密闭式橡胶混炼机的混炼效率的评估方法

摘要

本发明提供一种可简便精确地掌握混炼机的混炼效率的程度的密闭式橡胶混炼机的混炼效率的评估方法。利用密闭式橡胶混炼机(1)对含有原料橡胶及炭黑的混炼材料(R)进行混炼时，利用运算装置(11)根据总剪切量J和单位功UW算出评估指数(E)，然后根据以单位功UW/总剪切量J算出的评估指数(E)的大小来对所述混炼机(1)的混炼效率的程度进行评估，所述总剪切量J是通过根据混炼时间(T)对被所述混炼机(1)的转子驱动部(10)旋转驱动的转子(8)带给混炼材料(R)的剪切速度γ进行累计来求出，所述单位功UW是通过用根据混炼时间(T)对所述转子驱动部(10)的瞬时功率(p)进行累计得出的累计电量(W)除以混炼材料(R)的质量M来求出。

权利要求

1.一种密闭式橡胶混炼机的混炼效率的评估方法，用来评估对含有原料橡胶及炭黑的混炼材料进行混炼时的密闭式橡胶混炼机的混炼效率，其特征在于，通过根据总剪切量和单位功算出的评估指数的大小来对所述混炼机的混炼效率进行评估，所述总剪切量是通过根据混炼时间对所述混炼机转子带给混炼材料的剪切速度进行累计来求出，所述单位功是通过用根据混炼时间对旋转驱动所述转子所需的瞬时功率进行累计得出的累计电量除以混炼材料质量来求出，总剪切量J＝∫(γ)dt，

其中，剪切速度γ＝剪切系数K×转子转速N，剪切系数K＝π×转子外径D/间隙H。

2.如权利要求1所述的密闭式橡胶混炼机的混炼效率的评估方法，其中，通过对利用不同规格的多个混炼机将相同的混炼材料以相同的条件混炼至相同的状态时的所述评估指数进行比较，来对所述多个混炼机的混炼效率进行比较。

3.如权利要求1所述的密闭式橡胶混炼机的混炼效率的评估方法，其中，通过对利用相同规格的混炼机将相同的混炼材料以不同的多个条件混炼至相同的状态时的所述评估指数进行比较，来对所述多个条件下的混炼效率进行比较。

4.如权利要求1所述的密闭式橡胶混炼机的混炼效率的评估方法，其中，通过对利用相同规格的混炼机将不同配比的多个混炼材料以相同的条件混炼至相同的状态时的所述评估指数进行比较，来对与所述多个混炼材料有关的混炼效率进行比较。

5.如权利要求1～4中任一项所述的密闭式橡胶混炼机的混炼效率的评估方法，其中，通过依次算出所述评估指数，来掌握混炼效率的时间序列变化。

说明书

密闭式橡胶混炼机的混炼效率的评估方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种密闭式橡胶混炼机的混炼效率的评估方法，更详细而言，涉及一种可简便精确地掌握混炼机的混炼效率的程度的密闭式橡胶混炼机的混炼效率的评估方法。

背景技术

[0002] 制造橡胶产品如轮胎、橡胶软管等时，将指定量的含有原料橡胶和各种配合剂如炭黑等的混炼材料投入密闭式橡胶混炼机中进行混炼。通过所述混炼，使各种配合剂均匀地分散到原料橡胶中，并使混炼材料的黏度降低到一定程度。密闭式橡胶混炼机在混炼室中具有平行地并置的2根转子，通过使这些转子旋转对混炼材料进行混炼。混炼材料是通过以转子轴为中心被转动，在转子与混炼室内壁面之间获得剪切力而被混炼。

[0003] 可是，密闭式橡胶混炼机中有各种各样的混炼机，它们的转子、转子驱动马达、混炼室等的规格各不相同。为进行高效的混炼，优选选择利用适合混炼材料的混炼机，或者在利用已有橡胶混炼机的情况下以适合混炼材料的条件进行混炼。

[0004] 作为对密闭式橡胶混炼机混炼状态进行评估的手段，已知有一种利用混炼机的功率-时间曲线的方法(例如参考非专利文献1)。然而，所述文献的方法主要着眼于掌握某时间点的混炼状态等，并不是用来对密闭式橡胶混炼机的混炼效率进行评估。

[0005] 因此，为对某混炼材料高效地进行混炼，什么样规格的混炼机合适或者什么样条件下才能高效地进行混炼等，关于这些，无法从非专利文献1找到直接的答案。故此，需要一种可简便精确地对密闭式橡胶混炼机的混炼效率进行评估的方法。

[0006] 现有技术文献

[0007] 非专利文献

[0008] 【非专利文献1】西本一夫、占部诚亮、秋山铁夫著，日本橡胶协会刊物1992年第65卷第8号《功率-时间曲线的光谱分析》P465～472发明概要

[0009] 发明拟解决的问题

[0010] 本发明的目的在于提供一种可简便精确地掌握混炼机的混炼效率的程度的密闭式橡胶混炼机的混炼效率的评估方法。

[0011] 解决问题的手段

[0012] 为达成上述目的，本发明的密闭式橡胶混炼机的混炼效率的评估方法，用于评估对含有原料橡胶及炭黑的混炼材料进行混炼时的密闭式橡胶混炼机的混炼效率，其特征在于，通过根据总剪切量和单位功算出的评估指数的大小来对所述混炼机的混炼效率进行评估，所述总剪切量是通过根据混炼时间对所述混炼机转子带给混炼材料的剪切速度进行累计来求出，所述单位功是提高用根据混炼时间对旋转驱动所述转子所需的瞬时功率进行累计得出的累计电量除以混炼材料的质量后求出。

[0013] 发明效果

[0014] 本发明，根据利用密闭式橡胶混炼机对含有原料橡胶及炭黑的混炼材料进行混炼时，该混炼机的转子带给混炼材料的总剪切量和单位功算出评估指数，然后根据所述评估指数的大小来对所述混炼机的混炼效率进行评估。总剪切量是通过根据混炼时间对转子的剪切速度进行累计来求出的值，也可以说是混炼时输入的工作量。总剪切量可根据转子外径、混炼室内径、转子转速及混炼时间来精确地近似求出。

[0015] 此外，单位功是通过用根据混炼时间对旋转驱动转子所需的瞬时功率进行累计得出的累计电量除以混炼材料的质量来求出的值，也可以说是混炼时输出的工作量。单位功可通过实测来掌握。

[0016] 而且，混炼效率是混炼时输出的工作量与输入的工作量的比值，所述工作量如上述介绍可很容易地掌握，因此采用本发明，可简便精确地掌握混炼机的混炼效率的程度。

[0017] 此处，还可通过例如对利用不同规格的多个混炼机将相同的混炼材料以相同的条件混炼至相同的状态时的所述评估指数进行比较，来对所述多个混炼机的混炼效率进行比较。更具体而言，即使转子的配置如相切式或咬合式、转子的形状如叶片的数量等不同，也能对混炼机的混炼效率进行比较。还可通过对利用相同规格的混炼机将相同的混炼材料以不同的多个条件混炼至相同的状态时的所述评估指数进行比较，来对所述多个条件下的混炼效率进行比较。或者，还可通过对利用相同规格的混炼机将不同配比的多个混炼材料以相同的条件混炼至相同的状态时的所述评估指数进行比较，来对与所述多个混炼材料相关的混炼效率进行比较。此外，采用本发明，还可通过依次算出所述评估指数，来掌握混炼效率的时间序列变化。

附图说明

[0018] 图1是举例说明对混炼材料进行混炼中的密闭式橡胶混炼机的内部的纵向剖面图。

[0019] 图2是举例说明图1的密闭式橡胶混炼机的内部结构的纵向剖面图。

[0020] 图3是图2的A-A剖面图。

[0021] 图4是举例说明多个混炼机的评估指数的图表。

[0022] 图5是举例说明多个混炼机的混炼材料的填充率与评估指数之间的关系的图表。

[0023] 图6是举例说明某混炼机的相对于混炼材料的填充率的、评估指数与混炼时间之间的关系的图表。

[0024] 图7是举例说明某混炼机的评估指数的时间序列变化的图表。

[0025] 图8是举例说明另一混炼机的评估指数的时间序列变化的图表。

具体实施方式

[0026] 以下，根据附图所示的实施方式，对本发明的密闭式橡胶混炼机的混炼效率的评估方法进行说明。

[0027] 如图1～图3所示，密闭式橡胶混炼机1(以下，简称混炼机1)，在外壳2的上下方向中途具有材料投入口3，在外壳3的下部具有收容转子8的混炼室7及材料排出口4。

[0028] 在混炼室7设有平行地并置的2根转子8。并置的2根转子8以平行地并置的各自的转子轴9为中心，向相反方向被旋转驱动。转子8的形式并无特殊限定，可采用多种形式如相切式、咬合式等。虽然所述转子8分别为2片叶片的转子，但是叶片数量、形状可适当决定。

[0029] 在转子8的上部设有上下可移动的加压重块6。加压重块6在混炼材料R被投入外壳2的内部时是配置在不妨碍混炼材料R的投入的上方待机位置。混炼材料R被投入外壳2的内部后是从待机位置向下方移动，配置在覆盖转子8的上部且使混炼室7几乎密闭的位置。混炼材料R含有原料橡胶及炭黑，此外还可适当配混炭黑以外的各种配合剂如增强剂、填充剂、防老化剂、加工助剂、软化剂、塑化剂、硫化剂、硫化促进剂、硫化阻滞剂等。

[0030] 对混炼材料R进行混炼时，设在转子8下方位置的材料排出口4被排出口舌门5关闭。将混炼好的混炼材料R从材料排出口4排出时，排出口舌门5移动到不妨碍混炼材料R的排出的待机位置，打开材料排出口4。加压重块6及排出口舌门5的结构并不限定于所例举的结构。也可以是通常所说的捏合机结构的混合机。

[0031] 对转子轴9进行旋转驱动的转子驱动部10例如可采用驱动马达等。在转子驱动部10设有转速计10a及功率计10b。转速计10a检测转子8(转子轴9)的转速N，功率计10b检测旋转驱动转子8所需的瞬时功率p。

[0032] 由转速计10a及功率计10b检测出的数据输入由连接在转子驱动部10上的计算机等构成的运算装置11中。此外，运算装置11中还输入有转子8的外径D、转子8的外径位置与混炼室7的内壁面7a之间的间隙H的数据。

[0033] 对混炼材料R进行混炼时，由运算装置11算出下述(1)式所示的总剪切量J。亦即，通过根据混炼时间T对被旋转驱动的转子8带给混炼材料R的剪切速度γ进行累计来算出总剪切量J。

[0034] 总剪切量J＝∫(γ)dt...(1)

[0035] 此处，剪切速度γ＝剪切系数K×转子转速N，剪切系数K＝π×转子外径D/间隙H。

[0036] 此外，由运算装置11算出下述(2)式所示的单位功UW。亦即，通过用根据混炼时间T对旋转驱动转子8所需的瞬时功率p进行累计得出的累计电量W除以混炼材料R的质量M来算出单位功UW。

[0037] 单位功UW＝累计电量W/混合材料质量M...(2)

[0038] 此处，累计电量W＝∫(p)dt。

[0039] 而且，如下述(3)式所示，由运算装置11通过用单位功UW除以总剪切量J来算出评估指数E。

[0040] 评估指数E＝单位功UW/总剪切量J...(3)

[0041] 总剪切量J，也可以说是混炼时输入的工作量。而且，通过将转子外径D、间隙H(或混炼室7的内径)、转子转速N及混炼时间T代入(1)式，便可精确地近似求出总剪切量J。此外，单位功UW也可以说是混炼时输出的工作量。单位功UW可通过利用功率计10b实测来掌握。

[0042] 因此，评估指数E的值是混炼时输出的工作量与输入的工作量的比值。此处，总剪切量J是近似算出的虚拟值，实际总剪切量Jr为Jr＝混炼效率β×总剪切量J。混炼效率β是根据转子8的规格等而变化的值，大于0而小于等于1。而且，将(3)式变形后成为以下(4)式。

[0043] 评估指数E＝混炼效率β×(单位功UW/实际总剪切量Jr)...(4)

[0044] 只要混炼材料R的配比相同，则通过指定输入的混炼可得到的混炼后的混炼材料R也相同，因此可认为“单位功UW/实际总剪切量Jr”的值根据混炼材料R的配比而为一定(固有值)。故此，评估指数E表示混炼效率的程度，数值越大表示混炼效率越佳。此评估指数E可通过上述(1)式、(2)式、(3)式容易地算出，因此可简便精确地掌握混炼机1的混炼效率的程度。

[0045] 利用所述混炼机1对混炼材料R进行混炼的步骤如下。

[0046] 首先，通过材料投入口3将指定量的原料橡胶及各种配合剂如炭黑等投入外壳2的内部。然后，将加压重块6从待机位置向下方移动，并配置成覆盖转子8的上部使其密闭。

[0047] 该状态下，被投入的混炼材料R在由混炼室7的内壁面7a、排出口舌门5及加压重块6围成的空间内由被旋转驱动的2个转子8混炼。此外，例如在首先对原料橡胶进行素炼后，依次将软化剂、塑化剂、炭黑等投入外壳2的内部(混炼室7)进行混炼。混炼材料R被混炼至指定状态，混炼结束后，通过将排出口舌门5移动到待机位置，打开材料排出口4，将混炼材料R排出到混炼机1外部。

[0048] 从混炼材料R的混炼开始时间点到混炼结束时间点之间，由转速计10a依次检测转子8(转子轴9)的转速N，由功率计10b依次检测旋转驱动转子8所需的瞬时功率p。由转速计10a及功率计10b检测出的数据输入运算装置11。然后，由运算装置11依次算出评估指数E。

[0049] 图4表示用不同规格的8种混炼机1(C1机～C8机)将相同的混炼材料R以相同的条件混炼至相同的状态时的评估指数E。另外，相同的条件是指表示混炼材料R体积占各混炼机1混炼室7容量的比例的填充率相同，且混炼材料的投入顺序、定时相同。图4的各混炼机1的填充率为大致60％。

[0050] 根据图4的结果可知，8种之中C3机的混炼机1的混炼效率最佳，C8机的混炼机的混炼效率最差。根据所述结果，在只重视混炼效率来选择混炼机1的情况下，应选择C3机。

[0051] 图5表示用不同规格的2种混炼机1(C7机、C8机)将相同的混炼材料R以相同的投入顺序和定时、不同填充率混炼至相同的状态时的评估指数E。根据图5的结果可知，如果采用C7机及C8机的混炼机1，评估指数E没有因填充率的不同而大幅变化，基本在一定的范围。而且，可知C7机的混炼机1的混炼效率比C8机的混炼机1更佳。

[0052] 图6表示用某混炼机1(C10机)将某混炼材料R以不同的填充率混炼至指定状态时的评估指数E(曲线a)。曲线b表示此时的填充率与混炼时间T之间的关系。

[0053] 通过对所述评估指数E进行比较，便可对某混炼机1的多个填充率下的混炼效率进行比较。亦即，能够得知用相同规格的混炼机1将相同的混炼材料R以不同的填充率混炼至相同的状态时混炼效率最佳的填充率。还可得知，如果采用所述C10机的混炼机1，则当将填充率设定在50％左右时，可将混炼所需的时间缩减到最短，混炼效率达到最佳。

[0054] 图7表示用某混炼机1(C10机)将某混炼材料R以某填充率(60％)混炼至指定状态时的评估指数E的时间序列变化。此外，还表示出此时的瞬时功率p、累计电量W、混炼材料R的温度TP的时间序列变化。在图7的混炼工序中，从混炼开始到混炼结束之间，需要进行各种配合剂的投入和加压重块6的操作等，因此要间歇性地进行5次混炼作业，最初的混炼作业是任何配合剂都没有被投入的状态下的预混炼。因此，本发明将第2次以后的混炼作业(所有配合剂都被投入后的混炼作业)作为对象。

[0055] 根据图7的结果可知，如果利用C10机的混炼机1进行的混炼，评估指数E在混炼结束前不断增大，混炼材料R被长时间缓慢混炼，混炼效率不佳。此外，还可知混炼时混炼材料R的发热较少。

[0056] 图8表示用某混炼机1(C11机)将某混炼材料R以某填充率(50％)混炼至指定状态时的评估指数E的时间序列变化。此外，还表示出此时的瞬时功率p、累计电量W、混炼材料R温度TP的时间序列变化。在图8的混炼工序中，从混炼开始到混炼结束之间，需要进行各种配合剂的投入和加压重块6的操作等，因此从混炼开始到混炼结束，间歇性地进行3次混炼作业。最初的混炼作业是在任何配合剂都没有被投入的状态下进行的预混炼。因此，本发明将第2次以后的混炼作业(所有配合剂都被投入后的混炼作业)作为对象。

[0057] 根据图8的结果可知，如果利用C11机的混炼机1进行混炼，评估指数E在中途的混炼作业中快速增大，其后基本保持一定水平，混炼材料R在短时间中被迅速混炼，混炼效率较佳。此外，还可知混炼时混炼材料R的发热较多。

[0058] 根据图7和图8的结果，在例如对即使发热较多质量上也不易出现问题的混炼材料R进行混炼的情况下，通过选择C11机的混炼机1来进行混炼，可在短时间内高效地完成混炼。另一方面，对如果发热较多则质量上容易出现问题的混炼材料R进行混炼情况下，通过选择C10机的混炼机1来进行混炼，可在不降低质量的情况下完成混炼。

[0059] 用C11机的混炼机1对如果发热较多则质量上容易出现问题的混炼材料R进行混炼的情况下，通过例如降低转子8的转速N，降低混炼效率，来抑制发热。亦即，设定混炼条件，使评估指数E变小。如此，通过依次算出评估指数E，掌握混炼效率的时间序列变化，便可容易地设定最佳的混炼条件。

[0060] 作为利用评估指数E的其他的评估方法，还可对不同混炼批量(批次)的评估指数E进行比较。该情况下，在混炼批量(批次)之间，对利用相同规格的混炼机1将相同的混炼材料R以相同的条件混炼至相同的状态时的评估指数E进行比较。通过对各混炼批量(批次)的评估指数E进行比较，便可掌握混炼状态的稳定性。亦即，各混炼批量(批次)的评估指数E偏差越小，则可判断为混炼批量(批次)间的混炼越稳定。

[0061] 此外，利用相同规格的混炼机1将相同的混炼材料R以相同的条件混炼至相同的状态时的评估指数E发生明显变化的情况下，可判定混炼机1发生了异常(故障)。

[0062] 符号说明

[0063] 1密闭式橡胶混炼机

[0064] 2外壳

[0065] 3材料投入口

[0066] 4材料排出口

[0067] 5排出口舌门

[0068] 6加压重块

[0069] 7混炼室

[0070] 7a内壁面

[0071] 8转子

[0072] 9转子轴

[0073] 10转子驱动部

[0074] 10a功率计

[0075] 10b转速计

[0076] 11运算装置

[0077] R混炼材料