KR100469154B1 - 연속식 혼련기 - Google Patents

Abstract

한쌍의 평행한 통상의 캐비티가 그 측면이 서로 연결되어 형성된 챔버와, 그 캐비티 내에 수용된 맞물리지 않은 상태로 회전하는 한쌍의 회전자(回轉子,rotor)를 가지는 혼련기에 있어서, 상기 회전자 각각은 축방향으로 일정한 횡단면형상을 갖고, 또한 축방향으로 비틀림각을 갖는 날개형으로 형성되며, 각 캐비티 내의 회전자의 비틀림방향이 서로 역방향으로 되어 있고, 양 회전자의 회전중의 축방향의 위상차(位相差)가 일정하게 유지되는 구성을 갖는다.

Description

연속식 혼련기{CONTINUOUS KNEADING MACHINE}

본 발명은 맞물리지 않은 상태의 회전자가 챔버의 2개의 캐비티 내에 수용된 2축 혼련기 또는 혼합기에 관한 것이다.

천연고무나 합성고무의 혼련 또는 이들에 각종 첨가제 등을 분산시켜서 혼련 하거나, 각종 열가소성 일래스토머(elastomer, 彈性重合體)나, 고점도 유체와 분체, 액상체와의 혼련, 분산조작을 하는 장치로서, 종래에는 밀폐된 용기(챔버) 내에 날개 모양의 회전자를 축받이하여 회전시키고, 상기의 챔버에 투입된 혼련물을 상기 회전자의 축방향에서 반경(半徑)방향으로 이동, 순환시켜서 혼련하는 혼련기가 알려져 있다. 예를 들면, 일본국 특허공고공보 평8-24833호(대응 미국특허 제 4834543호)에 개시된 밀폐식 혼련기에서는, 2개의 회전자의 축 둘레에 각각 같은 방향의 비틀림각(angle of torsion)을 갖는 나선상의 날개부를 형성하고, 이들 회전자를 챔버의 측면에서 서로 연결한 2개의 평행한 캐비티 내에 맞물리지 않은 상태로 배치하여, 양 회전자를 서로 역방향으로 회전시킴으로써, 각 캐비티 내에서 혼련물을 축방향으로 이동시킴과 동시에, 양 캐비티 사이에서 혼련물의 교체동작을 하게 되어 있다.

도 7은, 상기 특허공고공보에 기재된 회전자의 측면도이고, 도 8부터 도 10까지는, 종래의 회전자로 구성된 혼련기에서의 혼련물의 흐름을 나타낸 개략도이다. 한쌍의 회전자(1)는 서로 평행관계를 유지하며, 혼련기의 챔버(3) 좌우의 캐비티(2) 내에 수평하게 소정의 축간 거리를 두고 배치되어 있다. 회전자 축수부(軸首部)(1a)는 챔버(3)의 양단부에 축받이되고, 또한 한쪽의 회전자 축단은 도시하지 않은 기어기구를 통하여 구동모터에 연결되어, 서로 역방향으로 동일한 속도로 회전된다. 이들 회전자(1)에는, 긴날개(5)와 짧은날개(6)가 소정의 비틀림각으로 축방향으로 형성되고, 회전시에 양측의 회전자가 간섭하지 않도록 회전각도의 위상(位相)을 비켜 놓아서, 도시된 예에서는, 어떤 특정장소를 위상을 90。 어긋나게 해서 구성되어 있다.

이 예에서 좌우의 회전자(1) 날개부의 비틀림 방향은 동일하고, 따라서 양 회전자(1)를 서로 역방향으로 회전시킴으로써 도 8, 도 9에 개략적으로 나타낸 바과 같이, 각 캐비티(2) 내의 혼련물의 축방향 이동이 역방향으로 되어 챔버 내에서의 축방향 이동은 양호하여, 챔버의 축방향 단부 근처에서 캐비티(2)간의 혼련물의 교체이동이 이루어진다.

상술한 좌우의 회전자(1) 날개부의 비틀림방향이 동일하고, 서로 역방향으로 회전시키는 형태의 혼련기는, 챔버 내에서의 혼련물의 축방향 이동성은 향상되나, 연속적으로 혼련물의 내용물을 챔버에 공급하는 동시에 챔버의 배출구로부터 제품을 배출하는 소위 연속운전을 하려고 하면, 챔버의 내용물 공급구에 들어간 내용물이 축방향 이동성만 좋아져서 배출구쪽으로 곧바로 이동하여(도 10 참조), 반경방향의 균일한 혼합이 이루어지지 않은 채 배출구로부터 배출되는 현상, 다시 말해서, 쇼트패스(short pass) 현상이 일어나 균일한 혼련물을 얻을 수 없다. 이 때문에 종래의 혼련기에서는 배치(batch)처리 밖에 가능하지 않아서, 생산성이라는 점에서 문제가 있었다.

또, 종래의 장치에서는 날개부의 비틀림 방향이 동일한 좌우 회전자를 역회전시키기 때문에, 좌우 회전자간의 회전 중일 때의 위상이 축방향 위치에 의해 어긋남을 발생시키고, 이 때문에 챔버의 캐비티간에서의 혼련물의 교체량이 변화한다. 챔버의 축방향 길이가 짧은 경우에는 그 위상의 어긋남도 작은 범위에 그쳐서 영향이 적으나, 챔버의 축방향 길이가 길어지면, 즉 챔버길이(L)와 지름(D)과의 비 (L/D)가 커짐에 따라서 그 영향은 무시할 수 없게 된다.

본 발명의 목적은 챔버 내에서의 혼련물의 축방향 이동량과 챔버의 양 캐비티간의 혼련물의 교체량이 균형있고 일정하게 유지되고, 이것에 의해 혼련물의 연속처리를 가능하게 하는 연속식 혼련기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 챔버 내에서의 혼련물의 반경방향의 분산도, 즉 한쌍의 캐비티를 갖는 챔버의 중앙부(캐비티간의 연결부)와 챔버의 양측부에서의 혼합물의 분산도가 단시간에 균일하게 이루어질 수 있는 연속식 혼련기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 연속식 혼련기의 일실시예에서의 회전자의 정면도,

도 2는 본 발명에 의한 혼련기의 일실시예에서의 혼련물의 흐름을 나타낸 개략도,

도 3은 본 발명에 의한 혼련기의 일실시예에서의 입구로부터 배출구에 이르는 혼련물의 흐름을 나타낸 개략도,

도 4는 본 발명에 의한 밀폐형 2축 혼합기의 분산도 시험시의 일부절단 사시도,

도 5는 본 발명의 경우의 혼합물의 분산도 시험결과를 나타낸 그래프,

도 6은 종래의 혼합기에서의 혼합물의 분산도 시험결과를 나타낸 그래프,

도 7은 종래의 배치(batch)식 혼련기에서의 회전자의 측면도,

도 8은 종래의 회전자를 조립한 혼련기에서의 혼련물의 흐름을 나타낸 개략도,

도 9는 종래의 혼련기에서의 혼련물의 흐름을 나타낸 개략도,

도 10은 종래의 혼련기에서의 입구로부터 배출구에 이르는 혼련물의 흐름을 나타낸 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 캐비티 3 : 챔버

10 : 회전자 10a,10b : 회전자 날개부

11 : 회전자축 12 : 입구

13 : 배출구

본 발명에 의하면, 한 쌍의 평행한 통 형상의 캐비티가 그 측면이 서로 연결되어 형성된 챔버와, 그 캐비티 내에 수용된 맞물리지 않은 상태로 회전하는 한 쌍의 회전자를 가지는 혼련기에 있어서, 상기 회전자의 각각은 축방향으로 일정한 횡단면 형상을 갖고, 또한 축방향으로 비틀림각을 갖는 날개형으로 형성되며, 각 캐비티 내의 회전자의 비틀림 방향이 서로 역방향으로 되어 있고, 양 회전자의 회전 중의 축방향의 위상차가 일정하게 유지된 연속식 혼련기가 제공된다.

이하, 본 발명의 적합한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1을 참조하면, 한쌍의 회전자(10)는 회전자축(11)이 챔버(3)에 축받이되어 있고, 챔버(3)의 한쌍의 캐비티(2) 내에 수용되어 있다. 회전자축(11)의 회전구동에 의해 서로 역방향으로, 구체적으로는 그 마주보는 측(내측)이 위쪽에서 아래쪽으로 회동(回動)하듯이 회전한다. 도시한 것처럼 각 회전자(10)는 직경방향으로 뻗어 나온 날개부(10a)(10b)가 전체 길이에 걸쳐 형성되고, 이 날개부는 축방향으로 일정한 각도로 나선상으로 비틀려져 있다. 도 1에는 비틀림각 8.7°의 회전자가 나타나 있다.

각 회전자(10)는 그 축 직각 단면형상이 축방향으로 동일한 형상을 가지고 있고, 좌우의 회전자(10)는 서로 날개부(10a)(10b)의 축방향 비틀림각이 역방향으로 되어 있다. 회전자(10)의 캐비티(2) 내에서의 배치는 축방향으로 보아 90°의 위상차를 갖도록 배치되어 있다. 도시한 것처럼 회전자(10)의 회전반경(R)은 챔버(3)의 중심(C)에 근접하는 길이로 되어 있다.

이러한 구성으로 챔버(3) 상부 중앙의 입구(12)로 혼련할 재료를 공급하고 좌우 회전자(10)를 서로 역회전시키면, 혼련물은 각 회전자(10)의 날개부(10a)(10b)의 이송작용에 의해 회전자(10)의 축방향으로, 그리고 동일한 방향으로 이동한다(도 2 참조). 이 때 회전 중의 좌우 회전자(10)의 위상차는 축방향으로 일정하게 유지되고, 또한 각 단면에서 90°의 위상차가 있기 때문에, 축방향 이동과 동시에 반경방향의 이동, 즉 양 캐비티(2)간에서의 혼련물의 교체가 행해진다. 이 혼련물의 캐비티간의 교체는 축방향으로 항상 일정해서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 혼련물은 챔버의 한쪽 끝(입구(12))에서 다른쪽 끝(배출구(13))으로, 나선을 그리듯이 선회하면서 이송되어 간다. 배출구(13)에서의 배출량을 적절하게 조정함으로써, 챔버(3) 내의 흐름은 플러그 플로우(plug flow, 栓流)가 되어, 축방향 및 반경방향의 균일성을 유지하면서 일정속도로 이동하고, 연속적으로 입구(12)에서 재료를 공급해도, 종래와 같은 쇼트패스현상은 발생하지 않고, 양호한 혼련물이 연속하여 배출구(13)로부터 배출된다. 또한, 회전자(10)의 비틀림각은 축방향의 이동과 반경방향의 이동간의 균형을 유지하는 범위 내에서 5~30°가 바람직하다.

도 4는, 합성고무(부타디엔)에 아연화(亞鉛華, 산화아연, ZnO)를 분산, 혼합시키는 경우의, 본 발명에 의한 밀폐형 2축 혼합기의 일부절단 사시도이다. 시료 고무와 아연화(산화아연)를 재료 입구(12)로 투입하고, 역방향의 비틀림각을 갖는 한 쌍의 회전자(10)를 캐비티(2) 내에 역회전시키고, 혼합시료를 챔버 중앙부 및 측부의 시료채취관(15)에서 꺼내어, 운전시간마다 축방향의 아연화(산화아연) 분산도를 평가한다. 도 5는 본 발명의 경우에 있어서의 혼합물의 분산결과를 나타내는 그래프이고, 도 6은 같은 시험장치에서의 같은 방향 비틀림을 가지는 회전자를 이용한 종래 혼합기의 분산결과를 나타낸 것이다. 도면 중에서 흰색 동그라미 표시는 챔버 중앙부에서의 분산도, 삼각 표시는 측부에서의 분산도를 나타낸다. 이들 결과를 비교하면 분명한 것과 같이, 본 발명 쪽이 챔버의 중앙부와 측부에서의 분산도가 더 빨리 균일하게 되어있는 것을 알 수 있다. 이것은 역방향 비틀림 회전자 쪽이 캐비티간의 교체가 양호하게 진행되어, 혼합물의 흐름이 플러그 플로우에 가까움을 나타내는 것이고, 또한 연속 혼합조작에 있어서, 플러그 플로우적인 흐름에 의해 배출구에서의 쇼트패스 현상이 적어지는 것을 나타내고 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 챔버 내의 한쌍의 회전자의 날개부 비틀림 방향을 서로 역방향으로 하는 것에 의해, 배출구에서의 혼련물의 쇼트패스가 방지되고, 챔버의 양 캐비티 사이에서의 혼련물의 교체가 항상 일정하게 되어, 반경방향의 혼련물의 균일성, 분산성이 향상되며, 재료의 연속공급, 연속배출을 행하는 연속 혼련조작이 가능해져서, 혼련물의 생산성 향상, 비용 절감에 큰 효과를 가져올 수 있다.

Claims (3)

1. 한 쌍의 평행한 통 형상의 캐비티가 그 측면이 서로 연결되어 형성된 챔버와, 그 캐비티 내에 수용된, 맞물리지 않은 상태로 회전하는 한 쌍의 회전자를 가지는 혼련기에 있어서,

   상기 회전자의 각각은 축방향으로 일정한 횡단면 형상을 갖고, 또한 축방향으로 비틀림각을 갖는 날개형으로 형성되며,

   각 캐비티 내의 회전자의 비틀림 방향이 서로 역방향으로 되어 있고,

   양 회전자의 회전 중의 축방향의 위상차가 일정하게 유지되며,

   상기 비틀림각은 5~30°이고,

   상기 양 회전자의 회전방향이 서로 반대인 것인 것 을 특징으로 하는 연속식 혼련기.
2. 제1항에 있어서, 상기 위상차는 90°인 것을 특징으로 하는 연속식 혼련기.
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