KR100874590B1

KR100874590B1 - 실리카 콤파운드 배합장치

Info

Publication number: KR100874590B1
Application number: KR1020070106957A
Authority: KR
Inventors: 문동석
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2008-12-16

Abstract

본 발명은 고무에 충전제인 실리카와 결합제인 실란을 배합시 실리카와 실란의 화학반응에 의해 발생하는 부산물인 수증기와 기체상태의 에탄올을 배합부와 압출부에서 배출 및 제거함으로써 고무, 실리카, 실란의 배합에 의해 생성된 실리카 콤파운드의 불량을 방지할 수 있는 실리카 콤파운드 배합장치에 관한 것이다.

본 발명에 의한 실라카 콤파운드 배합장치는,

내부에 램이 마련되고, 외측면에 원료투입구와 배출구가 형성된 램실린더와, 상기 램실린더 하부에 한쌍의 로터가 형성된 믹서로 이루어진 일반적인 배합장치에서 상기 램실린더의 외측면에 공기흡입구가 형성된 배합부와;

상기 배합부의 믹서 하부에 마련된 압출호퍼와, 상기 압출호퍼 하부에 마련되며, 한쌍의 압출로터가 형성된 압출기로 이루어진 일반적인 압출장치에서 상기 압출호퍼의 외측면에 공기흡입구와 배출구가 형성된 압출부와;

내부에 가열기와 압력조절기가 마련되며, 외측면에 공기흡입구와 공기배출구가 형성된 공기저장조와, 외측면에 조절밸브가 형성되며 상기 공기저장조의 외측면에 형성된 공기흡입구와 연결되는 공기흡입관과, 외측면에 조절밸브가 형성되며 상기 공기저장조와 배합부 및 압출부를 연결하는 공기배출관으로 이루어진 공기주입부와;

상기 배합부, 압출부, 공기주입부의 동작을 제어하는 PLC(Programable Logic Controller)와, 상기 PLC에 설정값에 따른 제어신호를 전달하는 PC(Personal Computer)로 이루어진 제어부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

실리카 콤파운드 배합장치, 배합부, 압출부, 공기주입부, 제어부, 공기, 수증기, 에탄올

Description

실리카 콤파운드 배합장치{Silca-Compound mixing machine}

일반적으로 고무를 보강하기 위해 카본블랙을 첨가함에 따라 증강제(增强劑), 내유성(耐油性), 내열성(耐熱性) 등의 성질이 보강되어 타이어 트레드에 이용되고 있으나 젖은 노면에서 그립, 마찰에 대한 저항, 회전에 대한 저항이 높은 문제가 야기되어 왔다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해서 고무에 충전제인 실리카와 결합제인 실란을 배합한 실리카 콤파운드를 개발하였고, 이를 대한민국특허공개 10-1997-0027203호에서 알 수 있다.

상기 대한민국특허공개 10-1997-0027203호는 피막, 상이한 유형의 고무 사이 의 완충 화합물, 금속이나 텍스타일 강화재 피복용의 완충 화합물, 측벽 고무 또는 트레드와 같은 타이어 커버의 구조물의 일부를 형성하는 각종 반제품의 제조에 사용될 수 있는 고무상 조성물의 형태로 사용하기 위해, 그리고, 특성이 개선된, 특히 구름 저항이 감소된 타이어를 수득하기 위해서 실리카를 주강화 충전제로서 포함하고 실란올 작용 그룹 또는 실란올 말단을 갖는 폴리실록산 블록을 쇄 말단으로서 갖는 디엔 중합체가 1종 이상을 포함하는 고무 조성물에 관한 것이다.

그리고 상기 고무 조성물과 유사한 고무 조성물을 조성하기 위해 다양한 형태의 배합장치를 개발하였고, 도 1에 이러한 종래 기술의 실리카 콤파운드 배합장치가 도시되어 있다.

도 1의 실리카 콤파운드 배합장치(A)는 내부에 램(111)이 마련되고, 외측면에 원료투입구(112)와 배출구(113)가 형성된 램실린더(110)와, 상기 램실린더(110) 하부에 한쌍의 로터(121)가 형성된 믹서(120)로 이루어진 배합부(100)와, 상기 배합부(100)의 믹서(120) 하부에 마련된 압출호퍼(210)와, 상기 압출호퍼(210) 하부에 마련되며 한쌍의 압출로터(221)가 형성된 압출기(220)로 이루어진 압출부로 이루어져 있는 것이다.

또한 도 1의 실리카 콤파운드 배합장치를 개선하기 위한 다양한 기술들이 제안되어 왔으며, 제안된 다양한 기술은 대한민국특허공개 10-2004-43991호, 대한민국특허공개 10-2000-11414호, 대한민국특허공개 10-1999-0049252호이다.

상기 대한민국공개특허 10-2004-43991호에는 고무의 목표 혼합 제어값을 설정하고 실제 온도값과 비교하여, 편차에 따라 배합 로터 속도를 제어하는 방법이 제안되어 있고, 상기 대한민국특허공개 10-2000-11414호에는 믹서 내의 써머커플(Thermocouple)에 비례제어기를 연결하여 혼합물의 온도 증감에 따라 비례적으로 로터 속도를 제어하는 방법이 제안되어 있고, 상기 대한민국특허공개 10-1999-0049252호에는 배합 중 믹서 내부에서 배합고무가 외부로 빠져나가는 것을 방지하는 것을 제안되어 있다.

그러나 상기와 같은 종래기술들을 통해, 고무와 고무에 첨가되는 충전제인 실리카와 결합제인 실란을 배합한 실리카 콤파운드를 제안하였으나, 제안된 실리카 콤파운드는 고무에 첨가되는 실리카와 실란의 화학반응을 고려하지 않고 제안된 것이다.

상기 고무에 첨가되는 실리카와 실란의 화학반응은 실리카의 실란올기와 실란(TESPT(bis-triethoxysilylproyl tetrasulfide 또는 bis-triethoxysilylproyl disulfide))의 에톡시기가 서로 반응하여 수증기와 기체상태의 에탄올이 필연적으로 생성되고, 생성된 수증기와 기체상태의 에탄올이 다시 응축되어 배합된 실리카 콤파운드에 혼입되면서 화학반응이 촉진함에 따라 정련공정에서 배합불량을 야기할 수 있으며, 실리카는 친수성을 띠어 소수성인 고무를 잘 섞이지 않게 할 뿐만 아니라 실리카끼리 강한 수소결합으로 응집하여 분산작용을 방해할 수 있다.

이러한 실리카 콤파운드를 압출기에서 압출시 압출물의 표면에 기포가 발생할 뿐만 아니라 압출물의 치수가 불안정하여 반제품의 불량을 유발하고, 불량인 반제품을 가류공정에서 가류시 내부에서 과류로 인해 완제품의 불량을 유발할 수 있다.

특히, 타이어 제조공정에서 이용될 경우, 고무, 실리카, 실란을 혼합시 발생하는 수증기와 기체상태의 에탄올에 인해 압출시 압출물의 부피가 10배 이상으로 팽창되어 압출물의 치수가 불안정하여 가류공정에서 가류기 내에서 압출물의 팽창에 의해 속이 빈 완제품 트레드가 생산될 우려가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 감안하여 안출한 것으로, 고무에 충전제인 실리카와 결합제인 실란을 배합시 실리카와 실란의 화학반응에 의해 발생하는 부산물인 수증기와 기체상태의 에탄올을 배합부와 압출부에서 배출 및 제거함으로써 고무, 실리카, 실란의 배합에 의해 생성된 실리카 콤파운드의 불량을 방지할 수 있는 실리카 콤파운드 배합장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

본 발명에 의한 실라카 콤파운드 배합장치는,

상기 배합부, 압출부, 공기주입부의 동작을 제어하는 PLC와, 상기 PLC에 설정값에 따른 제어신호를 전달하는 PC로 이루어진 제어부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은 배합부, 압출부, 공기주입부, 제어부로 이루어짐으로써,고무에 충전제인 실리카와 결합제인 실란을 배합시 실리카와 실란의 화학반응에 의해 발생하는 부산물인 수증기와 기체상태의 에탄올을 배합부와 압출부에서 배출 및 제거함으로써, 발생된 수증기와 기체상태의 에탄올이 다시 응축되어 배합된 실리카 콤파운드에 혼입되는 것을 방지하여 고무, 실리카, 실란의 배합에 의해 생성된 실리카 콤파운드의 불량을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 실리카 콤파운드의 불량을 방지함으로써 압출공정에서의 칫수불안정에 의한 반제품의 불량을 방지할 수 있다.

특히, 타이어 제조공정에서 이용될 경우, 고무, 실리카, 실란을 혼합시 발생하는 수증기와 기체상태의 에탄올에 인해 압출시 압출물의 부피가 10배 이상으로 팽창되어 압출물의 치수가 불안정하여 가류공정에서 가류기 내에서 압출물의 팽창에 의해 속이 빈 완제품 트레드가 생산되는 것을 방지하여 타이어의 품질향상을 도모할 수 있을 뿐만 아니라 비용손실을 줄일 수 있다.

이하 첨부된 도면에 의거 본 발명의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

하기, 도 2은 본 발명에 따른 실리카 콤파운드 배합장치(A')를 나타내는 평면도이다.

도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 실리카 콤파운드 배합장치(A')는 배합부(100), 압출부(200), 공기주입부(300), 제어부(400)로 이루어진 것이다.

상기 배합부(100)는 내부에 램(111)이 마련되고, 외측면에 원료투입구(112)와 배출구(113)가 형성된 램실린더(110)와, 상기 램실린더(110) 하부에 한쌍의 로터(121)가 형성된 믹서(120)로 이루어진 것이며, 상기 램실린더(110)의 외측면에 공기흡입구(114)가 형성된 것이다.

이때, 상기 램실린더(110)의 외측면에 형성된 공기흡입구(114)는 배출구(113)와 대응하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 압출부(200)는 상기 배합부(100)의 믹서(120) 하부에 마련된 압출호퍼(210)와, 상기 압출호퍼(210) 하부에 마련되며 한쌍의 압출로터(221)가 형성된 압출기(220)로 이루어진 것이며, 상기 압출호퍼(210)의 외측면에 공기흡입구(211)와 배출구(212)가 형성된 것이다.

이때, 상기 압출호퍼(210)의 외측면에 형성된 공기흡입구(211)와 배출구(212)는 서로 대응하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 공기주입부(300)는 내부에 가열기(311)와 압력조절기(312)가 마련되며, 외측면에 공기흡입구(313)와 공기배출구(314)가 형성된 공기저장조(310)와, 외측면에 조절밸브(321)가 형성되며, 공기저장조(310)의 외측면에 형성된 공기흡입구(313)와 연결되는 공기흡입관(320)과, 외측면에 조절밸브(331)가 형성되며, 공기저장조(310)와 배합부(100) 및 압출부(200)를 연결하는 공기배출관(330)으로 이루어진 것이다.

이때, 상기 공기저장조(310)에 마련된 가열기(311)와 압력조절기(312)에 의해 공기저장조(310)의 내부에 충진된 공기의 온도는 100℃ 이상, 압력은 3~6㎏/㎠인 것을 특징으로 한다.

상기 제어부(400)는 배합부(100), 압출부(200), 공기주입부(300)의 동작을 제어하는 PLC(410)와 상기 PLC(410)에 설정값에 따라 제어신호를 전달하는 PC(420)로 이루어진 것이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 실리카 콤파운드 배합장치(A')는 고무, 실리카, 실란을 배합시 발생하는 수증기와 에탄올(기체상태)을 배출 및 제거함으로써, 고무, 실리카, 실란의 배합에 의해 생성된 실리카 콤파운드의 불량을 방지할 수 있는 것이다.

이를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 실리카 콤파운드 배합장치(A')는 배합부(100), 압출부(200), 공기주입부(300), 제어부(400)가 이루어진 것인 바, 배합부(100)에서 고무, 실리카, 실란을 배합시 발생하는 수증기와 에탄올(기체상태)을 공기주입부(300)의 공기저장소(310)에서 충진된 고온,고압의 공기가 공기주입부(300)의 공기배출관(330)과 공기배출관(330)에 연결된 배합부(100)의 공기흡입구(114)를 통해 배합부(100)의 내부로 유입이 되고, 유입된 고온, 고압의 공기는 배합부(100)의 내부를 거쳐 배합부(100)의 배출구(113)를 통해 외부로 배출될 뿐만 아니라 배합부(100)에서 미쳐 방출되지 못한 수증기와 에탄올(기체상태)을 압출부(200)에서 공기주입부(300)의 공기저장조(310)에서 충진된 고온, 고압의 공기가 공기주입부(300)의 공기배출관(330)과 공기배출관(330)에 연결된 압출부(200)의 공기흡입구(313)를 통해 압출부(200)의 내부로 유입이 되고, 유입된 고온, 고압의 공기는 압출부(200)의 내부를 거쳐 압출부(200)의 배출구(212)를 외부로 배출됨으로써 고무, 실리카, 실란이 배합된 실리카 콤파운드에 수증기와 에탄올(기체상태)을 배출 및 제거할 수 있게 되는 것이다.

이때 배합부(100)와 압출부(200)에 형성된 공기흡입구(114, 211)와 배출구(113, 212)는 서로 대응하는 위치에 형성됨에 따라, 배합부(100)와 압출부(200)의 내부로 유입된 고온,고압의 공기가 배합부(100)와 압출부(200)의 내부에서 바로 배출되지 않을 뿐만 아니라 배합부(100)와 압출부(200)의 내부에서 기류현상을 일으켜 고무, 실리카, 실란을 배합시 발생하는 수증기와 에탄올(기체상태)을 배합부(100)와 압출부(200)의 배출구(113, 212)를 통해 외부로 원활하게 배출 및 제거함으로써, 고무, 실리카, 실란의 배합에 의해 생성된 실리카 콤파운드의 불량을 방지할 수 있는 것이다.

또한, 공기주입부(300)의 공기저장조(310)에서 충진된 공기는 고온, 고압의 공기로 형성됨에 따라, 고무, 실리카, 실란을 배합시 발생하는 수증기와 에탄올(기 체상태)이 응축하는 것을 방지할 뿐만 아니라 배합부(100)와 압출부(200)의 배출구(113, 212)를 통해 외부로 원활하게 배출할 수 있게 되는 것이다.

또한, 공기주입부(300)의 공기배출관(330)의 외측면에 조절밸브(331)가 형성됨에 따라, 공기주입부(300)에서 생성된 고온, 고압의 공기가 필요에 따라 배합부(100) 및 압출부(200)에 일정하게 유입되는 것을 조절할 수 있을 뿐만 아니라 배합부(100) 및 압출부(200)에 발생하는 수증기와 에탄올(기체상태)이 공기배출관(330)을 통해 공기주입부(300)에 유입되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

반면, 공기주입부(300)의 공기흡입관(320)의 외측면에 조절밸브(321)가 형성됨에 따라, 외부공기를 필요에 따라 공기주입부(300)에 유입되게 조절할 수 있을 뿐만 아니라 공기주입부(300)의 생성된 고온, 고압의 공기가 외부로 공기흡입관(320)을 통해 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 의한 실리카 콤파운드 배합장치(A)를 통한 고무, 실리카, 실란의 배합시 실리카 콤파운드에서 발생하는 수증기와 에탄올(기체상)의 배출과정은 다음과 같다.

우선, 제어부(400)의 PC(420)에 고무, 실리카, 실란의 배합이 실질적으로 이루어지기 전에, 작업자가 배합시간, 배합온도와 압력, 로터 회전수, 공기주입장치의 온도와 압력 등의 배합조건을 입력하고, 배합조건이 입력된 PC(420)는 설정값에 따른 제어신호를 PLC(410)에 전달하고, 제어신호를 전달받은 PLC(410)를 통해 배합부(100), 압출부(200), 공기주입부(300)가 가동된다.

배합부(100)와 압출부(200)가 가동되면, 램실린더(110)의 램(111)이 상승동작을 하면서, 원료투입구(112)가 개방되고, 개방된 원료투입구(112)에 고무, 실리카, 실란이 투입되고, 투입된 고무, 실리카, 실란은 믹서(120)의 한 쌍의 로터(121)에 의해 배합되며, 배합된 실리카 콤파운드는 믹서(120)와 연결된 압출부(200)의 압출호퍼(210)에 보관되고, 보관된 실리카 콤파운드는 압출부(200)의 압출기(220)에 의해 성형된다.

이때, 배합부(100)에 투입된 고무, 실리카, 실란이 배합되면서 배합부(100)와 압출부(200)에서 실리카 콤파운드를 생성할 뿐만 아니라 수증기와 에탄올(기체상태)이 발생하게 된다.

한편, 공기주입부(300)가 가동되면, 공기흡입관(320) 외측면에 형성된 조절밸브(321)가 개방되면서 외부공기가 공기흡입관(320)으로 유입되고, 유입된 외부공기는 공기흡입관(320)과 연결된 공기저장조(310)의 공기흡입구(313)을 통해 공기저장조(310)에 유입되고, 유입과 동시에 공기저장조(310) 내부에 마련된 가열기(311)와 압력조절기(312)에 의해 유입된 외부공기가 고온, 고압의 공기로 충진되고, 충진된 고온, 고압의 공기는 공기저장조(310)의 공기배출구(314)를 통해 공기배출구(314)와 배합부(100) 및 압출부(200)에 연결된 공기배출관(330)으로 공기가 배출된다.

이때, 외부공기는 공기저장조(310) 내부에 마련된 가열기(311)와 압력조절기(312)에 의해 외부공기의 온도는 100℃ 이상, 압력은 3~6㎏/㎠로 충진되게 된다.

그리고 상기 공기주입부(300)의 공기저장조(310)에서 충진된 고온, 고압의 공기는 공기주입부(300)와 배합부(100) 및 압출부(200)를 연결하는 공기배출관(330)의 외측면에 형성된 조절밸브(331)가 개방되면서 배합부(100) 및 압출부(200)에 형성된 공기흡입구(114, 211)에 유입되고, 유입된 고온, 고압의 공기는 배합부(100) 및 압출부(200)의 내부에서 기류를 형성하고, 형성된 기류는 배합부(100) 및 압출부(200)의 공기흡입구(114, 211)와 대응하는 위치에 형성된 배출구(113, 212)를 통해 외부로 배출됨과 동시에 고무, 실리카, 실란을 배합시 발생하는 수증기와 에탄올(기체상태)을 외부로 배출시킨다.

이때, 공기배출관(330)의 외측면에 형성된 조절밸브(331)가 개방됨과 동시에 공기흡입관(320) 외측면에 형성된 조절밸브(321)가 폐쇄된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하므로 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 안에서 변경 가능한 것이며, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 실리카 콤파운드 배합장치(A)를 나타내는 평면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 실리카 콤파운드 배합장치(A')를 나타내는 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 배합부 110 : 램실린더

111 : 램 112 : 원료투입구

113 : 배출구 114 : 공기흡입구

120 : 믹서 121 : 로터

200 : 압출부 210 : 압출호퍼

211 : 공기흡입구 212 : 배출구

220 : 압출기 221 : 압출로터

300 : 공기주입부 310 : 공기저장조

311 : 가열기 312 : 압력조절기

313 : 공기흡입구 314 : 공기배출구

320 : 공기흡입관 321 : 조절밸브

330 : 공기배출관 331 : 조절밸브

400 : 제어부 410 : PLC

420 : PC

A : 종래기술에 따른 실리카 콤파운드 배합장치

A' : 본 발명에 따른 실리카 콤파운드 배합장치

Claims

내부에 램이 마련되고, 외측면에 원료투입구와 배출구가 형성된 램실린더와, 상기 램실린더 하부에 한쌍의 로터가 형성된 믹서로 이루어진 일반적인 배합장치에서 상기 램실린더의 외측면에 공기흡입구가 형성된 배합부와;

상기 배합부의 믹서 하부에 마련된 압출호퍼와, 상기 압출호퍼 하부에 마련되며, 한쌍의 압출로터가 형성된 압출기로 이루어진 일반적인 압출장치에서 상기 압출호퍼의 외측면에 공기흡입구와 배출구가 형성된 압출부와;

내부에 가열기와 압력조절기가 마련되며, 외측면에 공기흡입구와 공기배출구가 형성된 공기저장조와, 외측면에 조절밸브가 형성되며, 상기 공기저장조의 외측면에 형성된 공기흡입구와 연결되는 공기흡입관과, 외측면에 조절밸브가 형성되며, 상기 공기저장조와 배합부 및 압출부를 연결하는 공기배출관으로 이루어진 공기주입부와;

상기 배합부, 압출부, 공기주입부의 동작을 제어하는 PLC와, 상기 PLC에 설정값에 따른 제어신호를 전달하는 PC로 이루어진 제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 실리카 콤파운드 배합장치.
제1항에 있어서

상기 배합부의 램실린더의 외측면에 형성된 공기흡입구는 상기 배합부의 램 실린더의 외측면에 형성된 배출구와 대응하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 실리카 콤파운드 배합장치.
제1항에 있어서,

상기 압출기의 압출호퍼의 외측면에 형성된 공기흡입구와 배출구는 서로 대응하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 실리카 콤파운드 배합장치.
제1항에 있어서,

상기 공기주입부의 공기저장조에 마련된 가열기와 압력조절기에 의해 공기저장조의 내부에 충진된 공기의 온도는 100℃ 이상, 압력은 3~6㎏/㎠인 것을 특징으로 하는 실리카 콤파운드 배합장치.