發明人等為了解決上述問題而進行了苦心研究的結果，到達本發明的完成。 [解決問題之技術手段]
亦即，本發明的一觀點之金屬構件，係具有與橡膠材料接觸的表面之金屬構件， 與前述橡膠材料接觸之前述金屬構件的表面之至少一部分是由含有鈷和鉻之合金所構成， 前述金屬構件係具備：用於調節與前述橡膠材料接觸之前述金屬構件的表面之至少一部分的溫度之流體通路。
上述般之專利文獻1或專利文獻2所載的技術，係讓與橡膠材料接觸之構件的表面構造具有特徵，藉此防止橡膠材料附著於加工裝置的構件。
然而已知，如果不將金屬構件的表面構成元素、橡膠材料的種類、藉由該金屬構件所具備的流體通路調節之金屬構件表面溫度三者適切地選擇並組合，就會發生在加工時無法防止橡膠材料之附著的情形。亦即，如果不按照橡膠材料的種類來改變裝置的金屬構件且調節成適切的金屬構件表面溫度，橡膠材料可能頻繁地附著於金屬構件，最終導致橡膠製造物的生產性降低。因此，要求可將如此般橡膠材料之加工裝置運轉時的限制降低之金屬構件。
於是，本發明人等，針對不拘橡膠材料的種類且在寬廣的溫度範圍都不容易讓橡膠材料附著的金屬構件反覆進行各種研究，著眼於該金屬構件的表面之構成元素而完成了本發明。
以下，針對本發明的實施形態詳細地說明。又本發明的範圍並不限定於在此所說明的實施形態，在不損及本發明之趣旨的範圍內可進行各種的變更。
＜金屬構件＞ 本實施形態的金屬構件，係具有與橡膠材料接觸的表面之金屬構件，與前述橡膠材料接觸之前述金屬構件的表面之至少一部分是由含有鈷和鉻之合金所構成。再者，該金屬構件係具備：用於調節與橡膠材料接觸的表面之至少一部分的溫度之流體通路。
本實施形態的金屬構件，在寬廣的溫度範圍且對於各式各樣的種類之橡膠材料，都不容易讓橡膠材料附著。
亦即，與橡膠材料接觸之金屬構件的表面(以下也稱為「與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分」)，係採用含有不容易產生氧化及腐蝕之鈷、以及耐刮傷及耐磨耗效果優異之屬於硬金屬的鉻之合金，對於各式各樣的種類之橡膠材料都能防止附著。再者，該金屬構件的表面是採用這樣的合金構成，縱使在利用流體通路來將金屬構件的表面溫度調節成各式各樣的溫度的情況，該金屬構件的表面部分在寬廣的溫度範圍仍對於橡膠材料具有附著防止效果。
本說明書中的「金屬構件」，係具有與橡膠材料接觸的表面之構件，具體而言，只要是在進行橡膠材料的混煉、擠出及/或壓延等的加工之裝置所具備的構件即可。例如，金屬構件較佳為選自：將橡膠材料擠出之螺桿、作為該螺桿的殼體而形成橡膠材料的流路之筒體、將橡膠材料壓延之壓延機頭(roller head)的壓延輥、及設置在壓延輥的端部之側導件。其等當中，基於在進行橡膠材料的加工之裝置中設置於加工程序的最下游而容易產生橡膠材料附著的觀點，金屬構件更佳為壓延機頭的壓延輥。
本說明書中的「橡膠材料」是指，含有苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、聚丁二烯橡膠(BR)、天然橡膠(NR)、氯丁二烯橡膠等的橡膠成分作為主成分，且使用具備本實施形態的金屬構件之裝置來進行混煉、擠出及/或壓延等的加工之材料。橡膠材料，除了主成分的橡膠成分以外，還可以含有填充劑、油、樹脂成分、黏著劑、硫化劑、硫化加速劑、抗老化劑、抗氧化劑等來作為輔助成分。
本實施形態的金屬構件，當橡膠材料進一步含有二氧化矽(silica)及矽烷偶合劑的情況，能讓橡膠材料的附著防止效果更有效地發揮。二氧化矽，是為了補強硫化時之橡膠的化學構造而添加於橡膠材料。矽烷偶合劑是為了讓基於二氧化矽的補強效果進一步提高而添加於橡膠材料。作為矽烷偶合劑，例如可列舉：TESPT、TESPD等的(雙(三乙氧基矽基丙基)多硫化物，三甲氧基矽基丙硫醇，3-辛醯基硫代-1-丙基三乙氧基矽烷等。
當橡膠材料含有二氧化矽及矽烷偶合劑的情況，在擠出及/或壓延工序中，藉由混煉時未與二氧化矽結合之未反應的矽烷偶合劑會在金屬構件的表面形成被膜，結果變得在金屬構件讓橡膠材料更易於附著。詳而言之，因為二氧化矽比碳黑等的其他橡膠材料的添加物更硬，藉由使金屬構件的表面與含有二氧化矽的橡膠材料接觸，易於在金屬構件的表面產生刮傷、磨耗等的缺陷。而且，因為金屬構件的表面具有刮傷、磨耗等，在該表面容易讓未反應的矽烷偶合劑結合及/或蓄積，因此在金屬構件讓橡膠材料更容易附著。依據本實施形態的金屬構件，因為其表面之耐刮傷及耐磨耗效果優異，可防止在金屬構件的表面上之矽烷偶合劑被膜的形成，可有效防止金屬構件表面上之橡膠材料的附著。
再者，本實施形態的金屬構件，在橡膠材料或其原材料的製造時使用了酸的情況也是，能讓橡膠材料的附著防止效果更有效果地發揮。特別是，當橡膠材料含有二氧化矽的情況，在二氧化矽的製造時，使用酸、特別是硫酸的情況很多。在這樣的情況，在橡膠材料的擠出及/或壓延等的工序中，殘留的酸會與金屬構件的表面反應而讓其氧化。與刮傷、磨耗同樣的，若金屬構件的表面產生氧化，藉由連同二氧化矽一起添加之未反應的矽烷偶合劑容易在金屬構件的表面形成被膜，結果變得在金屬構件讓橡膠材料更容易附著。依據本實施形態的金屬構件，因為其表面不容易氧化，可防止在金屬構件的表面上之矽烷偶合劑被膜的形成，可有效防止金屬構件表面上之橡膠材料的附著。
具備本實施形態的金屬構件之裝置、亦即橡膠材料之加工裝置，並沒有特別的限定，例如可列舉：將以輪胎等所使用的原料橡膠為主成分之原材料進行混煉的裝置、將混煉後的橡膠材料擠出及/或壓延之螺桿擠出機、錐形雙螺桿擠出機、壓延機頭-螺桿擠出機、壓延輥、開放式輥(open roll)等。
例如，圖1係示意顯示具備本實施形態的金屬構件之橡膠材料之加工裝置的構成之1例。圖1中的各符號分別表示：橡膠材料之加工裝置1，進料斗2、螺桿3、筒體4、壓延輥5、側導件6及旋轉軸X。橡膠材料之加工裝置1係具備：進料斗2、螺桿3、筒體4、一對的壓延輥5、一對的側導件6。進料斗2，是在其內部投入混煉後的橡膠材料。螺桿3，是藉由被旋轉驅動而將混煉後的橡膠材料擠出。筒體4，是收容螺桿3的殼體，且是形成橡膠材料的流路。一對的壓延輥5，是以將被擠出的橡膠材料捲入的方式被旋轉驅動，藉此將橡膠材料壓延成薄片狀。一對的側導件6，是設置在壓延輥5之沿著旋轉軸X方向的兩方的端部，用於控制被擠出之橡膠材料的寬度。該等金屬構件，都具有與橡膠材料接觸的表面，可在其內部或表面附近等設置用於將該金屬構件調整成適切的溫度之流體通路。
針對本實施形態的金屬構件，使用圖2及圖3更具體地說明。圖2係顯示本實施形態的金屬構件之1例、即壓延輥的概略剖面。圖2中的各符號分別代表：壓延輥5、壓延輥表面部分(與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分)5’、流體通路7及旋轉軸X。圖2的剖面圖係沿著壓延輥5的旋轉軸X方向之剖面圖。如圖2所示般，壓延輥5(金屬構件)，係具有與橡膠材料接觸之壓延輥表面部分5’(與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分)，且在內部具備流體通路7。
流體通路7是用於讓調整成特定溫度後的水等之流體通過之通路。藉由使用流體通路7，將壓延輥表面部分5’(與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分)的溫度調節成事先設定的溫度範圍。
本說明書中之「事先設定的溫度範圍」，只要按照橡膠材料的種類、以及金屬構件的種類及大小等，在使用金屬構件時判斷其表面不過度高溫及/或過度低溫而為適切的溫度範圍即可。這樣的溫度範圍較佳為20℃~90℃。該溫度範圍更佳為30℃以上，特佳為40℃以上。又該溫度範圍更佳為80℃以下，特佳為60℃以下。藉由使與橡膠材料接觸之金屬構件的表面溫度成為20℃以上，可防止金屬構件表面的腐蝕等。藉由使與橡膠材料接觸之金屬構件的表面溫度成為90℃以下，在橡膠材料加工時，可防止橡膠焦燒(scorch)的發生。
通過流體通路7之流體的溫度，可以是與該金屬構件的表面之事先設定的溫度相同的溫度，也可以設定成將流體和金屬構件之熱交換納入考慮的溫度。不管是哪個情況，都能在與橡膠材料接觸之金屬構件的表面附近設置溫度感測器，始終以維持設定溫度範圍內之溫度的方式控制流體溫度。
流體通路7的位置，在圖2雖設置成沿著壓延輥5之旋轉軸X而貫穿中心部，但只要設置在可調節與橡膠材料接觸之金屬構件的表面之溫度的位置即可，具體的位置沒有特別的限定。例如，按照金屬構件的種類及大小、橡膠材料的種類以及所設定的溫度等，可在金屬構件的內部及/或表面等，在1個部位或複數部位設置各式各樣的形狀之流體通路7。例如，可在壓延輥內，以輥軸芯為中心呈螺旋狀地形成有流體通路7(例如參照日本特開平8-39594號公報)。例如，當金屬構件為螺桿的情況，可在沿著其旋轉軸而延伸到螺桿前端附近之內部空間設置流體通路7。或例如金屬構件為筒體的情況，可沿著殼體的表面設置流體通路7。或例如金屬構件為側導件的情況，能夠以讓被冷卻的水等流入存在於其內部之空隙的方式設置流體通路7(例如參照日本特開平8-309826號公報)。
壓延輥表面部分5’(與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分)是由含有鈷和鉻的合金所構成。具體而言，讓該表面部分的合金構成包含不容易產生氧化及腐蝕之鈷，特別是在橡膠材料含有矽烷偶合劑的情況，能讓更容易與氧化後的金屬表面結合之矽烷偶合劑的偶合反應難以發生。再者，藉由將屬於硬金屬的鉻配合於該合金，可將形成壓延輥表面部分5’(與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分)之合金的硬度提高，能夠防止橡膠材料的附著原因之一、即金屬構件的表面部分之刮傷、磨耗。形成壓延輥表面部分5’(與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分)之合金的構成中之質量比沒有特別的限定，其質量比較佳為鈷含量比鉻多。這是因為，當著眼於抑制橡膠材料之附著的情況，藉由使鈷含量比鉻多，特別是在橡膠材料含有矽烷偶合劑的情況，使矽烷偶合劑變得更難結合。例如，壓延輥表面部分5’(與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分)可以是含有鈷：60質量%~80質量%、鉻：20質量%~40質量%的合金。
再者，壓延輥表面部分5’(與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分)之含有鈷和鉻的合金，較佳為進一步含有選自：鎢、鉬、硼及碳之1個以上的元素。當含有這些元素的情況，壓延輥表面部分5’(與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分)較佳為，含有鈷：39質量%~71質量%、鉻：8質量%~35質量%、選自鎢、鉬、硼及碳之1個以上的元素：0.1質量%~30質量%的合金。藉由添加選自鎢、鉬、硼及碳的元素，可將合金的硬度提高，能夠將防止表面損傷的效果提高。這些元素的合計添加量更佳為1質量%以上，特佳為5質量%以上。這些元素，藉由將其合計添加量設定為0.1質量%以上，能夠讓前述效果發揮。再者，藉由將其合計添加量設定為30質量%以下，能夠防止合金變脆。
在壓延輥表面部分5’(與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分)之含有鈷和鉻的合金中，可添加鐵、矽、鎳、鋁、釩、鈮、錳等的其他金屬等。例如，鐵的情況可添加20質量%以下。其下限值沒有特別的限定，較佳為添加1質量%以上。藉由在合金中添加鐵，可將形成壓延輥表面部分5’(與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分)之合金比較便宜地製造出。藉由將鐵添加1質量%以上，能讓如此般成本面上的效果發揮。藉由將鐵添加20質量%以下，可抑制耐氧化性及硬度的降低。或是，例如，矽、鋁或釩的情況可添加5質量%以下。其下限值沒有特別的限定，較佳為添加0.1質量%以上。藉由在合金中添加矽、鋁或釩，可將形成壓延輥表面部分5’(與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分)之合金的韌性提高。藉由將這些元素添加0.1質量%以上，能讓這樣的效果良好地發揮。又藉由將這些元素添加5質量%以下，可防止合金變脆的疑慮。再者，例如鎳的情況可添加25質量%以下，其下限值沒有特別的限定，較佳為添加0.1質量%以上。又例如鈮或錳的情況可添加5質量%以下，其下限值沒有特別的限定，較佳為添加0.1質量%以上。藉由在合金中添加鎳、鈮或錳，能讓形成壓延輥表面部分5’(與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分)之合金的耐氧化性更加提高。藉由將這些元素添加0.1質量%以上，能讓這樣的效果良好地發揮。藉由將鎳添加25質量%以下或將鈮或錳添加5質量%以下，可抑制材料費變得過度高價。
再者，壓延輥表面部分5’(與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分)的表面粗糙度Ra較佳為Ra=0.1μm~1.0μm的範圍。表面粗糙度Ra更佳為0.2μm以上，特佳為Ra0.3μm以上。又表面粗糙度Ra更佳為0.8μm以下，特佳為0.5μm以下。藉由將表面粗糙度Ra設定成0.1μm以上，可讓金屬構件表面和橡膠材料的接觸面積減少，能讓金屬構件上的橡膠材料之附著防止效果更加提高。藉由將表面粗糙度Ra設定成1.0μm以下，可防止橡膠材料進入表面的間隙。表面粗糙度Ra的數值，可藉由進行切削加工、拋光(buffing)精加工、壓光(burnishing)精加工、輥壓(rolling)精加工、電解研磨、磨光(lapping)精加工、液體搪磨、珠擊加工、蝕刻處理等來調整。又在本說明書中，表面粗糙度Ra可利用接觸式表面粗糙度計來測定。
又本實施形態的金屬構件，不是與橡膠材料接觸之金屬構件的表面(或表面部分)全部，只要與該橡膠材料接觸之金屬構件的表面(或表面部分)之至少一部分是由含有鈷和鉻的合金所構成即可。
再者，本實施形態的金屬構件，不僅金屬構件的表面部分，金屬構件整體是由含有鈷和鉻的合金所構成亦可。在此情況也是，構成金屬構件的合金，可將前述般任意地包含之其他元素以同樣的質量比來含有。這樣的金屬構件，可利用鑄造、鍛造、製罐等之一般所屬技術領域具有通常知識者所運用的方法來製造。
接下來，作為其他例子，圖3係顯示本實施形態的金屬構件之另1例、即壓延輥的概略剖面。圖3的各符號分別代表：壓延輥5、流體通路7、金屬母材8、被覆層9及旋轉軸X。如圖3所示般，壓延輥5係包含：金屬母材8、及形成在金屬母材8之與橡膠材料接觸的表面之被覆層9，且在內部具備流體通路7。
流體通路7係用於讓如前述般調整成特定溫度之水等的流體通過之通路。藉由使用流體通路7，將與橡膠材料接觸之被覆層9(與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分)的溫度調節成事先設定的溫度範圍。
金屬母材8，是由通常作為基底金屬所使用的鋼鐵、例如碳鋼、鉻鉬鋼、不鏽鋼等所構成，但沒有特別的限定。其等當中，基於熱傳遞率高而易於控制溫度的觀點，且基於比較便宜又加工容易還能維持作為各式各樣的金屬構件的強度之觀點，金屬母材8較佳為碳鋼或鉻鉬鋼。
被覆層9是由含有鈷和鉻的合金所構成。關於該等元素的質量比、及可任意包含之其他元素的種類和包含其等的情況的質量比，是與前述實施形態之壓延輥表面部分5’(與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分)的情況相同。
被覆層9，雖沒有特別的限定，可藉由鍍敷、熱噴塗、熔接(例如堆銲)、濺鍍法等的物理氣相沉積(PVD：Physical Vapor Deposition)等來形成。例如，可使用肯納司太立金屬(Kennametal Stellite)公司製的「Stellite」(註冊商標)、「Tribaloy」(註冊商標)、「Ultimet」(註冊商標)，EWA公司製的「COBARION」(註冊商標)，Arcam公司製的「ASTM F75 CoCr Alloy」等的市售合金來形成。
被覆層9的厚度，只要根據橡膠材料的種類、金屬構件的種類及大小、以及更換期間等而設定成適切的厚度即可。例如，被覆層9的厚度可設定成0.01mm以上。被覆層9的厚度之上限沒有特別的限定。
關於被覆層9的表面粗糙度Ra之較佳數值也是，與前述實施形態之壓延輥表面部分5’(與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分)的情況相同。
又本實施形態的金屬構件之被覆層9，不是形成在金屬母材8之與橡膠材料接觸的表面全部，而是形成在該金屬母材8之與橡膠材料接觸的表面之至少一部分亦可。
＜橡膠材料之加工方法＞ 本實施形態的橡膠材料之加工方法，係使用具備前述實施形態的金屬構件的裝置之橡膠材料之加工方法，其係包含：藉由讓流體通過前述流體通路而將與橡膠材料接觸之前述實施形態的金屬構件的表面之至少一部分的溫度調節成事先設定的溫度範圍之工序，以及將橡膠材料擠出的工序及/或將橡膠材料壓延的工序。
依據本實施形態的方法，縱使對於各式各樣的種類之橡膠材料，在利用流體通路將金屬構件的表面溫度在寬廣的溫度範圍進行調節的情況，仍可在進行橡膠材料的擠出及/或壓延時防止金屬構件表面上之橡膠材料的附著。又按照金屬構件的種類及所使用的橡膠材料等，將金屬構件的表面溫度調節成讓橡膠材料最不容易附著的溫度，藉由可讓橡膠材料的附著防止效果最大限度地發揮。橡膠材料的擠出及/或壓延，可藉由將螺桿、壓延輥等的金屬構件利用通常的方法而由馬達等讓其旋轉驅動等來進行。
如上述般，依據本實施形態的金屬構件，與橡膠材料接觸之金屬構件的表面部分之構成元素是採用含有鈷和鉻的合金，藉此在寬廣的溫度範圍且對於各式各樣的種類之橡膠材料都能防止附著。例如，在專利文獻2雖也揭示為了促進橡膠材料的脫模而被覆脫模促進層的技術，但依本實施形態的金屬構件，因為金屬構件表面的構成元素自身具有橡膠材料的附著防止效果，並不須要進一步被覆這樣的脫模促進層。又藉由抑制橡膠材料的附著，還能減少金屬構件的洗淨頻率等。
以上是針對本發明的概要做說明，將本實施形態的金屬構件及橡膠材料之加工方法總結如下。
本發明的一觀點之金屬構件，係具有與橡膠材料接觸的表面之金屬構件，與前述橡膠材料接觸之前述金屬構件的表面之至少一部分是由含有鈷和鉻的合金所構成，前述金屬構件係具備：用於調節與前述橡膠材料接觸之前述金屬構件的表面之至少一部分的溫度之流體通路。
具有這樣的構成之金屬構件，在寬廣的溫度範圍且對於各式各樣的種類之橡膠材料，都讓橡膠材料不容易附著。
前述金屬構件較佳為，前述橡膠材料係含有二氧化矽和矽烷偶合劑。
當前述橡膠材料含有二氧化矽及矽烷偶合劑的情況，能夠讓本實施形態的金屬構件之橡膠材料的附著防止效果更有效地發揮。
前述金屬構件更佳為，前述合金進一步含有：選自鎢、鉬、硼及碳之1個以上的元素。
依據具有這樣的構成之金屬構件，可將本實施形態的金屬構件的表面之合金的硬度提高，能夠將該金屬構件的表面刮傷防止效果提高。
前述金屬構件更佳為，與前述橡膠材料接觸之前述金屬構件的表面之至少一部分的表面粗糙度Ra為Ra=0.1μm~1.0μm。
具有這樣的構成之金屬構件，藉由讓金屬構件表面和橡膠材料的接觸面積減少，能夠讓金屬構件上的橡膠材料之附著防止效果更加提高，且可防止橡膠材料進入金屬構件的表面之間隙。
前述金屬構件更佳為包含：金屬母材及含有前述鈷和鉻的合金之被覆層，該被覆層形成在與前述橡膠材料接觸的表面之至少一部分。換言之，前述金屬構件進一步具備金屬母材及形成於前述金屬母材之被覆層，前述被覆層是由含有前述鈷和鉻的合金所構成，且形成在與前述橡膠材料接觸之前述金屬構件的表面之至少一部分。
依據具有這樣的構成之金屬構件，可按照金屬構件的種類，來選擇較佳的金屬母材、被覆層之形成方法、被覆層之形成部位、厚度等。
前述金屬構件更佳為選自：將前述橡膠材料擠出之螺桿，作為前述螺桿的殼體而形成前述橡膠材料的流路之筒體，將前述橡膠材料壓延之壓延機頭的壓延輥、及設置在前述壓延輥的端部之側導件。
當前述金屬構件選自上述構件的情況，因為上述構件特別容易發生橡膠材料的附著，能讓本實施形態的金屬構件之橡膠材料的附著防止效果更有效地發揮。
本發明的另一觀點的橡膠材料之加工方法，係使用具備前述一觀點的金屬構件的裝置之橡膠材料之加工方法，其係包含：藉由讓流體通過前述流體通路而將與前述橡膠材料接觸之前述金屬構件的表面之至少一部分的溫度調節成事先設定的溫度範圍之工序，以及將前述橡膠材料擠出的工序及/或將前述橡膠材料壓延的工序。
依據這樣的橡膠材料之加工方法，縱使對於各式各樣的種類之橡膠材料，利用流體通路而將金屬構件的表面溫度在寬廣的溫度範圍進行調節的情況，仍可在進行橡膠材料的擠出及/或壓延時防止金屬構件表面上之橡膠材料的附著。
前述橡膠材料之加工方法較佳為，前述橡膠材料或其原材料，是在製造時使用了酸。
縱使在前述橡膠材料或其原材料的製造時使用了酸的情況，依據本實施形態的橡膠材料之加工方法，因為金屬構件表面不容易氧化，可防止金屬構件表面上之矽烷偶合劑被膜的形成，能夠有效地防止金屬構件表面上之橡膠材料的附著。
前述橡膠材料之加工方法更佳為，前述溫度範圍為20℃~90℃。
依據這樣的橡膠材料之加工方法，可防止金屬構件表面的腐蝕等，且在橡膠材料加工時可防止橡膠焦燒的發生。
前述橡膠材料之加工方法更佳為，前述溫度範圍為30℃~60℃。
依據這樣的橡膠材料之加工方法，可更確實地防止金屬構件表面的腐蝕等，且在橡膠材料的加工時可防止橡膠焦燒的發生。 [實施例]
以下藉由實施例對本發明做更具體地說明，但本發明並不限定於實施例。
在本實施例，是使用壓延機頭-雙軸螺桿擠出機((株)神戶製鋼所製「TSR125」)(螺桿前端徑125mm，輥徑177mm)，該擠出機是模擬具備實施例1或比較例1~比較例3的任一個壓延輥之實機。將壓延輥設定成各式各樣的冷卻水溫度(壓延輥表面的調節溫度)而讓其旋轉驅動，使用各式各樣的種類之橡膠材料，在輥間隙(roll gap) 3mm、輥旋轉速度3rpm、且對2根輥之擠出方向之橡膠擠出荷重20kN的條件下進行擠出壓延。然後，藉由目視確認對各壓延輥之壓延薄片的附著狀況，來評價橡膠材料的附著防止效果。
具體而言，在實施例1，係使用金屬母材由碳鋼S25C所構成且被覆層由鈷和鉻所構成的壓延輥。在比較例1，係使用金屬母材由碳鋼S25C所構成且被覆層由鉻所構成之壓延輥。在比較例2，係使用金屬母材由碳鋼S25C所構成且被覆層由鉻和碳所構成之壓延輥。在比較例3，係使用金屬母材由碳鋼S25C所構成且被覆層由鈷和鎢和碳所構成之壓延輥。實施例1及比較例1~比較例3的被覆層，是使用由各自的構成元素所構成之市售的熱噴塗材，調整成相同的表面粗糙度Ra且相同的厚度而在金屬母材上成膜。
評價所使用之各種橡膠材料的原材料及其質量比是如下所示。質量比，除了再混煉之橡膠材料的情況以外，是表示作為主成分之橡膠成分的合計量為100質量份的情況之質量比。將以下的原材料利用14L容量之嚙合式混煉機((株)神戶製鋼所製，MIXTRON BB混煉機「BB14IM」)進行混煉，而做成評價用的橡膠材料。各種橡膠材料的混煉條件也是如以下所示。
(橡膠材料No.1) 苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR) 70質量份 聚丁二烯橡膠(BR) 30質量份 二氧化矽 80質量份 矽烷偶合劑 6.4質量份 酚醛樹脂 10質量份 橡膠用礦物系加工油 15質量份 氧化鋅 3質量份 硬脂酸 2質量份 抗老化劑6PPD(N-苯基-N’-(1,3-二甲基丁基)-對苯二胺) 1.5質量份 石蠟 1質量份 混煉條件：將原材料投入混煉機後，以轉子(rotor)旋轉速度50rpm進行混煉直到成為130℃為止，於130℃的恆定溫度下混煉2分鐘後，進一步以50rpm進行混煉直到成為150℃為止，然後排出。合計混煉時間為約4分30秒。
(橡膠材料No.2) 苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR) 90質量份 聚丁二烯橡膠(BR) 10質量份 二氧化矽 90質量份 矽烷偶合劑 9質量份 橡膠用礦物系加工油 39質量份(包含SBR之填充油) 硬脂酸 1質量份 混煉條件：將原材料投入混煉機後，以轉子旋轉速度40rpm進行混煉直到成為155℃為止，然後排出。合計混煉時間為3分10秒。
(橡膠材料No.3) 橡膠材料No.2(再混煉) 239質量份 二氧化矽 10質量份 碳黑 9質量份 抗老化劑6PPD(N-苯基-N’-(1,3-二甲基丁基)-對苯二胺) 2質量份 抗老化劑TMQ(2,2,4-三甲基-1,2-二氫喹啉聚合物) 2質量份 氧化鋅 2質量份 石蠟 2質量份 硫化加速劑DPG(1,3-二苯胍) 1.5質量份 混煉條件：將原材料投入混煉機後，以轉子旋轉速度50rpm進行混煉直到成為140℃為止，進一步以25rpm進行混煉直到成為155℃為止，然後排出。合計混煉時間為3分。
(橡膠材料No.4) 苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR) 90質量份 聚丁二烯橡膠(BR) 10質量份 二氧化矽 100質量份 矽烷偶合劑 9質量份 橡膠用礦物系加工油 39質量份(包含SBR之填充油) 硬脂酸 1質量份 碳黑 9質量份 氧化鋅 2質量份 抗老化劑6PPD(N-苯基-N’-(1,3-二甲基丁基)-對苯二胺) 2質量份 抗老化劑TMQ(2,2,4-三甲基-1,2-二氫喹啉聚合物) 2質量份 石蠟 1質量份 加速劑DPG(1,3-二苯胍) 1.5質量份 混煉條件：將原材料投入混煉機後，以轉子旋轉速度40rpm進行混煉直到成為135℃為止，進一步以35rpm進行混煉直到成為155℃為止，然後排出。合計混煉時間為3分30秒。
(橡膠材料No.5) 天然橡膠(NR) 100質量份 碳黑 39質量份 橡膠用礦物系加工油 2質量份 抗老化劑6PPD(N-苯基-N’-(1,3-二甲基丁基)-對苯二胺) 1質量份 硬脂酸鋅 1質量份 混煉條件：將原材料投入混煉機後，以轉子旋轉速度65rpm進行混煉直到成為153℃為止，然後排出。合計混煉時間為1分45秒。
(橡膠材料No.6) 橡膠材料No.5(再混煉)  143質量份 碳黑 12質量份 酚醛樹脂 9質量份 氧化鋅 5質量份 混煉條件：將原材料投入混煉機後，以轉子旋轉速度40rpm進行混煉直到成為130℃為止，然後排出。合計混煉時間為1分30秒。
(橡膠材料No.7) 天然橡膠(NR) 50質量份 苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR) 30質量份 聚丁二烯橡膠(BR) 20質量份 碳黑 64質量份 酚醛樹脂 10質量份 橡膠用礦物系加工油 21質量份(包含SBR之填充油) 混煉條件：將原材料投入混煉機後，以轉子旋轉速度50rpm進行混煉直到成為157℃為止，然後排出。合計混煉時間為2分20秒。
(橡膠材料No.8) 橡膠材料No.7(再混煉) 195質量份 加速劑CBG(N-環己基-2-苯并噻唑次磺醯胺) 1質量份 黏著劑HMMM(六甲氧甲基三聚氰胺) 1.3質量份 硫 2.5質量份 混煉條件：將原材料投入混煉機後，以轉子旋轉速度30rpm進行混煉直到成為100℃為止，然後排出。合計混煉時間為1分30秒。
橡膠材料的附著防止效果之具體評價，是分成以下四個評價等級來進行，亦即，在各橡膠材料被擠出壓延後，對於壓延輥，A：壓延薄片未附著，B：壓延薄片雖附著但會因自身重量而剝離，C：壓延薄片雖附著但可用手剝離，D：壓延薄片附著而導致無法運轉。評價結果匯總於以下的表1。在進行了複數次試驗的情況之評價，係表示其平均的評價等級。又「B+」代表A和B之間的評價等級，「C+」代表B和C之間的評價等級。又進行了複數次試驗而只要D的評價等級出現一次的情況，亦即成為擠出機無法運轉的情況，則評定為「D」的評價等級。「‐」表示未測定。
Figure 02_image001
如上述表1所示般，僅本發明例的實施例1，對於所有的冷卻水溫度且所有的種類之橡膠材料，都沒有成為「D」的評價等級。亦即可知，藉由將與橡膠材料接觸之壓延輥的表面採用含有鈷和鉻的合金，在寬廣的溫度範圍且對於各式各樣的種類之橡膠材料，對於壓延輥都能防止橡膠材料的附著。
以往是有許多被覆層由鉻所構成之比較例1的壓延輥(或被覆層由鉻和碳所構成之比較例2的壓延輥)存在。若與比較例1的評價結果做比較，在實施例1，不僅是其原材料含有二氧化矽和矽烷偶合劑之橡膠材料No.1~No.4，對於其他原材料所構成的橡膠材料No.5~No.8，都能在寬廣的溫度範圍獲得良好的評價等級。又比較例3，係考慮二氧化矽所造成的刮傷及磨耗而為了使輥變得更硬，是形成有將鎢配合於構成元素的被覆層的例子，根據橡膠材料No.1的結果可知，幾乎無法防止橡膠材料的附著。
本申請案是以2020年7月22日申請之日本特許出願特願2020-125671號及2020年12月10日申請之日本特許出願特願2020-204866號為基礎，其等的內容包含於本申請案中。
為了表現本發明，在前述說明中一邊參照具體例等一邊透過實施形態及實施例來對本發明做適切且充分地說明，但只要是所屬技術領域具有通常知識者，要將前述實施形態及實施例予以變更及/或改良應可輕易完成。因此，所屬技術領域具有通常知識者所實施的變更形態或改良形態，只要在不脫離申請專利範圍所載之請求項的權利範圍內，該變更形態或該改良形態應被解釋為包括在該請求項的權利範圍。 [產業利用性]
依據本發明，在關於橡膠材料之加工裝置所具備之螺桿、筒體、壓延輥、側導件等的金屬構件之技術領域中，不拘要加工之橡膠材料的種類，且在寬廣的溫度範圍，都能讓橡膠材料附著防止效果發揮。
1:橡膠材料之加工裝置 2:進料斗 3:螺桿 4:筒體 5:壓延輥 5’:壓延輥表面部分 6:側導件 7:流體通路 8:金屬母材 9:被覆層 X:旋轉軸
[圖1]係示意顯示具備本發明的實施形態之金屬構件的橡膠材料之加工裝置的構成之1例。 [圖2]係顯示本發明的實施形態之金屬構件的1例、即壓延輥的概略剖面圖。 [圖3]係顯示本發明的實施形態之金屬構件的另1例、即壓延輥的概略剖面圖。
5:壓延輥
5’:壓延輥表面部分
7:流體通路
X:旋轉軸

Claims (10)

  1. 一種金屬構件，係具有與橡膠材料接觸的表面之金屬構件，與前述橡膠材料接觸之前述金屬構件的表面之至少一部分，是由含有鈷和鉻的合金所構成，前述金屬構件係具備流體通路，該流體通路係藉由調節與前述橡膠材料接觸之前述金屬構件的表面之至少一部分的溫度來防止前述橡膠材料的附著。
  2. 如請求項1所述之金屬構件，其中，前述橡膠材料係含有二氧化矽及矽烷偶合劑。
  3. 如請求項1或2所述之金屬構件，其中，前述合金係進一步含有：選自鎢、鉬、硼及碳之1個以上的元素。
  4. 如請求項1所述之金屬構件，其中，與前述橡膠材料接觸之前述金屬構件的表面之至少一部分的表面粗糙度Ra為Ra=0.1μm~1.0μm。
  5. 如請求項1所述之金屬構件，前述金屬構件係進一步具備：金屬母材及形成於前述金屬母材之被覆層，具前述被覆層是由含有前述鈷和鉻的合金所構成，且形成於與前述橡膠材料接觸之前述金屬構件的表面之至少一部分。
  6. 如請求項1所述之金屬構件，其中，前述金屬構件係選自：將前述橡膠材料擠出的螺桿、 作為前述螺桿的殼體且形成前述橡膠材料的流路之筒體、將前述橡膠材料壓延之壓延機頭的壓延輥、及設置在前述壓延輥的端部之側導件之任一者。
  7. 一種橡膠材料之加工方法，係使用具備如請求項1所述之金屬構件的裝置之橡膠材料之加工方法，其係包含：藉由讓流體通過前述流體通路而將與前述橡膠材料接觸之前述金屬構件的表面之至少一部分的溫度調節成事先設定的溫度範圍之工序，以及將前述橡膠材料擠出的工序及/或將前述橡膠材料壓延的工序。
  8. 如請求項7所述之橡膠材料之加工方法，其中，前述橡膠材料或其原材料，在製造時使用了酸。
  9. 如請求項7所述之橡膠材料之加工方法，其中，前述溫度範圍為20℃~90℃。
  10. 如請求項9所述之橡膠材料之加工方法，其中，前述溫度範圍為30℃~60℃。
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