KR20160120306A - 연속 혼련 장치 - Google Patents

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가즈오 야마구치
요시노리 구로다
히데오 후나하시
츠구시 후쿠이
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

연속 혼련 장치(1)는 한 쌍의 혼련 로터(3)를 구비하고, 이들 혼련 로터(3)에 가해지는 혼련 하중을 억제하면서 혼련 로터(3)끼리의 맞물림을 크게 하는 것이 가능하다. 연속 혼련 장치(1)는 배럴(2)과, 배럴(2)에 수용됨과 함께 서로 다른 방향으로 맞물림 상태에서 회전하는 상기 한 쌍의 혼련 로터(3)를 구비하고, 각 혼련 로터(3)는 배럴(2) 내에 공급된 재료를 혼련하는 복수의 혼련 플라이트(11, 15)를 갖는다. 혼련 플라이트(11, 15)와 이들을 수용하는 배럴(2)의 부분이 각각, 혼련 로터(3)의 축방향을 따라서 배열되는 복수의 혼련부를 구성한다. 재료는, 상류측의 혼련부로부터 하류측의 혼련부까지 축방향으로 보내어져 순차적으로 혼련된다. 상기 복수의 혼련부 중 하류측의 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트(15)는 상류측의 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트(11)의 회전 외경(D1)보다도 큰 회전 외경(D2)을 갖는다.

Description

연속 혼련 장치{CONTINUOUS KNEADING DEVICE}
본 발명은 수지 등의 재료를 연속하여 혼련하는 연속 혼련 장치에 관한 것이다.
종래, 수지 등의 재료를 연속하여 혼련하는 연속 혼련 장치로서는, 특허문헌 1에 개시된 것 등이 있다. 특허문헌 1의 연속 혼련 장치는, 내부가 공동으로 된 배럴과, 이 배럴에 수용되는 한 쌍의 혼련 로터를 구비한다. 당해 한 쌍의 혼련 로터는, 그것들의 축심이 대략 평행하게 되도록 배치되어 있고, 서로 다른 방향으로 회전 가능하게 되어 있다. 이러한 연속 혼련 장치에서는, 서로 다른 방향으로 회전하는 혼련 로터의 사이에, 배럴 내에 공급된 재료가 유도되고, 당해 재료에 대하여 상기 혼련 로터에 설치된 혼련 스크류가 전단력을 부여함으로써, 당해 재료가 혼련된다.
그런데, 최근에는, 난혼련성의 재료를 혼련하는 것이 필요로 되고 있고, 이것으로부터 연속 혼련 장치의 혼련 능력을 더욱 향상시키고 싶다고 하는 요구가 존재하고 있다. 이와 같은 혼련 능력의 향상은, 예를 들어 혼련 로터끼리의 맞물림을 크게 함으로써 달성된다. 특허문헌 1의 연속 혼련 장치의 경우, 상기 한 쌍의 혼련 로터의 축간 거리를 혼련 플라이트의 회전 외경보다 작게 함으로써, 혼련 로터끼리를 맞물림 상태로 할 수 있다.
그런데, 상기 혼련 로터끼리의 맞물림 정도의 증대는 당해 혼련 로터에 대하여 혼련 중에 가해지는 하중(혼련 하중)의 현저한 증대를 수반한다. 즉, 맞물림을 크게 하기 위해 혼련 로터끼리를 근접시키면, 혼련 로터를 서로 이격시키는 방향으로 큰 혼련 하중이 가해진다. 이 혼련 하중은 혼련 로터나 혼련 로터를 지지하는 베어링 등에 악영향을 미칠 가능성이 있다.
그로 인해, 종래의 연속 혼련 장치에서는, 혼련 로터끼리의 맞물림을 더욱 크게 할 수 없어, 난혼련성의 재료에 대응하는 것이 곤란해지고 있었다.
일본 특허 공개 제2012-051363호 공보
본 발명은 한 쌍의 혼련 로터를 구비한 연속 혼련 장치이며, 상기 혼련 로터에 가해지는 혼련 하중을 억제하면서도 혼련 로터끼리의 맞물림을 크게 할 수 있어, 난혼련성의 재료라도 충분한 혼련이 가능한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
제공되는 연속 혼련 장치는, 내부가 공동으로 된 배럴과, 당해 배럴에 수용됨과 함께 서로 다른 방향으로 맞물림 상태에서 회전하는 한 쌍의 혼련 로터이며, 각각의 혼련 로터가 상기 배럴 내에 공급된 재료를 혼련하기 위한 복수의 혼련 플라이트를 갖고, 이들 혼련 플라이트가 당해 혼련 로터의 축방향을 따라서 배열되는 것을 구비한다. 상기 복수의 혼련 플라이트와 상기 배럴 중 상기 각 혼련 플라이트를 각각 수용하는 부분이, 상기 혼련 로터의 축방향을 따라서 배열되는 복수의 혼련부를 구성한다. 상기 각 혼련 로터는, 당해 혼련 로터의 회전에 수반하여 상기 배럴 내에 공급된 재료를 상류측의 혼련부로부터 하류측의 혼련부까지 축방향으로 보냄으로써 각각의 혼련부에서 순차적으로 상기 재료의 혼련을 행하게 하는 형상을 갖는다. 상기 각 혼련 로터에 있어서, 하류측에 위치하는 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트는, 상류측에 위치하는 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트의 회전 외경 D1보다도 큰 회전 외경 D2를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 연속 혼련 장치의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서의 비에너지에 대한 ISO에 의한 평가값의 변화를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서의 비에너지에 대한 겔 면적률의 변화를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서의 혼련 로터에 가해지는 혼련 하중을 도시한 도면이다.
도 5는 종래의 연속 혼련 장치의 정면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 따른 연속 혼련 장치(1)를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 연속 혼련 장치(1)는, 내부가 공동인 배럴(2)과, 한 쌍의 혼련 로터(3, 3)를 구비하고, 상기 혼련 로터(3, 3)는 그 축심 방향을 따라서 상기 배럴(2)의 내부에 삽입 관통되어 있다. 연속 혼련 장치(1)는, 또한, 상기 한 쌍의 혼련 로터(3, 3)에 연결되어 이들을 서로 이방향으로 회전시키는, 도시되지 않은 회전 구동 장치를 구비한다. 이와 같이 상기 한 쌍의 혼련 로터(3, 3)가 상기 배럴(2) 내에서 서로 다른 방향으로 회전함으로써, 이들 한 쌍의 혼련 로터(3, 3)와 배럴(2) 사이의 재료에 전단력이 부여되어, 당해 재료의 혼련이 행해진다.
또한, 이후의 설명에 있어서, 도 1의 지면의 좌측을 연속 혼련 장치(1)를 설명할 때의 상류측으로 하고, 지면의 우측을 하류측으로 한다. 또한, 도 2의 지면의 좌우 방향을 연속 혼련 장치(1)를 설명할 때의 축방향으로 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 배럴(2)은 축방향을 따라서 긴 통 형상으로 형성되어 있고, 그 내부의 단면이며 상기 축방향에 대하여 수직인 폭 방향의 단면은, 당해 폭 방향으로 배열되는 2개의 원의 일부끼리가 겹친 안경 형상(2개의 원이 원주의 일부끼리를 통해 서로 겹쳐 있는 경우도 포함함)의 공동으로 되어 있다. 상기 한 쌍의 혼련 로터(3, 3)는, 각각의 혼련 로터(3, 3)의 축심이 상술한 2개의 원의 중심과 대략 일치하는 위치에 있어서, 상기 배럴(2)의 내부에 각각 삽입되어 있다.
각 혼련 로터(3)는 수평 방향을 따라서 연장되는 긴 막대 형상의 부재이며, 배럴(2)의 축방향의 양단부의 더 양외측의 위치에 각각 설치된 베어링(도시 생략)에 의해, 수평 방향을 향하는 상기 축심 주위로 회전 가능하게 되도록 지지되어 있다. 이들 혼련 로터(3, 3)는, 각각의 축심이 서로 평행하게 되도록 배치되어 있다. 이들 한 쌍의 혼련 로터(3, 3)는, 서로 다른 회전 방향으로 회전한다. 즉, 이들 혼련 로터(3, 3)는 상기 회전 구동 장치에 의해 서로 다른 방향으로 회전 구동된다. 구체적으로는, 축방향의 하류측에서 보아, 좌측에 위치하는 혼련 로터(3)는 축심의 주위를 시계 방향 방향으로 회전하고, 우측에 위치하는 혼련 로터(3)는 축심의 주위를 반시계 방향 방향으로 회전하도록 되어 있다.
상술한 연속 혼련 장치(1)는, 축방향을 따라서 배열되는 복수의 부분, 도 1의 예에서는 6개의 부분을 갖는다. 이들 6개의 부분은, 구체적으로는, 재료의 흐름 방향을 따라서 상류측으로부터 순서대로 제1 이송부(4), 제1 혼련부(5), 교축부(6), 제2 이송부(7), 제2 혼련부(8) 및 배출부(9)이다. 이들 부분에 각각 대응하는 상기 혼련 로터(3)의 각 부분의 외주면에는, 서로 다른 종류의 플라이트, 즉 서로 다른 날개 형상이나 날개 매수를 갖는 플라이트가 형성되어 있다. 이들 복수종의 플라이트에는, 예를 들어 배럴(2) 내에서 재료를 하류측으로 압박하여 움직이게 하도록 하는 흐름을 형성하는 스크류 플라이트나, 재료에 전단력을 부여하여 혼련하는 혼련 플라이트가 포함된다.
다음에, 상기 제1 이송부(4), 제1 혼련부(5), 교축부(6), 제2 이송부(7), 제2 혼련부(8), 배출부(9)에 대하여 상세하게 설명한다.
제1 이송부(4)는 도시를 생략하는 재료 공급구로부터 배럴(2) 내에 공급된 재료를 하류측을 향하여 보내기 위한 부분이다. 이 재료 공급구는 배럴(2)의 내외를 연통하도록 상방을 향하여 개구되어 있고, 이 재료 공급구를 통해 배럴(2) 내에 재료가 공급되는 것이 가능하다.
상기 각 혼련 로터(3) 중 상기 제1 이송부(4)에 대응하는 부분의 외주면에는, 혼련 로터(3)의 축방향을 따라서 나선 형상으로 비틀어진 스크류 플라이트(10)가 형성되어 있다. 이 스크류 플라이트(10)는 상술한 재료 공급구로부터 공급된 재료를 상기 혼련 로터(3)의 회전에 수반하여 하류측을 향하여 압박하여 움직이게 하도록 보낼 수 있는 형상을 갖는다. 이 스크류 플라이트(10)와 상기 배럴(2) 중 당해 스크류 플라이트(10)를 수용하는 부분이 상기 제1 이송부(4)를 구성한다. 이 제1 이송부(4)에서 하류측으로 보내어진 재료는, 제1 이송부(4)의 하류측에 위치하는 제1 혼련부(5)에 보내어진다.
제1 혼련부(5)는 배럴(2) 내의 재료에 대하여 전단력을 부여하여 재료를 혼련하는 부분이다. 각 혼련 로터(3) 중 이 제1 혼련부(5)에 대응하는 부분의 외주면에는, 혼련 플라이트(11)가 형성되어 있다. 이 혼련 플라이트(11)는 외주면을 갖고, 이 외주면은, 배럴(2)의 내주면이나 인접한 혼련 로터(3)의 외주면과의 사이에 좁은 간극(팁 클리어런스)을 형성하는 외경을 갖는다. 상기 재료는, 그 좁은 간극으로 유도되어 전단력의 부여를 받는다. 즉, 상기 혼련 플라이트(11)와 상기 배럴(2) 중 당해 혼련 플라이트(11)를 수용하는 부분이 제1 혼련부(5)를 구성한다. 이 제1 혼련부(5)에서 혼련된 재료는, 제1 혼련부(5)의 하류측에 위치하는 교축부(6)에 보내어진다.
교축부(6)는 제1 혼련부(5)의 하류측에 위치하고, 배럴(2)과 혼련 로터(3) 사이의 재료의 유통을 제한함으로써, 제1 혼련부(5)에 머물러 혼련되는 재료의 양을 조정하여, 재료의 혼련도를 조정하는 부분이다. 구체적으로는, 교축부(6)는 제1 혼련부(5)와 제2 이송부(7)를 연통하는 개구부를 갖고, 이 개구부는, 그 전후에 있는 상기 제1 혼련부(5)의 내경 또는 상기 제2 이송부(7)의 내경보다도 작은 내경이며, 다른 부분의 내경보다도 작은 내경을 갖는다. 상기 각 혼련 로터(3) 중 상기 교축부(6)에 대응한 위치에 있는 부분도, 당해 혼련 로터(3)의 다른 부분의 외경보다도 작은 외경을 갖는다. 상기 배럴(2) 중 상기 교축부(6)에 상당하는 부분의 주위벽에는, 혼련 로터(3)의 축심과 수직인 상기 폭 방향을 따라서 당해 배럴(2)의 주위벽을 관통하는 관통 구멍(12)이 형성되어 있고, 이 관통 구멍(12)에는 상기 축방향을 따른 재료의 유통을 차단 가능한 판상의 게이트 부재(13)가 상기 축방향에 수직인 상기 폭 방향을 따라서 출입 가능하게 수용되어 있다.
즉, 교축부(6)에서는, 관통 구멍(12)에 있어서의 게이트 부재(13)의 위치를 당해 게이트 부재(13)가 혼련 로터(3)측을 향하여 돌출되는 위치로 전환함으로써, 교축부(6)에 있어서의 재료의 유로 면적이 감소하여 재료의 유통 속도가 작아져, 제1 혼련부(5)에 재료가 머물기 쉬워져 재료의 혼련도를 높게 하는 것이 가능해진다. 반대로, 게이트 부재(13)를 관통 구멍(12)의 외측으로 인출하여 당해 게이트 부재(13)의 위치를 혼련 로터(3)로부터 멀어지는 위치로 전환하면, 교축부(6)에 있어서의 재료의 유로 면적이 확대되어 재료의 유통 속도가 커져, 제1 혼련부(5)에 재료가 머물기 어려워져 재료의 혼련도를 낮게 하는 것이 가능해진다. 이와 같이 하여 교축부(6)에서 원하는 혼련도로 조정된 재료는, 교축부(6)의 하류측의 제2 이송부(7)에 보내어진다.
제2 이송부(7)는 제1 혼련부(5)에서 혼련되고, 교축부(6)에서 혼련도가 조정된 재료를 하류측을 향하여 보내는 부분이다. 상기 각 혼련 로터(3) 중 이 제2 이송부(7)에 대응하는 부분의 외주면에도, 제1 이송부(4)에 대응하는 부분과 마찬가지로 혼련 로터(3)의 축방향을 따라서 나선 형상으로 비틀어진 스크류 플라이트(14)가 형성되어 있고, 이 스크류 플라이트(14)도, 혼련 로터(3)의 회전에 수반하여 재료를 하류측을 향하여 압박하여 움직이게 하면서 보낼 수 있는 형상을 갖는다. 이 스크류 플라이트(14)와 상기 배럴(2) 중 당해 스크류 플라이트(14)를 수용하는 부분이 제2 이송부(7)를 구성한다. 이 제2 이송부(7)에서 하류측으로 보내어진 재료는, 제2 이송부(7)의 하류측에 위치하는 제2 혼련부(8)에 보내어진다.
제2 혼련부(8)는 제1 혼련부(5)와 마찬가지로, 배럴(2) 내의 재료에 대하여 전단력을 부여하여 재료를 혼련하는 부분이다. 상기 각 혼련 로터(3) 중 이 제2 혼련부(8)에 대응하는 부분의 외주면에도, 당해 혼련 로터(3)의 회전에 수반하여 배럴(2)의 재료에 전단력을 부여 가능한 혼련 플라이트(15)가 형성되어 있다. 이 혼련 플라이트(15)와 상기 배럴(2) 중 당해 스크류 플라이트(15)를 수용하는 부분이 제2 혼련부(8)를 구성한다. 이 제2 혼련부(8)에서 혼련된 재료는, 제2 혼련부(8)의 하류측에 위치하는 배출부(9)에 보내어진다.
배출부(9)는 상술한 제1 혼련부(5)나 제2 혼련부(8)에서 혼련된 재료를, 배럴(2) 밖으로 배출하는 부분이다. 배럴(2) 중 이 배출부(9)에 대응하는 부분에는, 당해 배출부(9)를 구성하는 배럴(2)의 하측의 내벽을 관통하는 배출 구멍(16)이 형성되어 있다. 상기 각 혼련 로터(3) 중 이 배출부(9)에 대응하는 부분의 외주면에는, 배출 구멍(16)을 통해 재료를 배출하는 데에 적합한 형상의 배출 날개(17)가 형성되어 있어, 혼련 완료된 재료를 배럴(2) 밖으로 배출할 수 있도록 되어 있다.
도 5는 비교예에 관한 연속 혼련 장치(101)를 도시한다. 이 연속 혼련 장치(101)도 배럴(102)과 한 쌍의 혼련 로터(103)를 구비하고, 당해 연속 혼련 장치(101)는 제1 이송부(104), 제1 혼련부(105), 교축부(106), 제2 이송부(107), 제2 혼련부(108) 및 배출부(109)를 갖지만, 재료의 이송 방향의 하류측을 향함에 따라서, 각각의 부분의 내경이 동일한 상태 그대로이거나, 일부에 대해서는 내경이 작아지도록, 당해 배럴(102)이 형성되어 있다. 또한, 각 혼련 로터(103)는 배럴(102)과 상사한 단면 형상을 구비하지만, 「제1 혼련부(105)의 단면」에 있어서의 혼련 로터(103)의 외경과, 「제2 혼련부(108)의 단면」에 있어서의 혼련 로터(103)의 외경은 서로 다르다.
구체적으로, 상기 혼련 로터(103) 중, 상기 제1 혼련부(105)에 대응하는 부분의 회전 외경 d1, 상기 제2 혼련부(108)에 대응하는 부분의 회전 외경 d2 및 상기 배출부(109)에 대응하는 부분의 외경(배출 날개의 회전 외경) dd 사이에는, 다음 수학식 1과 같은 관계가 성립한다.
Figure pct00001
상기 비교예에 관한 연속 혼련 장치(101)는 종래의 일반적인 연속 혼련 설비와 동일하게 비맞물림형이며, 따라서 혼련 로터(103)의 회전 외경에 비해 한 쌍의 혼련 로터(103)끼리의 축간 거리 L'쪽이 크다. 즉, 이 연속 혼련 장치(101)에서는, 상기 수학식 1에 더하여 다음 수학식 2가 성립한다.
Figure pct00002
그런데, 최근에는 난혼련성 재료를 혼련하는 요구가 커지고 있어, 혼련 능력을 더욱 향상시키기 위해 한 쌍의 혼련 로터끼리의 축간 거리를 작게 하는, 바꿔 말하면 연속 혼련 장치를 맞물림형으로 한 것이 개발되고 있다. 단, 축심간 거리의 축소에 수반하여 혼련 시에 혼련 로터에 가해지는 혼련 하중이 현저하게 증대되고, 이와 같은 큰 혼련 하중에 의해 혼련 로터나 이 혼련 로터를 지지하는 베어링에 악영향이 미칠 가능성도 높아진다.
따라서, 도 1에 도시되는 연속 혼련 장치(1)에서는, 이하의 수학식 3에 나타내는 바와 같이, 각 혼련 로터(3) 중 가장 하류측에 위치하는 혼련부인 제2 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트(15)의 회전 외경 D2가, 가장 상류측의 혼련부에 배치된 혼련인 제1 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트(11)의 회전 외경 D1보다도 크게 설정되어 있다.
Figure pct00003
구체적으로는, 본 실시 형태의 연속 혼련 장치(1)는 제1 혼련부(5)와, 제2 혼련부(8)의 2개의 혼련부를 가지므로, 「가장 하류측에 위치하는 혼련부」가 제2 혼련부, 「가장 상류측의 혼련부」가 제1 혼련부로 된다. 그로 인해, 이 연속 혼련 장치(1)의 특징은, 당해 각 혼련 로터(3) 중 제2 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트(15)의 회전 외경 D2가 제1 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트(11)의 회전 외경 D1보다 크다고 하는 점에 있다. 또한, 혼련 로터(3) 중 배출부(9)에 대응하는 부분은 상기 제2 혼련부의 회전 외경 D2와 거의 동일한 외경(배출 날개의 회전 외경) Dd를 갖는다.
이 연속 혼련 장치(1)에서는, 또한, 각 혼련 로터(3) 중 상기 제1 혼련부(5)를 구성하는 혼련 플라이트(11)의 회전 외경 D1이, 한 쌍의 혼련 로터(3, 3) 간의 축간 거리 L 이하이고, 제2 혼련부(8)를 구성하는 혼련 플라이트(11)의 회전 외경 D2가, 한 쌍의 혼련 로터(3, 3) 간의 축간 거리 L보다 큰 것이 바람직하다.
바꿔 말하면, 본 실시 형태의 연속 혼련 장치(1)는 다음과 같은 수학식 4를 만족시키는 것이 바람직하다.
Figure pct00004
상술한 수학식 4의 관계는, 각각의 혼련 로터(3)의 혼련 플라이트(11)의 회전 외경 D1을 축간 거리 L 이하로 작게 하여 당해 혼련 플라이트(11)끼리를 비맞물림으로 함과 함께, 각각의 혼련 로터(3)의 혼련 플라이트(15)의 회전 외경 D2를 축간 거리 L보다 크게 하여 당해 혼련 플라이트(15)끼리를 맞물리게 하는 것이라고 할 수도 있다.
단, 상기 혼련 플라이트(11)나 상기 혼련 플라이트(15)의 회전 외경을 너무 작게 하면, 혼련 능력이 크게 저하되어 버린다. 반대로, 상기 혼련 플라이트(11)나 상기 혼련 플라이트(15)의 회전 외경을 너무 크게 하면, 혼련 하중이 과대해진다. 그로 인해, 상술한 각 혼련 로터(3)의 혼련 플라이트(11)의 회전 외경 D1, 혼련 플라이트(15)의 회전 외경 D2 및 축간 거리 L은, 다음 수학식 5나 수학식 6에 나타나는 조건을 만족시키도록 설정되는 것이 바람직하다.
Figure pct00005
Figure pct00006
또한, 상기 회전 외경 D1 및 축간 거리 L1의 관계는, 상기 수학식 6의 조건에 더하여 다음 수학식 7의 조건을 만족시키는 것이 보다 바람직하다.
Figure pct00007
상술한 수학식 5 및 수학식 6, 바람직하게는 수학식 5 내지 수학식 7의 관계를 만족시키는 것은, 혼련 하중을 억제하면서 혼련 능력을 향상시키는 것을 가능하게 하여, 높은 혼련 능력을 발휘하면서도 안정된 운전을 계속 가능한 연속 혼련 장치(1)를 제공하는 것을 가능하게 한다. 즉, 상술한 수학식을 만족시키는 회전 외경을 갖는 혼련 로터(3, 3)를 구비한 연속 혼련 장치(1)에서는, 제1 혼련부에 대하여 비맞물림형이지만, 제2 혼련부에 대해서는 맞물림형이기 때문에, 제1 및 제2 혼련부 중 어느 것에 대해서도 비맞물림형인 장치에 비해 혼련 능력이 향상되고, 연속 혼련 장치(1) 전체의 혼련 능력도 높다. 한편, 혼련 하중을 가장 받기 쉬운 제1 혼련부는 비맞물림형이므로, 양혼련부 모두 맞물림형인 장치와 비교하면 혼련 하중은 그다지 커지지 않는다. 그 결과, 상기 연속 혼련 장치(1)에서는, 혼련 로터(3)에 가해지는 혼련 하중을 억제하는 효과와, 혼련 능력을 향상시키는 효과의 양립이 가능하게 되는 것이다.
실시예
다음에, 비교예와의 대비에 있어서, 상기 실시예에 관한 연속 혼련 장치(1)의 작용 효과를 더욱 상세하게 설명한다.
이후에 나타내는 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 중 어느 것에 있어서도, 난혼련성의 HDPE(고밀도 폴리에틸렌 수지)의 재료가 520㎏/h의 처리량으로 혼련되고, 재료에 가해진 비에너지가 0.240kWh/㎏ 정도로 될 때까지 혼련된다. 실시예 1, 실시예 2 및 비교예에 관한 연속 혼련 장치는, 각각, 표 1에 나타내는 바와 같은 혼련 로터(3)의 회전 외경(표 중에 나타내는 「로터 외경」), 배럴(2)의 내경(표 중에 나타내는 「챔버 내경」), 축간 거리, 팁 클리어런스를 구비하고 있다. 또한, 표 1에 나타내는 로터 외경 D11과 로터 외경 D21은, 상술한 혼련 로터(3) 중 제1 혼련부(5)를 구성하는 혼련 플라이트(11)의 회전 외경 D1에 상당한다. 또한, 표 1에 나타내는 로터 외경 D12와 로터 외경 D22는, 상술한 혼련 로터(3) 중 제2 혼련부(8)를 구성하는 혼련 플라이트(15)의 회전 외경 D2에 상당한다. 또한, 표 1에 나타내는 로터 외경 Dr1은, 상술한 혼련 로터(103) 중 제1 혼련부(105)를 구성하는 혼련 플라이트(111)의 회전 외경 d1에 상당하고, 표 1에 나타내는 로터 외경 Dr2는, 상술한 혼련 로터(103) 중 제2 혼련부(108)를 구성하는 혼련 플라이트(115)의 회전 외경 d2에 상당한다.
Figure pct00008
표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1에서는, 제1 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트(11)의 회전 외경 D11이 93.5㎜이며, 100m의 축간 거리 L보다도 작다. 또한, 제2 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트(15)의 회전 외경 D12는 120.4㎜로서 100㎜의 축간 거리 L이나 93.5㎜의 회전 외경 D11보다도 크다. 그로 인해, 실시예 1은 상술한 수학식 3 및 수학식 4의 관계를 모두 만족시킨다.
또한, 실시예 2에서는, 제1 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트(11)의 회전 외경 D21이 100.9㎜로서 100㎜의 축간 거리 L과 거의 동등하다. 또한, 제2 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트(15)의 회전 외경 D22는 상기 회전 외경 D12와 마찬가지로 120.4㎜로서 108㎜의 축간 거리 L이나 회전 외경 D21보다도 크다. 그로 인해, 실시예 2도, 상술한 수학식 3 및 수학식 4의 관계를 모두 만족시킨다.
한편, 비교예는, 제1 및 제2 혼련부의 양쪽이 비맞물림의 것이다. 구체적으로, 비교예에서는, 제1 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트(111)의 회전 외경 Dr1이 93.5㎜로서, 100㎜의 축간 거리 L보다 작다. 또한, 제2 혼련부의 혼련 플라이트(115)를 구성하는 회전 외경 Dr2는 93.5㎜로서, 100㎜의 축간 거리 L보다도 작게 되어 있다. 그로 인해, 비교예는 상술한 수학식 3과 수학식 4의 양쪽을 만족시키지 않는다.
표 1에 나타내는 바와 같은 회전 외경을 구비한 실시예 및 비교예에 관한 혼련 로터[3(103)]를 사용한 상술한 HDPE의 재료를 혼련하고, 혼련 후의 재료에 있어서의 겔의 발생 상태를 계측하고, 각 혼련 로터[3(103)]의 혼련 성능을 비교하였다. 또한, 이 혼련 성능의 평가에는, 재료 중에서의 겔의 발생 상태를 평가하는 ISO(ISO11420 : 1996년에 규정된 평가 방법) 및 WSA(겔 면적률)를 사용하였다.
상기 ISO(ISO11420)는 폴리올레핀관, 조인트 및 컴파운드의 카본 블랙의 분산도를 평가하는 방법에 관한 규정이며, 통상 카본 블랙 입자와, 응집체의 사이즈와, 3％ 미만의 카본 블랙을 함유하는 폴리올레핀 파이프, 조인트 및 컴파운드 중에서의 분산성의 평가를 위한 수순에 대해서 설명하는 것이다.
또한, WSA는, 혼련 후의 재료 표면에 존재하는 겔의 현미경에 의한 확인에 기초하여, 미리 정해진 관찰 시야 면적(1495㎛×1128㎛) 중에 겔의 면적이 어느 정도의 비율로 존재하고 있는지를 나타낸 지표이다. 이 WSA는, 예를 들어 재료 중에 카본을 섞어 혼련을 행한 경우에, 카본이 포함되어 있지 않은 겔 부분이 어느 정도의 비율로 존재하는지를 나타낸다. 도 2 및 도 3에, ISO 및 WSA의 계측 결과를 나타낸다.
도 2 및 도 3에 있어서의 비교예(△의 범례)의 변화에 주목하면, 재료에 가해지는 비에너지가 커짐에 따라서, ISO에 의한 평가값이나 WSA는 작아져 가, 혼련의 진행에 수반하여 재료 중의 겔이 적어지고 있는 것을 알 수 있다. 단, 비교예에서는, 비에너지를 0.240kWh/㎏ 정도로 될 때까지 혼련을 행해도, ISO에 의한 평가값이나 WSA는 어느 정도까지밖에 감소하지 않아, 실시예 1이나 실시예 2에 비해 감소 정도는 명백하게 낮다.
또한, 실시예 1(●의 범례)이나 실시예 2(○의 범례)에서의 변화에 주목하면, 재료에 가해지는 비에너지의 변화에 관계없이, ISO에 의한 평가값이나 WSA는 작은 상태 그대로이다. 이것은, 실시예 1 및 2에 관한 장치가 혼련 개시 직후부터 큰 혼련 능력을 발휘하여 겔이 거의 없어질 때까지 혼련할 수 있는 것을 나타내고 있다. 따라서, 실시예 1이나 실시예 2와 같이, 상술한 수학식 3 및 수학식 4의 관계를 모두 만족시키는 경우에는, 혼련 능력을 크게 향상시킬 수 있다고 하는 우수한 효과를 발휘할 수 있다고 판단된다.
한편, 도 4는 실시예 및 비교예에 있어서의 혼련 로터(3)에 가해지는 혼련 하중을 다양한 운전 조건 하에서 계측한 결과를 도시한 도면이다. 또한, 도 4에 도시한 비교예의 결과는, 비맞물림 상태로 된 비교예의 혼련 로터(103)에 가해지는 혼련 하중을 나타낸 것이다. 이 혼련 로터(103)에 가해지는 혼련 하중은, 700kgf∼1700kgf로 되어 있어, 혼련 로터(103)에 가해지는 내하중의 설계 상한인 3000kgf를 하회한다.
그런데, 회전 외경 D1이나 회전 외경 D2가 축간 거리 L을 상회할 때까지 혼련 로터(3)끼리가 근접한 맞물림 상태에서는, 이 혼련 하중의 값은 2배 내지 3배 정도까지 상승하여, 내하중의 설계 상한인 3000kgf를 상회하게 되어, 혼련 로터(3)의 파손, 또는 혼련 로터(3)를 지지하는 베어링의 파손 가능성을 무시할 수 없게 된다.
이와 같은 비교예에 대하여, 상술한 수학식 3 및 수학식 4를 만족시키는 실시예 1 및 실시예 2에서는, 혼련 로터(3)끼리가 맞물림 상태임에도 불구하고, 이들 혼련 로터(3)에 가해지는 혼련 하중은, 1300kgf∼2500kgf의 범위에 들어가 있어, 내하중의 설계 상한인 3000kgf를 상회하지 않는다. 이것으로부터, 실시예 1이나 실시예 2와 같이, 상술한 수학식 3 및 수학식 4의 관계를 모두 만족시키는 경우에는, 혼련 능력의 향상 외에, 혼련 하중의 억제라고 하는 우수한 효과를 발휘할 수 있는 것을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 연속 혼련 장치(1)에 있어서의 각 혼련 로터(3)에 대하여, 하류측에 위치하는 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트(15)의 회전 외경 D2를, 상류측의 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트(11)의 회전 외경 D1보다도 크게 함으로써, 혼련 로터(3)에 가해지는 혼련 하중을 억제하면서도 혼련 로터(3)끼리의 맞물림을 크게 할 수 있어, 난혼련성의 재료라도 충분한 혼련이 가능하게 된다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 특히, 금회 개시된 실시 형태에 있어서, 명시적으로 개시되어 있지 않은 사항, 예를 들어 운전 조건이나 조업 조건, 각종 파라미터, 구성물의 치수, 중량, 체적 등은, 당업자가 통상 실시하는 범위를 일탈하는 것은 아니고, 통상의 당업자라면 용이하게 상정하는 것이 가능한 값을 채용하고 있다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 축방향을 따라서 배열되는 복수의 혼련부 중, 가장 상류측의 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트의 회전 외경 D1과, 가장 하류측에 위치하는 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트의 회전 외경 D2가, 수학식 3∼수학식 7을 만족시키지만, 본 발명의 연속 혼련 장치는, 가장 상류측의 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트와 가장 하류측의 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트 사이에 상술한 수학식 3∼수학식 7이 성립하는 것만으로 한정되지 않는다. 즉, 가장 상류측이나 가장 하류측 이외의 혼련부라도, 상대적으로 상류측 및 하류측에 각각 위치하는 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트의 회전 외경끼리의 사이에 수학식 3∼수학식 7의 관계가 성립하는 것은 본 발명의 연속 혼련 장치에 포함된다고 생각할 수 있다.
이상과 같이, 한 쌍의 혼련 로터를 구비한 연속 혼련 장치이며, 상기 혼련 로터에 가해지는 혼련 하중을 억제하면서도 혼련 로터끼리의 맞물림을 크게 할 수 있어, 난혼련성의 재료라도 충분한 혼련이 가능한 장치가 제공된다. 이 연속 혼련 장치는, 내부가 공동으로 된 배럴과, 당해 배럴에 수용됨과 함께 서로 다른 방향으로 맞물림 상태에서 회전하는 한 쌍의 혼련 로터이며, 각각의 혼련 로터가 상기 배럴 내에 공급된 재료를 혼련하기 위한 복수의 혼련 플라이트를 갖고, 이들 혼련 플라이트가 당해 혼련 로터의 축방향을 따라서 배열되는 것을 구비한다. 상기 복수의 혼련 플라이트와 상기 배럴 중 상기 각 혼련 플라이트를 각각 수용하는 부분이, 상기 혼련 로터의 축방향을 따라서 배열되는 복수의 혼련부를 구성한다. 상기 각 혼련 로터는, 당해 혼련 로터의 회전에 수반하여 상기 배럴 내에 공급된 재료를 상류측의 혼련부로부터 하류측의 혼련부까지 축방향으로 보냄으로써 각각의 혼련부에서 순차적으로 상기 재료의 혼련을 행하게 하는 형상을 갖는다. 상기 각 혼련 로터에 있어서, 하류측에 위치하는 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트는, 상류측에 위치하는 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트의 회전 외경 D1보다도 큰 회전 외경 D2를 갖는다.
이 연속 혼련 장치에서는, 각각의 혼련 로터 중, 상류측에 위치하는 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트의 회전 외경 D1을 작게 함으로써 혼련 로터에 가해지는 혼련 하중을 억제하면서도, 하류측에 위치하는 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트의 회전 외경 D2를 크게 하여 당해 하류측의 혼련부끼리의 맞물림을 크게 함으로써, 난혼련성의 재료라도 충분한 혼련이 가능하게 된다.
바람직하게는, 상기 복수의 혼련부는, 당해 혼련 로터의 축방향으로 거리를 두고 배열되는 제1 혼련부와 제2 혼련부를 포함하고, 상기 한 쌍의 혼련 로터는 각각의 축심이 서로 평행하게 되도록 배치되고, 상기 각 혼련 로터의 혼련 플라이트 중 상기 제1 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트는, 상기 한 쌍의 혼련 로터간의 축간 거리 L보다 작은 회전 외경 D1을 갖고, 상기 각 혼련 로터의 혼련 플라이트 중 상기 제2 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트는, 상기 한 쌍의 혼련 로터간의 축간 거리 L보다 큰 회전 외경 D2를 갖는다. 상기와 같이 축간 거리 L보다 작은 회전 외경 D1을 갖는 제1 혼련부는, 서로 맞물리지 않고 이격함으로써, 혼련 하중의 억제에 기여하는 한편, 축간 거리 L보다 큰 회전 외경 D2를 갖는 제2 혼련부는, 서로 맞물림으로써, 혼련 능력의 향상에 기여한다.
보다 구체적으로는, 상기 복수의 혼련부 중 상기 회전 외경 D1을 갖는 혼련 플라이트를 포함하는 상기 제1 혼련부가 가장 상류측에 배치된 것이며, 상기 회전 외경 D2를 갖는 혼련 플라이트를 포함하는 상기 제2 혼련부가 가장 하류측에 배치된 것인 것이 바람직하다.

Claims (3)

  1. 연속 혼련 장치이며,
    내부가 공동으로 된 배럴과,
    당해 배럴에 수용됨과 함께 서로 다른 방향으로 맞물림 상태에서 회전하는 한 쌍의 혼련 로터이며, 각각의 혼련 로터가 상기 배럴 내에 공급된 재료를 혼련하기 위한 복수의 혼련 플라이트를 갖고, 이들 혼련 플라이트가 당해 혼련 로터의 축방향을 따라서 배열되는 것을 구비하고,
    상기 복수의 혼련 플라이트와 상기 배럴 중 상기 각 혼련 플라이트를 각각 수용하는 부분이, 상기 혼련 로터의 축방향을 따라서 배열되는 복수의 혼련부를 구성하고, 상기 각 혼련 로터는, 당해 혼련 로터의 회전에 수반하여 상기 배럴 내에 공급된 재료를 상류측의 혼련부로부터 하류측의 혼련부까지 축방향으로 보냄으로써 각각의 혼련부에서 순차적으로 상기 재료의 혼련을 행하게 하는 형상을 갖고,
    상기 각 혼련 로터에 있어서, 하류측에 위치하는 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트는, 상류측에 위치하는 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트의 회전 외경 D1보다도 큰 회전 외경 D2를 갖는, 연속 혼련 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 혼련부는, 당해 혼련 로터의 축방향으로 거리를 두고 배열되는 제1 혼련부와 제2 혼련부를 포함하고,
    상기 한 쌍의 혼련 로터는 각각의 축심이 서로 평행하게 되도록 배치되고,
    상기 각 혼련 로터의 혼련 플라이트 중 상기 제1 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트는, 상기 한 쌍의 혼련 로터간의 축간 거리 L보다 작은 회전 외경 D1을 갖고,
    상기 각 혼련 로터의 혼련 플라이트 중 상기 제2 혼련부를 구성하는 혼련 플라이트는, 상기 한 쌍의 혼련 로터간의 축간 거리 L보다 큰 회전 외경 D2를 갖는, 연속 혼련 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 혼련부 중 상기 회전 반경 D1을 갖는 혼련 플라이트를 포함하는 상기 제1 혼련부가 가장 상류측에 배치되고, 상기 회전 반경 D2를 갖는 혼련 플라이트를 포함하는 상기 제2 혼련부가 가장 하류측에 배치되어 있는, 연속 혼련 장치.
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