KR820000534B1 - 혼합 반죽장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

혼합 반죽장치

제1도는 종래의 내부믹서의 로우터의 평면도,

제2도 및 제3도는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ선 및 Ⅲ-Ⅲ선 단면도,

제4도는 종래의 다른 로우터의 평면도,

제5도 및 제6도는 제4도의 Ⅴ-Ⅴ선 및 Ⅵ-Ⅵ선 단면도,

제7a,b도는 본 발명 본 발명 및 종래의 장치에 의한 혼합반죽 상태의 대비 특성도,

제8도는 본 발명의 로우터의 평면도,

제9도는 혼합반죽효과와 온도와의 관계도,

제10도는 혼합반죽효과와 혼합반죽시간과의 관계도이다.

본 발명은 이른바 내부 믹서에 있어서 재료의 종류에 관계없이 충분한 혼합반죽을 할 수 있는 혼합반죽 장치에 관한 것이다.

내부믹서는 고무나 플라스틱의 혼합반죽에 적합한 배치(batch)식 혼합반죽기이며, 특히 고무의 초벌반죽, 카아본 매스터 배치반죽, 또는 보통 전처리 반죽이라고 일커르는 가황제(加黃劑)를 이겨 넣는데 적합한 믹서로서, 타이어 제조 등의 고무공업에 있어서 없어서는 않되는 기계설비인 것이다.

종래의 내부믹서는, 제1∼3도에 표시 하듯이 체임버(chamber)(1)내에 한쌍의 역방향으로 회전하는 병렬의 로우터(2),(3)를 배치하여 이루어져있고 각각의 로우터에는 긴날개(4)및 짧은 날개(5)를 설치하고 이들 날개는 로우터의 축둘레에 나선상으로 연장되어 있고 또 그 감긴 방향은 긴날개와 짧은 날개로서 반대방향으로 되어 있다.

그리고 도면에 표시하지 않은 호퍼에서 투입된 재료는 로우터의 흡입작용 및 플로우팅 웨이트의 밀어넣는 작용에 의해서 공급구(10)에서 혼합반죽실(7)안으로 압입되면 여기서 로우터에 의해서 로울링 작용을 받은 후 로우터의 날개선단과 케이싱 내벽과의 사이(칩 클리어런스 6)에서 갈아으깨지면서 통과하고, 로우터의 축방향으로 보내진다.

이 작용은 긴 날개 및 짧은 날개의 각각에 의해서 행해지고 두 날개는 감겨있는 방향이 반대로 되어 있기 때문에 재료는 각 로우터에 대하여 단부에서 중앙부로 이송되고 혼합반죽된 재료는 체임버의 하부에서 끄집어 낸다.

또 제4-6도에 표시하는 것 같이 각 로우터에 긴 날개와 짧은 날개를 각각2개 합계 4개의 날개를 갖춘 이른바 4익(翼)로우터가 있다.

이 구성으로도 작용은 거의 같으나 2익 로우터에 비교해서 2배의 칩(chip)을 가졌기 때문에 첨가제의 마이크로 분산이 진행되고 혼합반죽 능률이 높은 것이 일반적이다.

한편 균일된 혼합물을 얻기 위해서는 마이크로한 분산이 행해짐과 동시에 혼합반죽물의 어느 부분을 떠내도 첨가한 약품이나 첨가제의 농도가 일정하고 또 혼합반죽물의 농도가 일정하게 되도록 균일하게 혼합하는 이른바 매크로한 분산 작용도 중요하다.

예컨데 타이어 제조업의 전처리 반죽공정에서 가황제의 균일된 혼합이 이루어지지 않으면 최종제품의 물성에 편차가 생겨 일정품질의 타이어를 제조하기가 곤란하다.

특히 최근의 타이어는 고속주행시의 안전성을 높이기 위해서 타이어 속에 스틸일코오드를 배합한 스틸레이듀얼타이어의 비율이 증가하고 있으나 이 스틸레이 듀얼타이어 용의 고무로서는 종래의 타이어용고무 보다도 훨씬 경질이며 균일된 혼합분산이 곤란한 재료가 사용되는 경향이 있다.

그 때문에 종래의 내부믹서로서는 혼합반죽기의 강도가 부족한다든지 약품의 균일분산성이 부족하는 등의 문제를 일으키는 경우가 있다.

본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 내부믹서의 혼합반죽에 있어서 믹서속의 재료의 움직임에 착안하고 재료의 종류에 관계없이 매크로적으로도 충분한 혼합을 할 수 있는 혼합반죽장치를 얻기를 목적으로 한 것이다.

내부믹서의 로우터는 상기 제1-6도에 표시하듯이 나선상의 날개를 지녔고 재료를 로우터의 축방향으로 보내도록 하고 있다. 따라서 혼합반죽실의 내부에서의 재료의 움직임은 로우터의 축방향의 흐름과 로우터를 수용하는 좌우의 혼합반죽실 상호간의 흐름으로 분리된다.

균일된 혼합반죽물을 얻는데는 상기 축 방향의 흐름과 혼합반죽실 상호간의 흐름을 활발히 하고 혼합반죽실내에서 재료의 체류가 생기지 않도록 할 필요가 있다.

4익 로우터를 갖춘 내부믹서(내용적 236ℓ)로 경질고무의 전처리반죽을 한 결과 어떤 종류의 고무에서는 약품의 분산이 현저하게 불균일해지고, 2익 로우터의 것과 비교하면 첨가제의 균일 분산이 현저하게 열등한 것이 판명되었다. 그래서 그 이유를 해명하기 위해서 모델시험기를 제작하고, 믹서 내부에 있어서의 재료의 흐름의 상태를 관찰하였다.

또한, 모델시험기의 배럴(barrel)은 아크릴 수지제로 하고 내부에 있어서의 재료의 흐름을 직접 관찰할 수 있는 구조로 하였다. 또 분산의 좋고 나쁨을 정량적으로 평가하기 위해 착색된 플라스틱 비이드(beads)(폴리스틸렌)를 일정량 첨가하고 혼합반죽 후 일정한 샘플에 포함된 비이드 수를 되풀이(n회)해서 측정하여 비이드 수의 편차(σn-1)로 표시하였다. 모델 시험기는 내용적 1.7ℓ의 내부믹서와 같은 치수로 하고 또 실용믹서속의 경질고무와 유사한 흐름거동을 나타내는 재료로서 CMC(카르복시·메틸·셀룰로오즈)의 30% 수용액이 적합하다는 것을 발명하고 이것을 사용하였다.

상기 모델시험기에 의해서 2익 로우터 및 4익 로우터에 의한 모델물질의 혼합반죽실험을 한 결과는 제7a,b도에 표시한 바와 같으며 제7a도는 혼합반죽시간 40초, b도는 혼합반죽시간 60초의 경우의 비이드의 편차 상황을 나타내고 있다.

2익 로우터의 경구 (11)은 4익 로우터의 경우 (12)에 비고하여 충전률(혼합반주길 사이에의 점하는 재료의 체적비율)이 0.4-1.0의 넓은 범위에 걸쳐서 비이드이 분산이 양호하고 또 혼합반죽시간이 짧어도 균일한 분산이 진행되나 4익 로우터로는 충전률이 높아지면 현저하게 분산이 나빠지고 또 혼합반죽 시간을 연장시키더라도 분산은 개선되지 않는다.

4익 로우터가 이와 같이 분산이 나쁜 이유는 1개의 로우터에 2개의 긴날개와 2개의 짧은 날개가 각각 재료를 중앙부로 미는 방향으로 비틀어저 있기 때문에 로우터의 긴 날개와 짧은 날개가 접하는 중앙부에서는 각각의 날개 끝은 제6도에 표시하는 것 같이 90°씩 위상(位相)을 벌리고 재료의 흐름을 잘하도록 배치되어 있으나 긴 날개에 의해서 로우터 측의 일단에서 중앙부로 밀려흐른 재료는 단부를 벗어난 후에 믹서의 다른 끝까지 충분히 이동할 여유도 없이 긴 날개라는 반대의 방향으로 비틀어진 짧은 날개에 의해서 재차 긴 날개의 방향으로 밀어되돌려져서 로우터의 중앙부에서 서로 밀리는 상태가 되고 이 때문에 균일된 혼합을 하기 위해서 필요한 재료의 축방향 흐름이 부족한 것이 명백해졌다.

이에 대해서 2익 로우터의 경우에는 제1도에 표시하는 것 같이 긴날개의 단부와 짧은 날개의 단부가 로우터의 중앙부에서 일부 겹쳐지도록 배치되어 있으나 긴 날개에 의해서 로우터 축의 중앙부의 방향으로 흐른 재료는 긴 날개의 단부에서 해방되면 짧은 날개의 이면쪽의 공간에 흘러들어가고 재차 긴 날개의 부분에 밀려흐른다.

따라서 재료의 움직임 자체는 4익 로우터와 같으나 긴 날개와 짧은 날개는 각 1개 밖에 없고 이 때문에 재료가 이동하는 공간이 많고 축방향의 흐름이 커져서 혼합반죽물의 균일한 혼합이 진행되는 것을 판명하였다.

4익 로우터의 이와 같은 재료의 흐름 부족에 따른 불균일한 혼합반죽에 대하여는 데이비드·제트·타이손 등이 일본 특공소 42-27032호 공보에서 제안하고 있다.

즉 긴 날개와 짧은 날개의 단면 형상을 로우터의 중심모임의 단부에 있어서 로우터의 불록함을 주리고 단면적을 감소시키므로서 재료의 흐름을 개선하고 균일분산을 도모하고 있다.

그래서 본 발명자는 이것을 실시하여 경질고무의 혼합반죽을 해보았으나 경질고무에 대해서는 충분한 효과는 발휘되지 않고 실용적으로는 만족치 못한 결과밖에 얻지 못하였다.

그래서 본 발명자는 경질고무와 유사한 거동을 하는 CMC 수용액을 사용하고 또 4익 로우터의 갖는 혼합반죽 효율이 높은 것을 살리고져 날개 형상에 대해서 여러가지로 연구를 거듭한 결과 제8도에 표시한 바와 같은 날개형상으로 하면 좋다는 것을 발견하였다.

즉 한쌍의 병렬의 로우터(2)(3)에는 각각 긴 날개(4)와 짧은 날개(5)가 설치되어서 그들 날개는 재료를 축방향으로 보내도록 나선상으로 형성되어 있는 점에서는 종래것과 같으나 본발명에서는 그 나선의 감긴방향이 각각의 로우터에 대하여 긴 날개와 짧은 날개를 같은 방향으로 구성함과 동시에 재료의 축방향에 따른 유동방향이 한편의 로우터와 다른 편의 로우터에 있어서 서로 반대방향으로 되도록 설정하고 있다.

이와 같이 긴 날개와 짧은 날개의 흐름방향을 같게 하면 재료가 중앙부에 체류하는 일이 없이 축방향으로 흐름이 촉진되고 또한 다른 편의 로우터로 반대방향으로 유동이 되어지기 때문에 전체로서 크게 선회 유동한다.

이 구성의 장치에 의해서 혼합반죽을 하면, CMC 수용액 중에 플라스틱 비이드를 균일하게 분산시키는 능력은 제7도 곡선(13)으로 표시하듯이 종래 분산능력이 우수하다고 하고 있는 2익 날개로우터를 웃도는 균일한 분산이 행해지고 있는 것이 나타났다.

특히 충전률과 넓은 범위에서 분산이가능하다는 것도 특징이다.

또 상기 구성을 실제의 믹서에 적용하여 경질고무에 가황용의 약품을 첨가하여 전처리 반죽을 하였을 경우에도 똑같이 우수한 결과를 얻었다.

또 가황용 약품의 혼합반죽은 보통 전처리 반죽이라고 칭하고 혼합반죽중의 약품의 가황반응을 방지하기 위해서 고무온도를 일정온도(예컨데 110℃)를 초과하지 않는 범위로 억제할 필요가 있다.

따라서 혼합반죽에 의해서 온도상승을 초래하는 일이 없고, 충분한 분산이 이루어지는 일이 필요하다.

또 단지 혼합반죽실의 안에서의 재료의 선회운동을 향상시킬 뿐의 목적이면 예컨데 일본 실공소 49-43330호 공보에 있듯이 짧은 날개와 긴 날개를 연속시킨 연속날개를 채용한 것이 있으나 이것으로는 연속날개의 경우에는 고무의 온도상승이 심하고 전처리 반죽에는 적합하지 않다는 것이 판명하였다.

또, 본원과 같이 날개를 긴 날개와 짧은 날개로 분할하므로서 로우터가 혼합반죽속에 받는 스러스트(thrust)함이 연속날개의 경우에 비교해서 약 반으로 경감할 수 있다.

[실시예]

내용적 4.3ℓ의 내부믹서에 제8도에 표시한 것 같은 축에 대하여 같은 비틀린 각(34.5°)을 지닌 각 2개의 긴 날개와 짧은 날개를 배치한 로우터로 시작하였다.

또 짧은 날개와 긴 날개의 길이의 비(Ls/Ll)는 0.49이다. 로우터의 회전수는 40RPM로 하고 종래의 표준적인 2익 및 4익 로우터를 비교하였다.

경질고무에 가황용 약품을 혼합반죽하였을 때의 고무온도 및 반죽시간과 약품의 분산도와의 관계는 제9도 및 제10도에 표시한 바와 같다.

동도에 있어서 (14)는 2익 표준로우터, (15)는 4익 표준로우터, (16)은 본원로우터에 의하는 것을 표시하고 있다.

약품분산도는 편차에 의해서 판정하고 이 편차가 작은 치를 표시할수록 약품이 균일하게 분산하고 있는 것을 표시하고 있다.

도면에서 명백한 바와 같이 본원 로우터는 믹서로의 충전률을 대폭적으로 변화시켜도 첨가물이 균일하게 분산하고 또 전처리 반죽용으로서 사용한 경우에도 고무온도를 높이지 않고 가황산 약품의 균일한 분산이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 로우터의 날개의 개량에 의해서 매크로적 및 마이크로적인 혼합반죽이 양호하게 행해지도록 한 것이며 전처리 반죽 뿐만 아니라 초벌반죽 카이본마스터 배치반죽등 다른 고무혼합반죽에도 뛰어난 효과를 발휘할 수 있는 것이다.

또 상기 실시예에서는 4익 날개의 예에 대해서만 표시하였으나 2익 기타의 날개수를 채용하여도 좋은것은 물론이다.

또 본원에서는 재료의 흐름이 좋기 때문에 상기 특공소 42-27032호 공보에 기재된 로우터와 같이 중심부를 훌쭉하게 할 필요가 없으므로 강도면에서 우수하고 내구성이 풍부하다고 하는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 케이싱과 엔드플레임에 의해 밀폐된 믹싱체임버내에 한쌍의 역방향으로 회전하는 병렬의 로우터가 배치되고 각 로우터는 긴 날개와 짧은 날개를 지녔고, 이들의 날개는 로우터의 중심선 둘레에 나선상으로 연장되어 있는 혼합반죽장치에 있어서, 그 나선의 감긴방향은 각각의 로우터에 대하여 긴 날개와 짧은 날개를 같은 방향으로 구성함과 동시에 피혼합반죽물의 로우터축에 따른 유동방향이 한쪽의 로우터와 다른쪽의 로우터에 있어서 서로 반대방향으로 되도록 설정한 것을 특징으로 하는 혼합반죽장치.

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