JP2010089423A - タイヤ用ゴムの混練方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリカとシランカプリング剤とのカプリング反応を高めてゴム物性を向上させる。
【解決手段】密閉式ゴム混合機２により、原料ゴムと第１の薬品（シリカとシランカプリング剤とを含みかつ加硫剤を含まない）とを混練りして第１の混練ゴムＧ１を形成する一次混練ステップと、密閉式ゴム混合機２から塊状に排出される第１の混練ゴムＧ１を、スクリューフィーダ５を用いて長尺体に成形しながら２軸混練機に投入する搬送投入ステップと、投入された第１の混練ゴムＧ１を２軸混練機３により混練りして第２の混練ゴムを形成する二次混練ステップとを含む。二次混練ステップは、第１の混練ゴムＧ１を、１２０〜２００℃の二次混練温度に温度制御しながら混練りする二次混練り工程と、この二次混練り工程後のゴムを１２０℃よりも低温度に冷却する冷却工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリカ配合のタイヤ用ゴムを得るにあたり、シリカとシランカプリング剤とのカプリング反応を高めてゴム物性を向上しうるタイヤ用ゴムの混練方法及び装置に関する。

近年、空気入りタイヤの転がり抵抗やウエットグリップ性能を改善するために、カーボンブラックに代えてシリカをゴムの補強剤として用いることが提案されている。この場合、シリカの分散性を高めかつシリカとゴムとを結合させるためにシランカプリング剤がシリカと共に使用される。

これは、補強剤としての微粒子状のシリカは、その表面にシラノール基を有するが、このシラノール基が親水性であり親油性であるゴムとは反発するため、ゴムとの混合が難しい。しかもシリカ自体、前記シラノール基の水素結合によって互いに凝集する傾向があるため、分散性に劣るからである。これに対して、シランカプリング剤は、その分子構造を図７（Ａ）の（ア）に示すように、アルコキシ基（ＯＲ部）と、Ｙ部とから構成されており、Ｙ部としてはゴムとの親和性に優れる例えばポリスルフィド基などが含まれる。前記アルコキシ基は、（イ）のように水分の共存下で加水分解して水酸基（ＯＨ基）となり、アルコール（Ｒ−ＯＨ）を生成するとともに、さらに（ウ）のようにＯＨ基同士が脱水縮合により結合する。これら生成した成分は、ＯＨ基については、図７（Ｂ）に示すように、シリカ表面のシラノール基と脱水縮合反応（シリカとシランカップリング剤とのカップリング反応）して、シリカ表面のシラノール基を減少させシリカの凝集を抑える。他方、Ｙ部においては、ゴムとの親和性を発揮する。これにより、ゴム中のシリカの分散性を高めるとともに、加硫後においてゴムとシリカを強固に結合させうる。

他方、前記シリカ配合のタイヤ用ゴムを製造する場合、従来のカーボンブラック配合の場合に準じて、図８に示す下記の方法にて製造している。具体的には、バンバリーミキサーである密閉式ゴム混合機ａ１に、原料ゴムと第１の薬品（シリカとシランカプリング剤と少なくとも含みかつ加硫剤を含まない。）とを投入し、剪断力を付与して混練りすることにより第１の混練ゴムｇ１を形成する。この段階をマスター練りという。しかる後、この密閉式ゴム混合機ａ１から排出される塊状の第１の混練ゴムｇ１は、ローラヘッド押出し機ｂ等に供給して長尺シート状に加工され、かつ加硫温度以下に冷却される。しかる後、この冷却された第１の混練ゴムｇ１と、第２の薬品（加硫剤を含む）とを、密閉式ゴム混合機ａ２に投入し、加硫温度以下の低温度で混練りすることにより最終のゴム組成物ｇ２を形成する。この段階をファイナル練りという。なお最終のゴム組成物ｇ２は、ローラヘッド押出し機ｂ等を介して長尺シート状に加工され、かつ冷却されて一時貯留された後、例えばトレッドゴム、サイドウォールゴム等のタイヤ用ゴムとするための最終のゴム押出し成形工程へと搬送される。

ここで、シリカと、加硫剤とを別工程で混練りする理由は、シリカの分散に当たって強い混練り作業が要求されるため、混練り温度が加硫温度を大きく上回ってしまうからである。従って、マスター練りでは、シリカの分散を主目的として、高圧下での強い混練りを行い、逆にファイナル練りでは、加硫剤の分散を主目的として、加硫温度以下の低温での弱い混練りが行われている。

しかし本発明者の研究の結果、密閉式ゴム混合機のみでマスター練りを行った場合、シリカを均一に分散させることが難しく、例えば低発熱性、ウエットグリップ性能、耐摩耗性能等の所望のゴム物性を充分に発揮できないことが判明した。これは、シリカを分散させる場合、前述の如く、シリカをシランカップリング剤とカップリング反応させて、ゴムとの親和性を高めることが特に重要であるが、密閉式ゴム混合機で混練りする場合、高圧かつ剪断力が強いため、ゴムの温度が短時間で大幅に上昇してしまい、しかもその温度が一定でないため混練りの間にカップリング反応が充分に行われないためと推測される。

そこで、本発明者がさらに研究した結果、前記マスター練りを、密閉式ゴム混合機を用いた一次混練ステップと、２軸混練機を用いた二次混練ステップとに分離し、この二次混練ステップにおいて所定の温度と時間をかけながら混練りすることが、カップリング反応を高めてシリカを均一に分散させるために有効であることを見出し得た。

本発明は、混練り中のシリカとシランカプリング剤とのカプリング反応を高めて、より均一なシリカの分散を図ることが可能となり、シリカ配合ゴムのゴム物性を向上させうるタイヤ用ゴムの混練方法及び装置を提供することを目的としている。

なお２軸混練機を用いて混練りを行うものとして以下の特許文献１がある。

特開２００５−５３１９０号公報

前記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、タイヤ用の原料ゴム、及び２０ｐｈｒ以上のシリカと該シリカに対する比率が３〜３５質量％のシランカプリング剤とを少なくとも含みかつ加硫剤を含まない第１の薬品を混練りして第１の混練ゴムを形成するタイヤ用ゴムの混練方法であって、
密閉式ゴム混合機により、前記原料ゴムと第１の薬品とを剪断力を付与して混練りすることにより第１の混練ゴムを形成する一次混練ステップと、
前記密閉式ゴム混合機の排出口から塊状に排出される第１の混練ゴムを、スクリューフィーダを用いて長尺体に成形しながら２軸混練機の投入口まで搬送しかつ投入する搬送投入ステップと、
投入された前記第１の混練ゴムを前記２軸混練機により剪断力を付与して混練りすることにより第２の混練ゴムを形成し、かつ該第２の混練ゴムを前記２軸混練機の吐出口から吐出する二次混練ステップとを含むとともに、
前記二次混練ステップは、第１の混練ゴムを、１２０〜２００℃の範囲の二次混練温度Ｔ２に温度制御しながら剪断を付与して混練りする二次混練り工程と、この二次混練り工程後のゴムを１２０℃よりも低温度に冷却する冷却工程とを有することを特徴としている。

又請求項２の発明では、前記第１の混練ゴムは、前記密閉式ゴム混合機の排出口から排出された時の温度Ｔ１が１２０〜２００℃の範囲であることを特徴としている。

又請求項３の発明では、前記二次混練り工程は、この二次混練り工程の工程時間Ｊが３０秒〜８分であることを特徴としている。

又請求項４の発明では、前記二次混練り工程は、この二次混練り工程の工程時間Ｊと、前記二次混練温度Ｔ２との積Ｊ×Ｔ２が６０〜１６００（℃・分）であることを特徴としている。

又請求項５の発明では、タイヤ用の原料ゴム、及び２０ｐｈｒ以上のシリカと該シリカに対する比率が３〜３５質量％のシランカプリング剤とを少なくとも含みかつ加硫剤を含まない第１の薬品を混練りして第１の混練ゴムを形成するタイヤ用ゴムの混練装置であって、
前記原料ゴムと第１の薬品とを剪断力を付与して混練りすることにより第１の混練ゴムを形成する密閉式ゴム混合機と、
前記密閉式ゴム混合機の排出口から塊状に排出される第１の混練ゴムを受け取り、かつ受け取った第１の混練ゴムを長尺体に成形しながら２軸混練機の投入口まで搬送しかつ投入するスクリューフィーダと、
投入された前記第１の混練ゴムを剪断力を付与して混練りすることにより第２の混練ゴムを形成する２軸混練機とを含み、
しかも前記２軸混練機は、投入された前記第１の混練ゴムを下流側に送り込むフィードゾーンと、送り込まれたゴムに剪断を付与して混練りする二次混練りゾーンと、混練りされたゴムを１２０℃よりも低温度に冷却する冷却ゾーンとを具えるとともに、前記２軸混練機は、前記二次混練りゾーンにおけるゴムの温度を１２０〜２００℃の範囲の二次混練温度Ｔ２に制御する温度制御手段をさらに具えることを特徴としている。

本発明は叙上の如く、原料ゴムと第１の薬品（シリカとシランカプリング剤とを含みかつ加硫剤を含まない。）とのマスター練りにおいて、このマスター練りを、密閉式ゴム混合機を用いた一次混練ステップと、２軸混練機を用いた二次混練ステップとに分離している。

前記一次混練ステップでは、密閉式ゴム混合機により高い混練エネルギーが付与され、原料ゴムの粉砕→可塑化→粒塊化→一体化→流動化、及び第１の薬品の混合、分散が行われる。このステップでは、ゴムの温度が短時間で大幅に上昇し、しかもその温度が一定でなく不均一であるため、シリカとシランカプリング剤とのカップリング反応は、充分には行われていない。

これに対して、２軸混練機を用いた二次混練ステップでは、第１の混練ゴムを、所定の混練温度Ｔ２に温度制御しながら混練りする二次混練り工程を含む。この工程では、第１の混練ゴムに、所定の混練温度Ｔ２と時間をかけながら混練りすることができる。そのため、カップリング反応を高めてシリカを均一に分散させることが可能となり、シリカ配合ゴムのゴム物性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。図１は本発明のタイヤ用ゴムの混練方法を実施するための混練装置の一例を概念的に示す略側面図である。

本実施形態の混練装置１は、前述のマスター練りを行うための混練装置であって、原料ゴムと第１の薬品とを剪断力を付与して混練りすることにより第１の混練ゴムＧ１を形成する密閉式ゴム混合機２、この密閉式ゴム混合機２から排出される塊状の第１の混練ゴムＧ１を長尺体に成形しながら２軸混練機３の投入口４まで搬送かつ投入するスクリューフィーダ５、及び投入された前記第１の混練ゴムＧ１にさらに剪断力を付与して混練りすることにより第２の混練ゴムＧ２を形成する２軸混練機３を含んで構成される。

ここで、前記第１の薬品とは、シリカとシランカプリング剤とを少なくとも含み、かつ加硫剤を含まない薬品から構成される。本例では、第１の薬品が、シリカ、シランカプリング剤、及び微粉体状をなし分散性に劣るカーボンブラックからなる場合を例示するが、これ以外にも、例えば軟化剤（オイル、ワックス）、老化防止剤、ステアリン酸、亜鉛華など、通常ゴム工業で使用される添加剤を適宜含ませることができる。

又シリカは、このシリカ特有の低発熱性や良ウエットグリップ性等のゴム物性を発揮させるために、原料ゴム１００質量部に対して２０質量部以上配合される。又、シランカプリング剤は、シリカとのカプリング反応を適正に行うために、シリカに対する質量比率として３〜３５質量％配合される。なおシリカの配合量が多すぎると、本発明の混練装置１及び混練方法を用いたとしても、均一に分散することが難しく、従ってシリカ配合量の上限は１００質量部以下が好ましい。又シランカプリング剤は、その配合量が３質量％を下回ると、カプリング反応が不充分となって、シリカの分散性が損ねられ、逆に３５質量％を上回ると、シランカプリング剤が必要以上に反応して、ゴムが硬くなり過ぎてしまうという問題を招く。

なおシリカとしては、通常ゴム業界で使用されるものであれば特に限定されないが、例えば、窒素吸着比表面積（ＢＥＴ）が１５０〜２５０ｍ^２／ｇの範囲、かつフタル酸ジブチル（ＤＢＰ）吸油量が１８０ｍｌ／１００ｇ以上のコロイダル特性を示すものが、ゴムへの補強効果、及びゴム加工性等の点で好ましい。又シランカップリング剤も、通常ゴム業界で使用される、例えば、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、２−メルカプトエチルトリメトキシシランなどが好適に採用しうる。又原料ゴムも、通常ゴム業界で使用される、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、及びポリイソプレンゴム（ＩＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等のジエン系合成ゴムなどが好適であり、特にシリカ用に変性した変性ＢＲ、変性ＳＢＲがより好ましく採用しうる。

次に、前記密閉式ゴム混合機２は、本例では、所謂バンバリーミキサーであって、図２に略示する如く、並列する一対の撹拌ロータ６，６を配した混合室７を具え、該混合室７内に投入される原料ゴムと第１の薬品とを剪断力を付与して混練りし、第１の混練ゴムＧ１として前記混合室７の下端に設けた開閉自在な排出口８から塊状で排出する。

前記撹拌ロータ６は、回転可能に枢支される基軸の周囲に撹拌羽根を例えば螺旋状に設けた周知構成をなし、混合機本体９に設けた前記混合室７内に配設されるとともに、モータ等により互いに同方向、或いは逆方向に回転駆動される。前記混合室７は、前記一対の撹拌ロータ６，６と同心な２つの円周面を連ねた断面ひょうたん状をなすともに、そのくびれ部分には、前記原料ゴム及び第１の薬品（総称して原料ゴム等と呼ぶ場合がある。）を投入する投入口１０に通じる縦孔１１の下端が接続される。又縦孔１１には、シリンダ等により昇降可能に支持されるフローティングウェイト１２が配される。このフローティングウェイト１２は、前記混合室７内に投入された原料ゴム等を加圧し撹拌ロータ６による撹拌効率、混練効率を向上させる。なお前記投入口１０には、前記原料ゴム等を搬入する搬入コンベヤ１３が隣設されている。

又前記混合機本体９には、前記排出口８を開閉するドロップドア１４が設けられ、その開放により、混練りされた第１の混練ゴムＧ１を排出口８から塊状で排出、落下させる。

次に、前記スクリューフィーダ５は、前記塊状の第１の混練ゴムＧ１を、長尺体に成形して２軸混練機３に連続的かつ自動的に供給することを目的としている。従って、スクリューフィーダ５では、剪断力を有する混練り機能は不要であり、周知構造のスクリュー式ゴム押出機が採用できる。本例では、スクリューフィーダ５として所謂２軸テーパー押出機２０が採用される。具体的には、図３に略示する如く、２軸テーパー押出機２０は、後端側に、前記密閉式ゴム混合機２からの塊状の第１の混練ゴムＧ１を受け取る大口の投入口２０ａを設けたケーシング２１と、このケーシング２１内に回動可能に水平支持される２本のテーパースクリュ軸２２とを有する。

前記テーパースクリュ軸２２は、各軸心が前端に向かって互いに近づくように配列するとともに、各テーパースクリュ軸２２のテーパ軸部２２ａの周囲には、螺旋状に連続して巻回する羽根部２２ｂが形成される。なお螺旋の向き、および回転方向は、テーパースクリュ軸２２，２２間で互いに相違し、これにより、落下投入された第１の混練ゴムＧ１を、テーパースクリュ軸２２，２２間で確実に噛み込むとともに、噛み込んだゴムを羽根部２２ｂの間に巻き込みならが前方に押進せしめ、長尺体に成形しながら前端の吐出口２３から連続的に押し出しうる。なおスクリューフィーダ５としては、所謂１軸のスクリュー式ゴム押出機を採用することもできる。

次に、前記２軸混練機３では、前記スクリューフィーダ５を介して密閉式ゴム混合機２から受け取る第１の混練ゴムＧ１に対して、さらに混練りを加えつつシリカとシランカプリング剤とのカップリング反応を高めることで、シリカをより均一に分散させる。

そのために、前記２軸混練機３は、受け取った前記第１の混練ゴムＧ１を下流側に送り込むフィードゾーンＹ１と、送り込まれたゴムに剪断を付与して混練りする二次混練りゾーンＹ２と、混練りされたゴムを１２０℃よりも低温度に冷却する冷却ゾーンＹ３とを具えるとともに、前記二次混練りゾーンＹ２におけるゴムの温度を１２０〜２００℃の範囲の二次混練温度Ｔ２に制御する温度制御手段３０が設けられる。

具体的には、前記２軸混練機３は、後端側に投入口４を有しかつ前端側に吐出口３２を有するシリンダ３３と、このシリンダ３３の内腔Ｈ内に互いに平行に配される２本の撹拌軸３４，３４とを具える。なお前記内腔Ｈは、前記撹拌軸３４，３４と同心な２つの円周面を連ねた断面ひょうたん状（図４（Ｂ）に示す）をなす。又各前記撹拌軸３４は、前記内腔Ｈと同心にのびる基軸部３６と、その周囲に形成される羽根部３７とを有し、モータ駆動によって、互いに同速度かつ同方向に回転する。

前記羽根部３７は、前記フィードゾーンＹ１では、図４に示すように、前記基軸部３６の周囲を螺旋状に連続して巻回するスクリュー状の螺旋羽根３７Ａとして形成される。この螺旋羽根３７Ａは、前記投入口４の下方を通って前方側（下流側）にのびる。これにより、前記投入口４に投入された第１の混練ゴムＧ１を、螺旋羽根３７Ａの間に巻き込んで下流側の二次混練りゾーンＹ２へと送り込む。

又前記二次混練りゾーンＹ２では、前記羽根部３７は、非連続な複数のパドル３７Ｂとして形成される。前記パドル３７Ｂは断面略楕円形状をなし、軸芯方向に隣り合うパドル３７Ｂは、その位相角が、例えば４５°或いは９０°など適宜に違えて配される。従って、二次混練りゾーンＹ２では、ゴムは、パドル３７Ｂの回転に伴って、圧縮、引き延ばしの体積変化を受けると同時に、パドル３７Ｂ，３７Ｂ間で剪断力が付与され、混練、分散が行われる。なお一方の撹拌軸３４に配されるパドル３７Ｂと、他方の撹拌軸３４に配されるパドル３７Ｂとは、位相角が９０°相違し、かつ本例では、一方のパドル３７Ｂの先端が、他方のパドル３７Ｂをこするように回転する。なお前記パドル３７Ｂの断面形状としては、他に、略三角形状、略十字状等、種々の形状のものが採用しうる。

又本例では、前記二次混練りゾーンＹ２においてゴムを加圧しうるよう、図５に示すように、二次混練りゾーンＹ２の下流端に、加圧壁３８と、ゴムを上流側に向かって付勢する逆流螺旋羽根３７Ｃとが配される。前記加圧壁３８は、前記撹拌軸３４の基軸部３６とシリンダ３３の内周面との間の間隔Ｄを減じて、下流側へのゴムの移動を妨げる。又前記逆流螺旋羽根３７Ｃは、前記螺旋羽根３７Ａの螺旋とは逆向きをなし、ゴムを上流側に付勢する。これらによって、二次混練りゾーンＹ２のゴムを適度に加圧しうる。本例では、前記加圧壁３８は、上下の分割片３８ａ，３８ａからなり、各前記分割片３８ａが、例えば前記シリンダ３３に設ける昇降手段３９によって上下に移動して前記間隔Ｄを調節することにより、前記二次混練りゾーンＹ２のゴム圧力を自在に調整しうる。

ここで、前記二次混練りゾーンＹ２における混練りの際、ゴムの温度を１２０〜２００℃の範囲の二次混練温度Ｔ２に制御することが重要であり、これによりカプリング反応を高めてシリカの分散性を向上せしめ、より均一な分散を達成する。そのために、前記２軸混練機３に温度制御手段３０が設けられる。

前記温度制御手段３０は、図４（Ａ）に示すように、本例では前記シリンダ３３かつ二次混練りゾーンＹ２の領域に配されるジャケット４０を含み、このジャケット４０内を流過する熱媒の温度、及び／又は熱媒の流量を調節することにより、ゴムの温度を二次混練温度Ｔ２に精度良くコントロールしうる。

次に、前記冷却ゾーンＹ３では、前記二次混練りゾーンＹ２にて混練りされた二次混練温度Ｔ２のゴムを、１２０℃よりも低い温度に冷却して前端の吐出口３２から吐出する。そのために、冷却ゾーンＹ３では、前記羽根部３７は、フィードゾーンＹ１の前記螺旋羽根３７Ａと同方向に巻回する螺旋羽根３７Ｄとして形成されるとともに、該冷却ゾーンＹ３には冷却手段（図示しない）が配される。この冷却手段は、前記シリンダ３３かつ冷却ゾーンＹ３の領域に配されるジャケットを含み、該ジャケット内に冷媒を流過させることにより、ゴムを冷却させる。

又前記２軸混練機３では、第２の混練ゴムＧ２をより冷却させるため、図１のように前記吐出口３２に例えばローラヘッド４１を設け、該第２の混練ゴムＧ２をシート状に押し出すことが好ましい。なお本例では、２軸混練機３の下流側には、例えば複数本の冷却ローラを有する冷却装置が設置され、前記シート状の第２の混練ゴムＧ２を該冷却装置に通すことにより、さらに冷却している。

又前述した如く、シリカとシランカプリング剤とのカプリング反応の過程で、アルコール（Ｒ−ＯＨ）、例えばメタノールが生成される。従って本例では、前記冷却ゾーンＹ３に、メタノール等を除去する脱メタノール器４２を設けている。なお脱メタノール器４２としては、触媒やフィルタ等を用いた周知の種々の構造のものが採用しうる。

次に、この混練装置１を用いた混練方法を説明する。前記混練方法は、図６のフローチャートに示すように、
（１）前記密閉式ゴム混合機２によって前記原料ゴムと第１の薬品とを剪断力を付与して混練りすることにより、第１の混練ゴムＧ１を形成する一次混練ステップと、
（２）前記密閉式ゴム混合機２から排出される塊状の第１の混練ゴムＧ１を、前記スクリューフィーダ５を用いて長尺体に成形しながら２軸混練機３の投入口４まで搬送しかつ投入する搬送投入ステップと、
（３）投入された前記第１の混練ゴムＧ１を、前記２軸混練機３によって剪断力を付与して混練りすることにより第２の混練ゴムＧ２を形成し、かつ該第２の混練ゴムＧ２を前記２軸混練機３の吐出口３２から吐出する二次混練ステップとを含んで構成される。

そして、前記二次混練ステップでは、前述した如く、第１の混練ゴムＧ１を、１２０〜２００℃の範囲の二次混練温度Ｔ２に温度制御しながら剪断を付与して混練りする二次混練り工程を有する。

このように、第１の混練ゴムＧ１を、前記二次混練温度Ｔ２に温度制御しながら混練りすることで、カプリング反応を高めてシリカの分散性を向上せしめ、より均一な分散を達成できる。なお前記二次混練温度Ｔ２が１２０℃を下回る場合、及び２００℃を上回る場合には、カプリング反応が起こり難くなり、シリカの分散性を向上し得なくなる。従って、前記二次混練温度Ｔ２の下限値は、１４０℃以上、さらには１５０℃以上が好ましく、又上限値は１８０℃以下、さらには１７０℃以下が好ましい。又カプリング反応を高めるためには、前記二次混練温度Ｔ２が前記範囲内で安定していることも好ましく、従って、運転中の二次混練温度Ｔ２の変動巾を±５℃以下に抑えることも望ましい。

又前記二次混練り工程では、その工程時間Ｊが３０秒〜８分の範囲であるのが好ましく、３０秒未満では、工程時間Ｊが不足してカプリング反応を充分に行うことができない。又８分を越えると、さらなるカプリング反応が見込めず、時間の不必要な超過、即ち生産性の低下を招く。このような観点から工程時間Ｊの下限は１分以上がさらに好ましく、又上限は５分以下がさらに好ましい。又カプリング反応のためには、前記工程時間Ｊと前記二次混練温度Ｔ２との積Ｊ×Ｔ２が６０〜１６００（℃・分）の範囲であることも好ましい。この積Ｊ×Ｔ２が６０（℃・分）未満では、カプリング反応が不充分となり、逆に１６００（℃・分）を越えると、さらなるカプリング反応が見込めず、時間の不必要な超過を招く。このような観点から積Ｊ×Ｔ２の下限は１００（℃・分）以上がさらに好ましく、又上限は１２００（℃・分）以下がさらに好ましい。なお前記二次混練温度Ｔ２が変動する場合には、工程時間Ｊを例えば横軸、二次混練温度Ｔ２を例えば縦軸にとった二次混練温度Ｔ２の曲線ｙを求め、この曲線ｙを工程時間Ｊで積分した値を、前記積Ｊ×Ｔ２として採用する。なお二次混練温度Ｔ２は、前述の温度制御手段３０により自在に制御できる。又前記工程時間Ｊは、前記２軸混練機３における撹拌軸３４の回転速度の調整、及び加圧壁３８による間隔Ｄの調整により制御することができる。

又前記混練方法では、前記密閉式ゴム混合機２の排出口８から排出された時の第１の混練ゴムＧ１の温度Ｔ１が、１２０〜２００℃の範囲であることが好ましい。この温度Ｔ１が１２０℃を下回ると、前記二次混練り工程においてゴムを二次混練温度Ｔ２まで上昇させるまでに時間が長く必要となり、生産性の低下を招く。又温度Ｔ１が２００℃を下回ると、ゴムの温度を二次混練温度Ｔ２まで下げるために、例えばスクリューフィーダ５による押出し、搬送時間を長くすることが必要となり、同様に生産性の低下を招く。

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。

本発明の混練装置、かつ混練方法を用い、表１の配合のゴム組成物を形成した。そして各ゴム組成物を用いてシート状の試験サンプルを作成し、この試験サンプルの加硫後のゴム物性を互いに比較した。又各ゴム組成物をトレッドゴムとして用いた生タイヤを加硫成形して、試験用の乗用車用タイヤ（サイズ１９５／６５Ｒ１５）を試作し、各タイヤの性能を互いに比較した。

比較例１（従来例）では、下記の混練方法（１）〜（３）にてゴム組成物を形成した。
（１） バンバリーミキサー（密閉式ゴム混合機）に、原料ゴムと、第１の薬品（シリカ、シランカプリング剤、カーボンブラック）とを投入し、これらを混練りして一次混練ゴムを形成した。混練時間は５分、排出時のゴムの温度は１６５℃であった。これをローラヘッド押出し機でシート状に加工し、かつ温度４０℃まで冷却した。
（２） 前記冷却したシート状の一次混練ゴムと、第２の薬品（オイル、ワックス、老化防止剤、ステアリン酸、亜鉛華）とを、バンバリーミキサー（密閉式ゴム混合機）に投入し、これらを混練りして二次混練ゴムを形成した。混練時間は５分、排出時のゴムの温度は１５０℃であった。これをローラヘッド押出し機でシート状に加工し、かつ温度４０℃まで冷却した。
（３） 前記冷却した二次混練ゴムと、第３の薬品（加硫剤（硫黄）、加硫促進剤）とを、バンバリーミキサー（密閉式ゴム混合機）に投入し、これらを混練りして最終の混練ゴムを形成した。混練時間は３分、排出時のゴムの温度は１００℃であった。これをローラヘッド押出し機でシート状に加工し、かつ温度４０℃まで冷却した。

他の比較例、及び実施例では、下記の混練方法（４）〜（６）にてゴム組成物を形成した。
（４）
（４−１） バンバリーミキサー（密閉式ゴム混合機）に、原料ゴムと、第１の薬品（シリカ、シランカプリング剤、カーボンブラック）とを投入し、これらを混練りして第１の混練ゴムを形成した（一次混練ステップ）。混練時間は５分、排出時のゴムの温度は１６５℃であった。
（４−２） 前記第１の混練ゴムを冷却することなく、スクリューフィーダを用いて２軸混練機に投入する（搬送投入ステップ）。
（４−３） 投入された第１の混練ゴムを、２軸混練機により、二次混練温度Ｔ２に温度制御しながら混練し、第２の混練ゴムとして吐出口から吐出する（二次混練ステップ）。二次混練工程時間Ｊは２分、二次混練温度Ｔ２は１５０℃で一定であった。なお吐出される第２の混練ゴムは、シート状に加工され、かつ温度４０℃まで冷却された。このシート状の第２の混練ゴムは、前記比較例１（従来例）におけるシート状の一次混練ゴムに相当する。
（５） 上記（２）と実質的に同様であり、前記冷却したシート状の一次混練ゴム（第２の混練ゴム）と、第２の薬品（オイル、ワックス、老化防止剤、ステアリン酸、亜鉛華）とを、バンバリーミキサー（密閉式ゴム混合機）に投入し、これらを混練りして二次混練ゴムを形成した。混練時間は５分、排出時のゴムの温度は１５０℃であった。これをローラヘッド押出し機でシート状に加工し、かつ温度４０℃まで冷却した。
（６） 上記（３）と実質的に同様であり、 前記冷却した二次混練ゴムと、第３の薬品（加硫剤（硫黄）、加硫促進剤）とを、バンバリーミキサー（密閉式ゴム混合機）に投入し、これらを混練りして最終の混練ゴムを形成した。混練時間は３分、排出時のゴムの温度は１００℃であった。これをローラヘッド押出し機でシート状に加工し、かつ温度４０℃まで冷却した。

前記第２の薬品、前記第３の薬品の配合量は、以下の通りであって、各ゴム組成物ともに同一である。
「第２の薬品」
オイル−−−２６ｐｈｒ
ワックス−−−２ｐｈｒ
老化防止剤−−−２ｐｈｒ
ステアリン−−−３ｐｈｒ
酸亜鉛華−−−５ｐｈｒ
「第３の薬品」
硫黄−−−２ｐｈｒ
加硫促進剤Ｃｚ−−−２ｐｈｒ
加硫促進剤ＤＰＧ−−−１ｐｈｒ

試験サンプルのゴム物性において、
・ ゴム硬度Hsは、ＪＩＳ−Ｋ６２５３に準じてデュロメータータイプＡにより、２３℃で測定したデュロメータＡ硬さ：
・ 引張強度TB（引張強さ）、引張破断強度EB（切断時引張応力）は、ＪＩＳＫ６２５１「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」「加硫ゴムの引張試験方法」に記載の試験方法に準じて測定した値：
・ 複素弾性率E*、損失正接tanδは、ＪＩＳ−Ｋ６３９４の規定に準じて、次に示される条件で（株）岩本製作所製の「粘弾性スペクトロメータ」を用いて測定し、それぞれ比較例１００とする指数で評価した。初期歪み（１０％）、振幅（±１％）、周波数（１０Ｈｚ）、変形モード（引張）、測定温度（７０℃）。
複素弾性率E*は、指数の大きい方が、高弾性であり、損失正接tanδは、指数の大きい方が発熱性が高い。

タイヤの性能において、
・ドライ性能は、タイヤをリム（１５×６Ｊ）、内圧（２００ｋＰａ）の条件にて、乗用車（２０００cc、ＦＦ車）の全輪に装着し、ドライなアスファルト路面のテストコースを走行し、操縦安定性（ハンドル応答性、剛性感、グリップ等）をドライバーの官能評価により比較例１を３とする５段階で評価した。指数の大きい方が良好である。
・ウエット性能は、上記車両を用い、ウエットなアスファルト路面のテストコースを走行し、操縦安定性（ハンドル応答性、剛性感、グリップ等）を、ドライバーの官能評価により比較例１を３とする４段階で評価した。指数の大きい方が良好である。
・耐摩耗性は、上記車両を用い、ドライなアスファルト路面のテストコースを３０００ｋｍ走行した時のトレッドゴムの摩耗量を、タイヤ赤道に最も近い周方向溝にて測定し、比較例１００とする指数で評価した。指数の大きい方が良好である。

本発明の混練装置の一実施例を概念的に示す略側面図である。 密閉式ゴム混合機を拡大して示す断面図である。 （Ａ）は、スクリューフィーダが２軸テーパー押出機である場合の平面図、（Ｂ）は、その断面図である。 （Ａ）は、２軸混練機のフィードゾーンおよび二次混練りゾーンの一部を示す平面図、（Ｂ）は、そのＩ−Ｉ断面図である。 加圧壁と、逆流螺旋羽根とを示す側部断面図である。 混練方法を示すフローチャートである。 （Ａ）、（Ｂ）は、シランカプリング剤によるゴム中のシリカの分散の機構を説明する概念図である。 タイヤ用ゴムにおける従来の混練り方法を説明する概念図である。

符号の説明

１ 混練装置
２ 密閉式ゴム混合機
４ 投入口
５ スクリューフィーダ
３ ２軸混練機
８ 排出口
３０ 温度制御手段
Ｇ１ 第１の混練ゴム
Ｇ２ 第２の混練ゴム
Ｙ１ フィードゾーン
Ｙ２ 二次混練りゾーン
Ｙ３ 冷却ゾーン

Claims (5)

1. タイヤ用の原料ゴム、及び２０ｐｈｒ以上のシリカと該シリカに対する比率が３〜３５質量％のシランカプリング剤とを少なくとも含みかつ加硫剤を含まない第１の薬品を混練りして第１の混練ゴムを形成するタイヤ用ゴムの混練方法であって、
   密閉式ゴム混合機により、前記原料ゴムと第１の薬品とを剪断力を付与して混練りすることにより第１の混練ゴムを形成する一次混練ステップと、
   前記密閉式ゴム混合機の排出口から塊状に排出される第１の混練ゴムを、スクリューフィーダを用いて長尺体に成形しながら２軸混練機の投入口まで搬送しかつ投入する搬送投入ステップと、
   投入された前記第１の混練ゴムを前記２軸混練機により剪断力を付与して混練りすることにより第２の混練ゴムを形成し、かつ該第２の混練ゴムを前記２軸混練機の吐出口から吐出する二次混練ステップとを含むとともに、
   前記二次混練ステップは、第１の混練ゴムを、１２０〜２００℃の範囲の二次混練温度Ｔ２に温度制御しながら剪断を付与して混練りする二次混練り工程と、この二次混練り工程後のゴムを１２０℃よりも低温度に冷却する冷却工程とを有することを特徴とするタイヤ用ゴムの混練方法。
2. 前記第１の混練ゴムは、前記密閉式ゴム混合機の排出口から排出された時の温度Ｔ１が１２０〜２００℃の範囲であることを特徴とする請求項１記載のタイヤ用ゴムの混練方法。
3. 前記二次混練り工程は、この二次混練り工程の工程時間Ｊが３０秒〜８分であることを特徴とする請求項２記載のタイヤ用ゴムの混練方法。
4. 前記二次混練り工程は、この二次混練り工程の工程時間Ｊと、前記二次混練温度Ｔ２との積Ｊ×Ｔ２が６０〜１６００（℃・分）であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のタイヤ用ゴムの混練方法。
5. タイヤ用の原料ゴム、及び２０ｐｈｒ以上のシリカと該シリカに対する比率が３〜３５質量％のシランカプリング剤とを少なくとも含みかつ加硫剤を含まない第１の薬品を混練りして第１の混練ゴムを形成するタイヤ用ゴムの混練装置であって、
   前記原料ゴムと第１の薬品とを剪断力を付与して混練りすることにより第１の混練ゴムを形成する密閉式ゴム混合機と、
   前記密閉式ゴム混合機の排出口から塊状に排出される第１の混練ゴムを受け取り、かつ受け取った第１の混練ゴムを長尺体に成形しながら２軸混練機の投入口まで搬送しかつ投入するスクリューフィーダと、
   投入された前記第１の混練ゴムを剪断力を付与して混練りすることにより第２の混練ゴムを形成する２軸混練機とを含み、
   しかも前記２軸混練機は、投入された前記第１の混練ゴムを下流側に送り込むフィードゾーンと、送り込まれたゴムに剪断を付与して混練りする二次混練りゾーンと、混練りされたゴムを１２０℃よりも低温度に冷却する冷却ゾーンとを具えるとともに、前記２軸混練機は、前記二次混練りゾーンにおけるゴムの温度を１２０〜２００℃の範囲の二次混練温度Ｔ２に制御する温度制御手段をさらに具えることを特徴とするタイヤ用ゴムの混練装置。

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