WO2014024383A1 - ゴム材料と接触する部材 - Google Patents

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詩織 渡邉
綱一 三宅
穂高 三浦
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株式会社神戸製鋼所
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Definitions

  • the present invention relates to a member that comes into contact with a rubber material when processing such as rubber kneading or rolling.
  • a rubber material is kneaded, and the kneaded rubber material is processed by rolling, pressing, or extruding.
  • a rubber processing apparatus that performs such processing includes members that are in direct contact with the rubber material, such as a rolling roll, a press die, and a roller of a roller head extruder, for processing the rubber material.
  • the surface of these members is subjected to chrome plating or the like for suppressing adhesion of a rubber material.
  • Patent Document 1 As a technique for suppressing adhesion of a rubber material, a processing apparatus disclosed in Patent Document 1 is known.
  • the processing device of Patent Document 1 is a processing device used for rubber kneading processing or die-forming processing. By setting the surface roughness (Ra) of the metal surface in contact with the rubber material to 5 to 50 ⁇ m, adhesion of the rubber material is performed. Suppress.
  • silane coupling agents are often mixed with rubber materials processed by recent rubber processing apparatuses in order to increase the dispersibility of the filler. Such a silane coupling agent reacts not only with the filler, but also with the metal surface in direct contact with the rubber material. Therefore, if an attempt is made to process a rubber material containing a silane coupling agent with a rolling roll or the like, there arises a problem that the rubber material adheres to the metal surface and is difficult to peel off.
  • the rubber material containing the silane coupling agent as described above often chemically reacts and bonds with the metal surface, and the physical roughness is limited to a certain range as in the processing apparatus of Patent Document 1. It is not possible to sufficiently suppress or prevent the adhesion of rubber to the surface only by suppressing the general adhesion.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a member that comes into contact with a rubber material in which the rubber material is prevented from adhering to the surface.
  • the member in contact with the rubber material has a surface in contact with the rubber material, and a contact angle of the surface in contact with the rubber material is set to 40 ° or more when a liquid rubber for testing is placed. It is characterized by being.
  • FIG. 1 is a perspective view of a member in contact with the rubber material of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph summarizing the relationship between the contact angle to the liquid rubber and the peel strength.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the peeling angle.
  • FIG. 4 is a graph summarizing the relationship between the contact angle to the liquid rubber and the peel angle ratio.
  • the apparatus shown in FIG. 1 is a rubber processing apparatus 1, which is an example of a member that comes into contact with a rubber material.
  • the member in contact with the rubber material of the present embodiment is not limited to that shown in FIG.
  • the rubber processing apparatus 1 (member in contact with the rubber material) of the present embodiment kneads materials such as raw rubber (raw rubber), vulcanizing agent, and vulcanizing aid used for tires, and rolls the kneaded material. It is a facility that processes by pressing or pressing.
  • the rubber processing apparatus 1 performs rolling processing on the kneaded rubber material.
  • the rubber processing apparatus 1 sends a rubber material kneaded by a kneading facility (not shown) to a processing roller, and is sent from the sending unit 2.
  • a processing roller 3 for processing the rubber material in contact with the rubber material.
  • a hopper 4 for charging a rubber material is provided above the delivery unit 2, and the rubber material can be directly supplied to the delivery unit 2 through the hopper 4.
  • the rubber material processed by the rubber processing apparatus 1 of the present embodiment is mainly composed of a rubber composition such as natural rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, and chloroprene rubber. Besides this rubber composition, a vulcanizing agent, Sulfur accelerators, anti-aging agents, antioxidants, etc. are included as auxiliary components. Further, the rubber material contains silica that reinforces the chemical structure during vulcanization and a silane coupling agent that further enhances the reinforcing effect of the silica. As this silane coupling agent, TESPT (Bis (triethoxysilylpropyl) polysulfide), Trimethoxysilylpropanethiol, or the like can be used.
  • TESPT Tethoxysilylpropyl
  • the hopper 4 is formed in a tapered shape such that the upper part and the lower part are opened, and the width of the hopper 4 decreases from the upper part to the lower part.
  • the lower opening of the hopper 4 communicates with the delivery unit 2, and the rubber material put into the hopper 4 from the upper opening 5 can be supplied to the delivery unit 2.
  • the sending section 2 is a pair of a housing 6 having a rubber material containing chamber inside and a pair of housings that penetrate the housing chamber provided inside the housing 6 and have an axial center in the horizontal direction. Feed rotors 7 and 7.
  • feed rotors 7 and 7 are provided with a spiral feed flight.
  • the twist direction of the feed flight of one feed rotor 7 and the rotational direction of the rotor are determined by the twist direction of the feed flight of the other feed rotor 7 and the direction of the rotor.
  • the direction is different from the rotation direction (different direction rotation type).
  • the processing roller 3 is arranged in a direction substantially orthogonal to the above-described feed rotor 7, in other words, in a direction orthogonal to the feeding direction of the rubber material by the sending unit 2, the axis is oriented in the horizontal direction, and a pair is arranged up and down. Yes.
  • These processing rollers 3 and 3 are formed of steel or stainless steel in a cylindrical shape, and a surface described later exists on the outer peripheral surface thereof, and this surface is polished and finished in a smooth state.
  • the rubber material sent from the sending unit 2 is supplied between these processing rollers 3 and 3.
  • the rubber material is stretched in the longitudinal direction while being rolled in the vertical direction between the processing rollers 3 and 3.
  • the metal surface has a surface roughness of 5 to 50 ⁇ m so that the rubber material hardly adheres to the metal surface. If the surface roughness of the metal surface is set to 5 to 50 ⁇ m in this way, the contact area between the metal surface and the rubber material becomes small, and the rubber material may not easily adhere to the metal surface.
  • the silane coupling agent in the rubber material often chemically reacts with a metal surface such as a roll surface. For this reason, reducing the surface roughness of the metal surface in contact with the rubber material as in a conventional processing apparatus, in other words, roughening the physical shape of the metal surface in contact with the rubber material will sufficiently adhere the rubber material. It cannot be prevented.
  • the surface roughness of the metal surface in contact with the rubber material is employed as an index for preventing the adhesion of the rubber material as in the conventional rubber processing apparatus. It is not enough, and it is necessary to adopt a new evaluation index to replace the surface roughness.
  • the contact angle is adopted as a new evaluation index instead of the surface roughness, and the contact angle on the surface contacting the rubber material including the outer peripheral surface of the processing roller 3 is used for testing.
  • the angle is set to 40 ° or more.
  • this surface is a coating layer that covers the surface of a base metal such as steel or stainless steel, and is made of a metal such as iron, chromium, nickel, or cobalt, or a hard material such as cermet that combines these metals with ceramics. Formed from material. As will be described later, this surface is formed on a base metal by plating, thermal spraying, overlay welding, PVD (Physical Vapor Deposition, physical vapor deposition) or the like. The surface condition is such that the contact angle is more than °.
  • the contact angle described above is set, for example, as an angle (wetting angle) formed by a tangent formed on the surface of the liquid rubber droplet and the surface when a test liquid rubber is placed on the surface.
  • the Specifically, the contact angle is determined by allowing the silane coupling agent to act after washing the surface with an organic solvent, ion-exchanged water, ultrasonic waves, etc., and dropping a liquid rubber for testing on the surface, It is possible to measure by observing the surface of the dropped droplet, and using a known method such as ⁇ / 2 method, curve fitting method, tangential method for the liquid rubber droplet placed on the surface. Can be measured.
  • the liquid rubber for testing is a rubber having particularly great viscoelasticity among rubbers that can be used as a rubber material.
  • examples of such rubber include butadiene rubber, isoprene rubber, ethylene propylene rubber (EPDM), and the like.
  • Liquid rubber for testing is different in molecular weight from rubber (usually grade rubber) generally used for rubber materials. That is, the liquid rubber is polymerized so as to have a molecular weight smaller than that of a normal grade rubber, and can be maintained in a liquid state at room temperature (room temperature). The normal grade rubber often has a molecular weight exceeding 20000. Specific examples of such test liquid rubber include butadiene rubber synthesized (polymerized) with a molecular weight of 10,000 or less.
  • a peeling strength exceeding 6 kgf / 25 mm is required to peel the rubber material from the surface of a processing roll or the like.
  • the contact angle of the member surface is set to 40 ° or more, the peel strength becomes as small as 4 kgf / 25 mm or less, and it adheres compared to the case where the rubber material attached to the conventional processing roll is peeled off. It becomes easy to peel off the rubber material, and the adhesion of the rubber material is reduced.
  • the following surface treatment method may be specifically performed.
  • a surface treatment layer is formed by forming a hard metal layer made of steel, stainless steel, chromium, etc. on the metal surface in contact with the rubber material by overlay welding.
  • the contact angle of the contacting surface can be 40 ° or more.
  • it is preferable that the surface of this hard metal layer is grind
  • a hard metal layer made of cermet or the like is formed by thermal spraying on the metal surface in contact with the rubber material, and the contact angle of the surface in contact with the rubber material is 40. It can be more than °.
  • a surface treatment layer is formed by forming a hard metal layer by plating on the metal surface in contact with the rubber material, and the contact angle of the surface in contact with the rubber material is set to 40 ° or more. be able to.
  • the plating include hard chrome plating, nickel electroplating, and nickel electroless plating.
  • the surface of the hard metal layer formed by welding, thermal spraying or plating has a contact angle of 40 ° or more as it is or after being polished.
  • a contact angle of 40 ° or more as it is or after being polished.
  • the contact angle is less than 40 ° with only the hard metal layer, it is preferable to further apply (cover) a release promoting layer for promoting the release of the rubber material on the surface of the hard metal layer.
  • the release accelerator include wax, talc, mica, polyethylene glycol, fluorine resin, and silicon resin.
  • the surface of the hard metal layer when forming a hard metal layer using plating with relatively few irregularities on the surface, if the surface of the hard metal layer is intentionally roughened using shot blasting or laser, Similarly, the surface of the hard metal layer can be coated with a release promoting layer with good adhesion.
  • a hard metal layer is formed by composite plating to form a surface treatment layer. May be.
  • the plating bath used when forming this composite plating contains fine particles of the above-mentioned mold release accelerator that promotes the release of the rubber material. If composite plating is performed using these plating baths, the plating bath is hard.
  • the metal layer also contains release promoting particles.
  • the above-described surface treatment methods (1) to (4) are examples of methods for forming a surface having a contact angle of 40 ° or more, and these methods are appropriately performed according to the application, the type of the base metal, and the like. Can be used.
  • the member in contact with the rubber material has a surface in contact with the rubber material, and a contact angle of the surface in contact with the rubber material is set to 40 ° or more when a liquid rubber for testing is placed. It is characterized by being. According to the member in contact with the rubber material of the present invention, adhesion of the rubber material on the surface is suppressed.
  • the liquid rubber for testing is preferably composed of butadiene rubber that becomes liquid at room temperature. Since such a liquid rubber does not require a high-temperature and high-pressure test environment in order to maintain a plastic state, adhesion can be evaluated without using a large-scale facility.
  • the member in contact with the rubber material has a surface in contact with the rubber material, a silane coupling agent is allowed to act on the surface, and then a liquid rubber for testing is placed on the surface.
  • the angle is 40 ° or more.
  • the member in contact with the rubber material has a surface in contact with the rubber material, and is composed of butadiene rubber that is liquefied at room temperature after allowing the silane coupling agent to act on the surface.
  • the contact angle when the test liquid rubber is placed is 40 ° or more.
  • the surface in contact with the rubber material is provided with a hard metal layer formed by overlay welding, so that the contact angle is easily set to 40 ° or more.
  • the surface in contact with the rubber material covers and seals the surface of the hard metal layer having a porous surface and the hard metal layer formed in a porous shape, and promotes the release of the rubber material. It is preferable that a release promoting layer is provided.
  • a release promoting layer is provided on the surface of the hard metal layer with good adhesion due to a physical anchor effect. The rubber material is less likely to adhere to the surface on which the release promoting layer is provided.
  • a hard metal composite plating layer containing release promoting particles for promoting release of the rubber material is formed on the surface in contact with the rubber material.
  • the member that comes into contact with the rubber material includes a sending unit that sends the kneaded rubber material, and a processing roller that contacts the rubber material sent from the sending unit and processes the rubber material
  • a processing roller is preferred. In this case, adhesion of the rubber material to the processing roller is suppressed.
  • Comparative Example 1 was prepared by performing hard chromium plating with a film thickness of 30 to 50 ⁇ m on the surface and shaving it slightly to smooth the surface after plating.
  • the test piece of Comparative Example 2 was prepared by performing hard chrome plating and shot blasting to roughen the surface of the hard metal layer.
  • Comparative Example 3 The test piece of Comparative Example 3 was prepared by thermally spraying a cermet composed of tungsten carbide and cobalt on the surface to a thickness of 200 ⁇ m, and slightly shaving the surface without providing a release promoting layer on the surface after spraying. did.
  • Example 1 to Example 3 The test pieces of Examples 1 to 3 were produced by overlaying different metal materials with a thickness of 3000 ⁇ m on the surface, and slightly shaving to smooth the surface after welding.
  • the metal material a welding material made of iron or the like was used. The iron concentration in the welding material is higher in the order of Example 1, Example 2, and Example 3.
  • Example 4 The test piece of Example 4 was produced by forming a chromium plating with a thickness of 50 to 70 ⁇ m on the surface and roughening the surface of the formed hard metal layer of chromium. The roughening was performed by rapidly cooling the hard metal layer after heating and forming cracks in the hard metal layer due to a rapid temperature change. For the roughened surface, a release accelerator was applied to form a release promoting layer.
  • Example 5 The test piece of Example 5 was produced by performing nickel phosphorus plating containing peeling promoting particles on the surface with a thickness of 20 ⁇ m and forming a surface treatment layer.
  • Example 6 The test piece of Example 6 was coated with a base metal on the surface, the surface of the coated base metal was roughened by shot blasting, and a release accelerator was applied to the roughened surface. It was produced by forming an accelerating layer.
  • Example 7 In the test piece of Example 7, the surface is coated with a base metal, the surface of the coated base metal is irradiated with a laser to roughen the surface, and a release accelerator is applied to the roughened surface. It was produced by forming an accelerating layer.
  • Example 8 The test piece of Example 8 is obtained by spraying a cermet composed of tungsten carbide and cobalt on the surface so as to have a thickness of 200 ⁇ m, applying a release accelerator on the surface after spraying, and forming a release acceleration layer. Produced.
  • the waxes, talc, mica, polyethylene glycol, fluorine resin, silicon resin, and the like were used for the release accelerators and release promoting particles of Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 8 described above.
  • the contact angle was measured for the test pieces of Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 8 described above.
  • a solution containing 5% of a silane coupling agent mainly composed of TESPT (manufactured by EVONIK INDUSTRIES, Si69), 5% of ion-exchanged water, and 90% of ethanol was used.
  • a test piece is immersed in the solution for 10 seconds and dried in an atmosphere of 100 ° C. for 1 hour.
  • Liquid rubber (Kuraray Co., Ltd., butadiene rubber, LBR307) is dropped onto the dried test piece, and the liquid rubber is added.
  • the contact angle of each droplet was measured using a contact angle meter (FACE CA-A type, manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.).
  • the peel strength of the test pieces of Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 8 described above was measured.
  • the peel strength was measured by measuring 25 mm width ⁇ 420 mm length rubber sheet (styrene butadiene rubber (SBR): 96 parts by weight, butadiene rubber (BR): 30 parts by weight, silica: 80 parts by weight, silane coupling agent: 6.4 parts by weight, zinc oxide: 3 parts by weight, stearic acid: 2 parts by weight, anti-aging agent: 1.5 parts by weight, antioxidant: 1 part by weight) were formed into a molding machine (Shinto Metal Industries Co., Ltd.). NF-50 type single-acting compression molding machine) at 160 ° C. and 3 kg / cm 2 for 10 minutes. 2000) was peeled at 180 ° at room temperature and 50 mm / min, and the peel strength was calculated.
  • SBR styrene butadiene rubber
  • BR butadiene rubber
  • silica 80 parts by weight
  • the peel strength of Comparative Example 1 having a contact angle of less than 40 ° is 6.24 kgf / 25 mm, whereas the peel strength of Example 1 having a contact angle of 40 ° or more is used. Is greatly reduced to 4 kgf / 25 mm or less, and it can be understood that if the contact angle is 40 ° or more, the rubber material can be peeled off with about half the conventional peel strength, and it is judged that the rubber material can be prevented from adhering to the processing rolls. It was done.
  • Example 2 A rolling roll was prepared which was processed in the same manner as the test pieces prepared in Comparative Example 1, Examples 4, 7, and 8. The kneaded rubber was attached to the surface of the rolling roll, and the attached rubber Measured the peeling angle when peeling from the surface of the rolling roll.
  • each treatment shown in Table 1 was performed on a steel rolling roll, and the same silane coupling agent (Si69) as used in Experimental Example 1 was allowed to act on the treated surface.
  • the peel strength can also be expressed as a peel angle ⁇ when the rubber is peeled off. That is, as shown in FIG. 3, the peel angle ⁇ is represented by the following formula (1) when the adhesive force W and the peel strength P are used.
  • the rubber sheet similar to that used when the peel strength was measured in Experimental Example 1 was kneaded using a biaxial extrusion kneader (HYPER KTX30, manufactured by Kobe Steel, Ltd.), and the kneaded rubber sheet was listed above. It rolled with the rolling roll which performed the process of 1. The hot water setting of the rolling roll was 60 ° C., and the rotation speed was about 8-9 rpm.
  • the rolling rolls of Examples 4, 7, and 8 having a surface treatment layer having a contact angle of liquid rubber of 40 ° or more are the rolling rolls of Comparative Example 1 having a contact angle of 40 ° or less.
  • the peel angle ratio (the measured peel angle divided by the peel angle measured using the rolling roll of Example 1) was reduced. From this, it was found that if the contact angle of the liquid rubber is 40 ° or more, the rubber is difficult to adhere even in the above-described continuous test.
  • embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points.
  • matters that are not explicitly disclosed, for example, operating conditions and operating conditions, various parameters, dimensions, weights, volumes, and the like of a component deviate from a range that a person skilled in the art normally performs. Instead, values that can be easily assumed by those skilled in the art are employed.
  • a member for example, a processing roller of a rubber processing device that contacts the rubber material when processing such as rubber kneading or rolling is performed. It can be widely used in the technical field.

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Abstract

　本発明は、ゴム材料と接触する表面を有し、前記ゴム材料と接する表面の接触角が試験用の液状ゴムを載せた場合に４０°以上とされていることを特徴とするゴム材料と接触する部材に関する。

Description

ゴム材料と接触する部材
　本発明は、ゴムの混練や圧延などの加工を行う際にゴム材料と接触する部材に関する。
　一般に、ゴム製品を製造するにあたっては、まずゴム材料を混練し、混練後のゴム材料に対して、圧延したりプレスしたりあるいは押し出したりする加工が行われる。このような加工を行うゴム加工装置には、ゴム材料の加工用に圧延ロール、プレス金型、ローラヘッド押出機のローラ等、ゴム材料と直接に接する部材が備えられている。これら部材の表面には、ゴム材料の付着を抑制するためのクロムめっきなどが行われるのが一般的である。
　ゴム材料の付着を抑制する技術として、特許文献１の加工装置が知られている。特許文献１の加工装置は、ゴム練り加工や型付加工に用いる加工装置であり、ゴム材料と接触する金属表面の表面粗度（Ｒａ）を５～５０μｍに設定することでゴム材料の付着を抑制する。
　一般的には、金属表面の表面粗度Ｒａを制限して粗面化すれば、ゴム材料と金属表面との接触面積が小さくなり、ゴム材料が金属表面に付着しにくくなると考えられる。しかし、近年のゴム加工装置で加工されるゴム材料には、フィラーの分散性を高めるためにシランカップリング剤が混ぜられることが多い。このようなシランカップリング剤は、フィラーだけでなく、ゴム材料と直接に接する金属表面とも反応する。従って、シランカップリング剤が含まれたゴム材料を圧延ロールなどで加工しようとすれば、ゴム材料が金属表面に付着して剥がれにくくなるなどの問題が発生する。
　つまり、上述したようなシランカップリング剤を含むゴム材料は金属表面と化学的に反応して結合する場合が多く、特許文献１の加工装置のように表面粗さをある範囲に制限して物理的な付着を抑制するだけでは、表面に対するゴムの付着を充分に抑制又は防止することはできない。
　また、このように加工装置の圧延ロールなどにゴム材料が付着すると、付着したゴム材料を剥離するために生産ラインを停止させる必要や、ゴム材料が付着したロールの交換や再研磨といった保守作業の必要が生じる場合もあり、目的とするゴム製品の生産効率が著しく低下する。また、最も問題となっているのはロール表面への付着だが、それ以外の部分の付着の改善にも潜在的な要求がある。具体的には、スクリュ、ホッパ、ゴム混練機のミキサーやチャンバー、ドロップドア、ロータボディなどへのゴム材料の付着に対しても、改善が求められている。
特開２００４－２０９９３９号公報
　本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、ゴム材料が表面に付着することを抑制された、ゴム材料と接触する部材を提供することを目的とする。
　本発明の一局面によるゴム材料と接触する部材は、ゴム材料と接触する表面を有し、前記ゴム材料と接する表面の接触角が試験用の液状ゴムを載せた場合に４０°以上とされていることを特徴とする。
　本発明の目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
図１は、本発明のゴム材料と接触する部材の斜視図である。 図２は、液状ゴムに対する接触角と剥離強度との関係をまとめた図である。 図３は、剥離角を説明した説明図である。 図４は、液状ゴムに対する接触角と剥離角比との関係をまとめた図である。
　本発明のゴム材料と接触する部材の実施形態を、図を用いて具体的に以下に説明する。なお、図１に示される装置はゴム加工装置１であり、ゴム材料と接触する部材の一例である。本実施形態のゴム材料と接触する部材は、図１のものに限定されるものではない。
　本実施形態のゴム加工装置１（ゴム材料と接触する部材）は、タイヤなどに用いられる原料ゴム（生ゴム）や加硫剤、加硫助剤などの材料を混練し、混練したものを圧延したりプレスしたりして加工する設備である。
　ゴム加工装置１は、混練したゴム材料に対して圧延加工を行うものであって、図示しない混練設備で混練されたゴム材料を加工ローラに送出する送出部２と、この送出部２から送られてきたゴム材料に接触してこのゴム材料を加工する加工ローラ３とを有する。この送出部２の上方には、ゴム材料を投入するホッパ４が設けられていて、ホッパ４を通じて送出部２にゴム材料を直接供給できる。
　本実施形態のゴム加工装置１で加工されるゴム材料は、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴムなどゴム組成物を主成分としており、このゴム組成物以外にも加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、酸化防止剤などを補助成分として含んでいる。また、ゴム材料には、加硫時に化学構造を補強するシリカと、このシリカによる補強効果をさらに高めるシランカップリング剤とが含まれている。このシランカップリング剤には、ＴＥＳＰＴ（Bis(triethoxysilylpropyl)polysulfide）やTrimethoxysilylpropanethiolなどを用いることができる。
　ホッパ４は、上方と下方とがそれぞれ開口すると共に、上方から下方に向かうにつれて細くなるようなテーパ状に形成されている。ホッパ４の下方の開口は、送出部２に連通していて、上方の開口５からホッパ４の内部に投入されたゴム材料を送出部２に供給できる。
　送出部２は、内部がゴム材料の収容室とされた筐体６と、この筐体６の内部に設けられた収容室を貫通するように且つ水平方向に軸心を向けて配備された一対の送りロータ７、７とを備えている。
　これらの送りロータ７、７は螺旋状の送りフライトを備えており、一方の送りロータ７の送りフライトのねじれ方向やロータの回転方向は、他方の送りロータ７の送りフライトのねじれ方向やロータの回転方向と異なる向き（異方向回転型）となっている。一対の送りロータ７、７を互いに異なる方向に回転させることで、送出部２の収容室に供給されたゴム材料は、下流側に送られる。このようにして送出部２から送出されたゴム材料は、加工ローラ３に送られ、圧延される。
　加工ローラ３は、上述した送りロータ７と略直交する向き、言い換えれば送出部２によるゴム材料の送り方向と直交する向きに配備され、軸心が水平方向に向けられ、上下に一対配備されている。これらの加工ローラ３、３は、鋼鉄やステンレスで円筒状に形成されており、その外周面には、後述する表面が存在し、この表面は研磨されて平滑状に仕上げられている。
　これらの加工ローラ３、３の間には、送出部２から送られてきたゴム材料が供給される。ゴム材料は、これらの加工ローラ３、３間で上下方向に圧延されつつ、長手方向に延伸される。
　ところで、上述した特許文献１のゴム加工装置の金属表面では、一般にゴム材料が金属表面に付着しにくいように、金属表面は５～５０μｍの表面粗度とされている。このように金属表面の表面粗度を５～５０μｍにすれば、金属表面とゴム材料との接触面積が小さくなって、ゴム材料が金属表面に付着しにくくなる可能性がある。
　しかしながら、上述したようなシランカップリング剤を含むゴム材料に関しては、ゴム材料中のシランカップリング剤がロール表面などの金属表面と化学的に反応する場合が多い。そのため、従来の加工装置のようにゴム材料と接する金属表面の表面粗さを小さくする、言い換えればゴム材料と接する金属表面の物理的形状を粗面化しただけでは、ゴム材料の付着を充分に防止することはできない。
　つまり、シランカップリング剤を含むゴム材料を加工に用いる場合には、従来のゴム加工装置のようにゴム材料の付着を防止するための指標としてゴム材料と接する金属表面の表面粗さを採用するだけでは充分ではなく、表面粗度に代わる新たな評価指標を採用する必要がある。
　そこで、本実施形態のゴム加工装置１では、表面粗度に代わる新たな評価指標として接触角を採用し、加工ローラ３の外周面を始めとするゴム材料と接する表面における接触角が試験用の液状ゴムを載せた場合に４０°以上となるようにしている。
　具体的には、この表面は、鋼鉄やステンレスなどの下地金属の表面を被覆する被覆層にあたり、鉄、クロム、ニッケルまたはコバルトなどの金属、またはこれらの金属にセラミックスなどを組み合わせたサーメットなどの硬質材料から形成されている。この表面は、後述するようにめっき、溶射、肉盛溶接、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition，物理蒸着）法などにより下地金属の上に造膜されており、試験用の液状ゴムを載せた場合に４０°以上の接触角となるような表面状態を有している。
　なお、上述した接触角は、上記表面に試験用の液状ゴムを載せた場合に、例えば、この液状ゴムの液滴表面に形成される接線と上記表面とがなす角度（ぬれ角度）として設定される。具体的には、この接触角は、上記表面を有機溶剤、イオン交換水、超音波などを用いて洗浄した上でシランカップリング剤を作用させ、該表面に試験用の液状ゴムを滴下し、滴下された液滴の表面を観察することで計測可能となるものであり、上記表面に載せられた液状ゴムの液滴についてθ／２法、カーブフィッティング法、接線法などの公知の手法を用いて計測することが可能となる。
　また、試験用の液状ゴムは、ゴム材料として使用可能なゴムの中でも特に粘弾性が大きなゴムである。このようなゴムには、例えばブタジエンゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などが挙げられる。試験用の液状ゴムは、一般的にゴム材料に用いられるゴム（通常グレードのゴム）と、分子量が異なる。つまり、液状ゴムは通常グレードのゴムより小さな分子量となるように重合されており、常温（室温）で液体状態を維持可能とされている。なお、通常グレードのゴムは、分子量が２００００を超えることが多い。このような試験用の液状ゴムの具体例としては、分子量を１００００以下にまで落として合成（重合）されたブタジエンゴムなどが挙げられる。このような液状ゴムを用いれば、ゴム材料の可塑状態を維持するために試験環境を高温高圧にする必要はなく、大がかりな設備を用いることなくゴム材料の付着性を評価することが可能となる。本願では例えば（株）クラレ製のブタジエンゴム「ＬＢＲ３０７」を使用することができる。
　上述したように、ゴム材料と接する表面を有する部材（例えば加工ロール３）において、該表面が、試験用の液状ゴムを載せたときに４０°以上の接触角となるような表面状態である場合には、該表面にゴム材料が付着しにくくなる。言い換えれば、部材表面の接触角を４０°以上とすれば、ゴム材料が上記表面に付着したまま残りにくくなり、ゴム材料と接する表面にゴム材料が付着したとしても容易に剥がせるようになる。
　例えば、従来のゴム加工装置の場合、加工ロールなどの表面からゴム材料を剥離するには６ｋｇｆ／２５ｍｍを超える剥離強度が必要となる。ところが、部材表面の接触角が４０°以上となるようにすれば、剥離強度は４ｋｇｆ／２５ｍｍ以下と非常に小さくなり、従来の加工ロールなどに付着したゴム材料を剥離する場合に比べて付着したゴム材料を剥離するのも容易になり、ゴム材料の付着性が低減する。
　また、接触角の測定には、剥離強度を測定する場合のように測定機器を別途用意する必要はなく、汎用の接触角計のような簡単な設備で容易にゴム材料の付着評価が行えるので利便性にも優れている。
　なお、ゴム材料と接触する表面の接触角を４０°以上とするには、たとえば、具体的には次の表面処理方法を行うと良い。
（１）肉盛溶接による表面処理層の形成
　ゴム材料と接する金属表面に、鋼鉄、ステンレス、クロムなどからなる硬質金属層を肉盛溶接によって形成することにより表面処理層を形成し、ゴム材料と接触する表面の接触角を４０°以上とすることができる。なお、この硬質金属層の表面は、必要に応じて研磨されるのが好ましい。
（２）溶射による表面処理層の形成
　ゴム材料と接する金属表面に、溶射によりサーメットなどからなる硬質金属層を形成することにより表面処理層を形成し、ゴム材料と接触する表面の接触角を４０°以上とすることができる。
（３）めっきによる表面処理層の形成
　ゴム材料と接する金属表面に、めっきにより硬質金属層を形成することにより表面処理層を形成し、ゴム材料と接触する表面の接触角を４０°以上とすることができる。このめっきとしては、硬質クロムめっき、ニッケルの電気めっき、ニッケルの無電解めっきなどが挙げられる。
　これらの溶接、溶射、めっきにより形成された硬質金属層の表面は、そのまま又は研磨されることにより、４０°以上の接触角を有することとなる。また、硬質金属層だけで接触角が４０°未満となる場合には、この硬質金属層の表面にゴム材料の離型を促進する離型促進層をさらに塗布（被覆）するのが好ましい。離型促進剤としては、ワックスやタルク、マイカ、ポリエチレングリコール、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂などが挙げられる。
　特に、溶射により形成された硬質金属層の表面には凹凸が多数形成され、多孔状の膜質となっていることが多い。それゆえ、このように凹凸が多数形成された硬質金属層の表面に上述の離形促進剤を塗布すれば、硬質金属層の表面は、表面の凹凸と、塗布された離型促進剤により形成される離型促進層との物理的アンカー効果によって、離型促進層で密着性良く被覆され得る。
　また、表面に凹凸が比較的少ないめっきなどを用いて硬質金属層を形成する場合には、硬質金属層の表面をショットブラストやレーザを用いて意図的に粗面化すれば、溶射の場合と同様に、硬質金属層の表面は、離型促進層で密着性良く被覆され得る。
（４）離型促進粒子が含まれた複合めっきによる表面処理層（複合めっき層）の形成
　ゴム材料と接する金属表面には、複合めっきにより硬質金属層を形成することにより、表面処理層が形成されても良い。この複合めっきを形成する際に用いられるめっき浴には、ゴム材料の離型を促進する上述の離型促進剤の微粒子が含まれており、これらのめっき浴を用いて複合めっきを行えば硬質金属層にも離型促進粒子が含まれることとなる。
　なお、上述した（１）～（４）の表面処理方法は、接触角が４０°以上の表面を形成する方法の一例であり、これらの方法は、用途や下地金属の種類などに合わせて適宜用いることができる。
　上記ゴム材料と接触する部材の技術的特徴を下記にまとめる。
　本発明の一局面によるゴム材料と接触する部材は、ゴム材料と接触する表面を有し、前記ゴム材料と接する表面の接触角が試験用の液状ゴムを載せた場合に４０°以上とされていることを特徴とする。本発明のゴム材料と接触する部材によれば、表面におけるゴム材料の付着が抑制される。
　前記試験用の液状ゴムは、常温で液状となるブタジエンゴムから構成されていることが好ましい。このような液状ゴムは、可塑状態を維持するために試験環境を高温高圧にする必要がないため、大がかりな設備を用いることなく付着性を評価することができる。
　本発明の他の一局面によるゴム材料と接触する部材は、ゴム材料と接触する表面を有し、前記表面にシランカップリング剤を作用させ、その後に試験用の液状ゴムを載せた場合の接触角が４０°以上とされていることを特徴とする。
　本発明のゴム材料と接触する部材によれば、表面にシランカップリング剤を作用させる場合であっても、表面におけるゴム材料の付着が充分に抑制される。
　本発明の他の一局面によるゴム材料と接触する部材は、ゴム材料と接触する表面を有し、前記表面にシランカップリング剤を作用させ、その後に常温で液状となるブタジエンゴムから構成される試験用の液状ゴムを載せた場合の接触角が４０°以上とされていることを特徴とする。
　本発明のゴム材料と接触する部材によれば、表面にシランカップリング剤を作用させる場合であっても、表面におけるゴム材料の付着が充分に抑制される。また、このような液状ゴムは、可塑状態を維持するために試験環境を高温高圧にする必要がないため、大がかりな設備を用いることなく付着性を評価することができる。
　前記ゴム材料と接する表面は、肉盛溶接により形成された硬質金属層が設けられることにより、接触角が４０°以上とされやすい。
　前記ゴム材料と接する表面には、表面が多孔状に形成された硬質金属層と、該多孔状に形成された硬質金属層の表面を被覆して封孔すると共に前記ゴム材料の離型を促進する離型促進層とが設けられることが好ましい。硬質金属層の表面には、物理的アンカー効果により、離型促進層が密着性良く設けられる。離型促進層が設けられた表面は、ゴム材料がより付着しにくい。
　前記ゴム材料と接する表面には、前記ゴム材料の離型を促進する離型促進粒子を含有する硬質金属の複合めっき層が形成されることが好ましい。このような複合めっき層が設けられることにより、ゴム材料と接触する表面は、ゴム材料がより付着しにくい。
　前記ゴム材料と接触する部材が、混練されたゴム材料を送出する送出部と、該送出部から送られてきたゴム材料に接触して当該ゴム材料を加工する加工ローラとを有するゴム加工装置における加工ローラであることが好ましい。この場合、加工ローラへのゴム材料の付着が抑制される。
　次に、実施例及び比較例を用いて、本発明のゴム材料と接触する部材の作用効果を詳しく説明する。
＜実験例１＞
　５０ｍｍ×１５０ｍｍ×５ｍｍ厚さに切り出された鉄製の板材に、表１に示される各処理を行い、試験片を作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（比較例１、比較例２）
　比較例１の試験片は、表面に膜厚３０～５０μｍの硬質クロムめっきを行い、めっき後の表面を滑らかにするために少し削って作製した。比較例２の試験片は、硬質クロムめっきとショットブラストとを行い、硬質金属層の表面を粗面化して作製した。
（比較例３）
　比較例３の試験片は、表面にタングステンカーバイドとコバルトとからなるサーメットを厚み２００μｍとなるように溶射し、溶射後の表面に対して離型促進層を設けることなく、表面を少し削って作製した。
（実施例１～実施例３）
　実施例１～３の試験片は、表面に、それぞれ異なる金属材料を厚み３０００μｍで肉盛溶接し、溶接後の表面を滑らかにするために少し削って作製した。金属材料は鉄などからなる溶接材料を使用した。溶接材料における鉄の濃度は、実施例１、実施例２、実施例３の順に高い。
（実施例４）
　実施例４の試験片は、表面にクロムめっきを厚み５０～７０μｍで造膜し、形成されたクロムの硬質金属層の表面を粗面化して作製した。粗面化は、硬質金属層を加熱後に急冷し、急激な温度変化により硬質金属層に亀裂を形成させることにより行った。粗面化された表面に対しては、離型促進剤を塗布し、離型促進層を形成することにより作製した。
（実施例５）
　実施例５の試験片は、表面に剥離促進粒子を含むニッケルリンめっきを厚み２０μｍで行い、表面処理層を形成することにより作製した。
（実施例６）
　実施例６の試験片は、表面に下地金属を被覆し、被覆された下地金属の表面をショットブラストで粗面化し、粗面化された表面に対して離型促進剤を塗布し、離型促進層を形成することにより作製した。
（実施例７）
　実施例７の試験片は、表面に下地金属を被覆し、被覆された下地金属の表面にレーザを照射して粗面化し、粗面化された表面に離型促進剤を塗布し、離型促進層を形成することにより作製した。
（実施例８）
　実施例８の試験片は、表面にタングステンカーバイドとコバルトとからなるサーメットを厚み２００μｍとなるように溶射し、溶射後の表面に離型促進剤を塗布し、離型促進層を形成することにより作製した。
　上述した比較例１～３及び実施例１～８の離型促進剤及び離型促進粒子にはワックスやタルク、マイカ、ポリエチレングリコール、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂などを使用した。
　上述した比較例１～３及び実施例１～８の試験片について、接触角を計測した。
　計測に先立ち、前処理として試験片に超音波を印加しつつ、アセトンを用いて油脂を除去し、脱イオン水を用いて表面が親水性になるまで洗浄した。洗浄後の試験片を完全に乾燥させ、以下の方法により表面にシランカップリング剤の溶液を作用させた。
　シランカップリング剤の溶液としては、ＴＥＳＰＴを主成分とするシランカップリング剤（EVONIK INDUSTRIES社製、Ｓｉ６９）を５％、イオン交換水を５％、エタノールを９０％含むものを使用した。該溶液に試験片を１０秒浸漬し、１００℃の雰囲気下で１時間乾燥させ、乾燥後の試験片に対して液状ゴム（（株）クラレ製、ブタジエンゴム、ＬＢＲ３０７）を滴下し、液状ゴムの液滴の接触角を接触角計（協和界面科学（株）製、ＦＡＣＥ　ＣＡ－Ａ型）を用いて計測した。
　上述した比較例１～３及び実施例１～８の試験片について、剥離強度を計測した。剥離強度の計測は、２５ｍｍ幅×４２０ｍｍ長さに切り出したゴムシート（スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）：９６重量部、ブタジエンゴム（ＢＲ）：３０重量部、シリカ：８０重量部、シランカップリング剤：６．４重量部、酸化亜鉛：３重量部、ステアリン酸：２重量部、老化防止剤：１．５重量部、酸化防止剤：１重量部）を、成形機（（株）神藤金属工業所製　ＮＦ－５０型単動圧縮成形機）を用いて１６０℃、３ｋｇ／ｃｍ２で１０分間、試験片に圧着し、室温で冷却した後、引張試験機（（株）今田製作所製　ＭＯＤＥＬ　ＳＬ-２０００）を用いて圧着されたゴムシートを５０ｍｍ／ｍｉｎ、室温にて１８０°で剥離し、剥離強度を算出した。
　上述のようにして計測した接触角と剥離強度との関係を図２にまとめた。図２中に太線で示されるように、接触角と剥離強度との間には、接触角が大きくなるに連れて剥離強度が低下する相関関係が見られた。
　また、この相関関係に基づけば、４０°未満の接触角を有する比較例１の剥離強度が６．２４ｋｇｆ／２５ｍｍであるのに対して、４０°以上の接触角を持つ実施例１の剥離強度は４ｋｇｆ／２５ｍｍ以下と大きく低下しており、接触角を４０°以上にすれば従来の半分程度の剥離強度でゴム材料を剥離できることが分かり、加工ロールなどに対するゴム材料の付着を防止できると判断された。
＜実験例２＞
　比較例１、実施例４、７、８で試験片を作製した際の処理と同様の処理を行った圧延ロールを準備し、該圧延ロールの表面に、混練したゴムを付着させ、付着したゴムが圧延ロールの表面から剥離する際の剥離角を計測した。
　具体的には、鋼製の圧延ロールに表１に示す各処理を施し、処理後の表面に実験例１で用いたと同様のシランカップリング剤（Ｓｉ６９）を作用させた。
　剥離強度は、ゴムを剥離する際の剥離角θとしても表わすことができる。つまり、図３に示すように、剥離角θは、付着力Ｗと剥離強度Ｐとを用いれば、次の式（１）のように示される。
　　　　Ｗ＝Ｐ（１－ｃｏｓθ）　・・・　（１）
　この式（１）から、剥離強度Ｐが一定であれば、実験から得られる剥離角θだけで付着力Ｗが決まるので、剥離角θの値が分かれば付着力Ｗの大小を比較することができる。
　実験例１において剥離強度を計測した際に用いたと同様のゴムシートを、二軸押出混練機（（株）神戸製鋼所製　ＨＹＰＥＲ　ＫＴＸ３０）を用いて混練し、混練されたゴムシートを上述した表１の処理を行った圧延ロールで圧延した。なお、圧延ロールの温水設定は６０℃、回転数は約８～９ｒｐｍとした。
　図３に示されるように、圧延ロールから出てくるシートに真横方向のテンションをかけ、ロール表面とシートの剥離状態の画像解析を行った。
　図４に示されるように、液状ゴムの接触角が４０°以上である表面処理層を備える実施例４、７、８の圧延ロールは、接触角が４０°以下である比較例１の圧延ロールに比べ、剥離角比（計測した剥離角を実施例１の圧延ロールを用いて計測された剥離角で除したもの）が小さくなった。このことから、液状ゴムの接触角を４０°以上とすれば、上述した連続試験においてもゴムが付着しにくいことが分かった。
　なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
　本発明の部材によれば、ゴム材料が表面に付着することが抑制されるため、ゴムの混練や圧延などの加工を行う際にゴム材料と接触する部材（たとえばゴム加工装置の加工ローラ）等の技術分野において広く利用することができる。
 

Claims (8)

  1. 　ゴム材料と接触する表面を有し、
    　前記ゴム材料と接する表面の接触角が試験用の液状ゴムを載せた場合に４０°以上とされていることを特徴とするゴム材料と接触する部材。
  2. 　前記試験用の液状ゴムは、常温で液状となるブタジエンゴムから構成されていることを特徴とする請求項１に記載のゴム材料と接触する部材。
  3. 　ゴム材料と接触する表面を有し、
    　前記表面にシランカップリング剤を作用させ、その後に試験用の液状ゴムを載せた場合の接触角が４０°以上とされていることを特徴とするゴム材料と接触する部材。
  4. 　ゴム材料と接触する表面を有し、
    　前記表面にシランカップリング剤を作用させ、その後に常温で液状となるブタジエンゴムから構成される試験用の液状ゴムを載せた場合の接触角が４０°以上とされていることを特徴とするゴム材料と接触する部材。
  5. 　前記ゴム材料と接する表面には、肉盛溶接により形成された硬質金属層が設けられていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のゴム材料と接触する部材。
  6. 　前記ゴム材料と接する表面には、表面が多孔状に形成された硬質金属層と、該多孔状に形成された硬質金属層の表面を被覆して封孔すると共に前記ゴム材料の離型を促進する離型促進層とが設けられていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のゴム材料と接触する部材。
  7. 　前記ゴム材料と接する表面には、前記ゴム材料の離型を促進する離型促進粒子を含有する硬質金属の複合めっき層が形成されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のゴム材料と接触する部材。
  8. 　前記ゴム材料と接触する部材が、混練されたゴム材料を送出する送出部と、該送出部から送られてきたゴム材料に接触して当該ゴム材料を加工する加工ローラとを有するゴム加工装置における加工ローラとされていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のゴム材料と接触する部材。
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