JPS58887B2 - 混練捏和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、いわゆるインターナルミキサにおいて、材料
の種類に拘らず充分な混練が行なわれる混練捏和装置に
関するものである。

インターナルミキサはゴムやプラスチックの混線に適し
たバッチ式混練機であり、とくにゴムの素練り、カーボ
ンマスターバッチ練りあるいは通常プロ練りと称される
加硫剤の練り込みに適したミキサーとして、タイヤ製造
などのゴム工業にとって欠かせない機械設備である。

従来のインターナルミキサは、第１〜３図に示すように
チャンバ１内に一対の逆方向に回転する並列のロータ２
，３を配置してなり、各々のロータには長翼４および短
翼５を設け、これらの翼はロータの軸周りに螺旋状に延
び、かつその巻き方向は長翼と短翼とで逆方向になって
いる。

そして図示しないホッパから投入された材料はロータの
喰込み作用およびフローチングラエイトの押込み作用に
よって供給口１０から混練室７内に圧入され、こゝでロ
ータによりローリング作用をうけた後ロータの羽根先端
とケーシング内壁との間（チップクリアランス６）です
りつぶされながら通過し、ロータの軸方向に送られる。

この作用は長翼および短翼のそれぞれで行なわれ、両翼
は巻方向が逆であるために材料は各ロータについて端部
から中央部に移送され、混練された材料はチャンバの下
部からとり出す。

また第４〜６図に示すように、各ロータに長翼と短翼と
を各２枚、合計４枚の翼を備えた、いわゆる４翼ロータ
がある。

この構成でも作用ははゞ同じであるが、２翼ロータに比
較して２倍のチップを有するために添加剤のミクロ分散
が進み、混練能率が高いのが一般的である。

一方、均一な混合物を得るためには、ミクロな分散が行
なわれると共に混練物のどの部分を取っても添加した薬
品や添加剤の濃度が一定であり、また混練物の濃度が一
定になるように均一に混ぜ合わせる、いわゆるマクロな
分散作用も重要である。

例えばタイヤ製造業のプロ練り工程で加硫剤の均一な混
合が行なわれないと最終製品の物性にバラツキが生じ、
一定品質のタイヤを製造することが困難になる。

とくに最近のタイヤは高速走行時の安全性を高めるため
にタイヤ中にスチールコードを配したスチールラジアル
タイヤの比率が増加しているが、このスチールラジアル
タイヤ用のゴムとしては従来のタイヤ用ゴムよりもはる
かに硬質で、均一な混合、分散が困難な材料が使用され
る傾向にある。

そのため従来のインク−ナルミキサでは混練機の強度が
不足したり、薬品の均一分散性が不足するなどの問題を
起こすケースがある。

本発明はこのような点に鑑み、インターナルミキサの混
練においてミキサ中の材料の動きに着目し、材料の種類
に拘らずマクロ的にも充分な混合が行なえる混練捏和装
置を得ることを目的とするものである。

インターナルミキサのロータは前記第１〜６図に示すよ
うに、螺旋状の翼を有し、材料をロータの軸方向に送る
ようにしている。

従って混練室の内部での材料の動きはロータの軸方向の
流れとロータを収容する左右の混練室相互間の流れに分
けられる。

均一な混練物を得るには上記軸方向の流れおよび混練室
相互間の流れを活発にし、混練室内で材料の滞留がおこ
らないようにする必要がある。

４翼ロータを備えたインク−ナルミキサ（内容積２３６
１）で硬質ゴムのプロ練りを行なったところ、ある種の
ゴムでは薬品の分散が著しく不均一になり、２翼ローク
のものと比較すると添加剤の均一分散が著しく劣ること
が判明した。

そこでこの理由を解明するためにモデル試験機を製作し
ミキサ内部における材料の流れの状態を観察したなお、
モデル試験機のバレルはアクリル樹脂製とし、内部にお
ける材料の流れを直接観察できる構造とした。

また分散の良し悪しを定量的に評価するため、着色した
プラスチックビーズ（ポリスチレン）を一定量添加し、
混線後一定のサンプルに含まれるビーズ数を繰返しくｎ
回）測定してビーズ数のバラツキ（δｎ−１）で表示し
た。

モデル試験機は内容積１．７ｔのインターナルミキサと
同一寸法とし、また実用ミキサ中の硬質ゴムと類似した
流れ挙動を示す材料としてＣＭＣ（カルボキシ・メチル
・セルロース）の３０％水溶液が適していることを発見
し、これを使用した。

上記モデル試験機によって２翼ロータおよび４翼ロータ
によるモデル物質の混練実験を行なった結果は第７図イ
ロに示すとおりであり、イは混練時間４０秒、ｏは混練
時間６０秒のばあいのビーズのバラツキ状況を示してい
る。

２翼ロータのばあい１１は４翼ロータのばあい１２に比
較し、充填率（混練室間に占める材料の体積比率）が０
．４〜１．０の広い範囲にわたってビーズの分散が良好
であり、また混練時間が短かくても均一な分散が進むが
、４翼ロータでは充填率が高くなると著しく分散が悪く
なり、また混練時間を延ばしても分散は改善されない。

４翼ロータがこのように分散の悪い理由は、１本のロー
タに２枚の長翼と２枚の短翼が各々材料を中央部へ押す
方向に捩られているために、ロータの長翼と短翼が接す
る中央部では各々の翼端は第６図に示すように９０°ず
つ位相をずらし、材料の流れをよくするように配置され
ているが、長翼によってロータ軸の一端から中央部へ押
し流された材料は長翼の端部をはずれた後にミキサの他
の端にまで十分移動する余裕もなく、長翼とは反対の方
向に捩られた短翼によって再び長翼の方向に押戻されて
ロータの中央部で押合った状態となり、このため均一な
混合をするために必要な材料の軸方向流れが不足するこ
とが明らかになった。

これに対して２翼ロークのばあいには、第１図に示すよ
うに長翼の端部と短翼の端部がロータの中央部で一部型
なるように配置されているが、長翼によってロータ軸の
中央部の方向に流された材料は長翼の端部で解放される
と短翼の裏側の空間に流れ込み、再び長翼の部分に押し
流される。

従って材料の動き自体は４翼ロークと同様であるが、長
翼と短翼は各１個しかなく、このため材料の移動する空
間が多く軸方向の流れが大きくなって混練物の均一な混
合が進むことが判明した。

４翼ロータのこのような材料の流れ不足にともなう不均
一な混練については、デビット、ゼット・タイソン等が
特公昭４２−２７０３２号公報において提案している。

即ち、長翼および短翼の断面形状をロータの中心寄りの
端部においてロータの膨らみを減らし、断面積を減少さ
せることによって材料の流れを改善し、均一分散を図っ
ている。

そこで本発明者はこれを実施して硬質ゴムの混練を行な
ってみたが、硬質ゴムに対しては十分な効果は発揮せず
、実用的には不満足な結果しか得られなかった。

そこで本発明者は、硬質ゴムと類似した挙動をするＣＭ
Ｃ水溶液を用い、かつ４翼ロータのもつ混練効率の高い
ことを生かすべく、翼形状について種々研究を重ねた結
果、第８図に示すような翼形状にすればよいことを見出
した。

即ち、一対の並列のロータ２，３にはそれぞれ長翼４と
短翼５とが設けられて、それらの翼は材料を軸方向に送
るように螺旋状に形成されている点では従来と同じであ
るが、本願ではその螺旋の巻方向が各々のロータについ
て長翼と短翼とを同一方向に構成すると共に材料の軸方
向に沿う流動方向が一方のロータと他方のロータとにお
いて互いに逆方向になるように設定している。

長翼および短翼の軸方向の各横断面形状は均一である。

また長翼の端部は短翼に連続せず、両翼はローフ外周上
で互いに位相が異なっている。

このように長翼と短翼との流れ方向を同一にすると材料
が中央部に滞留することがなく軸方向流れが促進され、
かつ他方のロータで逆方向に流動がなされるため、全体
として大きく旋回流動する。

すなわち、長翼によってロータ軸の一端から中央部へ押
し流された材料は長翼の端部へ送られ、ここで長翼から
解散されて位相の異なる短翼へ移される。

そしてこの短翼によっても同方向に送られる。

また他方のロータによっては上記一方のロータによって
軸方向に送られた材料を軸方向に上記と逆の移送を行な
わせる。

このように両ロータともそれぞれの長翼と短翼との組合
せによって軸方向同一向きに材料を移送させるようにし
ており、従来のように中央部への押し戻し作用はないた
めに軸方向中央部で材料が滞留するという欠点はなく、
全体的に均一な混合、分散がなされる。

この構成の装置によって混練を行うと、ＣＭＣ水溶液中
にプラスチックビーズを均一に分散させる能力は、第７
図曲線１３で示すように、従来分散能力がすぐれている
とされる２翼ロータを上廻わる均一な分散が行なわれて
いることが示された。

とくに充填率の広い範囲で分散が可能なことも特長であ
る。

また、上記構成を実際のミキサに適用して硬質ゴムに加
硫用の薬品を添加してプロ練りを行なったばあいでも同
様にすぐれた結果が得られた。

なお加硫用薬品の混練は通常プロ練りと称され、混練中
の薬品の加硫反応を防止するためにゴム温度を一定温度
（例えば１１０℃）を越えない範囲に抑える必要がある
。

従って、混練によって温度上昇をもたらすことなく、充
分な分散がなされることが必要である。

また、単に混練室の中での材料の旋回運動を向上させる
だけの目的であれば、例えば実公昭４９−４３３３０号
公報にあるように短翼と長翼を連続させた連続具を採用
したものがあるが、このものでは連続具のばあいにはゴ
ムの温度上昇が激しく、プロ練りには適しないことが判
明した。

また、本願のように翼を長翼と短翼とに分割することに
よって、ロータが混練中に受けるスラスト力が連続具の
ばあいに比較して約半分に軽減できる。

実施例 内容積４．３ｔのインターナルミキサに、第８図に示す
ような軸に対して同じ捩れ角（３４，５°）をもつ各２
枚の長翼と短翼を配置したロータを試作した。

なお、短翼と長翼の長さの比（Ｌｓ／Ｌｔ）は０．４９
である。

ロータの回転数は４０ＲＰＭとし、従来の標準的な２翼
および４翼ロータと比較した。

硬質ゴムに加硫用薬品を混練した際のゴム温度および練
り時間と薬品の分散度との関係は第９図および第１０図
に示すとおりである。

同図において１４は２翼標準ロータ、１５は４翼標準ロ
ータ、１６は本願ロータによるものを示している。

薬品分散度はバラツキによって判定し、このバラツキが
小さな値を示すほど薬品が均一に分散していることを示
している。

図から明らかなように、本願ロータはミキサへの充填率
を大幅に変化させても添加物が均一に分散し、またプロ
練り用として使用した場合にはゴム温度を上げないで加
硫用薬品の均一な分散が可能である。

以上説明したように、本発明はロータの翼の改良によっ
てマクロ的およびミクロ的な混練が良好に行なわれるよ
うにしたものであり、プロ練りのみならず素練り、カー
ボンマスターバッチ練りなど他のゴム混線にもすぐれた
効果を発揮できるものである。

また上記実施例では４翼の例についてのみ示したが、２
翼その他の翼数を採用してもよいことは勿論である。

また本願では、材料の流れがよいために、上記特公昭４
２−２７０３２号公報に記載のロータのように中心部を
痩せさせる必要がないので、強度面ですぐれ、耐久性に
富むという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインターナルミキサのロータの平面図、
第２図および第３図は第１図の■−■線およびＩ−Ｉ線
断面図、第４図は従来の他のロータの平面図、第５図お
よび第６図は第４図のＶ−Ｖ線および■−■線断面図、
第７図イロは本発明および従来の装置による混線状態の
対比特性図、第８図は本発明のロータの平面図、第９図
は混練効果と温度との関係図、第１０図は混練効果と混
練時間との関係図である。 ２．３・・・・・・ロータ、４・・・・・・長翼、５・
・・・・・短翼、６・・・・・・チップクリアランス、
１３，１６・・・・・・本願の特性曲線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ケーシングとエンドフレームにより密閉されたミキ
   シングチャンバ内に一対の逆方向に回転する並列のロー
   ラが配置されてなる混練捏和装置であって、各ロータは
   長翼と短翼とを有し、これらの翼はロータの中心線層り
   に螺旋状に延びており、各ローラの長翼と短翼とは互い
   に位相を異ならせて形成されると共に軸方向における横
   断面形状は各翼とも均一に形成され、かつその螺旋の巻
   方向は各々のロータについて長翼と短翼とを同一方向に
   構成すると共に被混練物のロータ軸に沿う流動方向が一
   方のロータと他方のロータとにおいて互いに逆方向にな
   るように設定したことを特徴とする混練捏和装置。