(57)【要約】【課題】シリカの分散性を向上させて品質の安定化を図るとともに、目標粘度のゴム材料を得ることができる生産性に優れたシリカ配合のゴム材料の混練制御方法を提供する。  【解決手段】シリカ配合ゴムＲ１に、予め設定されたシリカおよびシランカップリング剤の反応完了に必要な熱履歴量の中途の熱履歴量を、密閉型混合機１による混練によって付与し、密閉型混合機１での混練時間を短縮して、所定時間に密閉型混合機１から放出されるシリカ配合ゴムのゴム量を増加させ、続いて密閉型混合機１から放出されたシリカ配合ゴムＲ１を、第１のロール混練機４で比較的高温で混練して反応完了に必要な熱履歴量の残りの熱履歴量を付与してシリカの分散性を向上させ、第２のロール混練機４で比較的低温で混練して、せん断力を与えて粘度低下を促進させる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカおよびシランカップリング剤を配合したシリカ配合ゴムを目標粘度に混練する
シリカ配合ゴムの混練制御方法であって、シリカ配合ゴムに、予め設定されたシリカおよびシランカップリング剤の反応完了に必要な熱履歴量の中途の熱履歴量を、密閉型混合機による混練によって付与し、続いて前記密閉型混合機から放出されたシリカ配合ゴムに、ロール混練機による混練によって、前記反応完了に必要な熱履歴量の残りの熱履歴量を付与するシリカ配合ゴムの混練制御方法。
【請求項２】
前記密閉型混合機に前記ロール混練機を少なくとも２台、直列に配置し、前記密閉型混合機から放出されたシリカ配合ゴムを第１のロール混練機でロールギャップを３ｍｍ〜１５ｍｍおよびゴム温度を９０℃〜１６０℃に制御して混練し、続いて第２のロール混練機でロールギャップを１ｍｍ〜１０ｍｍおよびゴム温度を４０℃〜１００℃に制御して混練する請求項１に記載のシリカ配合ゴムの混練制御方法。
【請求項３】
前記密閉型混合機に前記ロール混練機を少なくとも２台、直列に配置し、前記密閉型混合機から放出されたシリカ配合ゴムの第１のロール混練機への投入ゴム温度を９０℃以上、第１のロール混練機で混練して排出するゴム温度を１２０℃〜１６０℃に制御し、続いてこの排出された混練ゴムを混練する第２のロール混練機への投入ゴム温度を１００℃〜１６０℃、第２のロール混練機で混練して排出するゴム温度を４０℃〜１００℃に制御する請求項１に記載のシリカ配合ゴムの混練制御方法。
【請求項４】
前記第１のロール混練機で混練されているシリカ配合ゴムのゴム温度の計測データによって、第１のロール混練機の混練でこのシリカ配合ゴムに付与された熱履歴量を演算し、該演算した熱履歴量と前記反応完了に必要な熱履歴量に基づいて決定された第１のロール混練機が付与する目標熱履歴量とを一致させるように第１のロール混練機での混練条件を制御する請求項２または３に記載のシリカ配合ゴムの混練制御方法。
【請求項５】
前記混練条件の制御対象が、前記第１のロール混練機のロール表面速度、ロール面速比、ロールギャップ、ロールガイド幅の少なくともいずれかである請求項４に記載のシリカ配合ゴムの混練制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリカ配合ゴムの混練制御方法に関し、さらに詳しくは、シリカの分散性を向上させて品質の安定化を図るとともに、目標粘度のゴムを得ることができる生産性に優れたシリカ配合ゴムの混練制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タイヤのトレッドゴム等では、シリカを配合したシリカ配合ゴムを用いることによって、タイヤの低燃費性やウエットグリップ性を向上させることが知られている。しかし、シリカは粒子どうしが凝集しやすいため、ゴムに対する分散性が悪く、シランカップリング剤を配合してシリカとカップリング反応させることによって、分散性を向上させるようにしている。このようなシリカ配合ゴムの混練については、最適な混練温度等が種々、提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来、このシリカ配合ゴムは図５に示すように、バンバリーミキサと呼ばれる密閉型混合機１を用いて混練していた。その混練方法は、シリカ配合ゴムＲ１のゴム温度が上昇し過ぎないように所定時間混練した後、放出して冷却させ、再度、密閉型混合機で混練して、カップリング反応を促進してシリカを分散させつつ目標粘度となるまで混練するようにしていた。
【０００４】
しかしながら、このように密閉型混合機１で繰返し何度も混練すると、混練時間が長くなり、結果的に所定時間に密閉型混合機１で混練して得ることができるシリカ配合ゴムＲ１のゴム量を増加させることができずに、生産性が悪いという問題があった。
【特許文献１】特開２０００−１１９４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、シリカの分散性を向上させて品質の安定化を図るとともに、目標粘度のゴムを得ることができる生産性に優れたシリカ配合ゴムの混練制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明のシリカ配合ゴムの混練制御方法は、シリカおよびシランカップリング剤を配合したシリカ配合ゴムを目標粘度に混練するシリカ配合ゴムの混練制御方法であって、シリカ配合ゴムに、予め設定されたシリカおよびシランカップリング剤の反応完了に必要な熱履歴量の中途の熱履歴量を、密閉型混合機による混練によって付与し、続いて前記密閉型混合機から放出されたシリカ配合ゴムに、ロール混練機による混練によって、前記反応完了に必要な熱履歴量の残りの熱履歴量を付与することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のシリカ配合ゴムを目標粘度に混練する混練制御方法によれば、シリカ配合ゴムに、予め設定されたシリカおよびシランカップリング剤の反応完了に必要な熱履歴量の中途の熱履歴量を、密閉型混合機による混練によって付与するので、密閉型混合機での混練時間を短縮して密閉型混合機の占有時間を短くすることができる。これによって、所定時間に密閉型混合機から放出されるシリカ配合ゴムのゴム量を増加させることができ、密閉型混合機の生産性を向上させることができる。
【０００８】
これに続いて密閉型混合機から放出されたシリカ配合ゴムに、ロール混練機による混練で、反応完了に必要な熱履歴量の残りの熱履歴量を付与するので、この混練によってシリカの分散性を向上させて品質の安定化を図るとともに、せん断力を与えて粘度を低下させ、目標粘度のシリカ配合ゴムを得ることができる。
【０００９】
このように、密閉型混合機とロール混練機とを組み合わせて混練することによって、品質の安定した目標粘度のシリカ配合ゴムを連続的により短い間隔で得ることができ、生産性が優れたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明のシリカ配合ゴムの混練制御方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。図１に混練を実施する混練システムの全体概要を例示する。
【００１１】
シリカ配合ゴムＲ１は、シリカおよびシランカップリング剤によって、カップリング反応を促進、完了させなければ、ゴムに対する分散性を向上させて、安定した品質を得ることができない。そこで、まず、バンバリーミキサ（密閉型混合機）１によって、原料ゴム、非加硫系配合剤、シリカおよびカップリング剤とが所定時間混練される。この混練によって、カップリング反応の完了に必要な熱履歴量の中途の熱履歴量が付与される。尚、この熱履歴量とは付与された熱量とその付与時間とを乗じたもので、詳細については後述する。
【００１２】
その後、放出されたシリカ配合ゴムＲ１は、バンバリーミキサ１に隣接して配置されているダンプロール２と呼ばれる２軸ロールをロールパスして、搬送コンベヤベルト３によって、ロール混練機４に搬送される。
【００１３】
この混練システムでは、２台のロール混練機４、４が直列に配置され、シリカ配合ゴムＲ１は１台目のロール混練機４に続いて、２台目のロール混練機４で混練されて目標粘度のシリカ配合ゴムＲ１となる。また、このロール混練機４による混練によって、カップリング反応の完了に必要な熱履歴量の残りの熱履歴量が付与される。
【００１４】
ロール混練機４のロール５上には、シリカ配合ゴムＲ１をガイドする一対のロールガイド５ａ、５ａが可変のガイド幅Ｗを有して設けられている。尚、バンバリーミキサ１に直列に配置されるロール混練機４の数は、２台に限定されず、適宜、決定される。
【００１５】
カップリング反応が完了し、目標粘度になったシリカ配合ゴムＲ１は、２台目のロール混練機４の先方に配置された搬送ベルトコンベヤ３で最終混練機１４に搬送され、ここで、加硫系配合剤投入装置１５で投入される硫黄や加硫促進剤等の加硫系配合剤Ｑとともに混練され、すべての配合剤が配合された最終混練ゴムＲ２となる。
【００１６】
最終混練ゴムＲ２は、さらに搬送コンベヤベルト３でシーティング装置１６に搬送され、ここで、シートゴムとなり、サンプリング装置１７を中途に設置した搬送ベルトコンベヤ３によって冷却装置１８に搬送され、次工程で使用されるまで所定の場所で保管される。最終混練ゴムＲ２は、次工程では例えば、成形部材として使用される。
【００１７】
このように、この混練システムによる混練では、シリカ配合ゴムＲ１に、カップリング反応の完了に必要な熱履歴量が、バンバリーミキサ１による混練とロール混練機４による混練とに分配されて付与され、ロール混練機４で目標粘度になるまで混練されて、最終混練ゴムＲ２が得られるようにしている。これによって、従来のバンバリーミキサ１による繰返しの混練に比べて、シリカの分散性を向上させて品質の安定した目標粘度のシリカ配合ゴムＲ１を短い所定間隔で連続的に得ることができる。即ち、生産性に優れ、ひいては、必要な量の最終混練ゴムＲ２をリードタイムを小さくして得ることができる。
【００１８】
カップリング反応の完了に必要な熱履歴量について、以下説明する。図３に、混練によってシリカ配合ゴムＲ１に付与される熱履歴量と粘度との関係を例示する。図３に示すように、シリカ配合ゴムＲ１は、熱履歴量によって粘度が変化する。そして、各配合毎に、粘度が最小となる固有の熱履歴量を有している。この粘度が最小となった時点を例えば、カップリング反応が完了したと規定する。これによって、カップリング反応を完了させるために必要な熱履歴量が判明する。例えば、図３に示すように、配合Ｃ１、Ｃ２のゴムではカップリング反応を完了させるために必要な熱履歴量は、それぞれＱ１、Ｑ２となる。
【００１９】
このように、配合毎にカップリング反応を完了させるために必要な熱履歴量を予め把握、設定し、本発明の混練制御方法に用いる。
【００２０】
この予め設定した熱履歴量は、バンバリーミキサ１とロール混練機４とによる混練に分配されてシリカ配合ゴムＲ１に付与される。図４に、混練によって付与される熱履歴量と時間との関係を例示する。例えば、図４では、カップリング反応を完了させるために必要な熱履歴量Ｑ１の中途の熱履歴量ｑ１が、最初の混練時間（０〜ｔ１）の間でバンバリーミキサ１の混練によって付与されるように制御される。残りの熱履歴量（Ｑ１−ｑ１）は、続く混練時間（ｔ１〜ｔ２）の間でロール混練機４の混練によって付与されるように制御される。
【００２１】
カップリング反応を完了させるために必要な熱履歴量Ｑ１のバンバリーミキサ１およびロール混練機４への配分割合は、適宜、決定する。
【００２２】
ロール混練機４を２台以上、直列に配置して連続的に混練する場合は、第１のロール混練機４で、比較的高温で混練して、バンバリーミキサ１の混練で残された熱履歴量を付与し、カップリング反応を促進、完了させて、シリカのゴムへの分散性を向上させて、品質の安定化を図ることが好ましい。
【００２３】
これに続く、第２のロール混練機４の混練では、第１のロール混練機４よりも低温で混練して、シリカ配合ゴムＲ１に大きなせん断力を付与して、粘度低下を促進して、目標粘度になるまで混練する。
【００２４】
例えば、バンバリーミキサ１から放出されたシリカ配合ゴムＲ１を第１のロール混練機４でロールギャップｈを３ｍｍ〜１５ｍｍにして放熱を抑え、ゴム温度Ｔを９０℃〜１６０℃に制御して、比較的高温状態で混練することで、カップリング反応を促進、完了させて、ゴムに対するシリカの分散性を向上させて品質を安定させることができる。
これに続いて、第２のロール混練機４でロールギャップｈを１ｍｍ〜１０ｍｍにして放熱しやすくして、シリカ配合ゴムＲ１の粘度低下に効果的なせん断力を与えるとともに、ゴム温度Ｔを粘度低下に効果的な４０℃〜１００℃に制御して混練することで、粘度低下を促進して、目標粘度とすることができる。
【００２５】
別の混練制御方法としては、おおよそ９０℃以上１７０℃以下の範囲でバンバリーミキサ１から放出されたシリカ配合ゴムＲ１の第１のロール混練機４への投入ゴム温度Ｔを９０℃以上とする。これによって、ロール混練機４に投入する前にシリカ配合ゴムＲ１を特別に冷却する必要がなく、時間やエネルギーの損失を最小限にすることができる。そして、第１のロール混練機４で混練して排出するゴム温度Ｔを１２０℃〜１６０℃に制御することによって、カップリング反応を促進、完了させて、ゴムに対するシリカの分散性を向上させて品質を安定させることができる。
【００２６】
これに続いて、排出されたシリカ配合ゴムＲ１を混練する第２のロール混練機４への投入ゴム温度Ｔを１００℃〜１６０℃として、第１のロール混練機４からのゴム温度Ｔをほぼ、そのままにして、第２のロール混練機４で混練して排出するゴム温度Ｔを、粘度低下に効果的な４０℃〜１００℃に制御して混練することによって、効率的に粘度低下を促進することができる。
【００２７】
２台のロール混練機４、４は、図２に例示するように、対向する一対のロール５、５、練り返しコンベヤベルト７、受け渡しコンベヤベルト１３等から構成され、練り返しコンベヤベルト７および受け渡しコンベヤベルト１３でシリカ配合ゴムＲ１の循環経路が形成され、両ロール５、５間にシリカ配合ゴムＲ１が繰返しロールパスすることによって、シリカ配合ゴムＲ１にせん断力を与えて混練して粘度低下させる。
【００２８】
ロール混練機４の一対のロール５、５は、互いに反対方向に電動モータ８によって回転駆動され、一方のロール５にはアクチュエータ９が備わり、ロール５を移動させてロールギャップｈを変更可能としている。両ロール５、５間の下方にはロールギャップセンサ１１が配置され、受け渡しコンベヤベルト１３の上方にはシリカ配合ゴムＲ１のゴム温度Ｔを検知する温度センサ１０とシリカ配合ゴムＲ１を冷却する冷却ファン６が配置されている。電動モータ８の電力レベルＰ（駆動トルク）、ロール表面速度Ｖ、ロールギャップｈ、ゴム温度Ｔの各データは、演算装置１２に送信されて制御可能となっている。
【００２９】
ロール混練機４で付与される熱履歴量は、温度センサ１０による計測データと混練時間とによって、演算装置１２で演算される。ここで、ロール混練機４における熱履歴量は、外部環境や混練中のシリカ配合ゴムＲ１の発熱等によって、ばらつきが生じるために、第１のロール混練機４で混練中に付与された熱履歴量を逐次、演算装置１２で演算する。
【００３０】
演算装置１２には、カップリング反応の完了に必要な熱履歴量に基づいて決定された第１のロール混練機４によって付与される目標熱履歴量が、予め設定されており、この目標熱履歴量と演算した熱履歴量とが一致するように、第１のロール混練機４での混練条件が制御される。この混練によって、カップリング反応が完了する。
【００３１】
例えば、所定時間に目標熱履歴量を付与するために、第１のロール混練機４のロール表面速度Ｖ、ロール面速比、ロールギャップｈ、ロールガイド幅Ｗの少なくともいずれかを制御する。ロール表面速度Ｖやロール面速比の増減、ロールギャップｈやロールガイド幅Ｗの拡縮の程度を演算装置１２で制御して、経時的に混練中のシリカ配合ゴムＲ１に付与される熱量を加減する。尚、ロール面速比とは、一対のロール５、５において基準となる一方のロール５に対する他方のロール５の面速の比率である。ロール面速比が１から離れるほど熱量が増加する。
【００３２】
以上のように、第１のロール混練機４での混練条件を制御することによって、より精度よくカップリング反応を促進、完了させることが可能となる。これによって、さらに品質の安定した目標粘度のシリカ配合ゴムＲ１、ひいては、最終混練ゴムＲ２を得ることができる。
【００３３】
尚、この実施形態では、第１のロール混練機４に対して、シリカ配合ゴムＲ１に目標熱履歴量が付与されるように、混練条件を制御しているが、第２のロール混練機４での混練によってカップリング反応に必要な熱履歴量の一部を付与することもできる。この場合は、第２のロール混練機４に対して同様に混練条件を制御すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の混練方法を実施するシステム全体を例示する全体概要図である。
【図２】本発明におけるロール混練機を例示する構成図である。
【図３】混練によってシリカ配合ゴムに付与される熱履歴量と粘度との関係を例示するグラフ図である。
【図４】混練によってシリカ配合ゴムに付与される熱履歴量と時間との関係を例示するグラフ図である。
【図５】従来のシリカ配合ゴムの混練方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  密閉型混合機（バンバリーミキサ）
２  ダンプロール              ３  搬送コンベヤベルト
４  ロール混練機              
５  ロール                    ５ａ  ロールガイド
６  冷却ファン                ７  練り返しコンベヤベルト
８  電動モータ                ９  アクチュエータ
１０  温度センサ            １１  ロールギャップセンサ
１２  演算装置              １３  受け渡しコンベヤベルト
１４  最終混練機            １５  加硫系配合剤投入装置
１６  シーティング装置      １７  サンプリング装置
１８  冷却装置
Ｒ１  シリカ配合ゴム              Ｒ２  最終混練ゴム（シリカ配合ゴム）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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