KR19980064231A

KR19980064231A - 밀폐형 혼련 장치

Info

Publication number: KR19980064231A
Application number: KR1019970069890A
Authority: KR
Inventors: 이노우에기미오; 우레시노가시로; 야마다노리후미; 다카쿠라고; 구로카와요시노리
Original assignee: 구마모토마사히로; 가부시키가이샤고베세이코쇼
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 1998-10-07
Also published as: AU4840597A; CN1086622C; EP0848988A3; JPH1148239A; KR100265689B1; AU701559B2; US5984516A; DE69730480T2; JP4024976B2; EP0848988B1; EP0848988A2; JP3135056B2; DE69730480D1; CN1185371A; JP2000153520A

Abstract

밀폐형 혼련장치는 매끄럽게 혼련할 수 있으며 혼련장치의 취급성능을 희생시키는 제1 및 제2 로터를 위한 로터 구동기구와 작동의 유지보수없이 여러가지 혼련 조건의 혼련물을 분산시키고 동시에, 혼련물의 온도에서 과도한 증가를 방지한다. 본 장치에서, 원하는 혼련 상태의 혼련물은 챔버의 내벽과 제1 및 제2 로터 사이의 선단 간격에 혼련 대상물을 흐르게 하는 한편 챔버에서 제1 및 제2 로터를 회전시키므로서, 그리고 전단력을 혼련 대상물을 분산시키도록 부과하므로서 얻어진다. 각각의 제1 및 제2 로터는 축방향으로 복수의 3개의 선단 간격을 구비하기 위해 복수의 선단부를 각각 갖춘 헬리컬 방식으로 3개의 긴날개로 구비되어 있다.

Description

밀폐형 혼련 장치

본발명은 챔버에서 로터를 회전시키므로서 고무, 플라스틱 등과 같은 혼련 재료를 위한 밀폐형 혼련장치에 관한 것이다.

배치타입(batch-type) 밀폐형 혼련장치는 일련의 작동에 의해 일단의 혼련물을 제조하여 고무, 플라스틱 등과 같은 혼련재료는 플로팅 웨이트에 의해 챔버내로 가압되고, 재료는 챔버에서 구비된 한쌍의 로터에 의해 혼련되어 원하는 상태의 혼련물을 얻고, 혼련물은 드롭도어를 통해서 챔버로 부터 방출된다.

상기한 혼련은 혼련물에 전단력으로서 작용하도록 로터의 회전력을 허용하므로서 수행된다. 전단력은 챔버의 내벽과 로터 사이의 간격(이하 선단 간격이라 함)에서 최대이고, 최대 전단력의 증가는 선단 간격을 감소시키는 것으로 알려져 있다. 그러므로, 큰 전단력에 의해 야기된 분산 작용으로 인해 선단 간격의 감소는 혼련을 가속시킨다. 하지만, 선단 간격이 감소하면, 큰 전단력이 혼련물에 국부적으로 부과되어 혼련물의 온도는 증가한다.

그러므로, 낮은 허용온도를 갖춘 혼련물을 제조하는 경우에, 계단이 형성되어 선단 간격이 증가하도록 설정되고, 로터 속도는 생산성이 감소할지라도 감소되고, 재료의 입력량은 혼련 효율이 낮을지라도 온도가 허용온도 이상으로 증가하는 것을 방지하기 위해서 감소된다. 또한, 높은 허용온도를 갖춘 혼련물을 제조하는 경우에, 선단 간격은 충분히 감소되고 그리고 로터 속도는 큰 전단력을 얻는 한편 혼련 효율을 증가시키기 위해 증가된다.

하지만, 상기한 종래의 장치에 따라서, 선단 간격은 특정의 혼련 조건을 위해서만 적합하다. 그러므로, 혼련물의 타입이 변경되어 혼련 조건이 변할때 혼련 조건에 대응하는 선단 간격을 제공하도록 로터가 교환되지 않으면, 과도한 선단 간격 또는 너무 작은 선단 간격이 제공되어 불충분한 혼련 및 분산의 문제 그리고 허용가능한 온도이상의 혼련물의 온도상승의 문제를 악화시킨다. 하지만, 혼련 조건에 따라 로터를 교체하는 것은 비실용적이다. 혼련물의 온도가 허용가능한 온도이상으로 증가할때, 혼련물의 품질은 혼련장치의 취급성능의 희생 즉, 로터 속도의 감소 그리고 재료의 입력량의 감소에 의해 실제로 보장된다.

단지 냉각효율을 증가시킬때, 일본 특개소 63-47106호에 개시된 밀폐형 혼련장치가 사용될 수 있는데, 여기에서 축방향으로 뻗은 2개의 헬리컬 긴날개가 원주방향으로 구비되고 스크레이퍼는 긴날개의 배면에 배치되고, 챔버의 내면에 부착된 혼련물층은 스크레이퍼에 의해 긁어내려서, 챔버를 통한 냉각효율은 증가된다. 하지만 상기한 밀폐형 혼련장치에서, 단지 긴날개만이 특정 선단 간격을 구비하고 전단 작용을 수행하며, 스크레이퍼에 전단작용을 부여하는 기술적사상은 개시되어 있지 않아서 이 장치는 선단 간격의 변화 관점에서 불충분하다.

또한, 밀폐형 혼련장치가 개발되었는데, 여기에서 로터의 회전축은 움직일 수 있어서 선단 간격은 로터의 비실용적인 교체보다는 혼련조건에 따라 임의로 변화될 수 있다. 하지만, 이경우에, 로터의 회전축을 움직이기 위한 기구의 유지보수 및 검사는 축이 움직이면서 매번 필요하고, 준비 시간이 증가하며 검사 작용은 복잡하다.

따라서, 본발명의 목적은 혼련장치의 고유의 취급성능을 희생하지 않고 그리고 작동의 검사 및 유지 보수없이 혼련물의 온도의 과도한 증가를 방지하면서, 여러가지 혼련조건의 혼련물을 매끄럽게 혼련하고 분산할 수 있는 밀폐형 혼련장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본발명에 따른 밀폐형 혼련장치에서 로터의 정면도;

도 2는 로터의 전개도;

도 3은 혼련 대상물이 혼련되는 상태를 도시하는 예시도;

도 4a 및 도 4b는 각각 혼련 대상물의 흐름상태를 도시하는 예시도로서, 도 4a는 본발명에 따른 밀폐형 혼련장치에서 혼련 상태의 예시도, 도 4b는 종래의 밀폐형 혼련장치에서 혼련 상태의 예시도;

도 5a 및 도 5b는 각각 로터의 긴날개와 짧은날개의 상태를 도시하는 예시도로서, 도 5a는 로터의 전개도, 도 5b는 로터의 축방향 단면도;

도 6은 로터의 전개도;

도 7은 로터의 전개도;

도 8은 로터의 전개도;

도 9는 로터의 전개도;

도 10은 로터의 전개도;

도 11a 내지 도 11e는 하나의 날개의 복수의 선단 간격의 모양을 각각 도시하는 도면;

도 12는 실험에 사용된 로터의 전개도;

도 13은 로터 속도가 60 rpm 일때 본발명과 비교예의 로터의 특성을 도시하는 그래프;

도 14는 로터 속도가 90 rpm 일때 본발명과 비교예의 로터의 특성을 도시하는 그래프;

도 15는 분할된 세그먼트 타입의 로터의 사시도;

상기 목적을 달성하기 위해서, 본발명의 제1 면에서 챔버; 그리고 챔버의 내벽과 적어도 축방향으로 로터 사이에 복수의 다른 선단 간격을 구비하기 위해 날개를 갖추고 있는 로터; 로 구성된 밀폐형 혼련장치을 구비하고, 원하는 혼련상태의 혼련물이 선단 간격에서 혼련 대상물을 흐르게 하는 한편 챔버에서 로터를 회전시키므로서 그리고 혼련 대상물을 분산시키도록 전단력을 부과하므로서 얻어진다.

본발명의 제2면에서, 제1면에 따른 밀폐형 혼련장치가 구비되는데, 여기에서 날개는 긴날개와 짧은날개로 구성되고 그리고 복수의 다른 선단 간격은 적어도 상기 긴날개를 따라 구비된다.

본 발명의 제3면에서, 제2면에 따른 밀폐형 혼련장치가 구비되는데, 여기에서 적어도 2개의 긴날개와 짧은날개는 상기 로터의 원주방향으로 구비되고, 복수의 다른 선단 간격은 적어도 2개의 긴날개와 짧은날개에 구비된다.

본 발명의 제4면에서, 제1면에 따른 밀폐형 혼련장치가 구비되는데, 여기에서 복수의 선단 간격중의 하나는 상기 챔버의 내벽에 부착된 혼련대상물의 표면을 긁어내고 그리고 혼련 대상물의 일부분에 강한 전단력을 부과하도록 날개의 상부가 챔버의 내벽에 밀접하도록 하므로서 구비되어 있다.

본 발명의 제5면에서, 제1면에 따른 밀폐형 혼련장치가 구비되는데, 여기에서 복수의 선단 간격은 작은 선단 간격, 중간 선단 간격 그리고 큰 선단 간격중 적어도 2개의 선단 간격을 포함하고 있고, 챔버의 내경에 대한 선단 간격의 비율은 작은 선단 간격에서 0.0025내지 0.0250의 범위내에 있고, 중간 선단 간격에서 0.0100 내지 0.0500의 범위내에, 그리고 큰 선단 간격에서 0.0250 내지 0.1000의 범위내에 있다.

본 발명에 제6면에서, 제5면에 따른 밀폐형 혼련장치가 구비되는데, 여기에서 챔버의 내경에 대한 선단 간격의 비율은 작은 선단 간격에서 0.00625 내지 0.0125의 범위내에 있고, 중간 선단 간격에서 0.0125 내지 0.0250의 범위내에, 그리고 큰 선단 간격에서 0.0250 내지 0.075의 범위내에 있다.

본 발명의 제7면에서, 제1면에 따른 밀폐형 혼련장치가 구비되는데, 여기에서 날개는 복수의 계단형으로 형성된 선단 간격을 갖춘 하나의 날개를 포함하고 있다.

본 발명의 제8면에서, 제7면에 따른 밀폐형 혼련장치가 구비되는데, 여기에서 복수의 계단형 선단 간격의 적어도 하나의 선단 간격은 경사져 있다.

본 발명의 제9면에서, 제1면에 따른 밀폐형 혼련장치가 구비되는데, 여기에서 날개는 복수의 경사져서 형성된 선단 간격을 갖춘 하나의 날개를 포함하고 있다.

본 발명의 제10면에 따라서, 제1면에 따른 밀폐형 혼련장치가 구비되는데, 여기에서 로터의 날개는 분할된 세그먼트에 의해 구성된다.

(바람직한 실시예의 설명)

본발명의 바람직한 실시예를 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한다.

본발명에 따른 밀폐형 혼련장치는 한쌍의 제1로터(1)와 제2로터(2), 그리고 이들 로터(1,2)를 회전가능하게 지지하는 케이스(3)를 포함하고 있다. 냉각 파이프(도시생략)는 혼련물을 냉각하기 위해 케이스(3)의 외벽에 연결되어있다. 혼련물을 수용하기 위한 챔버(4)는 도3에 도시된 바와같이 2개의 겹쳐지는 원 모양을 갖춘 수직단면을 갖추고 있고 각각 내경(D)을 갖춘 한쌍의 제1 혼련 챔버(4a)와 제2 혼련 챔버(4b) 그리고 이들 혼련 챔버(4a,4b) 사이에서 연통을 위한 연통 섹션(4c)으로 구성되어 있다.

고무, 플라스틱과 같은 혼련재료는 챔버(4)내로 가압하기 위한 플로팅 웨이트(5)가 상하로 운동하기위해 케이스(3)의 상부 센터에 구비되어 있다. 한편, 혼련물을 방출하기 위한 드롭도어(6)는 챔버(4)의 하부 센터에 구비되어있다. 이렇게 장치되어 플로팅 웨이트(5)와 드롭도어(6)는 혼련동안에 케이스(3)와 밀접하게 접촉하여 챔버(4)의 내벽의 일부를 형성한다.

도1에 도시된 바와같이, 제1및 제2로터(1,2)는 제1및 제2 혼련 챔버(4a,4b)를 통해 삽입된다. 이들 로터(1,2)는 그축이 서로 평행하도록 배치되고 그리고 이들은 서로 대향 방향으로 구동기구(도시 생략)에 의해 회전한다. 또한, 이들 로터(1,2)는 후술하는 바와같이 긴날개(7)와 짧은날개(8)를 갖춘 동일모양으로 형성되어 있다.

각각의 로터(1,2)는 챔버(4)에서 수용된 양 로터 혼련부(1a,2a)에 형성되어있고 케이스(3)에 의해 회전가능하게 지지되는 로터 지지부(1b,1b 그리고 2b,2b)를 갖추고 있다. 각각의 로터 혼련부(1a,2a)는 도 2에 도시된 바와같이 3개의 긴날개(7)와 짧은날개(8)를 갖추고 있는데 이것은 120°원주방향으로 등분 배치되고 축방향으로 뻗어 있다. 각각의 긴날개(7)는 외벽면의 중간쪽으로 챔버의 한벽면으로 부터 헬리컬 방식으로 형성된 피드 날개(feed wings)이다. 한편, 각각의 짧은 날개(8)는 긴날개(7)의 다른 쪽에 위치하도록 긴날개(7)의 끝으로부터 챔버(4)의 외벽면까지 역 헬리컬 방식으로 형성된 리턴 날개이다.

긴날개(7)의 각각의 선단은 고위 선단부(7a), 중위 선단부(7b), 그리고 저위 선단부(7c)로 나누어지고, 이들 3개의 선단부는 다른 높이를 갖추고 축방향으로 나타난다. 더욱이, 다른 높이를 갖춘 3개의 선단부는 긴날개(7)의 원주방향으로 교대로 나타난다. 각각의 선단부(7a,7b,7c)는 작은 선단 간격, 중간선단 간격, 큰 선단 간격의 순서로 선단 간격(챔버(4)의 내벽과 선단부 사이의 간격)을 증가시키도록 설정되어 있다.

즉, 이렇게 장치되어 가장 작은 선단 간격을 구비하도록 챔버(4)의 내벽에 밀접하게 고위 선단부(7a)가 있고, 그래서 로터(1,2)가 회전할때, 고위 선단부(7a)는 혼련물에 큰 전단력을 부여하고 혼련 효율 및 분산 효율을 증가시키고 그리고 챔버(4)의 내벽에 부착된 혼련물의 표면을 긁어 냉각효율을 증가시킨다. 더욱이, 고위 선단부(7a)는 대부분의 전진하는 혼련물을 축방향으로 흐르게하여 혼련물의 축방향 흐름을 가속시키고 그리고 동시에 제1 혼련 챔버(4a)와 제2 혼련 챔버(4b) 사이에서 혼련물의 흐름을 가속시킨다.

한편, 저위 선단부(7c)는 가장큰 선단 간격을 구비하도록 챔버(4)의 내벽으로 부터 충분히 이격되어 있다, 로터(1,2)가 회전할때, 저위 선단부(7c)는 선단 간격을 통과하는 혼련물의 양을 증가시켜 혼련 챔버에서 혼련물의 흐름을 가속시키고 동시에 큰 전단력이 혼련물에 국부적으로 부여되는 것을 방지하여 혼련물의 온도가 과도하게 증가하는 것을 억제한다.

중위 선단부(7b)는 고위 선단부(7a)와 저위 선단부(7c)의 혼련물의 흐름 그리고 전단력을 조절하도록 고위 선단부(7a)와 저위 선단부(7c)의 선단 간격 사이에서 중간 선단 간격을 구비하기 위해 설정되어 있다.

선단 간격은 다음순서중 임의의 하나로 설정될 수 있는데: 중간, 작은, 그리고 큰 선단 간격; 큰, 중간 그리고 작은 선단 간격; 작은, 큰 그리고 중간 선단 간격이다.

긴날개(7)의 외부에 구비된 각각은 짧은 날개(8)는 도2에 도시된 바와같이 고 선단(8a), 중위 선단(8b) 그리고 저 선단(8c)을 갖추고 있다. 짧은날개(8)의 고선단(8a)은 긴날개(7)의 고위 선단부(7a)와 유사하게 가장작은 선단 간격을 구비하도록 챔버(4)의 내벽면에 밀접해 있어서 고선단(8a)은 혼련물에 큰 전단력을 부여하고, 챔버(4)의 내벽면에 부착된 혼련물의 표면을 긁고, 혼련 챔버(4a,4b) 사이에 그리고 축방향으로 혼련물의 흐름을 가속시킨다. 저위선단(8c)은 긴날개(7)의 저위 선단부(7c)와 유사하게 가장 큰 선단 간격을 구비하도록 챔버(4)의 내벽으로부터 충분히 이격되어 저위선단(4c)은 선단 간격을 통과하는 혼련물의 양을 증가시키고 혼련 챔버(4a,4b)에서 혼련물의 흐름을 가속시키고, 그리고 큰 전단력이 혼련물에 국부적으로 부여되는 것을 방지한다.

중위 선단(8b)은 긴날개(7)의 중위 선단부(7b)와 유사하게 고위 선단(8a)과 저위 선단(8c)의 선단 간격 사이에서 중간 선단 간격을 구비하도록 설정되어서,고위선단(8a)과 저위선단(8c)의 혼련물의 흐름과 전단력을 조절한다.

상기한 구조를 갖춘 본발명의 밀폐형 혼련장치의 작동에 대하여 설명한다.

먼저, 도3에 도시된 바와같이, 플로팅 웨이트(5)는 케이스(3)로 부터 분리되어 있고 드롭도어(6)는 케이스(3)와 밀접하게 접촉되어 챔버(4)의 상면을 개방한다. 고무, 플라스틱, 충전재 등과 같은 혼련재료를 개구부로부터 챔버(4)내로 충전한 후, 플로팅 웨이트(5)는 케이스(3)와 밀접하게 접촉하고 챔버(4)의 연통 섹션(4c)내로 가압된다. 또한 거의 동시에, 케이스(3)를 통해서 챔버(4)에서 혼련재료를 냉각하도록 냉각수등이 케이스(3)의 외벽에 연결된 냉각 파이프내로 흐른다. 혼련재료의 형상과 타입에 따라서, 온수, 증기 등과 같은 가열 매체가 혼련재료를 가열하기 위해서 냉각 파이프로 흐를 수 있다.

다음에, 혼련재료를 전단하고 분산하면서 원하는 혼련 상태의 혼련물을 얻기 위해서, 제1및 제2 로터(1,2)는 반대방향으로 회전하면서 혼련을 시작한다. 긴날개(7)의 고위 선단부(7a)와 짧은날개(8)의 고위선단(8a)이 작은 간격을 구비하여 설정되어 있으므로, 연통 섹션(4c)내로 혼련재료로서 블럭형 고무편이 충전되면, 제1및 제2 로터(1,2)가 회전할때, 도3에 도시된 바와같이, 이들 혼련재료는 큰 전단력에 의해 제1및 제2 혼련 챔버(4a,4b)로 움직인다. 그러므로, 혼련재료는 혼련재료가 광범위한 크기와 모양을 갖추고 있을지라도 혼련의 시작후에 단시간에 챔버(4)의 모든 공간내로 항상 분산될 수 있다.

상기한 바와같이 혼련재료가 혼련되면서 챔버(4)에 분산될 때, 긴날개(7)의 각각의 선단부(7a,7b,7c)와 짧은날개(8)의 각각의 선단(8a,8b,8c)은 다음과 같이 혼련물과 혼련재료로 이루어진 혼련대상물상에 작용한다.

도 4a 및 도 4b는 각각 본발명의 밀폐형 혼련장치와 종래의 밀폐형 혼련장치에서 혼련대상물의 흐름상태를 도시하는 예시도이다. 본 도면에서, 해칭선 부분은 혼련 대상물의 채워진 양을 도시하고 벡터는 혼련 대상물의 방향과 유량을 도시하며 개방 화살표는 연통 섹션(4c)에서 혼련 대상물의 유량과 흐름방향을 도시하고 있다.

도 4a를 참조하면, 작은 선단 간격이 상기한 바와같이 긴날개(7)의 고위 선단부(7a)와 짧은날개(8)의 고위선단(8a)에 구비되므로, 소량의 혼련 대상물이 선단 간격을 통과한다. 그러므로, 고위 선단부(7a)와 고위선단(8a)의 전진측의 혼련 대상물은 대량으로 축방향으로 흘러서 대부분의 혼련 대상물은 짧은날개(8)의 중위선단(8b)으로 그리고 긴날개(7)의 중위 선단부(7b)에 축방향으로 인접한 전진측으로 움직이고 혼련 대상물의 일부분은 선단 간격을 통과한다. 작은 선단 간격으로 인해 큰 전단력이 혼련 대상물의 부분에 부여되어 이것을 분산한다. 이러한 분산에 더하여, 전단된 혼련 대상물의 온도는 갑자기 증가한다. 하지만, 대부분의 혼련 대상물이 축방향으로 흐르므로, 전체적인 혼련 대상물의 온도의 증가는 억제된다. 그러므로, 혼련 대상물은 혼련 대상물의,허용가능한 온도가 낮을지라도 큰 전단력에 의해 연속적으로 분산될 수 있다.

또한, 짧은날개(8)의 고위 선단(8a)과 긴날개(7)의 고위 선단부(7a)는 챔버(4)의 내벽에 밀접하게 위치하여 움직이므로, 이들은 챔버(4)의 내벽에 부착된 혼련대상물의 표면을 긁는다. 그러므로, 챔버(4)의 내벽에 부착된 혼련 대상물의 두께는 얇아지고, 챔버(4)를 통한 냉각 파이프에 의한 냉각효율은 개선되어 혼련 대상물의 온도증가는 더욱 억제될 수 있다. 더욱이, 긴날개(7)의 고위 선단부(7a)와 짧은날개(8)의 고위선단(8a)이 연통섹션(4c)에서 움직일때, 혼련대상물은 큰 압축력에 의해 제1 및 제2 혼련 챔버(4a,4b)의 하나로 부터 제1 및 제2 혼련 챔버(4a,4b)의 다른 하나까지 가압되어 제1 및 제2 혼련 챔버사이에서 혼련 대상물의 흐름은 가속된다.

큰 선단 간격이 긴날개(7)의 저위 선단부(7c)와 짧은날개(8)의 저위선단(8c)에 구비되어 대량의 혼련 대상물이 선단 간격을 통과한다. 그러므로 저위 선단부(7c)와 저위선단(8c)의 전진측의 혼련 대상물은 대량으로 원주방향으로 흘러서 대부분의 혼련 대상물은 긴날개(7)의 중위 선단부(7b)와 짧은날개(8)의 중위 선단(8b)의 원주방향으로 인접한 전진측으로 움직이고 혼련 대상물의 일부분은 축방향으로 흐른다. 또한, 혼련 대상물을 가압하는 가압력이 작으므로, 저위 선단부(7c)와 저위 선단(8c)이 연통 섹션(4c)에서 움직일때 혼련 대상물이 제1및 제2 혼련 챔버(4a,4b)중 다른 하나로의 흐름은 억제된다. 그러므로, 동일 쌍의 혼련 챔버(4a,4b)에서 혼련 대상물의 흐름은 가속되고 동시에, 큰 선단 간격이 혼련 대상물에 전단력을 감소시켜서 혼련 대상물의 온도의 과도한 증가는 억제된다.

긴날개(7)의 중위 선단부(7b)와 짧은날개(8)의 중위선단(8b)이 고위 선단부(7a)와 저위 선단부(7c)의 선단 간격 사이에서 중위 선단 간격을 구비하도록 설정되어서 혼련 대상물의 흐름과 전단력은 조절된다.

혼련 대상물이 상기한 바와같이 혼련될때, 원주방향으로 대량으로 혼련 대상물이 흐르도록 하기 위한 제1 혼련공간(10a)과, 대량의 혼련 대상물이 축방향으로 흐르도록 하는 한편 큰 전단력으로 소량의 혼련 대상물을 분산시키기 위한 제2 혼련 공간(10b) 그리고 중간의 전단력을 부여하므로서 축방향으로 그리고 원주방향으로 혼련 대상물이 흐르도록 하기 위한 제3 혼련 공간(10c)은 원주방향으로 그리고 축방향으로 연속적으로 구비되어 있다. 그러므로, 긴날개(7)와 짧은날개(8)가 중위 선단부(7b)와 중위 선단(8b)을 각각 갖추고 있는 도 4b도에 도시된 종래의 밀폐형 혼련장치와 비교하여 혼련 대상물은 제1 내지 제3 혼련공간(10a 내지 10c)에서 균일하게 분산되는 한편 활동적으로 흐른다. 그러므로, 혼련 대상물의 혼련 조건에 대응하여 선단 간격을 변화시키지 않고, 또는 혼련 장치의 고유의 처리능력에서의 희생없이, 즉 로터 속도의 변화, 재료의 입력량의 변화등이 없이 양호한 혼련상태의 혼련물이 항상 얻어질 수 있다.

상기한 바와같이, 본 실시예의 밀폐형 혼련장치는 챔버(4)의 내벽과 제1 및 제2 로터(1,2)사이의 선단 간격에서 혼련 대상물을 흐르게하는 한편 챔버(4)에서 제1 및 제2 로터(1,2)를 회전시키므로서 그리고 도1에 도시된 바와같이, 혼련 대상물을 분산시키도록 전단력을 부여하므로서 원하는 혼련 상태의 혼련물을 얻는다. 각각의 제1및 제2 로터(1,2)는 원주방향으로 3위치에 등간격으로 위치한 긴날개(7)와 짧은날개(8)를 갖춘 날개로 구비되어 축방향으로 그리고 원주방향으로 복수의 3개의 다른 선단 간격을 구비하고 있다.

상기한 장치에 따라서, 긴날개(7)와 짧은날개(8)에 의해 구비된 3개의 선단 간격의 가장 작은 선단 간격에서, 선단 간격의 전진측의 대부분은 혼련 대상물은 축방향으로 흐르고, 혼련 대상물의 일부는 간격을 통해 흐르며 큰 전단력에 의해 분산된다. 한편, 큰 선단 간격에서, 전진측의 혼련 대상물의 대부분은 원주방향 흐름을 가속하도록 거기를 통해 흐르며, 온도의 증가는 작은 전단력에 의해 방지된다. 크고 작은 차이의 선단 간격이 원주방향으로 그리고 축방향으로 나타날때, 혼련 대상물은 큰 전단력에 의해 분산되는 한편, 전체적인 챔버(4)에서 활동적으로 흐르고, 분산동안에 혼련 대상물의 온도증가는 방지된다. 그러므로, 여러가지 혼련조건의 혼련 대상물은 종래의 혼련 장치에서 수행되는 장치의 취급성능을 희생하는 로터 구동기구와 작동의 유지보수없이 원하는 상태의 혼련물을 항상 만들 수 있다.

롤러의 수는 하나, 3개 또는 그 이상일 수 있다. 또한 본 실시예에서, 3개의 다른 선단 간격이 원주방향으로 3개의 위치에서 등간격으로 짧은날개(8)의 고위 내지 저위 선단(8a 내지 8c) 그리고 긴날개(7)의 고위 내지 저위 선단부(7a 내지 7c)에 의해 구비된다. 하지만, 짧은날개(8)의 설비, 긴날개(7)와 짧은날개(8)의 수 그리고 헬리컬각도, 각각의 선단 간격이 구비되는 날개의 축방향 길이는 적어도 축방향으로 2개이상의 스텝의 다른 선단 간격이 구비되는한 임의로 선택될 수 있다.

더욱 상세하게는, 로터는 단지 긴날개(7)만 구비할 수 있고, 또는 긴날개(7)와 짧은날개(8)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와같이, 원주방향으로 2 위치에서 등간격으로 위치될 수 있다. 또한, 긴날개(7)의 끝은 도 6 및 도 7에 도시된 바와같이 짧은날개(8)의 끝과 동일할 수 있고, 3단계의 선단 간격을 구비하는 고위 선단부(7a) 내지 저위 선단부(7c)는 도 8에 도시된 바와같이, 4개의 분할된 섹션에서 긴날개상에 형성될 수 있다. 더욱이, 도 9에 도시된 바와같이, 고위 선단부(7a)만을 갖춘 긴날개(7), 중위 선단부(7b)만을 갖춘 긴날개(7), 그리고 저위 선단부(7c)만을 갖춘 긴날개(7)는 원주방향으로 등간격으로 이격될 수 있어서 축방향으로 서로 동일한 선단 간격이 원주방향으로 3단계로 구비된다. 긴날개(7)와 짧은날개(8)에서 선단 간격의 섹션수는 바람직하게 10개까지 될 수 있어서 날개는 용이하게 제조될 수 있다.

더욱이, 도10에 도시된 바와같이, 긴날개(7)와 짧은날개(8)는 큰 헬리컬 각도로 형성될 수 있다. 헬리컬 각도는 바람직하게 10°내지 60°의 범위내에서 설정될 수 있다. 이것은 작은 헬리컬 각도가 혼련 대상물의 축방향 흐름을 감소시키고 선단 간격을 통과하는 혼련 대상물의 양이 증가하고, 이에따라 분산작용을 가속시키는 한편, 큰 헬리컬 각도는 혼련 대상물의 축방향 흐름을 증가시켜 챔버(4)에서 혼합을 가속시키고 그리고 10°내지 60°의 각도 내에서의 헬리컬 각도는 동시에 상기 2개의 특성을 일으킬 수 있기 때문이다.

복수의 선단 간격은 하나에 한정되는 것이 아닌데, 큰, 중간 그리고 작은 선단 간격은 직선으로 계단모양으로 구비된다. 예를들면, 긴날개(7)가 도2의 로터의 전개도에서 날개면에 수직인 방향으로 부터 볼때, 긴날개(7)는 도 11a에 도시된 바와 같이, 제1 긴날개, 제2 긴날개 그리고 제3 긴날개의 3개의 패턴을 갖추고 있다. 제1 날개는 큰, 중간 그리고 작은 선단 간격의 순서로 하나의 날개에 대하여 복수의 선단 간격으로 구비되어 있다. 제2 날개는 작은, 큰 그리고 중간 선단 간격의 순서로, 하나의 날개에 대하여 복수의 선단 간격으로 구비되어 있다. 제3 날개는 중간, 작은 그리고 큰 선단 간격의 순서로 복수의 선단 간격으로 구비되어 있다.

경사진 선단 간격은 또한 도 11b 내지 도 11e에 도시된 바와같이 형성될 수 있다. 도 11b의 선단 간격은 전체적으로 선형으로 경사진 제1 긴날개에 의해 구비된다. 제2 및 제3 긴날개는 동일한 경사와 계단부분의 조합으로 구비된다. 도 11c에서, 큰 선단 간격은 직선으로 유지되고, 나머지 중간 및 작은 선단 간격은 경사져 있다. 도 11c에서, 중간 또는 작은 선단 간격은 직선으로 유지되고, 나머지 선단 간격은 경사져 있다. 도 11d에서, 경사진 선단 간격은 조합되어 계단부분보다는 굽힘지점이 구비되어 있다. 도 11e에서, 큰, 중간, 그리고 작은 선단 간격은 약간의 계단 그리고 경사진 부분에 의해 나누어져 있다. 이들 경사진 선단 간격은 모든 날개, 모든 날개중 특정 날개 또는 특정날개의 복수의 선단 간격의 일부에 채택될 수 있다. 또한, 선단 간격은 부드러운 곡선으로 경사질 수 있다.

굽힘지점과 계단부분의 코너는 바람직하게 챔퍼질 수 있으며, 또는 파손과 칩 발생을 방지하는 관점에서 일정한 반경으로 구비될 수 있다.

로터는 모노블록(monobloc) 캐스팅 또는 스키빙(skiving) 가공에 의해 제조될 수 있다. 하지만, 소위 분할 세그먼트 시스템이 채택될 수 있는데, 전체적인 날개 또는 긴날개는 복수의 세그먼트로 나누어진다. 이경우에, 도 15에 도시된 바와같이 분할된 세그먼트의 위상을 변화시키므로서, 혼련 대상물의 흐름은 상당히 변하여, 혼련 대상물의 혼련의 정도는 더 개선된다.

각각의 분할된 세그먼트의 폭은 동일하게 또는 동일하지 않게 형성될 수 있고, 날개의 트위스트 각도는 일정하거나 또는 변할 수 있다. 이들은 본발명의 기술사상을 벗어나지 않고 자유로이 설계될 수 있다.

실험 실시예

실험적인 작은 밀폐형 혼련장치에 의해 얻어진 혼련 테스트의 결과를 설명한다. 4 리터의 용량을 가진 혼련 챔버가 사용되었다. 본발명에서 사용된 큰, 중간 그리고 작은 선단 간격의 장치, 그리고 로터의 날개의 장치가 도 12의 전개도에 도시되어 있다. 큰 선단 간격(L)은 6mm(챔버의 내경(128.6mm)에 대한 큰 간격의비율이 0.0467)이고, 중간 선단 간격(M)은 3mm(챔버의 내경(128.6mm)에 대한 중간 간격의 비율이 0.0233)이고, 그리고 작은 선단 간격(S)은 1mm(챔버의 내경(128.6mm)에 대한 작은 간격(S)의 비율이 0.0078)이다. 비교예에서 사용된 날개 장치는 본발명의 장치와 동일하지만, 모든 선단 간격은 3mm이다.

본발명과 비교예 양자에서, 천연고무(CV60) 100부(part)와 카본블랙(SAF) 50부를 포함하는 콤파운드를 혼련 테스트하였다. 또한, 혼련 챔버에 충전된 콤파운드의 비율은 70%이고, 램(ram)압력은 5 kgf/cm², 케이스와 로터내에 흐르는 냉각수의 온도는 본발명과 비교예에서 30℃이다.

혼련시간의 경과와 함께 혼련물의 온도(Tdis)(℃)와, 혼련물에 부과된 기계적 에너지(Esp)(KWh/kg)와, 혼련물의 무니(Mooney) 점도가 어떻게 변하는가 측정되었다. 로터 속도가 60rpm일때 시간에 따른 이들의 변화가 도 13에 도시되어 있고, 로터 속도가 90rpm 일때가 도 14에 도시되어 있다. 이들 도면에서 Y는 본발명의 로터를 나타내고, X는 비교예의 로터를 나타낸다.

도 13 및 도 14에 따라서, 본발명의 로터(Y)와 비교예의 로터(X) 사이에서 특성의 다음과 같은 차이가 존재했다.

1) 본발명의 로터(Y)의 혼련물에 부과된 기계적 에너지는 비교예의 로터(X)의 것보다 더 크다.

2) 본발명의 로터(Y)는 혼련물의 온도는 비교예의 로터(X)의 것보다 약간 높지만, 이들은 실제로 동일하다.

3) 본발명의 로터(Y)의 혼련물의 무니 점도는 비교예의 로터(X)의 것보다 낮다. 또한, 도 14에 도시된 바와같이, 비교예의 로터(X)는 시간의 경과와 함께 무니 점도의 저하의 정도가 작게되는 한편, 본발명의 로터(Y)는 시간의 경과와 함께 대략 비례적으로 저하한다.

특성 1) 내지 3)의 상기 차이는 본발명의 로터(Y)는 비교예의 로터(X)의 냉각 능력보다 높고, 혼련물에 많은 기계적 에너지를 부과할 수 있다. 또한, 혼련물의 점도는 가해지는 기계적인 에너지가 크게되는 만큼 저하하는 정도가 크게되는 경향이 있고 본발명의 로터(Y)는 비교예의 로터(X)와 비교하여 가공성이 우수한 혼련물을 제공할 수 있다.

본발명의 하나의 형태에서, 챔버의 내벽과 로터 사이에서 선단 간격에서 혼련 대상물을 흐르게 하는 한편 로터를 챔버에서 회전시키므로서 그리고 전단력을 부여하여 혼련 대상물을 분산 시키므로서 원하는 혼련 상태의 혼련물을 얻기 위한 밀폐형 혼련장치를 제공하는데, 여기에서 로터는 적어도 축방향으로 복수의 다른 선단 간격을 갖추기 위해 날개로 구비되어있다. 본발명의 다른 형태에서, 밀폐형 혼련장치가 구비되어 있는데, 여기에서 날개는 긴날개와 짧은날개로 구성되어있고, 복수의 다른 선단 간격은 적어도 긴날개를 따라 구비되어 있다. 본발명의 다른 형태에서, 밀폐형 혼련장치가 구비되어 있는데, 여기에서 적어도 2개의 긴날개와 짧은 날개가 상기 로터의 원주방향으로 구비되어 있고, 복수의 다른 선단 간격이 적어도 2개의 긴날개와 짧은날개에 구비되어 있다.

본발명의 이들 특징은 다음과 같은 장점을 제공한다.

날개에 의해 구비된 다른 선단 간격은 작은 선단 간격과 큰 선단 간격으로 상대적으로 나누어 질 수 있다. 작은 선단 간격에서, 선단 간격의 전진측의 혼련 대상물의 대부분이 축방향으로 흐르고, 혼련 대상물의 일부분이 간격을 통해 흐르며 큰 전단력에 의해 분산된다. 한편, 큰 선단 간격에서, 전진측의 혼련 대상물이 통과하여 원주방향 흐름을 가속시키고 온도의 증가는 작은 전단력에 의해 방지된다. 그러므로, 크고 작은 차이의 선단 간격이 적어도 축방향으로 나타날때, 혼련 대상물은 큰 전단력에 의해 분산되고 전체적인 챔버에서 활동적으로 흐르며, 분산동안에 혼련 대상물의 온도증가는 방지된다. 그러므로, 여러가지 혼련 대상물은 종래의 혼련장치에서 수행되는 장치의 취급 성능을 희생시키는 로터 구동 기구 및 작동의 유지보수없이 원하는 상태의 혼련물로 항상 만들 수 있다.

본발명의 다른 형태에서, 밀폐형 혼련장치가 구비되는데, 여기에서 복수의 선단 간격중의 하나는 날개의 상부가 챔버의 내벽에 밀접하게 되도록 하므로서 구비되어 챔버의 내벽에 부착된 혼련 대상물의 표면을 긁고 혼련 대상물의 일부분에 강한 전단력을 부과한다. 본발명의 이러한 특징은 다음과 같은 장점을 제공한다. 챔버의 내벽에 밀접한 날개는 로터의 회전으로 챔버의 내벽에 부착된 혼련 대상물의 대부분을 긁어내어 부착된 혼련 대상물의 두께는 얇아지고, 그래서 챔버를 통해 혼련 대상물의 냉각을 위한 냉각효율은 개선된다.

본발명의 더 다른 형태에서, 밀폐형 혼련장치가 구비되는데, 여기에서 복수의 선단 간격이 작은 선단 간격, 중간 선단 간격, 그리고 큰 선단 간격중 적어도 2개의 선단 간격을 포함하고 있고, 챔버의 내경에 대한 선단 간격의 비율은 작은 선단 간격에서 0.0025 내지 0.0250의 범위내에 있고, 중간 선단 간격에서 0.0100 내지 0.0500의 범위내에 있고 큰 선단 간격에서 0.0250 내지 0.1000의 범위내에 있다. 본발명의 이러한 특징은 다음과 같은 장점을 제공한다. 챔버의 내경에 대한 작은 선단 간격의 비율은 소정의 범위내에 있고, 혼련물에 포함된 첨가재의 겔, 또는 혼합재 및 충전재의 분쇄기능, 그리고 이들은 혼련물내로 분산시키는 기능이 수행될 수 있다. 또한 챔버의 내경에 대한 큰 선단 간격과 중간 선단 간격의 비율은 각각 소정의 범위내에 있고, 그리고 균일한 전단 작용이 혼련물에 부과될 수 있다.

본발명의 다른 형태에서, 밀폐형 혼련장치가 구비되는데, 여기에서 챔버의 내경에 대한 선단 간격의 비율은 작은 선단 간격에서 0.00625 내지 0.0125의 범위내에 있고, 중간 선단 간격에서 0.0125 내지 0.0250의 범위내에 있으며 큰 선단 간격에서 0.0250 내지 0.075의 범위내에 있다. 본발명의 이러한 특징은 다음과 같은 장점을 제공한다. 혼련물내로 겔 또는 혼합재의 분산과 혼련물에 균일한 전단 작용을 부과하는 양자는 양호한 균형으로 달성될 수 있다.

본발명의 다른 형태에서, 밀폐형 혼련장치가 구비되는데, 여기에서 복수의 계단형 선단 간격의 적어도 하나의 선단 간격은 경사져 있다. 본발명의 더 다른 형태에서, 밀폐형 혼련장치가 구비되는데, 여기에서 날개는 복수의 경사진 선단 간격을 갖춘 하나의 날개를 포함하고 있다. 본발명의 이들 특징은 다음과 같은 장점을 제공한다. 경사진 선단 간격은 혼련물의 흐름을 변경시킬 수 있고, 로터의 가공이 용이한 형상을 채택할 수 있다.

본발명의 더 다른 면에서, 밀폐형 혼련장치가 구비되는데, 여기에서 로터의 날개는 분할된 세그먼트에 의해 구성된다. 본발명의 이러한 특징은 다음과 같은 장점을 제공한다. 날개는 쉽게 가공될 수 있고, 이에 따라 날개의 설계의 자유도는 증가한다.

Claims

밀폐형 혼련장치에 있어서,

챔버; 그리고

상기 챔버의 내벽과 적어도 축방향으로 로터 사이에 복수의 다른 선단 간격을 구비하기 위해 날개를 갖추고 있는 로터; 로 구성된 것을 특징으로 하는 밀폐형 혼련장치.
제 1 항에 있어서, 상기 날개는 긴날개와 짧은날개로 구성되고 그리고 복수의 다른 선단 간격은 적어도 상기 긴날개를 따라 구비된 것을 특징으로 하는 밀폐형 혼련장치.
제 2 항에 있어서, 적어도 2개의 긴날개와 짧은날개는 상기 로터의 원주방향으로 구비되고, 복수의 다른 선단 간격은 적어도 2개의 긴날개와 짧은날개에 구비된 것을 특징으로 하는 밀폐형 혼련장치.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 선단 간격중의 하나는 상기 챔버의 내벽에 부착된 혼련대상물의 표면을 긁어내고 그리고 혼련 대상물의 일부분에 강한 전단력을 부과하도록 상기 날개의 상부가 챔버의 내벽에 밀접하도록 하므로서 구비되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 혼련장치.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 선단 간격은 작은 선단 간격, 중간 선단 간격 그리고 큰 선단 간격중 적어도 2개의 선단 간격을 포함하고 있고, 챔버의 내경에 대한 선단 간격의 비율은 작은 선단 간격에서 0.0025내지 0.0250의 범위내에 있고, 중간 선단 간격에서 0.0100 내지 0.0500의 범위내에, 그리고 큰 선단 간격에서 0.0250 내지 0.1000의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 혼련장치.
제 5 항에 있어서, 상기 챔버의 내경에 대한 선단 간격의 비율은 작은 선단 간격에서 0.00625 내지 0.0125의 범위내에 있고, 중간 선단 간격에서 0.0125 내지 0.0250의 범위내에, 그리고 큰 선단 간격에서 0.0250 내지 0.075의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 혼련장치.
제 1 항에 있어서, 상기 날개는 복수의 계단형으로 형성된 선단 간격을 갖춘 하나의 날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 혼련장치.
제 7 항에 있어서, 상기 복수의 계단형 선단 간격의 적어도 하나의 선단 간격은 경사져 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 혼련장치.
제 1 항에 있어서, 상기 날개는 복수의 경사져서 형성된 선단 간격을 갖춘 하나의 날개를 포함하는 밀폐형 혼련장치.
제 1 항에 있어서, 상기 로터의 날개는 분할된 세그먼트에 의해 구성된 밀폐형 혼련장치.