CN105008103B - 用于生产颗粒状泡沫件的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产颗粒状泡沫件的方法和设备。所述方法包括如下步骤：‑借助于管子将泡沫颗粒从材料容器供给到模具,以及‑在供热的同时将模具中的泡沫颗粒热塑性焊接为颗粒状泡沫件，其中，向要供给的泡沫颗粒加入蒸汽。

Description

用于生产颗粒状泡沫件的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于生产颗粒状泡沫件的方法和设备。特别地，本发明涉及一种用于由基于热塑性聚氨酯的可膨胀颗粒生产颗粒状泡沫件的方法和设备。
背景技术
从WO 94/20568中已知基于热塑性聚氨酯的颗粒状泡沫件。这些颗粒状泡沫件由可膨胀的颗粒状热塑性聚氨酯制成。为了模制件生产，预膨胀的(如适用)增压式热塑性聚氨酯颗粒被置于可加热的模具中，并且被充分加热，以便颗粒被焊接在一起。通过应用蒸汽来进行加热。若需要的话，可以在模制件生产之前对颗粒进行增压。在脱模之后，应该对模制件进行调节，直到它已达到恒定的重量。在20～120℃的温度下进行调节。热塑性聚氨酯颗粒可以被设有诸如丁烷或CO2的发泡剂。也可以使用在加热时分离出气体的固态发泡剂，例如，偶氮碳酰胺或甲苯磺酸水合物(toluene-p-sulphonic acid hydracite)。
从WO 2014/011537中已知一种用于由热塑性聚氨酯泡沫颗粒生产鞋底的方法。
在DE 1 243 123 A、DE 1 704 984 A、US 4,822,542和US 6,220,842 B1中公开了其它的生产颗粒状泡沫件的方法。
与基于其它塑料(尤其是聚苯乙烯和聚丙烯)的颗粒状泡沫件相比，由基于热塑性聚氨酯的颗粒(TPU颗粒)制成的颗粒状泡沫件的优点在于其高弹性。
因此，已作出了巨大的努力来基于可用于大量生产的聚氨酯来制作这种颗粒状泡沫件。特别地，基于聚氨酯的这种颗粒状泡沫由于其机械特性而在鞋底方面非常受人瞩目。
在DE 10 2005 050 411 A1中公开了基于热塑性聚氨酯的发泡鞋底。从WO 00/44821中还已知对于鞋类使用发泡的热塑性聚氨酯。
在WO 2012/065926 A1中还公开了由热塑性聚氨酯的发泡颗粒制造鞋底。这里，发泡的聚氨酯颗粒被嵌入在由聚氨酯泡沫制成的基体材料中，从而产生混合材料。由于发泡的聚氨酯颗粒的性质，鞋底具有良好的阻尼特性，可以用最小的力弯曲，并具有高回弹性。
WO 2008/087078 A1公开了其中含有热塑性聚氨酯的发泡颗粒的包含聚氨酯的基体的另一种混合材料，以及生产这种混合材料的方法。这些混合材料用于自行车座、软垫和鞋底。
在WO 2013/013764 A1中描述了另一种制造鞋底或鞋底部件的方法，其中，鞋底由基于氨基甲酸乙酯(TPU、E-TPU、TPU-E)和/或基于聚醚嵌段酰胺(PEBA)的发泡热塑性聚氨酯制成。泡沫颗粒优选地由粘结剂链接。作为粘结剂，使用双组分聚氨酯体系。
另外，DE 10 2009 029 286 A1公开了由聚氨酯整体泡沫制成的聚氨酯鞋底。
在WO 2010/010010A1中公开了包含发泡剂以及热塑性聚氨酯(TPU)和苯乙烯聚合物的可膨胀热塑性聚合物共混物。热塑性聚氨酯的重量百分比优选为5和95之间，并且，苯乙烯聚合物的重量百分比为5和95之间，其中，热塑性聚氨酯和苯乙烯聚合物的重量百分比合计为100份。聚合物共混物可以包含另一种热塑性聚合物。
从WO 2013/182555 A1中已知一种由热塑性聚氨酯颗粒生产颗粒状泡沫件的方法，其中，泡沫颗粒在含有润滑剂的水中被润湿以便在气流中输送。这样旨在防止颗粒在运动期间粘结在一起。通过喷嘴对泡沫颗粒喷洒水。
总而言之，可以这样说，为了基于热塑性聚氨酯(WO 94/20568A1)生产颗粒状泡沫件，已经付出了很长时间的深入的努力，因为这种塑料在弹性、回弹性和柔性方面具有特殊的机械特性。存在生产这种塑料体的不同方案。还提出了在混合材料中嵌入聚氨酯颗粒(WO2008/087078 A1、WO 2012/065926 A1、WO 2013/013784 A1)。
原则上，与混合材料的情况一样，更容易且更经济有效的会是将泡沫颗粒焊接在一起而无需另外的基体。早已在大规模的工业应用中通过将泡沫颗粒焊接在一起而无需另外的基体来生产聚丙烯或聚苯乙烯的颗粒状泡沫件。在市场上已经有这样的运动鞋，其中，鞋底由基于聚氨酯的颗粒状泡沫件制成，而没有使用基体材料将颗粒粘结在一起。但是，这些运动鞋非常昂贵。这是由于一方面其优异的机械特性和另一方面有限的可用数量的缘故，因为如以前一样生产可膨胀的热塑性聚氨酯颗粒(eTPU颗粒)的颗粒状泡沫件涉及到相当多的问题。由于eTPU颗粒具有高的相互粘附力，所以各颗粒彼此松散地粘附并成块。这样有损计量和填充工艺。采用迄今为止已知的方法，不可能基于eTPU颗粒实现颗粒状泡沫件的稳定的大量生产。相比于基于其它材料生产颗粒状泡沫件，废品率相当高，并且，生产量低。
发明内容
因此，本发明是基于产生用于生产颗粒状泡沫件的方法和设备的问题，其中，与例如基于聚氨酯的泡沫颗粒的情况一样，即使泡沫颗粒具有高的相互粘附力，模具也可以被泡沫颗粒可靠且完全地填充。
该问题通过根据独立权利要求的方法和设备来得以解决。在各个从属权利要求中阐述有利的发展。
根据本发明的用于生产颗粒状泡沫件的方法包括如下步骤：
-借助于管子将泡沫颗粒从材料容器供给到模具，其中，泡沫颗粒通过发泡剂被输送到管子中，以及
-通过输入热对模具中的泡沫颗粒进行热塑性焊接，以形成颗粒状泡沫件。
该方法通过向要供给的泡沫颗粒加入蒸汽的事实来得以区分。
通过向要供给的泡沫颗粒加入蒸汽，泡沫颗粒在其从材料容器转移到模具期间被蒸汽润湿，从而改善其抗摩擦特性。润湿泡沫颗粒的表面导致粘附力的减少，从而泡沫颗粒成块的风险最小。
加入蒸汽实现泡沫颗粒的均匀润湿。蒸汽量可以如此被计量，使得所有的泡沫颗粒被均匀地润湿，而泡沫颗粒不被激活，并且不相互聚结。
可以在材料容器中和/或在沿着管子的一个或多个点处进行蒸汽的供给。
蒸汽的加入也对泡沫颗粒的加热有作用，从而泡沫颗粒在到达模具时已经被预加热。由此，更快且更可靠地进行泡沫颗粒的热塑性焊接。
空气是优选的吹气(blowing gas)，因为它廉价并具有全部所需的物理特性。代替空气，也可以使用惰性气体，例如，二氧化碳。蒸汽不适合作为鞋底吹气，因为它会激活泡沫颗粒，导致它们在管子中堵塞。另外，大部分蒸汽会冷凝，从而在加压时产生相当大的下降。将无法确保泡沫颗粒的移动。而且，供给到模具的水的量将会相当大，这会有损泡沫颗粒的焊接。
泡沫颗粒沿着输送路径从材料容器供给到模具，其中，优选地，在沿着输送路径的若干点处向泡沫颗粒加入蒸汽。用蒸汽供给的热的量如此测定，使得泡沫颗粒在到达模具之前没有被完全激活，并且沿着输送路径已相互焊接。因此，蒸汽的量被精确地计量。要供给的蒸汽的量取决于各种参数，例如，要供给的泡沫颗粒的流量、管子的横截面面积和几何形状、泡沫颗粒的材料等。通过设定由至少一个喷嘴供给的蒸汽的量来进行对加入的蒸汽的量的设定，蒸汽通过所述至少一个喷嘴被供给到输送路径的管路中。这里，还考虑喷嘴孔的横截面面积。原则上，也可以通过改变喷嘴的孔的大小来调整蒸汽。
随着蒸汽的加入，这大部分冷凝在泡沫颗粒上。由于蒸汽的冷凝而导致蒸汽的体积减小，所以将蒸汽加入到包括吹气和泡沫颗粒的流导致压力没有增加或者只有非常微略的增加。因此，相比于没有加入蒸汽的传统系统，通过加入蒸汽，尤其在管道中的若干点处加入蒸汽，流动力学几乎根本不改变。
存在基于在50℃处已经变粘的聚氨酯的材料组分。因此，在输送路径的区域中，由这种eTPU制成的泡沫颗粒不应该被加热到高于50℃。采用基于聚氨酯的其它材料组分，更高温度是可能的。
由于一方面泡沫颗粒不应该在输送路径中被加热到高于某一温度，并且，另一方面在整个输送路径期间应该都存在蒸汽，所以在沿着输送路径的若干点处供给蒸汽是有利的。这样，也可以置换已经冷凝的蒸汽，使得沿着输送路径获得大致均匀的蒸汽进入。
优选地，蒸汽的量被如此设定，使得在所有的泡沫颗粒的表面上形成冷凝水的薄膜，并且，该薄膜降低氢颗粒的粘附效果。加入蒸汽越多，泡沫颗粒的表面被润湿得越强烈。但是，随着蒸汽的加入，也供给热；热的量不可以大到泡沫颗粒的表面被激活。因此，在确定蒸汽的量时，必须平衡润湿和避免激活的相反要求。
通过在沿着输送路径的若干点处加入，该膜被重复刷新，使得在整个输送路径之上(若可能的话)提供泡沫颗粒的可靠输送。
优选地，在材料容器中和/或在沿着输送方向位于材料容器的下游的吹气喷嘴处，和/或在沿着输送方向的模具的上游的装填注入器处，和/或在管道的一个或多个部分处，向泡沫颗粒加入蒸汽。特别地，在从材料容器到模具的管路的弯曲和/或收缩之前的点处或区域中进行加入。
优选地，在100℃～140℃的温度处加入蒸汽。
在加入到泡沫颗粒时，蒸汽优选地在与泡沫颗粒所处的容器(材料容器或输送管路)中的压力相对应的压力下。
(在100℃和1巴下)加入的蒸汽的量达到模具的模腔的体积约20至500倍。
优选地，在增加的压力下对泡沫颗粒进行调节，其中，经调节的泡沫颗粒被加入到材料容器并在某一压力下保持在该处。材料容器中的压力优选地在2和5巴之间的范围中。通过对泡沫颗粒的调节，装有充当发泡剂的空气。由于例如在2至24小时的期间内逐渐地进行调节，所以压缩的泡沫颗粒保持光滑的表面。
在将泡沫颗粒从材料容器供给到模具中的过程中，调整模具中的管道内的压力，使得它稍低于材料容器内的压力。通过这种方式，一方面，产生从材料容器到模具的流动，另一方面，由于该压力，泡沫颗粒保持小，使得它们尽可能少地相互碰撞，并且，它们相互粘附并成块的风险保持最小。在模具中，压力优选地为约0至3巴，并且，特别地，比材料容器内的压力低约0.2至1巴。在使用吹气时，甚至可以对抗反压输送泡沫颗粒。因此，材料容器内的压力可以比模具内的压力低约0.05至0.15巴。
泡沫颗粒可以在材料容器中分离。例如，通过供给使泡沫颗粒在材料容器中旋转的气体或空气和/或蒸汽流来进行分离。该气流在下面被描述为流化流。代替旋转或与旋转组合，对于泡沫颗粒的分离，还可以设置分离辊、星形进料锁(star feeder lock)、旋转室、筛板(中间底部)和/或螺旋填充，由于压力差或(振动)运动颗粒被挤压通过该筛板。
泡沫颗粒优选地首先被分离，供给到输送管路，并且，在输送管路中在富含蒸汽的气流(尤其是空气流)中被运输，尽可能多地分离开，使得各个泡沫颗粒沿着输送路径可靠地通过并进入模具。
在下面列出在运输过程中抵抗成块的手段和效果，并且，这些手段和效果可以单独地或组合应用：
-向泡沫颗粒加入蒸汽，这样降低泡沫颗粒的粘附能力并增加其抗摩擦特性
-在增加的压力下输送泡沫颗粒，通过这种方式，泡沫颗粒可以保持小，同时管道内的填充密度可以保持低，并且，同时每单位时间获得高流的膨胀泡沫颗粒。泡沫颗粒可以在输送之前被调节，或者也可以在压力下未经调节地被输送
-在材料容器中分离泡沫颗粒，使得泡沫颗粒在与其它泡沫颗粒尽可能少地接触的情况下被输送通过管道
-用例如蜡的润滑剂涂布泡沫颗粒
-吹入作为润滑剂的粉末/粉尘，以便输送泡沫颗粒
-在填充期间移动(尤其是振动)管道和/或模具
为了此目的，管道优选地为柔性软管的形式。
由于泡沫颗粒的运送是随机系统，所以不可能完全防止各个泡沫颗粒相互接触。向泡沫颗粒加入蒸汽防止相互接触的泡沫颗粒永久性地相互粘附、堵塞和阻塞模具的管道或区域。
原则上，也可以使用未经调节的泡沫颗粒和/或在压力下填充模具而无需这样做。于是，可取的是模具包括可相互相对地移动的至少两个部分，使得可以通过将这两个部分一起移动来减少在其被填充之后的模具腔，以便压缩其包含的泡沫颗粒。这种模具也被描述为裂缝分割模具(crack-split mould)。原则上，裂缝分割模具也可以与压力填充组合设置，但是，在这种情况下，只在短的距离之上执行从一起移动模具的这两个部分引起的压实，因为已经从压力填充获得了高填充密度。对于某些塑料体，借助裂缝分割模具的高压实是不利的。这尤其适用于具有变化的厚度的塑料体，因为较薄部分相对于比较厚的部分明显压实。这种不均匀的压实通常是不期望的。而且，发生各向异性收缩行为，在裂缝分割的闭合方向上具有较少的收缩。
为了压力填充，模具被设计有紧密的模具腔，其中，压力阀与模具腔连接，并且，在达到某一压力时，在填充模具的过程中吹入或填充的空气从模具腔逃逸出。
为了运送泡沫颗粒而供给的蒸汽优选地是饱和蒸汽，即，饱和的干蒸汽。在冷表面上，例如，在尚未加热的泡沫颗粒上，蒸汽冷凝为水。由于蒸汽在冷凝为水时体积大幅地减小，所以不存在由供给蒸汽引起的压力或体积问题。
泡沫颗粒优选地由可膨胀的热塑性聚氨酯(eTPU)制成。热塑性聚氨酯可以是包含预定的聚氨酯含量的聚合物共混物。从WO 2010/010010 A1中已知这种聚合物共混物。聚合物共混物优选地包含至少5％重量百分比的聚氨酯，尤其优选地包含至少50％聚氨酯。泡沫颗粒也可以由具有至少80％或90％重量百分比的聚氨酯的聚合物共混物制成。关于聚合物共混物的形成，完全参考WO 2010/010010 A1。
泡沫颗粒可以被设置有发泡剂。合适的发泡剂是，例如，戊烷、丁烷或CO2或它们的混合物。也可以使用固态发泡剂，例如，偶氮碳酰胺或甲苯磺酸水合物。也可以使用不含发泡剂的泡沫颗粒。
下面概括与上述方法组合或者也与上述方法独立地防止泡沫颗粒在输送到模具的过程中成块或桥接的本发明的另些方面。
尤其为了防止这种桥接，可以向泡沫颗粒原料供给脱模剂或润滑剂。例如，这可以通过吹入气体(尤其是空气)或气体/固体混合物(例如，细尘)来实现。这里，此引入可以在填充容器中进行或直接进入填充流或填充部。
防止不期望的桥接的另一种可能是掺和呈蜡的形式的润滑添加剂。这里，这也可以在筒仓(silo)以及在填充部中完成。基于泡沫颗粒的量，掺和的蜡的量优选地在0.05和0.5重量百分比之间。优选地，蜡与蒸汽一起被供给到泡沫颗粒。
根据另一方面，通过至少在某些地方处机械移动填充部，尤其通过轻击(jog)它或使它振动，可以防止不期望的桥接或者打破已经形成的桥。
另外，对进入描述的输送流中的泡沫颗粒的精确计量也提供防止桥接的手段。
例如，这通过如下手段来发生：通过在填充容器的下方在相反方向上工作的两个密闭刷辊来分离颗粒以便计量。分离颗粒的另一种手段可以通过如下来获得：布置具有轴向对准的孔的类似封闭的左轮枪状的滚筒，以使颗粒保持在填充容器下方的室中。滚筒的这些室然后可被精确地填充，并且，在旋转滚筒之后，各个室的内容物可以被连续地传送到输送流。也可以通过这种手段与分离一同实现对要输送到腔中的颗粒的体积计量。
填充可优选地被实现为反压填充工艺(counter-pressure filling process)，其中，装填注入器以及模具的模具腔都经受压力。通过设定压力差，也可以控制模制件的密度。
反压填充工艺可以与调节链接，尤其是在实际的填充工艺之前的增压形式的调节。
根据本发明的另一典型的实施例，优选地，在压力填充之前在分离容器中对ETPU颗粒进行抽空。与传统的压力填充相比，这最初导致各个颗粒的体积增加，并结合在随后的压力填充过程中更强大的体积减少，从而使得更容易填充成为可能。
作为压力或反压填充的另一种替代方案，根据本发明的另一实施例，可以通过裂缝分割方法来对模具进行填充。
同时，可以在整个模具之上均匀地实现压实。但是，根据另一个优选实施例，至少一个半模可以由几个部分构成，这几个部分可相互分离地致动，即，可以在相对的半模的方向上移动。这里，可以独立地设定不同部分中的压实。
可以使用的另一种填充方法是螺旋填充或板填充。这里，泡沫颗粒材料在螺旋输送机或片材挤出机之上被供给到模具，然而，泡沫颗粒也可以作为载体材料被分散在水中。
尤其是，为了通过对模具的完全的均匀的填充获得成品部件的恒定重量，可以在实际填充工艺之前或在填充部中对泡沫颗粒材料进行高级或中级的计量。这里，可使用重力测定法、容积测定法或组合方法来进行计量。根据特别优选的实施例，首先，通过重力测定装置确定期望量，随后检查所称的期望量的体积是否在预设的最小值和类似预设的最大值之间。这里，最小值对应于模具刚好被完全填充的量，并且最大值对应于只能刚刚供给到模具的量。
相比于传统的由颗粒制成的可发泡材料，ETPU的密度要大得多。因此，ETPU的密度通常在120和200g/l之间的范围中，而例如EPS和EPP的密度在15和50g/l之间或者20至120g/l的范围中。这导致如下事实：为了ETPU颗粒的发泡和焊接，需要相当大的能量或热量输入。可以在填充之前或期间对颗粒进行预热，尤其是通过蒸汽进行预热，其中，优选地，这通过在处理阶段发生的废热来实现。在热量要求减少的同时，颗粒也更柔软，并且更容易被压缩。
为了减少颗粒相对于填充装置(尤其是填充管)的表面的粘附力和避免颗粒在这些表面上的不期望的磨损，表面优选地被制得光滑，并且由无氧化或至少低氧化材料，或这种材料的涂层制成。因此，例如，填充管可以是具有抛光的内表面的不锈钢管。
根据另一个实施例，填充部或填充管被定期清洗，尤其是在每一个填充操作之后，例如，用清洗液漂洗。如果通过压力填充来填充模具发生在相对高的填充压力下，即，通常在充填容器压力、流化空气压力和/或背压的组合下，则蒸汽通过通道并用它加热颗粒所需的拱肩(spandrel)的体积大大减少。因此，例如，在ETPU颗粒的压缩度高于150％的情况下，因为由于在面向拱肩体积(spandrel volume)的颗粒表面上的热传输而且通过颗粒自身之间的热传导而导致只有大量地减少了热输入，所以几乎仍然有可能使用经典的交叉蒸制法。一方面，这导致大大延长蒸制时间，另一方面，不可能排除在蒸汽被引入到模具的各点处的烧焦表面。通过裂缝分割法在关闭模具时发生填充时可能会出现同样的问题，由于高分割尺度而导致发生强大的压缩。
从而，根据一个实施例，这一问题可至少在模具的填充和关闭之后减少，不是通过传统的交叉蒸制从一侧进行热输入，而是从模具的两个相对侧启动交叉蒸制进入模具腔并形成背压。通过同时打开模具的移动侧和固定侧上的蒸汽阀，在移动侧和固定侧上积极地累积压力。通过这种方式，颗粒首先被稍微压缩，使得再次出现拱肩，并且颗粒原料可再次渗透蒸汽。如传统的交叉蒸制一样，通过移动侧和固定侧上的不同压力，产生必要的通流。通过压力差和压力水平，控制颗粒的压缩度、温度和蒸汽流，即，输入到材料的能量。可取的是同时打开移动侧和固定侧上的蒸汽阀，因为由于冷工具壁上的冷凝和体积填充而导致在背压侧上所需的蒸汽流过该部分，并且在颗粒通过压力累积而被压缩之前焊接表面，从而不能再产生期望的拱肩。
从而，由于冷凝的结果而导致不仅出现交叉流，在较低压力侧的出口可循环地调节或关闭，达到比该侧的进口压力稍低的压力(0.1，......，0.3巴)。在出口被调整在较低的压力下的同时，入口被关闭，从而，蒸汽不会在室内从顶部流到底部，而是从第二蒸汽室横向地流过模制件。
根据本发明的另一个实施例，对从模制件的主平面的两侧引入的交叉蒸汽的供给可以在两侧同时发生，或者，也可以在时间上偏移地发生。如果交叉蒸制可以一种乒乓效应从两侧间歇地发生，则可能是特别有利的。这尤其意味着蒸汽流在模制件中数次改变其方向。以这种方式，有可能获得特别良好的漂洗和特别均匀的温度分布。
根据本发明的另一个实施例，如果蒸汽通过至少一个针状蒸汽注射器被直接引入到模具腔，则可以获得进一步均匀的温度分布。为了提供足够的蒸汽到否则难以进入的点，在复杂的模制件几何形状的情况下，这可能是特别有利的。
尤其在使用裂缝分割方法进行填充时，也可以通过分割进行蒸制。这里，压实可以在蒸制期间发生，或者，也可以在高压釜状态中发生，即，在蒸制完成之后发生，然而，也可以逐个部分地轮流进行压实。
在蒸制工艺完成之后，可以在打开模具后去除模制件之前以实质上已知的方式对模制件进行冷却和稳定化。尤其是，同时，冷却可以按时间间隔来进行，然而，可以通过真空支撑体来进行冷却和/或稳定化。
例如，可使用通过部分真空产生与模具线配合的力的吸板以基本上已知的方式来进行脱模。但是，已经发现，ETPU模制件可以非常牢固地置于模具中，从而通过抽吸施加的力是不够的。根据本发明的另一个实施例，因此，这样设置，使用具有涂布器效果的机械夹具或针来进行脱模，所述机械夹具或针穿透成品件并可释放地挂接到该成品件。
附图说明
下面借助附图中示出的实施例来详细地解释本发明，即，在附图中：
图1用于生产颗粒状泡沫件的设备的示意框图，以及
图2用于通过对模具进行反压填充来生产颗粒状泡沫件的设备的示意框图。
具体实施方式
在图1中示出用于生产颗粒状泡沫件的设备1的第一实施例。
该设备1包括材料容器2、模具3和从材料容器2导入到模具3的管子4。
材料容器2用来保持松散的泡沫颗粒。材料容器2具有底座5，并且，在底座区域中通过压缩空气管路6与压缩空气源7连接。压缩空气管路6与在底座5中设置的几个喷嘴(未示出)连接，使得几个气流可在材料容器2中被启动，并使泡沫颗粒旋转，从而分离它们。
在材料容器2的底座5的区域中，输送管路4与材料容器2连接。在输送管路4中与材料容器2相邻的是吹气喷嘴8。吹气喷嘴8通过另一个压缩空气管路9与压缩空气源7连接。供给到吹气喷嘴8的压缩空气充当吹气，因为它通过吹气喷嘴8进入输送管路4并流向模具3。这样在面向材料容器2的一侧在吹气喷嘴8处产生真空。该真空将泡沫颗粒从材料容器吸出。
输送管路4通到与模具3连接的装填注入器10。装填注入器10通过另一个压缩空气管路11与压缩空气源7连接。一方面，被供给到装填注入器10的压缩空气用于在泡沫颗粒的流在模具3的方向上被压缩空气加压的同时填充模具3。另一方面，被供给到装填注入器10的压缩空气也可用于在模具3处的填充工艺结束时将泡沫颗粒从输送管路4吹回到材料容器2。
模具3由两个半模12、13形成。在这两个半模之间且由其定界的是至少一个模具腔14，装填注入器10导入到至少一个模具腔14以引入泡沫颗粒。可以通过将这两个半模12、13一起移动来减小模具腔14的体积。随着半模12、13移开，在半模12、13之间形成间隙，这被描述为裂缝分割(crack-spilt)。因此，这种模具3也被描述为裂缝分割模具。这两个半模12、13具有可由控制装置(未示出)致动的阀28、29。阀28、29被设置在模具腔14和环境之间的连通链路上，使得气体可以受控的方式从模具腔14逃逸出。
模具也可以具有在填充、压实和/或加热方面可被尽可能相互独立地控制的多个模具腔。
这两个半模12、13通过蒸汽管路15、16与蒸汽发生器17连接，以便将蒸汽供给到模具腔14中，用于焊接引入到模具腔中的泡沫颗粒。
为了向材料容器2供给蒸汽，蒸汽发生器17通过蒸汽管路18与材料容器连接。另一条蒸汽管路19从蒸汽发生器17导入吹气喷嘴8，使得蒸汽可以被供给到泡沫颗粒的流。
蒸汽管路20将蒸汽发生器17与装填注入器10连接，使得蒸汽可以被供给到通过装填注入器10的泡沫颗粒的流。
设置有从蒸汽发生器17导入到输送管路4的蒸汽管路21，其中，在输送管路4中的合适的连接点22处设置注射嘴(未示出)，以将蒸汽供给到输送管路4中。
在蒸汽管路和压缩空气管路中设置的是气动或电动控制阀(未示出)，使得供给的蒸汽或压缩空气的量可以由控制装置(未示出)精确地控制。
下面将解释图1中示出的设备1的操作的模式。
为了填充模具，在材料容器2的底座5的区域中通过压缩空气管路6吹空气，使得其中包含的泡沫颗粒旋转并分离。同时，吹气被供给到吹气喷嘴8，使得泡沫颗粒从材料容器2吸入输送管路4并由吹气在模具3的方向上输送。在填充期间，阀28、29打开，使得空气可逃逸。
通过蒸汽管路18，蒸汽从蒸汽发生器17供给到材料容器2。蒸汽是干的饱和蒸汽，该饱和蒸汽以在材料容器2中的当前压力(约1巴)被供给到材料容器2。优选地，材料容器2中的蒸汽被注入到与输送管路4的连接点相邻的材料容器2中，使得被吸入输送管路4的泡沫颗粒被蒸汽润湿。
在吹气喷嘴8处、在连接点22处、以及在装填注入器10处，将蒸汽进一步供给到泡沫颗粒的流。
干的饱和蒸汽的温度由蒸汽的沸点曲线设定，并因此由当前压力预设。在输送管路4中的约1巴的压力下，饱和蒸汽的温度是约100℃。
蒸汽的量应该这样测定，使得泡沫颗粒不会在其表面处被激活，并且不会在输送管路4中焊接在一起。在基于聚氨酯的泡沫颗粒的情况下，根据使用的材料组分，泡沫颗粒的焊接温度为约80℃至130℃。因此，蒸汽的量必须这样测定，使得沿着从材料容器2到模具3的输送路径，泡沫颗粒不会达到90℃以上的温度。
如果蒸汽与泡沫颗粒接触，则因为泡沫颗粒较冷，所以蒸汽会在泡沫颗粒的表面上冷凝并形成薄液膜。该液膜降低了泡沫颗粒之间的粘附力并增加了其表面滑移。以这样的方式，大幅地降低了泡沫颗粒相互粘附和/或成块的风险，并且，确保了颗粒可靠地输送通过输送管路4。
通过在沿着输送路径的多个点处供给蒸汽，一方面，有可能将在蒸汽的各个供给点处输入的局部热量保持足够低以避免激活泡沫颗粒，另一方面，有可能确保泡沫颗粒沿着整个输送路径被湿气充分地润湿。以这样的方式，泡沫颗粒可以被可靠地供给到模具3的模具腔14。
在用泡沫颗粒填充模具腔14之后，关闭装填注入器10和阀28、29。使用被供给到装填注入器10的压缩空气来将在输送管路4中存在的泡沫颗粒吹回到材料容器2。在吹回的过程中，优选地，流化流被供给到材料容器2。这导致大幅减少了输送路径中的堵塞。
通过将两个半模12、13一起移动，减小模具腔14的体积并压实其中所含的泡沫颗粒。
接下来，为了将模具腔14中所包含的泡沫颗粒焊接在一起，蒸汽，尤其是干的、热的或饱和的蒸汽，通过管路15、16被供给到模具腔中。蒸汽的供给也可以在一起移动和压实泡沫颗粒的过程中发生。蒸汽的供给优选地首先在模具腔打开(裂缝分割或打开阀)的情况下进行，使得在拱肩空间中存在的空气被替换并完全被蒸汽替代。在分割蒸制的过程中，根据配方，材料已经被部分至完全地焊接。在分割蒸制时，优选地，使用密封的伸缩式裂缝分割模具。蒸汽比空气更好地导热，导致更快、甚至更多地焊接泡沫颗粒。
优选地，通过从至少一侧的交叉蒸制来将蒸汽供给到模具腔14中。特别是，将交叉蒸汽从两个相对侧引入到模具腔14，从而形成背压。通过打开模具的移动侧和固定侧上的蒸汽阀，同时在移动侧和固定侧上积极地累积压力。通过这种方式，颗粒首先被稍微压缩，使得形成拱肩，并且颗粒电荷材料(particle charge material)可渗透蒸汽。如传统的交叉蒸制一样，通过移动侧和固定侧上的不同压力，产生必要的通流。通过压力差和压力水平，控制温度、颗粒的压缩度和蒸汽流，即，输入到材料的能量。优选地，在移动侧和固定侧上的蒸汽阀同时至少部分地打开，因为否则在背压力侧上所需的蒸汽由于在冷模具壁上的冷凝和体积填充而导致流过模制件，并且在颗粒可通过压力累积而被压缩之前焊接表面，并且，可能不再产生期望的拱肩。
在模具中真空蒸制(<0.5巴绝对压力)已被证明是另一种有利的蒸制变型。为此，在第一蒸制阶段之前在模具中建立真空，然后进行交叉蒸制阶段。颗粒之间的减少的空气量确保良好的热传输。由于约0.5巴的另外的压力梯度，蒸汽也可以流过已经被机械地压缩(例如，通过裂缝分割填充或反压填充)的eTPU并焊接它。而且，蒸汽温度保持充分低，使得模制件的外皮在内部区域被焊接之前未过早地气密焊接。
在模具中的泡沫颗粒的高压实的情况下，在蒸制期间对模具的至少一侧施加真空也可能是可取的。优选地，对与蒸汽被供给到模具的一侧相对的一侧施加真空。
在焊接泡沫颗粒以形成颗粒状泡沫件之后，关断蒸汽的供给，为了去除颗粒状泡沫件，冷却并打开模具。
然后，该过程用泡沫颗粒填充模具腔14重新开始。
上述的实施例具有向泡沫颗粒加入蒸汽的四个点。这些是材料容器2、吹气喷嘴8、连接点22和装填注入器10。在本发明的范围内，当然，也可以改变沿着输送路径的向泡沫颗粒加入蒸汽的点的数量和位置。这尤其取决于各个输送参数(输送管路4的直径、泡沫颗粒的化学组分、输送速度、吹气的压力、输送管路4中的弯曲或收缩的数量等等)。因此，可能可取的是，仅仅在单个点处，尤其在材料容器2或吹气喷嘴8处，加入蒸汽。另一方面，在输送管路4中设置在每一种情况下蒸汽管路都连接在其上的多个连接点也可能是可取的。
图2示出用于生产颗粒状泡沫件的设备1的第二实施例。与第一实施例相同的部件被提供相同的附图标记，并且，不再被详细地描述。
该设备具有用于存储泡沫颗粒的筒仓容器(silo container)23、调节压力容器24和缓冲存储压力容器25。在筒仓容器23和调节压力容器24之间的是第一输送管道26，以将泡沫颗粒从筒仓容器23输送到调节压力容器24。第二输送管道27从调节压力容器24导入到缓冲存储压力容器25，以便将在调节压力容器中调节的泡沫颗粒从调节压力容器24输送到缓冲存储压力容器25。输送管路4从缓冲存储压力容器25导入到模具3。缓冲存储压力容器25由此充当材料容器，通过输送管路4从该材料容器输送泡沫颗粒。
再次在输送管路4中设置吹气喷嘴8、连接点22和装填注入器10，其设计和布置正如第一实施例中一样。模具3再次包括两个半模12、13，但是，模具3不必一定是裂缝分割模具。优选地，它为具有静态模具腔14的模具的形式，在模具的关闭状态中不能改变其体积。这两个半模12、13中的每一个具有阀28、29，为了压力填充，阀28、29为压力阀28、29的形式，压力阀28、29将模具腔14中的压力限制为特定值，即，在模具腔中超过某一压力时气体从压力阀28、29逃逸出。这种模具允许使用下面详细地描述的反压来填充模具腔14。
设备1再次具有蒸汽发生器17，确切地与第一实施例一样，该蒸汽发生器通过蒸汽管路15、16、18-21连接到模具3或缓冲存储压力容器25、吹气喷嘴8、连接点22和装填注入器10。
还设置压缩空气源7，该压缩空气源通过压缩空气管路6将压缩空气供给到缓冲存储压力容器25，以便使泡沫颗粒旋转。它还通过压缩空气管路9将吹气供给到吹气喷嘴8，并且，通过压缩空气管路11将吹气或填充空气供给到装填注入器10。
此外，调节压力容器24和缓冲存储压力容器25通过压缩空气管路30、31连接到压缩空气源7，以便在两个容器24、25中的每一个中设定预定的压力。
下面解释用于生产颗粒状泡沫件的设备1的操作的模式。
泡沫颗粒被保持在筒仓容器23中。泡沫颗粒通过第一输送管道26从筒仓容器23输送到调节压力容器24。在调节压力容器24中，泡沫颗粒置于压力下，其中，最终压力为约2～5巴。这里，在例如2～6个小时的期间内逐渐地增加压力，然后在2～24小时的期间内保持压力。通过调节容器中的缓慢压力累积，空气/气体扩散到泡沫颗粒。压力上升被设定为足够小，使得泡沫颗粒不会很快或很强地压缩，从而泡沫颗粒获得“葡萄干样”的皱折表面并难以输送。随着调节，在颗粒中累积内部压力，随后，在模具中焊接的过程中，内部压力充当发泡剂并使泡沫颗粒膨胀。由于调节，泡沫颗粒可以被压缩为较小的体积。通过在较长的时间段内逐渐增加压力和保持压力，泡沫颗粒在压缩或调节的状态中获得光滑的表面。
调节的泡沫颗粒通过第二输送管道27被输送到缓冲存储压力容器25。在缓冲存储压力容器25的底座5处连接的是输送管路4。与该连接点相邻地设置的是喷嘴，通过压缩空气管路6用压缩空气加压喷嘴，以便在缓冲存储压力容器25中提供多个压缩空气流。以这样的方式，使经调节的泡沫颗粒旋转和分离。
如在第一实施例中一样，泡沫颗粒通过输送管路4从缓冲存储压力容器25输送开并供给到模具3。这里，正如在第一实施例中一样，吹气被供给到吹气喷嘴8和装填注入器10。
以与第一实施例类似的方式，蒸汽在吹气喷嘴8、连接点22和装填注入器10处供给到缓冲存储压力容器25中的经调节的泡沫颗粒。
第二实施例与第一实施例的不同之处在于，在用泡沫颗粒填充的过程中，模具3的模具腔14已经被假设其最终的形状或者其最终的体积。另外，第二实施例与第一实施例的不同之处在于，压力阀28、29只有在其具有高于预定的限制压力的压力时允许空气或气体从模具腔14逃逸出。优选地，该限制压力这样设定，其比缓冲存储压力容器25中的压力低约0.2巴至2巴。特别是，该限制压力比缓冲存储压力容器25中的压力低约0.5巴至1巴。这样产生并精确地设定缓冲存储压力容器25和模具3的模具腔14之间的压力梯度，并且，沿着输送管路4存在压降，从而实现泡沫颗粒的输送。缓冲存储压力容器25中的压力优选地在3至5巴的范围中。这导致输送管路4中的约1.5至4.5巴的压力。另一方面，压力管路中的压力取决于压力管路中的位置。压力管路的部分离缓冲存储压力容器25越远，压力就越低。另一方面，压力管路中的压力取决于缓冲存储压力容器25中设定的压力。
由于在压力下输送泡沫颗粒，所以泡沫颗粒保持其小的压缩的形状和其低的体积。结果，相比于每单位时间的相同数目的泡沫颗粒的基本上不加压的输送，在输送期间泡沫颗粒在输送管路4中的碰撞次数更小。由于通过也称为反压填充的这种压力填充减少了碰撞次数，所以减少了多个泡沫颗粒成块或粘结在一起的风险。输送管路4中的压力越高，在模具腔14中经调节的泡沫颗粒相互成块并阻塞输送路径的风险越低。
当模具腔14被泡沫颗粒完全填充时，然后关闭装填注入器10。与第一实施例完全一样，输送管路4中余留的泡沫颗粒被输送回到缓冲存储压力容器25。
打开压力阀28、29或其他阀(在图2中未示出)，使得模具腔14中的压力下降到环境压力。这样使得压力下的泡沫颗粒碰撞和拉伸，从而导致均匀压实模具腔14中的泡沫颗粒。同时，或者，其后，可以用蒸汽加压模具腔14，以便将泡沫颗粒一起焊接成颗粒状泡沫件。
由于在输送通过输送管路4的过程中通过加入蒸汽已经对各个泡沫颗粒进行预热，所以相比于传统设备，可以减少焊接颗粒状泡沫件所需的时间。这样大幅地减少了整个设备的循环时间。
在第二实施例中，泡沫颗粒首先被分离，然后与蒸汽混合，以减少粘附并提高表面滑移。相比于第一实施例，泡沫颗粒还在压力下被输送到模具3，使得泡沫颗粒的尺寸在输送期间保持小。
在每一种情况下，在缓冲存储压力容器25或输送路径的各个部分中存在的压力下，要在沿着输送路径的各个点处供给蒸汽。由于蒸汽是干的饱和蒸汽，所以要与由蒸汽的沸点曲线预设的压力相对应地设定蒸汽的温度。蒸汽的温度大致在115℃至140℃的范围中。由于蒸汽的高温，应该对要供给的蒸汽的量进行精确的计量，使得泡沫颗粒在缓冲存储压力容器中或者沿着输送路径不会被激活，并且，不会焊接在一起。因此，如果在沿着输送路径的多个点处向经调节的泡沫颗粒加入蒸汽，则这是有利的。
在短的输送路径和/或大直径的输送管路和/或几个弯曲或收缩的情况下，当然，只在一个点处加入蒸汽就足够了。
在将泡沫颗粒焊接成颗粒状泡沫件之后，冷却模具3，并且，分离两个半模12、13，以释放颗粒状泡沫件。
在上述的实施例中，使用具有静态模具腔14的模具3，其中，在用泡沫颗粒填充并将泡沫颗粒焊接成颗粒状泡沫件的过程中其体积不变。在本发明的范围内，也可以使用裂缝分割模具，其模具腔具有可变的体积。为了产生反压，该模具的半模优选地是密封的。由于用经调节的泡沫颗粒填充模具腔，所以不必在长距离上将两个半模13、14一起移动，因为考虑到压力填充，模具腔已经包含高密度的泡沫颗粒。
因为采用该设备，泡沫颗粒成块和阻塞输送管路的风险小，所以可以可靠地生产基于聚氨酯的泡沫颗粒的颗粒状泡沫件。损耗率低，并且，设备的循环时间高。以这样的方式，可以由基于聚氨酯的泡沫颗粒低成本地大量生产颗粒状泡沫件。
附图标记列表
1 设备
2 材料容器
3 模具
4 输送管路
5 底座
6 压缩空气管路
7 压缩空气源
8 吹气喷嘴
9 压缩空气管路
10 装填注入器
11 压缩空气管路
12 半模
13 半模
14 模具腔
15 蒸汽管路
16 蒸汽管路
17 蒸汽发生器
18 蒸汽管路
19 蒸汽管路
20 蒸汽管路
21 蒸汽管路
22 连接点
23 筒仓容器
24 调节压力容器
25 缓冲存储压力容器
26 第一输送管道
27 第二输送管道
28 压力阀
29 压力阀
30 空气压力管路
31 空气压力管路

Claims (17)

1.一种用于生产颗粒状泡沫件的方法，包括如下步骤：
-借助于管子将泡沫颗粒从材料容器供给到模具，其中，泡沫颗粒通过吹气在管子中被输送，
-通过输入热来对模具中的泡沫颗粒进行热塑性焊接，以制作颗粒状泡沫件，
其中，向要供给的泡沫颗粒加入蒸汽以便在泡沫颗粒从材料容器转移到模具期间润湿这些泡沫颗粒。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，沿着输送路径将泡沫颗粒从材料容器供给到模具，其中，在沿着输送路径的若干点处向泡沫颗粒加入蒸汽。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在材料容器中和/或在沿着输送方向位于材料容器的下游的吹气喷嘴处，和/或在沿着输送方向位于模具的上游的装填注入器处，和/或在管道的部分处向泡沫颗粒加入蒸汽。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在100℃至140℃的温度下和/或在1至5巴的压力下加入用于输送的蒸汽。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在增加的压力下对泡沫颗粒进行调节，并且，将经调节的泡沫颗粒供给到材料容器，并且在2至5巴的范围中的预定压力下将泡沫颗粒保持在材料容器中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，设定管子和模具中的压力，使得在将泡沫颗粒供给到模具中的过程中该压力低于材料容器中的压力，其中，在模具中为0.2至2巴。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在材料容器中对泡沫颗粒进行分离，其中，通过供给气体的流来进行分离。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用由可膨胀的热塑性聚氨酯(eTPU)制成的泡沫颗粒。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，泡沫颗粒包含发泡剂。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在供给到模具之前用润滑剂涂布泡沫颗粒。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在填充期间移动管子和/或模具。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将作为润滑剂的粉末或粉尘吹入要被输送的泡沫颗粒中。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用空气或惰性气体作为吹气。
14.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，设定管子和模具中的压力，使得在将泡沫颗粒供给到模具中的过程中该压力比材料容器中的压力低0.2至1巴。
15.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述气体是空气和/或蒸汽。
16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述发泡剂为戊烷、丁烷或CO2或这些气体的混合物。
17.一种用于生产颗粒状泡沫件的设备，包括：
-材料容器，
-输送管路，该输送管路与材料容器连接，以便从材料容器输送泡沫颗粒，
-用于供给吹气的压缩空气管路，该吹气用于沿着输送管路转移泡沫颗粒，
-具有模具腔的模具，输送管路通过装填注入器与模具腔连接，使得泡沫颗粒可沿着输送路径从材料容器输送到模具，
-蒸汽发生器，用于将蒸汽供给到模具腔中，以便将模具腔中的泡沫颗粒热塑性地焊接成颗粒状泡沫件，
其中，蒸汽发生器通过至少一条蒸汽管路与材料容器和/或与在输送方向上位于模具上游的装填注入器和/或与管路的一个或多个部分连接，以便向要供给到模具的泡沫颗粒供给蒸汽，
所述设备还包括：控制单元，该控制单元控制所述设备以执行生产颗粒状泡沫件的方法，该方法包括以下步骤：
-借助于管子将泡沫颗粒从材料容器供给到模具，其中，泡沫颗粒通过吹气被输送到管子中，
-通过输入热来对模具中的泡沫颗粒进行热塑性焊接，以制作颗粒状泡沫件，
其中，向要供给的泡沫颗粒加入蒸汽以便在泡沫颗粒从材料容器转移到模具期间润湿这些泡沫颗粒。
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