JP2007130953A - Sealed type kneader, and kneading method for rubber material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ゴム、プラスチック等の高粘度の材料の混練を行うための密閉式混練機及びゴム材料の混練方法に関し、特に、ロータのロータ軸及びロータ翼に熱媒体の流路を形成した密閉式混練機及びゴム材料の混練方法に関するものである。
ここで、「熱媒体」とは、冷却媒体のほか、加熱媒体を含み、媒体の状態も液体のほか、蒸気等の気体を含むものである。
The present invention relates to a hermetic kneader for kneading high viscosity materials such as rubber and plastic and a kneading method for rubber material, and in particular, hermetically forming a heat medium flow path on a rotor shaft and rotor blades of a rotor. The present invention relates to a kneading machine and a rubber material kneading method.
Here, the “heat medium” includes a heating medium in addition to a cooling medium, and the medium also includes a gas such as a vapor in addition to a liquid.
従来、ゴム、プラスチック等の高粘度の材料の混練を行うための密閉式混練機として、図6に示すように、混練材料を収納するチャンバー1と、このチャンバー1の上部を閉鎖する加圧蓋2と、チャンバー1内に回転可能に取り付けられたロータ翼32を有する一対のロータ3とを備え、このロータ3のロータ軸31及びロータ翼32に冷却媒体の流路41、42をそれぞれ形成した密閉式混練機が実用化されている(例えば、特許文献1参照)。
この密閉式混練機は、ロータ3のロータ軸31及びロータ翼32に冷却媒体の流路41、42をそれぞれ形成しているため、ロータ3のロータ軸31の表面が能率よく冷却されて混練材料の温度上昇が低く抑えられ、混練終了後に材料がロータ3に粘着することがなく、混練済の材料を容易に取り出すことができるという利点を有するものであった。
しかしながら、この密閉式混練機は、ロータ軸半径RRとチャンバー内面半径RCの比RR/RC及びロータ翼32の径方向の高さHWとチャンバー内面半径RCの比HW/RCが共に0.5程度であり、ロータ軸31と比較してロータ翼32が大きなものとなる(1つのロータ翼の断面積AWとロータ軸の断面積ARの比AW/ARが0.5〜0.7程度にもなる)ため(ここで、チャンバー内面半径RC、ロータ軸半径RR、ロータ翼32の径方向の高さHW、ロータ軸の断面積AR、ロータ翼の断面積AWの意味については、図1及び図2参照)、ロータ翼32の冷却媒体の流路42の断面積もこれに合わせて大きくなり、流路42内で冷却媒体がショートパスすることにより冷却効果に不均一が生じたり、流路42を流通する冷却媒体の流速が低下することにより、材料を混練する際に最も発熱が起こりやすいロータ翼32の外表面近傍域で、ロータ翼32による冷却効果が得にくいため、混練効率が上がらず、高粘度の材料や発熱が起こりやすい材料の場合には、混練が十分に行えなかったり、混練終了後に材料がロータ3に粘着することによって混練済の材料を容易に取り出すことができなくなるという問題があった。
Conventionally, as a closed kneading machine for kneading high-viscosity materials such as rubber and plastic, as shown in FIG. 6, a
In this hermetic kneader, the
However, this internal mixer, the rotor shaft radius R R and the chamber inner surface radius R C of the ratio R R / R C and the height in the radial direction of the
一方、図7に示すように、回転シャフト51、71と、回転シャフト51、71の外周に設けられたロータ本体52、72とを有する混練用ロータにおいて、ロータ本体52、72は、外表面に翼部55、75を形成し、かつ、外表面における少なくとも翼部55、75の形成部位に溝56、76を形成した内部部材53、73と、内部部材53、73の外表面に倣うようにこの外表面を覆う外部部材54、74とを備え、溝56、76と外部部材54、74とによって冷却媒体を流通させる通路空間を形成することにより、冷却媒体がショートパスすることを防止し、冷却効率を向上して混練に要する時間を短縮できるようにしたものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、この混練用ロータは、内部部材53、73と、外部部材54、74という2つの部材を必要とすることから、構造が複雑となり、装置の製造コストが上昇するという問題があった。
However, since this kneading rotor requires two members, the inner members 53 and 73 and the outer members 54 and 74, there is a problem that the structure becomes complicated and the manufacturing cost of the apparatus increases.
本発明は、上記従来の密閉式混練機の有する問題点に鑑み、ロータ翼の熱媒体の流路内で熱媒体がショートパスしないようにするとともに、流路を流通する熱媒体の流速を上昇させることにより、冷却(又は加熱)効率を向上することができるようにした密閉式混練機を提供することを目的とする。 In view of the problems of the above conventional closed kneader, the present invention prevents the heat medium from short-circuiting in the flow path of the heat medium of the rotor blade and increases the flow rate of the heat medium flowing through the flow path. An object of the present invention is to provide a closed kneader capable of improving cooling (or heating) efficiency.
上記目的を達成するため、本発明の密閉式混練機は、混練材料を収納するチャンバーと、該チャンバーの上部を閉鎖する加圧蓋と、チャンバー内に取り付けられたロータ翼を有する一対のロータとを備え、該ロータのロータ軸及びロータ翼に熱媒体の流路を形成した密閉式混練機において、ロータ軸半径RRとチャンバー内面半径RCの比RR/RCが0.65以上、ロータ翼の径方向の高さHWとチャンバー内面半径RCの比HW/RCが0.35以下であり、前記ロータ翼の熱媒体の流路をロータ翼の外形状と略相似形状をなす1本の流路で構成したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a closed kneader according to the present invention includes a chamber for storing a kneaded material, a pressure lid for closing the upper portion of the chamber, and a pair of rotors having rotor blades attached in the chamber. And a ratio R R / RC of the rotor shaft radius R R and the chamber inner surface radius R C is 0.65 or more in a closed kneader in which a heat medium flow path is formed on the rotor shaft and rotor blades of the rotor, The ratio H W / RC of the radial height H W of the rotor blade to the chamber inner surface radius RC is 0.35 or less, and the flow path of the heat medium of the rotor blade is substantially similar to the outer shape of the rotor blade It is characterized by comprising one flow path forming the following.
この場合において、ロータ翼の断面積AWとロータ軸の断面積ARの比AW/ARが0.02〜0.12、ロータ翼に形成した熱媒体の流路の断面積AF2とロータ翼の断面積AWとの比AF2/AWが0.1〜0.5となるようにすることができる。 In this case, the ratio A W / A R of the cross-sectional area A R of the cross-sectional area of the rotor blade A W and the rotor shaft is 0.02-0.12, the cross-sectional area of the flow path of the heat medium formed in the rotor blade A F2 The ratio A F2 / A W of the rotor blade cross-sectional area A W can be set to 0.1 to 0.5.
また、ロータ翼に形成した熱媒体の流路を直列に接続し、ロータ軸に導入されたすべての熱媒体が、前記直列に接続されたロータ翼に形成した熱媒体の流路を流通するようにすることができる。 Also, the heat medium flow paths formed on the rotor blades are connected in series so that all the heat medium introduced into the rotor shaft flows through the heat medium flow paths formed on the rotor blades connected in series. Can be.
また、ロータ軸に形成した熱媒体の流路を周方向に複数に分割し、該流路を直列に接続することができる。 Moreover, the flow path of the heat medium formed on the rotor shaft can be divided into a plurality in the circumferential direction, and the flow paths can be connected in series.
また、ロータ翼に形成した熱媒体の流路の断面積AF2とロータ軸に形成した熱媒体の1つの流路の断面積AF1との比AF2/AF1が0.2〜2.0となるようにすることができる。 The ratio A F2 / A F1 between the cross-sectional area A F2 of the flow path of the heat medium formed on the rotor blade and the cross-sectional area A F1 of one flow path of the heat medium formed on the rotor shaft is 0.2-2. It can be set to zero.
さらに、上記密閉式混練機を使用し、ゴムとフィラーの混練を行うことができる。 Furthermore, rubber and filler can be kneaded using the above-mentioned closed kneader.
本発明の密閉式混練機によれば、混練材料を収納するチャンバーと、該チャンバーの上部を閉鎖する加圧蓋と、チャンバー内に取り付けられたロータ翼を有する一対のロータとを備え、該ロータのロータ軸及びロータ翼に熱媒体の流路を形成した密閉式混練機において、ロータ軸半径RRとチャンバー内面半径RCの比RR/RCが0.65以上、ロータ翼の径方向の高さHWとチャンバー内面半径RCの比HW/RCが0.35以下であり、前記ロータ翼の熱媒体の流路をロータ翼の外形状と略相似形状をなす1本の流路で構成するようにしているので、ロータ軸と比較してロータ翼の断面積が小さくなるため、ロータ翼の肉厚を増大させることなく、ロータ翼の熱媒体の流路の断面積を小さくでき、ロータ翼の熱媒体の流路内で熱媒体がショートパスしないようにするとともに、流路を流通する熱媒体の流速を上昇させることができる。これにより、冷却(又は加熱)効率を向上することができ、特に、材料を混練する際に最も発熱が起こりやすいロータ翼の外表面近傍域で、ロータ翼による冷却効果が得やすくなるため、混練効率が向上し、高粘度の材料や発熱が起こりやすい材料の場合でも、混練を十分に行うことができ、また、混練終了後に材料がロータに粘着することがなく、混練済の材料を容易かつ確実に取り出すことができる。 According to the closed kneading machine of the present invention, the rotor includes a chamber for storing the kneaded material, a pressure lid for closing the upper portion of the chamber, and a pair of rotors having rotor blades attached in the chamber. In a hermetic kneader in which a heat medium flow path is formed on the rotor shaft and rotor blades, the ratio R R / RC of the rotor shaft radius R R and the chamber inner surface radius R C is 0.65 or more, and the radial direction of the rotor blades the ratio H W / R C of the height H W and the chamber inner surface radius R C is 0.35 or less, one of the flow paths of the heat medium of the rotor blades forming the outer shape substantially similar shape of the rotor blade Since the cross-sectional area of the rotor blade is smaller than that of the rotor shaft, the cross-sectional area of the flow path of the heat medium of the rotor blade is increased without increasing the thickness of the rotor blade. The heat can be reduced in the heat medium flow path of the rotor blade. While preventing the medium from short-circuiting, the flow velocity of the heat medium flowing through the flow path can be increased. As a result, the cooling (or heating) efficiency can be improved, and in particular, the cooling effect by the rotor blades can be easily obtained in the vicinity of the outer surface of the rotor blades where heat generation is most likely to occur when the materials are kneaded. Even in the case of a highly viscous material or a material that is likely to generate heat, the efficiency can be improved and kneading can be sufficiently performed. Can be taken out reliably.
また、ロータ翼の断面積AWとロータ軸の断面積ARの比AW/ARが0.02〜0.12、ロータ翼に形成した熱媒体の流路の断面積AF2とロータ翼の断面積AWとの比AF2/AWが0.1〜0.5となるようにすることにより、ロータ翼の熱媒体の流路を流通する熱媒体の流速を一層上昇させるとともに、流路内で熱媒体の流速に不均一が生じないようにすることができる。 The ratio A W / A R of the cross-sectional area A R of the cross-sectional area A W and the rotor shaft of the rotor blades is 0.02-0.12, the cross-sectional area A F2 of the flow path of the heat medium formed in the rotor blade rotor By making the ratio A F2 / A W to the blade cross-sectional area A W be 0.1 to 0.5, the flow rate of the heat medium flowing through the flow path of the heat medium of the rotor blade is further increased. It is possible to prevent nonuniformity in the flow rate of the heat medium in the flow path.
また、ロータ翼に形成した熱媒体の流路を直列に接続し、ロータ軸に導入されたすべての熱媒体が、前記直列に接続されたロータ翼に形成した熱媒体の流路を流通するようにすることにより、ロータ翼の熱媒体の流路を流通する熱媒体の流速を一層上昇させることができる。 Also, the heat medium flow paths formed on the rotor blades are connected in series so that all the heat medium introduced into the rotor shaft flows through the heat medium flow paths formed on the rotor blades connected in series. By doing so, the flow velocity of the heat medium flowing through the flow path of the heat medium of the rotor blades can be further increased.
また、ロータ軸に形成した熱媒体の流路を周方向に複数に分割し、該流路を直列に接続するようにすることにより、流路内で熱媒体の流速に不均一が生じないようにすることができ、材料の冷却(又は加熱)を一層均一に行うことができる。 In addition, the flow path of the heat medium formed on the rotor shaft is divided into a plurality of circumferential directions, and the flow paths are connected in series so that the flow rate of the heat medium does not become uneven in the flow path. The material can be cooled (or heated) more uniformly.
また、ロータ翼に形成した熱媒体の流路の断面積AF2とロータ軸に形成した熱媒体の1つの流路の断面積AF1との比AF2/AF1が0.2〜2.0となるようにすることにより、ロータ軸に形成した熱媒体の流路とロータ翼に形成した熱媒体の流路を流通する熱媒体の流速を管理することによって、材料の冷却(又は加熱)状態を容易かつ高精度に制御することができる。 The ratio A F2 / A F1 between the cross-sectional area A F2 of the flow path of the heat medium formed on the rotor blade and the cross-sectional area A F1 of one flow path of the heat medium formed on the rotor shaft is 0.2-2. By controlling the flow rate of the heat medium flowing through the flow path of the heat medium formed on the rotor shaft and the flow path of the heat medium formed on the rotor blade, the material is cooled (or heated). The state can be controlled easily and with high accuracy.
さらに、上記密閉式混練機を使用し、ゴムとフィラーの混練を行うことにより、高粘度で発熱が起こりやすいゴムとフィラーの混練を十分に行うことができ、これにより、分散性が向上した高品質のゴム材料を得ることができる。 Furthermore, by using the above-mentioned closed kneader and kneading the rubber and filler, it is possible to sufficiently knead the rubber and filler that are highly viscous and easily generate heat, thereby improving dispersibility. Quality rubber material can be obtained.
以下、本発明の密閉式混練機の実施の形態を、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the closed kneader of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1〜図3に、本発明の密閉式混練機の一実施例を示す。
この密閉式混練機は、ゴム、プラスチック等の高粘度の材料の混練を行うためのもので、図1に示すように、混練材料を収納するチャンバー1と、このチャンバー1の上部を閉鎖する加圧蓋2と、チャンバー1内に回転可能に取り付けられたロータ翼32を有する一対のロータ3とを備え、このロータ3のロータ軸31及びロータ翼32に熱媒体の流路41、42をそれぞれ形成するようにしている。
ここで、「熱媒体」には、冷却媒体のほか、加熱媒体を含み、媒体の状態も液体のほか、蒸気等の気体を含むが、本実施例においては、冷却媒体を用いる場合について説明する。
1 to 3 show an embodiment of a closed kneader of the present invention.
This closed kneading machine is for kneading high viscosity materials such as rubber and plastic. As shown in FIG. 1, a
Here, the “heat medium” includes a heating medium in addition to a cooling medium, and the medium state includes a gas such as a vapor in addition to a liquid. In this embodiment, a case where a cooling medium is used will be described. .
そして、この密閉式混練機においては、ロータ軸31の半径RRとチャンバー1の内面半径RCの比RR/RCが0.65以上(本実施例においては、約0.7)、ロータ翼32の径方向の高さHWとチャンバー1の内面半径RCの比HW/RCが0.35以下(本実施例においては、約0.3)であり、ロータ翼32の熱媒体の流路42を、ロータ軸31の外周面とロータ翼32とによって区画するとともにロータ翼32の外形状と略相似形状、具体的には、本実施例においては、断面略三角形状をなす1本の流路で構成するようにしている。
Then, in this internal mixer, the radius R R and the ratio R R / R C of the inner surface radius R C of the
この密閉式混練機は、ロータ軸31と比較してロータ翼32の断面積が小さくなるため、ロータ翼32の肉厚を増大させることなく、ロータ翼32の熱媒体の流路42の断面積を小さくでき、ロータ翼32の熱媒体の流路42内で熱媒体がショートパスしないようにするとともに、流路42を流通する熱媒体の流速を上昇させることができる。
In this hermetic kneader, the cross-sectional area of the
この場合において、図2に示すように、ロータ翼32の断面積AWとロータ軸31の断面積ARの比AW/ARが0.02〜0.12、好ましくは、0.04〜0.10(本実施例においては、約0.06)、ロータ翼32に形成した熱媒体の流路42の断面積AF2とロータ翼32の断面積AWとの比AF2/AWが0.1〜0.5、好ましくは、0.2〜0.4(本実施例においては、約0.2)となるようにすることが好ましい。
これにより、ロータ翼32の熱媒体の流路42を流通する熱媒体の流速を一層上昇させるとともに、流路42内で熱媒体の流速に不均一が生じないようにすることができる。
In this case, as shown in FIG. 2, the ratio A W / A R of the cross-sectional area A R of the cross-sectional area A W and the
As a result, the flow rate of the heat medium flowing through the
ところで、本実施例においては、図1(a)及び図1(c1)に示すように、ロータ翼32の熱媒体の流路42を、ロータ軸31の外周面とロータ翼32とによって区画して形成するようにしたが、熱媒体の流路42の形成方法はこれに限定されず、例えば、図1(c2)に示すように、ロータ翼32単独で区画した空間を熱媒体の流路42とするようにしたり、図1(c3)に示すように、ロータ翼32と閉鎖板32aとによって区画した空間を熱媒体の流路42とすることもできる。
By the way, in the present embodiment, as shown in FIGS. 1A and
また、本実施例においては、図3に示すように(ただし、図3は各流路を模式的に示したもので、実際には、ロータ軸31に形成した熱媒体の流路41は、図1に示すように、ロータ軸31の軸表面の近傍域に熱媒体の流路41を形成するようにしている。)、1個のロータ3を見たとき、そのロータ軸31に備えた2個のロータ翼32に形成した熱媒体の流路42を、ロータ軸31に形成した熱媒体の流路41を介して直列に接続し、1個のロータ3のロータ軸31に導入されたすべての熱媒体が、直列に接続されたロータ翼32に形成した熱媒体の流路42を順次流通するようにすることにより、ロータ翼32の熱媒体の流量を確保し、流路42を流通する熱媒体の流速を一層上昇させることができる。
なお、ロータ軸31に備えるロータ翼32の個数は、本実施例の2個に限定されず、1個又は3個以上とすることもできる。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 3 (however, FIG. 3 schematically shows each flow path, and actually, the
The number of
ところで、ロータ軸31に形成した熱媒体の流路41は、図1に示すように、1つの流路で構成することもできるが、当該熱媒体の流路41を周方向に複数に分割して形成し、分割して形成した各流路41を直列に接続するようにすることもできる。
これにより、熱媒体の流路41内で熱媒体の流速に不均一が生じないようにすることができ、材料の冷却を一層均一に行うことができる。
By the way, the
As a result, the flow rate of the heat medium in the
さらに、また、ロータ翼32に形成した熱媒体の流路42の断面積AF2とロータ軸31に分割して形成した熱媒体の1つの流路41の断面積AF1との比AF2/AF1が0.2〜2.0、好ましくは、0.3〜1.2、より好ましくは、0.4〜0.8となるようにすることもできる。
これにより、ロータ軸31に形成した熱媒体の流路41とロータ翼32に形成した熱媒体の流路41を流通する熱媒体の流速を管理することによって、材料の冷却状態を容易かつ高精度に制御することができる。
Furthermore, the ratio A F2 / A of the cross-sectional area A F2 of the
Thereby, by controlling the flow rate of the heat medium flowing through the heat
図4に、図1〜図3に記載した本発明の実施例の密閉式混練機(WD55)と、図5に記載した密閉式混練機(D75)(図6に記載した密閉式混練機と同様、ロータ軸半径RRとチャンバー内面半径RCの比RR/RC及びロータ翼32の径方向の高さHWとチャンバー内面半径RCの比HW/RCが共に0.5程度、1つのロータ翼の断面積AWとロータ軸の断面積ARの比AW/ARが0.5〜0.7程度に設定した密閉式混練機)とを使用し、ゴム(SBR(スチレンブタジエンゴム))と補強用フィラーとしてのカーボンブラックの混練を行った結果を示す。
このロータの積算回転数と体積抵抗率の関係を示すグラフから明らかなように、本発明の実施例の密閉式混練機(WD55)は、密閉式混練機(D75)と比較して、同じ積算回転数の場合の体積抵抗率が大きく、本発明の実施例の密閉式混練機(WD55)を使用することによって、高粘度で発熱が起こりやすいゴムとフィラーの混練を十分に行うことができること、そして、これにより、分散性が向上した高品質のゴム材料を得ることができることが確認できた。
ここで、ゴムと混練するフィラーとしては、カーボンブラックのほか、シリカ等のフィラーを挙げることができる。
4, the closed kneader (WD55) of the embodiment of the present invention described in FIGS. 1 to 3 and the closed kneader (D75) described in FIG. 5 (the closed kneader illustrated in FIG. 6 and Similarly, the ratio H W / R C of the rotor shaft radius R R and the chamber inner surface radius R C of the ratio R R / R C and radial height H W and the chamber inner surface radius R C of the
As is clear from the graph showing the relationship between the accumulated rotational speed of the rotor and the volume resistivity, the closed kneader (WD55) of the embodiment of the present invention has the same accumulated value as compared with the closed kneader (D75). The volume resistivity in the case of the rotational speed is large, and by using the closed kneader (WD55) of the embodiment of the present invention, it is possible to sufficiently knead the rubber and filler that are likely to generate heat with high viscosity, As a result, it was confirmed that a high-quality rubber material with improved dispersibility can be obtained.
Here, examples of fillers kneaded with rubber include fillers such as silica in addition to carbon black.
以上、本発明の密閉式混練機について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
また、上記実施例においては、「熱媒体」として、冷却媒体を用いる場合について説明したが、「熱媒体」には、加熱媒体を用いることもでき(これにより、均一に加熱しながら材料の混練を行うことができる。)、また、媒体の状態も液体のほか、蒸気等の気体を用いることができる。
As described above, the closed-type kneader of the present invention has been described based on the examples thereof, but the present invention is not limited to the structures described in the above-described examples, and the structure is appropriately set within the scope not departing from the gist thereof. It can be changed.
In the above-described embodiments, the case where a cooling medium is used as the “heating medium” has been described. However, a heating medium can be used as the “heating medium”. In addition to the liquid, the medium can be a gas such as a vapor.
本発明の密閉式混練機は、ロータ翼の熱媒体の流路を流通する熱媒体の流速を上昇させるとともに、流路内で熱媒体の流速に不均一が生じないようにすることにより、冷却(又は加熱)効率を向上することができることから、高粘度で発熱が起こりやすい材料の混練の用途に好適に用いることができるほか、冷却又は加熱を行いながらゴム、プラスチック等の材料を混練する用途に広く用いることができる。 The hermetic kneading machine of the present invention increases the flow rate of the heat medium flowing through the flow path of the heat medium of the rotor blade, and prevents the heat flow rate of the heat medium from becoming uneven in the flow path. (Or heating) The efficiency can be improved, so it can be suitably used for kneading materials with high viscosity and easily generating heat, and also for kneading materials such as rubber and plastic while cooling or heating. Can be widely used.
1 チャンバー
2 加圧蓋
3 ロータ
31 ロータ軸
32 ロータ翼
41 熱媒体の流路
42 熱媒体の流路
DESCRIPTION OF
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- 2005-11-14 JP JP2005328354A patent/JP2007130953A/en active Pending
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