JP3523302B2 - 可塑化可能な材料のための混合及び剪断圧延装置 - Google Patents

可塑化可能な材料のための混合及び剪断圧延装置

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JP3523302B2 JP26747693A JP26747693A JP3523302B2 JP 3523302 B2 JP3523302 B2 JP 3523302B2 JP 26747693 A JP26747693 A JP 26747693A JP 26747693 A JP26747693 A JP 26747693A JP 3523302 B2 JP3523302 B2 JP 3523302B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は特許請求の範囲第１項の
上位概念による可塑化可能な材料のための混合及び剪断
圧延装置に関する。
【０００２】合成樹脂、ゴムその他の可塑化可能な材料
の連続的混合、均質化、可塑化及び搬送のためのこの種
の圧延装置では、材料がその粘性の状態とは無関係に、
圧延装置への供給の時点で圧延装置によって強力にかつ
許容できるように加工される必要がある。その際、可塑
化隙間、特に両ロールの間の剪断及び捏練ブリッジは充
分小さく保持されなければならない。更にそこでは、加
工されてない材料が隙間圧力構成及び第２ロール又は支
持ロールの上方で、圧延製造物の品質変動に繋がり得
る、加工されてない材料の形で長く留まることを防止す
るために、迅速に回転しかつ高温に加熱されたロール上
の材料の接着性が低過ぎないことが保証されなければな
らない。
【０００３】
【従来の技術】ヨーロッパ特許明細書１４８９６６号か
ら混合及び剪断圧延装置が公知であり、その際両ロール
は内方及び外方から温度調節される。ロールの周囲に配
設されている鋭利な縁の溝は５°〜４５°のねじれ角を
有する。
【０００４】この圧延装置は特定の硬くて脆い材料には
最適に使用される、そのわけはこの圧延装置は充分な隙
間を生じかつそれによって溝による材料搬送が狭く限ら
れているからである。柔らかい可塑化材料にはこの圧延
装置は好適である。
【０００５】ヨーロッパ特許明細書第２３１３９８号か
ら連続的混合及び剪断圧延装置が公知であり、その際一
方では両ロールの回転数比が５〜５０秒の時間内で最大
５対１〜最大１対５の比率で周期的に変化しそして他方
では材料の溶解状態に適合して、両ロールは内部温度調
節及び外部放射加熱を介してロールの長さに沿って相異
なる温度で温度調節される。
【０００６】更にヨーロッパ特許明細書３２４８００か
ら可塑化材料のための混合及び剪断圧延装置が公知であ
り、その際両ロール上には７５°よりも大きいロール軸
線に関するねじれ角の溝が配設されている、その際溝の
間の中間ウエブは少なくとも溝幅の２倍の幅でありそし
てロールの長さに対するロールの直径の比は１対１０よ
りも大きくかつ１対２０よりも小さい。
【０００７】上記最後の両文献にも記載されているよう
に、圧延装置は粘度の著しく異なる材料の処理のための
最適の解決を示さない、即ち可塑化隙間における材料搬
送は相異なる型の材料には確実ではなくかつ隙間圧力は
そこにおけるねじれ角では大き過ぎる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、混合
及び剪断圧延プロセスにおいて、相異なる種類及び又は
相異なる低い粘度の出発材料から硬くて脆い状態までの
急激でしかも綺麗な剪断を可能にしかつそれにもかかわ
らず可塑化隙間への確実な引き込みを保証するのみなら
ず、隙間圧力の構成の際に処理されるべき材料の軟化を
行うために、該当するロール上での充分に大きな材料接
着係数が確保されるように、冒頭に記載した種類の圧延
装置を改良することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の課題は、特許請
求の範囲第１項の特徴部及びその他の特許請求の範囲の
特徴部の構成によって解決される。
【００１０】この新しい圧延装置では各ロールにおける
個々の温度調節地帯Ｔ１及びＴ２の空間的に明らかな始
まりと制限された曲線のみならず、その際個々の温度調
節循環系統における温度調節液体の流量が相互に完全に
無関係に調整可能であるが、特別に完全に無段の連続的
なねじれ角の増大を有する溝と、比較的浅い深さの軸線
平行の溝との組合せにおいて、ロールのジャケット面
（ロール表面）上の極端に有効な溝形状が有利である。
更に個々のロール上に相異なる数の溝を備えたロール対
も有利である。
【００１１】
【実施例】図１は相互に軸平行に配設され、回転可能に
支承された個々のロール１及び２を示す。ロール１はい
わゆるワークロール、ロール２はいわゆる支持ロールと
して作用する。
【００１２】ロール１上１３ａは温度調節地帯Ｔ１の温
度調節ダクトを表し、温度調節ダクトは材料供給部９の
側で始まりかつロール１の全長の略２／３に渡って延び
ている。残る１／３は材料排出部１０に対して、温度調
節地帯Ｔ２に相応して、温度調節ダクト１３ｂによって
温度調節される。
【００１３】ロール２上１３ｃはそこの温度調節地帯Ｔ
１の温度調節ダクトを表し、温度調節ダクトは材料供給
部９の側でロール２の全長の略１／３に渡って延びてい
る。ロール２の全長の残る２／３は材料排出部１０に対
して、そこの温度調節地帯Ｔ２に相応して温度調節ダク
ト１３ｄによって温度調節される。
【００１４】個々のロール１及び２についてのダイヤフ
ラムから、ロール１の温度調節地帯Ｔ１において材料供
給部９の範囲の温度調節液体の進入温度は略２００℃で
あることが明らかである。それによって冷たい材料は溶
融範囲において非常に速く加熱される。相応して温度調
節液体は温度調節地帯Ｔ１の端で略１６０℃に非常に速
く冷却される。この方法で材料温度は可塑化隙間３にお
ける処理工程ではロール長の略２／３に渡って充分に安
定化される。温度調節液体はロール内方及びロール軸受
１５の範囲における回転貫通部１４を介してシステムを
離れる。温度調節液体は詳しく説明しない温度調節装置
において加熱されかつ再び循環系統に供給される。温度
調節液体の流量調整部を介してロール長に亘る温度曲線
の形が調整される。１／３への相応した流量絞りでは進
入及び退出温度の間の温度差は４０℃までとなる。
【００１５】材料排出部１０上温度調節地帯Ｔ２の範囲
において温度調節液体は比較的低い温度、例えば１３０
℃、しかし少量に絞られて製造物に対して逆向きに供給
される。そこでロール１上の製造物から局部的に多くの
温度が引き出され、製造物は最早ジャケット面４には付
着せず、粘度がなくかつ細長片状に軽く又は顆粒長孔ド
ラムを通過後円筒顆粒体として乾燥されて排出される。
【００１６】材料がロール１上で冷却される間、温度調
節液体は逆向きに、温度調節液体が温度調節地帯Ｔ１の
循環系統の戻り流に比して尖塔温度を有しない範囲で加
熱される。この方法でさもなければ大きな温度差の際に
観察される、第１温度調節Ｔ１から第２温度調節段又は
冷却段Ｔ２への移行の際の可塑化隙間３の材料捏練部分
における溶融停滞が回避される。
【００１７】材料のない支持ロール又はロール２は、可
塑化隙間３における大きな剪断エネルギーにもかかわら
ず、ジャケット面５は全体として温度調節されるが、充
分に材料の接着範囲外にあるように温度調節されなけれ
ばならない。
【００１８】ロール長の中央で最大のエネルギー交換が
行われるので、ロール２上にはロール１に比して温度調
節地帯Ｔ１及びＴ２の異なる配分が考慮される。ロール
２の温度調節地帯Ｔ１最も長くてロール中央まで達す
る。特に、温度調節地帯Ｔ１をロール長の略１／３に渡
ってのみ設けることは有利である。熱供給の下にできる
限り多くの冷却材料を処理温度に導くために、この地帯
Ｔ１にも進入流動において、材料に対して逆向きで、先
ず略１８０℃の比較的高い温度に温度調節された温度調
節液体が、特別に絞られた流量で供給される。
【００１９】温度調節地帯Ｔ１に続いて始まる、剪断エ
ネルギーを導出するための温度調節地帯Ｔ２は、材料温
度を高めることなく、材料１１中への多量の分散エネル
ギーの引き込みを可能にするために、ロール長の略２／
３に渡って必要とされる。
【００２０】ロール２のこの第２温度調節地帯Ｔ２に亘
る剪断エネルギーの導出はロール１の温度調節地帯Ｔ１
の場合のように、処理されるべき材料に対して逆向きで
行われる。ロール２のジャケット面５の温度は全体とし
て材料の接着温度の直ぐ下方に留まる。従って、温度調
節液体の比較的大きな流量がロール２のこの温度調節地
帯Ｔ２に流れることが必要である。
【００２１】流量調整は全ての温度調節循環系統におい
て、各循環系統の戻り路に位置する特に回転数調整され
たポンプ又は絞り調整器を介して行われる。前記措置、
特に材料供給部９に関するロール長の略２／３のロール
１の温度調節地帯Ｔ１の延在そして同時に側を反転され
た材料排出部１０に関するロール２の温度調節地帯Ｔ２
の冷却地帯の延在は、この種の圧延装置の作業範囲の拡
大に役立つ。特に技術水準から公知のロール長の延在及
び本発明の温度調節地帯Ｔ１及びＴ２の特別の配分並び
に温度調節液体の個別の流量調整によって、流量効率及
び分散品質の本質的な向上が達成される。
【００２２】個々の温度調節ダクト１３ａ、１３ｂ、１
３ｃ及び１３ｄの導管の相互の影響を構造的に充分に排
除しかつ個々の温度段の完全に自由な選択を達成するた
めに、個々の温度調節ダクトの給排導管はロール１及び
２のロール軸１６の両側から案内される。特に個々の温
度調節ダクト１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは通行可
能ならせんダクトとして実施される。可塑化隙間３に沿
う材料に適合した温度曲線が有利に達成されるために、
温度調節液体の材料流量が絞られ又は増大される。
【００２３】図２は両ロール１及び２を示す。１２はロ
ール１及び２のジャケット面４及び５上の溝を表し、そ
のねじれ角はロール軸線１７に関して略３０°から４５
°の完全に無段階であり、特にジャケット面４及び５上
の溝１２の配列は鏡像対称である。
【００２４】この措置によって特に天然ゴム状の伸張可
能なプラスチック材料では、図１による前記特定の温度
調節と関連して、有利な材料処理が達成される。溝１２
の鏡像的ねじれ角及びねじれ角増大によって、可塑化隙
間３に沿って材料供給部９から材料排出部１０までの均
一な材料搬送が行われる。同時に材料捏練部分及び材料
表皮が軸線方向に伸ばされる。交叉する溝は材料捏練部
分を破壊しかつ可塑化隙間３における回転する大きな体
積の材料層を生成する。溝のないロール面の相会、ロー
ル１及び２の中間ウエブ８の相会の際、非常に小さい可
塑化隙間３において比較的大きな隙間圧が生ずる。高い
圧力の下にある材料１１は溝１２の方向に撓みそして図
３から明らかなように、好ましくは溝底１８を介して軸
線方向に延ばされる。
【００２５】他方では相異なる形式において僅かな組織
強度を有する可塑化可能な材料１１も処理される。相異
なるねじれ角の溝の軸線方向の送りの著しい相違によっ
て、ワークロール１上でのこの材料の表皮形成は阻止さ
れる。いわゆるロール表皮の材料部分は充分には接着さ
れず又は溝１２の相異なるねじれ角によって破壊され
る。この材料１１では非常に急峻な溝１２を備えた比較
的長いロール１及び２が使用される。材料１１の加熱範
囲において急なねじれ角によって僅かなラジアル方向の
剪断分力及び大きなアキシャル方向の搬送分力が導入さ
れる。従って本発明による最適の材料処理を達成するた
めに、図４から明らかなように、７５°〜８９°の急な
溝１２が材料供給範囲９に、そして７５°〜８５°のオ
ーダの僅かに急な溝１２が材料排出部１０の溶融される
材料状態に所属している。溝１２のこの構成でもねじれ
角の無段階の変化は有利である。
【００２６】図８から明らかなように、ここでも材料捏
練部分におけるいわゆる逆流渦を有する、可塑化隙間３
に生ずる捏練部分は続いて可塑化隙間３に進入するロー
ル１及び２の剪断溝によって破壊される、そのわけは各
溝深さ及び隙間間隔に相応して隙間圧は５対１の比で上
下に変動するからである。発生した最大の隙間圧の大き
さは分散の品質について決定的なものである。
【００２７】更にロール１及び２の中間ウエブ８の有効
間隔が減少される場合、可塑化隙間３における圧力は対
数的に大きくなる。圧力は最も狭い隙間部分の長さと共
に、特に一方では小さい材料引き込み角度、大きなロー
ル直径及び材料１１の間の大きな接着係数そして他方で
はロール１及び２のジャケット面４、５では上昇する。
その際接着係数の大きさは材料の種類及びジャケット面
４及び５の有効温度に、しかしロール１及び２のジャケ
ット面４及び５の構成にも依存する。
【００２８】これらの要請は本発明の有利な構成によっ
て解決され、その際一方では溝１２の間に存在する中間
ウエブ８に、溝１２のねじれ角と等しい比較的勾配の偏
平な溝１２ａが設けられている。
【００２９】他の有利な改良は、溝１２に加えて比較的
偏平な溝１２ａがロール軸線平行にかつ相互に対向して
ロール１及び２のジャケット面４及び５上に配設されて
いる場合に、達成される。
【００３０】ロール１及び２のジャケット面４及び５上
のこの新たなかつ有利な溝形状によって、特に軸線平行
な偏平な溝１２ａによって境界層の力伝達が最も効率よ
く上昇される。溝１２ａの深さは合理的に０. １ｍｍ〜
２ｍｍ、特に０. ３ｍｍ〜１. ３ｍｍ、しかし高々溝１
２の深さの半分である。この溝１２ａの幅は一方では境
界層の機械的把持を作用し、他方では鋭利な縁の切断作
用によって材料渦及び交換効果を可能にする。軸線方向
に延びる溝１２ａの合理的な幅は上記の溝深さの２〜８
倍、特に４〜６倍である。この溝１２ａの長さはその幅
の５〜１５倍である。この長さは特に溝１２の間隔によ
って決定される。更に、中間ウエブ８の相会の際にロー
ル１及び２上に充分大きなジャケット面４及び５が残さ
れるために、個々の溝１２ａの空間距離は充分に大きく
選択される。
【００３１】図５、６及び７は有利な溝曲線を備えたロ
ール対を示す。１及び２は両ロールを示す。４及び５は
ロール１及び２のジャケット面を表す。１２は剪断溝そ
して１２ａは軸線方向に延びる比較的偏平な溝を表し、
３は可塑化隙間を表す。
【００３２】軸線方向に延びる溝１２ａは可塑化隙間３
中への大きな力による把持される材料１１を示す。それ
によって境界層の範囲の滑り摩擦は防止されるので、圧
力構成は可塑化隙間３の最も狭い個所の前でロール１及
び２の完全に平滑なジャケット面４、５に比して二倍の
値に達しうる。その際、いわゆるワークロール上に材料
のないロール２上よりも少ない溝１２ａが設けられてい
る。
【００３３】ロール１上の可塑化された材料層中への嵩
張る、粉状又は顆粒状の材料１１の導入の際、ロール２
はロール１よりも略３０％多くの溝１２ａを有する。そ
れによって略３０％だけ大きなばら材料容積が得られ
る。ロール１及び２上の軸線方向に延びる溝１２ａは可
塑化隙間３中に等しい量の固体材料を押し込む。この方
法は可塑化隙間３における公知の捏練部分渦の代わり
に、図９から明らかなように、２つの対称の、安定した
捏練部分渦が形成されることを作用する。
【００３４】量ロール１及び２の各々は可塑化隙間３中
の等しい量の材料を延ばし、その中半分の材料は隙間３
を通過することができず、従って材料捏練部分の上部分
に戻されなければならない。
【００３５】材料のないロール２の軸線方向に延びる溝
１２ａはそれぞれ区画しているねじ状の大きな剪断及び
搬送溝１２への両側に向かってこの溝１２ａへの材料の
エアレーションを実現しかつ図９から明らかなように、
楔状の捏練部分の下半分の固体部分を可塑化材料中に押
し込む。
【００３６】上記の両対向した対称の捏練部分渦は据え
込み効果を倍加し従って隙間３の等しい機械的大きさで
は、可塑化隙間３中の局部的圧力を倍加する。溝１２ａ
の範囲において流動する材料１１に対する把持された材
料の流動よりも完全に有効である剪断流動での捏練部分
中で倍加された数が可塑化隙間３の両及び分散品質に関
する著しい効率向上に繋がる。
【００３７】そのような連続的なロール１及び２のジャ
ケット面の温度調節及び表面輪郭における改良の特徴は
ロールの構造的に臨界的範囲における効果的な中間ウエ
ブ８が小さくされる必要なしに、隙間３中の作業圧力の
倍増のみならず、処理されるべき材料のばら材料密度が
知られている場合、ロール１及び２の無段階の回転数調
整について製造物に特有の摩擦率が調整される必要なし
に、ロール２の全ての溝１２ａに対するロール１の全て
の溝１２ａの容積比が各数及び溝形について可塑化隙間
３中への等しい大きさの材料導入が算出されることを可
能にする。即ち、溝１２ａの等しくない数及び形によっ
て可塑化隙間３における材料に特有の材料導入が確保さ
れる場合に、両ロール１及び２を共通の駆動装置及び等
しい回転数によって駆動することが可能となる。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、混合及び剪断圧延プロ
セスにおいて、相異なる種類及び又は相異なる低い粘度
の出発材料から硬くて脆い状態までの急激でしかも綺麗
な剪断を可能にしかつそれにもかかわらず可塑化隙間へ
の確実な引き込みを保証するのみならず、隙間圧力の構
成の際に処理されるべき材料の軟化が適切に行われ、品
質の高い混合及び剪断圧延が達成されることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】個々のロール中の各温度調節循環系統とロール
長さに依存する温度調節液体の温度変化に亘る個々のロ
ールに関する特性を備えた混合及び剪断圧延装置のため
のロール対の正面図である。
【図２】鏡像対称的に対向する比較的偏平な溝のピッチ
を備えた混合及び剪断圧延装置のためのロール対を示す
図である。
【図３】可塑化隙間の範囲におけるロール対部分の正面
図である。
【図４】鏡像対称的に対向する比較的急な溝のピッチを
備えた混合及び剪断圧延装置のためのロール対を示す図
である。
【図５】鏡像対称的に対向して完全に無段階に連続し
た、比較的偏平な溝のピッチと軸方向に延びる比較的偏
平なピッチの溝とを備えた混合及び剪断圧延装置のため
のロール対を示す図である。
【図６】鏡像対称的に対向して完全に無段階に連続し
た、比較的偏平な溝のピッチと軸方向に延びる比較的急
峻なピッチの溝とを備えた混合及び剪断圧延装置のため
のロール対を示す図である。
【図７】可塑化隙間の範囲におけるロール対部分の正面
図である。
【図８】アキシャル方向の溝のないロール対の図式的横
断面図である。
【図９】アキシャル方向の溝を備えたロール対の図式的
横断面図である。
【符号の説明】
１ ワークロール ２ 支持ロール ３ 可塑化隙間 ４ ジャケット面 ５ ジャケット面 ６ ロール軸線 ８ 中間ウエブ ９ 材料供給部 １０ 材料排出部 １１ 材料 １２ 溝 １２ａ 溝 Ｓｔｗ ねじれ角 Ｔ１ 温度調節地帯 Ｔ２ 温度調節地帯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−254828（ＪＰ，Ａ) 実公 昭36−1656（ＪＰ，Ｙ１) 特表 平１−501140（ＪＰ，Ａ) 特表 平１−502250（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29B 7/00 - 7/72 B01F 13/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 可塑化可能な材料のための混合及び剪断
    圧延装置にして、等しい周速度又は相異なる周速度で互
    いに反対方向に回転する、内部で温度調節される２つの
    ロール（１、２）と、材料供給部（９）及び材料排出部
    （１０）とを備え、両ロール（１，２）は両ロール
    （１，２）の間に全長に渡って可塑化隙間（３）を形成
    しそして両ロール（１，２）のジャケット面（４、５）
    上にロール軸線に対して所定のねじれ角度（Ｓｔｗ）の
    下に、ロール軸線（６）に対して斜めの縁の鋭利な溝
    （１２）及び中間ウエブ（８）が相互に逆向きに配設さ
    れておりそして材料供給部及び材料排出部は相異なる材
    料に対して好適である前記装置において、 材料供給部（９）の側の３０°の溝（１２）のねじれ角
    （Ｓｔｗ）は材料排出部（１０）の側に向かって４５°
    に連続的に増大し、両ロール（１、２）上の溝（１２）
    は相互に鏡像対称的に配設されており、両ロール（１、
    ２）のジャケット面（４、５）上には溝（１２）に達し
    ており、相互に等しいピッチ間隔でジャケット面（４、
    ５）上に分配されて、ロール軸線方向に延びる溝（１２
    ａ）が設けられており、両ロール（１、２）はそれぞれ
    相互に独立に供給される２つの温度調節地帯（Ｔ１、Ｔ
    ２）を備え、一方のロール（１）上に、材料供給部
    （９）の範囲に始まる第１の温度調節地帯（Ｔ１）がロ
    ール（１）の全長の２／３に渡って設けられており、ロ
    ール（１）の全長の残る１／３に渡って延びる第２の温
    度調節地帯（Ｔ２）が温度調節地帯（Ｔ１）に間接的に
    続き、そしてロール（１）上には、材料供給部（９）の
    範囲に始まる第１の温度調節地帯（Ｔ１）が他方のロー
    ル（２）の全長の１／３に渡って延びており、ロール
    （２）にはロール（２）の残る２／３に渡って延びる第
    ２の温度調節地帯（Ｔ２）が間接的に続いていることを
    特徴とする前記装置。
  2. 【請求項２】 溝（１２ａ）が５〜２００ｍｍの長さで
    あり、個々の溝（１２ａ）の間には０. ３ｍｍ〜１００
    ｍｍの溝のないジャケット面が設けられており、そして
    一方のロール（１）上の溝（１２ａ）の数は他方のロー
    ル（２）上の溝（１２ａ）の数よりも１０〜６０％少な
    い、請求項1 記載の装置。
  3. 【請求項３】 溝（１２ａ）が０. １ｍｍ〜２ｍｍの深
    さで０. ４ｍｍ〜１６ｍｍの幅である、請求項1 又は２
    記載の装置。
  4. 【請求項４】 両ロール（１、２）のジャケット面
    （４、５）が溝（１２、１２ａ）と一体的に形成されて
    いる、請求の範囲第１項から第３項までのうちのいずれ
    か一記載の装置。
  5. 【請求項５】 温度調節地帯（Ｔ１、Ｔ２）の温度調節
    のためにジャケット面（４、５）上に同軸的に配設され
    ている、両ロール（１、２）中の温度調節液体のための
    らせん状のダクトが設けられている、請求の範囲第１項
    から第４項までのうちのいずれか一記載の装置。
  6. 【請求項６】 温度調節液体の流量は、温度調節地帯
    （Ｔ１、Ｔ２）毎に相互に独立に調整可能である、請求
    の範囲第１項から第５項までのうちのいずれか一記載の
    装置。
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