CN105517766A - 用于二组分聚氨酯泡沫配制物的混合装置 - Google Patents

用于二组分聚氨酯泡沫配制物的混合装置 Download PDF

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Abstract

一种混合装置(10)含有：外壳(20)，其界定混合腔室(30)、A组分馈送通道进入开口(40)、B组分馈送通道进入开口(50)和空气馈送通道进入开口(60)，以及退出开口(70)，其中所述馈送通道进入开口和退出开口提供去往和/或离开所述混合腔室的流体连通；以及静态混合元件(80)，其容纳在所述混合腔室内在所述三个进入馈送通道与所述退出开口之间，其中所述空气馈送通道进入开口具有为0.7平方mm或更大和7.7平方mm或更小的横截面面积。

Description

用于二组分聚氨酯泡沫配制物的混合装置
技术领域
本发明为适合于混合和施加二组分聚氨酯泡沫配制物的混合装置。
背景技术
通常通过馈送异氰酸酯组分(A组分)以及多元醇组分(B组分)以产生混合物且随后从施配器喷射所述混合物来施加二组分聚氨酯(2CPU)泡沫配制物。存在两个类型的2CPU泡沫配制物：经发泡和未经发泡。经发泡泡沫配制物在A组分中使用例如HFC-134等气态发泡剂(GBA)，且在B组分中使用GBA和液体发泡剂(LBA)两者。经发泡泡沫可经由静态混合器在低压力(小于两兆帕(MPa))下施配。相比而言，未经发泡2CPU泡沫配制物在A组分中不含发泡剂且在B组分中仅具有LBA。未经发泡2CPUs在通常5.5-10MPa的高压力下且在高温下施配。当施配未经发泡2CPU泡沫配制物时，A和B组分在施加期间通过两个组分的高压冲击接触而混合和雾化。伴随着未经发泡2CPU泡沫配制物的加热的高压使得必需可耐受压力和温度要求的昂贵的混合和施配装置。
需要将混合和施加期间未经发泡2CPU泡沫配制物的必需压力减小到小于两MPa，借此不会像通常必需那样需要在超过5MPa的压力下稳健的施料器。
发明内容
本发明解决使用小于5MPa的压力有效地混合和施加未经发泡2CPU泡沫配制物的问题。本发明的混合装置能够混合和施加未经发泡2CPU泡沫配制物，也就是说，在小于5MPa的压力下在配制物的A组分中不含GBA的2CPU泡沫配制物。
为解决此问题，本发明提供一种混合器设计，其在A和B组分组合时小心地控制空气到A和B组分中的灌注，且随后经由静态混合器引导空气与A和B组分的混合，接着将2CPU形式的配制物施加到所要衬底。所述混合装置为尤其适合于注射模制的设计，借此提供可完全由塑料制成的相对低成本装置。
在第一方面中，本发明是一种混合装置，其包括：(a)外壳，所述外壳界定混合腔室、A组分馈送通道进入开口、B组分馈送通道进入开口和空气馈送通道进入开口，以及退出开口，其中所述馈送通道进入开口和退出开口提供去往和/或离开混合腔室的流体连通；以及(b)静态混合元件，其容纳在混合腔室内在所述三个进入馈送通道与所述退出开口之间；其中所述混合装置的另一特征为空气馈送通道进入开口具有0.7平方毫米或更大和7.7平方毫米或更小的横截面面积。
在第二方面中，本发明是一种用于使用第一方面的混合装置施配未经发泡二组分聚氨酯泡沫配制物的过程，所述过程包括：经由A组分馈送通道馈送包括异氰酸酯且不含液体发泡剂的A组分，同时经由B组分通道馈送包括多元醇的B组分，且同时经由空气馈送通道馈送空气；在混合腔室中将A和B组分与空气混合；以及经由退出开口对其进行施配。
本发明的混合装置可用于根据本发明的过程制备和施加未经发泡2CPU泡沫配制物。
附图说明
图1-4说明本发明的示范性混合装置。图1和2说明侧横截面图。图3说明进入馈送通道开口上方的剖示图。图4说明空气馈送通道进入开口的横截面区域的视图。
具体实施方式
“和/或”意味着“和，或作为一替代方案”。除非另外指明，否则所有范围都包含端点。“多个”意指两个或两个以上。
本发明的混合装置包括外壳。所述外壳界定混合腔室、三个馈送通道进入开口和一退出开口。所述三个馈送通道进入开口是A组分馈送通道进入开口、B组分馈送通道开口和空气馈送通道进入开口。所述三个馈送通道进入开口和所述退出开口各自提供去往和/或离开外壳的混合腔室的流体连通。混合装置允许流体(也就是说，气体和/或液体)流动穿过馈送通道进入开口到达混合腔室，以及经由退出开口从混合腔室出来。
优选地，退出开口与三个进入开口大体相反定位使得大多数混合腔室体积驻留在馈送通道进入开口与退出开口之间。举例来说，在一个合乎需要的设计中，外壳和混合腔室为大体圆柱形形状，具有可为圆形或任何其它形状(包含卵形、矩形、五边形或星形)的横截面形状。进入开口位于圆柱形的一端，且退出开口位于圆柱形的相对端。在此类实施例中，进一步合乎需要的是，空气通道进入开口大体居中位于圆柱形外壳和混合腔室的一端上。同样合乎需要的是，退出开口大体居中位于外壳和混合腔室的一端上，与空气通道进入开口相对，而不管空气通道进入开口是否居中位于其末端上。
每一进入开口具有横截面区域。确定垂直于流体流动方向的平面中的横截面区域。A组分和B组分进入开口的横截面区域对应于每一馈送通道的最小横截面区域。确定空气馈送通道进入开口的横截面区域，其中界定开口的外侧(壁)最远穿透到混合腔室中(也就是说，最远穿透到外壳中)。空气馈送通道进入开口的横截面区域对应于馈送通道进入开口的开放区域，考虑到从混合腔室内部延伸到空气馈送通道中的任何突出部。举例来说，在如下文所描述的优选实施例中，圆锥形特征延伸到空气馈送通道中以便减小馈送通道的开放区域且在圆锥形特征周围分散气流。空气通道开口的横截面区域为如穿过平面中的圆锥形特征截取的横截面图中确定的空气通道开口内的圆锥形特征(和用于圆锥形特征的任何支撑件，如下文所描述)周围的开放区域，其中开口的外侧在圆锥形特征之前(其等效于不存在圆锥形特征)最远穿透到混合腔室中且垂直于穿过空气通道的流体流动。
空气通道进入开口具有0.5平方毫米(mm2)或更大，优选0.7mm2或更大，更优选1.0mm2或更大的横截面面积，且可为1.5mm2或更大、2.0mm2或更大乃至3mm2或更大。同时，空气通道进入开口具有8.0mm2或更小，优选7.7mm2或更小，更优选7.5mm2或更小，更优选地7.0mm2或更小的横截面面积，且可为6.5mm2或更小、6.0mm2或更小、5.0mm2或更小、4.0mm2或更小，乃至3.0mm2或更小。理想地，空气通道进入开口具有0.7mm2或更大和7.7mm2或更小的横截面面积。当空气通道进入开口具有小于0.5mm2的横截面面积时，气流可太受限以致于不能充分分散聚氨酯泡沫配制物。当空气通道进入开口具有大于8.0mm2的横截面面积时，存在A组分和/或B组分不合需要地回流到空气馈送通道中的倾向。
A组分进入开口具有是空气通道进入开口横截面面积的大小的合意地0.5或更大，优选1.0倍或更大，更优选1.5倍或更大，更优选地2.0倍或更大甚至更优选地3.0倍或更大的横截面面积，且可为4倍或更大，5倍或更大，6倍或更大，7倍或更大，8倍或更大，9倍或更大和10倍或更大。同时，A组分进入开口合意地具有是空气通道进入开口横截面面积的大小的合意地16倍或更小，优选15.5倍或更小，更优选地13倍或更小的横截面面积，且可为12倍或更小，11倍或更小，10倍或更小乃至9倍或更小。如果第一横截面面积具有等于x与第二横截面面积的乘积的横截面面积，那么第一横截面面积为第二横截面面积的大小的“x”倍。当A组分进入开口具有是空气通道进入开口横截面面积的大小的小于0.5倍的横截面面积时，那么气流可能抑制A组分的充分流动。当A组分进入开口具有是空气通道进入开口横截面面积的大小的大于16倍的横截面面积时，那么可能不存在充分的空气用以恰当地分散聚氨酯泡沫配制物。
B组分进入开口具有是空气通道进入开口横截面面积的大小的合意地0.7倍或更大，优选1.0倍或更大，更优选2.0倍或更大，更优选地2.1倍或更大且更优选地3.0倍或更大的横截面面积，且可为4倍或更大，5倍或更大，10倍或更大，15倍或更大，乃至20倍或更大。同时，B组分进入开口合意地具有是空气通道进入开口横截面面积的大小的25倍或更小，优选23倍或更小，更优选地22倍或更小的横截面面积，且可为20倍或更小，15倍或更小乃至10倍或更小。当B组分进入开口具有是空气通道进入开口横截面面积的大小的小于2.0倍的横截面面积时，那么气流可能抑制B组分的充分流动。当B组分进入开口具有是空气通道进入开口横截面面积的大小的大于25倍的横截面面积时，那么可能不存在充分的空气用以恰当地分散聚氨酯泡沫配制物。
进一步合乎需要的是，B组分进入开口具有比A组分进入开口横截面面积大的横截面面积。B组分通常比A组分黏稠，因此具有较大B组分进入开口促进实现A和B组分的恰当平衡的流动速率和混合比率。
混合装置进一步包括容纳在混合腔室内在所述三个进入馈送通道开口与所述退出开口之间的静态混合元件。这意味着静态混合元件的至少一部分(优选全部)驻留在所述退出开口与所述三个进入开口之间(但不必在任何两个进入开口之间)。静态混合元件经设计以便将从进入开口流入混合腔室的流体混合在一起从而形成流体的混合物，随后所述混合物经由退出开口从混合腔室流出。
在一个合乎需要的设计中，静态混合元件包括多个半椭圆形板，其沿着在进入开口与退出开口之间延伸的方向上延伸的中央支撑件串联定位，其中所述半椭圆形板经由所述中央支撑件相对于横截面平面倾斜而不在平面中。
在一个合乎需要的混合装置中，静态混合元件包括中央支撑件，其在一端处具有圆锥形特征，其中所述圆锥形特征穿透到空气通道进入开口中但不密封住空气通道进入开口。更合意的是，空气通道自身展开为锥形形状，圆锥形特征穿透到所述锥形形状中。或者，另一合乎需要的设计包含不同于静态混合元件的中央支撑件的穿透到空气通道进入开口中但不密封住空气通道进入开口的圆锥形特征。
实现恒定且受控的混合使得空气通道进入开口横截面面积和形状在混合装置的使用期间保持尽可能恒定是有价值的。因此，需要穿透到空气通道进入开口中的圆锥形特征固持在适当位置以便避免相对于空气进入通道移动。在一个合乎需要的实施例中，圆锥形特征(作为混合元件的中央支撑件的一部分或以其它方式)通过翅片相对于空气通道进入开口固持到适当位置，优选地三个或三个以上翅片在圆锥形特征周围均匀隔开且接触界定空气通道进入开口的壁。此些翅片防止圆锥形特征在空气通道进入开口内在空气通道进入开口的横截面平面中径向移动。翅片可附接到界定空气通道进入开口的壁或仅接触所述壁而不附接到所述壁。图1-4中说明本发明的混合装置的一个合乎需要的实施例的实例。
图1展示混合装置10的横截面图，其中检视横断面在从进入开口延伸到退出开口的平面中延伸且垂直于含有进入开口的横截面区域的横截面。外壳20界定混合腔室30、A组分馈送通道进入开口40、B组分馈送通道进入开口50、空气馈送通道进入开口60和退出开口70。混合装置10包括静态混合元件80，其包括中央支撑件82、半椭圆形板84和圆锥形特征86。外壳20和混合腔室30为大体圆柱形形状，在一端上具有进入开口40、50和60且在相对端上具有退出开口70。
图2再次说明在与图1相同的视角中的混合装置10。图2标识界定空气馈送通道进入开口60(图1中展示)的壁62。图2还标识其中确定进入开口横截面区域的检视平面A和检视平面B。确定对应于馈送通道的最窄部分的检视平面A中的A组分和B组分馈送通道进入开口横截面区域。确定检视平面B中的空气馈送通道进入开口横截面区域，其为空气馈送通道进入开口的外侧(壁62)最远穿透到混合腔室30中之处。
图3提供混合装置10的又一视图作为从检视平面A朝向混合元件80的成角视图(也就是说，在与检视箭头针对图2中的检视平面A指示的方向相反的方向中检视)。图3的视图揭示混合元件80的圆锥形特征86上的三个翅片83。翅片83抵靠着空气馈送通道进入开口的壁62放置且防止圆锥形特征86在空气馈送通道进入开口内移动。
在图1-3的示范性混合装置中，A组分和B组分馈送通道进入开口横截面区域为圆形形状。A组分馈送通道进入开口40的横截面面积为11.3mm2且B组分馈送通道进入开口50的横截面面积为16.4mm2。空气馈送通道进入开口60类似于环面的横截面，具有归因于翅片83而被阻挡的三个区段。图4说明揭示空气馈送通道进入开口60的横截面图。空气馈送进入开口横截面面积为3.85mm2。
图4说明当从图2的检视平面B向下检视时空气馈送通道进入开口横截面区域的横截面图。所述空气馈送通道进入开口横截面区域是空气馈送通道进入开口60的在圆锥形特征86、翅片83周围和壁62内保持开放的横截面区域。
本发明包含一种用于使用本发明的混合装置施配未经发泡2CPU泡沫配制物的过程。本发明的过程包括：将包括异氰酸酯且不含液体发泡剂的A组分经由A组分馈送通道馈送到本发明的混合装置的混合腔室中，同时将包括多元醇的B组分经由B组分馈送通道馈送到混合腔室中且将空气经由空气馈送通道馈送到混合腔室中；在混合腔室中将A和B组分与空气混合从而形成未经发泡2CPU泡沫配制物；以及随后经由退出开口施配所述未经发泡2CPU泡沫配制物。
通常，所述过程包含在790到870千帕的范围内的压力下提供A组分，以及在860到940千帕的范围内的压力下提供B组分。通常，在1.5兆帕或更小，优选1.4兆帕或更小，更优选地1.0兆帕或更小的压力下提供空气，且气压可为700千帕或更小，同时通常在340千帕或更高，优选400千帕或更高，更优选地500千帕或更高乃至更优选地550千帕或更高的压力下提供空气。
本发明的混合装置和本发明的过程的一个新颖特性是，在A和B组分完成与静态混合元件交互之前，优选在A和B组分第一次接触静态混合元件之前将空气引入到A组分和B组分。
相对于混合腔室内的位置，例如“之前”和“之后”等术语是相对于流体经由馈送通道进入开口流入混合腔室以及从退出开口离开混合腔室。所述三个馈送通道进入开口大体在混合腔室的与退出开口相对的侧上。因此，提及相对于混合腔室中的物件在“之前”意味着相对较远离退出开口，而提及“之后”意味着答题较接近于退出开口。
本发明的混合装置具有能够容易地被注射模制的额外益处。通过与典型的未经发泡2CPU泡沫配制物施料器相比在较低压力下操作，当前混合装置可完全由塑料制成。混合装置可完全由塑料制成的事实结合如本文陈述的设计使得能够容易地注射模制混合装置。因此，本发明的混合装置相对于其它未经发泡2CPU泡沫配制物施料器来说制造起来是具成本效益的(也就是说，相对低成本)。

Claims (10)

1.一种混合装置，其包括：
(a)外壳，其界定混合腔室、A组分馈送通道进入开口、B组分馈送通道进入开口和空气馈送通道进入开口，以及退出开口，其中所述馈送通道进入开口和退出开口提供去往和/或离开所述混合腔室的流体连通；以及
(b)静态混合元件，其容纳在所述混合腔室内在所述三个进入馈送通道与所述退出开口之间；
其中所述混合装置的另一特征为，所述空气馈送通道进入开口具有为0.7平方毫米或更大和7.7平方毫米或更小的横截面面积。
2.根据权利要求1所述的混合装置，其另一特征为所述静态混合元件包括多个半椭圆形板，所述多个半椭圆形板沿着中央支撑件串联定位，其中所述中央支撑件在所述进入开口与所述退出开口之间的大体方向上延伸。
3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的混合装置，其另一特征为，圆锥形特征延伸到所述空气馈送通道进入开口中但不密封住所述空气馈送通道进入开口使得所述圆锥形特征周围保持开放的横截面区域对应于所述空气馈送通道进入开口横截面区域。
4.根据前述权利要求所述的混合装置，其另一特征为，所述静态混合元件包括沿着中央支撑件定位的一系列半椭圆形板，且所述圆锥形特征附接到所述静态混合器的所述中央支撑件。
5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的混合装置，其另一特征为，所述A组分馈送通道的所述进入开口横截面面积是所述空气馈送通道进入开口横截面面积的0.5倍或更大和16倍或更小。
6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的混合装置，其另一特征为，所述B组分馈送通道的所述进入开口横截面面积是所述空气馈送通道进入开口横截面面积的0.7倍或更大和25倍或更小。
7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的混合装置，其另一特征为，所述混合腔室为大体圆柱形形状且具有相对端，其中所述退出开口在一端处且所述三个馈送通道进入开口在相对端处。
8.根据权利要求7所述的混合装置，其另一特征为，所述空气馈送通道进入开口在所述混合腔室的末端上大体居中。
9.根据权利要求8所述的混合装置，其另一特征为，所述静态混合元件包括沿着中央支撑件串联的一系列板，所述中央支撑件具有延伸到所述空气馈送通道的所述进入开口中但不密封住所述空气馈送通道的所述进入开口的圆锥形末端使得所述圆锥形特征周围保持开放的横截面区域对应于所述空气馈送通道进入开口横截面区域，所述圆锥形特征具有三个或三个以上翅片，所述翅片接触界定所述空气通道进入开口的壁且用以将所述圆锥形特征保持在所述在空气通道进入开口中的大体居中位置。
10.一种用于使用根据前述权利要求中任一权利要求所述的混合装置施配未经发泡二组分聚氨酯泡沫配制物的过程，所述过程包括：经由所述A组分馈送通道馈送包括异氰酸酯且不含液体发泡剂的A组分，同时经由所述B组分通道馈送包括多元醇的B组分，且同时经由所述空气馈送通道馈送空气；在所述混合腔室中将所述A和B组分与空气混合；以及经由所述退出开口对其进行施配。
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