JP2011027593A

JP2011027593A - Method for calculating friction characteristic between fluid material and channel wall surface, and measuring device used therefor

Info

Publication number: JP2011027593A
Application number: JP2009174571A
Authority: JP
Inventors: Masaya Tsunoda; 昌也角田
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2029-07-27
Also published as: JP5281510B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for calculating friction characteristics between unvulcanized rubber and a wall surface of a rubber channel, and also to provide a measuring device used therefor. SOLUTION: This method for calculating friction characteristic between unvulcanized rubber and the wall surface of the rubber channel through which the unvulcanized rubber flows, includes processes of: supplying unvulcanized rubber extruded by a rubber extruder into the rubber channel having the same inner diameter and extending in the axial direction with an analysis object length determined beforehand, and measuring a pressure P0 on the channel wall surface on the upstream side in an analysis object section and a pressure P1 on the channel wall surface on the downstream side in the analysis object section; calculating a wall surface shearing stress in the analysis object section from a pressure difference (P0-P1); and calculating slip speed on the wall surface of the rubber channel by using the wall surface shearing stress, a flow rate per unit time of the unvulcanized rubber, and viscosity characteristics of the unvulcanized rubber. COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、流動性材料と流路の壁面との摩擦特性を計算する方法及びそれに用いられる測定装置に関する。 The present invention relates to a method for calculating a friction characteristic between a flowable material and a wall surface of a flow path, and a measuring device used therefor.

空気入りタイヤのようなゴム製品を製造する場合、ゴム材料を混練して可塑化し、それを押出機で所定形状に押し出し成形することが行われる。混練機や押出機の中では、可塑化された未加硫ゴムは、例えばゴムが流れる流路の壁面と接触して摩擦力を受ける。この摩擦力は、前記壁面近傍でのゴムのせん断速度やせん断応力に大きな影響を与える。このため、可塑化された流動状態のゴムと前記壁面との摩擦特性を調べることは、ゴム流れの改善による生産性の向上を図る上で非常に重要となる。これは、可塑化されて射出される樹脂材料についても同様である。 When manufacturing a rubber product such as a pneumatic tire, a rubber material is kneaded and plasticized, and then extruded into a predetermined shape by an extruder. In the kneader and the extruder, the plasticized unvulcanized rubber is subjected to frictional force, for example, in contact with the wall surface of the flow path through which the rubber flows. This frictional force has a great influence on the shear rate and shear stress of rubber near the wall surface. For this reason, it is very important to examine the friction characteristics between the plasticized rubber in a fluidized state and the wall surface in order to improve productivity by improving the rubber flow. The same applies to resin materials that are plasticized and injected.

従来、このような可塑化された未加硫ゴムないし樹脂といった流動性材料の摩擦特性を調べる技術として、下記非特許文献１及び２が提案されている。 Conventionally, the following Non-Patent Documents 1 and 2 have been proposed as techniques for examining the friction characteristics of such fluidized materials such as plasticized unvulcanized rubber or resin.

MELVIN MOONEY著、「EXPLICIT FORMULAS FOR SLIP AND FLUIDITY」Journal of Rheology April 1931MELVIN MOONEY, "EXPLICIT FORMULAS FOR SLIP AND FLUIDITY" Journal of Rheology April 1931 加納好昭著「溶融樹脂の管内流動における壁面スリップ −固体界面の影響−」日本レオロジー学会誌 Vol.25 1997Yoshiaki Kano "Wall slip in molten resin flow in pipes -Effect of solid interface-" Journal of the Japan Society of Rheology Vol.25 1997

前記非特許文献１では、流動性材料が円形断面を有する流路（キャピラリー）を通過したときの、流量と圧力損失から、流路の壁面でのせん断応力とスリップ速度とを求める方法が記載されている。具体的には、非特許文献１では下記式（３）が提案されている。

ここで、上記式の符号は次の通りである。
Ｅ:単位時間あたりの流動性材料の流量
ａ:流路の半径
ｓ:壁面でのせん断応力
β:スリップ係数 Non-Patent Document 1 describes a method for obtaining a shear stress and a slip speed on a wall surface of a flow path from a flow rate and a pressure loss when the flowable material passes through the flow path (capillary) having a circular cross section. ing. Specifically, Non-Patent Document 1 proposes the following formula (3).

Here, the symbols in the above equation are as follows.
E: Flow rate of flowable material per unit time a: Radius of flow path s: Shear stress on the wall β: Slip coefficient

前記非特許文献１では、流路たるキャピラリーの半径ａを変えても、壁面でのせん断応力ｓは変化しないという仮定に基づいている。そうすると、単位時間あたりの流動性材料の流量Ｅの変化は、全て壁面でのスリップ（滑り）に起因するということになる。この仮定の下で（（Ｅ／πａ3）／（１／ａ））を縦軸に、（１／ａ）を横軸にそれぞれとったグラフを描き、その傾きを求めれば、流動性材料の壁面でのスリップ速度を評価できることになる。 The non-patent document 1 is based on the assumption that the shear stress s on the wall surface does not change even when the radius a of the capillary serving as the flow path is changed. Then, all the changes in the flow rate E of the flowable material per unit time are caused by slippage on the wall surface. Under this assumption, a graph with ((E / πa3) / (1 / a)) on the vertical axis and (1 / a) on the horizontal axis is drawn, and the slope is obtained. The slip speed at can be evaluated.

しかしながら、上述のようなグラフを描いても、必ずしも直線が得られるとは限らない。特に、未加硫ゴムのような非ニュートン流体の場合、非特許文献１の方法では予測精度が悪いという問題があった。 However, even if the graph as described above is drawn, a straight line is not always obtained. In particular, in the case of a non-Newtonian fluid such as unvulcanized rubber, the method of Non-Patent Document 1 has a problem of poor prediction accuracy.

また、非特許文献２のものでは、トレーサーを混ぜた溶融樹脂を押出機により押出し、管路の中央に設けたスリットから可視光を照射し、内部を流れる溶融樹脂により散乱された光を側壁に設けた観察窓を通してＣＣＤカメラにより撮影し、樹脂流動解析によって得られる速度分布と一致するスリップ速度を逆同定する方法が記載されている。 Moreover, in the thing of a nonpatent literature 2, the molten resin which mixed the tracer is extruded with an extruder, visible light is irradiated from the slit provided in the center of a pipe line, and the light scattered by the molten resin which flows inside is made into a side wall. A method is described in which a slip speed corresponding to a speed distribution obtained by resin flow analysis is reversely identified by photographing with a CCD camera through an observation window provided.

しかしながら、非特許文献２の方法は、流動性材料が透明な樹脂でないと、トレーサー樹脂から流速分布を求める事ができない。したがって、カーボンブラック等が配合されるような非透明のタイヤ用配合の未加硫ゴムの場合、この方法を採用することができず、汎用性に劣るという問題がある。 However, in the method of Non-Patent Document 2, the flow velocity distribution cannot be obtained from the tracer resin unless the fluid material is a transparent resin. Therefore, in the case of an unvulcanized rubber compounded for a non-transparent tire in which carbon black or the like is compounded, there is a problem that this method cannot be adopted and the versatility is inferior.

本発明は、以上のような実情に鑑み案出なされたもので、流動性材料と流路の壁面との摩擦特性を、精度良くかつ簡単に調べることが可能な方法及びそれに用いられる測定装置を提供することを目的としている。 The present invention has been devised in view of the above circumstances, and provides a method capable of accurately and easily examining the friction characteristics between a flowable material and a wall surface of a flow path and a measuring apparatus used therefor. It is intended to provide.

本発明のうち請求項１記載の発明は、可塑化されたゴム又は樹脂を含む流動性材料と、該流動性材料が流れる流路の壁面との摩擦特性を計算する方法であって、前記流動性材料を、同一内径かつ予め定めた解析対象区間で軸方向にのびる前記流路に連続して供給する工程と、前記流路の解析対象区間の上流側の壁面の圧力Ｐ0と、前記流路の解析対象区間の下流側の壁面の圧力Ｐ1とを測定する工程と、前記圧力の差（Ｐ0−Ｐ1）から下記式（１）によって解析対象区間の流路の壁面でのせん断応力τwを計算する工程と、該せん断応力と、前記流動性材料の単位時間当たりの流量と、前記流動性材料の粘度特性とを用いて下記式（２）で前記流路の壁面でのスリップ速度を計算する工程とを含むことを特徴とする。

The invention according to claim 1 of the present invention is a method for calculating a friction characteristic between a flowable material containing a plasticized rubber or resin and a wall surface of a flow path through which the flowable material flows. A step of continuously supplying a functional material to the flow path extending in the axial direction with the same inner diameter and in a predetermined analysis target section, a pressure P0 on the upstream wall surface of the analysis target section of the flow path, and the flow path The shear stress τw at the wall surface of the flow path in the analysis target section is calculated from the step of measuring the pressure P1 on the downstream wall surface of the analysis target section and the following equation (1) from the pressure difference (P0−P1). The slip velocity at the wall surface of the flow path is calculated by the following equation (2) using the step of performing the shear stress, the flow rate per unit time of the flowable material, and the viscosity characteristic of the flowable material. And a process.

また請求項２記載の発明は、前記流動性材料の粘度特性を、該流動性材料の粘度を、粘度計を用いて測定する工程と、前記測定された粘度を、流動性材料の解析対象区間での流動性材料の温度に、時間−温度換算則を用いて換算する工程とを含んで計算する請求項１記載の流動性材料と流路の壁面との摩擦特性を計算する方法である。 Further, the invention according to claim 2 is a step of measuring the viscosity characteristic of the flowable material, the viscosity of the flowable material using a viscometer, and the measured viscosity of the flowable material in the analysis target section. The method of calculating the friction characteristic between the flowable material and the wall surface of the flow path according to claim 1, wherein the calculation is performed including a step of converting the temperature of the flowable material at a time using a time-temperature conversion rule.

また請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載された流動性材料と流路の壁面との摩擦特性を計算する方法に用いられる測定装置であって、前記流動性材料を押し出す押出機の吐出側の端部に装着される外筒部と、該外筒部に着脱自在に内挿された内筒部とを含み、前記内筒部は、同一径で軸方向にのびかつ前記押出機から押し出された流動性材料が供給される流路を具え、かつ、前記流路の表面は、前記流動性材料との摩擦特性を測定する解析対象物で形成されるとともに、前記流路の解析対象区間の温度を測定する温度検出手段と、該解析対象区間の圧力を検出する圧力検出手段とを具えることを特徴とする測定装置である。 The invention described in claim 3 is a measuring device used in the method for calculating the friction characteristics between the flowable material described in claim 1 or 2 and the wall surface of the flow path, and is an extrusion method for extruding the flowable material. An outer cylinder part mounted on the discharge side end of the machine, and an inner cylinder part detachably inserted in the outer cylinder part, the inner cylinder part extending in the axial direction with the same diameter and A flow path to which the flowable material extruded from the extruder is supplied, and the surface of the flow path is formed of an analysis object for measuring friction characteristics with the flowable material, and the flow path A temperature detection means for measuring the temperature of the analysis target section, and a pressure detection means for detecting the pressure of the analysis target section.

また請求項４記載の発明は、前記外筒部には、前記内筒部の温度を調節するための流体が流れる調温流路が形成される請求項３記載の測定装置である。 The invention according to claim 4 is the measuring apparatus according to claim 3, wherein the outer cylinder part is formed with a temperature control channel through which a fluid for adjusting the temperature of the inner cylinder part flows.

また請求項５記載の発明は、前記外筒部は、軸方向にのびるとともに前記内筒部が挿入される外筒本体と、該外筒本体の押出機側に着脱自在に固着されかつ前記押出機の前記端部に固着されることにより前記押出機から押し出されたを前記内筒部の流路に導入する継ぎ流路を有する接続金具と、前記外筒本体の押出機と反対側の端部である先端側に着脱自在に固着されかつ前記流路を流れる流動性材料を吐出する吐出口を有する蓋部材とを含み、前記内筒部は、前記接続金具及び蓋部材の間で軸方向に押圧されて同心に突き合わされた２つの筒片からなる請求項３又は４記載の測定装置である。 According to a fifth aspect of the present invention, the outer cylinder portion extends in the axial direction and is detachably fixed to the outer cylinder main body into which the inner cylinder portion is inserted and the extruder side of the outer cylinder main body, and the extrusion A connection fitting having a joint flow path for introducing the extruded portion from the extruder by being fixed to the end portion of the machine into the flow path of the inner cylinder portion, and an end of the outer cylinder body opposite to the extruder And a lid member having a discharge port for discharging the flowable material flowing through the flow path, which is detachably fixed to the distal end side, and the inner cylinder portion is axially disposed between the connection fitting and the lid member. The measuring apparatus according to claim 3 or 4, comprising two cylindrical pieces pressed concentrically to each other.

また請求項６記載の発明は、前記各筒片は、前記突き合わされた端面と反対側の端面に、各筒片を前記外筒本体から互いに離間する向きに引き出すための治具を螺着するためのネジ孔を有する請求項５記載の測定装置である。 According to a sixth aspect of the present invention, each of the cylindrical pieces is screwed with a jig for pulling the cylindrical pieces away from the outer cylinder main body on the end surface opposite to the abutted end surface. The measuring device according to claim 5, further comprising a screw hole.

請求項１に係る方法の発明では、流動性材料と、該流動性材料が流れる流路の壁面との摩擦特性、より具体的には流路の壁面でのスリップ速度を正確に計算できる。従って、複数種類の材料についてスリップ速度を調べ、該スリップ速度が大きい材料を特定して流路に用いることにより、例えば流動性材料の混練、押出しといった工程の生産性を向上させることが可能になる。また、ポリマーに配合されるフィラー（例えばシリカやカーボン）の分散性を向上しうるゴム流路の開発にも役立つ。さらに、本発明によれば、流動性材料の色彩に関わらず、測定することが可能になる。 In the invention of the method according to claim 1, it is possible to accurately calculate the friction characteristics between the flowable material and the wall surface of the flow path through which the flowable material flows, more specifically, the slip speed at the wall surface of the flow path. Therefore, it is possible to improve the productivity of processes such as kneading and extruding fluid materials, for example, by investigating the slip speed for a plurality of types of materials and identifying a material having a high slip speed for use in the flow path. . It is also useful for the development of rubber flow paths that can improve the dispersibility of fillers (for example, silica and carbon) blended in the polymer. Furthermore, according to the present invention, measurement is possible regardless of the color of the flowable material.

また、請求項３に係る測定装置では、流動性材料を押し出す押出機の吐出側の端部に装着される外筒部と、該外筒部に着脱自在に挿入された内筒部とを含み、この内筒部は、前記押出機から押し出された流動性材料が流れる同一径で軸方向にのびる流路を具え、かつ、前記流路の表面は、前記流動性材料との摩擦特性を測定する解析対象物で形成される。しかも、この測定装置では、前記流路の解析対象区間の温度を測定する温度検出手段と、該解析対象区間の圧力を検出する圧力検出手段とを具える。従って、押出機側に何らの加工を必要とすることなく、内筒部の流路の壁面と流動性材料とのスリップ速度を計算するのに必要なデータを取得できる。従って、予め種々の材料及び／又は表面加工された内筒部を準備して、これらを交換することにより、簡単に様々な材料の摩擦特性を測定することができる。 Further, the measuring device according to claim 3 includes an outer cylinder portion attached to an end portion on the discharge side of the extruder for extruding the fluid material, and an inner cylinder portion detachably inserted into the outer cylinder portion. The inner cylinder portion has a channel extending in the axial direction with the same diameter through which the fluid material extruded from the extruder flows, and the surface of the channel measures a friction characteristic with the fluid material. It is formed with the analysis object. In addition, this measuring apparatus includes temperature detecting means for measuring the temperature of the analysis target section of the flow path, and pressure detection means for detecting the pressure of the analysis target section. Therefore, the data necessary for calculating the slip speed between the wall surface of the flow path of the inner cylinder part and the flowable material can be acquired without requiring any processing on the extruder side. Accordingly, by preparing various materials and / or surface-treated inner cylinder portions in advance and exchanging them, the friction characteristics of various materials can be easily measured.

流動性材料が流れる流路の断面図である。It is sectional drawing of the flow path through which a fluid material flows. 未加硫ゴムの粘度を測定する一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example which measures the viscosity of an unvulcanized rubber. 未加硫ゴムのせん断速度とせん断粘度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the shear rate of unvulcanized rubber, and shear viscosity. 本発明の方法を実施するための測定装置の断面図である。It is sectional drawing of the measuring apparatus for enforcing the method of this invention. 図１を分解して示す断面図である。It is sectional drawing which decomposes | disassembles and shows FIG. 本発明の測定装置を用いて得られた結果を示す。The result obtained using the measuring apparatus of this invention is shown. 本発明の測定装置を用いて得られた結果を示す。The result obtained using the measuring apparatus of this invention is shown.

以下、本発明の実施の一形態について、流動性材料として可塑化された未加硫ゴムと、それが流れるゴム流路の壁面との摩擦特性を計算する方法について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with respect to a method for calculating the friction characteristics between unvulcanized rubber plasticized as a fluid material and the wall surface of the rubber flow path through which it flows.

先ず、図１に示されるように、キャピラリーＣ内をスリップがない状態で流れる未加硫ゴムＵについて、任意の半径位置ｒでの速度の理論解が知られている。例えば、「Transport Phenomena second edition, R. Byron Bird p242-243」には、下記理論解が記載されている。

ただし、符号は、次の通りである。
ｖz:流れ方向の未加硫ゴムの速度
Ｐ0:キャピラリーの入口圧力
ＰL:キャピラリーの出口圧力
ｍ及びｎ:未加硫ゴムのせん断速度とせん断粘度の関係からPower Lawによって近似したときに決まる係数
ｒ:未加硫ゴムの半径方向の位置
Ｒ:キャピラリーの半径
Ｌ:キャピラリーの軸方向（ｚ方向）の長さ First, as shown in FIG. 1, a theoretical solution of speed at an arbitrary radial position r is known for an unvulcanized rubber U that flows in a capillary C without slipping. For example, the following theoretical solution is described in “Transport Phenomena second edition, R. Byron Bird p242-243”.

However, the symbols are as follows.
vz: velocity of unvulcanized rubber in the flow direction P0: capillary inlet pressure PL: capillary outlet pressure m and n: coefficient determined when approximated by Power Law from the relationship between shear rate and shear viscosity of unvulcanized rubber r : Radial position of unvulcanized rubber R: radius of capillary L: length of capillary in the axial direction (z direction)

発明者らは、上記式に、未加硫ゴムＵの壁面Ｃwでの滑りを考慮した。即ち、未加硫ゴムは、キャピラリーＣのゴム流路の壁面Ｃwで速度ｖslipのスリップ（滑り）生していると仮定すれば、下記式（５）が成り立つことを知見した。

The inventors considered slippage on the wall surface Cw of the unvulcanized rubber U in the above formula. That is, it has been found that if the unvulcanized rubber is slipped at the speed vslip on the wall surface Cw of the rubber flow path of the capillary C, the following equation (5) is established.

また、上記式（５）を断面内で積分すると、下式（６）が得られる。 Further, when the above formula (5) is integrated in the cross section, the following formula (6) is obtained.

ここで、ρは未加硫ゴムの比重である。

Here, ρ is the specific gravity of the unvulcanized rubber.

そして上記式（６）を、ｖslipを求める形式に整理すると、下式（７）が得られる。 When the above equation (6) is rearranged into a format for obtaining vslip, the following equation (7) is obtained.

なお、式（７）は、未加硫ゴムＵの壁面Ｃwでのせん断応力ｓ＝（Ｐ0−ＰL）Ｒ／２Ｌとおくと式（８）で表すことができる。 The equation (7) can be expressed by the equation (8) when the shear stress s = (P0−PL) R / 2L at the wall surface Cw of the unvulcanized rubber U is set.

従って、本発明の方法によれば、もはや非特許文献１のMoonyのように、βをグラフを用いて導き出す必要は無く、理論式によって、未加硫ゴムの比重ρ、粘度のパラメータｍ及びｎ、キャピラリーＣの半径Ｒ、キャピラリーＣの解析対象区間の入口圧力Ｐ0、出口圧力ＰL並びに単位時間当たりに流れる未加硫ゴムＵの流量ｑが分かれば、当該キャピラリーＣに対する未加硫ゴムＵのスリップ速度を簡単に計算することができる。 Therefore, according to the method of the present invention, it is no longer necessary to derive β using a graph as in the case of Moony in Non-Patent Document 1, and the specific gravity ρ of the unvulcanized rubber, the viscosity parameters m and n are determined according to the theoretical formula. If the radius R of the capillary C, the inlet pressure P0, the outlet pressure PL of the analysis target section of the capillary C, and the flow rate q of the unvulcanized rubber U flowing per unit time are known, the slip of the unvulcanized rubber U with respect to the capillary C The speed can be calculated easily.

よって、本発明によれば、種々の条件でスリップ速度を計算して該スリップ速度の大きい材料を特定し、かつ、それをゴム押出機のゴム流路や混練機の壁面に用いることにより、押出し時等の抵抗を減じ、生産性の向上に役立てることができる。また、これとは逆に、
ゴムポリマーに配合されるフィラー（例えばシリカやカーボン）の分散性を向上しうるゴム流路の開発にも役立つ。即ち、フィラーを分散させる為には、フィラーにせん断力を作用させる必要があり、このためには上記スリップ速度の小さい材料を選択するのが効果的である。 Therefore, according to the present invention, the slip speed is calculated under various conditions to identify a material having a high slip speed, and it is used for the rubber flow path of the rubber extruder and the wall surface of the kneader. It can reduce resistance such as time and help improve productivity. On the other hand,
It is also useful for the development of rubber flow paths that can improve the dispersibility of fillers (for example, silica and carbon) blended with rubber polymers. That is, in order to disperse the filler, it is necessary to apply a shearing force to the filler. For this purpose, it is effective to select a material having a low slip speed.

前記理論式に必要なキャピラリーＣの解析対象区間の入口圧力Ｐ0、出口圧力ＰL及び単位時間当たりに流れる未加硫ゴムＵの流量ｑについては、図１に示したように、キャピラリーＣに、例えば押出機を用いて未加硫ゴムＵを定常状態で連続供給して各種測定を行うことにより容易に得ることができる。また、未加硫ゴムの比重ρについては公知の測定方法にて得るることができる。 As shown in FIG. 1, for example, the inlet pressure P0, the outlet pressure PL and the flow rate q of the unvulcanized rubber U flowing per unit time in the analysis target section of the capillary C necessary for the theoretical formula are as follows. It can be easily obtained by continuously supplying unvulcanized rubber U in a steady state and performing various measurements using an extruder. The specific gravity ρ of the unvulcanized rubber can be obtained by a known measuring method.

さらに、未加硫ゴムＵの粘度のパラメータｍ及びｎについては、別途、粘度計を使用し、該未加硫ゴムのせん断速度とせん断粘度との関係を求め、それらにpower law（カーブフィット）を適用してを同定することができる。 Further, for the parameters m and n of the viscosity of the unvulcanized rubber U, a viscometer is used separately to determine the relationship between the shear rate and the shear viscosity of the unvulcanized rubber, and power law (curve fit) Can be identified.

未加硫ゴムのせん断速度及び未加硫ゴムのせん断粘度については、例えば、キャピラリー型又はせん断型レオメータの粘度計を用いて測定することができる。 The shear rate of the unvulcanized rubber and the shear viscosity of the unvulcanized rubber can be measured, for example, using a capillary type or shear type rheometer viscometer.

キャピラリー型の粘度計では、一般に、キャピラリーを流れる未加硫ゴムの入口−出口間の圧力損失が、圧力センサー又はロードセルを用いて測定される。そして、下記の式（９）を適用して未加硫ゴムのせん断粘度が計算される。なお、せん断速度は先に示した式（８）により計算できる。

ここで、符号は次の通りである。
ΔＰ：圧力損失（Ｐ0−ＰL）
ｒ: キャピラリーの半径
Ｑ：未加硫ゴムの流量
Ｌ：キャピラリーの軸方向の長さ
なお、この種の測定装置としては、例えば東洋精機社製の「キャピログラフ１Ｄ」等を用いることができる。 In a capillary type viscometer, generally, a pressure loss between an inlet and an outlet of unvulcanized rubber flowing through a capillary is measured using a pressure sensor or a load cell. Then, the following equation (9) is applied to calculate the shear viscosity of the unvulcanized rubber. The shear rate can be calculated by the equation (8) shown above.

Here, the symbols are as follows.
ΔP: Pressure loss (P0-PL)
r: Capillary radius Q: Flow rate of unvulcanized rubber L: Length in the axial direction of the capillary As this type of measuring device, for example, “Capillograph 1D” manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd. can be used.

また、せん断型レオメータの粘度計の場合、図２に示されるように、粘度を測定したい未加硫ゴムＵのサンプルｋを２枚の円盤ｊ、ｊの間に挟み、かつ、微小振動させることによってその粘弾性特性が計測される。そして、下記式（１０）によってせん断粘度に換算できる。

ここで、符号は次の通りである。
η*（ω）：せん断粘度
ω：角周波数
Ｇ'：動的弾性率
Ｇ"：損失弾性率
γ：せん断速度 In the case of a shear rheometer viscometer, as shown in FIG. 2, a sample k of unvulcanized rubber U whose viscosity is to be measured is sandwiched between two disks j and j and minutely vibrated. To measure its viscoelastic properties. And it can convert into a shear viscosity by following formula (10).

Here, the symbols are as follows.
η * (ω): Shear viscosity ω: Angular frequency G ′: Dynamic elastic modulus G ″: Loss elastic modulus γ: Shear rate

なお、この種の測定装置としては、例えばＴＡインスツルメント社製の「ＡＲＥＳ」を挙げることができ、その測定条件の一例は次の通りである。
ひずみ：０．５％
縦荷重：０
周波数：０．１〜１００（rad／ｓ）
測定温度：１３０℃、１００℃、８０℃、６０℃又は４０℃ In addition, as this kind of measuring apparatus, for example, “ARES” manufactured by TA Instruments Inc. can be cited, and an example of the measuring conditions is as follows.
Strain: 0.5%
Longitudinal load: 0
Frequency: 0.1 to 100 (rad / s)
Measurement temperature: 130 ° C, 100 ° C, 80 ° C, 60 ° C or 40 ° C

図３には、上記ＡＲＥＳを使用して得られた未加硫ゴムＵのせん断速度とせん断粘度との関係を示し、両者の間にはこのような比例関係が見られる。そして、このようにして得られたせん断速度とせん断粘度との直線関係から、式（１１）を用いてカーブフィッティングプログラム等で近似することにより、前記パラメータｍ及びｎを定めることができる。

FIG. 3 shows the relationship between the shear rate and the shear viscosity of the unvulcanized rubber U obtained by using the above ARES, and such a proportional relationship is observed between the two. The parameters m and n can be determined from the linear relationship between the shear rate and the shear viscosity thus obtained by approximating with a curve fitting program or the like using equation (11).

また、未加硫ゴムＵの粘度特性ｍ、ｎ等は温度に依存するため、上記理論式（７）に代入される各パラメータは、同一の温度条件での値である必要がある。従って、キャピラリーを用いて測定された前記圧力Ｐ0、ＰL及び未加硫ゴムＵの流量ｑの温度条件と、前記パラメータｍ及びｎを測定したときの温度条件とが異なる場合には、前記パラメータｍ及びｎを、キャピラリーを流れる未加硫ゴムの温度条件に、公知の時間−温度換算則を用いて換算し、その換算された値を用いれば良い。 In addition, since the viscosity characteristics m, n, etc. of the unvulcanized rubber U depend on the temperature, each parameter assigned to the theoretical formula (7) needs to be a value under the same temperature condition. Accordingly, when the temperature conditions of the pressures P0 and PL and the flow rate q of the unvulcanized rubber U measured using a capillary are different from the temperature conditions when the parameters m and n are measured, the parameter m And n are converted to the temperature condition of the unvulcanized rubber flowing through the capillary using a known time-temperature conversion rule, and the converted value may be used.

次に、未加硫ゴムのスリップ速度を計算するに際して、必要なパラメータを効率良く測定しうる測定装置の実施形態について述べる。 Next, an embodiment of a measuring apparatus capable of efficiently measuring necessary parameters when calculating the slip speed of unvulcanized rubber will be described.

図４には、測定装置１の断面図を示し、該測定装置１は、外筒部２と、該外筒部２に着脱自在に内挿されかつ内部にゴム流路ｉを形成する内筒部３とを含んで構成される。また、本実施形態の測定装置１は、未加硫ゴムＵを押し出す押出機Ｍの吐出側の端部ｅに装着されている。 FIG. 4 shows a cross-sectional view of the measuring apparatus 1, which includes an outer cylinder part 2 and an inner cylinder that is detachably inserted into the outer cylinder part 2 and forms a rubber flow path i therein. Part 3. Moreover, the measuring apparatus 1 of this embodiment is attached to the end e on the discharge side of the extruder M that extrudes the unvulcanized rubber U.

前記外筒部２は、未加硫ゴムＵの押出し方向に沿って軸方向にのびるとともに内筒部３が挿入された外筒本体４と、該外筒本体４の押出機側に着脱自在に固着された接続金具５と、外筒本体４の押出機Ｍと反対側の端部である先端側に着脱自在に固着された蓋部材６とを含んで構成されている。 The outer cylinder portion 2 extends in the axial direction along the extrusion direction of the unvulcanized rubber U and is detachably attached to the outer cylinder body 4 into which the inner cylinder portion 3 is inserted and the extruder side of the outer cylinder body 4. The connection fitting 5 is fixed, and the lid member 6 is detachably fixed to the distal end side of the outer cylinder body 4 on the side opposite to the extruder M.

前記外筒本体４は、軸方向に所定の長さでのびる円筒状の基部４ａと、その先端側に形成された前フランジ部４ｂと、後端側に形成された後フランジ部４ｃとを一体に含んでいる。 The outer cylinder main body 4 includes a cylindrical base portion 4a extending in a predetermined length in the axial direction, a front flange portion 4b formed on the front end side, and a rear flange portion 4c formed on the rear end side. Is included.

前記基部４ａには、内筒部３が挿入される内孔７が連続して形成されている。また、本実施形態では、基部４ａに温度検出手段８と、圧力検出手段９とが固着されている。温度検出手段８及び圧力検出手段９は、それぞれ基部４ａの半径方向にのびる取付孔１０、１１にそれぞれ装着されている。 In the base portion 4a, an inner hole 7 into which the inner cylinder portion 3 is inserted is continuously formed. In the present embodiment, the temperature detecting means 8 and the pressure detecting means 9 are fixed to the base portion 4a. The temperature detecting means 8 and the pressure detecting means 9 are respectively mounted in mounting holes 10 and 11 extending in the radial direction of the base portion 4a.

前記温度検出手段８は、公知の温度センサーを用いることができ、例えば熱電対等が好適である。なお、温度検出手段８の検知信号は、図示しない制御装置へと入力される。本実施形態では、解析対象区間Ａ内で等間隔で３つの温度検出手段８が並べて設けられている。なお、温度検出手段８の検知端８ａは、内筒部３に設けた透孔２１を通ってゴム流路ｉ内に配置されている。より具体的には、検知端８ａが内筒部３のゴム流路ｉの壁面ｉｅと整一してその一部を構成するように配置されている。 As the temperature detection means 8, a known temperature sensor can be used, and for example, a thermocouple or the like is suitable. The detection signal of the temperature detection means 8 is input to a control device (not shown). In the present embodiment, three temperature detection means 8 are arranged side by side at equal intervals in the analysis target section A. Note that the detection end 8 a of the temperature detection means 8 is disposed in the rubber flow path i through the through hole 21 provided in the inner cylinder portion 3. More specifically, the detection end 8a is arranged so as to be aligned with the wall surface ie of the rubber flow path i of the inner cylinder portion 3 to constitute a part thereof.

また、前記圧力検出手段９は、公知の圧力センサーを用いることができる。本実施形態では、解析対象区間Ａの最上流部及び最下流部にそれぞれ各一つの圧力検出手段９ｉ、９ｏを含んでいる。これらの検知信号も制御装置へと入力される。なお、温度検出手段８と同様、圧力検出手段９の検知端９ａも、内筒部３に設けた透孔２２を通ってゴム流路ｉの壁面ｉｅと整一して配置されている。これにより、圧力検出手段９は、ゴム流路ｉの解析対象区間Ａの上流側の圧力Ｐ0と、下流側の圧力ＰLとを測定することができる。 The pressure detection means 9 can be a known pressure sensor. In the present embodiment, each of the pressure detection means 9i and 9o is included in the most upstream part and the most downstream part of the analysis target section A, respectively. These detection signals are also input to the control device. Similar to the temperature detection means 8, the detection end 9 a of the pressure detection means 9 is also arranged in alignment with the wall surface ie of the rubber flow path i through the through hole 22 provided in the inner cylinder portion 3. Thereby, the pressure detection means 9 can measure the pressure P0 on the upstream side of the analysis target section A of the rubber flow path i and the pressure PL on the downstream side.

さらに、本実施形態において、外筒部２の基部４ａには、内筒部３の温度を調節するための流体が流れる調温流路１４が形成されている。本実施形態の調温流路１４は、基部４ａの円周方向に沿って環状にのびている。そして、この調温流路１４には、水、湯又はオイル等の流体が流出入する入口及び出口（図示省略）が設けられ、内部に流体が循環する。また、調温流路１４は、基部４ａの軸方向に距離を隔てて合計３本形成されている。 Furthermore, in the present embodiment, a temperature adjusting flow path 14 through which a fluid for adjusting the temperature of the inner cylinder portion 3 flows is formed in the base portion 4a of the outer cylinder portion 2. The temperature control channel 14 of the present embodiment extends in an annular shape along the circumferential direction of the base portion 4a. The temperature control channel 14 is provided with an inlet and an outlet (not shown) through which a fluid such as water, hot water or oil flows in and out, and the fluid circulates inside. A total of three temperature control channels 14 are formed at a distance in the axial direction of the base portion 4a.

本実施形態では、温度検出手段８にて測定された温度に基づき、図示しないポンプを駆動し、各調温流路１４に個別に、冷媒又は熱媒となる流体を出入りさせることができる。これにより、流体は、基部４ａを介して内筒部３と熱交換を行い、内筒部３の温度を、その軸方向長さに亘って（より好ましくは少なくとも解析対象区間Ａに亘って）所望の温度かつ一定に保つことができる。 In the present embodiment, a pump (not shown) is driven based on the temperature measured by the temperature detection means 8, and a refrigerant or a fluid serving as a heat medium can be made to go into and out of each temperature control channel 14 individually. Thereby, the fluid exchanges heat with the inner cylinder part 3 via the base part 4a, and the temperature of the inner cylinder part 3 extends over its axial length (more preferably over at least the analysis target section A). The desired temperature can be kept constant.

前記接続金具５は、例えば、略円盤状をなし、本実施形態では、外筒部２の後フランジ部４ｃにボルト１２で一体に固着される。また、接続金具５は、押出機Ｍの吐出口Ｍｏ側のフランジＭｆにボルト１５で固着される。これにより、測定装置１が押出機Ｍに片持ち状に装着できる。 The connection fitting 5 has, for example, a substantially disk shape, and in this embodiment, is integrally fixed to the rear flange portion 4c of the outer cylinder portion 2 with a bolt 12. Further, the connection fitting 5 is fixed to the flange Mf on the discharge port Mo side of the extruder M with a bolt 15. Thereby, the measuring apparatus 1 can be attached to the extruder M in a cantilever manner.

また、接続金具５の中央には、テーパ状の継ぎ流路１３が形成されている。該継ぎ流路１３は、押出機Ｍの吐出口Ｍｏと、内筒部３のゴム流入口３ｉとの間を繋ぐようにのびている。これにより、押出機Ｍから押し出された未加硫ゴムＵは、円滑に内筒部３のゴム流路ｉへと送給される。さらに、本実施形態の接続金具５には、前記内筒部３の後端側の端面と当接する第１の押圧面５ａが形成されている。 Further, a tapered joint channel 13 is formed at the center of the connection fitting 5. The joint channel 13 extends so as to connect between the discharge port Mo of the extruder M and the rubber inlet 3 i of the inner cylinder portion 3. Thereby, the unvulcanized rubber U extruded from the extruder M is smoothly fed to the rubber flow path i of the inner cylinder part 3. Further, the connection fitting 5 of the present embodiment is formed with a first pressing surface 5a that comes into contact with the end surface on the rear end side of the inner cylinder portion 3.

前記蓋部材６は、例えば、略円盤状をなし、外筒部２の前フランジ部４ｂにボルト１７で固着されている。また、蓋部材６には、前記内筒部３のゴム流路ｉの吐出口と同径をなすゴム吐出口６ｏが形成されている。さらに、蓋部材６の前記ゴム吐出口６ｏの周りには、内筒部３の先端側の端面と当接する第２の押圧面６ａが形成されている。 The lid member 6 has a substantially disk shape, for example, and is fixed to the front flange portion 4b of the outer cylinder portion 2 with bolts 17. Further, the lid member 6 is formed with a rubber discharge port 6o having the same diameter as the discharge port of the rubber flow path i of the inner cylinder portion 3. Further, a second pressing surface 6 a is formed around the rubber discharge port 6 o of the lid member 6 to be in contact with the end surface on the front end side of the inner cylinder portion 3.

前記内筒部３は、例えば、円筒状のパイプ材からなり、内部に押出機Ｍから押し出された未加硫ゴムＵが流れるゴム流路ｉが形成される。該ゴム流路ｉは、同一径で軸方向にのびる断面円形の内孔によって形成される。 The inner cylinder portion 3 is made of, for example, a cylindrical pipe material, and a rubber flow path i through which the unvulcanized rubber U extruded from the extruder M flows is formed. The rubber flow path i is formed by an inner hole having the same diameter and a circular cross section extending in the axial direction.

また、ゴム流路ｉの表面（即ち壁面ｉｅ）は、未加硫ゴムＵとの摩擦特性を測定する解析対象物で形成される。例えば、この内筒部３の少なくとも前記壁面ｉｅを、解析しようとする解析対象材料（金属材料）及び／又は表面粗さ（塗膜やコーティング等の表面処理の有無）で形成する。なお、種々の解析を行う場合には、前記壁面ｉｅの材料及び／又は表面粗さを異ならせた複数種類の内筒部３を予め準備し、これらを順次交換することにより、それぞれの摩擦特性を測定することができる。 Further, the surface of the rubber flow path i (that is, the wall surface ie) is formed of an analysis object that measures friction characteristics with the unvulcanized rubber U. For example, at least the wall surface ie of the inner cylinder portion 3 is formed of the material to be analyzed (metal material) and / or the surface roughness (whether or not there is a surface treatment such as a coating film or coating). In the case of performing various analyses, a plurality of types of inner cylinder portions 3 with different materials and / or surface roughnesses of the wall surface ie are prepared in advance, and these are sequentially exchanged to obtain respective friction characteristics. Can be measured.

また、本実施形態の内筒部３は、同心かつ軸方向に突き合わされることによって１本の連続した前記ゴム流路ｉを形成しうる２つの筒片３Ａ、３Ｂから構成されている。これらの筒片３Ａ、３Ｂは、接続金具５及び蓋部材６を外筒本体４に固着することにより、軸方向で互いに押圧され、突き合わせ面での隙間などを実質的に無くすことなく連続することができる。 Moreover, the inner cylinder part 3 of this embodiment is comprised from two cylinder piece 3A, 3B which can form the one said continuous rubber flow path i by confronting concentric and an axial direction. These cylinder pieces 3A and 3B are pressed against each other in the axial direction by fixing the connection fitting 5 and the lid member 6 to the outer cylinder main body 4, and are continuous without substantially eliminating gaps at the butted surfaces. Can do.

さらに、各筒片３Ａ、３Ｂには、位置合わせにより、外筒本体４に設けられた取付孔１０及び１１に連通する前述の透孔２１、２２が形成されている。これにより、温度検出手段８及び圧力検出手段９は、それぞれ外筒部２及び内筒部３を貫通してゴム流路ｉ内に検知部を臨ませることができる。 Furthermore, the above-described through holes 21 and 22 communicating with the mounting holes 10 and 11 provided in the outer cylinder main body 4 are formed in the respective cylinder pieces 3A and 3B by alignment. Thereby, the temperature detection means 8 and the pressure detection means 9 can penetrate the outer cylinder part 2 and the inner cylinder part 3, respectively, and can face a detection part in the rubber flow path i.

本実施形態において、外筒部２と内筒部３との円周方向の相対位置を能率良く位置決めし、取付孔１０及び１１に透孔２１、２２を能率良く揃えるために、筒片３Ａ、３Ｂには、その端部には、軸方向にのびるキー２３が一体形成される。他方、外筒部２には、前記キー２３と嵌合する凹部２４が形成されている。これにより、キー２３と凹部２４とを合わせて挿入することにより、調整作業などを要することなく、取付孔１０及び１１に透孔２１、２２を揃えることができる。従って、内筒部３の交換作業時の位置合わせ挿入が能率化できる。 In the present embodiment, in order to efficiently position the relative positions in the circumferential direction of the outer cylinder portion 2 and the inner cylinder portion 3 and to efficiently align the through holes 21 and 22 in the mounting holes 10 and 11, the cylinder pieces 3A, A key 23 extending in the axial direction is integrally formed at the end of 3B. On the other hand, the outer cylinder portion 2 is formed with a recess 24 that fits with the key 23. Accordingly, by inserting the key 23 and the recess 24 together, the through holes 21 and 22 can be aligned with the mounting holes 10 and 11 without requiring an adjustment operation or the like. Therefore, it is possible to increase the efficiency of the insertion of the alignment when the inner cylinder part 3 is replaced.

さらに、本実施形態においては、各筒片３Ａ、３Ｂには、互いに突き合わされた端面と反対側の端面（即ち、内筒部３の両外端面）に、露出する状態でネジ孔２９が設けられている。該ネジ孔２９は、本実施形態では、肉厚を膨出させた前記キー２３に穿設されている。このようなネジ孔２９には、各筒片３Ａ、３Ｂを外筒本体４から互いに離間する向きに引き出すための治具（図５に示す）を螺着することができ、内筒部３の交換作業をさらにう能率化しうる。 Furthermore, in the present embodiment, each cylindrical piece 3A, 3B is provided with a screw hole 29 in an exposed state on the end surface opposite to the end surface that is abutted with each other (that is, both outer end surfaces of the inner cylindrical portion 3). It has been. In the present embodiment, the screw hole 29 is formed in the key 23 having a thickened wall. In such a screw hole 29, a jig (shown in FIG. 5) for pulling the cylindrical pieces 3A, 3B away from the outer cylinder body 4 can be screwed. The exchange work can be made more efficient.

以上のように構成された本実施形態の測定装置１では、図４の状態に組み立てられた後、押出機Ｍに装着される。次に、押出機Ｍのスクリュー軸を回転させることにより、未加硫ゴムＵが、継ぎ流路１３を経て内筒部３のゴム流路ｉへと連続供給される。なお、内筒部３を流れた未加硫ゴムは、最終的にはゴム吐出口６ｏから外部に吐出される。 In the measuring apparatus 1 according to the present embodiment configured as described above, after being assembled in the state of FIG. Next, by rotating the screw shaft of the extruder M, the unvulcanized rubber U is continuously supplied to the rubber flow path i of the inner cylinder portion 3 through the joint flow path 13. The unvulcanized rubber that has flowed through the inner cylinder portion 3 is finally discharged to the outside from the rubber discharge port 6o.

なお、各種の測定は、未加硫ゴムＵの流れが安定した後に開始されるのが良い。そして、温度検出手段８によって、解析対象区間Ａのゴム流路ｉの壁面位置での未加硫ゴムの温度が検出される。 Various measurements are preferably started after the flow of the unvulcanized rubber U is stabilized. Then, the temperature of the unvulcanized rubber at the wall surface position of the rubber flow path i in the analysis target section A is detected by the temperature detection means 8.

この測定では、予め定めた一定の解析温度で行われるのが望ましい。本実施形態では、温度検出手段８によって測定された温度が、上記解析温度よりも高くなると、制御装置は、図示しないポンプを駆動し、前記調温流路節１４に冷媒を供給する。これにより、外筒部２を介して内筒部３を冷却制御できる。他方、温度検出手段８によって測定された温度が、解析温度よりも低い場合、制御装置は、ポンプを駆動して調温流路１４に熱媒を供給する。これにより、外筒部２を介して内筒部３を加温制御できる。このように、本実施形態の測定装置１では、内筒部３を解析温度に保つことができる。 This measurement is desirably performed at a predetermined constant analysis temperature. In the present embodiment, when the temperature measured by the temperature detecting means 8 becomes higher than the analysis temperature, the control device drives a pump (not shown) and supplies the refrigerant to the temperature adjusting channel node 14. Thereby, cooling control of the inner cylinder part 3 can be carried out via the outer cylinder part 2. FIG. On the other hand, when the temperature measured by the temperature detection means 8 is lower than the analysis temperature, the control device drives the pump to supply the heating medium to the temperature control channel 14. Thereby, heating control of the inner cylinder part 3 can be carried out via the outer cylinder part 2. FIG. Thus, in the measuring apparatus 1 of this embodiment, the inner cylinder part 3 can be kept at analysis temperature.

また、圧力検出手段９ｉ、９ｏによって、解析対象区間Ａの未加硫ゴムＵの入口圧力Ｐ0及び出口圧力ＰLをそれぞれ検知できる。 Further, the pressure detection means 9i and 9o can detect the inlet pressure P0 and the outlet pressure PL of the unvulcanized rubber U in the analysis target section A, respectively.

また、異なる材料及び／又は表面粗さのゴム流路を具えた内筒部３で測定を行いたい場合、図５に示されるように、先ず、接続金具５及び蓋部材６が、外筒本体４から取り外される。同様に、温度検出手段８及び圧力検出手段９が外筒部２から抜き取られる。しかる後、内筒部３の各筒片３Ａ、３Ｂに設けられたネジ孔２９に治具Ｊ（この例では引き抜き用のグリップとボルトとが示される）を螺着し、該治具Ｊを両外側に引き抜くことによって、外筒部２から各筒片３Ａ及び３Ｂを抜き取ることができる。このような分割タイプの内筒部３は、引き抜き長さを小として、交換作業性を能率化しうる。 Further, when it is desired to perform measurement with the inner cylinder portion 3 having rubber flow paths of different materials and / or surface roughness, first, as shown in FIG. 5, the connection fitting 5 and the lid member 6 are the outer cylinder main body. 4 is removed. Similarly, the temperature detection means 8 and the pressure detection means 9 are extracted from the outer cylinder portion 2. Thereafter, a jig J (in this example, a pulling grip and a bolt are shown) is screwed into the screw holes 29 provided in each of the cylinder pieces 3A and 3B of the inner cylinder portion 3, and the jig J is The cylindrical pieces 3A and 3B can be extracted from the outer cylindrical portion 2 by pulling out both sides. Such a split-type inner cylinder part 3 can make the replacement workability efficient by reducing the pull-out length.

そして、予め準備された別の内筒部３の各筒片３Ａ、３Ｂが、外筒部２に挿入され、接続金具５及び蓋部材６が外筒本体４に固着される。これにより、内筒部３が形成される。しかる後、温度検出手段８及び圧力検出手段９が外筒本体４から装着される。 Then, each of the cylinder pieces 3 A and 3 B of another inner cylinder part 3 prepared in advance is inserted into the outer cylinder part 2, and the connection fitting 5 and the lid member 6 are fixed to the outer cylinder body 4. Thereby, the inner cylinder part 3 is formed. Thereafter, the temperature detecting means 8 and the pressure detecting means 9 are mounted from the outer cylinder main body 4.

図４に示した測定装置を用いて、下記の条件にて未加硫ゴムと２種類の内筒部との摩擦特性の測定を行った。 Using the measuring apparatus shown in FIG. 4, the friction characteristics between the unvulcanized rubber and the two types of inner cylinders were measured under the following conditions.

［内筒部の仕様］
内筒部は、いずれも炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）から形成されたパイプ材からなり、一つはゴム流路の壁面にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のコーティングを施したもの、もう一つはゴム流路の壁面にＳＡＣＭ６４５の窒化鋼をコーティングしたものとした。 [Specifications of inner cylinder]
The inner cylinder part is made of a pipe material made of carbon steel (S45C), one of which is coated with polytetrafluoroethylene (PTFE) on the wall surface of the rubber flow path, and the other is a rubber flow. The road wall was coated with SACM645 nitride steel.

［押出機の流量］
また、押出機のゴムの流量については、定常運転を確認した後、１８秒間に押し出されたゴムの重量を測定し、これを秒数で除すことにより単位時間あたりの流量を求めた。なお、ゴムの流れ状態等を安定化させるために、測定は、押出機を最低３０秒間初期運転させた後に開始した。 [Extruder flow rate]
Regarding the rubber flow rate of the extruder, after confirming steady operation, the weight of rubber extruded for 18 seconds was measured, and this was divided by the number of seconds to obtain the flow rate per unit time. In order to stabilize the rubber flow state and the like, the measurement was started after the extruder was initially operated for a minimum of 30 seconds.

［ゴム配合］
未加硫ゴムのゴム配合については、内筒部Ｘ、Ｙでともに共通とし、タイヤに用いられる一般的なシリカ配合の黒色のゴム組成物とした。 [Rubber compounding]
About the rubber | gum mixing | blending of unvulcanized rubber, it was set as the common in the inner cylinder parts X and Y, and it was set as the black rubber composition of the general silica mixing | blending used for a tire.

［ゴム温度の測定］
ゴム吐出口直ぐのゴムに熱電対を突き刺して１０秒後の温度計の目盛りを読み取ることにより測定された。 [Measurement of rubber temperature]
The measurement was made by inserting a thermocouple into the rubber immediately after the rubber outlet and reading the scale on the thermometer 10 seconds later.

［測定結果］
図６に示されるように、ゴム流路の壁面が低表面自由エネルギーを有するＰＴＦＥの内筒部は、ＳＡＣＭ６４５の窒化鋼を窒化したものに比較すると、壁面でのせん断応力は小さく、かつ、スリップ速度が上昇する傾向が見られた。この様に、本発明の方法及び測定装置を使用すれば、各ゴム流路の摩擦特性を数値で定量的に確認、評価することができる。 [Measurement result]
As shown in FIG. 6, the inner wall portion of PTFE, in which the wall surface of the rubber channel has low surface free energy, has less shear stress on the wall surface than that obtained by nitriding SACM645 nitride steel, and slip There was a tendency to increase speed. Thus, if the method and measuring apparatus of the present invention are used, the frictional characteristics of each rubber flow channel can be quantitatively confirmed and evaluated numerically.

次に、上記測定装置のゴム流路の内径を３水準（３０mm、３７．５mm及び４５mm）としてせん断応力が変わるようにし、それぞれの条件でスリップ速度を導出した。壁面温度は６０℃に設定した。結果は、図７に示されるように、せん断応力とすべり速度の関係を得ることができた。従って、このような結果から、ゴムの押出し時の温度について、最適なスリップ速度を調べるのに役立つ。 Next, the inner diameter of the rubber flow path of the measuring device was set to three levels (30 mm, 37.5 mm, and 45 mm) so that the shear stress changed, and the slip speed was derived under each condition. The wall surface temperature was set to 60 ° C. As a result, as shown in FIG. 7, it was possible to obtain the relationship between the shear stress and the sliding speed. Therefore, from such a result, it is useful to investigate the optimum slip speed with respect to the temperature at the time of rubber extrusion.

以上のように、本実施例の装置を用いると、流動性材料の流路の壁面の材質、表面粗さ、温度、流動性材料の温度等によって、壁面での摩擦特性がどの様に変化するのかを、簡単に実験でかつ定量的に求めることができる。また本実施形態の測定装置では、内筒部の内径を大きく設定できるため、流路の壁面のメッキや表面加工が容易となり、かつ、金属表面の実温度計測や、圧力損失の計測もしやすいという利点を有する。 As described above, when the apparatus of this embodiment is used, the friction characteristics on the wall surface change depending on the material, surface roughness, temperature, fluid material temperature, etc. of the flowable material flow path. It can be easily determined experimentally and quantitatively. In the measuring device of this embodiment, since the inner diameter of the inner tube portion can be set large, it is easy to plate the wall surface of the flow path and to process the surface, and to easily measure the actual temperature of the metal surface and the pressure loss. Have advantages.

１測定装置
２外筒部
３内筒部
３Ａ、３Ｂ筒片
４外筒本体
４ａ基部
４ｂ前フランジ部
４ｃ後フランジ部
５接続金具
６蓋部材
６ｏゴム吐出口
７内孔
８温度検出手段
９圧力検出手段
１４調温流路
１５、１７ボルト
２９ネジ孔
Ａ解析対象区間
ｉゴム流路
ｉｅゴム流路の壁面
Ｊ治具
Ｍ押出機 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measuring apparatus 2 Outer cylinder part 3 Inner cylinder part 3A, 3B Tube piece 4 Outer cylinder main body 4a Base part 4b Front flange part 4c Rear flange part 5 Connection metal fitting 6 Lid member 6o Rubber discharge port 7 Inner hole 8 Temperature detection means 9 Pressure detection Means 14 Temperature control flow path 15, 17 Bolt 29 Screw hole A Analysis target section i Rubber flow path ie Rubber flow path wall J Jig M Extruder

Claims

可塑化されたゴム又は樹脂を含む流動性材料と、該流動性材料が流れる流路の壁面との摩擦特性を計算する方法であって、
前記流動性材料を、同一内径かつ予め定めた解析対象区間で軸方向にのびる前記流路に連続して供給する工程と、
前記流路の解析対象区間の上流側の壁面の圧力Ｐ0と、前記流路の解析対象区間の下流側の壁面の圧力Ｐ1とを測定する工程と、
前記圧力の差（Ｐ0−Ｐ1）から下記式（１）によって解析対象区間の流路の壁面でのせん断応力τwを計算する工程と、
該せん断応力と、前記流動性材料の単位時間当たりの流量と、前記流動性材料の粘度特性とを用いて下記式（２）で前記流路の壁面でのスリップ速度を計算する工程とを含むことを特徴とする流動性材料と流路の壁面との摩擦特性を計算する方法。

A method for calculating a friction characteristic between a flowable material containing plasticized rubber or resin and a wall surface of a flow path through which the flowable material flows,
Supplying the flowable material continuously to the flow path extending in the axial direction at the same inner diameter and a predetermined analysis target section;
Measuring the pressure P0 of the upstream wall surface of the analysis target section of the flow path and the pressure P1 of the downstream wall surface of the analysis target section of the flow path;
Calculating the shear stress τw at the wall surface of the flow path in the analysis target section from the pressure difference (P0−P1) by the following formula (1):
Using the shear stress, the flow rate per unit time of the flowable material, and the viscosity characteristic of the flowable material, and calculating the slip speed at the wall surface of the flow path by the following equation (2). A method for calculating a friction characteristic between a flowable material and a wall surface of a flow path.

前記流動性材料の粘度特性を、
該流動性材料の粘度を、粘度計を用いて測定する工程と、
前記測定された粘度を、流動性材料の解析対象区間での流動性材料の温度に、時間−温度換算則を用いて換算する工程とを含んで計算する請求項１記載の流動性材料と流路の壁面との摩擦特性を計算する方法。 Viscosity characteristics of the flowable material
Measuring the viscosity of the flowable material using a viscometer;
The flowable material and flow according to claim 1, wherein the measured viscosity is calculated by converting the temperature of the flowable material in the analysis target section of the flowable material using a time-temperature conversion rule. A method of calculating the friction characteristics with the road wall.

請求項１又は２に記載された流動性材料と流路の壁面との摩擦特性を計算する方法に用いられる測定装置であって、
前記流動性材料を押し出す押出機の吐出側の端部に装着される外筒部と、該外筒部に着脱自在に内挿された内筒部とを含み、
前記内筒部は、同一径で軸方向にのびかつ前記押出機から押し出された流動性材料が供給される流路を具え、かつ、前記流路の表面は、前記流動性材料との摩擦特性を測定する解析対象物で形成されるとともに、
前記流路の解析対象区間の温度を測定する温度検出手段と、該解析対象区間の圧力を検出する圧力検出手段とを具えることを特徴とする測定装置。 A measuring device used in a method for calculating a friction characteristic between a flowable material according to claim 1 or 2 and a wall surface of a flow path,
Including an outer cylinder portion attached to an end portion on the discharge side of the extruder for extruding the fluid material, and an inner cylinder portion detachably inserted in the outer cylinder portion,
The inner cylinder portion has a channel having the same diameter, extending in the axial direction, and supplied with the fluid material extruded from the extruder, and the surface of the channel has friction characteristics with the fluid material. Is formed with an analysis object that measures
A measuring apparatus comprising temperature detecting means for measuring the temperature of the analysis target section of the flow path and pressure detection means for detecting the pressure of the analysis target section.

前記外筒部には、前記内筒部の温度を調節するための流体が流れる調温流路が形成される請求項３記載の測定装置。 The measuring apparatus according to claim 3, wherein a temperature control channel through which a fluid for adjusting the temperature of the inner cylinder part flows is formed in the outer cylinder part.

前記外筒部は、軸方向にのびるとともに前記内筒部が挿入される外筒本体と、
該外筒本体の押出機側に着脱自在に固着されかつ前記押出機の前記端部に固着されることにより前記押出機から押し出されたを前記内筒部の流路に導入する継ぎ流路を有する接続金具と、
前記外筒本体の押出機と反対側の端部である先端側に着脱自在に固着されかつ前記流路を流れる流動性材料を吐出する吐出口を有する蓋部材とを含み、
前記内筒部は、前記接続金具及び蓋部材の間で軸方向に押圧されて同心に突き合わされた２つの筒片からなる請求項３又は４記載の測定装置。 The outer cylinder part extends in the axial direction and the outer cylinder body into which the inner cylinder part is inserted;
A joint flow path that is detachably fixed to the extruder side of the outer cylinder main body and that is extruded from the extruder by being fixed to the end portion of the extruder and is introduced into the flow path of the inner cylinder portion. A connection fitting having
A lid member that is detachably fixed to the distal end side opposite to the extruder of the outer cylinder main body and has a discharge port for discharging the fluid material flowing through the flow path,
5. The measuring device according to claim 3, wherein the inner cylinder portion includes two cylinder pieces that are pressed in the axial direction between the connection fitting and the lid member and concentrically face each other.

前記各筒片は、前記突き合わされた端面と反対側の端面に、各筒片を前記外筒本体から互いに離間する向きに引き出すための治具を螺着するためのネジ孔を有する請求項５記載の測定装置。 The said each cylinder piece has a screw hole for screwing the jig | tool for pulling out each cylinder piece in the direction spaced apart from the said outer cylinder main body to the end surface on the opposite side to the said faced end surface. The measuring device described.