KR820000536B1 - 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 및 종래의 장치에 의한 혼합반죽상태의 대비 특성도,

제8도는 본 발명의 로우터의 평면도,

제9도는 로우터의 익장비(翼長比)와 혼합반죽상태와의 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 마스터 배치 또는 보통 전처리 반죽이라고 일커르는 가황제(加黃劑)를 이겨넣는데 적합한 믹서로서 타이어 제조등의 고무공업에 있어서 없어서는 않될 기계설비인 것이다.

종래의 내부믹서는, 제1-3도에 표시한 것 같이 체임버(chamber)(1)안에 한쌍의 반대방향으로 회전하는 병렬(竝列)의 로우터(2)(3)를 배치하여 이루어져있고, 각각의 로우터에는 긴날개(4)와 짧은 날개(5)를 설치하고 이들 날개는 로우터의 축둘레에 나선상으로 연장되어 있고 또한 그 감긴 방향은 긴날개와 짧은 날개와 짧은 날개로서 반대방향으로 되어 있다.

그리고 도면에 표시하지 않은 호퍼(hopper)에서 투입된 재료는 로우터의 흡입작용 및 플로우팅 웨이트(floating weight)의 밀어넣는 작용에 의해서 공급구(10)에서 혼합반죽실(7)안으로 압입되고 여기서 로우터에 의해서 로울링 작용을 받은 후 로우터의 날개 선단과 케이싱 내벽과의 사이(칩 클리어런스 (6))에서 갈아으깨지면서 통과하고 로우터의 축방향으로 보내진다.

이 작용은 긴 날개 및 짧은 날개의 각각에 의해서 행해지고, 두 날개는 감긴 방향이 반대로 되어 있기 때문에 재료는 각 로우터에 대하여 끝부분에서 중앙부로 이송되고 혼합반죽된 재료는 체임버의 하부에서 꺼낸다.

또 제4-6도에 표시하는 것 같이 각 로우터에 긴 날개와 짧은 날개를 각2개, 합계 4개의 날개를 갖춘 이른바 4익(翼)로우터가 있다.

이 구성으로도 작용은 거의 같으나 2익 로우터에 비교해서 2배의 칩(chip)을 가지고 있기 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 행해지지 않으면 최종제품의 물성에 편차가 생기고 일정품질의 타이어를 제조하기가 곤란하다.

특히 최근의 타이어는 고속 주행시의 안전성을 높이기 위해서 타이어 안에 스티일 코우드를 배합한 스티일 레이듀얼 타이어의 비율이 증가되고 있으나 이 스티일 레이 듀얼 타이어용의 고무로서는 종래의 타이어용 고무보다도 훨씬 경질이며, 균일된 혼합,분산이 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 믹서안의 재료의 움직임에 착안하고 재료의 종류에 관계없이 매크로적으로도 충분한 혼합을 할 수 있는 혼합반죽장치를 얻는 것을 목적으로 하는 것이다.

내부믹서의 로우터는 상기 제1-6도에 표시한 것 같이, 나선상의 날개를 지녔고, 재료를 로우터의 축방향으로 보내도록 하고 있다.

따라서 혼합반죽실의 내부에서의 재료의 움직임은 로우터의 축방향의 흐름과 로우터를 수용하는 좌우의 혼합반죽실 상호간의 흐름으로 구분된다.

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

4익 로우터를 갖춘 내부믹서(내용적 236ℓ)로 경질고무의 전처리반죽을 한 결과 어떤 종류의 고무에서는 약품의 분산이 현저하게 불균일하게 되고 2익 로우터의 것과 비교하면 첨가제의 균일 분산이 현저하게 열등하다는 것을 판명되었다.

그래서 그 이유를 해명하기 위해서 모델시험기를 제작하고, 믹서내부에 있어서의 재료의 흐름의 상태를 관찰하였다. 또한 모델시험기의 배럴(barrel)을 아크릴 수지제로 하고, 내부에 있어서의 재료의 흐름을 직접 관찰할 수 있는 구조로 하였다.

또 분산의 좋고 나쁨을 점량적으로 평가하기 위해서 착색된 플라스틱 비이드(beads)(폴리스틸렌)을 일정량 첨가하고, 혼합반죽 후 일정한 샘플에 포함된 비이드수를 되풀이(n회)해서 측정하여 비이드 수의 편차(σn-1)로 표시하였다. 모델 시험기는 내용적 1.7ℓ의 내부믹서와 같은 치수로 하고 또 실용믹서안의 경질고무와 유사한 흐름거동을 나타내는 재료로서 CMC(카르복시·메틸·셀률로오즈)의 30% 수용액이 적합하다는 것을 발명하고 이것을 사용하였다.

상기 모델시험기에 의해서 2익 로우터 및 4익 로우터에 의한 모델물질의 혼합반죽실험을 한 결과는 제7a,b도로 표시한 것과 같으며 제7a도는 혼합반죽시간 40초, (b)도는 혼합반죽시간 60초의 경우의 비이드의 편차 상황을 나타내고 있다.

2익 로우터의 경구 (11)은 4익 로우터의 경우 (12)와 비교하여 충전률(혼합반죽실 공간에 점하는 재료의 체적비율)이 0.4-1.0의 넓은 범위에 걸쳐서 비이드의 분산이 양호하고 또 혼합반죽시간이 짧어도 균일된 분산이 진행되나 4익 로우터로는 충전률이 높아지면 현저하게 분산이 나빠지고 또 혼합반죽 시간을 연장하여도 분산은 개선되지 않는다.

4익 로우터가 이와 같이 분산이 나쁜 이유는 1개의 로우터에 2개의 긴날개와 2개의 짧은 날개가 각각 재료를 중앙부로 미는 방향으로 비틀려져 있기 때문에 로우터의 긴 날개와 짧은 날개가 접하는 중앙부에서는 각각의 날개끝은 제6도에 표시한 것 같이 90°씩 위상을 벌리고, 재료의 흐름을 좋게 하도록 배치되어 있으나 긴 날개에 의해서 로우터 축의 일단에서 중앙부로 밀려들어간 재료는 긴 날개의 끝부분을 벗어난 후에, 믹서의 다른 끝까지 충분히 이동하는 여유도 없고 긴 날개와는 반대의 방향으로 비들려진 짧은 날개에 의해서 재차 긴 날개의 방향으로 밀려 되돌려저서 로우터의 중앙부에서 서로 미는 상태로 되고 이 때문에 균일된 혼합을 하기 위해서 필요한 재료의 축방향으로의 흐름이 부족한 것이 명백하게되었다.

이에 대해서 2익 로우터의 경우에는 제1도에 표시한 것 같이 긴 날개의 끝부분과 짧은 날개의 끝부분이 로우터의 중앙부에서 일부가 겹쳐지도록 배치되어 있으나 긴 날개에 의해서 로우터축의 중앙부 방향으로 흐른 재료는 긴 날개의 끝부분에 의해서 벗어나지면 짧은 날개의 뒤쪽의 공간으로 흘러 들어가고 재차 긴 날개의 부분에 밀려진다.

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

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

즉 긴 날개와 짧은 날개의 단면형상을 로우터의 중심 모임의 끝부분에 있어서 로우터의 불툭함을 주리고 단면적(斷面積)을 감소시킴으로서 재료의 흐름을 개선하고 균일분산을 도모하고 있다.

그래서 본 발명자는 이것을 실시하여 경질고무의 혼합반죽을 해본 결과 경질고무에 대해서는 충분한 효과를 발휘하지 못하고, 실용적으로는 만족치 못한 결과 밖에 얻지 못하였다.

그래서 본 발명자는 경질고무와 유사한 거동을 하는 CMC 수용액을 사용하고 또한 4익 로우터의 지닌 혼합반죽효율이 높은 것을 살리고자 날개 형상에 대해서 여러가지로 연구를 거듭하였다. 먼저 모델시험기로 재료의 흐름을 검토하고 뛰어난 성과를 나타낸 로우터 형상에 대해서 소형 내부믹서(내용적 4.3ℓ)로 효과를 확인한 뒤에 실용믹서(내용적 236ℓ)로 스케일업 하고 실용성능을 확인하였다.

4익 로우터의 분산이 나쁜 이유는 재료의 축방향 흐름이 나쁜 것에 기인하기 때문에 우선 축방향 흐름을 개선하기 위해서, 모델시험기로 날개의 비틀린 각이나 단면형상은 종래의 표준적인 로우터와 같은 치(値)로 고정하고 긴 날개와 짧은 날개의 길이의 비를 변화시켜서 CMC 안에서의 플라스틱 비이드의 균일 분산에 미치는 영향을 조사하였다.

그 결과 제8도에 표시하는 짧은 날개와 긴 날개의 비(Ls/Ll)를 일정치 이하로 하면 혼합반죽물 속의 플라스틱 비이드의 편차가 감소하고 균일성이 각별히 향상하는 것을 판명하였다. 즉 짧은 날개와 긴 날개의 각각의 축방향의 길이의 비율을 변경시킴으로서 혼합물의 균일성이 현저하게 향상하고 종래의 표준적인 익장비(翼長比) 0.49로는 도저히 달할 수 없는 양호한 분산성을 지닌 4익 로우터가 제작될 수 있는 것이 명백하여졌다. 즉 제9도는 비이드의 편차와 익장비와의 관계를 표시하고 (14)는 혼합반죽시간 40초, (15)는 60초의 경우의 특성을 표시하고 있다. 이 도면으로도 명백한 것 같이 익장비가 0.4를 넘으면 편차가 급격히 커지고 익장비가 적어질수록 분산이 양호하게 이루어지는 것을 알 수 있다.

또한 균일분산을 달성하기 위해서는 짧은 날개의 길이를 0으로 하고 연속된 긴 날개만으로 구성되는 로우터가 바람직하지만, 긴 날개만으로 되는 로우터로는 재료의 혼합반죽시에 로우터가 받는 스러스트(thrust)하중이 과대해지고, 또 믹서의 측벽에 재료를 강하게 압축하는 작용이 작동해서 국부적인 과열을 일으키는 등의 결점이 있다.

그래서 익장비를 0.48이하, 바람직하기는 0.3-1.15의 범위에서 설정한다.

익장비가 0.4의 경우의 모델물질에 의한 혼합반죽 실험의 결과는 제7도 곡선(13)으로 표시한 것 같이되고 종래의 2익 로우터에 필적하는 양호한 결과를 나타낸다.

[실시예]

내용적 236ℓ의 내부 믹서에 익장비(Ls/Ll)는 0.49의 표준적인 로우터와 익장비가 0.23의 본원의 로우터를 사용하여 천연고무의 초벌반죽과 가황제를 분산시키는 전처리 반죽실험을 실시하였다.

그 결과는 제1표에 표시하는 바와 같으며 전처리 반죽에 있어서 약품분산성이 뛰어난다고 하는 2익 로우터와 비교하여도 본원 로우터는 보다 더 균일된 약품의 분산이 달성되고 있다는 것을 알 수 있다.

[제1표]

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 로우터의 날개의 개량에 의해서 매크로적 및 마이크로적인 혼합반죽이 양호하게 이루어지도록 한 것이며 전처리 반죽 뿐만 아니라 초벌반죽, 카이본 마스터 배치 반죽등 다른 고무 혼합반죽에도 뛰어난 효과를 발휘할 수 있는 것이다.

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

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

Claims (1)

1. 케이싱과 엔드플레임에 의해 밀폐된 믹싱체임버 안에 한쌍의 반대방향으로 회전하는 병렬의 로우터(2)(3)가 배치되고 각 로우터(2)(3)는 긴 날개(4)와 짧은 날개(5)를 지녔고 이들의 날개는 로우터(2)(3)의 중심선 둘레에 나선상으로 연장되어 있는 혼합반죽 장치에 있어서, 그 나선의 감긴방향은 피혼합반죽물이 로우터(2)(3)의끝부분에서 중앙부로 향하여 유동하도록 설정하고 장단 두 날개(4)(5)의 로우터 축방향의 길이를 긴 날개(4)와 짧은 날개(5)의 익장비(翼長比)가 0.48-0.1의 범위로 되도록 설정한 것을 특징으로 하는 혼합반죽장치.

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