ポリマー加工の世界では、均質で高品質のゴム配合物を実現することは科学であると同時に芸術でもあります。このプロセスの中心となるのは、コンパウンドの加工性、柔軟性、耐久性、コストを劇的に変化させる添加剤、特にオイルと可塑剤の戦略的導入です。この重要な混合段階の中心には、多くの場合、堅牢で特殊な機械が設置されています。 ゴム混練機 、インターナルミキサーまたは Banbury® ミキサーとも呼ばれます。
主要成分を理解する: オイルと可塑剤
マシンについて詳しく調べる前に、何が組み込まれているかを理解することが重要です。
- プロセスオイル (石油ベース、植物性): 主にベースポリマーを軟化させ、粘度を下げて加工を容易にし、体積を拡大し（コストを削減）、カーボンブラックやシリカなどの充填剤の分散を助けるために使用されます。
- 可塑剤 (フタル酸エステル、アジピン酸エステルなど): 機能的にはオイルと似ていますが、低温での柔軟性の向上、特定の弾性特性の強化、またはガラス転移温度 (Tg) の低下を目的として特に選択されることがよくあります。
通常、どちらも低粘度の液体であり、巨視的には分離した相から、微視的に分散された固体ゴムポリマーおよび粉末充填剤との緊密なブレンドに変換する必要があります。
ゴム混練機の構造
ゴムニーダーは、密閉された高せん断混合チャンバーです。液体の取り込みに関連する主な成分は次のとおりです。
- 混合チャンバー: 加熱または冷却できる頑丈なジャケット付きハウジング。
- ローターブレード: 複雑な翼のようなデザインを備えた 2 つの逆回転の非噛み合いローター。これらは機械の心臓部であり、必要なせん断流と伸び流を生成します。
- ラムまたはフローティングウェイト: 油圧で作動するピストンがチャンバーを上から密閉し、バッチに圧力 (通常 3 ～ 7 bar) を加えます。
- ドロップドア: チャンバーの底部にあり、混合した化合物を排出します。
段階的な法人化プロセス
オイルと可塑剤の組み込みは、単純な注入ステップではありません。それは注意深く調整された一連の機械的および熱的イベントです。
フェーズ 1: 咀嚼とポリマーの関与
このサイクルは、ベースゴム (天然または合成) の添加から始まります。ローターは異なる速度で回転し、ゴムベールをつかみ、引き裂き、変形させます。これ 咀嚼 ポリマー鎖を一時的に分解し、分子量を低下させ、内部摩擦（粘性発熱）によってゴムの温度を上昇させます。この加温はゴムの粘度を低下させ、添加剤を受け入れやすくするため、非常に重要です。
フェーズ 2: 液体の戦略的追加
タイミングがすべてです。最初に大量のオイルを追加すると、悪影響を及ぼす可能性があります。標準的なベスト プラクティスは次のとおりです。
- 分割加算: 液体全体の一部（通常は 1/3 から 1/2）が追加されます ゴムが素練りされた後、主要なフィラー (カーボン ブラック/シリカ) が添加される前 。この「ベースオイル」はゴムをさらに柔らかくし、粘着性のある粘着性の塊を作り出し、これがより効率的に湿らせて、今後の粉末充填剤を取り込みます。
- 「スリップ」の危険性: フィラーより先にオイルを添加するのが早すぎたり、過剰に添加したりすると、「スリップ」が発生する可能性があります。これは、オイルの潤滑効果により、適切なせん断応力がゴムに伝達されなくなる状態です。コンパウンドはせん断されるのではなくローター上で滑り、分散が悪くなり、混合時間が長くなります。
フェーズ 3: フィラーの組み込みとせん断の重要な役割
粉末充填剤が追加されます。ローターの設計により、チャンバー内に複雑な流れのパターンが形成されます。
- せん断動作: ゴムコンパウンドはローター先端とチャンバー壁の間の狭い隙間に押し付けられ、激しい衝撃にさらされます。 せん断応力 。これにより、化合物が層ごとに汚れます。
- 折り畳みと分割（混練）： また、ローター翼はコンパウンドをチャンバーの一方の端からもう一方の端まで押し、常にコンパウンドを折り重ねます。文字通りの「混練」動作です。
この高せん断環境では、以前に添加されたオイルがコンパウンドによって温められ、 輸送媒体 。これは、ゴムが個々の充填剤の凝集体をカプセル化するのに役立ちます。次に、せん断力によってこれらの凝集体が破壊され、フィラー粒子が分散され、オイルラバーマトリックスの薄層でコーティングされます。
フェーズ 4: 最終的なオイルの添加と分散
残りの油または可塑剤が添加されることが多い フィラーがほとんど組み込まれた後 。この段階までに、化合物の温度は高く (多くの場合 120 ～ 160°C)、混合物は凝集した塊になります。液体の追加がより制御されるようになりました。
- ラム圧力により、液体がチャンバー壁に単にスプレーされるのではなく、バッチ内に強制的に押し込まれます。
- 継続的な捏ね動作 機械的にポンプを動かす 液体を化合物内の微細な細孔や隙間に浸透させます。液体は、次の 2 つの主要なメカニズムを通じて化合物内に移動します。
- 毛細管現象: ポリマー鎖とフィラークラスターの間の小さな空間に引き込まれます。
- せん断誘起拡散: ローターによる巨視的な混合により、常に新しい表面が形成され、乾燥した化合物が液体に露出し、微視的なレベルで強制的に混合されます。
フェーズ 5: 最終的な均質化と温度制御
混合サイクルの最後の数分間は均質化のために行われます。ラム圧力によりチャンバー全体の係合が確保され、一定の折り曲げとせん断によりオイルの局所的な濃度勾配が排除されます。プロセス全体を通じて、 ジャケット付きチャンバー クーラントを循環させて混合時の発熱を管理します。正確な温度制御は非常に重要です。熱すぎるとゴムが焦げる可能性があります（早期加硫）。冷たすぎると、良好な分散に必要な粘度の低下が達成されません。
ニーダーがこの作業に優れている理由
内部ミキサーの設計は、この困難な作業に独自に適しています。
- 高強度: 短時間で大きなせん断エネルギーと変形エネルギーを与え、凝集物を効率的に破壊します。
- 封じ込められた環境: ラム圧力下の密閉チャンバーは、揮発性成分の損失を防ぎ、汚染を制御し、高温での安全な混合を可能にします。
- 効率: 同等の品質のオープンミルよりもはるかに少ないエネルギーと時間で、大きなバッチ（リットルから数百キログラムまで）を処理できます。
最適な組み込みのための実際的な考慮事項
オペレーターと調合者は、いくつかの要素のバランスを取る必要があります。
- 追加順序: 概要を説明したように、分散品質と混合時間のバランスを最適化するには、分割添加が標準です。
- ローター速度とラム圧力: 速度が高いほど、せん断力と温度がより速く上昇します。最適な圧力により、モーターに過負荷をかけることなく良好な接触が保証されます。
- オイルの粘度と化学: 軽いオイルはより速く浸透しますが、より揮発性が高くなる可能性があります。可塑剤とベースポリマーとの相溶性（溶解度パラメーター）が基本です。
- バッチサイズ (フィルファクター): チャンバーには正しくロードする必要があります (通常は 65 ～ 75% が充填されています)。充填が不足していると、剪断力が不十分になります。過剰な充填は適切な折り畳みを妨げ、不均一な混合をもたらします。
結論
油や可塑剤の混入 ゴム混練機 machine これは、単純な撹拌をはるかに超えた、動的で熱機械的なプロセスです。それは正確に設計されたシーケンスです 咀嚼, timed addition, shear-driven dispersion, and thermal management. この機械の強力なローターと密閉チャンバーは連携して機能し、低粘度の液体を高粘度の非ニュートンゴムマトリックスにブレンドするという大きな課題を克服します。せん断の物理学、添加順序の重要性、および温度の重要な役割を理解することで、配合業者はニーダーの機能を活用して、油と可塑剤の一滴一滴が効果的かつ均一に利用されて、最終製品の厳しい要求を満たす一貫した高性能ゴム配合物を生産できます。この深い理解により、ゴム製造の広大な世界における効率、品質、革新が保証されます。
Previous