CN1093791C - 密闭型搅拌装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的密闭型搅拌装置备有形成蚕茧形断面密闭腔(2)的机身部件(1)和平行地配置在上述腔(2)内的、反向旋转的一对旋转体(3)(4)，其特征在于，各旋转体(3)(4)具有在圆周方向等角度隔开的3个绕中心轴线螺旋状延伸的长翼(18)(19)(20)，各旋转体(3)(4)的中心轴线(17a、17b)以上述长翼(18)(19)(20)不相互啮合的程度相距距离L，长翼部分(18)(19)(20)的旋转体断面形状为(a)上述旋转体断面形状为略三角形；和下列中的一种：(b)上述旋转体断面形状中的旋转方向背面(26)的非作用面(22)包含以翼的翼尖(21)的端点(18a)为起点的直线；(c)上述旋转体断面形状中的旋转方向背面(26)由一个光滑的近似凹形或近似凸形或近似直线的曲面形成，设上述旋转体断面形状的最大直径为Dr、最小直径为Dd时，在0.5＜Dd/Dr＜0.75的范围内，(d)最好在0.6＜Dd/Dr＜0.7的范围内；重要的是要把非作用面(22)做成为比较平坦的面。

Description

密闭型搅拌装置
本发明涉及能提高生产性的、适合于搅拌橡胶状物的分批式密闭型搅拌装置。
通常，用于轮胎等的橡胶是将生橡胶和硫磺、碳、充填物等添加物均匀搅拌而成的。为了搅拌该生橡胶和添加物而使用密闭型搅拌装置。该密闭型搅拌装置可降低橡胶的可塑度并使添加物均匀分散。但是，用于汽车的子午轮胎(有辐射线花纹的轮胎)的橡胶是硬质的，其添加物的均匀分散比通常的橡胶困难。
在日本专利公报特公昭58-4567号和特公昭58-5094号中揭示了能均匀分散添加物的密闭型搅拌装置。
这些公报揭示的密闭型搅拌装置中，在断面为蚕茧形的密闭腔内平行地配置着一对非啮合的向相反方向旋转的转动体，各转动体共有4个翼，即在圆周方向等角度的2个长翼和在圆周方向等角度的2个短翼。这些长翼和短翼的翼长比及推力比等被设定成适当的值。即，通过将总翼数从2翼增加到4翼使搅拌功能提高。
目前，为了提高轮胎的质量，橡胶的硬度变得更高，对搅拌分散程度的要求也日益严格。因此，即使是上述的4翼转动体也不能在预定搅拌时间内均匀地分散添加物，需要长时间的搅拌。但长时间搅拌时，被搅拌的橡胶温度上升而引起加硫反应等变质。为此，当橡胶温度上升到某程度时，必须从腔中取出橡胶使其冷却，将该冷却了的橡胶再次搅拌，所以要进行若干次的搅拌。由于进行这样若干次的搅拌，使密闭型搅拌装置的单位时间生产率大为降低。
日本专利公报特开昭63-47107号(USP 4871259)揭示了一种能减少搅拌次数、提高搅拌性能的密闭型搅拌装置。该密闭型搅拌装置中，在断面为蚕茧形的密闭腔内平行地配置着一对向相反方向旋转的旋转体，各旋转体具有在圆周方向等角度的3个长翼和与该长翼连续的3个短翼，为了增加容纳橡胶的容积，各翼的旋转方向背面和各翼的半径方向外端的切线形成的切入角设定为40度以上至140度以下。为了防止材料滞留在该旋转方向背面的非作用面上的切槽内，使一对旋转体的中心轴线相距较近，各旋转体的翼相互啮合，长翼和短翼形成为连续的翼。
但是，在具有上述旋转体，即该旋转体上具有圆周方向等角度的3个长翼和切槽的密闭型搅拌装置中，由于旋转体中心轴线间的距离短，翼相互啮合，所以腔的容积减小，由切槽而增加的容纳橡胶的容积很有限，橡胶容纳容积比具有2个长翼的旋转体减小。另外，为了抑制橡胶容纳容积的减小而加深切槽时，橡胶滞留在该部分，存在着容易产生游离碳的问题。
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种密闭型搅拌装置，该装置中配设着一对非啮合旋转体，该旋转体具有在圆周方向等角度隔开的3个长翼，能不减少橡胶容纳容积并得到均匀的搅拌。
为了实现上述目的，本发明提供一种密闭型搅拌装置，包括：
一具有所述腔的机身部件；
设在所述腔内互相平行的一第一旋转体和一第二旋转体，所述旋转体以彼此相反的方向旋转，每个所述旋转体具有三个长翼，其中所述旋转体的中心轴线设置成彼此分开而使所述长翼彼此不相啮合；
其特征在于：
在每个所述旋转体上的每个所述长翼绕各自旋转体的中心轴线螺旋状延伸，每个所述长翼设置成与其它的所述长翼在圆周方向上等角度隔开；
所述旋转体各自具有一大致三角形的轮廓形状；所述三角形轮廓的每一侧包含一作用面和一非作用面，其中所述非作用面的一条断面轮廓线包含一条以所述翼的一翼尖端点为起点的大致直线。
根据本发明，还提供一种密闭型搅拌装置，包括：
一具有密闭腔的机身部件；
设在所述腔内互相平行的一第一旋转体和一第二旋转体，所述旋转体以彼此相反的方向旋转，每个所述旋转体具有三个长翼，其中所述旋转体的中心轴线设置成彼此分开而使所述长翼彼此不相啮合；
其特征在于：
在每个所述旋转体上的每个所述长翼绕各自旋转体的中心轴线螺旋状延伸，每个所述长翼设置成与其它的所述长翼在圆周方向上等角度隔开；
所述旋转体各自具有一大致三角形的轮廓形状；所述三角形轮廓分别具有一最大直径Dr和一最小直径Dd，其比例处于0.5＜Dd/Dr＜0.75的范围内。
根据本发明，另外还提供一种密闭型搅拌装置，包括：
一具有密闭腔的机身部件；
设在所述腔内互相平行的一第一旋转体和一第二旋转体，所述旋转体以彼此相反的方向旋转，每个所述旋转体具有三个长翼，其中所述旋转体的中心轴线设置成彼此分开而使所述长翼彼此不相啮合；
其特征在于：
在每个所述旋转体上的每个所述长翼绕各自旋转体的中心轴线螺旋状延伸，每个所述长翼设置成与其它的所述长翼在圆周方向上等角度隔开；
所述旋转体各自具有一大致三角形的轮廓形状；所述三角形轮廓分别具有一最大直径Dr和一最小直径Dd，其比例处于0.6＜Dd/Dr＜0.7的范围内。
由于长翼为3个使旋转体的表面积增加，所以搅拌物被冷却，可加长搅拌时间。由于各旋转体的中心轴线以长翼不啮合的程度分开着，所以腔内容积不减少。由于是非啮合旋转体，需要将足够的搅拌物取入到旋转体断面形状中的从翼尖看的旋转体旋转方向的作用面上，为了实现良好的取入，旋转体断面形状中特别是旋转方向背面(从翼尖看在旋转体的反旋转方向上的面)上的非作用面的形状是很重要的。如果将该非作用面做成为普通的凸形或凹形，则实验证明被取入作用面前方的搅拌物减少。具体地说，非作用面必须做成为比较平坦的面。这里所谓非作用面是指在旋转方向背面上、从翼尖的旋转方向背面侧(反旋转方向一侧)的翼尖端点到距离该翼尖端点1/2至9/10翼尖间距的反旋转方向上的点之间的面。
如上所述，旋转体是非啮合的，具有在圆周方向等角度的3个长翼，将该长翼的旋转方向背面的非作用面形状做成比较平坦，能增加冷却能力，减少搅拌次数，抑制腔内有效容积的减少，所以，与现有的非啮合不连续4翼旋转体及带切槽的啮合连续3翼旋转体的搅拌装置相比，能提高生产效率。另外，能防止带切槽啮合连续3翼旋转体中的易产生游离碳的问题。
在上述的本发明中，上述旋转体断面形状中的旋转方向背面的作用面最好形成为凸形，最好与上述旋转体断面形状中的旋转方向背面的非作用面光滑地连接。这样，旋转体断面形状的轮廓光滑连续。
在上述的本发明中，上述旋转方向背面的非作用面最好形成为近似凸形的直线。这样，取入作用面的材料可增多。
在在上述的本发明中，最好上述旋转体具有与上述长翼部分的旋转体断面形状同样断面的3个短翼，该长翼和上述短翼不连续。由于长翼和短翼不连续，在腔内轴方向的搅拌物活跃地流动，整个腔内分散度的不均减少，可提高搅拌质量。
在上述长短翼不连续的发明中，上述旋转体的短翼相对于长翼的翼长比最好为0.1～0.67的范围。当短翼相对于不连续长翼的比为0.1～0.67时，能切实地产生腔内轴方向的流动，在腔内轴方向上的分散度均匀，更加提高搅拌质量。
在上述的长短翼不连续的发明中，上述长翼和上述短翼最好在周方向上重叠。因为在重叠部分搅拌的机会增加。
图1是本发明密闭型搅拌装置主要部分的断面图。
图2是本发明装置中的旋转体的展开图。
图3是表示用本发明装置的旋转体搅拌结束时的材料温度图表。
图4是表示用本发明装置的旋转体搅拌的穆尼粘度降低效率图表。
图5是表示用本发明装置的旋转体搅拌的腔内分散程度图表。
图6是第1对照例的密闭型搅拌装置的主要部分断面图。
图7是第2对照例的密闭型搅拌装置的主要部分断面图。
图8是表示本发明装置和第1、第2对照例的穆尼粘度降低效率的图表。
图9表示本发明装置的另一种旋转体的形状。
图10是表示用本发明装置的旋转体搅拌的腔内分散程度图表。
图11是用具有4翼的旋转体搅拌的腔内分散程度图表。
图12是表示用本发明装置、特别是具有6翼长短不连续旋转体搅拌的腔内分散程度图表。
图13是本发明装置的6翼长短连续旋转体的展开图。
图14是用本发明装置的6翼长短连续旋转体和对照例的4翼长短不连续旋转体搅拌的腔内分散程度图表。
下面，参照附图说明本发明的一实施例。图1是密闭型搅拌装置的主要部分断面图，图2是旋转体的展开图。
图1中，机身部件1由箱体13和图未示的端板构成，箱体13具有浮动式重锤11及落下门12，端板设在箱体13的垂直于纸面方向的两端。在该机身部件1的内部，形成图示断面为蚕茧形的腔2。该蚕茧形断面的腔由左室14、右室15和作为连通部分的桥部16构成。左右一对旋转体3、4由中心轴17a、17b可旋转地支承着。由于中心轴线17a、17b的间隔大于旋转体3、4的最大直径Dr，所以，旋转体以非啮合状态如图示箭头a、b所示地向相反方向旋转。橡胶状材料通过浮动重锤11的推压而被投入腔2内，经过旋转体3、4的搅拌后通过打开落下门12排出。
如图所示，旋转体3、4具有在圆周方向以120度等分配置的3个长翼18、19、20。各长翼18、19、20的顶上形成与腔2内壁保持预定间隔的翼尖21。从长翼18的翼尖21的端点18a到长翼19的翼尖21的端点19a是以长翼18的翼尖21为基准时的旋转方向背面26，被区分为长翼18的翼尖21的非作用面22和长翼19的翼尖21的作用面23。作用面23是用于将搅拌物导向翼尖21的滞留部分，通常形成为凸曲面。非作用面22是用于将桥部16部分的搅拌物取入到作用面一侧的重要部分，是以长翼18的翼尖21的端点18a为起点的直线。非作用面22比作用面23长，所以旋转体3、4呈略三角形，与后述图6所示的旋转锯齿形及图7所示的鼓胀形明显不同。
图2表示旋转体3、4的展开形状。为了使搅拌物朝着旋转体3、4的中心移动，在圆周方向间隔120的各长翼18、19、20从旋转体3、4的一方轴向端以倾斜角θ螺旋状地延伸，在中途中断。设有从该中断部分18b、19b、20b之间向旋转体3、4的另一方轴向端延伸的短翼30、31、32。长翼18、19、20和短翼30、31、32是不连续的，所以搅拌物如箭头c所示地沿旋转体轴方向蛇行地移动。另外，长翼18、19、20的中断部分18b、19b、20b和短翼30、31、32的中断部分30b、31b、32b在圆周方向排成为一列，如双点划线所示地，如果延长短翼30、31、32，作成在周方向的重叠部分，则在该重叠部分的翼数增加，因而更增强搅拌功能。另外，该重叠部分及长短翼的中断部分18b、19b、20b、30b、31b、32b在周方向排列部分的旋转体断面形状为近似于6角形的形状。即，图1的旋转体断面形状只表示了长翼18、19、20或短翼30、31、32部分的断面。
下面说明关于图1所示密闭型搅拌装置性能的实验例。对图3所示的非啮合6翼旋转体3、4的性能和非啮合4翼旋转体51、52的性能进行对比说明。如图3所示，实验中所用的非啮合4翼旋转体51、52的作用面和非作用面都是凸状的，其整体为小图章型断面。另外，实验中采用二维试验机，用相同的旋转数、相同的投入材料量搅拌相同时间后，测定两者的材料温度。
如图3的图表所示，搅拌结束时的材料温度有相当大的差别，6翼旋转体3、4比4翼旋转体51、52冷却能力高。又如图4所示，用穆尼粘度降低效率表示的可塑化程度也是6翼旋转体3、4高于4翼旋转体51、52。由此可见，6翼旋转体3、4在可塑性方面的搅拌功能较优。
另外，用图2所示旋转体的三维试验对6翼旋转体和4翼旋转体进行比较。图5表示一实验例，该实验例对长短翼圆周方向的偏移角α＝60°、翼长比为0.1的6翼旋转体和长短翼圆周方向的偏移角α＝90°、翼长比为0.2的4翼旋转体的分配性能进行比较。如图5所示，由整个腔内的分散度不均表示的分配性能也是6翼旋转体高于4翼旋转体。由此可见，6翼旋转体在分配方面的搅拌功能较优。
下面，就旋转体的非作用面形状产生的影响，对图1所示旋转体形状与图6(第1对照例)及图7(第2对照例)所示旋转体形状进行比较说明。实验是采用上述的二维试验机。
图6(第1对照例)所示旋转体61、62，在旋转方向背面67，从翼尖端点到翼尖端点大体等分为非作用面63和作用面64，非作用面63为凹形，作用面64为凸形。图7(第2对照例)所示旋转体71、71，在旋转方向背面76，从翼尖端点到翼尖端点大体等分为非作用面73和作用面74，非作用面73为凸形，作用面74也是凸形。
图6(第1对照例)所示形成凹形非作用面63的旋转体61、62上，产生较大的空隙，如旋转体62的非作用面的空隙65和桥部16附近的空隙66。这意味着从桥部16附近取入作用面的材料减少。另外，因非作用面的空隙65而引起游离碳的产生。
图7(第2对照例)所示形成凸形非作用面73的旋转体71、72上，产生较大的空隙，如桥部16附近的空隙75。这意味着从桥部16附近取入作用面的材料减少。
但是，图1(本发明例)所示形成直线形非作用面22的旋转体3、4上，虽然产生桥部16附近的空隙25，但其程度比图6(第1对照例)和图7(第2对照例)所示的都少。这意味着从桥部16附近取入作用面的材料减少得不多。即，即使将旋转体3、4做成为非啮合的，通过适当设定旋转体3、4的非作用面形状，可确保材料向作用面的取入，其取入程度不亚于啮合状态的旋转体。
这一事实由图8明确地示出。图8表示因旋转体形状差而导致的穆尼粘度降低效率的差。穆尼粘度降低效率按照直线(本发明)、凸形(第2对照例)、凹形(第1对照例)非作用面形状的顺序从高到低。即，如果将旋转方向背面的非作用面形状作成为近似直线或近似凸形的平坦状，则被取入作用面的材料增多，在翼尖的搅拌机会增加。
上面对图1所示旋转体的旋转方向背面的非作用面形状为直线或整个旋转体为略三角形的情形作了说明。总之，在旋转体断面形状中的旋转方向背面的非作用面，形成为一个光滑的近似凹形或近似凸形或近似直线的曲面，重要的是要与凸形作用面光滑地连接。从该观点出发，以下说明对各种具有平坦非作用面的旋转体形状进行验证的结果。
如图9所示，设旋转体断面形状的最小直径为Dd，最大直径为Dr时，采用Dd/Dr的比率规定平坦度。图示例中，由一个光滑的近似凹形或近似凸形或近似直线形的曲面形成旋转方向背面，该旋转方向背面中有一半以上且9/10以内是平坦度高的非作用面，其余的是凸形或平坦的的作用面。这种情况下如图所示，0.5＜Dd/Dr＜0.75是容许范围，其搅拌度与与图6及图7所示旋转体相比有明显的差别。其中，最好是0.6＜Dd/Dr＜0.7，尽量使非作用面近似为直线。
上述的试验主要是二维试验的结果，下面说明用三维形状试验对翼的轴方向影响的调查结果。
将图2所示的长翼和短翼的不连续翼情况下，对模拟材料的搅拌试验的结果与连续翼(图2中，使短翼的30b、31b、32b与长翼的中断部分18b、19b、20b对准的情形)进行对比说明。图10表示6翼的连续或不连续的结果，图11表示4翼的连续或不连续的结果。无论是6翼还是4翼，不连续翼与连续翼相比，整个腔内的分散度的不均匀性减少，不连续翼优于连续翼。
另外，对图2所示不连续翼中长翼与短翼的翼长比的影响，用图12说明采用图2的6翼旋转体，使翼长变化时的模拟材料的搅拌试验结果。图12中，翼长比小具有良好的分配性能，但翼长比为0.67时也具有能使用的分配性能，当翼长比小于0.1时，旋转体的制造较困难，所以，适合的翼长比为0.1～0.67的范围。
从以上实施例的说明可知，本发明断面形状的具有6翼长短翼不连续的旋转体最好，即使是6翼长短翼连续的旋转体也优于4翼长短翼不连续旋转体。这些都在本发明范围内，用图13和图14对其进行说明。
先用图13说明试验中所采用的6翼长短翼连续的旋转体3′、4′的展开形状。为了使搅拌物向旋转体3′、4′的内侧移动，在圆周方向间隔120度的连续翼18′、19′、20′从旋转体3′、4′的一方轴向端以倾斜角θ螺旋状地延伸，在中间部分18b′、19b′、20b′以相反方向的倾斜角螺旋状地一直延伸到端部。倾斜角θ的螺旋部分是长翼，相反方向螺旋的部分是短翼，长短翼的翼长比与图2所示的相同。
为了与这种6翼长短翼连续旋转体比较，采用了4翼长短翼不连续旋转体。该4翼长短翼不连续旋转体为二组，比图2所示的长短翼组减少一组，以180°的相位差配设该二组的长短翼。
下面，用图14说明上述的4翼长短翼不连续旋转体和6翼长短翼连续旋转体的分散不均程度。从图14可知，与4翼长短翼不连续旋转体相比，不仅6翼长短翼不连续旋转体具有很好的特性，6翼长短翼连续旋转体也有很好的特性。即，具有6翼且具有图1所示断面形状的非啮合旋转体是至关重要的。6翼长短翼不连续与6翼长短翼连续的差异只不过是最佳实施例与次佳实施例之差。
如上所述，由于本发明的密闭型搅拌装置是非啮合式且具有圆周方向等角度隔开的3个长翼，将该长翼的旋转方向背面的非作用面形状做成为比较平坦状，所以使冷却能力增加，搅拌次数减少，同时，能极力抑制腔内有效容积的减少，也能减少游离碳的产生，最适合于搅拌要求特别强搅拌的轮胎用橡胶。

Claims (16)

1.一种密闭型搅拌装置，包括：
一具有密闭腔的机身部件；
设在所述腔内互相平行的一第一旋转体和一第二旋转体，所述旋转体以彼此相反的方向旋转，每个所述旋转体具有三个长翼，其中所述旋转体的中心轴线设置成彼此分开而使所述长翼彼此不相啮合；
其特征在于：
在每个所述旋转体上的每个所述长翼绕各自旋转体的中心轴线螺旋状延伸，每个所述长翼设置成与其它的所述长翼在圆周方向上等角度隔开；
所述旋转体各自具有一大致三角形的轮廓形状；所述三角形轮廓的每一侧包含一作用面和一非作用面，其中所述非作用面的一条断面轮廓线包含一条以所述翼的一翼尖端点为起点的直线。
2.根据权利要求1所述的密闭型搅拌装置，其特征在于，所述作用面还包括一凸形面，其中所述作用面与所述非作用面光滑地连接在一起。
3.根据权利要求1所述的密闭型搅拌装置，其特征在于，每个所述转子还包括三个其断面形状与所述长翼的断面形状相似的短翼，所述短翼与所述长翼不相连接。
4.根据权利要求3所述的密闭型搅拌装置，其特征在于，所述短翼与所述长翼的翼长比处于0.1至0.67的范围内。
5.根据权利要求1所述的密闭型搅拌装置，其特征在于，所述旋转体还分别具有一最大直径Dr和一最小直径Dd，其比例处于0.5＜Dd/Dr＜0.75的范围。
6.根据权利要求1所述的密闭型搅拌装置，其特征在于，所述旋转体还分别具有一最大直径Dr和一最小直径Dd，其比例处于0.6＜Dd/Dr＜0.7的范围。
7.一种密闭型搅拌装置，包括：
一具有密闭腔的机身部件；
设在所述腔内互相平行的一第一旋转体和一第二旋转体，所述旋转体以彼此相反的方向旋转，每个所述旋转体具有三个长翼，其中所述旋转体的中心轴线设置成彼此分开而使所述长翼彼此不相啮合；
其特征在于：
在每个所述旋转体上的每个所述长翼绕各自旋转体的中心轴线螺旋状延伸，每个所述长翼设置成与其它的所述长翼在圆周方向上等角度隔开；
所述旋转体各自具有一大致三角形的轮廓形状；所述三角形轮廓分别具有一最大直径Dr和一最小直径Dd，其比例处于0.5＜Dd/Dr＜0.75的范围内。
8.根据权利要求7所述的密闭型搅拌装置，其特征在于，所述三角形轮廓的每一侧包含一作用面和一非作用面，所述作用面具有一凸形面，其中所述作用面和所述非作用面光滑地连接在一起。
9.根据权利要求7所述的密闭型搅拌装置，其特征在于，所述三角形轮廓的每一侧包含一作用面和一非作用面，其中所述非作用面的一条断面轮廓线是由一条具有稍微凸形部分的大致直线构成的。
10.根据权利要求7所述的密闭型搅拌装置，其特征在于，每个所述转子还包括三个其断面形状与所述长翼的断面形状相似的短翼，所述短翼与所述长翼不相连接。
11.根据权利要求10所述的密闭型搅拌装置，其特征在于，所述短翼与所述长翼的翼长比处于0.1至0.67的范围内。
12.一种密闭型搅拌装置，  包括：
一具有密闭腔的机身部件；
设在所述腔内互相平行的一第一旋转体和一第二旋转体，所述旋转体以彼此相反的方向旋转，每个所述旋转体具有三个长翼，其中所述旋转体的中心轴线设置成彼此分开而使所述长翼彼此不相啮合；
其特征在于：
在每个所述旋转体上的每个所述长翼绕各自旋转体的中心轴线螺旋状延伸，每个所述长翼设置成与其它的所述长翼在圆周方向上等角度隔开；
所述旋转体各自具有一大致三角形的轮廓形状；所述三角形轮廓分别具有一最大直径Dr和一最小直径Dd，其比例处于0.6＜Dd/Dr＜0.7的范围内。
13.根据权利要求12所述的密闭型搅拌装置，其特征在于，所述三角形轮廓的每一侧包含一作用面和一非作用面，所述作用面具有一凸形面，其中所述作用面和所述非作用面光滑地连接在一起。
14.根据权利要求12所述的密闭型搅拌装置，其特征在于，所述三角形轮廓的每一侧包含一作用面和一非作用面，其中所述非作用面的一条断面轮廓线是由一条具有稍微凸形部分的大致直线构成的。
15.根据权利要求12所述的密闭型搅拌装置，其特征在于，每个所述转子还包括三个其断面形状与所述长翼的断面形状相似的短翼，所述短翼与所述长翼不相连接。
16.根据权利要求15所述的密闭型搅拌装置，其特征在于，所述短翼与所述长翼的翼长比处于0.1至0.67的范围内。
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