CN101484299A - 用于加工热固性塑料的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于加工热固性塑料、特别是热固性聚氨基甲酸酯的方法以及一种用于实施该方法的设备。该设备包括一挤出装置(10)，该挤出装置包括一个缸，一挤出螺杆可转动地容纳在所述缸中，其中所述缸具有一填充开口(12，14，16)和一排放开口(18)，设置缸的至少一个填充开口(12)，用于将塑料材料填充到所述缸中，所述设备还包括一模具(22)，由挤出装置排出的材料能够输入所述模具中或者穿过所述模具。以按本发明的方式，该设备的特征在于，构造至少一个填充开口(12，14，16)，用于输入热固性塑料的至少一个反应的或者交联的配料。

Description

用于加工热固性塑料的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1及16的前序部分所述的用于加工热固性塑料的设备和方法。
背景技术
热固性塑料通常理解为具有无定形结构和大的交联密度的热不可逆地(共价地)交联的大分子。一热弹性软化根据分子间力和交联密度的不同大小而不同。在非常紧密的交联时，它没有实际意义。热固性塑料特别是随着温度的增加由坚硬状态过渡到热分解的范围内，而不会如此地软化，以至于可能变形。原则上热固性塑料无法溶解，但是根据不同的交联，在合适的介质中或多或少能够膨胀。热固性塑料的子集是热固性塑料聚氨基甲酸酯。
对于本发明来说，热固性塑料也理解为交联的且反应的系统，其中两种不同的配料(配料A和配料B)组合，它们导致交联或者反应。作为用于加工的材料配料除了多羟基化合物和异氰酸盐之外还有酚醛树脂、聚酯树脂、环氧树脂、三聚氰胺或者诸如过氧化物一类的反应的配料。其中，一种或者其他的配料也可能呈现固态。
例如，在加工热固性塑料聚氨基甲酸酯时，将两种反应的原始配料即多羟基化合物配料和异氰酸盐配料混合，它们相互混合并产生一反应的混合物。该反应混合物在混合后引入一模具的型腔中并在那里彻底化学反应。这一过程常常也称为发泡过程，其中在一紧致的聚氨基甲酸酯和发泡的聚氨基甲酸酯之间是不同的。反应过程不可逆，并且由此与热塑性材料加工不同不可逆。一次互相完全反应的多羟基化合物和异氰酸盐配料--至少机械地--不再能够分离，使得一循环在新的聚氨基甲酸酯加工本身并不可能。可能的仅仅是，相应的产品精细地粉碎(例如研磨)，并作为混合产品添加到其他配料中。
通常，多羟基化合物和异氰酸盐配料的混合在一混合头中进行，在该混合头中两种配料通过混合室的喷嘴输入并在那里混合。
在混合室或者一稳定室的出口处，如此制造的反应混合物能够排出到一模具的型腔中。其中，引入到开放的模具中或引入到闭合的模具中。在引入到一开放的模具中时，在引入反应的混合物时型腔首先打开，反应混合物被涂敷到一型腔表面。在反应的混合物引入或者被涂敷后，使型腔闭合，最后加热模具以便加快反应，并且进行硬化。
在引入到一闭合的模具中时，型腔已经在填充反应混合物前按照与产品相应的尺寸闭合，然后引入到一个相对于外部环境至少基本上闭合的型腔空间中。
聚氨基甲酸酯加工的一特殊形式的特征在于，将用于改变物理特性、特别是机械特性的填充材料或者纤维输送给配料。其中，在该配料与其他反应的配料合并之前，例如在高达0.2mm的范围内的短纤维混合一配料。同样已知的是，制造具有长纤维的反应混合物，其中反应混合物首先自身由多羟基化合物和异氰酸盐配料在混合室中制造，并且切割的长纤维然后在混合室出口处加入反应混合物中。例如，该过程在本申请人的商标为“LFI-PUR”的商品中已知。
但在使用填充材料、特别是长纤维时的问题在于引入到开放的模具中的目前唯一的可能性。在引入到闭合的模具中时，存在着喷嘴和配料由于填充材料堵塞的危险。
与加工热固性塑料相反，在加工热塑性塑料时通常在不同的实施变型中使用一挤出装置。特别是挤出装置用于将舍尔能量(Scheerenergie)引入原始材料中，当在挤出装置上至少一个螺杆可转动地(也可能轴向可推移地)容纳在一个缸中时，这可能与一外部的能量加入一起导致常常呈现颗粒状、粉状或者屑状的原始材料的熔化。
在加工上述热固性塑料、特别是热固性聚氨基甲酸酯的方面，使用挤出装置迄今为止却既未知也没有尝试过。之所以如此，是因为在挤出装置停止时，可能担心反应混合物在挤出装置中的交联(硬化)，这可能导致整个设备的无法工作。
按上述理解，要解决热固性塑料加工的问题、特别是加工热固性聚氨基甲酸酯问题，其中将两种反应的或者交联的配料互相混合，与填充材料(例如长纤维)和添加物一起，特别是将一种这样的反应的混合物引入到一闭合的模具中，而不会出现工作故障。
发明内容
该目的在设备方面通过在权利要求1中所述特征实现以及在方法方面通过在权利要求16中所述特征实现。
本发明的构思在于，为了加工此类热固性塑料，特别是热固性聚氨基甲酸酯使用一挤出装置，该挤出装置包括至少一个挤出螺杆以及一个挤出缸。至少一种对于后来的交联所必需的配料、特别是热固性塑料的反应的配料通过挤出装置的填充开口输入。通过相同的或者其他填充开口，能够使此类填充材料或者此类组成和形式的添加物混合，其中通过转动在一挤出缸中的至少一个挤出螺杆，能够实施制造均匀的可混合的材料配料或者相应的反应混合物。
由此基本原理出发，存在多种用于制造后来交联的或者反应的混合物的变化和实现可能性。例如，异氰酸盐和多羟基化合物配料能够-要么已经混合、要么还需混合-通过挤出装置的相同的填充开口输入。可选择地两种反应的配料也能够通过挤出装置的不同填充开口输入。再次可选择的也可能是，只将一个反应的配料输入挤出装置，第二反应的配料在挤出装置后才通过单独的混合装置加入材料流。
借助按本发明的设备，所有仅仅能够想到的材料如填充材料(白垩、石灰、木料、循环材料、玻璃纤维、自然纤维等等)和添加物能够混合，而不会产生任何堵塞问题。此外，以这种方式，也能够产生压力，它们实现引入一闭合的模具中。
根据不同的实施方式，材料通过挤出装置间断地或者连续地由填充范围或填充开口沿挤压出口方向输送并在那里排出。根据不同的粘性情况、操作类型和所希望的压力，可能的是，材料混合物在中间连接一存储装置和/或一注射装置的情况下输入一模具、类似于一注塑模具。其中，输入能够-像在注射范围内那样-通过一模具半体或者也在一分界缝中完成。当然也可能的是，使用一成型模具作为模具，通过它材料穿过(例如平面喷嘴、成型模具、圆形喷嘴等等)，如这由挤压技术已知的那样。
和操作一正常挤出装置相同，有利的是，将挤出缸设计为可调节温度的，其中，温度调节范围在处理过程中相对于热塑性材料的加工有很大区别。于是，目前可能甚至必要的是，冷却处理单元或调节加工温度到低于75℃，特别是低于60℃、优选地低于50℃。在该温度时，反应的配料的反应过程如此放缓，使得无需担心在处理时间的期间的硬化。
除了使用注射装置，此外可能的是，在挤出装置和一模具之间设置一用于构成一希望的压力的齿轮泵。
作为能够输送给挤出机的特殊材料也能够提及水或者另一用于发泡的材料。例如，通过向一聚氨基甲酸酯混合物输入水，在模具中交联或者彻底反应时，能够开始发泡过程，它导致一发泡产品(相对于一紧致产品)。
特别有利的是，使用一用于挤出装置的同方向转动的双轴挤出机，因为由此不仅能够实现一高的产量，而且也能够达到一好的混合。根据挤出装置是否持续或者循环运转，例如，用于挤出装置的反应的配料的计量能够按体积或者按重力实施。
特别应当提到，模具也应当设计为可调节温度的。根据不同的原始材料，反应过程能够特别从60℃开始或者从75℃开始时以显著的方式加快。如果模具中的温度经过注射过程的主要的时间段或者在反应混合物的注射过程中保持在一此类与材料相关的温度阈值之下，那么就不会进行材料混合物的任何值得一提的彻底反应。如果温度升高高于启动温度例如75℃，那么进行一相对快的彻底反应，由此就能实现非常短的反应时间和排出及循环时间。其中特别令人感兴趣的是使用一高动态的温度调节(加热和/或冷却)。
附图说明
以下借助不同的实施例和参照附图进一步说明本发明。附图中：
图1示出一按本发明的用于热固性聚氨基甲酸酯的加工装置的第一实施方式的示意的侧视图，其中两种反应的原始配料通过相同的填充开口输入，
图2示出一按本发明的加工装置的一第二实施方式的示意的侧视图，其中两种反应的配料通过两个不同的填充开口输入，
图3示出一按本发明的加工装置的一第三实施方式的示意的侧视图，其中一反应的配料通过一填充开口输入，并且另一反应的配料在挤出装置后输入，
图4示出一按发明的加工装置的一第四实施方式的示意的侧视图，其中额外地设置一存储装置，
图5示出一按发明的加工装置的一第五实施方式的示意的侧视图，其中除了存储装置还设置一注射装置。
具体实施方式
在图1中以非常简化的示意的方式示出本发明的第一实施方式，它包括作为核心元件的一挤出装置10。挤出装置(简称挤出机)10现在设计为同向转动的双轴挤出机，其包括两个挤出螺杆(未示出)以及一包围两个挤出螺杆的挤出缸。挤出装置10包括多个填充开口12、14和16，通过所述填充开口能够将材料输入不同的过程区域，如下文还描述。
所述两个挤出螺杆通过一驱动装置11旋转驱动，其中该驱动装置包括一例如以电动马达形式的旋转驱动装置以及一传动装置。
在挤出机的下游侧的端部上，在挤出装置10中处理的材料通过一出口18输送到一注射管20，它将挤出机10与一注塑模具22相连接，所述注塑模具现在同样仅仅示意地示出。当然，挤出装置也能够设计为直接与模具对接或者可对接。
因为这样的挤出装置以及相应的模具和相关流动连接以及次要设备由热塑性塑料加工充分公知，在本发明中，无需进一步说明大多数部件。不同的是应当首先将反应的配料输入挤出装置，该挤出装置必须适应于一流体的非常小的粘性。与此有关，挤出装置能够在填充区域内(在热塑性材料时为引入范围)或者在构成一用于输入装置的连接时相应匹配地设计。也要设计用于加工反应的配料的螺杆，其中需要考虑的是，必须将尽可能少量的舍尔能量(Scheerenergie)引入到反应混合物中。
在图1示出的实施方式中，两种反应的材料配料、即异氰酸盐和多羟基化合物配料共同地(附图标记24)输入填充开口12。其中，两种配料取自不同的容器，通过正常输送泵运送，在填充开口前不远处互相混合或者单独地装入填充开口。
在填充开口12的下游，通过其他的填充开口14和16输入其他材料比如填充材料(例如长玻璃纤维)和添加物(例如催化剂)。
其中，在挤出装置10中设置的螺杆设置用于使反应的配料和输入的材料良好地混合，使得在挤出机出口18上，一具有填充材料的均匀的反应混合物离开挤出机10。
然后，该反应的材料混合物通过一分界缝输入模具22的闭合的模具，其中它在输入后硬化为一成品。
与按图1的在结构上的构造相应，优选挤出装置10的循环或间断的运转是有利的，因为总是仅仅在模具排空且闭合时，能够将反应混合物填入到模具22的型腔中。在模具完全填满后，输送应当结束，使得产品在取出和一新的循环能够开始之前，它能够在模具中硬化。理论上也可能的是，在切断输入材料时继续使挤出装置10转动，如果这不损坏反应混合物和包含在其中的材料。
由于使用用于引入一填充材料的挤出装置，长纤维也能够没有问题地使用，而不会堵住或者堵塞任何喷嘴。
人们也无需担心在一合适的运转方式上聚氨基甲酸酯材料本身在挤出装置中不硬化。在加工过程中，挤出装置10应当调节温度，特别是冷却，使得人们在加工技术方面在一例如低于60℃的温度范围内运行，其中反应混合物的彻底反应非常缓慢地进行。
如果挤出机运转中期或者长期中断，那么能够停止反应的配料向填充开口的输入，使得在挤出装置中不再有反应混合物。由此，即使在多小时或者多日的停止时，在挤出装置中的材料也不会硬化，使得无需担心挤出螺杆在挤出装置中被固结。可选择地或者额外地挤出装置能够在较长的停止时借助一额外的冲洗工具冲洗，使得它脱离全部的反应材料。
图2中的实施方式与图1的实施方式的区别在于，两种反应的配料不再通过同一个填充开口输入，而是通过两个不同的填充开口，即填充开口12和填充开口14输入。于是现在多羟基化合物配料24’通过填充开口12输入，而异氰酸盐配料通过填充开口26输入。除此之外，加工装置能够以相同的方式运转。现在只有模具不同，其中图1中使用一垂直模具，图2中使用一水平模具22’。与图1中实施方式不同的还有，向模具22’填料通过模具半体实现。但这对于本发明来说没有意义。
在图3中示出另一实施方式，其中该实施方式的区别在于，挤出装置10仅仅输入一唯一的反应的配料、即多羟基化合物配料24’。另一反应的配料，即异氰酸盐配料30在挤出装置10的出口后通过一单独的混合元件28输入并加以混合。例如，该混合装置能够为一固定的混合器。虽然在一这种装置上，反应混合物本身在挤出装置中不会很好地混合生成。但是，填充材料能够均匀地混入一反应的配料中。此外，在较长的停止后的重新起动时，无需将挤出装置的全部内含物移除。只有当两种反应的配料通过同一填充开口输入并在装置调整前停止配料的输入时，这才是必要的。
在图4中以示意的方式示出本发明的另一实施方式，其中与图1相应，又通过填充开口12输入两种反应的配料。但是，现在在挤出装置10和注塑模具22之间嵌入一存储装置40，并与导管20相连。存储装置40包括一能够来回移动的存储活塞42，它根据不同的移动确定一相应大小的存储容积44。
借助一此类结构，尽管注塑模具22间断地运转，人们却能够连续地操作挤出装置10。当然，为此能够在存在装置40和注射装置22之间设置一闭塞方案，这在当前未示出。对于其中无需将材料输入模具中的时间段，在挤出装置10中连续生成的材料的中间存储在存储容积44中完成。如果然后将反应混合物注入到型腔中，那么实现从挤出装置10以及存储器40通过喷入管20进入注塑模具的型腔中的同时输送。
最后一个实施方式在图5中示出，其中该实施方式相对于图4中的实施方式区别在于，现在在存储装置40和模具22’之间示出一用于发生一高的注射压力的注射装置。该注射装置包括一在一缸中导引的注射活塞52，它借助一未示出的驱动装置与箭头56相应地能够以一定的压力加载在注射装置中。根据注射活塞的位置限定注射容积54。在该过程中，聚氨基甲酸酯混合物通过存储装置40中间缓冲，并间断地输入注射装置50。注射装置50设计成用于将反应的聚氨基甲酸酯混合物以一相应高的压力输入注塑模具中。其中，注射装置50应该尽可能地设计成尽可能没有死区，在该死区中聚氨基甲酸酯混合物固结并且能够彻底反应。相反，注射装置在活塞52完全向前推移时应当具有一基本上消失的存储空间54。当然，即使在该实施方式上也必须再次设置相应的阀门和闭塞元件，它们根据设备的运行阻止材料回流到挤出装置10或者存储装置40等中等。这些装置由背景技术已知，因为上述装置通常用于加工热塑性材料。
特别是当人们将混合或者舍尔温度(Scheertemperatur)调节到低于75℃时，所述装置在总体上适于加工添加了填充材料和/或添加物的聚氨基甲酸酯。其中，压力能够单独借助挤出装置保证为高达60巴。如上所述，通过向挤出装置10输入水能够实现聚氨基甲酸酯在注塑模具中发泡。在此范围内，人们能够通过水输入的打开或者关闭来调节是否发泡。
当前的结构也适于实现一高的产量，为此，挤出装置只需更快地转动。总体上可以想象的是，人们借助仅仅两个挤压量几乎能够满足在聚氨基甲酸酯范围内的应用。
根据组合和形状，填充材料或者添加物的加入可以几乎没有限制，于是此前研磨的PUR-回收料(Recyclat)能够用作附加材料。
当然也可能的是，替代一注塑模具使用一本身已知的挤出模具，通过它在挤出机出口处将反应混合物连续地压过。例如，此类挤出模具适合于一成型模具、一宽槽喷嘴、一管喷嘴等等。
一特殊的实施方式其特征在于，模具、特别是注塑模具高动态可调节温度。这种模具的优点是明显的，当人们知道，反应时间能够大大缩短，如果人们(与材料相关地)超过一特定温度、例如75℃。由此可能的是，实施方法，其中反应的混合物形成混合在一这种激活温度以下范围内发生，其中反应混合物也加入到模具中。在反应混合物加入模具之后温度才大幅度上升到上述温度值，使得彻底反应直接和突然地完成。于是可能的是，借助模具加热器的非常新的应用、借助可电加热的陶瓷材料加热时间缩短到几秒。例如，这种可电加热陶瓷材料能够在5至10秒钟内从温度70℃加热到120℃。以这种方式，今天通常的超过一分钟的循环时间能够下降到几秒的范围，这会导致生产率的明显上升。
总体上借助本发明能够毫无问题对上述热固性塑料进行加工，其中将两种互相交联的或者反应的配料混合，材料诸如添加有一硬化剂的聚酯、添加有硅烷的硅橡胶，特别是由异氰酸盐和多羟基化合物组成的聚氨基甲酸酯也属于此。
附图标记清单：
10 挤出装置
11 驱动装置
12 第一填充装置
14 第二填充装置
16 第三填充装置
18 挤出机出口
20 注射管
22，22’模具
24 多羟基化合物和异氰酸盐配料
24’多羟基化合物配料
26 异氰酸盐配料
28 混合元件
30 异氰酸盐配料
40 存储装置
42 存储活塞
44 存储容积
50 注射装置
52 注射活塞
54 注射容积
56 注射方向/注射压力

Claims (24)

1.用于加工热固性塑料，特别是热固性聚氨基甲酸酯的设备，其中造成交联或者反应的两种配料互相混合，所述设备包括一挤出装置，该挤出装置包括一缸，在所述缸中可转动地容纳挤出螺杆，其中所述缸具有至少一个填充开口和一个排放开口，所述缸的至少一个填充开口为了填充塑料材料而设置到所述缸中，所述设备还包括一模具，由挤出装置排出的材料能够输入到所述模具中或者穿过所述模具，其特征在于，
-设置至少一个填充开口，用于输入热塑性塑料的至少一种反应的或者交联的配料，
-挤出螺杆设计为用于加工所述反应的或者交联的配料。
2.按权利要求1所述的设备，其特征在于，设计一个或者多个填充开口，用于输入热塑性塑料的至少两种反应的或者交联的配料，其中所述至少两种配料通过分开的或者通过一共同的填充开口能够输入缸的内部。
3.按权利要求1或2所述的设备，其特征在于，沿流动方向在缸排出开口之后设置一用于输入热固性塑料的交联的或者反应的配料的装置。
4.按上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，通过一个或者多个填充开口能够输入额外的材料/如填充材料或者添加物。
5.按上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，所述缸设计为可调节温度的。
6.按权利要求5所述的设备，其特征在于，在缸中的加工温度可调节到低于75℃、优选低于60℃，特别低于50℃。
7.按上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，沿流动方向在挤出机之后设计一存储装置，用于至少暂时地中间存储地容纳由挤出机排出的材料。
8.按上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，在挤出装置和模具之间设置一齿轮泵。
9.按上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，在挤出装置和模具之间设置一注射装置。
10.按上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，输入开口设计为用于输入水的接头。
11.按上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，一同向转动的双轴挤出机用作挤出装置。
12.按上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，给至少一个填充装置配设一定量装置，借助该定量装置实现交联的或者反应的配料的按容积或者按重力的定量。
13.按上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，用于启动反应过程的模具是可调节温度的。
14.按权利要求13所述的设备，其特征在于，模具可调节至60℃至100℃的温度。
15.按权利要求13或14所述的设备，其特征在于，模具的温度调节能够针对构件设定。
16.用于制造热塑性塑料产品、特别是聚氨基甲酸酯产品的方法，具有以下步骤：
-将热塑性塑料的至少一种交联的或者反应的配料输入到挤出装置，
-通过输入一其他的反应的配料到挤出装置或者在材料从挤出装置排出后，生成一交联的或者反应的混合物，
-将反应的混合物加入模具中或者穿过模具。
17.按权利要求16所述的方法，其特征在于，将其他材料如填充材料或者添加物输送给挤出装置，所述其他材料通过挤出装置的运转与至少一种交联的或者反应的配料混合。
18.按权利要求16或17所述的方法，其特征在于，对挤出装置进行加热和/或冷却。
19.按权利要求18所述的方法，其特征在于，温度调节到低于75℃、特别是低于60℃、优选低于50℃。
20.按权利要求16至19任一项所述的方法，其特征在于，将水输送给挤出装置。
21.按权利要求16至20任一项所述的方法，其特征在于，借助一齿轮泵或者一注射装置在挤出装置之后将排出材料置于一预定的压力水平。
22.按权利要求16至21任一项所述的方法，其特征在于，将至少一种交联的或者反应的配料按重力或者按容积地定量配给挤出装置。
23.按权利要求16至22任一项所述的方法，其特征在于，将具有至少一个型腔的温度可调节的注塑模具用作模具，模具的型腔壁的温度在注射过程后升高到一启动交联或者反应过程的温度值。
24.按权利要求23所述的方法，其特征在于，选择在60℃至100℃范围中的温度。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
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