KR820000537B1 - 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,

제7도는 제4도의 전개도,

제8도는 본 발명에 사용하는 로우터의 평면도,

제9도는 본 로우터의 전개도,

제10도는 비이즈(beads)의 편차와 익장비(翼長比)와의 관계도,

제11도는 비이즈의 편차와 추력비(推力比)와의 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 카아본매스터 배치반죽 혹은 보통 전처리 반죽이라고 일커르는 가황제(加黃劑)를 이겨넣는데 적합한 믹서로서 타이어 제조등의 고무공업에 있어서 없어서는 안되는 기계설비인 것이다.

종래의 내부믹서는 제1-3도에 표시한 것 같이 체임버(chamber)(1)안에 한쌍의 반대방향으로 회전하는 병렬의 로우터(2)(3)를 배치하여 이루어저 있고 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)로부터 투입된 재료는 로우터의 흡입작용 및 플로우팅 웨이트(floating weight)의 밀어넣는 작용에 의해서 공급구(10)에서 혼합반죽실(7)안으로 압입되고 여기서 로우터에 의해 로울링 작용을 받은 후 로우터의 날개 선단과 케이싱 내벽과의 사이(칩 클리어런스 (6), Chip clearance)에서 갈아으깨지면서 통과되고, 로우터의 축방향으로 보내진다.

이 작용은 긴 날개와 짧은 날개의 각각으로 이루어지고 두 날개는 감긴 방향이 반대이기 때문에 재료는 각 로우터에 대하여 끝부분에서 중앙부로 이송되고 혼합반죽된 재료는 채임버의 하부에서 내보낸다.

또 제4-7도에 표시하는 것 같이 각 로우터에 긴 날개와 짧은 날개를 각2개, 합계 4개의 날개를 갖춘 이른바 4익(翼)로우터가 있다.

이 구성으로도 작용은 거의 같으나 2익로우터에 비교해서 2배의 칩(Chip)을 지니고 있기 때문에 첨가제의 마이크로 분산이 진행되고 혼합반죽능률이 높은것이 일반적이다.

한편 균일된 혼합반죽물을 얻기 위해서는 마이크로적 분산이 행하여짐과 동시에 혼합반죽물의 어느 부분을 떠내도 첨가한 약품이나 첨가제의 농도가 일정하고 또 혼합반죽물의 농도가 일정하게 되도록 균일하게 혼합하는 이른바 매크로적 분산 작용도 중요하다.

예컨데 타이어 제조업의 전처리 반죽공정에서 가황제의 균일된 혼합이 행해지지 않으면 최종제품의 물성에 편차가 생겨 일정 품질의 타이어를 제조하기가 곤란하다.

특히 최근의 타이어는 고속 주행시의 안전성을 높이기 위해서 타이어 안에 스티일 코오드를 배합한 스티일 레이듀일 타이어의 비율이 증가하고 있으나 이 스티일 레이 듀일 타이어용의 고무로서는 종래의 타이어용 고무 보다도 훨씬 경질이고 균일된 혼합분산이 곤란한 재료가 사용되는 경향에 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 제1-7도에 표시한것 같이, 나선상의 날개를 지니고 있고 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 혼합반죽실 안에서 재료의 체류가 생기지 않도록 할 필요가 있다.

이 때문에 로우터의 긴 날개와 짧은 날개는 서로 재료를 측단에서 중앙부로 되밀어 붙이고 축단에서 재료가 체류하는 것을 방지함과 동시에 긴 날개와 짧은 날개 상호의 재료의 축방향으로 되받아 치는 작용에 의해 혼합반죽물의 분산을 효과적으로 하도록 서로 반대방향으로 뒤틀려저 있고 또 그 길이의 비는 약 0.48-0.1로 되도록 설정되어 있다.

또 혼합반죽물의 압력이 긴 날개, 짧은 날개에 작용하여도 로우터에 추력(推力)이 발생하지 않도록 긴 날개와 짧은 날개의 뒤틀린 정도는 거의 동일하다.

여기서 뒤틀린 정도와 추력의 관계에 대해서 설명하면 피혼합 반죽물은 로우터의 회전에 수반하여 긴 날개(또는 짧은 날개)의 작용면에 직각방향으로 힘을 받고 그중 축방향의 분력(分力)에 의해 축방향으로 추진된다.

이 축방향의 추력은 긴 날개(또는 짧은 날개)의 나선각의 크기와 날개의 길이에 의해 결정되고 제9도에 있어서 나선각을 θℓ(θs), 날개길이를 Lℓ(Ls), 뒤틀린 정도를 aℓ(as) 단위폭당(當)의 회전력을 f(일정)로 하면 추력 Pℓ(Ps)는

로 되고 긴 날개와 짧은 날개의 추력비는 뒤틀린 정도에 따라 결정되는 것이다.

4익 로우터를 갖춘 내부믹서(내용적 236ℓ)로 경질고무의 전처리반죽을 행한 결과 어떤 종류의 고무에서 약품의 분산이 현저하게 불균일 해지고 2익 로우터의 것과 비교하면 첨가제의 균일 분산이 현저하게 뒤떨어지는 것을 판명하였다.

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

또 분산이 좋고 나쁨을 정량적으로 평가하기 위해서 착색된 플라스틱 비이즈(폴리스틸렌)를 일정량 첨가하고 혼합반죽후 일정한 샘플에 함유되는 비이즈 수를 반복(n회)해서 측정해서 비이드 수의 편차(σn-1)로 표시하였다.

모델 시험기는 내용적 1.7ℓ의 내부믹서와 같은 치수로 하고 또 실용 믹서안의 경질고무와 유사한 흐름거동을 나타내는 재료로서 CMC(카르복시·메틸·셀룰로오즈)의 30% 수용액이 적합하다는 것을 발견하고 이것을 사용하였다.

일반적으로 4익로우터로는 충전률이 높아지면 현저하게 분산이 나뻐지고, 또 혼합반죽시간을 연장하여도 분산은 개선되지 않는다. 4익로우터가 이와 같이 분산이 나쁜 이유는 1개의 로우터에 2개의 긴 날개와 2개의 짧은 날개가 각각 재료를 중앙부로 미는 방향으로 비틀려져 있기 때문에 로우터의 긴날개와 짧은 날개가 접하는 중앙부에서는 각각의 날개 끝은 제6도와 제7도에 표시한 것같이 90°씩 위상을 벌리고있고 재료의 흐름을 잘하도록 배치되어 있으나, 긴 날개에 의해서 로우터 축의 일단에서 중앙부로 밀려 흐른 재료는 긴 날개의 끝부분을 벗어난 후에 믹서의 다른 끝까지 충분히 이동할 여유도 없이 긴 날개와는 반대의 방향으로 비틀려진 짧은 날개에 의해서 재차 긴 날개의 방향으로 되밀려서 로우터의 중앙부에서 서로 미는 상태로 되고 이 때문에 균일된 혼합을 하기 위해서 필요한 재료의 축방향 흐름이 부족한 것이 명백해졌다.

이에 대해서 2익 로우터의 경우에는 제1도에 표시한 것 같이 긴날개의 끝부분과 짧은 날개의 끝부분이 로우터의 중앙부에서 일부가 겹처지도록 배치되어 있으나 긴날개에 의해서 로우터축의 중앙부의 방향으로 흘러간 재료는 긴 날개의 끝부분에서 벗어나게되면 짧은 날개의 뒤쪽의 공간으로 흘러들어가고 다시 긴날개의 부분에 밀려 흘러간다. 따라서 재료의 움직임 자체는 4익 로우터와 동일하나, 긴날개와 짧은 날개는 각 1개 밖에 없어 이 때문에 재료의 이동하는 공간이 많고, 축방향의 흐름이 커져서 혼합반죽물의 균일된 혼합이 진척된다는 것을 판명하였다.

4익 로우터의 이와 같은 재료의 흐름부족에 수반된 불균일한 혼합반죽에 대해서는 데이비드. 제트. 타이손 등의 일본 특공소 42-27032호 공보에서 제안하고 있다.

즉 긴 날개와 짧은 날개의 단면형상을 로우터의 중심모임의 끝부분에 있어서 로우터의 볼룩함을 주리고, 단면적을 감소시키므로서 재료의 흐름을 개선하고, 균일 분산을 도모하고 있다.

그래서 본 발명자는 이것을 실시해서 경질고무의 혼합반죽을 해보았으나, 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 갖는 혼합반죽효율이 높은 것을 살리고져 날개 형태에 대해서 여러가지로 연구를 거듭한 결과 제8도에 표시하는것 같은 날개형태로 하면 좋다는 것을 발견하였다.

즉 한쌍의 병렬(竝列)의 로우터(2)(3)에는 각각 긴 날개(4)와 짧은 날개(5)가 설치되고 긴 날개와 짧은 날개는 각각 재료를 중앙부로 보내도록 반대방향의 나선상으로 형성되고 있는 점으로는 종래의 것과 같으나 그 날개의 뒤틀린 정도는 장단 두 날개가 피혼합반죽물에 가하는 축방향의 추력비(推力比)를 0.7-약 0이 되는 범위의 각도로 되게 형성하므로서 축방향으로 따른 유동이 서로 반대방향에서 촉진되었기 때문에 혼합물의 균일성을 개선한 것이다.

제9도는 본 로우터의 전개도를 표시하고 긴 날개(4)에 의한 추력 P1와 짧은 날개(5)에 의한 추력 Ps의 비(Ps/Pl)를 0.7-약 0의 범위로 되게 비틀린 각을 설정한 것이다.

즉 경질고무와 유사한 거동을 하는 CMC 수용액을 사용하고 또 4익 로우터가 갖는 혼합반죽 효율이 높은 것을 살리고져 날개 형태에 대해서 여러가지로 연구를 거듭하였다.

먼저 모델시험기로 재료의 흐름을 검토하고 뛰어난 성과를 나타낸 로우터 형태에 대해서 소형 내부믹서(내용적 4.3ℓ)로 효과를 확인한 뒤에 실용믹서(내용적 236ℓ)로 스케일업하고, 실용성능을 확인하였다.

4익로우터의 분산이 나쁜 이유는 재료의 축방향 흐름이 나쁜 것에 기인하는 것이고 먼저 축방향 흐름을 개선하기 위해서 모델시험기로 날개의 비틀려진 각이나 단면형상은 종래의 표준적인 로우터와 같은 치로 고정하고 긴 날개와 짧은 날개의 길이의 비를 변화시켜서 CMC 속에서의 플라스틱 비이드의 균일 분산에 미치는 영향을 조사하였다.

그 결과 제9도에 짧은 날개와 긴 날개의 길이의 비(Ls/Ll)및 추력비(推力比)를 일정치 이하로 하면 혼합반죽물 속의 플라스틱비이드의 편차가 감소하고 균일성이 각별히 향상하는 것을 판명하였다.

즉 짧은 날개와 긴 날개의 각각의 축방향의 길이의 비율을 변화시키므로서 혼합물의 균일성이 현저하게 향상하고, 종래의 표준적인 익장비 0.49로는 도저히 달할 수 없는 양호한 분산성을 가진 4익 로우터를 제작할 수 있다는 것이 명백하여졌다.

즉 제10도는 비이드의 편차와 익장비와의 관계를 표시하고 (11)는 혼합반죽시간 40초, (12)는 60초의 경우의 특성을 나타내고 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 작동되어서 국부적인 과열을 일으키는 등의 결점이 있다.

그래서 익장비를 0.48-0.1 바람직하기는 0.3-0.15의 범위로 설정한다.

익장비가 0.4의 경우의 혼합반죽실험의 결과는 종래의 2익로우터에 필적하는 양호한 결과를 나타낸다.

또 제11도는 비이즈의 편차와 추력비와의 관계를 나타내고 도중부호(13)은 익장비 Ls/Ll=0.48, (14)는 Ls/Ll=0.37, (15)는 Ls/Ll=0.25 및 (16)은 Ls/Ll=0.12의 경우의 특정을 표시하고 있다.

이 도면에서 명백한 바와 같이 부호(13)(14)(15)(16)의 어느것에 있어서도 추력비가 (Ps/Pl) 0.7를 넘으면 편차가 급격히 되고 추력비(Ps/Pl)가 0에 가까워짐에 따라서 편차가 적어지는 것을 알 수 있으나 이 경우에 있어서도 도면에서 명백한것 같이 어느 익장비(Ls/Ll)의 경우도 추력비(Ps/Pl)가 0.45이하로 되면 극히 양호한 편차로 되기 때문에 추력비(Ps/Pl)는 0.7-0에 가까운 치(値), 바람직하기는 0.45-0에 가까운 치가 되는 범위에 설정한다.

또 긴 날개에 의해서 짧은 날개 쪽으로 보내진 재료를 짧은 날개에 의해서 반격하고 긴 날개의 뒤쪽으로 보내기 위해서는 긴 날개 끝과 짧은 날개 사이의 충분한 통로가 필요하지만 본 원에 있어서는 짧은 날개의 비틀린 정도를 종래보다 적게함으로서 충분한 통로를 설치할 수가 있고 이 때문에 혼합반죽실내의 재료의 압력을 낮게할 수가 있고 재료의 흡입을 빨리하고 또 로우터에 걸리는 축방향 추력의 경암도 도모할 수 있었다.

또 상기 구성을 실제의 믹서에 적용해서 경질고무에 가황용의 약품을 첨가해서 전처리반죽을 하였을 때 뛰어난 결과를 얻었다. 또 가황용 약품의 혼합반죽은 보통 전처리반죽이라고 일르고 혼합반죽속의 약품의 가황반응을 방지하기 위해서 고무온도를 일정온도(예컨데 110℃)를 넘지않는 범위로 억제할 필요가 있다. 따라서 혼합반죽에 의해서 온도상승을 초래하지 않고 충분한 분산이 이루어지는 것이 필요하다.

또 단순히 혼합반죽실의 안에서의 재료의 선회운동을 향상시킬 따름의 목적이라면 예컨데 일본실공소 49-43330호 공보에 있듯이 짧은 날개와 긴날개를 연속시킨 연속날개를 채용한 것이 있으나, 이것으로는 연속날개의 경우에는 고무의 온도상승이 심하여 전처리 반죽에는 적당치 않다는 것을 판명되었다.

또 본 원과 같이 날개를 긴 날개와 짧은 날개로 분할하고 서로 반대방향으로 배치하므로서 로우터가 혼합반죽중에 받은 스러스트힘이 연속날개의 경우와 비교해서 약반으로 경감할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 로우터의 날개의 개량에 의해서 매크로적 및 마이크로적인 혼합반죽이 양호하게 이루어질 수 있도록 한 것이며 전처리 반죽뿐만 아니라 초벌반죽 카이본 매스터 배치 반죽등 다른고무 혼합반죽에도 뛰어난 효과를 발휘할 수 있는 것이다.

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

Claims (1)

1. 케이싱과 엔드플레임에 의해서 밀폐된 믹싱체임버 안에 한쌍의 반대방향으로 회전하는 병렬(竝列)의 로우터가 배치되고 각 로우터는 긴 날개와 짧은 날개를 지녔고 이들의 날개는 로우터의 중심선 둘레에 나선상으로 연장되어 있는 혼합반죽 장치에 있어서, 그 나선의 감긴 방향은 피혼합반죽물이 로우터의 끝부분에서 중앙부로 향해서 유동하도록 설정하고, 장단 두 날개의 길이의 비가 0.48-0.1의 범위이고 또 장단 두 날개가 피혼합반죽물에 주는 축방향 추력비(推力比)를 0.7 이하의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 혼합반죽장치.

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