CN101932420A - 用于非连续地制造泡沫材料的容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于非连续地制造泡沫材料的容器。本发明还涉及一种用于利用本发明的容器非连续地制造泡沫材料的方法。该容器包括水平设置的底部(1)和至少一个竖直设置的侧壁(4)，该底部用于容纳膨胀的形成泡沫的反应混合物。侧壁(4)的与膨胀的泡沫接触的表面可沿着竖直方向移动。侧壁(4)包括在可旋转地支撑的辊(7、7′)之间夹紧的柔性的平面部件(6)。该容器特别适合于采用‘box foaming’方法制造聚氨酯块状泡沫。

Description

用于非连续地制造泡沫材料的容器

本发明涉及一种用于非连续地制造泡沫材料的容器。本发明还涉及一种用于利用本发明的容器非连续地制造泡沫材料的方法。

由聚氨酯构成的块状泡沫可以采用两种不同的方法制得。人们将其区分为连续式方法和非连续式方法。在连续式方法中，原材料在混合头中混合，并连续地施加到运动的输送带上。在这种情况下，泡沫上升、硬化，然后被切成块。

非连续式方法称为泡沫箱方法或“box foaming”。由反应混合物产生聚氨酯泡沫，在这里，这种反应混合物被施加到为此设置的容器的底部上。泡沫膨胀，且呈容器形状。经过硬化之后，可以通过铰链打开容器侧壁，将块取出。非连续式方法的优点是所需设备的成本特别低，且可以制得体积大的块。非连续地制得的块可以具有2m3或更大的体积和超过100kg的重量。用于该方法的通常的容器可参见“Flexible Polyurethane Foams”(柔性聚氨酯泡沫)，Ron Herrington，Kathy Hock，Dow Chemical Company(道尔化学公司)，1991，5.11～5.17。

在制造泡沫材料块时，希望整个块的密度都一致。其原因在于，密度函数即气体腔的大小和分布是对于所制得的泡沫材料产品的后续加工和应用来说重要的特性。

采用通常的泡沫箱方法很难实现使得密度一致或者至少使得密度分布的波动足够地小。在泡沫的反应混合物中，视所考察的体积部件的时效而定，产生不同的温度、隔热效果、粘度和压力，其中少数几秒钟就会产生区别。此外，膨胀的泡沫朝向所有方向扩展，因而水平地且竖直地扩展。如果膨胀的泡沫碰到容器壁，则由于在周围继续膨胀的材料的压力使得气泡压缩。结果就得到了泡沫块，这种泡沫块在水平方向观察在中心处和在竖直方向观察在中心处具有最小的密度，即气体腔最大。

在EP 1 018 417 A1中提出对泡沫箱容器壁加以改型。该文献公开了一种用于制造由柔性聚氨酯泡沫构成的物体的容器，其中该容器的内侧壁包括聚烷(Polyalkylen)，特别优选包括聚丙烯(Polypropylen)。这意味着，内侧壁可以是由聚烷构成的设在容器内部的层，或者整个容器都由聚烷制成。外罩可以是槽(Wanne)、混合头、箱盒(Kiste)或模型(Form)。如果它是槽或混合头，它就可以用于连续地制造块状泡沫，如果它是箱盒或模型，它就可以用在泡沫箱方法或成型泡沫(Formschaum)方法中。但为了防止所产生的泡沫粘附在容器壁上，使用由聚烷构成的成。这由于避免了清洁操作而节省了工作时间。与所产生的泡沫块的密度分布的关联性并未产生。

由连续式制造方法无法得知如何才能将边缘的泡沫密度调节至与块内部的泡沫密度相仿的大小。例如，EP 1 393 877 A2公开了用于在连续的块状泡沫生产过程中制得泡沫材料的方法和设备。该方法的步骤有：沿着输送方向检测泡沫材料的实际上升高度；根据实际上升高度与给定上升高度的偏差来确定用于块状泡沫生产过程的调节参数。该设备具有沿着输送方向运动的输送带。在输送带起始端上方设有用于将反应的化学体系施加到输送带表面上的混合头。混合物在输送带上膨胀，从而产生带有膨胀的泡沫的膨胀区域。在泡沫表面上设有通过滚轮供给的覆盖纸。鉴于泡沫被一次性地施加然后膨胀，泡沫的边界也是静止的，从而原则上产生与泡沫箱中相同的情况。此外，连续式的方法通常用于制造具有较小横截面积的泡沫体。

US 2,649,620公开了一种用于制造块状泡沫材料的装置，其中该装置包夹泡沫模型的可沿竖直方向移动的坚硬的侧壁。在泡沫产生过程开始时，这些侧壁处于下面的位置。在泡沫产生期间，即在塑料膨胀期间，这些侧壁被拉高。如由该专利文献的附图可见，其缺点特别在于，需要负载提升装置，以便拉高侧壁。这使得这种装置受限制地应用在可动用这种装置的地点，例如在吊车(Kran)中。

显然，仍需要一种简单的方案，用于制造大块的块状泡沫材料，其对于后续加工重要的特性均匀地分布。本发明的目的在于，克服现有技术中的至少一个缺点。本发明的目的特别是提出一种用于非连续地制造泡沫材料的容器，该容器能使得在其中制得的泡沫材料块从内部到边缘的密度差别很小。

根据本发明，所述目的通过一种用于非连续地制造泡沫材料的容器得以实现，其包括水平设置的用于容纳膨胀的形成泡沫的反应混合物的底部和至少一个竖直设置的侧壁，其中与膨胀的泡沫接触的侧壁表面可沿着竖直方向移动，其中侧壁包括在辊之间夹紧的柔性的平面部件。

容器有利地包括与底部连接的四个竖直设置的侧壁，其中至少一个侧壁的与膨胀的泡沫接触的表面可沿着竖直方向移动，其中该至少一个侧壁包括在辊之间夹紧的柔性的平面部件。这里特别优选的是，容器包括四个这种侧壁，这些侧壁具有可竖直移动的表面和在辊之间夹紧的柔性的平面部件。

本发明的容器因此可以用作泡沫箱。形成泡沫的反应混合物可以设在底部上，或者设在有选择地提供的槽例如纸板槽中。接下来形成泡沫，混合物膨胀。

根据本发明规定，与膨胀的泡沫接触的侧壁表面可沿着竖直方向移动。这意味着，侧壁表面或者整个侧壁可以跟随向上膨胀的泡沫的运动。结果，上升的泡沫相对于容器壁的相对速度减小。有利的是，上升的泡沫和向上移动的侧壁或其表面具有相同的速度。

根据本发明还规定，侧壁包括在辊之间夹紧的柔性的平面部件。这些辊用作侧壁的上边缘和下边缘。附加的辊还可以用于稳定。这些辊相应地水平设置。平面部件围绕最外面的辊环绕地设计。该平面部件可以是环形带，或者位于缠绕在其上的两个辊之间。在本发明的范围内，“柔性的”意味着平面部件可以改变其形状，例如当它围绕滚轮或围绕辊转向时。平面部件例如可以是纺织的平面部件、聚合物层，或者是橡胶增强或聚合物增强的织造织物、非织造织物或纤维网。能防止泡沫残余粘住的适当的聚合物尤其是聚乙烯或聚四氟乙烯(特氟隆)。此外，与反应混合物接触的平面部件表面可以包括涂有聚硅氧烷层的纸。这种纸还防止泡沫残余特别是聚氨酯泡沫残余粘住。

在设计柔性的平面部件时，有利的是，其在能转向的情况下保持容器的整体结构高度较低，且无需提供用于侧壁的外部提升装置。为了便于平面部件移动，可以设有一个或多个能旋转的辊。

在未经理论上确定的情况下，认为：由于继续输送泡沫材料，在泡沫状反应混合物的位于中间的、因而从反应时间来看减小的体积部件中，气相压缩减小。如果膨胀的泡沫到达容器侧壁，且不能再向侧面膨胀，而尚仅能向上膨胀，则泡沫将侧壁压向上方，因而只需克服减小的摩擦力，或者甚至不必再克服摩擦力。在其它情况下，摩擦力要么在与侧壁表面接触时产生，和/或在流动速度水平向外减小时产生。

结果，使得在所得到的泡沫中的气泡或细孔的大小和分布由此变得均匀。

在根据本发明的容器中，至少一个竖直设置的侧壁或其与泡沫接触的表面能沿着竖直方向移动。但也可以使得两个、三个或四个壁能移动。根据本发明规定，该壁或这些壁可以是平面的或者弯曲的。这样就使得容器的部分水平横截面为直的或弯曲的。容器例如为方形，即具有矩形横截面，例如为圆柱形，即具有圆形横截面。

根据本发明的容器特别适合于制造聚氨酯泡沫。已表明，由于聚氨酯泡沫或导致泡沫的反应混合物的特性，温度、粘度和硬化程度在时间上以及空间上可改变。

为了改善与竖直边缘的密封，平面部件也可以加固。例如，所述边缘可以经过适当加固，使得其按照ISO 178的弹性模量为余下平面部件的按照ISO 178的弹性模量值的≥1倍～≤2倍、≥1.5倍～≤3倍或者≥1.8倍～≤4倍。

根据本发明的一个实施方式，侧壁还包括隔热机构。利用隔热机构能减少对反应混合物边缘的冷却。隔热机构材料的热导率λ例如为≥0.004W/m·K～≤1.0W/m·K。可使用的聚氨酯泡沫的热导率λ为≥0.02W/m·K～≤0.03W/m·K。热导率可以借助标准EN ISO 8497来确定。

根据本发明的另一实施方式，柔性的平面部件被电动机驱动而竖直地移动。作为这种被动驱动的备选方案，可以通过上升的泡沫来驱动所述平面部件。通过电动机驱动能使得平面部件的运动速度大于泡沫的上升速度。通过这种方式能从外向内调节上升的泡沫的速度。

还可以规定，电动机速度是控制回路的一部分。因此可以采用光学方法，利用激光或超声，通过距离测量来确定上升的泡沫的高度。然后可以根据由此算得的上升速度来调节电动机转速。其优点是，至少部分地补偿泡沫的并非所愿的或高或低的上升速度，这种或高或低的速度例如会在生产周围环境中由天气引起。

根据本发明的另一实施方式，侧壁在与膨胀的泡沫接触的表面上包括凸起部分。凸起部分可以沿着侧壁的整个宽度设置，或者仅在选定的部位上设置。设置凸起部分是有利的，因为凸起部分可以被膨胀的泡沫的表面向上顶压。通过这种方式有助于侧壁整体向上竖直移动。也可以设有两个或多个凸起部分。

根据一种有利的设计，凸起部分经过适当设置，使得它被置于膨胀的泡沫上的盖件触及。膨胀的泡沫因而首先向上触及盖件，然后盖件触及凸起部分和与凸起部分连接的侧壁。相比于与泡沫直接接触这种方式，与盖件组合这种方式使得凸起部分被向上顶压的可靠性更大。由此还避免了对凸起部分造成污染。

根据本发明的另一实施方式，侧壁形状配合地与盖件连接。这种盖件使得膨胀的泡沫向上受到限定。例如，盖件可以嵌接到侧壁中，或者嵌接到侧壁上的适当的装置中。形状配合的连接最好是可逆的，也就是说，可拆卸连接又可重新建立连接。通过形状配合的连接，在整体上有助于侧壁向上竖直移动。

根据本发明的另一实施方式，在侧壁的与膨胀的泡沫相对的侧面上设有引导面。引导面系指侧壁的与泡沫接触的背面，其有助于经受住膨胀的泡沫的压力。由此可以避免侧壁不密封。规定侧壁可以沿着引导面滑动。由此即使侧壁向上或向下移动也能支撑该侧壁。引导面例如可以是板、开孔板，或者是格栅。可以附加地规定，引导面用于加热和/或冷却侧壁。因为泡沫中的气体空腔的大小还取决于温度，所以可以采用简单的方式有针对性地影响泡沫块边缘的泡沫密度。适当的部件例如可以是电加热丝或珀耳帖(Peltier)冷却部件。

根据本发明的另一实施方式，侧壁在与膨胀的泡沫接触的部位具有用于二氧化碳的大小为≥0.15～≤0.8m³CO₂/(m²·h·bar)的透气度。透气度也可以处于≥0.57～≤0.6m³CO₂/(m²·h·bar)的范围内。透气度可以借助ISO 2556来确定。这里给出的值是侧壁的与膨胀的泡沫接触的部分的透气度。替代地，透气度可以用侧壁的使用材料来表示。于是，100μm厚的薄膜材料的按照ISO 2556的透气度可以为≥0.15～≤0.8m³CO₂/(m²·h·bar)。透气度也可以处于≥0.57～≤0.6m³CO₂/(m²·h·bar)的范围内。透气的侧壁防止在泡沫体中产生并非所愿的高压，这种高压对制得的产品的特性不利。因此，例如在制造聚氨酯泡沫时可以没有必须逸出的二氧化碳。如果二氧化碳也能通过侧壁逸出，则能增加控制程度地降低压力。

根据本发明的另一实施方式，侧壁包括用于加热和/或冷却的部件。因为泡沫中的气体空腔的大小还取决于温度，所以可以采用简单的方式有针对性地影响泡沫块边缘的泡沫密度。适当的部件例如可以是电加热丝或珀耳帖冷却部件。

本发明还涉及一种用于非连续地制造泡沫材料的方法，其中膨胀的形成泡沫的反应混合物被装入到根据本发明的容器中。膨胀的形成泡沫的反应混合物优选包括由多羟基化合物和异氰酸盐构成的混合物。由此形成聚氨酯泡沫。

在本发明的方法的一种变型中，在膨胀的形成泡沫的反应混合物被装入到容器中之后，用盖件盖住反应混合物。这种盖件使得膨胀的泡沫向上受到限定。盖件有利地接触移动的侧壁上的适当的部件。膨胀的泡沫因而首先向上顶压盖件，然后盖件顶压这些部件和与这些部件连接的侧壁。

本发明还将对照附图来予以介绍。图中示出：

图1示出根据本发明的容器。

图1示出根据本发明用于非连续地制造泡沫材料的容器。该容器具有水平设置的底部1。在底部1上有一个盖件2。盖件2的侧壁位于底部1上，由此形成空腔。膨胀的、形成泡沫的反应混合物，例如先前直接制得的由多羟基化合物体系(Polyol-System)和异氰酸盐体系(Isocyanat-System)构成的混合物，经由盖件2上的孔3被施加到底部1上。

容器还具有竖直设置的侧壁4，这些侧壁形成端面。纵侧面由其它壁构成，为明了起见，仅示意性地示出了这些壁中的壁5。容器在整体上向上开口。

根据一种优选的实施方式，容器具有四个这种竖直设置的侧壁，这些侧壁例如用附图标记4表示。

侧壁4包括围绕的柔性的平面部件6，该平面部件在两个辊7、7′之间夹紧。辊7、7′可围绕水平轴旋转地被支撑。柔性的平面部件6因此可以通过辊7、7′上下地即沿着竖直方向环绕地运动。盖件2和侧壁4基本上齐平地终止。这意味着，在盖件2的边缘和侧壁4之间至多存在一个少数几个毫米例如1、2、3、4或5毫米宽的间隙。这样的间隙有利于使得在泡沫形成期间产生的气体能从反应混合物中逸出。

在柔性的平面部件6的向外朝向的侧面上设有凸起部分8、8′，这些凸起部分能被盖件2触及(erfassen)，因而能在泡沫膨胀期间被向上顶压。凸起部分8被盖件2触及。凸起部分8′在平面部件6上错开平面部件6的半圈。因此可以清洁平面部件6的经过一次生产运转之后与膨胀的泡沫接触的侧面，而另一侧面供下一次生产运转使用。这提高了工作速度。

替代地，也可以使得盖件2嵌接到凸起部分8、8′中，因而建立起可逆的形状配合的连接。在这种情况下，于是可以使得盖件2的结构没有侧壁。

在柔性的平面部件6的内侧面上，即在背离泡沫的侧面上，设有引导面9。该引导面用作使得平面部件6经受住膨胀泡沫的压力的支撑。引导面9沿着平面部件6的整个宽度构造。与凸起部分8、8′相反，引导面9并不与平面部件连接。为了能够支撑平面部件6，该平面部件必须能够沿着引导面9滑动。引导面9还可以用作隔热机构。为此，该引导面例如可以由聚氨酯泡沫制成。

如果膨胀的形成泡沫的混合物，即例如反应成聚氨酯泡沫的混合物，经由盖件2上的孔3被施加到底部1上，则该混合物在其膨胀期间首先占据由盖件2提供的空间。在该空间不再够用时，盖件2就被向上顶压。膨胀的泡沫接触侧壁4的表面，盖件触及凸起部分8。在泡沫继续膨胀期间，柔性的平面部件6由于盖件2作用到凸起部分8上而被向上顶压。平面部件6通过下面的辊7′随动。同时，该平面部件通过上面的辊7向下滚动。因此，侧壁4的表面在整体上以柔性的平面部件6的表面的形式，跟随泡沫的竖直运动。为了使得反应气体如CO₂受控制地逸出，可以有利地将柔性的平面部件6设计成透气。

附图标记列表

1底部

2盖件

3盖件上的孔

4侧壁

5其它壁

6柔性的平面部件

7、7′辊

8、8′凸起部分

9引导面

Claims (11)

1.一种容器，用于非连续地制造泡沫材料，包括水平设置的底部(1)和至少一个竖直设置的侧壁(4)，该底部用于容纳膨胀的形成泡沫的反应混合物，其特征在于：侧壁(4)的与膨胀的泡沫接触的表面可沿着竖直方向移动；侧壁(4)包括在辊(7、7′)之间夹紧的柔性的平面部件(6)。

2.如权利要求1所述的容器，其中侧壁(4)还包括隔热机构。

3.如权利要求1所述的容器，其中柔性的平面部件(6)通过电动机驱动而竖直地移动。

4.如权利要求1所述的容器，其中侧壁(4)还在与膨胀的泡沫接触的表面上包括凸起部分(8)。

5.如权利要求1所述的容器，其中侧壁(4)被设计用于与盖件(2)形状配合地连接。

6.如权利要求1所述的容器，其中在侧壁(4)的与膨胀的泡沫相对的侧面上设有引导面(9)。

7.如权利要求1所述的容器，其中侧壁(4)在与膨胀的泡沫接触的部位具有用于二氧化碳的大小为≥0.15～≤0.8m³CO₂/(m²·h·bar)的透气度。

8.如权利要求1所述的容器，其中侧壁(4)包括用于加热和/或冷却的部件。

9.一种用于非连续地制造泡沫材料的方法，其特征在于：将膨胀的形成泡沫的反应混合物装入到根据权利要求1的容器中。

10.如权利要求9所述的方法，其中膨胀的形成泡沫的反应混合物包括由多羟基化合物和异氰酸盐构成的混合物。

11.如权利要求9所述的方法，其中在将膨胀的形成泡沫的反应混合物装入到容器中之后，用盖件盖住反应混合物。

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