CN101326039B - 用于制造涂装成形件的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一种用于在喷射运行中制造含有聚氨酯覆层的成形件的方法和装置，其中使反应组分在圆柱形混合腔(10)中混合，并且接着使产生的反应混合物通过流动通道(12)流动，并且喷射到基件(18)表面上并在其上硬化，并接着通过气流清洁流动通道。

Description

用于制造涂装成形件的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于制造含有聚氨酯覆层的成形件的方法和装置。
背景技术
如果涉及到将反应塑料例如聚氨酯平面地涂敷到基件上，作为涂敷技术大多使用喷射。
在由Carl Hauser出版社1993第三版的塑料手册第7卷聚氨酯中描述了基于这种喷射技术在基件上的不同应用示例：例如以喷射工艺使地毯背面涂装(章节5.2.2.2)。在此为了混合反应组分使用搅拌混合头。完成的反应混合物通过软管输送到分级的喷射嘴，与用于喷漆的喷嘴类似，该喷射嘴垂直于连续向前运动的地毯基件移动并且喷涂基件。
接着通过热活化实现化学反应。但是这种方法只能在缓慢反应的反应混合物中使用。在快速反应的原料系中会使搅拌混合器和软管堵塞并且堵塞喷射嘴。
因此在高反应性的原料系中、尤其在喷射运行中，如果涉及例如制造由反应塑料制成的覆层部件时，使用所谓的具有微型混合腔的高压混合器，对它后置特殊的喷射嘴。在EP 0303 305 B1中描述了这种喷射系统的示例。但是由于在喷射头中相对较窄和呈角度的通道使这种系统倾向于随着时间堵塞并因此必需随时清洗，尤其是对于高反应性的原料系。通过交替地通过两个混合头工作，在以高节拍频率生产时能够实现补救。但是这需要明显附加的设备费用。
对于最佳的喷射工艺的另一重要标准是轻的、首先也微型构成的喷射混合头，它们尽可能没有或至少通过最少产生气溶胶地喷射。
在喷射运行中的喷射混合头通常由机械手控制，它必需执行特别快速的运动，由此轻的喷射混合头是特别有利的。
在三维喷射覆层时尤其在狭窄的凹下中也必须使喷射混合头较小的构成，即小到也可以在这个狭窄的凹下里面实现倾斜。
在喷射时除了按照条件到达要被覆层表面的喷射微滴以外，也可能产生气溶胶、即悬浮微滴，它们由于热力或引力进入周围的装置并且脏污它们。在此也不排除有损工作人员的健康。因此必需通过费事且昂贵的抽吸和过滤设备消除气溶胶。但是不仅对于这种设备投资的附加成本是高的，而且也必需持续地维护设备，这导致高的附制造作费用。
其它不容忽视的缺陷是原料损失本身。因为被抽吸到气溶胶上并且进入到过滤设备，这对于实际的产品是损失。
发明内容
因此本发明的目的是，研究一种用于在喷射运行中制造含有聚氨酯覆层的成形件的方法和装置；为此使用的装置应该：
-小且轻地构成，
-可以完好地混合，
-以及可以无气溶胶地、至少最少气溶胶地喷射，
-和在运行中无中断地实现生产。喷射混合头也必需在每次喷射后可以这样清洁，使得没有残余反应混合物滞留在喷射混合头的任何位置上。
本发明涉及一种用于在喷射运行中制造含有聚氨酯覆层的成形件的方法，在该方法中
a)首先使反应组分在圆柱形混合腔中混合，
b)接着使这样产生的反应混合物通过入口输送到流动通道，
c)在入口的区域中附加地使气流输送到流动通道里面，
d)将由流动通道排出的反应混合物喷射到基件表面上并在其上硬化，
e)在喷射结束后，通过使排出器从喷射位置运动到清洁位置，将混合腔机械地通过轴向能在混合腔中运动的排出器清洁，
f)接着使排出器保持在清洁位置，直到排出器的端面和流动通道都通过气流清洁。
优选使入口在流动通道中基本直接设置在混合腔后面。
在按照本发明的方法中首先使反应组分在混合腔中混合，它们例如通过对流喷射器相向喷射。接着使这样产生的反应混合物通过流动通道输送。在流动通道的入口部位中，附加地对于由反应混合物组成的质量流，同时通过流动通道顶压气体如空气质量流。接着使由流动通道排出的反应混合物喷射到基件表面上并在其上硬化。作为基件例如可以是纤维垫或纤维垫与间隔芯如纸蜂窝组成的组合物，用于由此制造具有反应混合物覆层的复合成形件或层式结构部件。但是也可以通过工具表面形成基件，用于直接制造聚氨酯结构部件如蒙皮。在结束喷射后使混合腔机械地通过排出器、即清洁活塞清洁。接着使排出器这样长时间地保持在其清洁位置，直到排出器的端面和流动通道都被清洁。
通过所述的方法满足所有最佳喷射过程的标准：
-所述混合头由于其圆柱形的形状简单地设计结构并因此可以小且轻，因此在例如通过机械手喷射时能够快速运动并由此实现最短的循环时间。而且由于其小的结构形式也是灵活的，因此即使对于复杂的、三维结构部件也能够均匀地涂敷混合物，其中产生具有确定层厚的封闭的喷涂层。
-通过在流动通道的入口的区域内、即直接在混合区下面的平面中加入气流，可以通过简单的方式实现混合腔的腔室化。这一点例如在图2中示出。这也保证，完好地混合反应组分。
-在流动通道的入口区内加入气流，不仅起到完好混合质量的作用，这也使反应混合物在离开流动通道时破碎成微滴，由此起到雾化的作用。由此可以省去使用附加的喷射嘴。
-在喷射结束后使排出器向前移动，由此使混合腔完全被反应混合物清洁。例如由图3可以看到这一点。然后使排出器在前端的位置(清洁位置)保持优选0.1至10s、优选0.5至5s的短时间间隔，在该时间间隔期间保持存在气体输入，由此通过气流不仅清洁排出器端面而且清洁流动通道。这种配置能够实现最短的清洁时间并由此也实现高循环频率。
在优选的变型方案(图3)中，气体相对于排出器端面倾斜地流动，这起到特别好地清洁这个关键位置的作用。
在清洁运行中优选以50m/s至250m/s的速度实现气体流动。因为气体消耗与流速成比例，因此出于成本的原因，推荐相对较低的约50m/s的流速。但是对于高反应性混合物必需使清洁速度提高到250m/s，并由此也提高气体量，用于保证所需的清洁效果。
此外尤其是对于高反应性的原料系，优选快速且冲击式地通过气体冲洗实现清洁过程，用于进一步加快清洁过程。
在生产运行期间，优选可以调节气体质量流
Figure S2006800460920D00031
与反应混合物质量流
Figure S2006800460920D00041
之间的比例，而且优选比例
Figure S2006800460920D00042
在2∶1至1∶100之间。在此在比例 m · G / m · R = 2 : 1 时，即在大气体量时，得到具有相对较细喷射微滴的喷射图形，并且在比例 m · G / m · R = 1 : 100 时、即在小气体量时，得到具有相对较粗大微滴的喷射图形。
尽管细微滴给出非常光滑的喷射表面，但是也产生高的气溶胶份额，它仍然需要高的抽吸费用。粗微滴产生不是这样光滑的表面，但是也只具有最小的气溶胶份额。专业人员可以通过简单的提前试验对于所使用的系统(基件、反应组分)找到在这些边界之间的最适宜条件。
在新方法的另一优选的扩展方案中，
Figure S2006800460920D00045
比例是可以调节的。在此作为调节参数可以使用喷射图形的形状，即产生的喷涂带的宽度B和表示所产生的具有相同层厚的喷涂带部分的宽度B’。
对于喷射特性的重要影响参数还有后置于混合腔的流动通道的直径与长度D/L的比例，其中优选D/L的比例为1∶1至1∶50。约1∶1的D/L比例导致相对较细的喷射微滴，而约1∶50的D/L比例起到相对较粗的喷射微滴。
两个措施的组合、即选择最佳的D/L比例和调整或调节
Figure S2006800460920D00046
比例提供了非常宽的生产条件范围，通过它一方面保证完好的混合质量，另一方面可以产生具有最小气溶胶份额的喷射图形(见图5)。
为了调节最佳的生产条件专业人员优选可以如下进行：
对于D/L比例首先选择例如1∶20的中间参数。接着使气体质量流
Figure S2006800460920D00047
从小的气体流开始增加，直到完好的混合质量。然后继续提高气体质量流
Figure S2006800460920D00048
用于也优化喷射图形，即，调整出没有气溶胶的喷射图形，但是至少调整出具有最小气溶胶份额的喷射图形。
如果按照这个第一工作方式所期望的喷射图形不是最佳的，必需在继续的重复步骤中修正D/L比例，而且对于太细的喷射微滴必须提高D/L比例并且在喷射微滴太粗时减小该比例。
不言而喻，这个重复的工作方式根据使用情况一般只一次性并且不必总是对于每次生产起动重新进行。
最小的气溶胶份额不仅能够实现最小的抽吸费用以及最小的原料损失，而且它也提供另一非常重要的优点：
具有最少气溶胶份额的喷射也能够实现最小气溶胶边的喷涂。这又使得喷涂可以基本单层的、即一遍地实现，其中相邻喷涂带的搭接度可以占每个喷涂带面积的1％至40％、优选3％至30％、特别优选5％至20％。即，两个相邻的宽度为B喷涂带的搭接宽度优选为喷涂带宽度B的1至40％。对于约1％的搭接度会在喷涂带之间形成微小的凹陷，因为在带边缘部位喷涂的反应混合物量一般少于中间。但是通过还相对处在液态的反应混合物的流动使这个凹陷平整。对于约40％的搭接度可以在喷涂带的搭接部位形成微小的凸起，它同样通过还相对处在液态的反应混合物的流动平整。
混合物反应性越强，必需越精确地调整搭接度，用于获得完全平面的表面，因为对于流动存在很短的时间或几乎不存在时间。否则只得接受微小的不平度。
但是通常认为，单层喷涂比多层喷涂有更多的优点。
对于单层喷涂首次实现减少喷射时间并因此对于生产能够实现更高的循环频率。此外能够使用更强烈反应的原料系。这进一步赢得了时间，因为由此得到更短的硬化时间。因为在多层喷涂时必须使原料系的化学反应远为缓慢地进行，用于在每个层之间可以建立完好的“湿对湿”连接。但是对于高反应性的原料系也由此得到质量优点，尤其对于三维的喷涂层可以避免在斜面上的流淌，这对于缓慢反应的混合物是不能实现的。
本发明还涉及用于制造含有聚氨酯覆层的成形件的装置，它包括：
a)用于反应组分的储存容器和配量设备，
b)混合机构，包括圆柱形的混合腔和能轴向在混合腔中运动的排出器，
c)从配量设备到混合腔的连接管道，
d)与混合腔液压地通过入口连接的流动通道，其直径与长度比为D/L 1∶1至1∶50，
e)至少一个用于输入气流的进气口，它在流动通道中设置在入口的区域中。
优选使所述入口在流动通道中基本直接设置在混合腔后面，其中通过上述流动通道使反应混合物从混合腔流到流动通道。用于输入气流的进气口数量优选在2至20之间变化。用于输入气流的两个进气口尽管比20个进气口需要更低的制造成本，但是20个进气口起到更好地形成混合区腔室化的作用，并由此也改善混合质量。对于20个输入气流的进气口，混合头的喷射特性以及排出器端面和流动通道的清洁明显比2个进气口更好。
在本装置的优选扩展方案中，流动通道的横截面积小于混合腔的横截面积。由此可以影响混合腔中的混合特性，因为由此通过引入气体还附加地支持了混合区的腔室化。但是缺陷是，可调节的喷射微滴范围的宽度减小，因此混合区横截面积与流动通道横截面积例如为10的比例只对于特别难以混合的原料系是有意义的。
如果从混合腔到流动通道的过渡部位锥形地构成，尤其是当锥度在流动通道的整个长度上延伸的时候，可以部分地补偿流动通道横截面积相对于混合区横截面积缩小的不利效应。
优选后置于混合区的流动通道是可更换的。
为了可以调节气体的质量流，在气体输入管道中优选集成调整机构、例如伺服阀。
在本装置的另一优选的扩展方案中，也可以通过传感器检测喷射图形。在此作为传感器首先考虑光学仪器，例如具有反射测量的仪器或者具有色彩或明暗检测的仪器。
通过用于气体质量流
Figure S2006800460920D00061
调整机构以及用于检测喷射图形的传感器和顶置于这两个机构的调节装置，能够在连续生产期间最佳地调节喷射图形并由此调节喷射过程。
附图说明
借助于下面的附图详细描述本发明。附图中：
图1简示出按照本发明的用于执行按照本发明方法的装置，
图2示出按照本发明的装置的组成部分，喷射混合头处在喷射位置，
图3示出按照本发明的装置的组成部分，喷射混合头处在清洁位置，
图4简示出具有宽气溶胶边的单个喷涂带，
图5简示出具有窄气溶胶边的单个喷涂带，
图6简示出单层喷涂，它由具有窄气溶胶边(如图5所示)的单个喷涂带构成。
具体实施方式
图1示出按照本发明的用于执行按照本发明方法的装置的示意图。在此反应组分多羟基化合物和异氰酸酯从储存容器1、2通过配量设备、例如配量泵3、4通过抽吸管5、6和压力管7、8输送到高压喷射混合头9，在那里它们通过对流喷射相互喷射并由此混合。直接在形成混合区的混合腔10后面连接流动通道11。在流动通道11的反应混合物12处设置用于输入气体流的进气口13，通过它们吹入气体如空气。通过这种方式使从混合腔10排出的反应混合物束集。由此实现混合区的所谓的腔室化，使得反应组分完好地相互混合。
气体从气源14通过调节阀15通过气体管道输送到用于输入气流的进气口13。接着使反应混合物和气流共同地流过在通流方向上后置于混合区10的流动通道11。
在从流动通道11排出后反应混合物破碎成单个微滴16，而气体逸散到周围的大气里面，其中气体膨胀，同时混合物喷射流17扩散。喷射流17逐条地涂敷在基件18上，由此产生均匀的喷涂层。
传感器19从侧面检测所谓的喷射图形并且将获得的数据通过相应的控制线20传递到调节器21。如果获得的喷射图形偏离理论值，则可以通过调节阀15相应地改变气体量。为此在调节器21中为了比较寄存基准喷射图形。所需的变化通过从属的控制线22在调节器21与调节阀15之间传递。
在调节器21中也可以优选存储数据，即配量设备3、5的流量。(在图1中未示出为此所需的控制线)。这是有意义的，因为对于不同的涂敷量也必须寄存不同的喷射图形。
直接在结束喷射后使排出器23(一种在混合腔10中能轴向运动的清洁活塞)向下移动，封闭用于使反应组分喷射到混合腔10里面的喷嘴24，同时清洁混合腔10中的反应混合物。
在图1的示例中可以使气体质量流从生产运行转换到清洁运行，其中继续打开调节阀15，并由此通流用于清洁排出器23的端面25和流动通道11所需的气体量。在实现清洁后使排出器23再继续向上移动并且调节阀15再转换到生产运行，由此可以接着进行下一次喷射。
图2示出按照本发明装置的组成部分、处在喷射位置的高压喷射混合头9’。在图2中要表示出反应混合物的重要的射流束集(通过流线27表示)。通过射流束集使来自混合腔10的反应混合物的通流横截面在流动通道11的反应混合物12处变窄，由此使混合腔10在这个区域得到通过气流引起的附加边界。
此外在图2中示出流动通道11的长度L和直径D。在图2的喷射混合头9’与在图1中所示的喷射混合头9的不同之处只在于另一种形式构成的排出器23’，它在图2中配有控制槽26，通过它们可以使反应组分多羟基化合物和异氰酸酯从喷射运行(如图2所示)转换到清洁或回流循环运行(如图3所示)。其优点是，主要在间歇时间过后也使反应组分总是处于相同的条件、例如相同的温度下。为了对于图1中所示的高压喷射混合头9实现相同温度，必须使那里的管道单独加温，例如通过附加加热器(在图1中未示出)。
在混合腔10中简示出的螺旋要象征性地表示混合过程。
图3示出与图2相同的高压喷射混合头9’。但是在图3中高压喷射混合头9’位于清洁运行，在清洁运行期间反应组分通过控制槽26回流。
在图3中所示的实施例中用于输入气流的进气口13相对于排出器23’的端面倾斜地取向，这起到特别好地清洁这个关键位置的作用并且对于强烈粘性的原料系是特别有意义的。
在此尤其对于高反应性的原料系优选快速且冲击式地通过气流进行清洁。
图4简示出的成形件30由宽气溶胶边的喷涂带28组成，该喷涂带涂敷到基件18上。主要在喷射过程中产生许多气溶胶时会产生宽的气溶胶边。喷涂带28通过其宽度B表示特征。宽度B’表示那部分具有相同的层厚并因此不属于气溶胶边的喷涂带。在图4中所示的喷涂带的涂敷方向垂直于图面。
图5简示出的成形件30由窄气溶胶边的喷涂带28组成，该喷涂带涂敷到基件18上。主要在气溶胶份额在喷射过程期间最小时产生窄气溶胶边。在图5中喷涂带28仍然通过其宽度B表示特征。宽度B’表示那部分具有相同的层厚并因此不属于气溶胶边的喷涂带。在图5中所示的喷涂带的涂敷方向垂直于图面。
图6简示出的成形件30由单层的喷涂层29组成，它涂敷到基件18上。该喷涂层29由多个具有窄气溶胶边(如图5所示)的喷涂带构成。在最佳地搭接喷涂带时能够实现几乎平面的表面。这尤其能够在最小的或者窄的气溶胶边时实现。除了喷涂带宽B，也示出宽度B’，即具有相同厚度d的喷涂带的中间段的宽度。因此ΔB＝(B-B’)/2给出两个喷涂带之间的搭接量ΔB，以百分数(ΔB/B)100％表示搭接度。
在示意图中放大地示出厚度d，并且缩小地示出宽度B以及B’。

Claims (14)

1.一种用于在喷射运行中制造含有聚氨酯覆层的成形件的方法，在该方法中
a)首先使反应组分在圆柱形混合腔(10)中混合，
b)接着使这样产生的反应混合物通过入口(12)输送到流动通道(11)，
c)在入口(12)的区域内附加地使气流导入到流动通道(11)里面，
d)将由流动通道(11)排出的反应混合物喷射到基件(18)表面上并在其上硬化，
e)在喷射结束后，通过使排出器(23)从喷射位置运动到清洁位置，将混合腔(10)机械地借助于上述能轴向在混合腔(10)中运动的排出器(23)清洁，
f)接着使排出器(23)保持在清洁位置，直到排出器(23)的端面(25)和流动通道(11)都通过气流进行清洁。
2.如权利要求1所述的方法，在该方法中，气流以50至250m/s的速度流入到流动通道。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使气体与反应混合物的质量流的比例调整到2∶1至1∶100之间。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述比例
Figure FSB00000047992200012
是能够调节的。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述流动通道的直径与长度的比例为1∶1至1∶50。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，基本上单层地实现喷射涂敷，其中相邻喷涂带的搭接度为1％至40％。
7.一种用于制造含有聚氨酯覆层的涂覆成形件的装置，包括
a)用于反应组分的储存容器(1，2)和配量设备(3，4)，
b)混合机构(9)，包括圆柱形的混合腔(10)和能轴向在混合腔(10)中运动的排出器(23)，
c)从配量设备(3，4)进入到混合腔(10)中的连接管道(7，8)，
d)与混合腔(10)液压地通过入口(12)连接的流动通道(11)，该流动通道的直径与长度比D/L为1∶1至1∶50，
e)至少一个用于输入气流的进气口(13)，该进气口在流动通道(11)中设置在入口(12)的区域内；
其中，所述入口(12)在流动通道(11)中基本直接设置在混合腔(10)后面。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，在流动通道(11)中入口(12)的区域内设置有2至20个进气口(13)，用于输入气流。
9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，混合腔(10)的横截面积与流动通道(11)的横截面积的比例为1.05至10。
10.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，从混合腔(10)到流动通道(11)的过渡部位锥形地构成。
11.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述流动通道(11)在其整个长度上锥形地构成。
12.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，该装置还包括用于改变气体流量的调整机构(15)。
13.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，该装置还包括用于检测喷射图形的传感器(19)。
14.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，该装置还包括调节装置(21)，通过该调节装置以检测到的喷射图形为基础调节气体流量。
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