JPH0347131B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、いろいろな周速で回転し温度調節さ
れる２本のロールのせん断隙間内でゴム材料、合
成樹脂材料および他の可塑化し得る材料を連続的
に搬送、混合、均質化および可塑化するためのロ
ールミルに関する。

平滑な表面を有する公知ロールミルはロール隙
間内で材料を粗悪および不均一な状態でしか混合
および可塑化することができない。温かい材料小
片がロール表面の局所に粘着すると、この材料粒
子はロール隙間内に引込まれ、そこで強くせん断
される。その際、材料の温度が局所的に高くな
り、そして冷たい材料小片が制御できない程長い
時間にわたつてロール隙間の手前で軸方向に相並
んで滞留する。なぜなら、ロール表面に対する摩
擦付着力が小さすぎるために材料が隙間の中に達
しないからである。

冷たい舌片と称されるこの材料小片は往々にし
て表面だけしか冷却されていない。その内部は、
材料がロール隙間の中に引き込まれてそこでロー
ル加工される前に、長い滞留時間のために往々に
して熱分解されている。

本発明の課題は、材料および不恰好で粗雑な材
料小片をロール隙間の中に均一かつ確実に引込む
ことができるようにすることと、軸方向への材料
の搬送を制御可能とすることによつて、滞留時間
を非常に短くしかつ可塑化度合を制御することに
ある。

この課題は、特許請求の範囲に記載された特徴
によつて解決される。

本発明に従つて刃形に形成されたこの溝は、鋸
歯の如く隙間の手前にある材料にくい込み、そし
て傾斜歯を備えた反対方向に回転する２個の円筒
フライスの如く、材料を細かく切り、更にロール
表面付着とは関係なくロール隙間の中に移動させ
る。

材料の中心層はロール隙間内で非常に強い二軸
性のせん断作用を受ける。ロール溝内に押込まれ
た材料を有するロールの表面速度が異なることに
よつて、合成樹脂材料対合成樹脂材料は隙間の中
で半径方向と軸方向で同時に強制的にせん断され
る。

本発明に従つて刃形の溝を有するロール表面と
普通のロール表面を交互に設けることにより、半
径方向のせん断隙間巾は最も狭いロール隙間にお
いて連続的に変化する。両ロールの表面速度が異
なることによつて、せん断作用の強さは層厚変更
を通じて大きな振巾で変動する。

両ロールのロール隙間内で平滑なロールセグメ
ント面が相互に向きあうときに、例えば１mmの厚
さの層が形成される。一方のロールの平滑なロー
ルセグメントと相手方ロール例えば、1.5mmの深
さの溝が向き合うと、１＋1.5mm＝2.5mmの厚さの
層が局所的に形成され、両側の溝が向き合うと、
せん断隙間に、1.5＋１＋1.5＝3.5mmの厚さの層が
形成される。

試験を行つた本発明によるロールミルの場合
は、溝の深さが0.5〜10mm、特に１〜５mmで、巾
が１〜50mm、特に１〜10mmで、そして溝がロール
表面のところで刃形に、すなわち先が尖つた形に
形成されている。溝の底は半円形または長方形に
形成されている。専門家は溝の中での材料の固着
または焼合を予想したが、本発明に従つて溝をつ
けたロール表面では全く反対のことが起こつた。
溝の底は強い材料渦によつてきれいに洗浄され
る。そこには、高度のガス除去と脱気によつて材
料渦の下に形成されるガス／空気クツシヨンが集
まる。

この空気クツシヨンはロール皮すなわちロール
上のシートを溝の底から少しだけ持上げ、そして
ロールミルを運転する際に騒々しい小さな爆音を
発して減張する。溝を備えた本発明によるロール
は、材料を隙間に確実に引込む作用をし、不均質
な材料が引込まれ、同時に高温の場合にも溝隙間
内で多量混合される。従つて、材料はそこで燃え
ることもないし、ロール表面に焼け固まることも
ない。

更に、強くせん断加熱される範囲において冷た
い新しい材料または粉末をロールミルに局所的に
供給すると好都合であることが判つた。この粉末
は半塑性材料によつて囲まれ、極めて迅速にかつ
やさしく分解され、そして同時に余剰のせん断熱
を新しい材料の可塑化のために有効利用する。こ
のことが、可塑化される材料Kgあたりの全エネル
ギー消費量が非常に少ないことの原因であり、ま
たいろいろな材料の粘度範囲にわたつて本発明に
よるロールミルの運転範囲が非常に広いというこ
との原因でもある。

二軸性せん断の本発明による課題の解決のため
の他の条件は、材料を制御して軸方向に流すこと
を必要とする。それによつて、可塑性材料自体の
滞留時間と局所的なロール表面に対する可塑性材
料の滞留時間がきわめて短くかつ一様となる。

本発明の課題の二の第２の部分は、ロール表面
を上述のように利用することと関連して、反対方
向に動くロール表面の溝が反対方向に傾斜して回
転軸線に対して１〜45度、特に５〜35度の角度を
なすように設けることによつて解決される。溝の
所望の傾斜角度はロール直径、ロール隙間、溝の
間隔および両ロールの表面速度の差に依存する。
100〜200mmの小さなロール直径の場合には、間隔
が10〜50mmで傾斜角度が７〜30度の溝が軸方向の
材料搬送と軸方向のせん断作用に関して良好な結
果をもたらす。400〜650mmのロール直径の場合に
は、傾斜角度が５〜25度で間隔が６〜25mmの溝が
効果的に働いた。

可塑化される材料に適合させて、溝の数（溝間
隔）と溝の深さをロール全長にわたり材料流れと
粘度に相応して変更すると、好都合であることが
判つた（第１図参照）。例えば、ロールミルの材
料供給側では、比較的に冷たい材料の滞留時間を
延長するために、溝は数と深さが半分から始ま
る。ゴム弾性の範囲では、溝の深さを大きくしか
つ溝の数を２倍または３倍にすることによつて、
大容積の混合およびガス除去作用が高められ、そ
れによつてせん断燃焼が回避される。材料を排出
する手前の圧間では、半可塑性材料の場合にあえ
て微細分解され、そして小さくかつ平らに形成さ
れた溝によつて制御される。

ロールは一般的に内側から加熱および冷却可能
に形成されている。可塑化プロセスのためのロー
ルミルの調整は、両ロールの温度調節、ロール隙
間の選定およびいろいろな表面速度の設定による
両ロールの摩擦調節によつて行われる。

次に材料が供給側から連続的に搬送され、その
ときに可塑化されるので、ロール軸線に沿つて排
出個所を局部的に選択すると、本発明に従つて制
御されて部分可塑化された材料条片を排出するこ
とができる。可塑化プロセスは外側から自由に接
近可能である。従つて、本発明により、長手軸線
の所定の個所で新しい材料を供給すると好都合で
ある。この新しい材料は本発明による方法で制御
して部分可塑化する必要がある。耐衝撃性変数、
充てん剤、顔料、網状化成分、発泡剤または多孔
化剤もしくは補強繊維は、本発明により所定の軸
方向位置で初めて主材料が一定の可塑化度合とな
るように供給されるかまたはロール隙間の所定の
個所での添加によつて所定の滞留時間が選定され
る。そのために、軸方向に調節可能な供給装置が
使用される（第２図参照）。

本発明に係る試験用ロールミルの測定によつ
て、普通のロールミルの30〜40パーセントの比較
的に低い隙間圧力がロールの延長を構造的に可能
にすることが判つた。従つて、従来の普通のロー
ル長さの２〜３倍のロール長さは構造的な問題を
生じない。それによつて、方法の経過に対する外
側からの接近が可能となる。更に、簡単なカプセ
ル化によつて、不活性のガス雰囲気で可塑化プロ
セスを行うことができる。

ロールミルの公知の長所、すなわち低価格で、
運転が確実で、摩耗損傷が小さく、色を変えると
きの洗浄が容易で、普遍的に使用できることは、
本発明の実施の場合にも制約を受けずに維持され
る。

せん断ロールの連続的な装入の際、特に粘稠性
があつて付着しやすい材料、しかも粉末の物質を
装入する際に、従来は十分に解決されなかつた問
題が生じた。この場合は本発明により、せん断隙
間を強制的に装入するための装置がせん断ロール
ミルの装入側に設けられている。

そのために、粉末状の物質と、希溶液状、ペー
スト状乃至粘稠性材料の場合は、回転数を制御す
ることができる歯車ポンプが設けられ、このポン
プによつて物質がロールの溝の中に押し込まれて
均質化過程に供給される。

粘稠性乃至強粘稠性の材料、例えばゴム球は、
本発明によりギヤチエーン式供給装置、歯付きロ
ール式供給装置または押圧ラムを備えた供給シユ
ートを介して、せん断ロールミルの刃形の溝に押
し付けられる。

図に基づいて本発明を説明する。いろいろな実
施例が示されているが、本発明はこれらの実施例
に限定されるのもではない。

ロール直径が150mmでロールの筒部長さが750mm
の本発明による連続的な混合兼せん断ロールミル
の実施例が第３図に略示されている。

ロール３１モータ３３によつてそしてロール３
２はモータ３４によつてそれぞれ別々に調節可能
な５〜50回／分の範囲の回転数で反対方向に駆動
される。ロールはその表面に、傾斜歯すなわちは
すばの如く反対向きの成形溝３５，３６を備えて
いる。この成形溝は軸線に対して10度の角度をな
すように傾斜している。溝の深さは供給側の第１
の区間が0.75mmで、ロールの中心の方へ向かつて
2.5mmまで増大し、そして材料の排出側の最後の
区間が0.5mmとなつている。溝の巾は製作上の理
由から全体を通して３mmとなつている。ロール中
央における筒部の50パーセント長さのところでは
溝と溝の間隔が最小となつており、例えばロール
の中心から両側へそれぞれ150mmまでのところで
は10mmである。そこには36個の溝が周囲に設けら
れている。そこからそれぞれ125mmの長さの筒部
が材料供給側と材料排出側へ続き、この部分には
18個の溝が周囲に設けられ、溝と溝の間隔は26mm
である。両端から100mmの長さの筒部には９個の
溝が周囲に設けられ、溝の間隔は52mmである。ロ
ールの中央に設けた多数の溝はロール中央の隙間
圧力を低下させる。それによつて、材料が多量で
ある場合には750mmの筒部長さの代りに、筒部長
さを1500mmとし直径を150mmとすることができる。

硬質ポリ塩化ビニルを可塑化するために、前方
のロールと後方のロールは回転継手３６を介して
液体によりそれぞれ180℃と160℃に内側から温度
調節される。

例えば本発明によるロールミルを運転するため
に、先ず材料Ａとして酢酸塩を含む粉末のポリ塩
化ビニル共重合体が供給される。この材料は比較
的に容易に溶融する。材料Ｂは高分子のポリ塩化
ビニル粉末である。材料Ｃは色付きの充てん剤で
ある。材料Ｄは衝撃に強い成分またはガラス繊維
切片である。個々の成分は配量装置によつてロー
ル隙間の異なる軸方向個所から供給される（第２
図参照）。均質化された材料の排出は排出用掻き
落し板によつて行われる。材料が所望な程度に可
塑化されると、材料は成形機械の供給装置内に落
下する。この成形機械は通像は押出し機、射出成
形機またはシーテイングカレンダーである。

本発明によるロールミルのこの実施例は硬質ポ
リ塩化ビニルを可塑化するのに適し、そして通常
のロールミルの出力の２〜３倍まで出力を高め
る。重要な利点は、個々の成分を目的通りに可塑
化プロセスに順々に供給することができる点にあ
る。これにより、最終特性を改善するために材料
の微細構造が不均一である材料組成物が生成され
る。衝撃に強い成分の場合には、懸念される完全
せん断分解が確実に回避される。粉末状のゴム組
成物は１回の通過で均質化されかつ素練りされ
る。

特に反対方向に回転するロールは本発明に従つ
て、反対方向に傾斜した成形溝を備えている。例
えば前方のロールが右回りの成形溝を備え、後方
のロールが左回りの成形溝を備えている。成形溝
は、混合および／または可塑化すべき材料の特性
に応じてその都度適切に形成される。しかし、成
形溝が同じ方向に延び、回転方向が同じで、そし
ていろいろなまたは異なる表面速度で運転される
ロールも本発明に含まれる。

粉末状物質および水溶液状、ペースト状乃至粘
稠性材料の場合には、第５図に示した、回転数制
御を行う歯車ポンプが設けられる。物質はこのポ
ンプによつてロールの溝の中に押込まれて均質化
される。

粘稠性乃至は強粘稠性の材料、例えばゴム球
は、ギヤチエーン式供給装置、歯付きロール式供
給装置または押圧ラムを備えた供給シユートを介
してせん断ロールミルの刃状溝に対して押圧され
る。

ロールミルの刃状溝は、２本のロールフライス
の如く、ゴム状材料を小さな材料条片に切断し、
この条片をせん断隙間に連続的に供給する。

このロールミルの場合にはせん断ロールを、加
工される材料の集合および形成のために利用する
こともできる。この場合にも、本発明による好ま
しい形成装置を、材料状態が練り粉状、ペースト
状乃至低粘稠性、粘質のパン練り粉状の如く中間
の粘稠性または強粘稠性乃至は砕け易いかどうか
によつて区別することができる。

普通の掻き取り機を備えた材料排出部の代り
に、歯車ポンプの一対の歯車２１をロールの溝な
し出口部分に設けることができる（第５ａ，５ｂ
図参照）。

歯車はロールに連結してもよく、別々に調節で
きるように駆動してもよい。歯車は歯の間に材料
を収容し、そして圧力形成のために材料を歯車ポ
ンプ２２の吐出および出口側に供給する。この構
造は非常にねばり気があつて粘着しやすい物質の
場合に特に好都合である。この形成および排出装
置は、その駆動装置を分離すると、後から容易に
装備可能で交換可能な付加装置であり、この付加
装置は固有の主ロール系を干渉しない（第４ａ，
４ｂ図参照）。

ゴムの調製および熱可塑性合成樹脂の成形の場
合に用いられるような中間の粘度範囲のために、
本発明ではせん断ロールシステムの次の変形例が
提案される。この変形例は、せん断ロールが装入
側において、普通に装置可能な軸受ケーシング７
１を介して、開放したせん断隙間を形成し、せん
断ロールの排出側全体が溝を備え、かつ二軸スク
リユーシリンダのような軸受ケーシング７２，７
３内で軸承されていることを特徴とする（第６図
参照）。

円錐状の出口を備えたシリンダ壁は出口側から
ロールのほぼ1/3のところまで軸方向に移動し、
可塑化が終了する範囲を覆つている。それによ
り、この範囲で、摩擦によつて反対方向に駆動さ
れるかみあわない二軸スクリユーシステムと類似
した流動状態が発生する。

そのためにロール端部全体がスクリユーねじ谷
としての溝を備え、円錐状尖端部としてのケーシ
ングの中で終つている。

両ロールの間のせん断隙間は円錐状尖端部まで
形成されている。可塑性物質の圧力上昇とシリン
ダ壁によるせん断隙間圧力の支持作用は、せん断
ロールの表面を全く異なる表面形状にすることに
よつて、従来の公知二軸スクリユーシステムの場
合よりもはるかに高まり、かつ技術的に好ましく
なる。その際、調製に関する開放したせん断ロー
ルシステムの他の長所と、成形過程に関する二軸
スクリユー原理の他の長所は失なわれない。

第７ａ図は、摩擦によつて回転する両せん断ロ
ール４２の間の内側のせん断隙間４１を略示して
いる。第７ｂ図は成形部４２を有するせん断ロー
ルとケーシング壁４４との間の隙間４３を略示し
ている。

他の本発明思想（第８図）では、溝を設けた両
せん断ロール５１，５２が円錐状に形成されてい
る。このせん断ロールは材料供給側に、調節可能
な普通のせん断隙間５３を備えている。排出側の
尖端部が円錐状であるロールの軸受と隙間調節
は、相応して円錐状に形成されたシリンダ状被覆
材５４によつて行われる。微調節のために、この
被覆部材は５５で示すように軸線と平行に動かさ
れる。この場合、供給側に狭い隙間が形成され、
そこから離れたところに大きなせん断隙間が形成
される。

本発明の他の実施例では、第９図に示すよう
に、両せん断ロールの一方だけが軸方向に長く延
長し、排出および形成スクリユーとして、流れ技
術上有利な一軸スクリユーシステムのシリンダ壁
６２によつて取囲まれている。対向ロール６３は
最初の実施例の場合のように、別々の調節機構６
４を有し、それによつて後方のせん断隙間を外側
から調節することができる。

準備プロセスにおいて一列に設けたこのすべて
の形成装置は、材料流れを正確に調節する必要が
ある点が共通している。すべての場合において、
引き込み補助部材、例えば材料入口でシリンダ壁
に形成した材料ポケツト、を設けると好都合であ
る。二軸スクリユーシステムにおいて一般的であ
る材料流れ上の問題は、かみあわない二軸ロール
構造体の場合のように、あまり重要ではない。せ
ん断隙間上の他の押圧構造体と溝付きロールシス
テムは、損傷せずに、常に供給を可能にする。そ
の際、あふれ材料をロール上に集めることができ
る。開放したロール部分は、形成部分の入口の手
前で材料用熱保持緩衝器を形成する。せん断ロー
ルシステムの材料があふれるときでも、余剰の材
料は捕集容器内に落下し、そこから損傷すること
なくプロセスに再供給可能である。このシステム
は頑丈で運転が確実であることが判つた。従つ
て、上記の本発明による装入用付加装置によつ
て、せん断ロールシステムをその都度の方法過程
に組み込むことができる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、ロールミル内でその全長にわたつ
て横方向に発生するせん断フアクターのための曲
線を示すグラフ、第１ｂ図はロールミルを示す
図、第２図は第１ｂ図に示したロールミルにおけ
るいろいろな材料の供給個所の例を示す図、第３
図はロールミルの平面図、第４ａ，４ｂ図は、供
給側のロールミル上に設けられた、回転数制御型
歯車ポンプを有する他の実施例を示す図であつ
て、第４ａ図が横断面図そして第４ｂ図が縦断面
図、第５ａ，５ｂ図はロールミルの排出側の下方
に設けた一対の歯車を示す図であつて、第５ａ図
が縦断面図そして第５ｂ図が横断面図、第６図は
本発明によるロールミルの装入側の上に設けた軸
受ケーシングを示す図、第７ａ図は内側のせん断
隙間の概略図、第７ｂ図は成形部４２を有するせ
ん断ロールとケーシング壁４４の間のせん断隙間
形成状態を示す図、第８図は、軸受と隙間調節が
円錐状シリンダ被覆部材を介して行われる円錐状
ロールを示す図、第９図はロールの一方だけが軸
方向に延長されて排出および形成用スクリユーと
して形成されている他のロール構造を示す図であ
る。 ３１，３２……ロール、３５，３６……溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ いろいろな周速で回転し温度調節される２本
   のロールを備えた、可塑化可能な材料用の混合お
   よびせん断ロールミルにおいて、ロールの表面が
   非常に長いロール筒によつて形成され、このロー
   ル筒の長さがロール直径の４倍以上であり、ロー
   ル筒がロール軸線に対して鋭角をなして反対方向
   に斜めに設けられた刃形の溝を備え、この溝の数
   と深さが材料供給側のロール軸受部からロール中
   央まで増大し、そしてロール中央から材料排出側
   の軸受部まで減少し、更にロール隙間に沿つて軸
   線方向に調節可能である、いろいろな種の材料と
   添加剤のための供給および排出装置が設けられて
   いることを特徴とする混合およびせん断ロールミ
   ル。 ２ ロール軸線に対して斜めに延びる溝が、ロー
   ル隙間内での材料の軸線方向送り運動に応じて５
   〜45度の角度で反対方向に設けられていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の混合およ
   びせん断ロールミル。 ３ 溝のロール表面側が刃形に、溝の底部が半円
   に、または角を丸めた四角形に形成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の混合およびせん断ロールミル。 ４ 材料供給側において溝の深さが0.5〜10mmで、
   溝の巾が１〜50mmでそして間隔が５〜100mmであ
   り、溝が材料排出側まで延びていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項から第３項までのいず
   れか１つに記載の混合およびせん断ロールミル。 ５ 可塑化すべき材料の粘度に適応して、溝の数
   と深さが材料供給側からロール中央の方へ向かつ
   て増大し、ロール中央から材料排出側に向かつて
   溝の数と深さが減少することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項から第４項までのいずれか１つに
   記載の混合およびせん断ロールミル。 ６ 混合または可塑化すべき材料が特定の供給装
   置によりロール隙間の所定の個所に順々にかつこ
   の個所で定められた可塑状態で供給され、そして
   軸線方向に移動可能な排出装置によつて所定の可
   塑状態で排出され、かつそれ以後の加工機械の充
   てんホツパーに供給されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１つ
   に記載の混合およびせん断ロール。 ７ 材料が歯車ポンプ、ギヤチエーンフイーダー
   または押圧ラムによつてせん断ロールの溝の中に
   押込まれることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項から第６項までのいずれか１つに記載の混合お
   よびせん断ロール。 ８ 加工された材料が、連結されたまたは回転数
   を制御される歯車ポンプによつてロール端部から
   排出され、かつダイスを介して成形されることを
   特徴とする特許請求の範囲第７項記載の混合およ
   びせん断ロールミル。 ９ ロールの両排出端部が全体にわたつて延びる
   溝と円錐状尖端部を備え、そして成形および押圧
   要素としてのこのロール部分を介して被覆部材が
   二軸スクリユーシリンダの場合のように移動する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の混
   合およびせん断ロールミル。 １０ 出口まで成形されたロールが円錐状に形成
   され、かつ出口側で、同様に円錐状に形成された
   被覆部材の中に収納されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第７項記載の混合およびせん断ロ
   ールミル。 １１ 両せん断ロールの一方だけが延長し、その
   全体にわたつて溝を備え、かつ一軸スクリユーの
   場合のようにシリンダ壁の中に収納されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第７項または第９
   項記載の混合およびせん断ロールミル。