DE60204101T2 - Knetvorrichtung und Verfahren zum Kneten von Kautschuk oder Kautschukzusammensetzungen - Google Patents

Knetvorrichtung und Verfahren zum Kneten von Kautschuk oder Kautschukzusammensetzungen Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kneten von Kautschuk oder einer Kautschukzusammensetzung, um den Kautschuk zu kneten, so dass die Fluidität und Verarbeitungsfähigkeit verbessert werden, und um ein zu knetendes Material, das Kautschuk und verschiedene Compoundiermittel enthält, zu kneten.
  • Bei der Herstellung eines gekneteten Produkts aus einer Kautschukzusammensetzung, die Kautschuk und verschiedene Compoundiermittel umfasst, insbesondere bei der Herstellung eines Reifenkautschukcompounds, das vorwiegend Naturkautschuk umfasst, wird häufig ein Chargensystem verwendet, bei dem vorgegebene Mengen von Ausgangsmaterialien periodisch jeweils einmal geknetet werden. In diesem Fall wird das Chargensystemkneten wiederholt, bis die Extrusionsverarbeitungsfähigkeit und ein Dispersionsgrad eines Compoundiermittels gewünschte Niveaus erreichen, d.h. bis gewünschte Niveaus der Viskosität und der Dispersion erhalten werden. Dieser Knetschritt wird im Allgemeinen als „Remilling"-Schritt bezeichnet und dabei wird eine Chargensystem-Knetvorrichtung wie z.B. ein Innenmischer oder dergleichen verwendet.
  • Beim Kneten unter Verwendung einer solchen Chargensystem-Knetvorrichtung muss das geknetete Produkt nach dem Knetschritt unter Verwendung einer Transportvorrichtung von der Knetvorrichtung zu einem Extruder überführt und zu einer gewünschten Form geformt werden, wodurch ein Bedarf für einen Schritt des Überführens einer gekneteten Materialmasse verursacht wird. Daher wird die Vorrichtung leicht kompliziert und deren Größe nimmt zu und es ist eine manuelle Arbeit durch einen Arbeiter erforderlich, wodurch keine Energie eingespart werden kann. Beim Kneten durch die Chargensystem-Knetvorrichtung ist es auch erforderlich, zu verhindern, dass während des Knetens eine übermäßige Temperaturzunahme auftritt, um eine Zersetzung zu verhindern und die Kneteffizienz zu verbessern. Daher wird die geknetete Materialmasse nach dem Kneten zu einer Platte geformt und abgekühlt und erneut mehrmals einem Remilling-Schritt unterworfen. Der Remilling-Schritt wird wiederholt, bis die Viskosität auf ein gewünschtes Maß abgenommen hat und in manchen Fällen wird der Remilling-Schritt etwa fünfmal wiederholt. Dies ist im Hinblick auf eine Verbesserung der Produktivität ungewünscht.
  • Andererseits wurde im Hinblick auf die Verbesserung der Produktivität ein Verfahren des kontinuierlichen Knetens einer Kautschukzusammensetzung beschrieben (japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 11-262945). Dabei wird zum Kne ten von Kautschuk ein Doppelschnecken-Knetextruder verwendet, bei dem es sich um einen typischen Knetextruder für Kunststoffzusammensetzungen handelt. Der Doppelschneckenknetextruder ist mit einer Kautschukbeschickungsöffnung ausgestattet, mit der ferner ein Kautschukzufuhrextruder verbunden ist, so dass eine Kautschukzusammensetzung kontinuierlich zugeführt und durch den Doppelschnecken-Knetextruder kontinuierlich geknetet wird.
  • Bei der in der vorstehenden Veröffentlichung beschriebenen kontinuierlichen Knetvorrichtung kann ein Knetzustand, d.h. ein Viskositätsniveau und ein Dispersionsniveau eines Compoundiermittels jedoch nur in einem beschränkten Bereich gesteuert werden, was die Steuerung durch ein Mittel zur Steuerung der Drehzahl des Doppelschnecken-Knetextruders oder dergleichen ermöglicht. Das Viskositätsniveau und das Dispersionsniveau können nicht einfach in einem so weiten Bereich gesteuert werden, wie dies bei einer Chargensystem-Knetvorrichtung der Fall ist. Die Form einer Schnecke kann geändert werden, so dass die Knetvorrichtung vielfältig auf Kautschukzusammensetzungen mit verschiedenen Viskositäten angewandt werden kann. Die Schnecke des Doppelschnecken-Knetextruders umfasst jedoch einen segmentierten Knetrotor (ein Rotorsegment, eine Knetscheibe, ein Schneckensegment oder dergleichen), der mit einer Keilnutwelle kombiniert ist, und somit sind in einer großen Anlage viel Arbeit und Zeit zum Wechseln der Form oder der Konfiguration der Schnecke erforderlich.
  • Eine Vorrichtung zur Erzeugung von monodispersem gepulverten Kautschuk, die einen Extruder und einzelne Förder-, Mahl- und Austragsabschnitte mit jeweiligen, diesen entsprechenden Kühleinheiten umfasst, ist in der US-Patentanmeldung US 05273419 beschrieben, die als nächstkommender Stand der Technik angesehen wird. Die Kühleinheiten sind außerhalb des Extruders angeordnet und nehmen die gemahlene Masse nach jedem Mahlvorgang auf, um die Masse zu kühlen und zu der Aufgabeöffnung des folgenden Förder-, Mahl- und Austragsabschnitts des Extruders zu transportieren.
  • Zusätzlich beschreibt die US-Patentanmeldung US 03583680 auf dem nicht verwandten Gebiet der Füllstoffe und Bindemittel eine Misch- und Austragsvorrichtung, die eine Schneckenwelle umfasst, die aus mindestens drei Abschnitten besteht, wobei der erste der Abschnitte in der Förderrichtung betrachtet mit einem Schneckengang oder mehreren Schneckengängen ausgestattet ist und eine größere Fördergeschwindigkeit aufweist als der letzte Abschnitt, der entsprechend mit einem Gang oder mehreren Gängen ausgestattet ist. Zwischen diesen Abschnitten liegt eine Schneckenwelle vor, der eine Mehrzahl von Armen oder Finnen zum Mischen des Bindemittels mit dem Füllstoff aufweist und es liegt eine Aufgabeeinrichtung zum Einführen des Füllstoffs, die sich am Beginn des ersten Abschnitts (erster Förderabschnitt) befindet, und eine weitere Aufgabeeinrichtung zum Einführen eines Bindemittels vor, die sich am Übergang von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt (Mischabschnitt) der Schneckenwelle befindet.
  • Unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Situation ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Knetvorrichtung und ein Knetverfahren bereitzustellen, welche die Viskosität und den Dispersionsgrad eines Compoundiermittels bei der Herstellung eines gekneteten Produkts einer Kautschukzusammensetzung in einem weiteren Bereich einstellen und steuern kann, und die ein kontinuierliches Kneten ermöglichen, um eine signifikante Rationalisierung eines Verfahrens zur Herstellung eines gekneteten Produkts zu ermöglichen, d.h. eine Verbesserung der Produktivität und eine Vereinfachung des Herstellungsverfahrens sowie eine Energieeinsparung und eine Kostensenkung für das Herstellungsverfahren.
  • Zur Lösung der Aufgabe umfasst eine Knetvorrichtung zum Kneten durch Fluidifizierung eines zu knetenden Materials unter einer Scherkraft, um ein geknetetes Produkt in einem erwünschten Knetzustand zu erhalten, erfindungsgemäß eine Trommel mit einer zylindrischen Hohlraumkammer, eine in der Kammer rotierende Doppelschnecken-Schneckengarnitur, um das unter einer Scherkraft zu knetende Material zu kneten und das zu knetende Material zur stromabwärtigen Seite zu extrudieren, eine mit der Schneckengarnitur kombinierte Mehrzahl von Knetrotoren zum Kneten des zu knetenden Materials in einem keilförmigen Raum zwischen der Innenwand der Kammer und der Schneckengarnitur und in einem freien Raum an der Spitze, eine an einem Ende der Trommel angeordnete Beschickungsöffnung, um das zu knetende Material in die Kammer zuzuführen, an einer Mehrzahl von Stellen der Trommel angeordnete Austragsöffnungen zum Austragen des gekneteten Produkts und ein Austragsstelle-Auswahlmittel zum Auswählen einer der Mehrzahl von Austragsöffnungen derart, um das geknetete Produkt nur von einer ausgewählten Austragsöffnung auszutragen.
  • Bei diesem Aufbau kann eine Mehrzahl von Knetbereichen, die jeweils durch die Trommel und die Knetrotoren gebildet werden, in mehreren Stufen bereitgestellt sein, und Austragsöffnungen können jeweils auf den stromabwärtigen Seiten der Knetbereiche in der Extrusionsrichtung des gekneteten Produkts bereitgestellt sein. Ferner ermöglicht das Austragsstelle-Auswahlmittel das Austragen des Materials von der Austragsöffnung an einer vorgegebenen Stelle in der axialen Richtung der Schnecke. Selbst bei einer kontinuierlichen Knetvorrichtung kann die Anzahl der Stufen der Knetbereiche, durch die das zu knetende Material geschickt wird, gemäß dem gewünschten Viskositätsniveau und dem gewünschten Dispersionsniveau eines Compoundiermittels ausgewählt werden. Daher können in einer Vorrichtung zur Herstellung eines gekneteten Produkts das Viskositäts- und Dispersionsniveau eines Compoundiermittels in einem weiten Bereich eingestellt und gesteuert werden. Es ist auch möglich, eine Knetvorrichtung zu schaffen, die ein kontinuierliches Kneten und eine signifikante Rationalisierung eines Verfahrens zur Herstellung eines gekneteten Produkts ermöglicht, d.h. eine Verbesserung der Produktivität und eine Vereinfachung des Herstellungsverfahrens sowie eine Energieeinsparung und eine Kostensenkung für das Herstellungsverfahren.
  • Da die Beschickungsöffnung an einem Ende der Trommel bereitgestellt ist, kann der Abstand zwischen dem Drehantriebsabschnitt der Schneckengarnitur und einem Maximallastbereich vermindert werden, wodurch eine Beschädigung der Schneckengarnitur unterdrückt wird.
  • Die erfindungsgemäße Knetvorrichtung kann ferner ein Schmiermittel-Zufuhrmittel zum Zuführen einer kleinen Schmiermittelmenge zu jedem der Knetbereiche, die entsprechend durch die Kammer und die Knetrotoren gebildet sind, und ein Schmiermittelzufuhr-Auswahlmittel zum Auswählen der Knetbereiche derart umfassen, dass das Schmiermittel zu jedem nur der Knetbereiche zugeführt wird, die auf der stromabwärtigen Seite der Austragsöffnung angeordnet sind, die zum Austragen des gekneteten Produkts ausgewählt ist, in der Extrusionsrichtung des gekneteten Produkts.
  • Bei diesem Aufbau wird den Knetbereichen auf der stromabwärtigen Seite der ausgewählten Austragsöffnung eine kleine Schmiermittelmenge zugeführt, wodurch ein direkter Metallkontakt zwischen der Kammerinnenwand und jedem der Knetrotoren oder zwischen den jeweiligen Knetrotoren verhindert wird.
  • In der erfindungsgemäßen Knetvorrichtung kann für jeden der Knetbereiche ein Rotorsegment verwendet werden, das zwei oder drei Schneckenflügel umfasst.
  • Bei diesem Aufbau kann das Kneten in dem keilförmigen Raum zwischen der Nähe der Oberseite der Mehrzahl von Schneckenflügeln und der Kammerinnenwand und in den freien Räumen an der Spitze effizient durchgeführt werden.
  • In der erfindungsgemäßen Knetvorrichtung kann die Größe des freien Raums an der Spitze in der axialen Richtung oder der Umfangsrichtung der Schneckengarnitur variieren.
  • Bei diesem Aufbau wird in der Nähe der Spitze des Flügels mit einem engen freien Raum an der Spitze und in dem engen freien Raum an der Spitze eine starke Scherkraft auf das zu knetende Material ausgeübt, während der Durchgang des zu knetenden Materials in einem weiten freien Raum an der Spitze beschleunigt wird. Daher kann auf das zu knetende Material während der Übertragung des Materials eine Scherfunktion einfach und einheitlich ausgeübt werden, um die Plastifizierung und das Schmelzen des zu knetenden Materials sowie das Kneten und dispergierende Mischen verschiedener Compoundiermittel wie z.B. Füllstoffe, Additive und dergleichen zu fördern, wodurch die gesamte Länge der Schneckengarnitur effektiv genutzt wird. Daher ist das zu knetende Material in der Kammer weniger lokalisiert, wodurch die mechanische Belastung vermindert wird, die auf die Schneckengarnitur ausgeübt wird. Ferner weisen die Knetrotoren mit einem engen freien Raum an der Spitze die Funktion auf, das zu knetende Material herauszukratzen, das an der Kammerinnenwand haftet, um die Freigabeeigenschaften des zu knetenden Materials in den Knetbereichen zu verbessern, wodurch verhindert wird, dass das zu knetende Material, das eine Hafteigenschaft an einem Metall aufweist, in den Knetbereichen verbleibt.
  • In der erfindungsgemäßen Knetvorrichtung kann um die Kammer eine Kühlschlange bereitgestellt sein.
  • Ferner umfasst ein Knetverfahren unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Knetvorrichtung erfindungsgemäß einen Zufuhrschritt zum Zuführen eines zu knetenden Materials in die Kammer, einen Knetschritt zum Kneten des zu knetenden Materials in einem keilförmigen Raum, der zwischen dem Knetrotor und der Innenwand der Kammer gebildet ist, und in einem freien Raum an der Spitze, und einen Austragsschritt zum Austragen des gekneteten Materials von einer der Mehrzahl von Austragsöffnungen, die gemäß den gewünschten Knetbedingungen ausgewählt wird.
  • Bei diesem Aufbau kann das zu knetende Material in der Knetvorrichtung kontinuierlich geknetet werden und das geknetete Material kann an einer vorgegebenen Position in der Längsrichtung der Trommel gemäß gewünschter Knetbedingungen ausgetragen werden. Daher kann die Länge des Durchgangs in der Trommel gemäß dem gewünschten Viskositätsniveau und dem gewünschten Dispersionsniveau eines Compoundiermittels ausgewählt werden. Folglich können bei der Herstellung eines gekneteten Produkts die Viskosität und der Dispersionsgrad eines Compoundiermittels ohne Austausch der Schnecke in einem weiten Bereich eingestellt und gesteuert werden, und ein kontinuierliches Kneten kann durchgeführt werden, so dass eine signifikante Rationalisierung eines Verfahrens zur Herstellung eines gekneteten Produkts ermöglicht wird, d.h. eine Verbesserung der Produktivität und eine Vereinfachung des Herstellungsverfahrens sowie eine Energieeinsparung und eine Kostensenkung für das Herstellungsverfahren. Daher ist das Knetverfahren für eine große Anlage effektiv.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Knetverfahren kann eine kleine Menge eines Schmiermittels einem Knetbereich zugeführt werden, der durch die Kammer und den Knetrotor gebildet ist und an der stromabwärtigen Seite der ausgewählten Austragsöffnung in der Extrusionsrichtung des gekneteten Materials angeordnet ist.
  • Bei diesem Aufbau wird dem Knetbereich an der stromabwärtigen Seite der ausgewählten Austragöffnung eine kleine Menge eines Schmiermittels zugeführt, wodurch ein direkter Metallkontakt zwischen der Kammerinnenwand und dem Knetrotor oder zwischen den jeweiligen Knetrotoren verhindert wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorzugsweise zum Kneten von Kautschuk oder einer Kautschukzusammensetzung eingesetzt werden.
  • Zur Lösung der Aufgabe umfasst gemäß eines anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung eine Knetvorrichtung zum Kneten durch Fluidifizierung eines zu knetenden Materials unter einer Scherkraft, um ein geknetetes Produkt in einem gewünschten Knetzustand zu erhalten, eine Trommel mit einer zylindrischen Hohlraumkammer, eine in der Kammer rotierende Doppelschnecken-Schneckengarnitur, um das unter einer Scherkraft zu knetende Material zu kneten und das zu knetende Material zur stromabwärtigen Seite zu extrudieren, eine mit der Schneckengarnitur kombinierte Mehrzahl von Knetrotoren zum Kneten des zu knetenden Materials in einem keilförmigen Raum zwischen der Innenwand der Kammer und der Schneckengarnitur und in einem freien Raum an der Spitze, an einer Mehrzahl von Stellen der Trommel angeordnete Beschickungsöffnungen, um das zu knetende Material in die Kammer zuzuführen, und eine Aufgabevorrichtung zum Zuführen des zu knetenden Materials durch eine ausgewählte der Mehrzahl von Beschickungsöffnungen.
  • Bei diesem Aufbau wird das zu knetende Material in einem Bereich von der ausgewählten Beschickungsöffnung bis zum Ende geknetet. Insbesondere kann selbst bei einem kontinuierlichen Kneten die Länge des Durchgangs des zu knetenden Materials durch die Kammer durch geeignetes Auswählen einer der Austragsöffnungen verändert werden und das Ausmaß der Knetarbeit kann dem zu knetenden Material gemäß eines gewünschten Viskositätsniveaus und eines gewünschten Dispersionsniveaus der Compoundiermittel verliehen werden, um gewünschte Knetbedingungen zu erhalten. Es ist folglich möglich, eine Knetvorrichtung bereitzustellen, mit der das Viskositäts- und Dispersionsniveau der Compoundiermittel bei der Herstellung eines gekneteten Produkts über einen weiten Bereich eingestellt und gesteuert werden kann, und die ein kontinuierliches Kneten sowie eine signifikante Rationalisie rung der Herstellung des gekneteten Produkts ermöglicht, d.h. eine Verbesserung der Produktivität und eine Vereinfachung des Herstellungsverfahrens sowie eine Energieeinsparung und eine Kostensenkung für das Herstellungsverfahren.
  • Bei der erfindungsgemäßen Knetvorrichtung kann um die Kammer eine Kühlschlange bereitgestellt werden.
  • Ferner umfasst ein Knetverfahren unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Knetvorrichtung erfindungsgemäß einen Zufuhrschritt zum Zuführen eines zu knetenden Materials in die Kammer durch eine der Mehrzahl von Beschickungsöffnungen, die gemäß einer gewünschten Knetbedingung ausgewählt ist, einen Knetschritt zum Kneten des zu knetenden Materials unter einer Scherkraft in einem Raum zwischen der Schneckengarnitur und der Innenwand der Kammer und zum Extrudieren des Materials in Richtung der stromabwärtigen Seite, und einen Austragsschritt zum Austragen eines gekneteten Produkts von einem stromabwärtigen Ende der Trommel.
  • Bei diesem Aufbau wird das zu knetende Material in einem Bereich von der ausgewählten Beschickungsöffnung bis zum Ende geknetet. Insbesondere kann selbst bei einem kontinuierlichen Kneten die Länge des Durchgangs des zu knetenden Materials durch die Kammer durch geeignetes Auswählen einer der Austragsöffnungen verändert werden und das Ausmaß der Knetarbeit kann dem zu knetenden Material gemäß eines gewünschten Viskositätsniveaus und eines gewünschten Dispersionsniveaus der Compoundiermittel verliehen werden, um gewünschte Knetbedingungen zu erhalten. Es ist folglich möglich, ein Knetverfahren bereitzustellen, mit dem die Viskosität und das Dispersionsniveau der Compoundiermittel bei der Herstellung eines gekneteten Produkts über einen weiten Bereich eingestellt und gesteuert werden kann, und die ein kontinuierliches Kneten sowie eine signifikante Rationalisierung der Herstellung des gekneteten Produkts ermöglicht, d.h. eine Verbesserung der Produktivität und eine Vereinfachung des Herstellungsverfahrens sowie eine Energieeinsparung und eine Kostensenkung für das Herstellungsverfahren.
  • In dem erfindungsgemäßen Knetverfahren können einige der Austragsöffnungen, die auf der stromabwärtigen Seite der Beschickungsöffnung angeordnet sind, die zum Zuführen des zu knetenden Materials in der Extrusionsrichtung ausgewählt worden ist, ausgewählt werden, um der Kammer ein vorgegebenes Compoundiermittel zuzuführen und das Compoundiermittel mit dem zu knetenden Material zu mischen.
  • Bei diesem Aufbau können das Viskositäts- und das Dispersionsniveau der Compoundiermittel selbst bei einem kontinuierlichen Kneten über einen weiten Bereich gesteuert werden und wenn die Compoundiermittel vorzugsweise mit dem zu knetenden Material in einem vorgegebenen Zustand im Verlauf des Knetens gemischt werden, kann dieser Vorgang einfach durchgeführt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorzugsweise auf das Kneten von Kautschuk oder einer Kautschukzusammensetzung angewandt werden. In diesem Fall kann der Zufuhrschritt vorzugsweise das Zuführen des zu knetenden Materials umfassen, das auf eine Temperatur von 65°C oder weniger eingestellt ist.
  • Bei diesem Aufbau kann eine Scherkraft effektiv auf das zu knetende Material ausgeübt werden, wodurch die Viskosität effizient vermindert und eine hohe Effizienz des Knetens erreicht wird. Wenn das zu knetende Material während des Knetens nämlich bei einer Temperatur von 65°C oder weniger gehalten wird, kann ein geknetetes Produkt mit einer stabilen Qualität ohne Verminderung der Effizienz des Knetens effizient erzeugt werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kneten von Kautschuk oder einer Kautschukzusammensetzung kann der Zufuhrschritt das Zuführen des zu knetenden Materials umfassen, das zu einer Bahn, einer Streifenbahn oder einer Schuppe geformt ist.
  • Bei diesem Aufbau kann das zu knetende Material einfach in einer mengenmäßigen Weise durch die Beschickungsöffnung zugeführt werden. Daher ist es möglich, das Auftreten starker Variationen der Qualität und der physikalischen Eigenschaften des gekneteten Produkts aufgrund von Variationen bei der Zufuhr des Kautschuks und der anderen Compoundiermittel zu dem Knetextruder zu verhindern.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Knetverfahren kann der Zufuhrschritt das Zuführen des zu knetenden Materials unter Verwendung eines mengenmäßigen Zufuhrmittels umfassen.
  • Bei diesem Aufbau können Variationen bei der Zufuhr des zu knetenden Materials zu der Knetvorrichtung vermindert werden, um Variationen bei der Qualität und den physikalischen Eigenschaften des gekneteten Produkts zu unterdrücken.
  • 1 ist eine schematische Schnittseitenansicht einer Knetvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' in der 1.
  • 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B' in der 1.
  • 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C' in der 1.
  • 5 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem in einer Knetvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verschlusselement in eine Austragsöffnung eingesetzt ist.
  • 6 ist eine Schnittansicht, die ein Rotorsegment zeigt, bei dem in einer Knetvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verschlusselement in eine Austragsöffnung eingesetzt ist.
  • 7 ist eine schematische Schnittseitenansicht einer Knetvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' in der 7.
  • 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B' in der 7.
  • 10 ist eine schematische Schnittseitenansicht einer Knetvorrichtung zum Kneten einer Kautschukzusammensetzung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 11 ist eine schematische Schnittseitenansicht einer Knetvorrichtung gemäß einer modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die 1 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Kautschukzusammensetzung-Knetvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Gemäß der 1 umfasst die Knetvorrichtung 1 einen Doppelschnecken-Knetextruder des gleichsinnig rotierenden Eingriffstyps 2, eine Kautschukaufgabevorrichtung 3 zum Zuführen eines zu knetenden Kautschukmaterials zu dem Doppelschnecken-Knetextruder und ein Schmiermittel-Zufuhrmittel 4 zum Zuführen einer kleinen Menge eines Prozessöls, das als Schmiermittel dient. Der Doppelschnecken-Knetextruder 2 umfasst ein Paar von Schneckengarnituren 5 und eine Trommel 7 mit einer Kammer 6, die als zylindrischer Hohlraum dient, in dem die Schneckengarnituren 5 gedreht werden. Das Paar von Schneckengarnituren 5 ist parallel in der axialen Richtung so angeordnet, dass sie miteinander überlappen, wie es in der Seitenansicht von 1 gezeigt ist. Das Paar von Schneckengarnituren 5 ist auch mit einem Antriebsabschnitt (auf der linken Seite der Zeichnung angeordnet), der nicht in der Zeichnung gezeigt ist, außerhalb der Trommel 7 so verbunden, dass sie in der gleichen Richtung gedreht werden. Die Trommel 7 umfasst die Kammer 6, die als zylindrischer Hohlraum mit einer kokonartigen Schnittform ausgebildet ist, wobei das Paar der Schneckengarnituren 5 in der Kammer 6 enthalten ist (vgl. die Schnittansicht von 2, die eine Ansicht entlang der Linie A-A' in der 1 zeigt).
  • Ferner ist an einem Ende der Trommel 7 eine Beschickungsöffnung 8 (Einfülltrichter) bereitgestellt, um das zu knetende Material, das Kautschuk oder einen Kautschuk und verschiedene Compoundiermittel wie z.B. einen Füllstoff, Additive und dergleichen umfasst, in die Kammer 6 zuzuführen. Das zu knetende Material, das von der nachstehend beschriebenen Kautschukaufgabevorrichtung 3 durch die Beschickungsöffnung 8 zugeführt wird, wird zu der rechten Seite der Zeichnung in der axialen Richtung extrudiert und durch die Drehung der Schneckengarnituren 5 in der Kammer 8 kontinuierlich geknetet.
  • Die Trommel 7 umfasst auch Austragsöffnungen 9 (9a, 9b, 9c, 9d), die jeweils auf stromabwärtigen Seiten von Knetbereichen 12 (12a, 12b, 12c, 12d, 12e), die nachstehend beschrieben werden, in der Extrusionsrichtung bereitgestellt sind. Wie es in einer Schnittansicht von 4 gezeigt ist, die eine Ansicht entlang der Linie C-C' in der 1 ist, ist jede der Austragsöffnungen 9 nach unten geöffnet, so dass das geknetete Material nach unten ausgetragen wird, wenn es zu der Austragsöffnungsstelle extrudiert wird.
  • In jede der Austragsöffnungen 9 wird ein Verschlusselement 10, das als Austragsstelle-Auswahlmittel dient, eingesetzt oder daraus entfernt, um zwischen einem Schließen und Öffnen umzuschalten, wie es in der Schnittansicht von 5 gezeigt ist. In der Austragsöffnung 9, in die das Verschlusselement 10 eingesetzt ist, wird das geknetete Material nicht ausgetragen, während in der Austragsöffnung 9, von der das Verschlusselement 10 entfernt worden ist, um die Austragsöffnung 9 zu öffnen, das geknetete Material ausgetragen wird. Das Austragsstelle-Auswahlmittel wird nachstehend beschrieben.
  • Wie es in jeder der Schnittansichten von 2 (entlang der Linie A-A'), 3 (entlang der Linie B-B') und 4 (entlang der Linie C-C') gezeigt ist, umfasst die Trommel 7 eine Mehrzahl von Kühlflüssigkeitsschlangen 11, die in der axialen Richtung der Schneckengarnituren 5 bereitgestellt sind (nachstehend einfach als „axiale Richtung" bezeichnet), so dass sie die Kammer 6 umgeben. Durch Leiten eines Kühlmediums wie Kühlwasser durch die Kühlflüssigkeitsschlangen 11 wird ein Aufheizen des zu knetenden Materials auf eine hohe Temperatur während des kontinuierlichen Knetens durch die Trommel 7 verhindert.
  • Die Trommel 7 umfasst eine Mehrzahl von Einheiten (7a, 7b, 7c, 7d und 7e), die in der axialen Richtung kombiniert sind und die jeweils den Knetbereichen 12a bis 12e entsprechen. Obwohl die 1 einen Zustand zeigt, bei dem ein Ende der Trommel 7 (das Ende der Trommeleinheit 7e) zur Luft hin geöffnet ist, so dass das geknetete Material als Blockmaterial ausgetragen wird, kann mit dem Ende eine Düse verbunden sein, so dass das geknetete Material derart ausgetragen wird, dass es in eine bestimmte Schnittform geformt wird.
  • Jede der Schneckengarnituren 5 umfasst ein Schneckensegment 13, das direkt unterhalb der Beschickungsöffnung 8 angeordnet ist, und eine Mehrzahl von Knetrotoren (14, 15, 16, 17 und 18), die in der axialen Richtung kombiniert sind.
  • Gemäß der 2 (Schnittansicht entlang der Linie A-A') umfasst das Schneckensegment 13 einen zweigängigen Schneckenflügel, der so angeordnet ist, dass die Spitze 13a des Schneckenflügels in die Nähe der Kammerinnenwand 6a gebracht wird, so dass ein enger freier Raum gebildet wird, wodurch die Aufnahme des zu knetenden zugeführten Materials verbessert wird.
  • Die Knetrotoren (der erste Rotor 14, der zweite Rotor 15, der dritte Rotor 16, der vierte Rotor 17 und der fünfte Rotor 18), die jeweils in der axialen Richtung kombiniert sind, bilden die Knetbereiche 12 (den ersten Knetbereich 12a, den zweiten Knetbereich 12b, den dritten Knetbereich 12c, den vierten Knetbereich 12d und den fünften Knetbereich 12e) zusammen mit den Trommeleinheiten 7a bis 7e.
  • Jeder der Knetrotoren 14 bis 18 umfasst eine Mehrzahl von Rotorsegmenten (14a, 14b, usw.), die jeweils zwei Schneckenflügel umfassen. Insbesondere umfasst der erste Knetrotor 14 vier Rotorsegmente 14a mit einem großen Verdrehungswinkel und ein Rotorsegment 14b mit einem kleinen Verdrehungswinkel. Entsprechend umfasst jeder des zweiten bis vierten Knetrotors (15 bis 17) die gleichen Rotorsegmente (vier Rotorsegmente 15a, 16a oder 17a mit einem großen Verdrehungswinkel und ein Rotorsegment 15b, 16b oder 17b mit einem kleinen Verdrehungswinkel). Der fünfte Knetrotor 18 umfasst fünf Rotorsegmente mit einem großen Verdrehungswinkel. Der Verdrehungswinkel repräsentiert einen Winkel, der durch Projizieren, auf eine Ebene parallel zur Achse, des Winkels einer Tangentenlinie zu der Spitze eines Schneckenflügels, der so ausgebildet ist, dass er sich entlang der Umfangsrichtung der Schneckengarnituren 5 vorwärts bewegt, bezüglich der axialen Richtung gebildet wird (die 1 zeigt den großen Verdrehungswinkel α der Rotorsegmente 14a und den kleinen Verdrehungswinkel β des Rotorsegments 14b).
  • Die 6 ist eine schematische Zeichnung, die ein Rotorsegment (z.B. das Rotorsegment 14a) zeigt. Gemäß der 6 umfasst die Spitze 19 eines Schneckenflügels einen hohen Spitzenabschnitt 19a und einen niedrigen Spitzenabschnitt 19b, die in der axialen Richtung getrennt sind. Die 6 zeigt nur einen der beiden Schneckenflügel.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf die 1 sind die Rotorsegmente (14a, 15a, 16a, 17a und 18a) mit einem großen Verdrehungswinkel der jeweiligen Knetrotoren (14 bis 18) in der axialen Richtung derart kombiniert, dass die Schneckenflügel in der Schneckenrichtung kontinuierlich glatt verbunden sind. Auch die Rotorsegmente (14b, 15b, 16b und 17b) mit einem kleinen Verdrehungswinkel sind so kombiniert, dass die Schneckenflügel mit Biegungen fortgesetzt werden, die in einem Winkel mit den Schneckenflügeln der Rotorsegmente (14a, 15a, 16a und 17a), die auf der stromabwärtigen Seite der jeweiligen Knetrotoren in der Extrusionsrichtung angeordnet sind, mit einem kleinen Verdrehungswinkel ausgebildet sind.
  • Die 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B' in der 1. Gemäß der 3 sind die Rotorsegmente 14a in jeder der Doppelschnecken-Schneckengarnituren 5 derart bereitgestellt, so dass sie in der gleichen Richtung gedreht werden, während sie sich miteinander in Eingriff befinden (die durch einen Pfeil in der Zeichnung gezeigte Drehrichtung). Jedes der Rotorsegmente 14a umfasst zwei Schneckenflügel, wobei einer der Schneckenflügel einen hohen Spitzenabschnitt 19a und der andere Schneckenflügel einen niedrigen Spitzenabschnitt 19b aufweist. Dieser Aufbau gilt auch für die Rotorsegmente (15a bis 18a) der anderen Knetrotoren (12b bis 12e).
  • Der hohe Spitzenabschnitt 19a und die Kammerinnenwand 6a liegen nahe beieinander, so dass sie einen relativ engen freien Raum an der Spitze 20a bilden, während der freie Raum an der Spitze 20b, der zwischen dem niedrigen Spitzenabschnitt 19b und der Kammerinnenwand 6a gebildet wird, relativ ausgedehnt wird. Die freien Räume an der Spitze sind so ausgebildet, dass sie bezüglich ihrer Größe in der Umfangsrichtung der Schneckengarnituren 5 variieren.
  • Wie es ebenfalls in der 1 gezeigt ist, sind die hohen Spitzenabschnitte 19a und die niedrigen Spitzenabschnitte 19b alternativ in der axialen Richtung ausgebildet, und folglich sind auch die freien Räume an der Spitze so ausgebildet, dass sie in der axialen Richtung bezüglich der Größe abwechselnd variieren.
  • Auf diese Weise variieren die freien Räume an der Spitze in der axialen Richtung und der Umfangsrichtung. Daher kann in den engen freien Räumen an der Spitze (20a) auf das zu knetende Material eine starke Scherkraft ausgeübt werden, während in den ausgedehnten freien Räumen an der Spitze (20b) der Durchgang des zu knetenden Materials gefördert werden kann, und eine Scherfunktion kann auf das zu knetende Material einfach und einheitlich ausgeübt werden, wodurch das zu knetende Material während der Übertragung ausreichend geknetet und die gesamte Länge der Schneckengarnituren 5 effektiv genutzt wird. Ferner ist das zu knetende Material in der Kammer 6 weniger lokalisiert, so dass die mechanische Belastung der Schneckengarnituren 5 vermindert wird. In den engen freien Räumen an der Spitze (20b) wird das zu knetende Material, das an der Kammerinnenwand 6a haftet, herausgekratzt, so dass die Freigabeeigenschaften des zu knetenden Materials in den Knetbereichen verbessert wird, so dass ein Rückstand des zu knetenden Materials in den Knetbereichen verhindert wird.
  • Die Verdrehungswinkel (α, β), die durch die Schneckenflügel der Rotorsegmente (14 bis 18) gebildet werden, betragen vorzugsweise 45° oder weniger. Auf diese Weise kann dann, wenn die Verdrehungswinkel (α, β) auf einen kleinen Wert eingestellt werden, die Füllrate des zu knetenden Materials in den Knetbereichen (12a bis 12e) erhöht werden, so dass die Anwendung einer Scherkraft erleichtert wird.
  • Die 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C' in der 1. Gemäß der 4 ist die Austragsöffnung 9a unterhalb des Rotorsegments 14b bereitgestellt, das an dem stromabwärtigen Ende des ersten Knetbereichs 12 in der Extrusionsrichtung angeordnet ist. Entsprechend sind die Austragsöffnungen (9b, 9c und 9d) an den stromabwärtigen Enden der Knetbereiche (12b, 12c und 12d) bereitgestellt.
  • Der Verdrehungswinkel β jedes der Rotorsegmente (14b bis 17b), die jeweils oberhalb der Austragsöffnungen (9a bis 9d) angeordnet sind, ist so eingestellt, dass er kleiner ist als der Verdrehungswinkel α jedes der Rotorsegmente (14a bis 17a) auf der stromaufwärtigen Seite, so dass die Kraft zur Extrusion des synthetischen Kautschuks durch die offenen Austragsöffnungen (9a bis 9d) höher ist als die Kraft zur Extrusion des synthetischen Kautschuks in der axialen Richtung. Daher wird in der offenen Austragsöffnung, bei der das Verschlusselement 10 entfernt ist, wie es in der 5 gezeigt ist, das geknetete Material ausgetragen, während in den geschlossenen Austragsöffnungen 9, bei denen das Verschlusselement 10 eingesetzt ist, das geknetete Material zu der stromabwärtigen Seite extrudiert wird, während es in der Trommel 6 geknetet wird.
  • Auf diese Weise sind die Austragsöffnungen 9 auf den stromabwärtigen Seiten der Knetbereiche (12a bis 12e), die in mehreren Stufen bereitgestellt sind, in der Extrusionsrichtung des zu knetenden Materials bereitgestellt, und die Verschlusselemente 10, die als Austragsstelle-Auswahlmittel dienen, sind in die Austragsöffnungen 9 eingesetzt oder daraus entfernt, so dass das geknetete Material aus der Austragsöffnung 9 an einer vorgegebenen Stelle in der axialen Richtung ausgetragen werden kann. Insbesondere kann in einer kontinuierlichen Knetvorrichtung die Anzahl der Stufen der Knetbereiche, die das zu knetende Material durchläuft, gemäß dem gewünschten Viskositätsniveau und dem gewünschten Dispersionsgrad eines Compoundiermittels ausgewählt werden. Daher können bei der Herstellung eines gekneteten Produkts aus einer Kautschukzusammensetzung die Viskosität und das Dispersionsniveau eines Compoundiermittels über einen weiten Bereich eingestellt und gesteuert werden, und ein kontinuierliches Kneten kann durchgeführt werden, um eine Rationalisierung eines Verfahrens zur Herstellung eines gekneteten Materials zu ermöglichen, d.h. eine Verbesserung der Produktivität und eine Vereinfachung des Herstellungsverfahrens sowie eine Energieeinsparung und eine Kostensenkung für das Herstellungsverfahren.
  • Der Doppelschnecken-Knetextruder 2 weist den vorstehend beschriebenen Aufbau auf und das zu knetende Material wird von der Beschickungsöffnung 8 zugeführt, in dem Doppelschnecken-Knetextruder 2 geknetet, bis das gewünschte Viskositäts- und Dispersionsniveau erreicht sind, und dann von einer beliebigen der Austragsöffnungen 9 ausgetragen. Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird der Beschickungsöffnung 8, die an einem Ende des Doppelschnecken-Knetextruders 2 bereitgestellt ist, unter Verwendung der Kautschukaufgabevorrichtung 3, die oberhalb der Beschickungsöffnung 8 bereitgestellt ist, Kautschuk zugeführt.
  • Die Kautschukaufgabevorrichtung 3 ist eine Vorrichtung zum mengenmäßigen Zuführen des zu knetenden plattenförmigen Materials zu dem Doppelschnecken-Knetextruder 2, wobei die Vorrichtung eine Aufgabewalze 21 und eine Schneidesalze 22 umfasst.
  • Die Aufgabewalze 21 umfasst ein Paar von Walzen, die sich in entgegengesetzten Richtungen drehen, zum Überführen des zu knetenden plattenförmigen Materials, während es zwischen den Walzen gehalten wird, und die Aufgabewalze 21 wird mit einer nicht gezeigten Antriebsvorrichtung mit verschiedenen Geschwindigkeiten gedreht, so dass die Kautschukplattenaufgaberate (Aufgaberate pro Zeiteinheit) gesteuert werden kann.
  • Die Schneidwalze 22 ist unterhalb der Aufgabewalze 21 angeordnet und umfasst ein Paar von Walzen, die sich in entgegengesetzten Richtungen drehen, wobei die Kautschukplatte dazwischen gehalten ist, wobei eine Schneidklinge 22a an einer vorgegebenen Position des Umfangs der Walze 22 bereitgestellt ist. Daher wird die Kautschukplatte durch die Schneidklinge 22a bei jeder Drehung der Schneidwalze 22 im Vorhinein eingekerbt. Folglich wird die Platte selbst dann, wenn die Kautschukplatte von dem Schneckensegment 13 des Doppelschnecken-Knetextruders 2 gestreckt wird, an dem Kerbabschnitt geschnitten, so dass das zu knetende Material dem Doppelschnecken-Knetextruder 2 quantitativ zugeführt werden kann.
  • Die Knetvorrichtung 1 umfasst das Schmiermittel-Zufuhrmittel 4 zum Zuführen einer kleinen Menge Prozessöl, das als Schmiermittel dient, in die Kammer 6 des Doppelschnecken-Knetextruders 2, und ein Schmiermittelzufuhr-Auswahlmittel 23 zum Auswählen der Position bzw. der Stelle, an der eine kleine Menge Prozessöl zugeführt wird.
  • Das Schmiermittel-Zufuhrmittel 4 umfasst einen Tank 24 zum Lagern des Prozessöls, einen Zufuhrdurchgang 26 zum Verbinden des Tanks 24 mit jedem der Knetbereiche (12b, 12c, 12d und 12e) und eine Pumpe 25 zum Zuführen des Prozessöls durch den Zufuhrdurchgang 26. Der Zufuhrdurchgang 26 ist mit der Trommel 7 jeweils an den am weitesten stromaufwärtigen Seiten der Knetbereiche (12b bis 12e) durch Verzweigungsdurchgänge (26a, 26b, 26c und 26d) verbunden.
  • Die Verzweigungsdurchgänge (26a bis 26d) umfassen jeweils Auswahlventile (23a, 23b, 23c und 23d), die das Schmiermittel-Zufuhrmittel 23 bilden. Insbesondere werden die Auswahlventile (23a bis 23d) geöffnet oder geschlossen, so dass zwischen einer Zufuhr und einer Absperrung einer kleinen Menge Prozessöl zu den Knetbereichen (12b bis 12e) durch die Pumpe 25 umgeschaltet wird.
  • Daher wird jedes der Auswahlventile (23a bis 23d) so umgeschaltet, dass eine kleine Menge Prozessöl nur einem der Knetbereiche (12b bis 12e) zugeführt werden kann, die auf der stromabwärtigen Seite in der Extrusionsrichtung des zu knetenden Materials angeordnet sind, wodurch ein direkter Metallkontakt zwischen der Kammerinnenwand 6a und jedem Knetrotor oder zwischen den jeweiligen Knetrotoren in den Knetbereichen, in denen das zu knetende Material nicht geknetet wird, verhindert wird.
  • Der Aufbau der Knetvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform ist vorstehend beschrieben. Als nächstes wird nachstehend der Betrieb der Vorrichtung unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben. Als erstes werden dem zu knetenden Material verschiedene Compoundiermittel wie z.B. ein Füllstoff, wie z.B. Ruß, und Additive zugesetzt und das resultierende Gemisch wird zu einer Platte ausgebildet. Dann wird das zu knetende plattenförmige Material von der Kautschukaufgabevorrichtung 3 durch die Beschickungsöffnung 8 in die Kammer 6 des Doppelschnecken-Knetextruders 2 zugeführt. Das zu knetende plattenförmige Material wird durch die Aufgabewalze 21 und die Schneidesalze 22 mengenmäßig in die Kammer 6 zugeführt.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird das Paar von Schneckengarnituren 5, während es miteinander in Eingriff ist, durch den in der Zeichnung nicht gezeigten Antriebsabschnitt in der gleichen Richtung gedreht (vgl. die 2 bis 4). Das zu knetende Material, das in die Kammer 6 zugeführt worden ist, wird durch die beiden Schneckenflügel, die auf dem Schneckensegment 13 bereitgestellt sind, zu dem ersten Knetbereich 12a extrudiert.
  • In dem ersten Knetbereich 12a füllt das extrudierte zu knetende Material die Räume zwischen den Knetrotoren 14 und der Kammerinnenwand 6a, um darin zu verbleiben, und das zu knetende Material wird fluidisiert und mit der ausgeübten Scherkraft in den freien Räumen an der Spitze (20a und 20b) gemischt und dispergierend geknetet, während die freien Räume gefüllt werden.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird, wie es vorstehend beschrieben worden ist, in den engen keilförmigen Räumen, die durch den hohen Spitzenabschnitt 19a und die Kammerinnenwand 6a gebildet werden, und in dem freien Raum an der Spitze 20a auf das zu knetende Material eine starke Scherkraft ausgeübt, so dass eine Viskositätsabnahme gefördert wird. In dem zwischen dem niedrigen Spitzenabschnitt 19b und der Kammerinnenwand 6a gebildeten freien Raum an der Spitze 20b wird die Ausübung einer einheitlichen Scherkraft aufgrund des Durchgangs des zu knetenden Materials durch einen Bereich mit hoher Scherung gefördert.
  • Das Material, das in dem ersten Knetbereich 14 geknetet worden ist, erreicht das Rotorsegment 14b, das an dessen Ende angeordnet ist, und wenn ausreichende Knetbedingungen (eine gewünschte Abnahme der Viskosität und ein gewünschtes Dispersionsniveau) durch Kneten lediglich in dem ersten Knetbereich 14 erhalten werden, wird das Verschlusselement 10 von der Austragsöffnung 9a entfernt. Daher wird das geknetete Produkt in einem gewünschten Knetzustand aus der Austragsöffnung 9a ausgetragen (vgl. die 4).
  • Zu diesem Zeitpunkt ist das Verschlusselement 10 in jede der anderen Austragsöffnungen (9b, 9c und 9d) eingesetzt, die jeweils an den stromabwärtigen Enden der Knetbereiche angeordnet sind, in denen kein Kneten durchgeführt wird. Die Pumpe 25 des Schmiermittel-Zufuhrmittels 4 wird ebenfalls betrieben und das erste Auswahlventil 23a der Auswahlventile (23a bis 23d) wird geöffnet. Als Folge davon wird das Prozessöl jedem des zweiten Knetbereichs 12b und der anschließenden Knetbereiche auf der stromabwärtigen Seite, in denen kein Kneten durchgeführt wird, zugeführt. Daher ist es möglich, das Auftreten eines hochfrequenten Schalls aufgrund eines Metallkontakts zwischen den Schneckengarnituren 5 und der Trommel 7 und zwischen den jeweiligen Schneckengarnituren 5 oder das Auftreten einer Reibung und eines Zusammenbackens aufgrund eines Festfressens zu verhindern.
  • Das Prozessöl, das jedem der Knetbereiche zugeführt wird, in dem das Kneten nicht durchgeführt wird, strömt durch die Drehung der Schneckengarnituren 5 zu der stromabwärtigen Seite und wird von dem Ende der Trommel 7 nach außen ausgetragen. Das von dem Ende der Trommel 7 ausgetragene Prozessöl wird nach der Entfernung von Fremdmaterialien in den Tank 24 zurückgeführt und dann wiederverwendet.
  • Wenn eine ausreichende Abnahme der Viskosität und des Dispersionsgrads der Compoundiermittel durch Kneten nur in dem ersten Knetbereich 12a nicht erhalten wird, wird das Verschlusselement 10 in die Austragsöffnung 9a eingesetzt, und das Kneten wird in dem zweiten Knetbereich 12b und den anschließenden Knetbereichen durchgeführt. Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird zu diesem Zeitpunkt die Anzahl der Stufen der Knetbereiche, die zum Kneten verwendet werden, so ausgewählt, dass nur die Austragsöffnung 9 des ausgewählten Knetbereichs geöffnet ist, so dass das geknetete Produkt in einem gewünschten Knetzustand aus der Austragsöffnung 9 ausgetragen wird.
  • Zu diesem Zeitpunkt werden die Auswahlventile 23, die an den Verzweigungsdurchgängen bereitgestellt sind, die mit der stromaufwärtigen Seite der Austragsöffnung 9 des ausgewählten Knetbereichs verbunden sind, geschlossen, während das Auswahlventil, das an dem ersten der Verzweigungsdurchgänge bereitgestellt ist, der mit der stromabwärtigen Seite der ausgewählten Austragsöffnung 9 verbunden ist, geöffnet wird. Daher wird das Prozessöl den Knetabschnitten zugeführt, in denen das Kneten nicht durchgeführt wird.
  • Wenn alle Knetbereiche (12a bis 12e) für das Kneten verwendet werden müssen, werden alle Austragsöffnungen (9a bis 9d) geschlossen, so dass das geknetete Produkt von dem Ende der Trommel 7 (dem Ende der Trommeleinheit 7e) extrudiert wird.
  • Der Betrieb der Kautschukzusammensetzung-Knetvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform ist vorstehend beschrieben. Das Mittel zum Steuern der Viskosität und des Dispersionsgrads der Compoundiermittel ist jedoch nicht auf das Mittel zum Ändern der Austragsstelle des gekneteten Produkts beschränkt, und die Viskosität und der Dispersionsgrad können durch Ändern der Drehzahl der Schneckengarnituren 5 genau gesteuert werden.
  • Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsform kann auf ein Verfahren zum Kneten einer Kautschukzusammensetzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt werden.
  • Ausführungsformen sind jedoch nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt und beispielsweise können die folgenden Modifizierungen durchgeführt werden.
    • (1) Obwohl in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Verschlusselement als Austragsstelle-Auswahlmittel eingesetzt wird, ist das Auswahlmittel nicht darauf beschränkt und die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Typen angewandt werden, wie z.B. auf einen Blenden-Typ und einen Tür-Typ, so lange zwischen dem geschlossenen und offenen Zustand umgeschaltet werden kann.
    • (2) Obwohl in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Rotorsegment eingesetzt wird, das zwei Schneckenflügel als Knetrotor umfasst, kann die vorliegende Erfindung auf ein Rotorsegment angewandt werden, das drei Schneckenflügel umfasst.
    • (3) Obwohl in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Extruder eingesetzt wird, der fünf Stufen von Knetbereichen umfasst, ist die Anzahl der Stufen der Knetbereiche nicht auf 5 beschränkt, und die Anzahl der Stufen kann 4 oder weniger oder 6 oder mehr betragen. Alternativ kann ein langer, kontinuierlicher einzelner Knetbereich eingesetzt werden. Im Fall eines langen kontinuierlichen Knetbereichs kann die vorliegende Erfindung angewandt werden, wenn eine Mehrzahl von Austragsöffnungen in der Längsrichtung bereitgestellt ist.
    • (4) Obwohl in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Knetbereiche kontinuierlich kombiniert sind, ist eine Kombination nicht darauf beschränkt und ein Schneckensegment kann zwischen beliebigen gewünschten Knetbereichen bereitgestellt werden. Mit Rotorsegmenten kann auch eine Knetscheibe kombiniert werden.
    • (5) Obwohl in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform jeder der Knetbereiche eine Kombination von fünf Rotorsegmenten umfasst, ist eine Kombination nicht darauf beschränkt und vier oder weniger Rotorsegmente oder sechs oder mehr Rotorsegmente können kombiniert werden. Bezüglich der Verdrehungswinkel, die durch die Schneckenflügel jedes der Rotorsegmente gebildet werden, kann für jedes Rotorsegment eine beliebige gewünschte Kombination von Verdrehungswinkeln verwendet werden.
    • (6) Obwohl in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eine einstufige Aufgabewalze als Kautschukaufgabevorrichtung verwendet wird, ist die Zufuhrvorrichtung nicht darauf beschränkt und es kann eine mehrstufige Aufgabewalze bereitgestellt werden. Die Kautschukaufgabevorrichtung ist nicht auf die Aufgabewalze beschränkt und es kann ein Extrusionsschneckentyp (Einschneckenextrusionsschnecken- oder konische Doppelschnecken-Schneckenaufgabevorrichtung oder dergleichen), eine Zahnradpumpe und dergleichen verwendet werden. Die Form des zu knetenden Materials, das zugeführt wird, ist nicht auf eine Platte beschränkt und es können verschiedene Formen wie z.B. eine Bahn, ein Block, ein Pulver und dergleichen verwendet werden, so lange das zu knetende Material kontinuierlich zugeführt werden kann.
    • (7) Obwohl in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Mittel zum Zuführen einer kleinen Menge Prozessöl als Schmiermittel-Zufuhrmittel verwendet wird, ist das Mittel nicht darauf beschränkt und ein Mittel zum Zuführen einer kleinen Menge Kautschuk kann den gleichen Efekt haben wie die vorliegende Erfindung.
    • (8) Obwohl in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform das zu knetende Material, das verschiedene Compoundiermittel umfasst, einem Knetextruder zugeführt wird, werden die Compoundiermittel dem Ausgangsmaterialkautschuk nicht notwendigerweise im Vorhinein zugesetzt und der Ausgangsmaterialkautschuk und die Compoundiermittel können dem Knetextruder separat zugeführt werden. In diesem Fall muss eine mengenmäßige Kautschukaufgabevorrichtung und eine mengenmäßige Aufgabevorrichtung für jedes der verschiedenen Compoundiermittel bereitgestellt werden.
  • Nachstehend wird eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die 7 ist eine schematische Schnittseitenansicht, die eine Kautschukzusammensetzung-Knetvorrichtung 31 gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Gemäß der 7 umfasst die Knetvorrichtung 31 einen Doppelschnecken-Knetextruder des gleichsinnig rotierenden Eingriffstyps 32 und eine Kautschukaufgabevorrichtung 33 zum Zuführen eines zu knetenden Kautschukmaterials, das Kautschuk oder Kautschuk umfasst, der verschiedene Compoundiermittel enthält, zu dem Doppelschnecken-Knetextruder 32. Ein Verfahren zum Kneten einer Kautschukzusammensetzung gemäß dieser Ausführungsform umfasst das Kneten von Kautschuk oder dergleichen unter Verwendung der Knetvorrichtung 31.
  • Als erstes wird die Knetvorrichtung 31 beschrieben. Der in der Knetvorrichtung 31 bereitgestellte Doppelschnecken-Knetextruder 32 umfasst ein Paar von Schneckengarnituren 35 und eine Trommel 37 mit einer Kammer 36, die als zylindrischer Hohlraum dient, in dem die Schneckengarnituren 35 gedreht werden. Das Paar von Schneckengarnituren 35 ist in der axialen Richtung parallel angeordnet, so dass diese überlappen, wie es in der Seitenansicht von 7 gezeigt ist. Das Paar von Schneckengarnituren 35 ist mit einem Antriebsabschnitt 38 verbunden (auf der linken Seite der Zeichnung gezeigt), der an einem Ende der Trommel 37 bereitgestellt ist und der einen Motor und ein Untersetzungsgetriebe umfasst, die in der Zeichnung nicht gezeigt sind, so dass die Schneckengarnituren 35 in der gleichen Richtung gedreht werden. Die Trommel 37 umfasst die Kammer 36, die als zylindrischer Hohlraum mit einer kokonartigen Querschnittsform ausgebildet ist, wobei das Paar von Schneckengarnituren 35 in der Kammer 36 enthalten ist (vgl. die Schnittansicht von 8, die eine Ansicht entlang der Linie A-A' in 7 ist).
  • Die Trommel 37 umfasst auch Beschickungsöffnungen 39 (39a, 39b und 39c), die an einer Mehrzahl von Stellen mit Abständen in der Längsrichtung der Kammer 36 bereitgestellt sind, zum Einbringen des zu knetenden Materials, des Materials, das Kautschuk oder Kautschuk umfasst, der verschiedene Compoundiermittel wie z.B. einen Füllstoff, Additive, usw., enthält. Das zu knetende Material, das von der nachstehend beschriebenen Kautschukaufgabevorrichtung 33 durch eine beliebige der Beschickungsöffnungen 39 zugeführt wird, wird in der Zeichnung nach rechts in der axialen Richtung extrudiert und durch die Drehung der Schneckengarnituren 35 in der Kammer 36 kontinuierlich geknetet.
  • Wenn jede der Beschickungsöffnungen 39 (39a, 39b und 39c) nicht als Beschickungsöffnung für ein zu knetendes Material verwendet wird, wird in jede Beschickungsöffnung 39 ein Abdeckungselement 40 (40a und 40b) eingepasst. Wenn die Beschickungsöffnung 39a verwendet wird, während die anderen Beschickungsöffnungen (39b und 39c) nicht verwendet werden, werden die entsprechenden Abdeckungselemente 40b und 40c in die Beschickungsöffnungen 39b bzw. 39c eingepasst, wie es in der 7 gezeigt ist. Die 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B' in der 7 und zeigt einen Zustand, bei dem das Abdeckungselement 40a in die Beschickungsöffnung 39b eingepasst ist. Gemäß der 9 ist die Kammer 36 in dem Abschnitt, bei dem das Abdeckungselement 40 in die Beschickungsöffnung 39 eingepasst ist, so ausgebildet, dass sie die gleiche kokonartige Querschnittsform wie diejenige aufweist, die in einer Schnittansicht von 8 entlang der Linie A-A' gezeigt ist.
  • Wenn es gewünscht ist, dass das zu knetende Material durch die Beschickungsöffnung 39b zugeführt wird, werden die Abdeckungselemente 40a und 40b in die Beschickungsöffnungen 39a bzw. 39c eingepasst. Entsprechend werden dann, wenn das zu knetende Material durch die Beschickungsöffnung 39c eingebracht werden soll, die Abdeckungselemente 40a und 40b in die Beschickungsöffnungen 39a bzw. 39b eingepasst. Wenn das zu knetende Material durch die Beschickungsöffnungen 39b und 39c und nicht durch die Beschickungsöffnung 39a auf der am weitesten stromaufwärtigen Seite zugeführt werden soll, kann eine geringe Menge des mit dem zu knetenden Materials identischen Materials durch die Beschickungsöffnung 39a auf der am weitesten stromaufwärtigen Seite zugeführt werden, um die Schneckengarnituren zu schmieren. Dies vermindert die Wechselwirkungen zwischen den Schneckengarnituren 35 und der Trommel 37.
  • Wie es in jeder der Schnittansichten von 8 (entlang der Linie A-A') und von 9 (entlang der Linie B-B') gezeigt ist, umfasst die Trommel 37 eine Mehrzahl von Kühlschlangen 41, die in der Trommel 37 so bereitgestellt sind, dass sie die Kammer 36 umgeben. Die Kühlschlangen 41 sind so als Durchgangslöcher ausgebildet, dass sie sich entlang der Längsrichtung der Kammer 36 erstrecken. Durch Leiten eines Kühlmediums wie z.B. Kühlwasser durch die Kühlschlangen 41 wird die Trommel 37 bei einer niedrigen Temperatur gehalten und Wärme wird von dem zu knetenden Material durch die Innenwand 36a der Kammer 36 abgeführt, wodurch ein Aufheizen des zu knetenden Materials auf eine hohe Temperatur unterdrückt wird. Gemäß der 9 sind in jedem der Abdeckungselemente 40 Durchgangslöcher bereitgestellt, um die Kühlschlangen 41 gemäß der Trommel 31 zu bilden.
  • Beim Kneten einer Kautschukzusammensetzung mit hoher Viskosität wird die Temperatur des Kautschuks aufgrund der während des Knetens erzeugten Wärme leicht auf eine hohe Temperatur erhöht. Insbesondere im Fall eines Kautschuk- oder Elastomermaterials muss die Temperatur des behandelten Materials im Allgemeinen bei 160 bis 180°C gehalten werden (abhängig von dem verwendeten Material), um eine thermische Zersetzung zu verhindern. Daher ist während des Knetens ein Kühlen durch die Kühlschlangen 41 erforderlich. Ein Kautschuk- oder Elastomermaterial weist die Eigenschaft einer geringeren Wärmeabstrahlung auf und wird deshalb z.B. als Wärmeisolator verwendet. Daher ist während des Knetens eines Kautschuk- oder Elastomermaterials das Kühlen ein wichtiger Faktor des Verfahrens.
  • Obwohl dies nicht in den Zeichnungen gezeigt ist, umfasst die Trommel 37 eine Mehrzahl von Einheiten, die in der axialen Richtung kombiniert sind. Die Anordnung der Einheiten kann so geändert werden, dass eine gewünschte Anzahl von Beschickungsöffnungen 39 an gewünschten Positionen angeordnet werden kann. Das Ende 37a der Trommel 37 ist zur Luft hin offen, so dass die geknetete Produktmasse aus dem Ende 37a ausgetragen wird. Ferner kann mit dem Ende 37a eine Düse verbunden sein, so dass das geknetete Produkt ausgetragen wird, das zu einer vorgegebenen Schnittform geformt wird.
  • Obwohl dies nicht in der Zeichnung gezeigt ist, umfasst jede der Schneckengarnituren 35 eine Mehrzahl von Schneckensegmenten, die in der axialen Richtung der Schneckengarnituren 35 kombiniert sind (nachstehend einfach als die „axiale Richtung" bezeichnet). Gemäß den Schnittansichten der 8 und 9 umfasst jedes der Schneckensegmente der Schneckengarnituren einen zweigängigen Schneckenflügel. Der Schneckenflügel ist so bereitgestellt, dass die Spitze 35a des Schneckenflügels in die Nähe der Kammerinnenwand 36a gebracht wird, so dass ein enger freier Raum gebildet wird, wodurch die Aufnahme des zu knetenden Materials verbessert wird. In den Räumen, die zwischen den Schneckengarnituren 35 und der Kammerinnenwand 36a gebildet werden, wird das zu knetende Material unter einer Scherkraft geknetet und zur stromabwärtigen Seite extrudiert.
  • Das zu knetende Material wird der Kammer 36 durch die Kautschukaufgabevorrichtung 33 zugeführt, die ein Endlosförderband 33a umfasst, das so angetrieben wird, dass es umläuft. Das zu knetende Material R, das ein zu einer Streifenbahn ausgebildetes Kautschukmaterial umfasst und das auf das Förderband 33a aufgebracht worden ist, wird durch die Umlaufbewegung des Förderbands 33a mengenmäßig in Richtung der Beschickungsöffnung 39 überführt. Das zu knetende Material fällt von dem Überführungsende 3b der Kautschukaufgabevorrichtung 33 herab und wird der Kammer 36 zugeführt. Die Kautschukaufgabevorrichtung 33 ist ein mengenmäßiges Zufuhrmittel, bei dem die Aufgaberate (Aufgabe pro Zeiteinheit) der mengenmäßigen Aufgabe des zu knetenden streifenbahnförmigen Materials R von der Beschickungsöffnung 39 durch Steuern der Umlaufrate des Förderbands 33a gesteuert werden kann.
  • Die 7 zeigt ein Beispiel (Position (a) in der Zeichnung), bei dem das Überführungsende 33b der Kautschukaufgabevorrichtung 33 oberhalb der Beschickungsöffnung 39a angeordnet ist, die auf der am weitesten stromaufwärtigen Seite der Trommel 37 bereitgestellt ist, wie es durch eine durchgezogene Linie gezeigt ist. Wenn das zu knetende Material von den Beschickungsöffnungen 39b oder 39c zugeführt werden soll, kann die Kautschukaufgabevorrich tung 33 in der axialen Richtung bewegt und an der Position (b) oder der Position (c) angeordnet werden, wie es durch die gestrichelte Linie in der 7 gezeigt ist.
  • Gemäß der vorstehenden Beschreibung umfasst der Doppelschnecken-Knetextruder 32 eine Mehrzahl von Beschickungsöffnungen 39 (39a, 39b und 39c) und eine der Beschickungsöffnungen 39 kann zum Zuführen des zu knetenden Materials ausgewählt werden. Daher wird das zu knetende Material in einem Bereich von der ausgewählten Beschickungsöffnung zu dem Ende 37a geknetet. Insbesondere kann selbst bei einem kontinuierlichen Kneten die Länge des Durchgangs des zu knetenden Materials durch die Kammer 36 durch geeignetes Auswählen der Beschickungsöffnung 39 geändert werden und folglich kann dem zu knetenden Material ein Ausmaß einer Knetarbeit, das einem gewünschten Viskositätsniveau und einem gewünschten Dispersionsniveau der Compoundiermittel entspricht, verliehen werden, um gewünschte Knetbedingungen zu erreichen. Daher können bei der Herstellung einer Kautschukzusammensetzung die Viskosität und das Dispersionsniveau der Compoundiermittel über einen weiten Bereich eingestellt oder gesteuert werden.
  • Nachstehend wird ein Verfahren zum Kneten einer Kautschukzusammensetzung gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Das Knetverfahren dieser Ausführungsform wird unter Verwendung der Knetvorrichtung 31 durchgeführt und umfasst nacheinander das Behandeln des zu knetenden Materials in dem Kautschukzufuhrschritt, den Kautschukknetschritt und den Kautschukaustragsschritt zur Erzeugung eines gekneteten Produkts.
  • Als erstes wird der Kautschukzufuhrschritt beschrieben. In der 7 wird eine der Mehrzahl von Beschickungsöffnungen 39 gemäß der Art des zu knetenden Materials, des gewünschten Viskositätsniveaus und des gewünschten Dispersionsniveaus der Compoundiermittel ausgewählt. Daher kann die Länge des Durchgangs des zu knetenden Materials durch die Kammer 36 so festgelegt werden, dass das Ausmaß einer Knetarbeit, die auf das zu knetende Material ausgeübt wird, gesteuert werden kann.
  • Dann wird die Kautschukaufgabevorrichtung 33 als Mittel zum Zuführen des zu knetenden Materials so angeordnet, dass das Überführungsende 33b über der ausgewählten Beschickungsöffnung 39 angeordnet ist. Die 7 zeigt einen Zustand, bei dem die Beschickungsöffnung 39a ausgewählt ist. Wenn die Beschickungsöffnung 39a ausgewählt ist, wird das zu knetende Material über die gesamte Länge der Kammer 36 geknetet. Wenn das Ausmaß der Knetarbeit, die auf das zu knetende Material ausgeübt wird, klein sein kann (wenn nur eine geringe Verminderung der Viskosität erforderlich ist), kann die Beschickungsöffnung 39b oder 39c anstelle der Beschickungsöffnung 39a ausgewählt werden. Für die anderen, nicht ausgewählten Beschickungsöffnungen 39 ist das Abdeckungselement 40 bereitgestellt.
  • Nach dem Anordnen der Kautschukaufgabevorrichtung 33 wird das zu knetende Material, das Kautschuk oder Kautschuk umfasst, der verschiedene Compoundiermittel wie z.B. einen Füllstoff wie z.B. Ruß und Additive, usw., enthält, von einem in der Zeichnung nicht gezeigten Einfülltrichter zugeführt. Obwohl die 7 ein Beispiel zeigt, bei dem das zu knetende Material R, das als Streifenbahn ausgebildet ist, dem Doppelschneckenextruder 32 zugeführt wird, kann das zu knetende Material z.B. in Form von Schuppen zugeführt werden. Alternativ kann eine Aufgabewalze oder eine Schneidesalze, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist, oberhalb der Kautschukaufgabevorrichtung 33 bereitgestellt sein, so dass der Kautschukaufgabevorrichtung 33 ein platten- oder bahnförmiges zu knetendes Material zugeführt werden kann, während es auf eine geeignete Länge (oder eine geeignete Größe) zugeschnitten wird.
  • Dann wird das zu knetende Material R, das auf das Förderband 33a aufgebracht worden ist, durch die Umlaufbewegung des Förderbands 33a zu der Beschickungsöffnung 39 (39a in der 7) überführt. Das zu knetende Material R fällt von dem Überführungsende 33b herab und wird der Kammer 36 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Temperatur des zu knetenden Materials R so gesteuert, dass sie 65°C oder weniger beträgt. Folglich kann eine Scherkraft effektiv auf das zu knetende Material ausgeübt werden, wodurch die Viskosität effektiv vermindert und eine hohe Kneteffizienz erreicht wird. Diese Ausführungsform nutzt die Aufgabevorrichtung, die das Förderband 33a umfasst, als Kautschukaufgabevorrichtung. Wenn jedoch ein mengenmäßiges Kautschukaufgabemittel des Extrusionsschneckentyps verwendet wird, ist es sehr wichtig, die Temperatur so zu steuern, dass sie 65°C oder weniger beträgt. Insbesondere wird bei einem Extrusionsschneckentyp die Genauigkeit der mengenmäßigen Aufgabe schlechter, so lange nicht die Temperatur des zu knetenden Materials, das dem Doppelschnecken-Knetextruder zugeführt wird, eine Temperatur erreicht, die eine Plastifizierung ermöglicht. Daher wird in manchen Fällen das zu knetende Material dem Doppelschnecken-Knetextruder bei einer Temperatur zugeführt, die höher als Raumtemperatur ist. Wenn in diesem Fall die Temperatur des zu knetenden Materials bei 65°C oder weniger gehalten wird, kann eine Verschlechterung der Kneteffizienz aufgrund einer übermäßigen Temperaturzunahme verhindert werden. Daher kann ein geknetetes Produkt mit einer stabilen Qualität effizient hergestellt werden.
  • Nachdem der vorstehend beschriebene Kautschukzufuhrschritt abgeschlossen ist, wird das zu knetende Material in dem folgenden Kautschukknetschritt geknetet, bis ein gewünschter Knetzustand erhalten wird. Das zu knetende Material wird durch Drehen der Doppelschne ckengarnituren 35 durch den Drehantriebsabschnitt 38 in der gleichen Richtung (vgl. die 8) geknetet. Insbesondere wird das zu knetende Material unter einer Scherkraft in dem Raum geknetet, der zwischen den Schneckengarnituren 35 und der Kammerinnenwand 36a gebildet wird. Auch die Schneckenflügel, die an den Schneckengarnituren 35 ausgebildet sind, üben aufgrund einer Scherkraft auf das zu knetende Material eine Knetarbeit aus und extrudieren das zu knetende Material in Richtung des Endes 37a der Trommel 37 auf der stromabwärtigen Seite (die rechte Seite der Figur). Bei diesem Knetschritt wird das zu knetende Material mit einem Kühlmedium wie z.B. Kühlwasser gekühlt, das durch die Kühlschlangen 41, die in der Trommel 31 in der axialen Richtung ausgebildet sind, durch die Kammerinnenwand 36a und die Trommel 37 fließt. Als Folge davon wird verhindert, dass sich das zu knetende Material aufgrund einer übermäßigen Temperaturzunahme thermisch zersetzt. Es ist auch möglich, eine Verschlechterung der Kneteffizienz aufgrund eines Phänomens zu verhindern, dass die Viskosität aufgrund einer Temperaturzunahme vermindert wird, so dass keine ausreichende mechanische Scherkraft auf das zu knetende Material ausgeübt werden kann.
  • Nach dem Abschluss des vorstehend beschriebenen Knetschritts wird das zu knetende Material aus dem Ende 37a der Trommel 37 ausgetragen (Kautschukaustragsschritt), um ein geknetetes Produkt mit einem eingestellten gewünschten Knetzustand zu erhalten.
  • Obwohl in dem vorstehend beschriebenen Verfahren zum Kneten der Kautschukzusammensetzung gemäß dieser Ausführungsform die Viskosität und der Dispersionsgrad der Compoundiermittel durch Auswählen der Beschickungsstelle des zu knetenden Materials gesteuert werden, ist das Steuermittel nicht darauf beschränkt. Die Viskosität und der Dispersionsgrad können ferner durch Ändern der Drehzahl der Schneckengarnitur 35 genau gesteuert werden.
  • Wenn die Kautschukzusammensetzung unter Verwendung der Knetvorrichtung 31 geknetet wird, ist das Knetverfahren nicht auf das vorstehend beschriebene Verfahren beschränkt. Ein vorgegebenes Compoundiermittel kann dem Doppelschnecken-Knetextruder 32 separat zugeführt werden, so dass die zeitliche Abfolge des Mischens des Compoundiermittels mit dem zu knetenden Material in geeigneter Weise gesteuert werden kann.
  • Die 10 zeigt einen Zustand, bei dem ein vorgegebenes Compoundiermittel der Kammer 36 unter Verwendung einer Compoundiermittel-Aufgabevorrichtung 42 zugeführt wird. In diesem Fall wird das zu knetende Material R der Beschickungsöffnung 39a von der Kautschukaufgabevorrichtung 33 zugeführt und das Abdeckungselement 40 wird in die Beschickungs öffnung 39b eingepasst. Die Austragsöffnung 42a der Compoundiermittelaufgabevorrichtung 42 des Extrusionsschneckentyps ist zu der Beschickungsöffnung 39c hin offen, die auf der stromabwärtigen Seite der Beschickungsöffnung 39a, der das zu knetende Material zugeführt wird, in der Extrusionsrichtung angeordnet ist. Insbesondere wird das vorgegebene Compoundiermittel, das von dem Einfülltrichter 42b der Compoundiermittelaufgabevorrichtung 12 zugeführt wird, der Kammer 36 durch eine Extrusionsschnecke durch die Beschickungsöffnung 39c mengenmäßig zugeführt. Daher wird das Compoundiermittel mit dem zu knetenden Material gemischt, das geknetet wird, während es von der Beschickungsöffnung 39a zu der Beschickungsöffnung 39c durch die Kammer 36 läuft.
  • In einem Fall, bei dem ein Compoundiermittel vorzugsweise mit der Kautschukzusammensetzung in einem vorgegebenen Zustand im Verlauf des Knetens gemischt wird, kann dies einfach mit dem vorstehend beschriebenen Knetverfahren erreicht werden. Wenn beispielsweise ein Compoundiermittel wie z.B. eine Vernetzungschemikalie oder ein Vernetzungsbeschleuniger, die bzw. der eine von den anderen Chemikalien und Compoundiermitteln verschiedene Grenztemperatur beim Kneten aufweist, als Compoundiermittel gemischt wird, ist das Verfahren effektiv.
  • Um den Effekt der vorliegenden Erfindung detailliert zu beschreiben, wird die vorliegende Erfindung nachstehend unter Bezugnahme auf ein Beispiel genauer beschrieben. Das nachstehende Beispiel ist lediglich ein Beispiel für die Anwendung der vorliegenden Erfindung.
  • Beispiel
  • In diesem Beispiel wurde ein Experiment zur Herstellung eines gekneteten Produkts unter Verwendung der Knetvorrichtung 31 (vgl. die 7) gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt. Als Doppelschnecken-Knetextruder 32 wurde ein Extruder mit einem Schneckendurchmesser von 59 mm und einem Verhältnis der Länge der Schneckengarnitur 35 zu dem Schneckendurchmesser (L/D) von 36 eingesetzt. In der nachstehenden Beschreibung wird die axiale Länge der Trommel 37 durch einen L/D-Wert dargestellt (beispielsweise stellt ein Abschnitt mit einem L/D-Wert von 48 von der stromaufwärtigen Seite der Trommel 37 einen Mittelabschnitt der Trommel 37 in der axialen Richtung dar). Während des Knetens wurde Kühlwasser durch die Kühlflüssigkeitsschlangen 41 geleitet, die in der Trommel 37 bereitgestellt sind, so dass die Trommeltemperatur so gesteuert wurde, dass sie während des Knetens bei etwa 30°C gehalten wurde, und ein geknetetes Produkt wurde als Block von dem Ende 37a der Trommel 37 ausgetragen.
  • Als Position der Beschickungsöffnung 39 zum Zuführen des zu knetenden Materials wurden die Beschickungsöffnung 39a, die auf der stromaufwärtigen Seite der Trommel 37 angeordnet ist, und die Beschickungsöffnung 39c an einer Stelle mit einem L/D-Wert von 25,2 von dem stromaufwärtigen Ende ausgewählt. Das zu knetende Material wird durch jede der Beschickungsöffnungen zugeführt und es wurde die Abnahme der Mooney-Viskosität gemessen. In diesem Beispiel betrug die Schneckendrehzahl 300 U/min, die Temperatur des zu knetenden Materials (Kautschukmaterial) betrug 25°C und die Zufuhrrate betrug 150 kg/Stunde. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
  • Tabelle 1
    Figure 00270001
  • Die Tabelle 1 zeigt, dass durch die Verwendung der Knetvorrichtung 31 die Länge des Durchgangs des zu knetenden Materials durch die Trommel durch geeignetes Auswählen der Beschickungsöffnung verändert werden kann, so dass eine Abnahme der Mooney-Viskosität in einem Bereich von 23 Punkten gesteuert werden kann. Für Vergleichszwecke wurde die Mooney-Viskosität durch Ändern der Drehzahl der Schnecke und der Zufuhrrate des Kautschukmaterials gesteuert. Als Ergebnis wurde erhalten, dass eine Abnahme der Mooney-Viskosität aufgrund einer Minimalgrenze der Herstellung, die als Anlagenspezifikation sichergestellt werden muss, und einer Grenze der Materialtemperatur nur in einem Bereich von maximal 14 Punkten gesteuert werden konnte. Daher wird bestätigt, dass es effektiv ist, dass die Viskosität durch Ändern der Länge des Durchgangs durch die Trommel gesteuert wird. In einem anderen Vergleichsbeispiel wurde eine Abnahme der Mooney-Viskosität auch durch Ändern der Konfiguration eines Schneckensegments gesteuert. Als Ergebnis wurde erhalten, dass eine Abnahme der Mooney-Viskosität im Bereich von 20 Punkten gesteuert werden konnte. Das Stoppen der Vorrichtung zur Änderung des Schneckensegments erfordert jedoch eine lange Zeit und folglich kann dieses Verfahren nur schwer auf eine tatsächliche Herstellung angewandt werden. Diesbezüglich wird die Effektivität der vorliegenden Erfindung bestätigt.
  • Um die Effekte, die unter Verwendung von Kautschukausgangsmaterialien (zu knetendes Material) bei verschiedenen Aufgabetemperaturen erhalten werden, zu vergleichen, wurde eine Abnahme der Mooney-Viskosität durch verschiedenartiges Ändern der Aufgabetemperatur gemessen. Bei der Messung wurde die Konfiguration der Schneckensegmente der Knetvorrichtung 31 partiell geändert. Die Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Messung jeweils bei 25°C, 60°C und 140°C. Die anderen experimentellen Bedingungen waren mit denjenigen des Experiments identisch, das zu den in der Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen führte.
  • Tabelle 2
    Figure 00280001
  • Die Tabelle 2 zeigt, dass bei der Messung bei einer Aufgabetemperatur von jeweils 25°C und 60°C eine Abnahme der Mooney-Viskosität im Bereich von 20 Punkten gesteuert werden konnte. Es gab auch keinen Unterschied zwischen der Abnahme der Mooney-Viskosität bei Aufgabetemperaturen von 25°C und 60°C. Bei einer Aufgabetemperatur von 140°C war jedoch dann, wenn die Länge L/D des Durchgangs des Kautschukmaterials einen höheren Wert von 28,8 aufwies, die Abnahme der Mooney-Viskosität gering und folglich wurde bestätigt, dass die Kneteffizienz geringer war als in dem Fall von Beschickungstemperaturen von 25°C und 60°C. In diesem Fall wurde die Temperatur folglich auf eine Grenztemperatur erhöht, bei der die Befürchtung einer Zersetzung des Kautschuks besteht. Dies ist möglicherweise auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Kneteffizienz aufgrund einer übermäßigen Temperaturzunahme signifikant vermindert wird. Die vorstehend beschriebenen experimentellen Ergebnisse zeigen, dass dann, wenn die Beschickungstemperatur 60°C oder weniger beträgt, und die Beschickungstemperatur unter Berücksichtigung von Temperaturvariationen bei der Steuerung der Herstellungsanlage 65°C oder weniger beträgt, eine hohe Kneteffizienz aufrechterhalten und ein geknetetes Produkt mit einer stabilen Qualität erhalten werden kann.
  • Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf das Beispiel beschrieben worden ist, sind das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kneten der Kautschukzusammensetzung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise können die folgenden Modifizierungen durchgeführt werden.
    • (1) Obwohl in dieser Ausführungsform eine Schneckengarnitur eine Kombination nur von Schneckensegmenten umfasst, ist die Schneckengarnitur nicht darauf beschränkt, und die vorliegende Erfindung kann auf eine beliebige Kombination mit Rotorsegmenten oder Knetscheiben angewandt werden. Beispielsweise können, wie es in der 11 gezeigt ist, die Schneckengarnituren 35 eine Kombination aus einer Mehrzahl von Rotorsegmenten 43 (43a bis 43j) und den Schneckensegmenten 44 umfassen. In diesem Fall kann durch die Verwendung der Rotorsegmente 43 eine starke Scherkraft auf ein zu knetendes Material ausgeübt werden, um eine hohe Kneteffizienz zu erreichen. In der 11 werden die Komponenten, die mit denjenigen der Knetvorrichtung der vorstehenden Ausführungsform identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
    • (2) Obwohl in dieser Ausführungsform die Knetvorrichtung 1 Beschickungsöffnungen umfasst, die an drei Stellen bereitgestellt sind, ist die Anzahl der Beschickungsöffnungen nicht darauf beschränkt, und die Beschickungsöffnungen können an zwei Positionen oder vier Positionen in der axialen Richtung der Schneckengarnituren bereitgestellt sein. Die Positionen der Beschickungsöffnungen können verschiedenartig ausgewählt werden.
    • (3) Obwohl in dieser Ausführungsform die Kautschukaufgabevorrichtung ein Förderband umfasst, ist die Kautschukaufgabevorrichtung nicht darauf beschränkt und es kann eine Aufgabevorrichtung, die eine Aufgabewalze umfasst, ein Extrusionsschneckentyp (Einschneckenextrusionsschnecken- oder konische Doppelschnecken-Schneckenaufgabevorrichtung) oder eine Aufgabevorrichtung verwendet werden, die eine Zahnradpumpe umfasst. Durch die Verwendung einer solchen mengenmäßigen Aufgabevorrichtung findet bei der Zuführung des Kautschuks und anderer Compoundiermittel keine Variation statt, wodurch Variationen bei der Qualität und der physikalischen Eigenschaften eines gekneteten Produkts unterdrückt werden. Insbesondere können die Variationen zur Produktsteuerung leicht auf eine zulässige Grenze oder darunter vermindert werden (beispielsweise auf eine Härte σn-1 = 3,0 oder weniger).
    • (4) Obwohl in dieser Ausführungsform das zu knetende Material, das von den Beschickungsöffnungen zugeführt wird, als Streifenbahn vorliegt, kann die vorliegende Erfindung auf zu knetende Materialien angewandt werden, die andere Formen aufweisen. Beispielsweise kann ein bahn-, schuppen-, pulver- oder plattenförmiges Material eingesetzt werden. Wenn ein zu knetendes Material, das eine solche Form aufweist, zugeführt wird, kann das zu knetende Material mengenmäßig von den Beschickungsöffnungen zugeführt werden. Daher ist es möglich, das Auftreten von Variationen bei der Qualität und den physikalischen Eigenschaften eines gekneteten Produkts aufgrund von Variationen bei der Zufuhr des Kautschuks und anderer Compoundiermittel zu einem Knetextruder zu verhindern.

Claims (16)

  1. Knetvorrichtung (1) zum Kneten durch Fluidifizierung eines zu knetenden Materials unter einer Scherkraft, um ein geknetetes Produkt in einem erwünschten Knetzustand zu erhalten, umfassend: eine Trommel (7) mit einer zylindrischen Hohlraumkammer (6), eine in der Kammer rotierende Doppelschnecken-Schneckengarnitur (5), um das unter einer Scherkraft zu knetende Material zu kneten und das zu knetende Material zur stromabwärtigen Seite zu extrudieren, eine mit der Schneckengarnitur (5) kombinierte Mehrzahl von Knetrotoren (14–18) zum Kneten des zu knetenden Materials in einem keilförmigen Raum zwischen der Innenwand der Kammer und der Schraubengarnitur und in einem freien Raum an der Spitze, eine an einem Ende der Trommel angeordnete Beschickungsöffnung (8), um das zu knetende Material in die Kammer zuzuführen, an einer Mehrzahl von Stellen der Trommel (12; 12a, b, c, d, e) angeordnete Austragsöffnungen (9; 9a, b, c, d) zum Austragen des gekneteten Produkts und ein Austragsstelle-Auswahlmittel (10) zum Auswählen einer der Mehrzahl von Austragsöffnungen (9) derart, um das geknetete Produkt nur von einer ausgewählten Austragsöffnung auszutragen.
  2. Knetvorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend: ein Schmiermittel-Zufuhrmittel (4) zum Zuführen einer kleinen Schmiermittelmenge zu jedem der Knetbereiche, die entsprechend durch die Kammer und die Knetrotoren (14–18) gebildet sind, und ein Schmiermittelzufuhr-Auswahlmittel zum Auswählen der Knetbereiche derart, dass das Schmiermittel zu jedem nur der Knetbereiche zugeführt wird, die auf der stromabwärtigen Seite der Austragsöffnung (9) angeordnet sind, die zum Austragen des gekneteten Produkts ausgewählt ist, in der Extrusionsrichtung des gekneteten Produkts.
  3. Knetvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Rotorsegment, das zwei oder drei Schneckenflügel umfasst, als jeder der Knetrotoren (14–18) verwendet wird.
  4. Knetvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der freie Raum an der Spitze (20a, 20b) in der Größe in der axialen Richtung oder der Umfangsrichtung der Schraubengarnitur variiert.
  5. Knetvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Kühlschlange (11) um die Kammer angeordnet ist.
  6. Knetverfahren unter Verwendung der Knetvorrichtung nach Anspruch 1, umfassend: einen Zufuhrschritt zum Zuführen eines zu knetenden Materials in die Kammer, einen Knetschritt zum Kneten des zu knetenden Materials in einem zwischen dem Knetrotor und der Innenwand der Kammer gebildeten keilförmigen Raum und in einem freien Raum an der Spitze, einen Austragsschritt zum Austragen des gekneteten Materials von einer der Mehrzahl von Austragsöffnungen, welche gemäß einer erwünschten Knetbedingung ausgewählt ist.
  7. Knetverfahren nach Anspruch 6, wobei eine kleine Schmiermittelmenge zu den durch die Kammer und die Knetrotoren (14–18) gebildeten und auf der stromabwärtigen Seite der ausgewählten Austragsöffnung (9) in der Extrusionsrichtung des gekneteten Produkts angeordneten Knetbereichen zugeführt wird.
  8. Knetverfahren nach Anspruch 6, wobei das zu knetende Material Kautschuk oder Kautschukverbindungen ist.
  9. Knetvorrichtung (1) zum Kneten durch Fluidifizierung eines zu knetenden Materials unter einer Scherkraft, um ein geknetetes Produkt in einem erwünschten Knetzustand zu erhalten, umfassend: eine Trommel (7) mit einer zylindrischen Hohlraumkammer (6), eine in der Kammer rotierende Doppelschnecken-Schneckengarnitur (5), um das unter einer Scherkraft zu knetende Material zu kneten und das zu knetende Material zur stromabwärtigen Seite zu extrudieren, eine mit der Schneckengarnitur (5) kombinierte Mehrzahl von Knetrotoren (14–18) zum Kneten des zu knetenden Materials in einem keilförmigen Raum zwischen der Innenwand der Kammer und der Schraubengarnitur und in einem freien Raum an der Spitze, an einer Mehrzahl von Stellen der Trommel angeordnete Beschickungsöffnungen (8), um das zu knetende Material in die Kammer zuzuführen, und eine Aufgabevorrichtung (3) zum Zuführen des zu knetenden Materials durch eine ausgewählte der Mehrzahl von Beschickungsöffnungen.
  10. Knetvorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine Kühlschlange (11) um die Kammer angeordnet ist.
  11. Knetverfahren unter Verwendung der Knetvorrichtung nach Anspruch 9, umfassend: einen Zufuhrschritt zum Zuführen eines zu knetenden Materials in die Kammer durch eine der Mehrzahl von Beschickungsöffnungen (8), welche gemäß einer erwünschten Knetbedingung ausgewählt ist, einen Knetschritt zum Kneten des unter einer Scherkraft zu knetenden Materials in einem zwischen der Schraubengarnitur und der Innenwand der Kammer gebildeten Raum, und das Extrudieren des Materials zur stromabwärtigen Seite, einen Austragsschritt zum Austragen eines gekneteten Produkts von einem stromabwärtigen Ende der Trommel.
  12. Knetverfahren nach Anspruch 11, wobei auf der stromabwärtigen Seite der Beschickungsöffnung, die zum Zuführen des zu knetenden Materials in der Extrusionsrichtung ausgewählt sind, Beschickungsöffnungen (8) ausgewählt sind, um ein vorbestimmtes Mischmittel zu der Kammer zuzuführen und das Mischmittel mit dem zu knetenden Material zu mischen.
  13. Knetverfahren nach Anspruch 11, wobei das zu knetende Material Kautschuk oder Kautschukverbindungen ist.
  14. Knetverfahren nach Anspruch 13, wobei der Zuführungsschritt das Zuführen des zu knetenden Materials umfasst, das auf eine Temperatur von 65°C oder weniger eingestellt ist.
  15. Knetverfahren nach Anspruch 13, wobei der Zuführungsschritt das Zuführen des zu knetenden Materials umfasst, das in eine Bahn, eine Streifenbahn oder eine Schuppe geformt ist.
  16. Knetverfahren nach Anspruch 11, wobei der Zuführungsschritt das Zuführen des zu knetenden Materials unter Verwendung eines mengenmäßigen Zufuhrmittels umfasst.
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