KR100791914B1 - 밀폐식 혼련기 - Google Patents

Abstract

종래의 밀폐식 혼련기에서는 혼련재료의 내부까지 충분한 냉각이 행해지지 않기 때문에 일차 혼련의 종료시에 혼련재료의 온도는 고온이고, 일차혼련과 이차혼련의 사이에 냉각시간을 설정하거나, 일차혼련종료후, 냉각의 필요성때문에 별도의 혼련기로 이동하여 이차혼련을 행하는 경우도 있어 생산성을 저해하는 요인으로 되고 있었다. 본 발명은, 이러한 점에 감안하여 일차혼련 종료시에 있어서의 혼련재료의 온도를 가황제계 첨가허용온도 이하로 억제하고, 일차혼련 종료후 곧바로 이차혼련을 행하는 밀폐식 혼련기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 혼련재료를 수납하는 챔버와, 이 챔버 내에 설치된 한쌍의 회전자를 구비한 밀폐식 혼련기에 있어서, 챔버 내면반경에 대해서 회전자 축부 반경의 비를 0.65이상으로 한다.

Description

밀폐식 혼련기{CLOSED KNEADER}

도 1은, 본 발명의 밀폐식 혼련기의 정면도이다.

도 2는, 본 발명의 밀폐식 혼련기의 일부단면 측면도이다.

도 3은, 본 발명의 밀폐식 혼련기에 이용하는 회전자의 정면도이다.

도 4는, 종래예의 밀폐식 혼련기의 정면도이다.

도 5는, 종래예의 밀폐식 혼련기의 일부단면 측면도이다.

도 6은, 본 발명의 밀폐식 혼련기에 의한 일차혼련의 혼련차트도이다.

도 7은, 종래형 혼련기에 의한 일차혼련의 혼련차트도이다.

도 8은, 회전자 축부 반경과 챔버 내면반경의 비와 혼련온도의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 플라스틱, 고무 등의 점조재료를 혼련시키는 밀폐식 혼련기 중, 특히 그 회전자축의 형상에 관한 것이다.

종래의 밀폐식 혼련기의 일예를 도 4 내지 도 5에 나타낸다. 도에 있어서 밀폐식 혼련기(50)는, 혼련재료를 수납하는 혼련통(이하, 「챔버(3)」라 함)과 이 챔 버(3)의 측벽(7a, 7b)에 관통하는 회전자 구동축(54a, 54b)(이하 총칭할 때는, 단지 54라 함)을 양단에 구비하고, 챔버(3) 내에서 혼련재료를 혼련시키는 회전자 날개(53)를 형성한 회전자 축부(52)로 이루어지는 쌍을 이루는 회전자(51, 51)와, 가압덮개(8)로 이루어지고, 혼련재료의 혼련에 있어서는, 가압덮개(8)를 상부로 개방한 상태로(도 4의 8a의 위치참조) 혼련재료를 적당 수단으로 챔버(3) 내에 투입하고, 가압덮개(8)를 하방으로 내리고(도 4의 실선위치 참조) 회전자 구동축(54)에 연결한 모터 등의 구동수단에 의해 회전자(51)를 회전구동함으로서 혼련재료의 혼련을 행하는 것이다.

또한, 쌍을 이루는 회전자 구동축(54)은 기어 등의 연결수단을 이용함으로써 타방을 종동축으로 하여도 좋다.

종래의 밀폐식 혼련기를 이용하는 혼련에 있어서는 챔버 내면반경(Rc')과 회전자 축부 반경(Rr')의 비(Rr'/Rc', 이하 동일)는 0.5 전후이고, 또한, 회전자 날개(53)의 랜드폭(w')과 회전자 축부 반경(Rr')의 비(w'/Rr' 이하 동일)는 0.3 전후, 또한, 회전자 축부 외주면과 챔버 벽면의 간극(m')은 챔버 내면반경(Rc')의 50% 전후이었다. 이것은 회전자 축부 외주면과 챔버 내벽면의 간극이 크고, 챔버 내에서, 혼련되는 혼련재료에 두께를 유지시키게 된다.

혼련에 있어서, 혼련시의 전단 및 분산에 의한 내부발열 등으로 혼련재료나 챔버 내, 및 회전자축의 발열은 현저하고, 이 때문에, 챔버 벽내나 회전자 축내에 냉각수를 순환시키지만, 혼련재료의 두께가 크고 열전도율이 낮은 혼련재료(특히 고무 등)의 경우, 혼련속도, 즉 발열하는 빠르기에 대해서 혼련재료 내부까지 충분한 냉각이 이루어지지 않는다.

여기서, 혼련용적이 작은 혼련기에 있어서는 내부온도의 상승이 작고 혼련재료 내부의 냉각이 충분히 행해지는 경우도 있지만, 양산설비로서는 생산성이 나쁘고 현실적이지 않다.

상기 밀폐식 혼련기에 있어서, 일반적인 혼련공정에서는, 가황제계를 포함하지 않고 혼련을 행하는 일차혼련과, 일차혼련에 의해서 일정한 혼련공정이 끝난 혼련재료와 가황제를 섞어서 행하는 이차혼련으로 나누어지지만, 가황제계를 섞기 위해서는 혼련재료의 온도가 어느 일정온도(재료에 따라 다름) 이하인 것이 필요하다.

그러나, 상기한 바와 같이, 종래의 밀폐식 혼련기에서는 혼련재료의 내부까지 충분한 냉각이 행해지지 않기 때문에 일차혼련의 종료시에는 혼련재료의 온도는 고온이고, 일차혼련과 이차혼련의 사이에 냉각시간을 설정하거나 일차혼련 종료후, 냉각의 필요성때문에 별도의 혼련기로 이동하여 이차혼련을 행하는 경우도 있어 생산성을 저해하는 요인으로 되고 있었다.

본 발명은, 이러한 점을 감안하여, 일차혼련 종료시에 있어서의 혼련재료의 온도를 가황제계 첨가허용온도 이하로 억제하고, 일차혼련 종료후 곧바로 이차혼련이 행해지는 밀폐식 혼련기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 제 1의 발명은, 챔버 내면반경에 대해서 회전자 축부 반경의 비를 0.65 이상으로 한 것을 특징으로 한다.

상기 구성으로 이루어지는 본 발명은, 챔버 내면반경에 대한 회전자 축부 반경의 비를 0.65 이상으로 함으로써, 종래의 혼련기보다 15% 이상 크게 되고, 혼련재료에 접촉하는 회전자 축부의 냉각표면적을 확대함으로서 혼련재료의 온도상승을 가황제계 첨가허용온도 이하로 저감하는 것을 도모할 수 있다.

또한, 제 2의 발명은, 회전자 축부 반경에 대해서 회전자 날개의 랜드폭의 비를 0.25 이하로 한 것을 특징으로 한다.

상기 구성으로 이루어지는 제 2발명은, 회전자 축부 반경에 대해서 회전자 날개의 랜드폭의 비를 종래의 혼련기보다 작게 함으로써, 챔버 내벽면과 회전자 날개의 랜드부에서 생기는 혼련재료의 발열을 억제하는 것이 가능함과 아울러, 혼련재료의 맞물림성과 혼련성능에 관계하는 회전자 날개의 경사각도의 범위도 넓게 가지는 것이 가능하게 된다.

또한, 제 3의 발명은, 회전자 축부 외주면과 챔버 내벽면의 간극을 챔버 내면반경의 35% 이하로 한 것을 특징으로 한다.

상기 구성으로 이루어지는 제 3의 발명은, 회전자 축부 외주면과 챔버 내벽면의 간극을 챔버 내면반경의 35% 이하로 함으로서 혼련재료의 두께를 가급적 작게 하고, 혼련재료 내부까지 충분히 냉각하는 것을 가능하게 한다.

이하, 본 발명을 도 1 내지 도 3에 나타내는 실시예에 기초하여 설명한다. 도에 있어서 밀폐식 혼련기(1)는, 회전자의 부착이 접선방식인 가압 니더의 일예이다. 주지 구조와 마찬가지로(동일 구조에 관해서는 동일부호를 붙여서 설명을 행략한다.) 혼련재료를 수납하는 챔버(3)와 이 챔버(3)의 측벽(7a, 7b)에 관통하는 회전자 구동축(6a, 6b)을 양단에 구비하고, 챔버(3) 내에서 혼련재료를 혼련시키는 회전자 날개(5)를 형성한 회전자 축부(4)로 이루어지는 쌍을 이루는 회전자(2, 2)와, 가압덮개(8)로 이루어진다.

이 때, 쌍을 이루는 회전자(2, 2)의 회전자 날개(5, 5)는 도 1에 나타내는 바와 같이 서로 겹치지 않는 접선방식으로 되는 것이 바람직하다.

단, 본 발명의 밀폐식 혼련기(1)는, 상기 챔버(3)의 내면반경(Rc)에 대해서 회전자 축부(4)의 반경(Rr)의 비를 0.65 이상으로 하고, 또한, 회전자 축부(4)의 외주면과 챔버(3)의 내벽면의 간극(m)을 챔버 내면반경(Rc)의 35% 이하로 한 것이다.

이것은 혼련온도의 상승을 방지하기 위한 실험으로부터 결정된 것으로, 그 실험결과를 도 6 이하에 나타낸다. 또한, 본 실험은 혼련용량이 55 리터급의 혼련기를 사용하여 행한 것이다.

도 6은 본 발명의 혼련기에 의한 일차혼련의 혼련차트를, 도 7은 종래형 혼련기에 의한 일차혼련의 혼련차트를 나타내고, x축에 시간, y축에 E, E'가 전력값, T, T'는 혼련재료 온도를 나타낸다. 전력값이 도중 0으로 되는 간격이 있는 것은, 일차혼련 중에 회전자의 회전을 멈추고 혼련재료의 추가나 약제의 투입을 행할 필요가 있기 때문이다.

도 7로부터 명확해지는 바와 같이, 종래형 혼련기에서는 일차혼련 중에 재료의 최고온도는 120℃를 넘어, 가황제계가 투입가능한 온도인 100 내지 120℃의 범위에서 벗어나서, 이차혼련을 행하기 위해서는 일정한 냉각공정이 필요로 되지만, 본 발명의 혼련기에서는, 도 6에서 나타내는 바와 같이, 일차혼련 중에 재료의 최고온도는 120℃를 넘는 일은 없어, 이차혼련까지의 냉각공정이 불필요하게 할 수 있었다.

도 8은, 회전자 축부 반경(Rr)과 챔버 내면반경(Rc)의 비와 혼련온도의 관계를 나타낸다. a는 아크릴고무 배합재료, b는 니트릴고무 배합재료, c는 클로로프렌고무 배합재료를 각각 나타낸다. 도 8에서 명확해지는 바와 같이, 회전자 축부의 반경(Rr)과 챔버 내면반경(Rc)의 비가 1에 가까와질수록, 바꾸어 말하면 챔버 내벽과 회전자 축부의 간극(m)이 작게 될수록 혼련재료의 두께는 작게 되고, 혼련재료의 온도가 낮아지게 되는 것을 나타낸다.

한편, 혼련재료의 온도를 낮추는 효과가 있는 반면, 간극(m)이 작게 될수록 혼련가능한 혼련재료의 용적도 적게 되고 양산설비로서 생산성이 열화하게 된다.

본 발명자들은 이들 실험결과, 양산설비로서 충분한 생산량을 유지함과 아울러, 일차혼련 종료시에 혼련재료의 최고온도를 가황제계 첨가허용온도 이하로 억제하는 것이 가능한 회전자 축부 반경(Rr)과 챔버 내면반경(Rc)의 비를 0.65 이상(바람직하게는 0.7 이상), 마찬가지의 관점으로부터 회전자 축부 외주면과 챔버 내벽면과의 간극(m)을 챔버 내면반경(Rc)의 35% 이하(바람직하게는 30% 이하)로 하였다.

또한, 회전자 날개(5)의 랜드부에서 생기는 발열의 억제와 회전자 날개(5)의 경사각도의 범위를 넓게 가지기 위해서 회전자 축부 반경(Rr)과 회전자 날개(5)의 랜드폭(w)의 비를 0.25 이하(바람직하게는 0.2 이하)로 하였다.

상기 구성에 있어서, 혼련재료의 혼련에 있어서는, 종래와 마찬가지로, 혼련재료 투입후, 회전자(2)를 회전구동함으로서 혼련재료의 일차혼련에 이어서 이차혼련을 행할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의할 때는, 혼련 중에 있어서의 혼련재료의 두께를 얇게 억제하여 그 냉각을 충분히 행할 수 있기 때문에, 일차혼련 종료시에 있어서의 혼련재료의 온도를 가황제계 첨가허용온도 이하로 억제할 수 있고, 따라서 일차혼련 종료후 곧바로 이차혼련이 가능하다. 맞물림 방식의 밀폐식 혼련기에서도 마찬가지의 냉각효과가 얻어진다.

또한, 회전자 축부 반경과 회전자 날개의 랜드폭의 비를 0.25 이하로 하였기 때문에 챔버 내벽과 회전자 날개의 랜드부에서 생기는 혼련재료의 발열을 억제할 수 있음과 아울러, 혼련재료의 맞물림성과 혼련성능에 관계하는 회전자 날개의 경사각도의 범위도 넓게 가지는 것이 가능하게 되는 등의 효과를 가진다.

또한, 회전자 축부 외주면과 챔버 내벽면과의 간극을 챔버 내면반경의 35% 이하로 하였기 때문에, 혼련재료의 두께를 가급적으로 작게 하고, 혼련재료 내부까지 충분히 냉각하는 것을 가능하게 되는 등의 효과를 가진다.

Claims (3)

1. 혼련재료를 수납하는 챔버, 이 챔버의 상부를 폐쇄하는 가압덮개, 및 챔버 내에 설치된 한쌍의 회전자를 구비한 밀폐식 혼련기에 있어서,

   상기 회전자는, 회전자 축부의 양측의 단부로부터 타단측으로 향하여, 회전자 축부의 중앙까지의 사이에 걸쳐 형성한 회전자 날개를 각각 구비하고, 이 회전자 날개가 대향하는 회전자 사이에 서로 겹치지 않는 접선방식으로 하며, 챔버 내면반경에 대해서 회전자 축부 반경의 비를 0.65 이상, 회전자 축부 외주면과 챔버 내벽면의 간극을 챔버 내면반경의 35% 이하로 함과 아울러, 회전자 축부 반경에 대해서 회전자 날개의 랜드폭의 비를 0.25 이하로 한 것을 특징으로 하는 밀폐식 혼련기.
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