CN101077600B - 用于制备夹层复合件的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于同时且均一地将发泡性反应混合物卸载到表面上的应用设备，一种生产夹层复合件的设备和连续或不连续生产夹层复合件，特别是具有刚性和柔性外层的泡沫复合件的方法。

Description

用于制备夹层复合件的设备和方法

背景技术

本发明涉及一种用于同时且均一地将发泡性反应混合物施加到表面上的应用设备(application device)，一种用于生产夹层复合件(sandwich compositeelement)的设备和一种连续或不连续生产夹层复合件(特别是具有刚性和柔性外层的泡沫复合件)的方法。

长期以来，一直需要一种能够连续制造夹层复合件的设备使得生产率能提高到大于15m/min，优选高达60m/min的速度。

到现在为止，摆动混料头已经用于连续生产夹层复合件。在已知的生产过程中，混料头在底部外层的宽度上进行摆动运动，并且通过浇注耙形或扇形或勺形喷嘴将液态的反应混合物施加到该底部外层上，将所述浇注耙形或扇形或勺形喷嘴安装为与混料头上呈直角并且平行于底部外层。

混料头安装在位于底部外层上方的导轨上(通常称作入口)并且借助电动马达加速并且在反转点前减速。发泡原材料通过软管加入混料头。此外，在一些例子中将液压软管或气压软管引入混料头。用于发泡的原材料通过喷嘴进入混料头中并且混合。

反应混合物随后流入浇注耙形件中并且通过规则分隔的孔流出。通过浇注耙形件的长度及其孔和混料头的摆动运动来倾斜于传递方向地均匀分配反应混合物。

在施用之后，反应混合物发泡上升直到顶部外层。在发泡过程中，在泡沫凝固化且固化之前其连接两个外层。

该生产过程的生产率实际上是有限制的。即使使用足够强的发动机，导轨，软管，混料头和浇注耙形或扇形或勺形喷嘴，反应混合物也将会溢出外层边界，因为在反转点具有非常高的离心力。根据现有技术，在采用该应用技术连续生产夹层复合件时生产率不可能超过15m/min。

使用固定混料头技术、刚性卸料系统使生产率达到60m/min的技术，是完全已知的。被称为US技术(高速机)的该方法基本由具有分离的给料头和分离的混料头以及卸料系统的三个相同计测控制线构成。然而，该技术并不具有如本发明描述的分配头。该已知工艺的缺点在于离开各个单独混合头的反应混合物在压力和温度方面易受到不同的物理条件，这些在制造的泡沫体中显现出的是产品质量下降，例如因各点之间反应动力学的差异而导致的热传导系数差异、表面不平、孔洞变小。

发明概述

本发明的一个目标是提供一种克服限制施涂率的缺点的方法。

通过使用用于生产泡沫体的本发明的应用设备可以达到该目标，在该设备中可同时施加发泡混合物并且在反应区上均匀地发泡。本发明的应用设备包括：混料头，分配头，至少3个或更多个连接到分配头上的柔性卸料线，它们横向于卸料方向地固定到框架上。

附图说明

图1是使用摆动混料头和浇注耙形件施用形成聚氨酯的反应混合物的示意图。

图2是使用本发明包括连接有分配头的混料头的装置施用形成聚氨酯的反应混合物的示意图。

图3是具有柔性或刚性外层的复合件的连续生产工艺的示意图。

发明详述

本发明涉及使用本发明的设备施用聚氨酯泡沫成形反应混合物的工艺，其中同时施用泡沫成形混合物并且在反应区上均匀地发泡。本发明的应用设备包括：混料头，分配头，至少3个或更多的连接到分配头上的柔性卸料线，它们横向于卸料方向地固定到框架上。

如果本发明的设备包括连接到分配头的至少三个等长的、具有相等的横截面并且包括相同材料的卸料线，则是有利的。

如果卸料线的位置适合于板(panel)的几何形状并且被卸载的反应混合物穿过反应区域的底部外层(或面)的整个宽度均匀地分布，则本发明的应用设备是尤其有利的。

如果卸料线与框架的连接方式使得反应混合物在反应带的传送方向上施加到底部外层上，则根据本发明的应用设备是有利的。

如果卸料线与框架的连接方式使得反应混合物逆着反应带的传送方向施加到的底部外层上，则根据本发明的应用设备是有利的。

本发明的另一实施方案是用于制备夹层复合件的设备，其中包括至少两个用于顶部和底部外层或面层材料的供料设备，引导顶部外层的旋转上传送带，引导底部外层的旋转下传送带，本发明的生产发泡芯层的应用设备、成型部分和切割装置串联连接。

如果使用发泡聚氨酯(PU)芯层，则用于制备夹层复合件的本发明的设备是有利的。

本发明的另一实施方案是用于生产发泡夹层复合件的方法，其中使用根据本发明的用于制备夹层复合件的应用设备，并且预先或在混料头中，将在混料头中混合在一起的一个或多个组分与惰性气体混合。

如果化学惰性气体选自空气、氮气、二氧化碳和稀有气体(例如氩和氦)，则这对本发明的方法是有利的。优选将空气作为化学惰性气体。

在根据本发明的应用设备中，也将混料头连接于底部外层上方的框架，该框架是不可移动的，因此不同的反应曲线(profile)可能用于制造不同厚度的产品。混料头中各个发泡组分被混合，在混料头上固定一个分配头。该分配头具有至少3个，最多8个卸料线，优选其长度，横截面和材质相同。其优点在于，与底部外层接触时，在每个接触点液态未发泡的反应混合物(still liquid reaction mixture)的发泡行为进展到同一程度，其使得生产的产品发泡特别均一。并不仅仅因为卸料线的同样长度，横截面和材料而得到该优点，还因为待施用的整个混合物出自一个并且同样的混料头。本领域技术人员已知的与待发泡的反应混合物不会反应并且通常不会与反应混合物牢固粘合的任何材料都可以作为卸料线。卸料线优选材料的例子为钢，铝，不锈钢，聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚氯乙烯(PVC)，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，橡胶，聚四氟乙烯(PTFE)和聚氨酯(PU)。橡胶应被理解为本领域技术人员已知的可以被加工成进料线中的任何柔性橡胶，优选丁腈橡胶(NBR)。尤其优选的是柔性材料，例如PE，PP，PET和PVC。在传送带运输方向的横向上，将卸料线以适合于板的几何形状并且确保穿过底部外层的宽度均匀施涂的方式，安装并固定在设置在顶部外层上方的刚性框架上。卸料线优选以如下方式安置于底部外层上面：使得反应混合物施涂于底部外层上从而使得底部外层上的各个单独施用区域间的未润湿区域为同一尺寸。在发泡过程中，空隙被闭合因此确保了复合件的均匀发泡。为了微调，刚性框架上的卸料线在传送带运输方向的横向上是可移动的。此外，卸料线以可使得反应混合物在传送带运输方向或反向上与底部外层接触的方式连接到框架上。反应混合物是在传送带运输方向上还是反向上与底部外层接触，取决于从卸料线上卸载的速率和传送带的传送速率，并且有可能取决于反应混合物的粘度。卸料速率为1.2到2m/min且传送速率为20到60m/min时，优选以逆传输方向施加反应混合物。卸料速率为1.2到2m/min且传送速率至多为20m/min时，优选以传送带传输方向施加混合物。

在本发明特别优选的实施方案中，混料头以及分配头和卸料线一起被安装和固定，由此生产出在传送带传输方向的横向上厚度递减或厚度比率连续变化的产品。可使得底部外层各个施用区域间的非润湿区域的尺寸以线性形式减小或连续地变化。在发泡期间，空隙被闭合，这样在产品的高度上可能发生理想的不规则发泡。

这种方式安装可以除去对摆动浇注耙形或扇形或勺形喷嘴而言不可缺少的入口(portal)。此外，在这种安装下，生产率仅取决于发泡设备输出操作或传送带的速度。在这种安装下可以达到大于15m/min直到最大值为60m/min的速率。与必须使用了多个混料头的工序相比本发明的设备的另一优势为，因为仅使用一个混料头，不会因为不同的处理压力，温度或类似的处理参数而产生变化，导致生产安全性降低和产品质量问题。

可以使用本领域技术人员已知的适合用于多元醇成分和聚异氰酸酯成分发泡生成聚氨酯夹层复合件中的任何混料头作为本发明设备的混料头。可以在混料头中将化学惰性气体加入到反应混合物中，或者可以预先将化学惰性气体与一种或所有的反应成分混合，以阻止可能产生的卸料线阻塞。适合的化学惰性气体的例子包括：氮气，空气，二氧化碳和稀有气体(例如氩和氦)。代替或除气体之外，可以在反应成分中混合入其它组分。这类可以在反应成分或混料头的混合物中添加的附加组分的例子包括：石墨，聚氨酯粉，三聚氰胺，石英砂，AL₂O₃，滑石和纳米复合材料，例如页硅酸盐，纳米管，纳米砂。

适合于构成分配头的材料的例子包括：钢，不锈钢，铝和塑料。无论如何，选择的材料必须经受得住在混料头中最常有的温度和压力，0.5到3巴和20到40℃。优选对分配头的几何形状进行选择，以使得从分配头入口到其通往卸料线的相应出口的通道长度相等。如果所有的分配头出口的分配头出口的横截面与相同，则也是优选的。可是，分配头入口的横截面也可以大于相应的分配头出口。

本发明的应用设备可以是其它用于生产夹层复合件设备的一部分。聚氨酯夹层件(板)的制备通常是连续生产。在该方法中，通常用大约20到240mm厚的所谓双传送带连续制备板。可是，厚度小于20mm和大于240mm也是可能的。这种类型的双传送带通常由下述部件组成：引导顶部外层的旋转上传送带，引导底部外层的旋转下传送带，用于顶部外层的进料设备，用于底部外层的进料设备，成型部分，其中顶部外层和底部外层间的聚氨酯反应混合物发泡并且充分反应，生产出的板的切割装置和具有将聚氨酯反应混合物施加于底部外层之上的混料头的计量站。根据现有技术的双传送带，如图3所示。

夹层复合件连续生产过程的各个设备的布置已经是现有技术，例如在DE-A1247612和DE-A1609668中所揭示。

在本发明的框架中，夹层复合件是指由至少两个外层和居于其间的芯层组成的复合件。

所有本领域技术人员已知的材料都可以作为芯层。矿物纤维的纤维板或硬泡沫塑料的板，例如聚氨酯或聚异氰脲酸酯(PIR)硬泡沫，聚苯乙烯泡沫，酚醛树脂泡沫，都是优选的。

优选的夹层复合件包括至少两个刚性或柔性材料外层和一个泡沫芯层，例如PU硬泡沫体。在此使用的术语PU硬泡沫体是指基于聚氨酯，聚脲和聚异氰脲酸酯化合物的硬泡沫体。

优选将基于聚氨酯和/或聚异氰脲酸酯的硬泡沫体作为芯层。至于含有聚氨酯和/或聚异氰脲酸酯基团的硬泡沫体的制备，本领域技术人员已知的含有与OH化合物具有反应性的含NCO-化合物中的任何化合物均可以使用。适合的异氰酸酯的例子包括：脂族，脂环族，芳脂族(araliphatic)，芳族和杂环聚异氰酸酯，优选二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或聚苯基聚亚甲基聚异氰酸酯，含有如下基团的聚异氰酸酯：碳二亚胺基团，尿烷基团，脲基甲酸酯基团，异氰脲酸酯基团，脲基团或缩二脲基团，最优选聚苯基聚亚甲基聚异氰酸酯。具有至少两个氢原子，且对分子量为400到10,000g/mol的异氰酸酯有活性的合适化合物的例子包括：具有氨基，硫醇基，羟基或羧基的化合物。此外，可以使用适合的NCO预聚物，所述NCO预聚物由聚合的MDI与脂族或芳族聚醚多元醇或聚酯多元醇(例如，数均分子量60到4000且具有1到4个羟基的聚醚多元醇或聚酯多元醇)反应制得。

使用对本领域技术人员来说常规的辅助物质和添加剂产生制备泡沫体，例如催化剂，发泡剂，交联剂，阻燃剂，泡沫稳定剂，流动改进剂，抑制剂和任选的固体添加剂以改进导热性和防火性。

本领域技术人员已知的任何材料都可以作为外层的材料。优选：金属例如钢(镀锌的和/或上漆的)，铝(上漆的和/或阳极化的)，铜，不锈钢，或非金属，例如增强的，未增强的和/或填充的塑料，例如，聚氯乙烯或基于聚酯，或玻璃纤维，浸渍的薄纸板，纸，木材，沥青浸渍的玻璃纤维起绒织物(fleece)和矿物玻璃纤维起绒织物。

外层可以，例如，由漆涂覆。

由上述材料制成的板的相应面的结合而成的外层的复合体也合适用作外层。

基于不同外层(刚性或柔性)和聚氨酯硬泡沫芯层的这种类型的复合件是现有技术中已知的并且也被称为金属复合件和绝缘板。在芯层和外层之间也可以提供其它的层。

这些具有刚性外层复合件应用的例子为工业厂房建筑和冷藏建筑的光面的或有纹墙板和成型屋顶板。这些复合件也可以作为卡车体，会堂门和大门及储藏结构中。绝缘板，具有柔性外层的复合件，可作为屋顶，外墙和地板的绝缘材料。

通过连续工序或不连续工序制备这种复合件是已知的。为此目的，将未发泡的液体反应混合物用本发明的应用设备的施用到底部外层上。将缓慢发泡的反应混合物通过下传送带在底部外层上传送至上、下传送带支撑的成型区中。发泡反应混合物到达顶部外层并且与两个外层连接在一起。在成型区中制成的产品厚度由上、下传送带预先调定，泡沫体固化，并且在穿过成型区后，通过切割装置被切成多段，从而使得由此制备的产品被切成所需的长度。

参照附图将在下文详细解释本发明。

图1表示用于将未发泡的液态的反应混合物5施加到底部外层6上的设备。借助于混料头2施加液体反应混合物5，混料头2在底部外层6上方安装在导轨上(所谓的入口(未示出))，浇注耙形件4与混料头2连接。混料头2显示出附加孔3，附加孔3充当混料头2中的待混合成分的进料孔。气压缸1确保足够的喷嘴张力。浇注耙形件4以直角连接到混料头2上并且平行于底部外层6，其显示出沿传送方向一个接一个排列的孔，从这些孔中将未发泡的液态反应混合物5施加到外层6上。混料头2本身通过电动机(未示)在外层6的宽度上以摆动形式移动，由此因为外层6在传输方向的连续运动从而将反应混合物5倾斜地施加在外层6上。电动机加速混料头2及附加在其上的浇注耙形件4到达反转点7，反转点7位于外层6的宽度扩展的各端上(图中仅示一个反转点)，在达到反转点7之前混料头2再次短时制动，由此在外层6的整个宽度得到均一的施加并且避免由于流动力上升而溢出外层6的宽度。

图2表示用于在底部外层15上施加未发泡的液态反应混合物14的本发明的设备。在此也是，该应用设备包括一个混料头9，其安装在底部外层15上方并且包括作为反应组分进料孔的附加孔11。分配头10被安装在混料头9上，其安装有6条具有同样长度、同样直径并且由同种材料制成的卸料线12。卸料线12被安装在框架13底部上，横跨底部外层15的整个宽度，框架13在运输方向的横向上以能在传送带的传送方向在外层上均匀施加的方式运行。气压缸8确保了充足的喷嘴张力。框架13刚性安装在底部外层15上方。为了微调，卸料线12可以改变其在横向于传输方向(未示)的框架13上的位置。图2中所示的根据本发明的应用设备的例子显示了卸料线12在框架13上的适应于板的几何形状的排列，这使得未发泡的液态反应混合物14以使得位于被覆盖区域之间的底部外层15的未覆盖区域17为同一尺寸的方式与底部外层15相接触成为可能，从而确保横穿外层15的整个宽度地均匀发泡。在液体反应混合物14的进一步发泡中，空隙17均匀地闭合16。在本发明的另一实施方案中，也可以以在传送带传输方向的逆向在底部外层15上施加反应混合物14的方式，将卸料线12连接到框架13上。在本发明的另一实施方案中，也可以以在各种情况下生产的夹层复合件的厚度沿传送带传输方向的横向宽度变化的方式，将卸料线12安装在框架13上。

图3表示根据现有技术制备聚氨酯夹层件的设备18。在此，底部外层19和顶部外层20被通过适当的进料设备(未示)连续传送进入旋转上传送带21和旋转下传送带22之间的纵向伸长的缝隙(即所谓的成型区)，并且被引导。

通过分配泵和线将多元醇成分A和异氰酸酯成分B从相应的分配供应容器23和24传送入混料头25，在此混合，并使所得的聚氨酯反应混合物通过横过底部外层19宽度方向上的混料头25施加到横向于传送方向的底部外层19上。施加于底部外层19上的聚氨酯反应混合物发泡，并且通过底部外层19的纵向运动被传送入成型区，该区由旋转上传送带21和旋转下传送带22支撑。在成型区中，聚氨酯反应混合物在顶部外层20和底部外层19中间发泡并发生反应，从而在通过成型区后，得到聚氨酯夹层件，然后可以按一定长度切割并进一步加工。

虽然为了说明在前已经详细描述了本发明，仍可以理解到详述仅为了该目的并且如由权利要求限定的不脱离本发明精神和范围的变形是本领域技术人员可以做到的。

Claims (11)

1.一种设备，其用于以使发泡混合物均匀地在基材上发泡的方式将发泡混合物施加到所述基材上，该设备包括：

(a)混料头，

(b)连接于所述混料头的分配头，

(c)至少3个连接于所述分配头的卸料线，所述卸料线固定于，

(d)刚性框架

其中，所述卸料线以横向于发泡混合物卸料的方向固定于所述框架，且其中对所述分配头的几何形状进行选择，以使得从分配头入口到其通往所述至少3个卸料线的相应出口的通道长度相等。

2.如权利要求1所述的设备，其中包括连接于所述分配头的至少4个具有同样长度和同样横截面并且由同种材料制成的卸料线。

3.如权利要求1所述的设备，其中所述卸料线以使得未被正卸载的发泡混合物润湿的基材区域具有相同尺寸的方式固定到框架上。

4.如权利要求1所述的设备，其中所述卸料线以适合于板的几何形状并且使得被卸载的发泡混合物穿过所述基材的整个宽度均匀地分布的方式固定到框架上。

5.如权利要求1所述的设备，其中所述卸料线以被卸载的发泡混合物穿过所述基材的整个宽度不均匀分布的方式固定到框架上。

6.如权利要求1所述的设备，其中所述卸料线以使得所述发泡混合物在传送方向施加到所述基材上的方式固定到框架上。

7.如权利要求1所述的设备，其中所述卸料线以使得所述发泡混合物逆着传送方向施加到所述基材上的方式固定到框架上。

8.一种制备夹层复合件的设备，其包括：

a)顶部外层，

b)至少一个用于顶部外层的进料设备，

c)底部外层，

d)至少一个用于底部外层的进料设备，

e)引导顶部外层的旋转上传送带，

f)引导底部外层的旋转下传送带，

g)权利要求1所述的设备，

h)成型区和

i)切割装置

其中(g)，(h)和(i)串联连接。

9.一种由权利要求8的设备制备的夹层复合件，其包括PU芯层。

10.一种生产发泡夹层复合件的方法，其包括用权利要求8所述的设备将其中掺混有化学惰性气体的发泡混合物施加到底部外层上。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述化学惰性气体为空气，二氧化碳或稀有气体。

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