密閉式橡膠混煉機的混煉效率的評估方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種可簡便精確地掌握混煉機的混煉效率的程度的密閉式橡膠混煉機的混煉效率的評估方法。利用密閉式橡膠混煉機(1)對含有原料橡膠及炭黑的混煉材料(R)進行混煉時，利用運算裝置(11)根據(jù)總剪切量J和單位功UW算出評估指數(shù)(E)，然后根據(jù)以單位功UW/總剪切量J算出的評估指數(shù)(E)的大小來對所述混煉機(1)的混煉效率的程度進行評估，所述總剪切量J是通過根據(jù)混煉時間(T)對被所述混煉機(1)的轉(zhuǎn)子驅(qū)動部(10)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的轉(zhuǎn)子(8)帶給混煉材料(R)的剪切速度γ進行累計來求出，所述單位功UW是通過用根據(jù)混煉時間(T)對所述轉(zhuǎn)子驅(qū)動部(10)的瞬時功率(p)進行累計得出的累計電量(W)除以混煉材料(R)的質(zhì)量M來求出。
【專利說明】密閉式橡膠混煉機的混煉效率的評估方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種密閉式橡膠混煉機的混煉效率的評估方法，更詳細而言，涉及一種可簡便精確地掌握混煉機的混煉效率的程度的密閉式橡膠混煉機的混煉效率的評估方法。

【背景技術(shù)】
[0002]制造橡膠產(chǎn)品如輪胎、橡膠軟管等時，將指定量的含有原料橡膠和各種配合劑如炭黑等的混煉材料投入密閉式橡膠混煉機中進行混煉。通過所述混煉，使各種配合劑均勻地分散到原料橡膠中，并使混煉材料的黏度降低到一定程度。密閉式橡膠混煉機在混煉室中具有平行地并置的2根轉(zhuǎn)子，通過使這些轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對混煉材料進行混煉。混煉材料是通過以轉(zhuǎn)子軸為中心被轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)子與混煉室內(nèi)壁面之間獲得剪切力而被混煉。
[0003]可是，密閉式橡膠混煉機中有各種各樣的混煉機，它們的轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子驅(qū)動馬達、混煉室等的規(guī)格各不相同。為進行高效的混煉，優(yōu)選選擇利用適合混煉材料的混煉機，或者在利用已有橡膠混煉機的情況下以適合混煉材料的條件進行混煉。
[0004]作為對密閉式橡膠混煉機混煉狀態(tài)進行評估的手段，已知有一種利用混煉機的功率-時間曲線的方法(例如參考非專利文獻I)。然而，所述文獻的方法主要著眼于掌握某時間點的混煉狀態(tài)等，并不是用來對密閉式橡膠混煉機的混煉效率進行評估。
[0005]因此，為對某混煉材料高效地進行混煉，什么樣規(guī)格的混煉機合適或者什么樣條件下才能高效地進行混煉等，關(guān)于這些，無法從非專利文獻I找到直接的答案。故此，需要一種可簡便精確地對密閉式橡膠混煉機的混煉效率進行評估的方法。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0007]非專利文獻
[0008]【非專利文獻I】西本一夫、占部誠亮、秋山鐵夫著，日本橡膠協(xié)會刊物1992年第65卷第8號《功率-時間曲線的光譜分析》P465?472
發(fā)明概要
[0009]發(fā)明擬解決的問題
[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種可簡便精確地掌握混煉機的混煉效率的程度的密閉式橡膠混煉機的混煉效率的評估方法。
[0011]解決問題的手段
[0012]為達成上述目的，本發(fā)明的密閉式橡膠混煉機的混煉效率的評估方法，用于評估對含有原料橡膠及炭黑的混煉材料進行混煉時的密閉式橡膠混煉機的混煉效率，其特征在于，通過根據(jù)總剪切量和單位功算出的評估指數(shù)的大小來對所述混煉機的混煉效率進行評估，所述總剪切量是通過根據(jù)混煉時間對所述混煉機轉(zhuǎn)子帶給混煉材料的剪切速度進行累計來求出，所述單位功是提高用根據(jù)混煉時間對旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子所需的瞬時功率進行累計得出的累計電量除以混煉材料的質(zhì)量后求出。
[0013]發(fā)明效果
[0014]本發(fā)明，根據(jù)利用密閉式橡膠混煉機對含有原料橡膠及炭黑的混煉材料進行混煉時，該混煉機的轉(zhuǎn)子帶給混煉材料的總剪切量和單位功算出評估指數(shù)，然后根據(jù)所述評估指數(shù)的大小來對所述混煉機的混煉效率進行評估。總剪切量是通過根據(jù)混煉時間對轉(zhuǎn)子的剪切速度進行累計來求出的值，也可以說是混煉時輸入的工作量?？偧羟辛靠筛鶕?jù)轉(zhuǎn)子外徑、混煉室內(nèi)徑、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及混煉時間來精確地近似求出。
[0015]此外，單位功是通過用根據(jù)混煉時間對旋轉(zhuǎn)驅(qū)動轉(zhuǎn)子所需的瞬時功率進行累計得出的累計電量除以混煉材料的質(zhì)量來求出的值，也可以說是混煉時輸出的工作量。單位功可通過實測來掌握。
[0016]而且，混煉效率是混煉時輸出的工作量與輸入的工作量的比值，所述工作量如上述介紹可很容易地掌握，因此采用本發(fā)明，可簡便精確地掌握混煉機的混煉效率的程度。
[0017]此處，還可通過例如對利用不同規(guī)格的多個混煉機將相同的混煉材料以相同的條件混煉至相同的狀態(tài)時的所述評估指數(shù)進行比較，來對所述多個混煉機的混煉效率進行比較。更具體而言，即使轉(zhuǎn)子的配置如相切式或咬合式、轉(zhuǎn)子的形狀如葉片的數(shù)量等不同，也能對混煉機的混煉效率進行比較。還可通過對利用相同規(guī)格的混煉機將相同的混煉材料以不同的多個條件混煉至相同的狀態(tài)時的所述評估指數(shù)進行比較，來對所述多個條件下的混煉效率進行比較。或者，還可通過對利用相同規(guī)格的混煉機將不同配比的多個混煉材料以相同的條件混煉至相同的狀態(tài)時的所述評估指數(shù)進行比較，來對與所述多個混煉材料相關(guān)的混煉效率進行比較。此外，采用本發(fā)明，還可通過依次算出所述評估指數(shù)，來掌握混煉效率的時間序列變化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是舉例說明對混煉材料進行混煉中的密閉式橡膠混煉機的內(nèi)部的縱向剖面圖。
[0019]圖2是舉例說明圖1的密閉式橡膠混煉機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的縱向剖面圖。
[0020]圖3是圖2的A-A剖面圖。
[0021]圖4是舉例說明多個混煉機的評估指數(shù)的圖表。
[0022]圖5是舉例說明多個混煉機的混煉材料的填充率與評估指數(shù)之間的關(guān)系的圖表。
[0023]圖6是舉例說明某混煉機的相對于混煉材料的填充率的、評估指數(shù)與混煉時間之間的關(guān)系的圖表。
[0024]圖7是舉例說明某混煉機的評估指數(shù)的時間序列變化的圖表。
[0025]圖8是舉例說明另一混煉機的評估指數(shù)的時間序列變化的圖表。

【具體實施方式】
[0026]以下，根據(jù)附圖所示的實施方式，對本發(fā)明的密閉式橡膠混煉機的混煉效率的評估方法進行說明。
[0027]如圖1?圖3所示，密閉式橡膠混煉機I (以下，簡稱混煉機I)，在外殼2的上下方向中途具有材料投入口 3，在外殼3的下部具有收容轉(zhuǎn)子8的混煉室7及材料排出口 4。
[0028]在混煉室7設有平行地并置的2根轉(zhuǎn)子8。并置的2根轉(zhuǎn)子8以平行地并置的各自的轉(zhuǎn)子軸9為中心，向相反方向被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。轉(zhuǎn)子8的形式并無特殊限定，可采用多種形式如相切式、咬合式等。雖然所述轉(zhuǎn)子8分別為2片葉片的轉(zhuǎn)子，但是葉片數(shù)量、形狀可適當決定。
[0029]在轉(zhuǎn)子8的上部設有上下可移動的加壓重塊6。加壓重塊6在混煉材料R被投入外殼2的內(nèi)部時是配置在不妨礙混煉材料R的投入的上方待機位置?；鞜挷牧蟁被投入外殼2的內(nèi)部后是從待機位置向下方移動，配置在覆蓋轉(zhuǎn)子8的上部且使混煉室7幾乎密閉的位置?；鞜挷牧蟁含有原料橡膠及炭黑，此外還可適當配混炭黑以外的各種配合劑如增強劑、填充劑、防老化劑、加工助劑、軟化劑、塑化劑、硫化劑、硫化促進劑、硫化阻滯劑等。
[0030]對混煉材料R進行混煉時，設在轉(zhuǎn)子8下方位置的材料排出口 4被排出口舌門5關(guān)閉。將混煉好的混煉材料R從材料排出口 4排出時，排出口舌門5移動到不妨礙混煉材料R的排出的待機位置，打開材料排出口 4。加壓重塊6及排出口舌門5的結(jié)構(gòu)并不限定于所例舉的結(jié)構(gòu)。也可以是通常所說的捏合機結(jié)構(gòu)的混合機。
[0031]對轉(zhuǎn)子軸9進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的轉(zhuǎn)子驅(qū)動部10例如可采用驅(qū)動馬達等。在轉(zhuǎn)子驅(qū)動部10設有轉(zhuǎn)速計1a及功率計10b。轉(zhuǎn)速計1a檢測轉(zhuǎn)子8 (轉(zhuǎn)子軸9)的轉(zhuǎn)速N，功率計1b檢測旋轉(zhuǎn)驅(qū)動轉(zhuǎn)子8所需的瞬時功率P。
[0032]由轉(zhuǎn)速計1a及功率計1b檢測出的數(shù)據(jù)輸入由連接在轉(zhuǎn)子驅(qū)動部10上的計算機等構(gòu)成的運算裝置11中。此外，運算裝置11中還輸入有轉(zhuǎn)子8的外徑D、轉(zhuǎn)子8的外徑位置與混煉室7的內(nèi)壁面7a之間的間隙H的數(shù)據(jù)。
[0033]對混煉材料R進行混煉時，由運算裝置11算出下述(I)式所示的總剪切量J。亦即，通過根據(jù)混煉時間T對被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的轉(zhuǎn)子8帶給混煉材料R的剪切速度Y進行累計來算出總剪切量J。
[0034]總剪切量J = / (y)dt...(I)
[0035]此處，剪切速度Y =剪切系數(shù)KX轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N，剪切系數(shù)K = 31 X轉(zhuǎn)子外徑D/間隙H。
[0036]此外，由運算裝置11算出下述(2)式所示的單位功UW。亦即，通過用根據(jù)混煉時間T對旋轉(zhuǎn)驅(qū)動轉(zhuǎn)子8所需的瞬時功率P進行累計得出的累計電量W除以混煉材料R的質(zhì)量M來算出單位功UW。
[0037]單位功UW =累計電量W/混合材料質(zhì)量M...(2)
[0038]此處,累計電量W = / (p)dt。
[0039]而且，如下述(3)式所示，由運算裝置11通過用單位功UW除以總剪切量J來算出評估指數(shù)E。
[0040]評估指數(shù)E =單位功UW/總剪切量J...(3)
[0041]總剪切量J，也可以說是混煉時輸入的工作量。而且，通過將轉(zhuǎn)子外徑D、間隙H(或混煉室7的內(nèi)徑)、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N及混煉時間T代入(I)式，便可精確地近似求出總剪切量J。此外，單位功UW也可以說是混煉時輸出的工作量。單位功UW可通過利用功率計1b實測來掌握。
[0042]因此，評估指數(shù)E的值是混煉時輸出的工作量與輸入的工作量的比值。此處，總剪切量J是近似算出的虛擬值，實際總剪切量Jr為Jr =混煉效率β X總剪切量J?；鞜捫师率歉鶕?jù)轉(zhuǎn)子8的規(guī)格等而變化的值，大于O而小于等于I。而且，將(3)式變形后成為以下⑷式。
[0043]評估指數(shù)E =混煉效率β X (單位功UW/實際總剪切量Jr)...(4)
[0044]只要混煉材料R的配比相同，則通過指定輸入的混煉可得到的混煉后的混煉材料R也相同，因此可認為“單位功UW/實際總剪切量Jr”的值根據(jù)混煉材料R的配比而為一定(固有值)。故此，評估指數(shù)E表示混煉效率的程度，數(shù)值越大表示混煉效率越佳。此評估指數(shù)E可通過上述(I)式、(2)式、(3)式容易地算出，因此可簡便精確地掌握混煉機I的混煉效率的程度。
[0045]利用所述混煉機I對混煉材料R進行混煉的步驟如下。
[0046]首先，通過材料投入口 3將指定量的原料橡膠及各種配合劑如炭黑等投入外殼2的內(nèi)部。然后，將加壓重塊6從待機位置向下方移動，并配置成覆蓋轉(zhuǎn)子8的上部使其密閉。
[0047]該狀態(tài)下，被投入的混煉材料R在由混煉室7的內(nèi)壁面7a、排出口舌門5及加壓重塊6圍成的空間內(nèi)由被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的2個轉(zhuǎn)子8混煉。此外，例如在首先對原料橡膠進行素煉后，依次將軟化劑、塑化劑、炭黑等投入外殼2的內(nèi)部(混煉室7)進行混煉。混煉材料R被混煉至指定狀態(tài)，混煉結(jié)束后，通過將排出口舌門5移動到待機位置，打開材料排出口 4，將混煉材料R排出到混煉機I外部。
[0048]從混煉材料R的混煉開始時間點到混煉結(jié)束時間點之間，由轉(zhuǎn)速計1a依次檢測轉(zhuǎn)子8 (轉(zhuǎn)子軸9)的轉(zhuǎn)速N，由功率計1b依次檢測旋轉(zhuǎn)驅(qū)動轉(zhuǎn)子8所需的瞬時功率P。由轉(zhuǎn)速計1a及功率計1b檢測出的數(shù)據(jù)輸入運算裝置11。然后，由運算裝置11依次算出評估指數(shù)E。
[0049]圖4表示用不同規(guī)格的8種混煉機I (Cl機?C8機)將相同的混煉材料R以相同的條件混煉至相同的狀態(tài)時的評估指數(shù)E。另外，相同的條件是指表示混煉材料R體積占各混煉機I混煉室7容量的比例的填充率相同，且混煉材料的投入順序、定時相同。圖4的各混煉機I的填充率為大致60%。
[0050]根據(jù)圖4的結(jié)果可知，8種之中C3機的混煉機I的混煉效率最佳，C8機的混煉機的混煉效率最差。根據(jù)所述結(jié)果，在只重視混煉效率來選擇混煉機I的情況下，應選擇C3機。
[0051]圖5表示用不同規(guī)格的2種混煉機I (C7機、C8機)將相同的混煉材料R以相同的投入順序和定時、不同填充率混煉至相同的狀態(tài)時的評估指數(shù)E。根據(jù)圖5的結(jié)果可知，如果采用C7機及CS機的混煉機1，評估指數(shù)E沒有因填充率的不同而大幅變化，基本在一定的范圍。而且，可知C7機的混煉機I的混煉效率比CS機的混煉機I更佳。
[0052]圖6表示用某混煉機I (C10機)將某混煉材料R以不同的填充率混煉至指定狀態(tài)時的評估指數(shù)E (曲線a)。曲線b表示此時的填充率與混煉時間T之間的關(guān)系。
[0053]通過對所述評估指數(shù)E進行比較，便可對某混煉機I的多個填充率下的混煉效率進行比較。亦即，能夠得知用相同規(guī)格的混煉機I將相同的混煉材料R以不同的填充率混煉至相同的狀態(tài)時混煉效率最佳的填充率。還可得知，如果采用所述ClO機的混煉機1，則當將填充率設定在50%左右時，可將混煉所需的時間縮減到最短，混煉效率達到最佳。
[0054]圖7表示用某混煉機I (C10機)將某混煉材料R以某填充率(60% )混煉至指定狀態(tài)時的評估指數(shù)E的時間序列變化。此外，還表示出此時的瞬時功率P、累計電量W、混煉材料R的溫度TP的時間序列變化。在圖7的混煉工序中，從混煉開始到混煉結(jié)束之間，需要進行各種配合劑的投入和加壓重塊6的操作等，因此要間歇性地進行5次混煉作業(yè)，最初的混煉作業(yè)是任何配合劑都沒有被投入的狀態(tài)下的預混煉。因此，本發(fā)明將第2次以后的混煉作業(yè)(所有配合劑都被投入后的混煉作業(yè))作為對象。
[0055]根據(jù)圖7的結(jié)果可知，如果利用ClO機的混煉機I進行的混煉，評估指數(shù)E在混煉結(jié)束前不斷增大，混煉材料R被長時間緩慢混煉，混煉效率不佳。此外，還可知混煉時混煉材料R的發(fā)熱較少。
[0056]圖8表示用某混煉機I (Cll機)將某混煉材料R以某填充率(50% )混煉至指定狀態(tài)時的評估指數(shù)E的時間序列變化。此外，還表示出此時的瞬時功率P、累計電量W、混煉材料R溫度TP的時間序列變化。在圖8的混煉工序中，從混煉開始到混煉結(jié)束之間，需要進行各種配合劑的投入和加壓重塊6的操作等，因此從混煉開始到混煉結(jié)束，間歇性地進行3次混煉作業(yè)。最初的混煉作業(yè)是在任何配合劑都沒有被投入的狀態(tài)下進行的預混煉。因此，本發(fā)明將第2次以后的混煉作業(yè)(所有配合劑都被投入后的混煉作業(yè))作為對象。
[0057]根據(jù)圖8的結(jié)果可知，如果利用Cll機的混煉機I進行混煉，評估指數(shù)E在中途的混煉作業(yè)中快速增大，其后基本保持一定水平，混煉材料R在短時間中被迅速混煉，混煉效率較佳。此外，還可知混煉時混煉材料R的發(fā)熱較多。
[0058]根據(jù)圖7和圖8的結(jié)果，在例如對即使發(fā)熱較多質(zhì)量上也不易出現(xiàn)問題的混煉材料R進行混煉的情況下，通過選擇Cl I機的混煉機I來進行混煉，可在短時間內(nèi)高效地完成混煉。另一方面，對如果發(fā)熱較多則質(zhì)量上容易出現(xiàn)問題的混煉材料R進行混煉情況下，通過選擇ClO機的混煉機I來進行混煉，可在不降低質(zhì)量的情況下完成混煉。
[0059]用Cll機的混煉機I對如果發(fā)熱較多則質(zhì)量上容易出現(xiàn)問題的混煉材料R進行混煉的情況下，通過例如降低轉(zhuǎn)子8的轉(zhuǎn)速N，降低混煉效率，來抑制發(fā)熱。亦即，設定混煉條件，使評估指數(shù)E變小。如此，通過依次算出評估指數(shù)E，掌握混煉效率的時間序列變化，便可容易地設定最佳的混煉條件。
[0060]作為利用評估指數(shù)E的其他的評估方法，還可對不同混煉批量(批次)的評估指數(shù)E進行比較。該情況下，在混煉批量(批次)之間，對利用相同規(guī)格的混煉機I將相同的混煉材料R以相同的條件混煉至相同的狀態(tài)時的評估指數(shù)E進行比較。通過對各混煉批量(批次)的評估指數(shù)E進行比較，便可掌握混煉狀態(tài)的穩(wěn)定性。亦即，各混煉批量(批次)的評估指數(shù)E偏差越小，則可判斷為混煉批量(批次)間的混煉越穩(wěn)定。
[0061]此外，利用相同規(guī)格的混煉機I將相同的混煉材料R以相同的條件混煉至相同的狀態(tài)時的評估指數(shù)E發(fā)生明顯變化的情況下，可判定混煉機I發(fā)生了異常(故障)。
[0062]符號說明
[0063]I密閉式橡膠混煉機
[0064]2 外殼
[0065]3材料投入口
[0066]4材料排出口
[0067]5排出口舌門
[0068]6加壓重塊
[0069]7混煉室
[0070]7a內(nèi)壁面
[0071]8 轉(zhuǎn)子
[0072]9轉(zhuǎn)子軸
[0073]10轉(zhuǎn)子驅(qū)動部
[0074]1a功率計
[0075]1b轉(zhuǎn)速計
[0076]11運算裝置
[0077]R混煉材料
【權(quán)利要求】
1.一種密閉式橡膠混煉機的混煉效率的評估方法，用來評估對含有原料橡膠及炭黑的混煉材料進行混煉時的密閉式橡膠混煉機的混煉效率，其特征在于，通過根據(jù)總剪切量和單位功算出的評估指數(shù)的大小來對所述混煉機的混煉效率進行評估，所述總剪切量是通過根據(jù)混煉時間對所述混煉機轉(zhuǎn)子帶給混煉材料的剪切速度進行累計來求出，所述單位功是通過用根據(jù)混煉時間對旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子所需的瞬時功率進行累計得出的累計電量除以混煉材料質(zhì)量來求出。
2.如權(quán)利要求1所述的密閉式橡膠混煉機的混煉效率的評估方法，其中，通過對利用不同規(guī)格的多個混煉機將相同的混煉材料以相同的條件混煉至相同的狀態(tài)時的所述評估指數(shù)進行比較，來對所述多個混煉機的混煉效率進行比較。
3.如權(quán)利要求1所述的密閉式橡膠混煉機的混煉效率的評估方法，其中，通過對利用相同規(guī)格的混煉機將相同的混煉材料以不同的多個條件混煉至相同的狀態(tài)時的所述評估指數(shù)進行比較，來對所述多個條件下的混煉效率進行比較。
4.如權(quán)利要求1所述的密閉式橡膠混煉機的混煉效率的評估方法，其中，通過對利用相同規(guī)格的混煉機將不同配比的多個混煉材料以相同的條件混煉至相同的狀態(tài)時的所述評估指數(shù)進行比較，來對與所述多個混煉材料有關(guān)的混煉效率進行比較。
5.如權(quán)利要求1?4中任一項所述的密閉式橡膠混煉機的混煉效率的評估方法，其中，通過依次算出所述評估指數(shù)，來掌握混煉效率的時間序列變化。
【文檔編號】B29B7/18GK104159717SQ201380010219
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月20日
【發(fā)明者】小澤修, 筱田裕昭 申請人:橫濱橡膠株式會社