JPS5850533B2 - 二軸連続式混練機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は合成樹脂等の高分子材料の混線に用いる二軸連
続式混練機に関するものである。

従来、この種二軸連続式混練機は一般に、チャンバー内
に並列配置された回転自在な二軸のロータにそれぞれ材
料供給口側から順にスクリュー形状のフィード部と、断
面オーバル形等の混練翼を備えた混練部と、ディスチャ
ージ部とを配設し、チャンバーの材料供給口から連続的
に供給された被混線材料を、上記フィード部によって混
練部に送給し、混練部において溶融混練した後、チャン
バーの排出口から連続的に排出させるようにしている。

この構造において混練部は通常、混練翼が被混線材料を
前方に送る方向に捩れをもった送り翼部と、逆に材料を
戻す方向に捩れもった戻し翼部とを具備し、フィード部
の前方に一定範囲にわたり設けられている。

ところで、旧来のこの種混練機においては、被混線材料
の種類によって例えばカーボンマスターバッチ等の混練
においてはカーボンブラックのグレードによっては混練
性能上適用困難な場合があり、その原因はか＼る材料に
対し混線時間が不足するためである。

そこで、最近特に混線時間の増長を必要とする被混線材
料に適用可能とするため、旧来の混線機に比べてロータ
のＬ／Ｄ （直径に対する長さの比）を大きくし、混練
部を軸方向の三箇所に増設する構造が提案されている。

ところが、Ｌ／Ｄを大きくすると、軸に伝わる動力との
関係からロータの回転速度を旧来の一般的回転速度と同
じにすることは機構学上困難であって、旧来よりも低回
転で操業する結果となり、これに伴って次のような問題
点が生じてきた。

すなわち、■低回転の操業によりフィード部でのフィー
ド力すなわち材料送給作用が低下し、処理能力が落ちる
。

■またＶＤが大きくなることおよびフィード力が低下す
ることに基づき混練部で被混線材料に加わる圧力が低下
するため、剪断、攪拌作用等がそこなわれる。

■また、Ｌ／Ｄが大きくなるに伴い、第６図に曲線Ａで
示すように急激な発熱量の増大が生じ、これによって混
練された材料の品質に熱劣化による悪影響が現われる。

これらの欠点が、混練時間の増長を図る上において末だ
解決されていなかった。

本発明はこれらの事情に鑑み、長時間の混線を必要とす
る材料にも適用可能とすべく、混線時間および混練範囲
を増長し、しかも、フィード部Ｏこおける材料送給力を
高め、かつ、混線部における材料に加わる圧力を適性に
保つと共に急激な発熱を抑えて品質劣化を防止すること
ができ、その上部分的に未混練の材料がそのま＼混練部
を通過してしまう所謂ショートパス現象による練りむら
も防止し得、さらに必要に応じてベント孔を付加すれば
混線中の材料に含まれる揮発成分の真空脱気も可能とな
る二軸連続式混練機を提供せんとするものである。

本発明二軸連続式混練機の特徴とするところは、一端に
共通の吐出オリフィスを備え横方向に相互に連結され実
質的に円筒状で互に平行な２つの室を形成するチャンバ
ーと、前記室内に位置した２軸の有翼のロータと、被混
線材料を受入れ、前記室内に前記吐出オリフィスから間
隔を隔てた位置において圧力下に詰込むようにした受入
手段と、前記ロータを回転する手段とを包含し、前記両
ロータはそれぞれ、フライト間の溝深さを一定とした供
給フライトと、各々バンバリ一式の翼断面と実質的に同
様な断面を有し、その回転方向から遠去かる向きに捩れ
た部分と反対方向に捩れた部分とを有する翼をもった軸
方向前後三箇所の混練部とを配設すると共に、該各混練
部の翼における反対方向に捩れた部分の長さと捩れ率と
は前記室内に前記材料が含有されている時に該翼によっ
て前記材料に加えられる軸線方向に向いた平均の力は材
料を前記オリフィスを通って押出すには不十分であるよ
うに構成し、これによって前記室内を通る前記材料の軸
線方向における全体としての道程は前記材料が前記受入
手段によって受入れられる割合によって決るようにして
なる二軸連続式混練機であって、前記両ロータの始端側
の供給フライトを備えたフィード部を他部に比べて大径
にし、かつ、該供給フライトを両ロータ相互に噛合せし
めると共に、上記前後混線部の間にロータに設けた円形
断面部とその外方におけるチャンバーの一部に設けた半
径方向に移動可能な可動壁とにより、該可動壁と円形断
面部との間隙を調節可能にした絞り機構を装備したこと
にある。

以下、本発明を図示せる実施例によって詳説する。

第１図乃至第４図において、１はチャンバー、２は該チ
ャンバー１の一端側に設けた材料供給口、３はチャンバ
ー１他端側の材料排出口を構成する吐出オリフィスであ
る。

上記チャンバー１は実質的に円筒状で相互に連結された
平行な２つの室を形成し、両者に共通して吐出オリフィ
ス３を設けている。

材料供給口２には、被混線材料を受入れて粉記室内に圧
力下に詰込むようにした受入手段（図示省略）が付備さ
れている。

また、４，４はチャンバー１内に並列配置された二軸の
ロータで、端部においてチャンバー１に回転自在に支持
され図外のモータ、減速機およびギヤ等により、通常互
いに逆向きに同期回転するよう構成されている。

この両ロータ４，４にはそれぞれ材料供給口２側から順
に、フライト間の溝深さを一定とした供給フライト５１
を有するスクリュー形状の第１フィード部５と、第１混
線部６と、後述するチャンバー１の可動壁７２と共に絞
り機構７を構成する円形断面部７１と、第２フィード部
８と、第２混練部９と、ディスチャージ部１０とを配設
している。

上記第１フィード部５は他部に比べて大径に形成し、か
つ、該フィード部５の供給フライト５１をロータ４，４
相互に噛合させている。

図では該フィード部５の供給フライト５１を３条スクリ
ュー状としているが、他の復条もしくは１条スクリュー
としてもよい。

また、両ロータ４，４を囲繞するチャンバー１も、ロー
タ形状に即し、第１フィード部５に対応する箇所は当然
他部に比べて内径を大きくする。

第１混練部６では、ロータ４を非円形断面形状として、
チャンバー１内壁との間およびロータ４゜４相互間での
剪断、攪拌作用をもたせるに適当な外方に突出する混練
翼６１を形成している。

図例では断面で三方に混練翼６１が突出した形状として
いるが、三方に混練翼が突出した断面オーバル形等の形
状も採用し得る。

そして通常、該混練部６の始端部から中間部適宜箇所ま
では混練翼６１が回転方向から遠ざかる向き、即ち材料
を前方に送る方向に適当なリード角の捩れをもって連続
しく以下、この部分を送り翼部６２と呼ぶ）、こ５から
混練部６終端までは反対方向即ち混練翼６１が材料を戻
す方向に適当なリード角の捩れをもって連続する（以下
、この部分を戻し翼部６３と呼ぶ）ように形成する。

この場合、戻し翼部６３の長さと捩れ率とは、前記室内
に被混線材料が含有されているときに翼６１によって材
料に加えられる軸線方向の力は材料を前記吐出オリフィ
スを通って押出すには不十分であるようにし、これによ
って前記室内を通る被混線材料の軸線方向における全体
としての道程は材料が前記受入手段によって受入れられ
る割合によって決まるようにしである。

そして、送り翼部６２と戻し翼部６３との間での材料の
干渉および圧力発生等に伴い、剪断、攪拌、分散等の作
用が高められるように構成している。

また、前記円形断面部１１は第１混練部６の終端に位置
し、これに対し、該円形断面部Ｔ１の上下外方にあたる
チャンバー１の一部に可動壁Ｔ２が設けられ、この可動
壁７２と円形断面部７１とをもって絞り機構Ｉを構成し
ている。

該可動壁７２はチャンバー１の他部とシール状態を保ち
ながら半径方向に移動可能とし、該可動壁Ｔ２の半径方
向の移動に伴って円形断面部Ｔ１との間隙が変化するよ
うにしており、エアシリンダ１３等にて作動される。

円形断面部７１の前方に位置する第２フィード部８は、
第１フィード部５と同様にスクリュー形状をなすが、こ
の部分では両ロータ４，４の供給フライト８１．８１は
噛合させなくてもよい。

また、第２混練部９は、第１混練部６と同様に混練翼９
１を備え、１組の送り翼部９２と戻し翼部９３とで構成
されている。

ディスチャージ部１０は第２混線部９の前方のロータ４
終端付近に位置し、ストレートな翼を有する形状やその
他適宜形状に形成される。

また、チャンバー１における排出側のオリフィス３は、
通常、その一側壁３１を開閉動可能とし、該側壁３１の
開閉操作にてオリフィス３の開口量を絞り調節すること
により、混練された材料の排出量および排出抵抗を調節
し得るようにしている。

さらに、必要に応じてチャンバー１には、混練中の材料
に含まれる揮発成分の真空脱気を可能にするためのベン
ト孔１１を設けることもでき、この場合、ベント孔１１
は、前記絞り機構１の可動壁７２と材料排出口との間の
位置に設けるものとし、特に可動壁７２に近い第２フィ
ード部８に対応する箇所付近に設けておくことが望まし
い。

第５図は本発明混練機の別の実施例を示し、この実施例
では前記第１実施例において設けられている第２フィー
ド部８を省略した構造となっている。

すなわち、同図においては両ロータ４，４始端側のフィ
ード部５と、第１混線部６、絞り機構Ｔまでの構造は第
１実施例と同様であり、この絞り機構７の円形断面部Ｔ
１に続き、第２フィード部を省いてその代わりに第１実
施例よりも形成範囲を延長した第２混線部９′を設け、
そしてロータ４終端側にディスチャージ部１０を設けて
いる。

この構造においても、図示しないが必要に応じてチャン
バー１における可動壁７２の前方の適宜箇所にベント孔
を設けておくことができる。

なお、実施例では混練翼の送り翼部６２．９２と戻し翼
６３，９３が連続した例を挙げているが、この両翼は必
ずしも連続させる必要はなく、送り翼と戻し翼の接合部
において翼の位相をづらした断続翼であってもよい。

次に本発明混練機の作用を説明する。

混練にあたっては、図外のフィーダ等により連続定量的
に供給された被混線材料は、先ずロータ４始端側のフィ
ード部５により軸方向前方に向けて送られる。

この場合、本発明機ではＬ／Ｄを犬きくしたことに伴い
、材料の温度との関係でロータ４は一般の旧来機よりは
低い回転速度で駆動されるが、上記フィード部５を大径
にし、かつ、その供給フライト５１を両ロータ４，４相
互に噛合させたことにより、上記条件下でも充分大きな
フィード力が得られる。

また、嵩比重の小さな材料、粘着し易い材料、スリップ
し易い材料なども確実に送給されることとなる。

上記フィード部５から送られた被混線材料は、第１混練
部６において、剪断、攪拌、分散等の作用を受けて可塑
化溶融し、かつ、混練され、次いで絞り機構７を通過し
、第２フィード部８を通して第２混練部９に、または直
接第２混練部９′に送られる。

この場合、上記絞り機構Ｉは予め前記可動壁７２の軸方
向の移動操作にて該可動壁γ２とロータ４の円形断面部
７１との間隙を調節し、適宜流路を絞ることにより、第
１混練部６および第２混線部９または９′における材料
の圧力を適正にコントロールする作用を為す。

また、この圧力調節作用に関連して、剪断発熱による温
度上昇を制御する作用も為し、これによって第６図に曲
線Ｂで示すように第１混練部６から第２混練部９または
９′にわたって温度を平均化し、品質劣化を生じるほど
の急激な温度上昇を避ける。

さらにこの流路絞り作用により、材料のショートパスに
よる練りむらが防がれる。

さらにまた、この部分と、排出端側のオリフィス３とに
おいてそれぞれ溶融した材料によるマテリアルシールが
なされることにより、その間においてチャンバー１内の
気密性が保たれ、後述する真空脱気が可能となる。

この絞り機構γを経て第２混練部に材料を送る際に、特
にフィード力を高めたい場合には第１実施例に示すよう
に第２フィード部８を設けた構造を採用すればよいが、
ロータ４始端側のフィード部５のみによっても充分なフ
ィード力が得られるので、混練度の向上に重点をおく場
合には第２実施例に示す構造を採用すればよい。

また、前記の如く第２フィード部８または第２混線部９
′等に対応する位置にベント孔１１を設けておけば、こ
れを図外の真空ポンプ等に接続して真空脱気することに
より、混練中の材料に含まれる揮発成分が排除され、こ
れによって製品に気泡が残ることが防止される。

この場合、絞り機構７の装設箇所と排出側オリフィス３
部分がそれぞれマテリアルシールされることを利用し、
かつ、第２フィード部８の供給フライトまたは第２混練
部９′の混練翼を材料の送りに適した傾斜角に設定して
かＸる部分での材料の充満を防ぐようにしておくことに
より、真空脱気が可能となる。

さらに必要に応じ、第２フィード部８等に対応する箇所
においてチャンバー１に添加口（図示せず）を設けてお
くことにより、ガラス繊維など損傷したり機械の摩耗を
早めたりし易い材料をこ＼で補充供給することもできる
。

第２混線部９または９′は、第１混線部６と協同して材
料の混練度を高め、さらに、第２フィード部８等で添加
された材料を均一混合する作用を為す。

チャンバー１の排出端側の吐出オリフィス３は開口量の
調節によって溶融材料の排出抵抗を変更可能とし、これ
により混練度の調節を可能としているが、オリフィス３
の構造は図示せる実施例に限らず、例えば流路内に傾動
可能な可動体を設けて排出抵抗を調節可能とすることも
できる。

さらに、混練された材料を造粒するような場合は、当該
混線機の排出側に押出機を接続してペレタイズするか、
あるいはギヤポンプを介して押出し造粒する手段等を適
宜付設すればよいが、この場合、本発明混線機で充分な
混練度が得られるため、押出機を用いて練りの不足を補
うという必要はなく、コンパクトなギヤポンプを採用す
れば十分である。

叙上の如く、本発明の二軸連続式混練機は、二軸のロー
タのそれぞれ軸方向三箇所に混練部を設けてＬ／Ｄを大
きくしたことにより、一箇所にのみ混練部を有する旧来
機では混練時間の不足のため適用困難であった被混線材
料に対しても混線時間が増長されて充分な混練度が得ら
れ、しかも、ロータ始端側のフィード部を大径にしてそ
の供給フライトをロータ相互に噛合させているのでｂも
の増大に伴うロータの回転速度の低下によっても高い材
料送給力が得られ、処理能力の低下をきたすことがない
。

さらに、前後混練部の間に、ロータに設けた円形断面部
とチャンバーの一部に設けた半径方向に移動可能な可動
壁とでその間の間隙を調節可能とした絞り機構を装備し
ているため、該機構により圧力低下を防止してチャンバ
ー内の被混線材料の圧力を適正化し得ると共に、チャン
バー内の材料の温度を平均化して品質劣化をもたらすよ
うな急激な温度上昇を避けることができ、材料のショー
トパスによる練りむらもなくし、これらの相乗作用で混
練された製品の品質を格段に向上し得る。

その上、絞り機構の構造が簡単で操作も非常に容易であ
り、また、か＼る部分と排出端部とにおけるマテリアル
シールにより、その間にベント孔を設けることによって
真空脱気による揮発成分の排出も可能となる等、数多く
のすぐれた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明二軸連続式混練機の実施例を示し、第１図は
混線機の縦断面図、第２図は第１図の■−ｎ線に沿った
拡大断面図、第３図は第１図の■−■線に沿った拡大断
面図、第４図は第１図の■■線に沿った拡大断面図、第
５図は別の実施例を示す混練機の縦断面図、第６図は本
発明混線機におけるチャンバー内の被混線材料の移動に
伴う温度変化のパターンを従来の場合と比較して示すグ
ラフである。 １・・・・・・チャンバー、２・・・・・・材料供給口
、３・・・・・・材料排出用オリフィス、４・・・・・
・ロータ、５・・・・・・フィード部、６・・・・・・
第１混練部、Ｔ・・−・・・絞り機構、Ｔ１・・・・・
・円形断面部、Ｔ２・・・・・・可動壁、９・・・・・
・第２混練部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一端に共通の吐出オリフィスを備え横方向に相互に
   連結され実質的に円筒状で互に平行な２つの室を形成す
   るチャンバーと、前記室内に位置した２軸の有翼のロー
   タと、被混線材料を受入れ前記室内に前記吐出オリフィ
   スから間隔を隔てた位置において圧力下に詰込むように
   した受入手段と、前記ロータを回転する手段とを包含し
   、前記両ロータはそれぞれフライト間の溝深さを一定と
   した供給フライトと、各々バンバリ一式の翼断面と実質
   的に同様な断面を有し、その回転方向から遠去かる向き
   に捩れた部分と反対方向に捩れた部分とを有する翼をも
   った軸方向前後三箇所の混練部とを配設すると共に、該
   各混合練部の翼における反対方向に捩れた部分の長さと
   捩れ率とは前記室内に前記材料が含有されている時に該
   翼によって前記材料に加えられる軸線方向に向いた平均
   の力は材料を前記オリフィスを通って押出すには不十分
   であるように構成し、これによって前記室内を通る前記
   材料の軸線方向における全体としての道程は前記材料が
   前記受入手段によって受入れられる割合によって決るよ
   うにしてなる二軸連続式混練機であって、前記両ロータ
   の始端側の供給フライトを備えたフィード部を他部に比
   べて大径にし、かつ、該供給フライトを両ロータ相互に
   噛合せしめると共に、上記前後混線部の間に、ロータに
   設けた円形断面部とその外方におけるチャンバーの一部
   に設けた半径方向に移動可能な可動壁とにより該可動壁
   と円形断面部との間隙を調節可能にした絞り機構を装備
   したことを特徴とする二軸連続式混練機。