JP4781724B2

JP4781724B2 - 連続混練装置及び該装置を有する混練システム

Info

Publication number: JP4781724B2
Application number: JP2005169028A
Authority: JP
Inventors: 幸司新谷; 高司森部
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2025-06-09
Also published as: JP2006341478A

Description

本発明は、被混練物の温度制御を効率よく行えるようにした連続混練装置及び該装置を有する混練システムに関する。

一般的な連続混練装置では、被混練物（樹脂：低粘度混練物）が溶融された状態で混練されるため、バレル内部又は外部に加熱ヒータ等の加熱機構や冷却水が通水する冷却機構を有するにもかかわらず、スクリュー，混練ロータ等を備えたスクリューセットを収容するバレル内壁温度を高温に設定する仕様であることから、逆に高粘度混練物を混練（ゴム混練：高粘度で溶融されていないもの）する場合は、スクリューセットにおけるスクリュー，混練ロータ等の形状や配列、運転時のスクリューセットの回転速度制御、リミル（再練り：被混練物の所定温度にて一旦装置から排出し、被混練物の温度が下がってから再度装置へ投入する）等によって、被混練物の剪断による発熱を抑制している。

また、下記の特許文献１で開示された２軸混練押出機（連続混練装置）では、バレル内部を冷却水が循環する冷却機構に加えて、スクリューセットにおけるスクリュー，混練ロータ等の翼部の先端とバレルのチャンバ内壁との間に形成される隙間、いわゆるチップクリアランスをスクリューセットの軸方向各部において異ならせるなどして、チャンバ内における被混練物の流動特性を工夫し、発熱を抑制している。
特開２００３−２４５５３４号公報

しかしながら、従来の連続混練装置では、高粘性の被混練物を混練する場合、チップクリアランスで付与される剪断による発熱に対し、バレル内部を冷却水が通水する冷却機構による冷却が追いつかず、被混練物が高温になって機械的剪断が十分に発揮できず、混練性能が低下してしまう（配合剤の分散が困難になる）という問題点があった。勿論、所定の温度を超えてしまうとゴム等の品質の劣化を招く。

一方、スクリューセットの回転速度を下げて剪断による発熱を抑えたり、リミルを行うと、混練工程に多大な時間を要することから、タイヤ等の製品の生産性を低下させるという問題点もある。

また、チップクリアランスについて十分な適正化がされていないことから、被混練物の発熱抑制が不十分であったり、チップクリアランスを広くするあまり、混練性能が低下したりするなどの問題点もあった。

本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、混練性能の低下を抑制しつつ、混練時の被混練物の発熱、劣化を抑えると共に、短時間で混練できる連続混練装置及び該装置を有する混練システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る連続混練装置は、
回転シャフトの外表面に翼部を備えたスクリューセットと、
前記スクリューセットを筒状のチャンバ内に配設してなるバレルと、を有する連続混練装置であって、
前記バレルを軸方向に複数ゾーンに区分けし、ゾーン毎に被混練物の温度制御を行うべく、熱媒体流路をバレル内部に形成すると共に、
前記翼部の先端と前記チャンバの内壁面との間に形成される隙間ｈと、前記チャンバの内径Ｄの比であるｈ／Ｄを、０．０４以上０．０８以下に設定し、
スクリューセットの５０〜２００ｒｐｍの回転速度下で前記被混練物としてのゴム又はゴム系組成物を混練することを特徴とする。

また、前記バレルは、スクリューセットにおけるフィード部、混練部及び押出部に対応して三つのゾーンに区分けされることを特徴とする。

また、前記熱媒体流路には、冷却水、温水、冷却水と温水の混合水の何れかが供給されることを特徴とする。

また、前記連続混練装置は、２軸混練押出機であることを特徴とする。

また、回転シャフトの外表面に備えられた翼部が２軸間で互いに噛み合う構造になっていることを特徴とする。

また、回転シャフトの全長に亙って又は一部において、翼部が２軸間で互いに噛み合う構造になっていることを特徴とする。

また、前記連続混練装置は、１軸混練押出機であることを特徴とする。

上記目的を達成するための本発明に係る混練システムは、マスター混練用の混練機と、該混練機の下流に設けられた連続混練装置とを有し、前記連続混練装置は前述した構成の連続混練装置であることを特徴とする。

また、マスター混練用の混練機と、該混練機の下流に設けられたアンダーミキサ及び冷却装置と、該冷却装置の下流に設けられた連続混練装置とを有し、前記連続混練装置は前述した構成の連続混練装置であることを特徴とする。

また、前記連続混練装置は、マスター混練用の混練機の下流に設けられリミル用とした第１の連続混練装置と、該第１の連続混練装置の下流に設けられファイナル混練用とした第２の連続混練装置とからなることを特徴とする。

本発明に係る連続混練装置によれば、熱媒体流路を流れる熱媒体の供給量等をゾーン毎に調整することで、被混練物の温度をゾーン毎に最適に制御することができ、依って、混練性能の低下を抑制しつつ、混練時の被混練物の発熱、劣化を抑えると共に、短時間で混練できる。

本発明にかかる混練システムによれば、従来の一般的なゴム混練方法であるバッチ式混練と比較して、格段にコスト及び混練工程時間等を有利なものとすることができ、生産性を向上させることができる。

以下、本発明に係る連続混練装置及び該装置を有する混練システムを実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１を示す２軸混練押出機の構造説明図、図２はバレル断面図、図３は冷却水及び温水の系統図、図４は温度調整の制御フロー、図５は温度調整の制御パターンである。

図１に示すように、２軸混練押出機１は、バレル２の内部に平行な一対のスクリューセット３を有する。一般に、スクリューセットとは、回転シャフトの外周に、混練ロータやニーディングディスク、スクリュー等のセグメントが１個又は複数個、組み合わされて構成されたものである。

本実施例における各スクリューセット３は、ゴム又はゴム系組成物である被混練物の供給側より、回転シャフト４の外表面にスクリュー（フィン）５を備えたフィード部６と、回転シャフト４の外表面に混練ロータ７を備えた混練部８と、回転シャフト４の外表面にスクリュー（フィン）９を備えた押出部１０とから構成されている。

そして、平行な一対のスクリューセット３は、モータ１１により、減速機構を兼ねた動力伝達機構１２を介して、互いに逆方向に等速または異速回転される。また、２つのスクリューセット３は、同方向の回転であってもよい。この際、回転シャフト４の全長に亙って、スクリュー５，混練ロータ７及びスクリュー９等の翼部が２軸間で互いに噛み合う構造になっている。また、回転シャフト４の一部において翼部が２軸間で互いに噛み合う構造でも良い。

この２軸混練押出機１において、フィード部６の相対向するスクリュー５は、図示していないホッパから投入された被混練物を下流方向に搬送して混練部８に供給する。混練部８では、図２に示すように、回転シャフト４の外表面に備えられた複数の混練ロータ７の噛み合いによって、また、この混練ロータ７の翼部先端とバレル２内に形成された筒状のチャンバ１３（２軸であるため２つの筒が融合した形状となっている）の内壁面との隙間（チップクリアランス）ｈに発生する剪断力によって被混練物を混練する。そして、混練部８の下流側に位置する押出部１０において相対向するスクリュー９によって混練済みの材料が次工程に搬出される。

また、図２及び図３に示すように、この２軸混練押出機１においては、バレル２を軸方向に三つのゾーンＡ，Ｂ，Ｃに区分けし、ゾーン毎に被混練物の温度制御を行うべく、熱媒体流路１４ａ〜１４ｃが、１ゾーンにバレル２のユニット単位で３系路宛（従って、バレルユニット数によって系路数が異なる）、バレル２の内部に形成される。図示例では、熱媒体流路１４ａ〜１４ｃは、それぞれバレル２内で二つの流路に分岐されスクリューセット３毎に軸方向に複数回往復されてチャンバ１３内の被混練部を冷却又は加熱し、その後、再び集合されるようになっている。また、前記バレル２は、スクリューセット３におけるフィード部６、混練部８及び押出部１０に対応して三つのゾーンに区分けされている。また、押出部１０の下流側に付設された排出部（又は押出成形部）１５におけるバレル内にも熱媒体流路１４ｄが形成されている。

前記ゾーンＡの熱媒体流路１４ａには、冷却水供給タンク１６Ａからの冷却水が冷却水配管１７と合流配管１８ａを通って供給可能となっていると共に、温水供給タンク１９Ａからの温水が温水配管２０と合流配管１８ａを通って供給可能となっている。そして、合流配管１８ａにつながる冷却水配管１７と温水配管２０の合流部には、混合／切替制御弁２１ａが設けられ、これによって熱媒体流路１４ａには、冷却水、温水、冷却水と温水の混合水の何れかが供給されるようになっている。

前記ゾーンＢの熱媒体流路１４ｂには、冷却水供給タンク１６Ａからの冷却水が冷却水配管１７と合流配管１８ｂを通って供給可能となっていると共に、温水供給タンク１９Ａからの温水が温水配管２０と合流配管１８ｂを通って供給可能となっている。そして、合流配管１８ｂにつながる冷却水配管１７と温水配管２０の合流部には、混合／切替制御弁２１ｂが設けられ、これによって熱媒体流路１４ｂには、冷却水、温水、冷却水と温水の混合水の何れかが供給されるようになっている。

前記ゾーンＣの熱媒体流路１４ｃには、冷却水供給タンク１６Ａからの冷却水が冷却水配管１７と合流配管１８ｃを通って供給可能となっていると共に、温水供給タンク１９Ａからの温水が温水配管２０と合流配管１８ｃを通って供給可能となっている。そして、合流配管１８ｃにつながる冷却水配管１７と温水配管２０の合流部には、混合／切替制御弁２１ｃが設けられ、これによって熱媒体流路１４ｃには、冷却水、温水、冷却水と温水の混合水の何れかが供給されるようになっている。

前記押出成形部１５の熱媒体流路１４ｄには、冷却水供給タンク１６Ａからの冷却水が冷却水配管１７と合流配管１８ｄを通って供給可能となっていると共に、温水供給タンク１９Ａからの温水が温水配管２０と合流配管１８ｄを通って供給可能となっている。そして、合流配管１８ｄにつながる冷却水配管１７と温水配管２０の合流部には、混合／切替制御弁２１ｄが設けられ、これによって熱媒体流路１４ｄには、冷却水、温水、冷却水と温水の混合水の何れかが供給されるようになっている。

また、前記熱媒体流路１４ａ〜１４ｄに供給される水の流量は、冷却水配管１７に介装された流量制御弁２２ａ〜２２ｄと、温水配管２０に介装された流量制御弁２３ａ〜２３ｄと、合流配管１８ａ〜１８ｄの単管部に介装された流量制御弁２４ａ〜２４ｄと、合流配管１８ａ〜１８ｃの３本の分岐管部にそれぞれ介装された流量制御弁２５ａ〜２５ｃｄとで適宜調整されるようになっている。尚、図３中２６は冷却水供給ポンプで、２７は温水供給ポンプである。

一方、前記熱媒体流路１４ａ〜１４ｄから流出した水は、全て戻り配管２８に集合されて戻りタンク２９に戻される。ここから配管３０を通してポンプ３１によって冷却タンク１６Ｂ及び加熱タンク１９Ｂに分配供給される。尚、図３中３２は水を冷却するクーラで、３３は水を加熱するヒータである。そして、冷却タンク１６Ｂ内の冷却水はポンプ３４により所定時期に冷却水供給タンク１６Ａへ供給され、また、加熱タンク１９Ｂ内の温水はポンプ３５により所定時期に温水供給タンク１９Ａへ供給されるようになっている。

また、図３中Ｔ₀はフィード部６に投入される被混練物の供給温度を検出する温度センサ、Ｔ₁〜Ｔ₉はバレル２のユニット単位で設けられてバレル内の被混練物の温度を検出する温度センサで、Ｔ₁₀は排出部１５に設けられて排出される被混練物の温度を検出する温度センサである。Ｔ_L1は冷却タンク１６Ｂ内の冷却水の温度を検出する温度センサで、Ｔ_L2は冷却水供給タンク１６Ａ内の冷却水の温度を検出する温度センサである。Ｔ_H1は加熱タンク１９Ｂ内の温水の温度を検出する温度センサで、Ｔ_H2は温水供給タンク１９Ａ内の温水の温度を検出する温度センサである。

前記温度センサＴ₁〜Ｔ₉は、図２に示すように、バレル２の何処に取り付けてもよいが、例えばバレル２の内部（図２中Ｅ部）に設けたり、チャンバ１３の内壁面上（図２中Ｆ部）に設けるとか、バレル２の軸心間中央部に埋設（図２中Ｇ部）又は一部突出（図２中Ｈ部）させて設けてもよい。

そして、前記温度センサＴ₀〜Ｔ₁₀及びＴ_L1，Ｔ_L2，Ｔ_H1，Ｔ_H2の検出信号は、図示しないコントローラに入力され、このコントローラは、前記検出信号等に基づいて、前述した混合／切替制御弁２１ａ〜２１ｄ、流量制御弁２２ａ〜２２ｄ，２３ａ〜２３ｄ，２４ａ〜２４ｄ，２５ａ〜２５ｃ及び冷却水供給ポンプ２６、温水供給ポンプ２７、ポンプ３１，３４，３５を制御し、ゾーン毎に被混練物の温度制御を行うようになっている。

例えば、図４の温度調整の制御フローに示すように、先ず、ステップＰ１でゴム種，ゴム供給温度，各チャンバ１３（各ゾーン６，８，１０）の初期温度等の初期設定と、冷却水及び温水の設定温度，スクリュー回転数（スクリューセット３の回転速度：ゴム供給量）等の運転条件設定を行った後、ステップＰ２で各チャンバ１３内のゴム温度及び排出部１５の排出ゴム温度を設定する。この際、ステップＰ１及びステップＰ２の各種設定（値）は、温度調整データ（制御データ）として記憶される。

次に、ステップＰ３で装置（２軸混練押出機１）の運転を開始した後、ステップＰ４で各チャンバ１３内のゴム温度及び排出部１５の排出ゴム温度を温度センサＴ₁〜Ｔ₉及びＴ₁₀で測定する。

次に、ステップＰ５で、ステップＰ４で測定した各チャンバ内のゴム温度及び排出部１５の排出ゴム温度がステップＰ２で設定した設定温度と等しいか又は設定温度以下かを判断し、設定温度と等しいか又は設定温度以下であれば、ステップＰ６で定常運転を行う。

一方、設定温度を超えていれば、ステップＰ７及びステップＰ８で、ステップＰ１及びステップＰ２の各種設定（値）に基づく温度調整データ（制御データ）により、冷却水，温水の供給量を調整する。即ち、混合／切替制御弁２１ａ〜２１ｄを切り替えたり流量制御弁２２ａ〜２２ｄ，２３ａ〜２３ｄ，２４ａ〜２４ｄ，２５ａ〜２５ｃの弁開度を調整するのである。

このように制御することにより、例えば、図５に示すような制御パターンで、ゾーンＡ〜Ｃ毎にゴム温度をＮＴ（常温）、ＭＴ（中温）、ＨＴ（高温：上限温度で８０〜２００℃）の範囲で制御することができる。尚、図５中Ｔ_aはゾーンＢ入口でのゴム温度（ゴム練り開始温度）で、Ｔ_bはゾーンＣ入口でのゴム温度（ゴム押出し開始温度）である。

Iの制御パターンでは、ゴム温度がゾーンＡに異なった温度で投入されても、ゾーンＡ
，Ｂ共通でゴム温度をＴ_a，Ｔ_b＝ＨＴに固定でき、ゴムの上限温度以下で混練することが可能となってゴム品質を確保することができる。

II−ａの制御パターンでは、ゴム温度がゾーンＡにＨＴで投入されても、ゾーンＡではＴ_a＝ＭＴに強制的に下げられると共に、ゾーンＢではＴ_b＝ＨＴに固定することもＴ_b＝ＨＴ以下に抑制することもでき、ゴム温度をできるだけ下げて混練することが可能となってゴム品質の向上が図れる。

II−ｂの制御パターンでは、ゴム温度がゾーンＡにＮＴで投入された場合、ゾーンＡではＴ_a＝ＭＴに抑制できると共に、ゾーンＢではＴ_b＝ＨＴに固定することもＴ_b＝ＨＴ以下に抑制することもでき、ゴム温度をできるだけ下げて混練することが可能となってゴム品質の向上が図れる。

IIIの制御パターンでは、ゴム温度がゾーンＡに異なった温度で投入されても、ゾーンＡではゴム温度をゴム練り温度以上のＴ_a＝ＭＴに制御できると共に、ゾーンＢではＴ_b＝ＨＴに固定することもＴ_b＝ＨＴ以下に抑制することもでき、効果的な混練が可能となってゾーンＢの長さ（混練長さ）を短縮することができる。

このようにして、本実施例では、熱媒体流路１４ａ〜１４ｄを流れる冷却水，温水の供給量等をゾーン毎に調整することで、被混練物の温度をゾーン毎に最適に制御することができる。尚、熱媒体は冷却水，温水に限らず、他の媒体を用いても良い。

これによって、混練性能の低下を抑制しつつ、混練時の被混練物の発熱、劣化を抑えることができると共に、高剪断が可能となって短時間で混練できるので、装置の長さを短縮することができる。また、スクリューセット３の回転速度を下げなくて済むと共にリミルも不要となり、生産性の向上が図れる。

図６は本発明の実施例２を示す連続混練装置における混練部のｈ／Ｄと剪断力比、発熱速度比との関係を示すグラフである。同図には、スクリューセットの回転速度を高速、中速及び低速の３段階に設定した関係を示してある。

本実施例は、実施例１における各ゾーンＡ〜Ｃにおいて、スクリュー５，９及び混練ロータ７の翼部先端とチャンバ１３の内壁面との間に形成される隙間（チップクリアランス）ｈと、チャンバ１３の内径Ｄの比であるｈ／Ｄが、０．０１以上になるように設定した例である（図１乃至図３参照）。即ち、上記条件下で、チップクリアランスｈを被混練物の押出し方向下流側に向って徐々に広くするか、又はすべてのチップクリアランスｈを大きく一定にするのである。その他の構成は実施例１と同様なので、実施例１の説明を参照して重複する説明は省略する。

図６に示す関係を導く実験としては、まず、従来の混練装置（混練部のｈ／Ｄ＝０．００２）を低速回転（５０ｒｐｍ）させて被混練物を混練した場合の剪断力τ₀および発熱速度Ｑ₀を測定した。次に、同条件（低速回転、被混練物、内径Ｄ）においてチップクリアランスｈを大きくし、ｈ／Ｄを大きくしたときの剪断力τ_Lおよび発熱速度Ｑ_Lの変化を調べた。また、中速回転及び高速回転（２００ｒｐｍ）のときの剪断力τ_M，τ_Hおよび発熱速度Ｑ_M，Ｑ_Hの変化も調べた。

これらの実験に基づいて、基準としての剪断力τ₀および発熱速度Ｑ₀に対する剪断力τおよび発熱速度Ｑの比（τ／τ₀，Ｑ／Ｑ₀）を計算し、混練装置における混練部のｈ／Ｄと剪断力比、発熱速度比との関係をグラフに示した。

同図に示すように、いずれの回転速度においても、ｈ／Ｄの増加、すなわちチップクリアランスｈの増加に伴い、剪断力τおよび発熱速度Ｑが低下することが分かる。また、剪断力τと発熱速度Ｑの低下率の比較では、ｈ／Ｄの増加に伴い、剪断力は緩やかに低下して約５０％（従来の半分の剪断力）で一定となるが、発熱速度は急激に低下して約１０％以下にまで低下することが分かる。

また、一定の剪断力τを維持する場合には、回転速度を大きくするほど、ｈ／Ｄを大きくしなければならないことが分かる。これは、同じチップクリアランスでも、回転速度の増加に伴い剪断力が大きくなり、発熱速度が増加するため、回転速度を大きくする場合には、ｈ／Ｄを大きくして剪断力を下げて、発熱速度を低下させる必要があるためである。

以上より、ｈ／Ｄを大きくすることにより、被混練物の発熱を抑制することができるが、一方、ｈ／Ｄを大きくすることにより、混練性能を示す剪断力τも低下してしまうことになる。

したがって、被混練物の発熱を抑制するためには、ｈ／Ｄを０．０１以上、好ましくは０．０２以上、より好ましくは０．０４以上とすればよい。また、従来の混練装置が有していた混練性能と比較して、本実施例の混練性能の低下を抑制するためには、ｈ／Ｄを０．１２以下、好ましくは０．１以下、より好ましくは０．０８以下とすればよい。

本実施例によれば、ｈ／Ｄを上記範囲とすることにより、実施例１の作用・効果に加えて、発熱を格段に抑制することができるという利点が得られる。

また、本実施例では、チップクリアランスｈを比較的大きく設定するようにしたため、被混練物がチャンバ１３内において偏在し、混練ローラ７等がチャンバ１３内で均等に保持されにくい場合であっても、チャンバ１３の内壁面と混練ロータ７等の翼部先端とが接触、摩耗することを防止することができ、装置寿命を長くすることができる。

図７は本発明の実施例３を示す１軸混練押出機の構造説明図である。同図に示す１軸混練押出機４０と、図１に示す２軸混練押出機１とは、軸数とそれに伴うバレル４１の形状が異なる点を除き、同等の構成を有する。そこで、両者の対応する構成には、共通の符合を付してある。

本実施例においても、バレル４１を軸方向に３つのゾーンＡ〜Ｃに区分けし、ゾーン毎に被混練物の温度制御を行うべく、熱媒体流路１４ａ〜１４ｃ（図２参照）をバレル４１内部に形成することで、実施例１と同様の作用・効果が得られる。

図８は、本発明の実施例４であり、バッチ式混練機をマスター混練に適用し、一台の２軸混練押出機をリミル及びファイナル混練に適用した混練システムを示す概略構成図である。同図に示す２軸混練押出機５３は、実施例１に係る連続混練装置の混練部を２つ有し、第１の混練部（上流側）ではリミル相当の混練を行い、第２の混練部（下流側）ではファイナル相当の混練を行う。

この混練システムでは、まずバッチ式混練機５０を用いて原料ゴムと配合剤が混練（マスター混練）される。バッチ式混練機５０においては、原料ゴムと配合剤が一体化するＢＩＴ（Black carbon incorporate time）に達した時点で被混練物が排出される。

排出された被混練物は、２軸混練押出機５３に投入され、その上流区間においてリミル相当の混練が行われる。この混練工程では、実施例１と同様に、バレルを軸方向に複数ゾーンに区分けし、ゾーン毎に、例えば図５の制御パターンI，II−ａ，IIIを用いて、被
混練物の温度制御を行うので、従来の混練性能とほぼ同等の性能で混練を行いつつ、格段に被混練物の発熱を抑えた混練が可能となっている。このため、リミル工程を何回も行う必要がなく、混練部を一回通過させることで、続くファイナル混練へ連続的に工程を進めることができる。

次に、加硫剤が添加された後、２軸混練押出機５３の下流区間においてファイナル相当の混練が行われる。この混練工程においても、上述する効果、すなわち、従来の混練性能とほぼ同等の性能で混練を行いつつ、格段に被混練物の発熱を抑えた混練が可能となっている。そして、ファイナル混練が終了して、２軸混練押出機５３から取り出されたゴム材料は、成形機５４によって成形され、タイヤ等のゴム製品の材料として使用される。

なお、成形機５４の下流側には、加硫剤を加熱等により架橋反応させる加硫工程を設けてもよい。また、２軸混練押出機５３自体が成形機能を有する場合には、成形機５４を省いてもよい。

上記するように、この混練システムによれば、リミル工程を１回で終了させることができるため、連続的にファイナル混練へ工程を進めることができ、作業に要する時間を短縮して生産性を向上させることができる。

図９は、本発明の実施例５であり、バッチ式混練機をマスター混練に適用し、一台の２軸混練押出機をリミル及びファイナル混練に適用すると共に、バッチ式混練機の下流にアンダーミキサ及び冷却機を備えてリミルを行う混練システムを示す概略構成図である。

本実施例にかかる混練システムは、実施例４にかかる混練システムの変形例であり、混練機５０と２軸混練押出機５３との間に、アンダーミキサ５１及び冷却装置５２を設置している。

本実施例では、混練機５０から取り出された被混練物はアンダーミキサ５１によってシート化され、冷却装置５２によって冷却された後、２軸混練押出機５３に投入され、成形機５４で成形される。又は、冷却装置５２に冷却された後、再び混練機５０に戻されてマスター混練される。このリミル工程は１回又は複数回行われ、その後、２軸混練押出機５３に投入され、成形機５４で成形される。２軸混練押出機５３では、実施例１と同様に、バレルを軸方向に複数ゾーンに区分けし、ゾーン毎に、例えば図５の制御パターンI，II
−ｂ，IIIを用いて、被混練物の温度制御を行うので、従来の混練性能とほぼ同等の性能で混練を行いつつ、格段に被混練物の発熱を抑えた混練が可能となっている。このため、リミル工程を何回も行う必要がなく、混練部を一回通過させることで、続くファイナル混練へ連続的に工程を進めることができる。

本実施例にかかる混練システムは、原料ゴム等の被混練物に対する配合剤の分散が難しい混練に適している。

図１０は本発明の実施例６であり、バッチ式混練機をマスター混練に適用し、二台の２軸混練押出機をそれぞれリミル及びファイナル混練に適用した混練システムを示す概略構成図である。同図に示す２台の２軸混練押出機５３ａ，５３ｂは、実施例１に係る混練装置（図１乃至図３を参照。）であり、２軸混練押出機５３ａ（上流側）ではリミルを行い、２軸混練押出機５３ｂ（下流側）ではファイナル混練を行う。尚、下流側の２軸混練押出機５３ｂに代えてバッチ式混練装置を用いても良い。

本実施形態にかかる混練システムでは、バッチ式混練機３０によってマスター混練が行われ、マスター混練を終了した被混練物は２軸混練押出機５３ａに投入され、リミルが行われる。このリミル工程では、実施例１に示すように、２軸混練押出機５３ａのバレルを軸方向に複数ゾーンに区分けし、ゾーン毎に、例えば図５の制御パターンI，II−ａ，II
Iを用いて、被混練物の温度制御を行うので、従来の混練性能とほぼ同等の性能で混練を行いつつ、格段に被混練物の発熱を抑えた混練が可能となっている。このため、リミル工程を何回も行う必要がなく、２軸混練押出機５３ａを一回通過させることで、続くファイナル混練へ連続的に工程を進めることができる。

次に、加硫剤が添加された後、２軸混練押出機５３ｂにおいてファイナル混練が行われる。ファイナル混練工程においても、上述する効果、すなわち、従来の混練性能とほぼ同等の性能で混練を行いつつ、格段に被混練物の発熱を抑えた混練が可能となっている。そして、ファイナル混練が終了して、２軸混練押出機５３ｂから取り出されたゴム材料は、成形機５４によって成形され、タイヤ等のゴム製品の材料として使用される。

本実施形態では、リミル後に一度外部に取り出す構成とすることにより、複数のファイナル混練ラインを設計して、添加する添加剤の種類や量を変えたり、複数の成形形状を設定したりすることができ、用途展開の幅を広げることができる。

図１１は本発明の実施例７であり、バッチ式混練機をマスター混練に適用し、二台の２軸混練押出機をそれぞれリミル及びファイナル混練に適用すると共に、リミル用の２軸混練押出機によりリミルを行う混練システムを示す概略構成図である。

本実施例かかる混練システムは、実施例６にかかる混練システムの変形例であり、２軸混練押出機５３ａから取り出された被混練物は、再び２軸混練押出機５３ａに戻される。実施例６では２軸混練押出機５３ａにおけるリミル工程は一回のみであったが、本実施例では、このリミル工程は複数回、行われる。その後、２軸混練押出機５３ｂに投入され、成形機５４で成形される。尚、ファイナル混練用として２軸混練押出機５３ｂに代えてバッチ式混練装置を用いても良い。

また、図１１に示すリミル工程は、２軸混練押出機５３ａのみを循環させることにより行っているが、２軸混練押出機５３ａから取り出された被混練物を混練機５０に戻し、２軸混練押出機５３ａと混練機５０とを循環させるリミル工程としても良い。

本実施形態にかかる混練システムは、原料ゴム等の被混練物に対する配合剤の分散が難しい混練に適している。

本発明に係る連続混練装置及び該装置を有する混練システムは、ゴムあるいは各種配合剤などを添加したゴムからなる被混練物に限らず、樹脂等からなる被混練物にも適用することができる。

本発明の実施例１を示す２軸混練押出機の構造説明図である。バレル断面図である。冷却水及び温水の系統図である。温度調整の制御フローである。温度調整の制御パターンである。本発明の実施例２を示す連続混練装置における混練部のｈ／Ｄと剪断力比、発熱速度比との関係を示すグラフである。本発明の実施例３を示す１軸混練押出機の構造説明図である。本発明の実施例４であり、バッチ式混練機をマスター混練に適用し、一台の２軸混練押出機をリミル及びファイナル混練に適用した混練システムを示す概略構成図であるである。本発明の実施例５であり、バッチ式混練機をマスター混練に適用し、一台の２軸混練押出機をリミル及びファイナル混練に適用すると共に、バッチ式混練機の下流にアンダーミキサ及び冷却機を備えてリミルを行う混練システムを示す概略構成図である。本発明の実施例６であり、バッチ式混練機をマスター混練に適用し、二台の２軸混練押出機をそれぞれリミル及びファイナル混練に適用した混練システムを示す概略構成図である。本発明の実施例７であり、バッチ式混練機をマスター混練に適用し、二台の２軸混練押出機をそれぞれリミル及びファイナル混練に適用すると共に、リミル用の２軸混練押出機によりリミルを行う混練システムを示す概略構成図である。

符号の説明

１２軸混練押出機、２バレル、３スクリューセット、４回転シャフト、５スクリュー、６フィード部、７混練ロータ、８混練部、９スクリュー、１０押出部、１３チャンバ、１４ａ〜１４ｃ熱媒体流路、１６Ａ冷却水供給タンク、１６Ｂ冷却タンク、１７冷却水配管、１９Ａ温水供給タンク、１９Ｂ加熱タンク、２０温水配管、４０１軸混練押出機、４１バレル、５０混練機、５１アンダーミキサ、５２冷却装置、５３２軸混練押出機、５４成形機、ｈチップクリアランス、Ｄチャンバ内径、Ａ〜Ｃゾーン。

Claims

回転シャフトの外表面に翼部を備えたスクリューセットと、
前記スクリューセットを筒状のチャンバ内に配設してなるバレルと、を有する連続混練装置であって、
前記バレルを軸方向に複数ゾーンに区分けし、ゾーン毎に被混練物の温度制御を行うべく、熱媒体流路をバレル内部に形成すると共に、
前記翼部の先端と前記チャンバの内壁面との間に形成される隙間ｈと、前記チャンバの内径Ｄの比であるｈ／Ｄを、０．０４以上０．０８以下に設定し、
スクリューセットの５０〜２００ｒｐｍの回転速度下で前記被混練物としてのゴム又はゴム系組成物を混練することを特徴とする連続混練装置。
前記バレルは、スクリューセットにおけるフィード部、混練部及び押出部に対応して三つのゾーンに区分けされることを特徴とする請求項１記載の連続混練装置。
前記熱媒体流路には、冷水、温水、冷水と温水の混合水の何れかが供給されることを特徴とする請求項１又は２記載の連続混練装置。
前記連続混練装置は、２軸混練押出機であることを特徴とする請求項１，２又は３記載の連続混練装置。
回転シャフトの外表面に備えられた翼部が２軸間で互いに噛み合う構造になっていることを特徴とする請求項４に記載する連続混練装置。
回転シャフトの全長に亙って又は一部において、翼部が２軸間で互いに噛み合う構造になっていることを特徴とする請求項５に記載する連続混練装置。
前記連続混練装置は、１軸混練押出機であることを特徴とする請求項１，２又は３記載の連続混練装置。
マスター混練用の混練機と、該混練機の下流に設けられた連続混練装置とを有し、前記連続混練装置は請求項１ないし７のいずれかに記載する連続混練装置であることを特徴とする混練システム。
マスター混練用の混練機と、該混練機の下流に設けられたアンダーミキサ及び冷却装置と、該冷却装置の下流に設けられた連続混練装置とを有し、前記連続混練装置は請求項１ないし７のいずれかに記載する連続混練装置であることを特徴とする混練システム。
前記連続混練装置は、マスター混練用の混練機の下流に設けられリミル用とした第１の連続混練装置と、該第１の連続混練装置の下流に設けられファイナル混練用とした第２の連続混練装置とからなることを特徴とする請求項８又は９記載の混練システム。