CN106999962B - 设计和制造分配棒的方法 - Google Patents

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Abstract

设计和制造用于生产线中的分配棒的方法，生产线包括提供粘性可发泡液体混合物的混合头、具有至少20m/min的预定速度的层压机，分配棒具有经由主通道流通地连接到一定数目的出口上的中心入口。该方法包括：选择(3001)分配棒的几何结构和限定一组几何参数；将值指定(3002)给所述参数；创建(3003)虚拟模型；通过执行考虑(3004)非牛顿剪切稀化模型的计算流体动态模拟(CFD)来模拟(3005)所述模型中的流动；e)评估模拟的流动；构建(2007)物理分配棒。一种分配棒、生产线和计算机程序产品。

Description

设计和制造分配棒的方法
技术领域
本发明涉及用于将可发泡反应混合物施加到层上，如，金属板或用于制作泡沫绝热面板的层压机上的装置。更具体而言，本发明涉及一种设计和制造用于将粘性可发泡液体混合物施加到此层上的分配棒的方法、如此设计和制造的分配棒，以及包括此分配棒的生产线，以及用于执行所述方法的至少一些步骤的计算机程序产品。
背景技术
用于施加粘性可发泡混合物(例如，用于生成聚氨酯(PU)泡沫或聚异氰脲酯(PIR)泡沫的混合物)的系统是现今广泛实践的。此系统通常具有粘性可发泡混合物置于其上的第一(下)连续操作的带系统(本文中也称为"层压机")，以及用于在其间形成所谓的夹层面板的第二(上)连续带系统。例如，这些面板可用于很多种类的建筑物上的外立面、用于冷储存绝热的旁边的夹层元件等的设计。发泡混合物可为多元醇和异氰酸盐的混合物，但本领域中已知的是，还可添加许多添加剂，如，发泡剂、阻燃剂等，其在一个或多个混合头中混合。粘性流体混合物从混合头引入分配棒，混合物从分配棒分配在层压机的宽度上。
理想的是，粘性流体混合物以一种方式沉积在层压机上，使得其产生一致的混合物层，但如本领域中已知那样，设计能够提供此一致混合物层的分配棒不是无足轻重的。这对于例如具有20m/min到100m/min之间或50m/min到100m/min之间的层压机速度的高速层压机尤其是这样。
WO2009/077490和US2011/0003082描述了静态分配棒(见图1)，其据称提供了相比于通过使用振荡耙施加器制作的发泡层具有较少空隙和减少表面缺陷的发泡材料。除列出的很宽的参数范围外，该申请未给予关于层压机的潜在问题和/或将层压机设计成多好的指引。
US2010/0080900A1描述了一种用于生产基于异氰酸盐基的泡沫的复合元件。该公开案提供了可有意优化来保持管或现有的孔中的反应混合物的速度恒定的一些参数，然而该申请并未提供如何准确实现该意图的具体解决方案。给定需要限定的大量变量，提出的解决方案实际上是不可在无过大负担的情况下容易解决的多维问题。
WO2013/107742描述了用于将发泡反应混合物施加到层上的另一个装置(本文复制为图2)，其中铸造耙(分配棒的另一个名称)的中心轴线关于层压机的移动轴线形成≤80°的角。
US2013/0280538描述了用于施加液体反应混合物的又一种装置(本文中复制为图3)，其中外开口在相对于垂直于层压机的方向的1°到5°的角下向外定向。
所有现有技术的系统具有的目标在于尽可能一致地将混合层铺设在顶层(例如，板或层压机)的整个宽度上，但所有都似乎未能充分地描述如何达成此目标的细节。尽管对于与具有相对较低反应性(例如，具有高于10s的乳白时间)的发泡混合物组合的相对较低的层压机速度(例如，小于10m/min)该目标可相对容易达成，但该目标不是自动达成的，且实际上在相对较高层压机速度(例如，高于20m/min或高于30m/min或甚至更高)下，或换言之在分配棒的每米长度上至少0.100L/s的发泡液体混合物的流速下，变成了实际的技术挑战，尤其是在粘性可发泡混合物结合较高反应性使用时(这通常是具有较高层压机速度的生产线中的情况)。用于此类高层压机速度(或在不提到线速度的情况下制造：用于提供每单位长度的此较高流速的分配棒)的分配棒实际上需要特殊地设计，或另外的非一致性(例如，不均和/或密度梯度和/或结合线和/或甚至间隙)将存在于发泡层中。
发明内容
本发明的实施例的目的在于提供一种良好的分配棒，以及用于设计和制造此分配棒的方法，以及包括此分配棒的生产线，以及用于制造此分配棒的计算机程序产品。
更具体而言，本发明的特定实施例的目的在于提供一种具有中心入口和多个出口的分配棒，以及用于设计和制造其的方法，以及用于制造其的计算机程序产品，其中分配棒的几何结构和大小特殊地改造成使得在使用中，分配棒能够在预定长度上分配以预定流速进入的粘性可发泡液体混合物，其中所述流速和所述长度之比为至少0.100×10-3m2/s，导致了大致一致的膨胀的泡沫材料(例如，在机械强度、密度梯度、空隙、间隙或结合线方面)，或其中该比为分配棒的每米长度至少0.175L/s(相当于例如15m/min下1m宽×25mm厚，或例如1m宽×12.5mm厚×30m/min)，或其中该比为分配棒的每米长度至少0.35L/s(相当于例如15m/min下1m宽×50mm厚，或例如1m宽×25mm厚×30m/min)，或其中该比为分配棒的每米长度至少0.500L/s(相当于例如15m/min下1m宽×71mm厚)，或其中该比为分配棒的每米长度至少0.700L/s(相当于例如15m/min下1m宽×100mm厚)，或其中该比为分配棒的每米长度至少1.000L/s(相当于例如15m/min下1米宽×143mm厚，或例如1m宽×72mm厚×30m/min，或例如1m宽×50mm厚×43m/min)。
本发明的特定实施例的另一个目的在于提供一种适用于生产线中的分配棒，生产线包括一个或多个混合头来在至少0.1L/s或至少0.20L/s或至少0.30L/s或至少0.35L/s，例如至少0.40L/s，例如至少0.50L/s的总流速下提供聚氨酯(PUR)或聚异氰脲酯(PIR)，且具有至少1.0m，例如，至少1.2m的层压机宽度，且具有至少15m/min，例如，至少20m/min，例如，至少25m/min，例如，至少30m/min，例如，至少40m/min，例如，至少50m/min的层压机速度，同时提供大致一致的膨胀泡沫材料。
该目的通过根据本发明的实施例的方法和分配棒，以及生产线和计算机程序产品来实现。
在第一方面中，本发明提供了一种设计和制造分配棒的方法，分配棒具有用于接收预定流速下的预定粘性可发泡液体混合物的中心入口，且具有经由主通道流通地连接到所述入口上的预定偶数数目的出口，预定数目的出口在预定长度上等距间隔开，其中分配棒具有一定几何结构，使得进入中心入口的预定流速(Qtotal)与预定长度之比为至少1.00×10-4m2/s，混合物将以对于各个出口恒定在最多+/-5%的预定容限裕度内的平均速度离开各个出口；该方法包括以下步骤：a)选择待制造的分配棒的几何结构且限定对应于所述分配棒的物理形状和大小的一组参数；b)将值指定给几何参数；c)创建具有所述指定的值的所述几何结构的虚拟模型；d)通过执行计算流体动态模拟来在所述虚拟模型中模拟液体混合物流，在模拟中考虑了所述粘性可发泡液体混合物的非牛顿剪切稀化模型和预定剪切稀化参数；e)评估模拟流动是否满足预定标准，且如果所述评估的结果为否定的，则重复步骤b)到e)；且如果所述评估的结果为肯定的，则重复步骤b)到e)或转到步骤f)；f)构建具有满足预定标准的几何结构的物理分配棒。
根据本发明的方法的实施例的主要优点在于其允许设计和生产用于将粘性可发泡液体混合物(例如，如，聚氨酯混合物，其似乎为非牛顿剪切稀化混合物)沉积在具有高于15m/min(例如，高于20m/min，或高于30m/min，或高于40m/min，或高于50m/min)的线速度的层压机上，同时确保操作中由所述层压机上的分配棒沉积的粘性可发泡液体层将显现为一致的液体层(其间没有间隙)且膨胀的泡沫将为一致的泡沫层(没有结合线)的分配棒。
本发明的实施例的优点在于，模拟考虑了所述可发泡流体的剪切稀化特征，且这些模拟与现实很好地对应。据发明人所知，在分配棒的设计中，迄今还未考虑剪切稀化效果，可能是因为人人都相信且认为来自混合头的液体混合物(特别是聚氨酯(PUR))在行进穿过分配棒的同时至少最初表现为牛顿粘性液体。然而，这结果证明是错误的，且在不考虑此特性的情况下，利用原型的实验并未与模拟良好对应，因此不可能使用模拟来用于设计分配棒，尤其是在其变得很困难或更关键时，这对于较高层压机速度(例如，高于20m/min或高于30m/min)是此情况，尤其是在还使用更大反应性的混合物时。
假设考虑非牛顿剪切稀化模型，则其优点在于，虚拟分配棒的模拟特性与此物理分配棒的实际特性很好地对应。
具有与现实很好对应的模拟手段的优点在于其允许在实际构建它们之前模拟设计。这样，可节省时间和金钱。
本发明尤其适用于分配可选具有添加的空气的聚氨酯或聚异氰脲酯液体混合物，但也用于其它粘性可发泡液体混合物。
这是使用模拟作为设计和制造的一部分的主要优点，因为似乎不能找到不使用此模拟的令人满意的解决方案。选择几何结构、选择分析表达式、使用具有特定参数的牛顿剪切稀化模型等，所有都有助于该方法，因为它们确定了物理分配棒的最终形状和大小，以及因此在使用时的其特性。
在实施例中，非牛顿剪切稀化模型选自以下模型构成的集合：Ostwald de Waele、Cross、Carreau Yasuda、Herschel Bulkley、Bingham、Bird-Carreau和Casson。
在实施例中，步骤a)包括：选择主通道的几何结构如曲率和截面面积，以及限定代表主通道的物理形状和物理大小的第一组参数；选择多个出口的几何结构，以及限定代表多个出口的物理形状和物理大小的第二组参数。
在实施例中，该方法还包括选择具有仅两个参数的参数化分析函数来用于确定所述数目的第二组参数的步骤；以及步骤b)包括将值指定给所述参数，以及使用所述分析函数来计算所述数目的出口中的各个的几何参数。
使用具有两个或仅两个参数k,a的分析表达式的主要优点在于其允许将多维问题缩减成二维问题。这巨大地提高了方法的性能(或收敛速度)，其中其通过将多维问题(例如，取决于出口的数目，至少是12维或16维或24维问题)缩减成二维问题而极大地减少了找到解决方案所需的时间。因此，通过这样"变换"成仅两个参数，所需的计算时间加大减少。
在实施例中，仅用两个变量的所述参数化的分析函数可由以下函数表示或等于以下函数：L(z)=B + k.(z/W)a，或可由以下函数表示或等于以下函数：A(z)= B+ k.(z/W)a，其中B和W为常数，z为分配棒的长度方向上的距离，L为出口的长度，A为出口的截面面积，且'k'和'a'为参数。
发现第一表达式很适用于出口的内直径恒定且仅出口的长度将变化的实施例(如图21和图27和图28中所示)。
发现第二表达式很适用于管的长度恒定且流出开口恒定但出口管为圆锥形的实施例(如图29中所示)。
然而，将注意的是，还可使用给出相同结果的其它数学表达式或公式，例如，如：L(z)=B+k.(1-z/W)a和A(z)=B+k.(1-z/W)a。
用作指数的参数'a'关于粘性可发泡流体混合物的剪切稀化粘性。如果所谓的"幂次定律"用于代表非牛顿剪切稀化粘性行为，其中'n'为幂次定律函数的指数，则'a'的可选值接近值n+1。
在实施例中，步骤e)针对所述两个参数的预定数目的组合重复。
例如，参数'k'和'a'可在大约+/-15%的裕度内围绕一对初始值变化，以便找到"最佳"解决方案，但这不是绝对需要的，且还可使用较大的变化，或较小的变化，或完全没有变化。
相比于在各个流出管的长度将以5%的梯级在围绕初始值的+/-15%的范围内变化的情况下的12乘(power)7的模拟，在两个参数以例如5%的梯级在例如+/-15%的范围内变化的情况下，则仅需要完成7×7=48的模拟。显然，前者不可行。如指出那样改变参数允许了从有限数目的模拟中选择"最佳结果"。
在实施例中，步骤e)包括计算各个出口的平均流速速度，以及计算这些平均流出速度的差异；以及预定标准在于平均流出速度的计算的差异处于最多+/-5%的容限裕度内。
为何"平均流出速度"替代"流出速度"使用的原因是因为出口开口的速度不是恒定的，而实际上是在流出开口上具有速度轮廓。
在实施例中，预定标准还包括检查各个平均流出速度是否处于2.5到3.5m/s的范围中。
这是选择2.5到3.5m/s的范围中的流出速度的优点，因为对于至少2.5m/s的值，减小了结垢的风险，而对于小于3.5m/s的值，减小了溅出和包含气泡的风险。
在实施例中，容限裕度为最多+/-4%，或最多+/-3%，或最多+/-2%。
如果在指定的容限裕度内未找出解决方案，则容限裕度可增大。模拟示出了对于本文所述的实施例可实现+/-3%。
在实施例中，粘性可发泡液体混合物包括用于形成聚氨酯(PUR)或聚异氰脲酯(PIR)的原材料。
在特定实施例中，粘性可发泡液体混合物包括至少二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和多元醇。
本发明特别适用于设计和制造用于在相对较高流速(对应于层压机棒的相对较高速度，例如，至少15m/min，或至少20m/min，或甚至更高，高达大约100m/min)下分配用于形成PUR或PIR的原材料的分配棒。用于形成聚氨酯(PUR)或聚异氰脲酯(PIR)的混合物是本领域中公知的，且可包括例如二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和多元醇和水(可选的)+物理发泡剂(或混合物)+一种或多种催化剂。用于形成PIR的原材料类似于用于聚氨酯(PUR)的那些，只是二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的比例较高(通常＞1.5)，且聚酯衍生的多元醇替代聚醚多元醇用于反应中。用于PIR配制的催化剂和添加剂也不同于用于PUR中的那些。
在实施例中，粘性可发泡液体混合物包括用于形成聚氨酯(PUR)或聚异氰脲酯(PIR)的原材料，且非牛顿剪切稀化模型由以下公式代表：，其中'm'为0.80到1.40的范围中的值，且'n'为0.50到0.90的范围中的值。
给定的公式大体上称为"Ostwald de Waele模型"或称为"幂次定律模型"。'm'和'n'的值可由粘性可发泡液体混合物的粘性测量确定，且'n'的值通常是0.69到0.89的范围中的值，例如，0.74到0.84的范围中，例如，大约0.79。'm'的值通常是0.80到1.40的范围中的值，例如，在0.90到1.30的范围中，例如，在1.00到1.20的范围中，例如，大约1.10。
在实施例中，粘性可发泡液体混合物包括用于形成聚氨酯(PUR)或聚异氰脲酯(PIR)的原材料和添加的水，且其中非牛顿剪切稀化模型由以下公式代表：，其中m=m0/(1 - 1.16.ф0.424)，且n=n0 - 0.59ф，'m0'是在0.80到1.40的范围中的值，且'n0'是在0.50到0.90的范围中的值，且ф是添加的空气的体积分数。
本发明还特别适用于设计和制造用于分配与一定量的添加空气混合的PUR或与一定量的添加空气混合的PIR的分配棒，其可加至混合物来有助于泡沫在其处于层压机上时成核。
在实施例中，步骤b)包括指定值，使得主通道中的粘性可发泡流体混合物的平均停留时间(tdev)的估值小于150ms，以及步骤e)还包括计算主通道中的粘性可发泡流体混合物的平均停留时间(tdev)，以及验证计算的平均停留时间(tdev)是否小于150ms。
对于较高流速(对应于较高层压机速度)，有利的是选择小于150ms或小于80ms的停留时间，因为在后一情况中，粘性可发泡混合物反应性也更大。通过减少平均停留时间，降低了结垢的风险。
在实施例中，步骤a)包括将主通道的几何结构选择为管状且朝外端成锥形。
主通道为锥形是本发明的实施例的优点，因为其减少了分配棒内的混合物的平均停留时间且因此结垢的风险。
在实施例中，步骤a)包括：选择具有选自以下构成的集合的截面形状的主通道：圆形、椭圆形、三角形、具有圆形边缘的三角形、正方形、具有圆形边缘的正方形、矩形、具有圆形边缘的矩形、五边形、具有圆形边缘的五边形、六边形、具有圆形边缘的六边形、八边形、具有圆形边缘的八边形、多边形、具有圆形边缘的多边形，且其中主通道的截面面积随离中心的距离而连续地变化。
有利的是使用连续(相比于逐步)减小的主通道截面，以及使用具有圆形边缘(相比于尖锐边缘)的通道，因为此通道具有减小的结垢风险。
在实施例中，步骤a)包括：选择主通道，其具有圆形截面，圆形截面具有分配棒的中部中的第一内直径，以及在其外端处的第二内直径，以及其中直径在中心与外端之间以连续方式减小，以及其中第二直径和第一直径之比是50%到95%的范围中的值。
分配棒的主室的直径例如可从中心朝分配棒的外端线性地减小。作为备选，直径的平方可从中心朝外端线性地减小。比值优选为0.60到0.90的范围中的值，更优选是在0.75到0.80的范围中的值。
在实施例中，主通道的几何结构选择成具有直中心线；且出口的几何结构选择成具有恒定内直径的圆柱形管，管具有不同的长度。
在特定实施例中，不同的长度L[i]使用仅用两个变量的所述参数化分析函数来计算。
在实施例中，主通道的几何结构选择成具有弯曲的中心线；且出口的几何结构选择成具有恒定内直径的圆柱形管，各个管的流出开口位于单个平面中。
在特定实施例中，所述曲率使用仅用两个变量的所述参数化分析函数来计算。
该实施例的另一个优点在于，层压机与管的下端之间的距离对于所有管都相同，其中粘性混合物到达层压机上的速度也是恒定的。这可甚至更大地改善层的一致性。
在实施例中，主通道的几何结构选择成具有直中心线；且出口的几何结构选择成流出槽口，其在其长度上具有恒定截面，截面为矩形或具有圆形边缘的矩形，且具有不同的长度。
在特定实施例中，不同的长度L[i]使用仅用两个变量的所述参数化分析函数来计算。
在实施例中，主通道的几何结构选择成具有直中心线；以及出口的几何结构选择成具有相同流出开口的漏斗，漏斗在其与主通道的界面处具有不同截面面积。
在特定实施例中，不同的截面面积A[i]使用仅用两个变量的所述参数化分析函数来计算。
在实施例中，步骤f)的构建包括使用诸如聚酰胺6(PA6)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)的材料来注射模制。
该制造技术需要制作模具，其相对耗时(通常几周)，且相当昂贵，因此所谓的"固定成本"相对很高，但因此制作的分配棒的所谓"变化的成本"相对较低。
在实施例中，步骤f)的构建包括使用诸如TuskXC2700的材料的立体光刻添加制造。
在实施例中，步骤f)的构建包括使用诸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)的材料的熔化沉积建模添加制造。
该制造技术也称为"3D打印"。其尤其适用于快速原型制造。
在实施例中，步骤f)的构建包括使用金属材料或金属合金的计算机数字控制(CNC)铣削。
该制造技术还尤其适用于快速原型制造，尤其是如果分配棒由金属或金属合金制成。
在实施例中，材料选自以下构成的集合：铝、钢、铝合金、钢合金、不锈钢。
在第二方面中，本发明提供了一种设计和制造用于生产大致均一的发泡材料的生产线中的分配棒的方法，该生产线具有适用于在预定流速下提供非牛顿剪切稀化粘性可发泡液体混合物的一个或多个混合头，以及具有预定宽度且适于在至少15m/min的线速度下运转的层压机，其中预定流速和预定层压机宽度之比为至少1.00×10-4m2/s，该方法包括以下步骤：i)考虑线速度和混合物的反应性，估计或确定分配棒的偶数数目的出口，或估计或确定两个相邻出口之间的距离；ii)基于所述数据或所述距离来计算分配棒的长度；iii)使用根据第一方面的方法来计算和制造分配棒，其具有预定的偶数数目的出口和计算的长度，以及用于分配所述粘性可发泡液体混合物的所述预定流速。
留心的读者将注意到，在该方法中，分配棒的特征不再按分配棒自身，而是按期望使用的生产线的特征来限定。
注意，步骤(i)可基于如关于图20描述的一个或多个实验，其中多个测量结果以不同线速度执行，其中对于各个线速度，选择混合物的适当反应性，且其中在实际体积膨胀开始之前，在它们仍可流动的同时测量沉积的痕迹的宽度和/或沉积的痕迹之间的距离。注意，假设其选择成足够高，则"Nholes"或"d"的选择不是关键的，但略微高估没有问题，而略微低估是有问题的。选择略高于所需的值的缺点在于结垢和模拟时间的略微增加。然而，如果Nholes的值选择成太小(见图20)，则模拟可很成功，且分配棒将提供离开各个流出孔的大致恒定的流速，但发泡产品可能仍具有结合线，因为开口之间的距离具体鉴于线速度和混合物的反应性过大。
在增大的线速度下执行测量同时考虑混合的增大的反应性的步骤认为是极大地加快了设计过程，且不应当低估。与(高)反应性混合物无关，发现了只要关注分配棒内的流动的模拟，则混合物可认作是具有时间恒定的参数(例如，m,n)但非牛顿剪切稀化特性的粘性可发泡液体混合物，但反应性对层压机上扩散的通路的影响在层压机上的所述实验中考虑，而不会提高分配棒内的模拟的复杂性。根据本发明，存在两个"世界"(一方面是分配棒内侧，而另一方面是层压机上的分配棒的外侧)之间良好的分离。根据本发明，通过将出口的数目或它们之间的距离认作是分配棒的设计空间中给定的(固定值)，可在两个世界之间产生清楚的切割。
在第三方面中，本发明提供了一种分配棒，其具有用于接收固定流速下的预定粘性可发泡液体混合物的中心入口，且具有经由主通道流通地连接到所述入口上的预定偶数数目的出口，所述数目的出口在预定长度上等距间隔开，特征在于，分配棒具有一定几何结构，使得在进入中心入口的预定流速与预定长度之比为至少1.00×10-4 m2/s时，混合物将以对于各个出口恒定在最多+/-5%的预定容限裕度内的平均速度离开各个出口。
几何结构可通过根据第一方面或第二方面的方法来确定。或换言之，该分配棒可通过根据第一方面或第二方面的方法来获得。其中"几何结构"具体意思是主通道的形状和大小和多个出口的形状和大小。
此分配棒的优点在于，其将提供(在用于其设计的环境中时)具有预定特征(例如，在2.5到3.5m/s的范围中大致恒定且对于所有出口恒定在+/-5%的容限裕度内的平均输出速度)的多个分流，因为保证了此流将导致均一的发泡层，而没有空隙或结合线或不均，尤其是在分配棒的外端附近。
根据本发明的分配棒的优点在于其可用于具有相对较高速度的层压机(例如，至少15或20或30或50或70m/min)且甚至具有带较高反应性的反应混合物的生产线，而不会有损发泡产品的质量。
例如，在设计成具有大约150ms的最大停留时间时，分配棒的特定实施例的优点在于其也减小了结垢的风险，这对应于延长的使用寿命(通常2小时)且缩短的生产线停机时间。
在第四方面中，本发明提供了一种生产线，其包括：适用于在预定流速下提供非牛顿剪切稀化粘性可发泡液体混合物的一个或多个混合头；具有预定宽度且适于在至少15m/min的线速度下运行的层压机；根据第一方面设计和制造的分配棒，该分配棒经由其入口连接到一个或多个混合头上来用于接收所述粘性可发泡液体混合物，且安装在所述层压机上方来用于将所述粘性可发泡液体混合物经由其出口沉积在所述层压机上；预定流速对层压机宽度的比率为至少1.00×10-4m2/s。
此生产线理想的是适用于生产高质量的夹层面板和/或绝热面板，其具有大致一致的密度，且甚至在15m/min或至少20m/min或甚至更高的相对较高层压机速度下也没有任何结合线或结合平面。
在生产线的实施例中，层压机适于以至少20m/min，或至少25m/min或至少30m/min，或至少35m/min，或至少40m/min，或至少45m/min，或至少50m/min的线速度运行。
尤其是具有高层压机速度的生产线受益于本发明最多，因为可保证发泡产品的质量。
在第五方面中，本发明提供了一种用于在包括计算装置和计算机可控制造装置的计算机系统中执行时设计和制造根据第一方面的分配棒的计算机程序产品；特征在于：计算装置包括计算流体动态模拟(CFD)软件，以及用于控制所述制造装置的驱动软件；以及用于执行方法的至少步骤(d),(e)和(f)的软件代码片段。
此计算机程序产品的优点在于，其既可用于设计特定装置，又可用于其生产。这是快速、方便的，且矛盾或兼容问题的风险减小或最小化。这理想地适用于快速原型设计。
在计算机程序产品的实施例中，计算机可控的制造装置选自以下构成的集合：计算机控制的注射模制装置、计算机控制的立体光刻添加制造装置、计算机控制的熔化沉积建模添加制造装置，以及计算机数字控制(CNC)铣削设备。
本发明的特定和优选的方面在所附独立和从属权利要求中提出。来自从属权利要求的特征可视情况与独立权利要求的特征和其它从属权利要求的特征组合，且不仅是如权利要求中明确提出的那样。
本发明的这些和其它方面将参照下文所述的实施例清楚和得出。
附图说明
图1示出了本领域中已知的用于将粘性可发泡液体混合物施加到层压机上的分配棒。
图2示出了本领域中已知的包括用于将粘性可发泡液体混合物施加到层压机上的两个铸造耙的另一个装置。铸造耙示出了关于层压机的移动方向小于80°的角。
图3示出了本领域中已知的用于将粘性可发泡液体混合物施加到层压机上的又一个分配棒。该棒具有在其外缘处的倾斜开口。
图4至图7示出了现有技术的分配棒(图4，顶部)的实例，层压机上的粘性可发泡材料的沉积痕迹(或流)(图4，下方)，混合物不再可流动的痕迹(图6)，以及所得的发泡材料(图7)。
图4示出了现有技术的分配棒的问题，其中外痕迹的宽度小于其它痕迹的宽度。分配棒以前视图示出，粘性可发泡液体混合物的痕迹以顶视图示出。
图5示出了离分配棒的第一(短)距离处的垂直于层压机的平面中的图4的痕迹的截面。
图6示出了粘性可发泡材料曾经在层压机上侧向流动但不再流动之后，在离分配棒的第二(较大)距离处的垂直于层压机的平面中的图4的痕迹的截面。
图7示出了形成两个连续带系统之间的图6的层之后，在离分配棒的第三距离处的膨胀泡沫材料的截面。
图8至图11示出了根据本发明的分配棒的实例(图8，顶部)、层压机上的粘性可发泡液体材料的沉积痕迹(图9)、在为流体的同时通过痕迹的侧向混合获得的一致的层(图10)，以及所得的发泡材料(图11)。
图8示出了所有都具有大致相同宽度(在例如+/-5%的预定容限裕度内)的痕迹。分配棒以前视图(图8，顶部)示出，粘性可发泡液体混合物的痕迹以顶视图(图8，下方)示出。
图9示出了离分配棒的第一(短)距离处的垂直于层压机的平面中的图8的痕迹的截面。
图10示出了痕迹有时间沿侧向合并同时可流动以便在大量起泡开始之前形成单个一致的液体层之后，在离分配棒的第二(较大)距离处的垂直于层压机的平面中的图9的痕迹的截面。
图11示出了形成两个连续带系统之间的图10的一致混合物层之后，在离分配棒的第三距离处的膨胀泡沫材料的截面。
图12为从如可用于根据本发明的实施例的方法中的计算流体动态(CFD)计算机模拟获得的图示。
图13示出了直接在混合之后的特定粘性可发泡液体混合物的剪切应力测量的结果。特定混合物具有剪切稀化特性，其可特征为具有'm'=1.10且'n'=0.79的所谓"幂次定律"。
图14示出了"幂次定律流体"的等式，但也示出了可用于根据本发明的方法的若干其它粘性模型。
图15至图17示出了在沉积在以第一速度(图15)、第二速度(图16)和第三速度(图17)移动的层压机上时，由源自特定开口的粘性可发泡液体混合物形成的混合物痕迹(或流)的三个模拟实例。图15的所得痕迹比图16的更宽，图16的继而又比图17的更宽。
图18在图示中示出了图15至图17的实例。垂直轴线将此数据映射至大约50mm的孔到孔的距离。
图19为类似于图18的三个图示的组合，例如，三个不同的分配棒，第一棒具有分别具有3.7mm的第一直径的24个孔，第二棒具有分别具有2.6mm的第二直径的48个孔，且第三棒72具有分别具有2.1mm的第三直径的72个孔。再次，对于各曲线，随着线速度增大而使用更大反应性的混合物。注意，该示图因此不但考虑了层压机线速度，而且考虑了混合物的(典型)反应性和分配棒的开口的(典型)流出直径。水平线指出了沉积的混合物的侧向扩散等于相邻的孔(或开口或管)之间的距离。该线上方，形成了一致的混合物层(见图10)。该线下方，形成了具有间隙的单独的痕迹(见图6)。
图20为示出可从图19("完全铺设"的线上或上方)得出的作为层压机线速度的函数的分配棒的每米长度的最少开口数目的简单示图。该示图可后续用作用于估计任何层压机速度下的最少开口数目的经验法则。
图21示出了根据本发明的分配棒的第一实施例。该棒的内空间(本文中也称为"主室"或"主通道")朝其外端成锥形，内空间的中心线大致为直的。分配棒的部分的几何结构和大小(例如，各个出口管的长度L(i)，i=1到12)根据本发明的方法特别选择。
图22以放大截面视图示出了图21的分配棒的部分。其还示意性地示出了流出速度轮廓和离开这些孔的对应"平均流出速度"的实例。
图23示出了根据本发明的第一实施例的分配棒的第一特定实例，其由分别具有12个开口(总共24个开口)的两个"子棒"(本文中也称为"装置")构成。分配棒的部分的几何结构和大小(例如，各个出口管的长度)根据本发明的方法来确定。
图24示出了根据本发明的第一实施例的分配棒的第二特定实例，其由分别具有16个开口(因此总共32个开口)的两个子棒(或装置)构成。分配棒的部分的几何结构和大小(例如，各个出口管的长度)根据本发明的方法来确定。
图25示出了根据本发明的第一实施例的分配棒的第三特定实例，其由分别具有12个开口(因此总共36个开口)的三个子棒(或装置)构成。分配棒的部分的几何结构和大小(例如，各个出口管的长度)根据本发明的方法来确定。
图26示出了根据本发明的第一实施例的分配棒的第四特定实例，其由分别具有24个开口(因此总共72个开口)的三个子棒(或装置)构成。分配棒的部分的几何结构和大小(例如，各个出口管的长度)根据本发明的方法来确定。
图27示出了根据本发明的分配棒的第二实施例的实例。该棒的内空间朝其外端成锥形，内空间的中心线弯曲，且流出管具有不同长度。分配棒的部分的几何结构和大小(例如，各个出口管的曲率和长度)根据本发明的方法来确定。
图28示出了根据本发明的分配棒的第三实施例。该棒的内空间朝其外端成锥形，内空间的中心线大致为直线，且流出管具有带恒定(例如，矩形或具有圆形边缘的矩形)截面面积的长形流出槽口的形状，但管具有不同长度。分配棒的部分的几何结构和大小(例如，各个管的长度)根据本发明的方法来确定。
图29示出了根据本发明的分配棒的第四实施例。其具有带固定长度的圆锥形流出管。该棒的内空间朝其外端成锥形，内空间的中心线大致为直线。分配棒的部分的几何结构和大小(例如，流出管的截面面积)根据本发明的方法来确定。
图30为根据本发明的设计和制造分配棒的方法的流程图。
图31为可用于本发明的实施例的模拟工具的屏幕截图，示出了特定非牛顿剪切稀化模型和其特定参数可如何考虑到模拟中。
图示仅为示意性的且非限制性的。在图示中，一些元件的尺寸可出于示范目的扩大且不按比例绘制。
权利要求的任何参考标号不应当看作是限制范围。
在不同图示中，相同的参考标号表示相同或相似的元件。
具体实施方式
将参照特定实施例且参照某些图示来描述本发明，但本发明不限于此，而是仅由权利要求限制。所述的图示仅为示意性的，且不是限制性的。在图示中，一些元件的尺寸可出于示范目的扩大且不按比例绘制。大小和相对大小不对应于本发明的实施的实际减小。
描述和权利要求中的用语第一、第二等用于在相似元件之间进行区别且不一定用于暂时地、空间地、排序地或以任何其它方式描述顺序。将理解的是，这样使用的用语在适合情形下可互换，且本文所述的实施例能够以除本文所述或所示之外的顺序操作。
此外，描述和权利要求中的用语顶部、下方等用于描述性目的，且不一定用于描述相对位置。将理解的是，这样使用的用语在适合情形下可互换，且本文所述的实施例能够以除本文所述或所示之外的定向操作。
将注意的是，权利要求中使用的用语"包括"不应当理解为限于随后列出的手段；其并未排除其它元件或步骤。因此，其将理解为指定如提到的所述特征、整数、步骤或构件的存在，但并未排除一个或多个其它特征、整数、步骤或构件，或它们的集合的存在。因此，短语"包括手段A和B的装置"的范围不应当限于仅由构件A和B构成的装置。其意味着相对于本发明，装置的唯一相关构件是A和B。
本说明书各处提到的"一个实施例"或"实施例"意思是连同实施例描述的特定特征、结构或特点包括在本发明的至少一个实施例中。因此，本说明书各处的各种位置出现的短语"在一个实施例中"或"在实施例中"不一定所有都是指相同实施例，但也可以。此外，特定特征、结构或特点可按任何适合的方式组合，这将是本领域的普通技术人员从本公开内容的一个或多个实施例中清楚的。
类似地，应当认识到的是，在本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各种特征有时可在单个实施例、附图或其描述中组合，以用于使本公开内容流线型化且有助于理解各种创造性方面中的一个或多个的目的。然而，本公开内容的该方法不理解为反映提出的发明需要比各个权利要求中明确提到的更多的特征的意图。相反，如以下权利要求反映那样，创造性方面在于少于单个前文公开的实施例的所有特征。因此，详细描述之后的权利要求在此明确地并入本详细描述中，其中各个权利要求以其自身代表本发明的单独的实施例。
此外，尽管本文所述的一些实施例包括其它实施例中的一些但不是其它的特征，但不同实施例的特征组合意在在本发明的范围内，且形成不同实施例，这将由本领域的技术人员理解到。例如，在以下权利要求中，任何提到的实施例可以以任何组合来使用。
在本文提供的描述中，提出了许多特定细节。然而，将理解的是，本发明的实施例可在没有这些特定细节的情况下实施。在其它情形中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以免使对本描述的理解模糊。
1L/s(升/秒)的流速相当于1×10-3m3/s。
在本发明中，用语"层压机宽度"或"面板宽度"可互换使用。
在本发明中，用语"层压机棒"或"分配棒"可互换使用。
分配棒"Lbar"的长度通常仅略小于其旨在用于其的层压机宽度"Wlaminator"。更具体而言，如果分配棒的两个相邻出口的平行轴线之间的距离为"d"，且分配棒的出口的数目为"Nholes"，则根据本发明的分配棒的长度"Lbar"在本文中限定为Lbar=(Nhole-1)×d，是其外出口之间的距离，同时对应的层压机的宽度"Wlaminator"是Wlaminator=(Nholes)×d。这确保了出口在层压机宽度上等距分布。
在本发明中，词语"子棒"和"装置"用作同义词。
在本发明中，用语"乳白时间"是粘性可发泡液体混合物的反应组分(例如，聚氨酯的情况下的多元醇组分和异氰酸盐组分)的混合和化学反应的开始之间的时间。
流过表面面积的流体的非恒定速度轮廓的"平均流出速度"意思是提供相同流速的恒定速度值。
在制作泡沫绝热面板时，反应组分(例如，多元醇和异氰酸盐，且可选一种或多种添加剂)在所谓的混合头(未示出)中一起混合，且然后粘性可发泡液体混合物必须分布在面板或层压机的宽度上。混合头是本领域中已知的，且这里不必进一步阐释。
过去，使用针对相对较低线速度应用(例如，小于10m/min)的振荡倾倒棒，以及针对相对较高的线速度(例如，大约30m/min)的分别连接到对应的倾倒棒(通常两个或三个)上的多个混合头来完成面板的宽度上的这种分布。
当层压机线速度增大时，通常还增大粘性可发泡混合物的反应性，意味着其比慢线速度应用的情况具有较少时间来起泡(否则系统的长度与线速度成比例增大)，但这也意味着混合物将更早开始起泡。
巨大技术挑战在于将泡沫反应混合物从一个或多个混合头输送且将其均匀地分布在面板或层压机的宽度上。此外，挑战在于还确保分配棒不会很快结垢(即，至少在预定时间内可用，例如，至少两小时)，以及作为独立的痕迹沉积在层压机上的反应混合物的痕迹/流快速组合来形成面板的宽度上的单层。"快速"意味着相邻的痕迹在它们为液体的同时必须合并，或换言之，在反应产物不再可流动的时间点之前。
图4至图7示出了非理想的现有技术的分配棒40的实例，沉积在层压机51上的粘性可发泡材料的所得沉积痕迹(或流)t1,t2,...,t12，以及所得的膨胀泡沫材料71。这些图示出了可在现有技术的系统中出现的一些典型问题(如果它们并未针对给定生产线最佳地设计)。
图4示出了悬置于移动的层压机51(见图5至图7)上方的分配棒40。实例的分配棒40具有十二个流出管p1,p2,...,p12，示出了其中八个。粘性可发泡流体混合物(例如，聚氨酯(PU)混合物)在适合的流速下提供至分配棒40的中部中的入口(未示出)。本领域中已知的是该流速可如何根据待形成的发泡面板的大小、层压机速度、期望的密度、满溢因素等而计算，且因此不必在此更详细描述，而是认作是以m3/s表示的给定值Qtotal。
在分配棒40的入口处插入的粘性可发泡流体混合物然后流过分配棒40的内部通道(类似图22的一个)，且经由一个流出管p1-p12离开来沉积在层压机51上。理想的是，各个流出管p1,p2,...p12均提供总流速(Qtotal)的相同分数(q[i],i=1到12)，且将相同液体痕迹(相同宽度，相同高度)沉积在层压机51上。然而，实际上，这并非总是此情况，且例如外流出管p1和p12的流速通常小于其它流出管p2到p11的。净结果在于，铺设在层压机51上的粘性可发泡混合物材料的外痕迹t1,t12比其它痕迹更窄。这尤其在相对较快的层压机速度下可见，因为对于较高的层压机速度，粘性液体混合物的反应性进一步提高。
图5示出了在铺设在层压机51上之后不久，在垂直于层压机51和平行于分配棒40的平面中沉积在层压机51上的痕迹t1到t12的截面，即，如离分配棒的相对较小距离处所见(例如，10cm)。如果粘性可发泡混合物仍可充分流动，则混合物将随后侧向(如箭头指出那样)扩散(至少一定程度上)，且将(至少部分地)填充痕迹t1和t12外侧上的间隙，以及痕迹之间的间隙。然而，如果粘性可发泡混合物不可充分流动，或如果流出管之间的距离太远(对于给定生产线)，则合并不会发生，且如图6中所示的截面视图可出现，其中间隙和/或缝隙保持在外痕迹t1,t12的外侧和痕迹t1到t12之间。对于相对较高速度的层压机线(例如，高于30m/min，或高于50m/min)，这尤其是此情况，因为这些线通常结合较高反应性的混合物使用，其沉积的痕迹将在侧向方向上膨胀较少。
图7示出了图6的独立痕迹的膨胀之后的所得的膨胀发泡层71。尽管下层压机51与上带系统72之间的整个空间一般将完全填充(假定正确的流速由混合头施加)，但将产生非理想的膨胀泡沫，例如，具有非一致的密度，尤其是在外侧处，且具有结合线或结合平面，其中图6的独立膨胀痕迹将在膨胀之后机械地接触，但将不会形成单层，因为图6的独立痕迹的混合物在为流体的同时并未合并。结合线可在所得层70切割时变为可见的，且它们导致减小的屈服强度，然而这对于一些应用是可接受的，如，没有承载能力的绝热面板。尽管这里仅针对外痕迹t1和t12示出了问题，但实际上，外痕迹t2到t11中也出现了问题，但这通常不太显著。
注意，试图解决如图6中所示的外痕迹t1,t12的问题的技术人员直观上可尝试增大外流出管p1,p12的开口的直径，但经验显示，这不会导致良好的解决方案，因为增大所述直径影响整个流动分布，而非仅增大穿过外流出管的流速。这是为何仅"试错"不可导致给定生产线的最佳解决方案的实例。
图8示出了根据本发明的实施例的分配棒80，且图9至图11示出了该分配棒在使用期间能够实现什么。通过使用根据本发明的实施例的设计和制造方法，如进一步所述，可保证的是，图8中(下方)以顶视图且图9中以截面示出的痕迹t1-t12可按一种方式设置在层压机91上，使得这些痕迹t1到t12将随后在液体混合物失去其可流动性(或流体性)之前合并到在整个层压机宽度Wpanel上延伸的单个大致一致的液体层101(图10)中。如可见，解决了关于图4至图7所述的所有主要伪迹，特别是痕迹之间且在外痕迹t1和t12的外侧上的间隙消失，结合线不再存在，且膨胀泡沫层111的密度大致一致。
尽管现有技术中已经表达了获得"一致液体层"的期望或目标，但其并未详细公开可如何实现该目标，且看起来所有潜在的问题或关系并未完全理解或认识到。具体而言，例如，现有技术的文献似乎并未提到关于有限的侧向膨胀的问题，和/或一方面粘性可发泡液体混合物的增大的层压机速度和反应性和另一方面的开口的最少数目之间的关联。这使得找到考虑所有这些效果的解决方案看起来像是压倒性的问题，这实际上是增大的层压机速度(例如，高于30m/min，或高于35m/min，尤其是高于40m/min和更高，如高于50m/min)的情况。"更大反应性"的混合物意思是这些混合物具有缩短的乳白时间。需要系统途径来处理此问题。
根据本发明的实施例的设计和制造方法：
尽管具有多个流出管(流出管具有恒定的内直径但不同的长度)的分配棒是现有技术中已知的，但现有技术中未知的是需要对于给定生产线如何准确选择流出管的这些长度，例如，对于给定的面板宽度、流速、层压机速度和特定粘性可发泡液体混合物(例如，特定聚氨酯PUR混合物或聚异氰脲酯PIR混合物)，例如，关于其化学反应性和其粘性特性。考虑到分配棒，尤其是旨在结合高层压机速度使用的那些，具有至少十二个流出管，例如，至少十六个，例如，至少二十个，例如，至少二十四个或甚至更多，这意味着需要确定至少十二个长度值。发明人面临的潜在问题因此可形成为(至少)12维优化问题。
发明人根据本发明采取的用于计算分配棒的大小的途径可粗略地描述为以下：
a)选择分配棒的几何结构，且限定完全特征化分配棒的尺寸和形状的一组参数。例如，在第一实施例(进一步参看)，提出了可能的一组参数："Ddev, α, W, Ndev, Nholes,Dhole, L[Nholes]"，其中L[Nholes]是12个流出管的长度的12值阵列，因此需要确定6+12=18个值。
2)基于实验和/或经验，选择或计算或估计这些参数(但不是长度的阵列)中的一些。一个实例是选择比率"α.Ddev"的值为外端处的锥形内空间的内直径，且选择值"Ddev"为分配棒的中心处的内直径，例如，选择α=0.75。另一个实例为估计流出管"Nholes"的适合数目来保证完全铺设在层压机上。
除纯几何参数之外，发明人发现添加另一参数是有用的，即，层压机棒内的粘性混合物的平均停留时间，因为其可有助于选择例如内空间5的内直径的适合的值，或假如内空间不具有圆形截面，则例如正方形或六边形或八边形或多边形截面的相对边缘之间的距离。
3)找出仅两个参数(例如，参数'K'和'a')中的分析表达来计算对于各个流出管(在以上实例中，长度L[i],i=1到流出管的Nholes)不同的参数。这样，十二维问题(或十六或二十维问题)可缩减至可管理的二维问题。
4)计算或估计这两个参数(k0,a0)的初始组，且流出管的(例如，十二个)长度值L[i](i=1到12)的阵列然后使用步骤3)的分析表达式来计算。与上文计算或估计的值一起，这完全地指定了层压机棒的几何结构(例如，形状和大小)的第一提议。
5)计算流体动态模拟执行为模拟第一提出的层压机棒中的混合物的特性。结果证明关键的是，使用用于粘性可发泡流体混合物的非牛顿剪切稀化特性。该模拟然后用于确定离开各个流出管的液体混合物的输出速度v[Nholes](或更准确地说，模拟的速度轮廓的平均输出速度，因为速度不是恒定的)。可选地或此外，模拟还用于确定分配棒中的粘性可发泡流体混合物的平均停留时间"tdev"。
6)然后验证以上选择的几何结构的模拟平均输出速度"Vhole"是否满足预定标准，预定标准根据本发明是流体的平均流出速度应当大致恒定在预定裕度(例如，+/-5%内)内，且必须位于预定范围(例如，2.5到3.5m/s的范围中)内。可选地或此外，还可能需要的是，平均停留时间"Tres"小于预定值(例如，150ms或80ms或另一适合的值)，且如果不满足这些条件中的任何或两者，则步骤(2)到(6)可重复。
一旦确定除管的长度(在该实例中)之外的参数，则步骤(4)到(6)可重复，但改为将初始值(k0,a0)用作原来计算或估计的，现在这些参数在例如+/-15%的范围内变化，例如，以5%的梯级，导致了7×7-1=48的附加模拟，或以3%的梯级，导致11×11-1=120的附加模拟，且提供"最佳结果"的几何结构然后选择为"最佳"解决方案，其中"最佳"例如可限定为产生平均输出速度的最小差异的解决方案。指出了存在多种解决方案，且实际上满足预定标准(平均速度和/或停留时间)的所有几何结构都是"良好的解决方案"，且用于将它们中的一个选择为"最佳"的其它标准是可能的。
图12示出了使用计算流体动态分析，使用从Ansys Inc获得的"Ansys-CFX"程序(版本15.0)的模拟结果。应当指出的是，过去，发明人使用相同的途径，但替代了使用非牛顿剪切稀化特性，假定了(或当然)聚氨酯液体混合物表现为牛顿粘性液体(至少在混合之后不久，同时穿过分配棒)，该特性的特征在于简单粘性值。基于这些模拟构建物理原型的主要问题在于实际寿命测量并非与计算机模拟很好地对应。具体而言，观察到了基于假定用于粘性可发泡液体混合物的牛顿模型的模拟的分配棒的设计导致了分配棒的端部处的较窄痕迹，因此较少材料。因此，仅计算流体动态分析的使用不会导致令人满意的结果。
在许多原型之后，发明人转向进一步研究粘性可发泡液体混合物的特性的想法。尽管这对于非可发泡流体可为相对容易的任务，但其对于聚氨酯混合物当然不是容易的任务，因为(i)混合构件和混合设备并不存在于实验室中，而是在工厂中；(ii)因为聚氨酯趋于粘到测量设备上；(iii)测量需要相当快地执行，因为聚氨酯是高度反应性的混合物，其在大约10秒内开始发泡且具有大约100倍的体积膨胀；(iv)添加抑制剂将影响测量，所以不可添加；(v)在各次测量之后，设备需要彻底清洁来除去任何剩余的混合物或发泡的聚氨酯。在描述的结尾，给出了关于使用的粘性测量的更多细节，但当然，本发明不限于此，且还可使用用于确定参数的其它方式。
图13示出了测量的结果。示图示出了聚氨酯粘性液体混合物并未表现为类似于牛顿流体，而是略微"剪切稀化"。此结果是很令人惊讶的，因为尽管清楚一旦发泡反应开始，则PU混合物的特性将随时间极大变化，但总是理所当然的是液体混合物至少在混合组分之后不久的时段中(例如，1.0秒内)表现为类似于牛顿流体。鉴于此新的认知，计算机模拟重复，但这次考虑了"剪切稀化"特性。具体而言，使用了Ostwald de Waele模型，其中值为'm'=1.10且'n'=0.79(如图13的测试中获得)。构建和评估了新的原型，且这次，结果显示与模拟的很好对应，且不再观察到痕迹宽度中的较大差异。
注意，关于图13的测量中，流体借助于图14的所谓"幂次定律"公式特征化，且发现使用的特定聚氨酯混合物的'm'和'n'的参数分别为大约1.10和大约0.79，但当然，本发明不限于仅使用具有这些值的液体混合物的实施例。此外，"幂次定律"不是特征化的非牛顿粘性可发泡液体混合物的唯一可能方式，且还可使用其它定律，例如，如，"Cross", "Carreau Yasuda"和"Herschel Bulkley"，其公式也在图14中示出。实际上，构想出了将粘性可发泡流体混合物特征化为非牛顿剪切稀化流体的任何定律或公式都可使用，且可提供良好的结果，例如，如，"Bingham", "Bird-Carreau"和"Casson"的公式。
空气的添加：
空气通常加入混合物中以有助于在泡沫在层压机上时使泡沫成核。空气的添加改变了初始粘性。幂次定律可如"M.D. Bessette 和D.W. Sundstrom的Rheology of ModelPolyurethanes, Polymer Process Engineering, 3(1&2), 25-35 (1985)"中所述的那样改变，以解决空气的添加：
其中为添加的空气的体积分数。m0和n0是未添加空气的情况下的幂次定律参数，且从粘性测量中获得，以此方式改变粘性模型有助于改善最后的孔处的流动分布。
实验：
尽管上文对于技术人员应当足以想到由本发明提出的解决方案，但将更详细阐释一些方面。
首先，参看图15至20，现在将阐释流出管"Nholes"的数目的适合值可如何针对意图对此使用层压机棒的给定生产线(面板宽度、流速、层压机速度、特定可发泡混合物)选择。
图15,图16和图17示出了具有特定直径的开口"Dhole"的单个流出管的实例，提供了分别在大约22m/min、32m/min和42m/min的速度v下移动的层压机上的粘性可发泡液体混合物的痕迹(或流)。在这些实例中，液体的流速保持恒定(导致了具有减小厚度的泡沫面板)。如可见，沉积的粘性可发泡混合物痕迹的宽度w1,w2,w3随层压机速度增大而减小。这些实例的24个孔的设计的总输出流速(Qtotal)是0.45m3/min。给定3.0m/s的平均流出速度(离开分配棒的粘性可发泡液体)，则开口的直径为3.7mm。在相同总输出(即，流速)下增大层压机的速度等同于制作具有减小厚度的板。因此，在较高速度下制作较薄的板将导致较窄的痕迹。因此，为了较高速度下获得一致的混合物(合并痕迹)，需要孔之间的较少距离，且因此更多孔。这些模拟假定了相当的反应性，但大体上，反应性将随线速度增大(使问题更关键)，因为混合头与传送机之间的时间缩短。
这意味着，实际上，混合物的侧向扩散由于两个因素而随线速度增大而减小：线速度和反应性。该关系看起来并未在现有技术的公开内容中考虑。然而，这是很重要的，因为沉积的痕迹(如图9中所示)需要能在它们仍是液体且可动(或可流动)时合并，以便获得图10的单个一致的混合物层。
图18示出了具有特定流速和特定流出开口直径的实验的实例。如可见，对于大约22m/min的层压机速度v，痕迹宽度为大约6cm，例如，对于速度v=32m/min，宽度w=4cm，对于速度v=43m/min，宽度w=3cm，且对于速度v=64m/min，宽度w=2cm。这意味着，在该特定实例中，如果流出管位于大约5.8cm的距离处，则层压机上的混合物痕迹将针对小于大约23m/min(高于"临界线"的曲线部分)的层压机速度合并，导致图10的合并液体层且随后导致图11的一致的发泡层。相比之下，对于高于23m/min的层压机速度(临界线下方的曲线部分)，层压机上的沉积的混合物痕迹将不会合并，且实际上如图6中所示离开痕迹之间的间隙，且最终将导致如图7的膨胀泡沫，这是非期望的。
因此，如果给定面板宽度和流速，则流出管之间的最大距离'dmax'可使用曲线(如图18中的)确定。优选的是选择偶数数目的流出管，其均匀地分布在分配棒上，即，离彼此恒定距离处。因此，在图18的实例中，流出管的数目应当选择成导致流出管之间的距离小于5.8cm。
图19示出了与图18中的一个类似的线图。示出了三个分配棒的情形，第一分配棒(菱形)具有24个流出管，第二分配棒(正方形)具有48个流出管，第三分配棒(三角形)具有72个流出管。如可见，在使用第一分配棒(具有24个流出孔)时的最大层压机速度为大约8m/min；在使用第二分配棒(具有48个流出孔)时的最大层压机速度为大约32m/min；使用第三分配棒(具有72个流出孔)时的最大层压机速度为大约72m/min，以便获得完全铺设。
图20图解地呈现出作为层压机线速度的函数的流出孔(从图19获得)的这些最小数目。重要的是实现该示图不但考虑层压机线速度，而且还有混合物的(典型)反应性和分配棒的开口的(典型)流出直径。不管其简单性，该示图较大地减小了多维问题的复杂性，因为其允许"层压机线速度"和"粘性可发泡混合物的反应性"的方面"并入"参数Nholes。不应当低估该途径的好处。
实际上，结果还证明Nholes的值是将生产线的领域的问题(具有要求，如，总流速、层压机宽度、层压机速度、混合物的反应性和粘性)转变成分配棒领域的问题(具有给定数目的出口，且具有要求，如，总流速、棒的长度，以及混合物的粘性)。
换言之，参数"Nholes"(为生产线的问题空间中的变量，但为分配棒的问题空间中的给定值)允许了构想出分配棒的设计，而不提到线速度和/或混合物的反应性。
注意，对于给定长度的分配棒，孔"Nholes"的数目涉及相邻出口之间的距离，因此，上文针对参数"Nholes"指出的任何事对于参数"d"也是成立的，其因此也可认作是将问题从"生产线"转移至"分配棒"的"关键"。
一旦该示图是已知的，则其可用于估计任何给定层压机线速度和任何对应的反应性所需的流出管的最小数目。例如，如果目标速度选择为20m/min，则应当选择至少大约36个流出孔，以便获得图10的一致合并层和图11的膨胀泡沫。选择比该最小数目多得多(例如，多4个以上)的流出开口的数目通常是无益的，因为其通常将导致具有分配棒中的混合物的略高平均停留时间的解决方案，因此将略微提高结垢的风险，或换言之，将导致略微增加的停机时间。
注意，尽管图19是指用于分配总流速Qtotal(隐含)的72个孔的分配棒，但这实际上可通过例如三个独立但协作的分配棒(本文中还称为"子棒"或"装置")来实现，各个覆盖面板宽度的三分之一，且分别具有Qtotal的三分之一的流速。作为优选，也在此情况下，三个混合头用于保持距离且因此混合头与各个层压机棒之间的时间最小。然而，在本发明中，在单个层压机上协作的此独立分配棒中的两个或多个的组合认作是单个分配棒。
四个实施例
提出了根据本发明的实施例的四个不同类型的分配棒，但本发明不限于此，且还可构想出其它实施例。这四个类型将连同用于计算或估计初始一组参数的方针和/或分析公式来进一步更详细描述。并且，对于各个原型，将给出参数化的分析表达来计算流出管的可变的参数(即，头三个实施例中的"长度"和第四实施例中的"面积")。所有类型都可使用相同方法(除一些细微差别外)设计和制造，且具有共同的特征，使得它们提供物理分配棒，在操作中，当粘性可发泡液体混合物在预定流速下进入其入口时，分配棒将提供多个分流，其分别具有预定容限裕度(例如，+/-5%)内和预定范围(例如，2.5到3.5m/s)内的大致恒定流出速度，且可选或此外，还具有小于预定值的分配棒内的混合物的平均停留时间(例如，小于150ms，或小于80ms，或任何其它适合的值)。
因此，本发明的不同实施例解决了共同问题，且提供了导致上文提到的优点的解决方案，具体而言：
*分配棒的问题空间中指出：提供具有+/-5%(或更少)内的大致恒定的输出速度的N个分流，且可选或此外，还减少结垢。
*在生产线的问题空间中指出：提供完全铺设(没有间隙)、一致的膨胀泡沫材料(没有结合线)，且可选或此外还减少分配棒的结垢。
第一实施例
图21至图26示出了专用于特定生产线的根据本发明的分配棒的第一实施例的若干实例。
第一实施例的分配棒210,230,240,250,260的几何结构选择成具有内空间5(或"主通道")，其具有大致直的中心线6(沿其纵向方向)。分配棒的内空间5朝其外端成锥形(不包括具有恒定内直径Dhole的流出管)，其中内直径从入口附近的第一值Ddev减小(例如，线性地)至外端处的第二值α.Ddev(图22中的左侧和右侧)，其中α是从0.50到0.95的范围中选择的常数值，优选在从0.60到0.95的范围中，更优选在0.75到0.80的范围中。将Ddev减小至αDdev的主要原因在于减少停留时间，且保持最小速度来缓解结垢。这必须相对于使其更难均匀分配流动来平衡。上文提到的范围中的α的值提供了良好的平衡。
分配棒还具有中心入口2来用于从混合设备(未示出)接收粘性可发泡流体混合物，且其具有以距离'd'等距间隔开的偶数数目Nholes的流出管。流出管具有恒定的内直径Dhole，其对于所有流出管都相同，且流出管与垂直于主通道的中心轴线的其中心轴线平行布置。
如果内部容积5(见图22)将具有恒定直径，则朝外端行进的流体的平均速度将从棒的中心朝外端减小，且因此平均停留时间也将增大，且分配棒的结垢也将增加。通过选择具有锥形内空间5的棒，该减速略微减小，且内部容积减小，平均停留时间缩短，且结垢减少。
作为优选，内直径从中心处的值Ddev线性地减小至外端处的值α.Ddev，因为其容易模拟和生产，但这对于实现本发明的有利效果绝不是必需的，且还可使用其它平滑过渡函数，例如，内空间5的截面面积可从中心处的π.Ddev2/4线性地变为外端处的α.π.Ddev2/4。
根据第一实施例的分配棒然后可由以下一组参数(见图21和图22)代表：
Nholes表示分配棒中的孔(流出管)的总数，(如上文所述，"Nholes"取决于问题空间认作是"变量"或"给定值")，
Ndev表示一起形成"该"分配棒的装置(或"协作的子棒")的数目，
Ddev表示装置的入口处的主室5(即，锥形的内部容积5，不包括流出管)的内直径，
α.Ddev表示在其外端处的装置的主室(即，锥形的内部容积，不包括流出管)的内直径，
Dhole表示流出孔(流出管)的内直径，
α表示在其外端处的主室的内直径与中心位置处的内直径之比，
W表示一个装置的流出管的数目一半的中心之间的距离，
L[1], L[2], ..., L[Nholes]表示流出管的长度。
这些参数将针对特定生产线/分配棒确定(例如，优化)。
生产线自身可特征为以下一组参数：
Qtotal表示穿过分配棒的总流速(或穿过所有"装置"，如果存在多个"协作子棒")，
Wpanel表示将制造的面板的总宽度，
特定粘性可发泡液体混合物，例如，PUR或PIR(具有特定反应性和特定粘性特性)，
Vline表示生产线中的层压机的线速度。
注意，混合头的数目不认作是是给定的，而是假定为等于分配棒的"装置"的数目，该数目确定为方法的一部分。
详述的可能途径：
确定分配棒的参数的可能途径为以下：
a)假定生产线参数是给定的，具体而言，例如，面板宽度Wpanel，流速Qtotal、线速度Vline，以及特定粘性可发泡液体混合物。
b)例如，基于如由图20给定的实验数据，估计流出管的适合的偶数数目的Nholes(考虑对于该特定线速度的混合物的反应性)，且选择适合数目的装置Ndev。如果流出开口的数目例如大于24，则分配棒可划分在多个装置中。如果需要，则流出管的估计数目可略微增加，以便各个装置具有相同(且偶数)数目的流出管。每个装置的流出管的数目优选选择成在12到24的范围中。增加装置的数目(假定各个均具有其自身的混合头)会减少各个装置中的粘性可发泡液体混合物的平均停留时间，且因此减小结垢的风险。
如上文所述，一旦选择好出口的数目，则仍待解决的问题在于：对于分配棒(例如，图21中所示的分配棒)的给定几何结构(或数学模型)且对于给定进入流速"Qtotal"和对于给定长度"Lbar"和给定的粘性可发泡混合物，确定数学模型的变量的值(在此实例中：Ddev, α, Dhole, W, L[1] to L[12])，使得在该分配棒物理地实现且所述混合物在所述流速Qtotal下喷射时，离开各个流出孔的局部流速将大致恒定在最多+/-5%的预定容限裕度内。
c)选择混合物的适合的非牛顿剪切稀化模型，例如，"幂次定律"(见图14)，且确定(测量)该特定混合物的该模型的粘性参数。例如，对于关于图13的实例所述的混合物，发现通过测量获得的值为：'m'=1.10且'n'=0.79。
d)选择比率'a'的适合值，例如，0.75或0.80。根据经验发现大约0.75或大约0.80的α的值提供良好的折衷。对于高于例如0.90的α的值，所有流出管的长度都将减小，但分配棒(或装置)内的混合物的平均停留时间将增大，这提高了结垢的风险，这是非期望的。对于小于例如0.65的α的值，所有流出管的长度将增大，以便层压机与分配棒之间的距离将增大，这提高了溅出和包含气泡的风险，这也是非期望的。
e)根据以下公式计算值W，其等同于表示流出管将在面板宽度上等距分布：
[1]。
f)选择Ddev的值，且根据以下公式计算停留时间tdev的对应估值：
[2]
使得平均停留时间在相对较慢线速度或相对较慢流速下小于150ms(例如，10m/min到30m/min的范围中的线速度或0.20L/s到0.60L/s的范围中的总流速)，且对于相对较快的线速度或相对较高的流速(例如，30m/min到100m/min，或大于0.60L/s的总流速)是小于80ms。
发明人令人惊讶地发现，对于相对较高的线速度或相对较高的流速，将平均停留时间从小到大约200ms的值减小至小于100ms对装置的结垢有巨大影响。这是令人惊讶的，因为并未预料到混合之后一秒的第一分数对结垢具有如此影响，但明显其是这样。当然，混合头与分配棒之间的时间和距离也应当尽可能小。Ddev的值优选地选择成在6.0mm到15.0mm的范围中，例如，在8.0mm到13.0mm的范围中(见以下四个实例)。
g)选择Dhole的适合值，且使用公式计算平均流出速度的估值，使得离开流出管的流体的平均速度处于2.5到3.5m/s的范围中，以防止流出口处的结垢(不会太小)和层压机上的溅出(不会太高)：
[3]
Dhole的值优选选择在1.0mm到5.0mm的范围中，例如，在2.0mm到4.0mm中(见以下四个实例)。
h)使用以下公式计算代表最大流出管的长度的值'K'：
[4]
其中α是内直径的上述比率，且n为粘性可发泡混合物的幂次定律指数。
i)使用以下公式计算两个流出管之间的距离"d"：
d=W/(Nholes-1) [5]。
j)将参数'K'的值初始化为在步骤(h)中间的'K'值，且将参数'a'的值设置为等于(n+1)，其中'n'为混合物的粘性的幂次定律指数，且使用以下公式计算流出管的一组长度L[1],L[2], ..., L[Nholes]，其中，z的值设置为步骤(i)中计算的距离"d"的整数倍：
[6]
其中Lmin为外管的长度，且可选择。作为优选，Lmin的值选择成尽可能小(账务上节省材料成本)，但发现如果Lmin选择成很小(例如，在一些实施例中小于2.0mm)，则出自分配棒的端部处的管p1,p12的流动可为侧向的，而对于Lmin的略微较大的值(例如，大于2.0mm)，则出自外开口的流动变直。因此，Lmin通常选择成在2.0mm到10.0mm的范围中，例如，在3.0mm到5.0mm的范围中，但其它值也有用。发现对于4.0mm的值通常足以使流动变直。
k)在模拟软件中，选择如步骤c)中选择的相同非牛顿剪切稀化模型，且应用步骤c)中得出的参数，且使用特定几何结构(例如，形状和大小)，基于上文选择或计算的值来执行计算流体动态模拟，且确定(通过模拟)各个流出开口的(平均)输出速度Vholes[1],Vholes[2], ..., Vholes[Nholes]，且计算这些流出速度的差异，且可选或此外，还确定(模拟的)平均停留时间"Tres"。
l)如果(模拟的)流出速度在2.5到3.5m/s的范围外，且/或如果平均流出速度的差异高于预定容限范围(例如，最小平均速度和最大平均速度相差10%)，且可选或此外，如果模拟的停留时间Tres过高(例如，高于150ms或80ms的估计值)，则在步骤(a)到(i)中调整一个或多个确定的参数(例如，设置或估计或计算或选择的)。
m)可选地，针对略微不同的值(k,a)重复步骤j)和k)，其中'K'选择成在K+/-15%的范围中，且'a'选择为(n+1)+/-15%，且对于各次模拟，确定平均流出速度的差异和/或平均停留时间的值。
n)将一个解决方案选择为"最佳解决方案"，例如，产生流出速度的最小差异的一组参数(包括流出管的长度)。
o)构建具有上文确定的几何结构(例如，形状和大小)的物理分配棒。
变型：
上文提到的程序的若干变型是可能的。
例如，替代模拟如步骤(m)中提到的(k,a)的多个组合，一旦发现令人满意的解决方案，则可停止。当然，还可选择大于或小于+/- 15%的范围。替代模拟所有可能的组合(例如，以5%或3%的梯级)，人们还可使用例如预定一组25对(k,a)，其中'K'和'a'的值分别随机选择在(K-15%)到(K+15%)的范围和(n+1)-15%到(n+1)+15%的范围中，等。
当然，以上步骤(a)到(o)中的一个或多个还可按不同顺序执行，可选包括构建中间原型，测量原型，以及微调一个或多个参数，等。
构建物理分配棒：
在步骤(a)到(n)中的上文指定和模拟的分配棒(作为数学模型)然后可在步骤(o)中物理地实现，例如，以任何已知方式的原型制造和/或制造，例如，但不限于任何以下技术：
1)使用诸如聚酰胺6(PA6)或丙烯腈·丁二烯·苯乙烯(ABS)的材料来注射模制。其通常以达到30wt%的玻璃纤维来增强；
2)使用材料如Tusk XC2700来立体光刻添加制造(3D打印)；
3)使用诸如ABS的材料来熔化沉积建模添加制造；
4)使用诸如铝或钢或铝合金或钢合金或不锈钢的材料的计算机数字控制(CNC)铣削。
由于制造步骤本身是本领域中公知的，故认为进一步阐释不是必需的。
下一步将描述根据第一实施例的分配棒的四个数字实例。
实例1：
给定生产线的以下参数：
Qtotal=3.6×10-4m3/s
Wpanel=1.0m
n(fluid)=0.9
Vline=15m/min。
使用上文所述的设计方法的步骤(a)到(h)，选择或计算图23中所示的根据本发明的实施例的分配棒230的以下一组参数：
Ndev=2
Nholes=12×2=24
Ddev=8.0×10-3m
Ddev=2.4×10-3m
α=0.8
tdev=0.11s
Vexit=3.3m/s
W=0.21m
K=3.7×10-2m。
这些值然后可用于开始模拟和迭代，且用于计算流出管的长度。
如上文所述，且可如提出的设计方法的步骤认识到那样，指出了不存在用于此生产线的唯一解决方案，且用于该相同生产线的其它解决方案也是可能的。例如，如果Ddev选择成略小，即，例如，等于7.0×10-3m，则将获得完全不同的解决方案，但仍将提供流出开口处的大致"恒定平均速度"或离开各个流出开口的大致恒定的局部流速的相同保证(在特定容限裕度内，在所述反应混合物将在预定流速下流入时)。并且，当用于所述生产线时，且如果"Nholes"的值选择成足够大(例如，见图20)，则其实际上将"保证完全铺设"(痕迹之间没有间隙)，等。
作为另一个实例，Ndev可选择成等于3，但将需要附加的混合头，而没有清楚的优点，这在此情况中不是所需的。
作为又一个实例，流出孔Nholes的数目可选择成略大于24，例如，28(由于Ndev=2，可选择4倍)，这可表明穿过各个独立流出管的流速将减小大约5%，这在此情况中将也可能是良好的解决方案，因为平均输出速度仍在2.5到3.5m/s的范围内，而没有可注意到的结垢风险提高。
实例2：
在第二实例中，给定了生产线的以下参数：
Qtotal = 4.7×10-4 m3/s, Wpanel=1.2 m, Vline= 20 m/min, n(fluid)=0.9。
并且，经由上文所述的设计方法可获得的可能解决方案将为：
Ndev=2, Nholes = 16×2 = 32, Ddev = 8.5×10-3 m, Dhole = 2.3×10-3 m，
α = 0.8, tdev = 0.12 s, Vexit = 3.5 m/s, W=0.26 m, K=41×10-3m。
再次，这些值然后可用于开始模拟，且用于计算流出管的长度。该分配棒240在图24中示出。
实例3：
在第三实例中，生产线的以下参数在以下给出：
Qtotal = 1.2×10-3 m3/s, Wpanel=1.2 m, Vline = 25 m/min, n(fluid)=0.8。
并且，经由上文所述的设计方法可获得的可能解决方案将为：
Ndev=3, Nholes = 12×3=36, Ddev = 11.5×10-3 m, Dhole = 3.5×10-3 m，
α = 0.75, tdev = 0.083 s, Vexit = 3.4 m/s, W=0.17 m, K=25×10-3m。
再次，这些值然后可用于开始模拟，且用于计算流出管的长度。该分配棒250在图25中示出。
表4：
在第四实例中，生产线的以下参数在以下给出：
Qtotal = 1.5×10-3 m3/s, Wpanel=1.2 m, Vline = 50 m/min, n(fluid)=0.8。
并且，经由上文所述的设计方法可获得的可能解决方案将为：
Ndev=3, Nholes = 24×3=72, Ddev = 12×10-3 m, Dhole = 3.0×10-3 m，
α = 0.75, tdev = 0.072 s, Vexit = 2.9 m/s, W=0.18 m, K=25×10-3m。
再次，这些值然后可用于开始模拟，且用于计算流出管的长度。该分配棒260在图26中示出。
第二实施例
图27示出了根据本发明的分配棒280实施例的实例。
第二实施例的分配棒280的几何结构选择成具有类似于图2的内空间5，但具有弯曲的中心线(沿其纵向方向)。分配棒的内空间5朝其外端成锥形(不包括具有恒定内直径Dhole的流出管)，其中内直径从中心入口附近的第一值Ddev减小至外端处的第二值α.Ddev(图27中的左侧和右侧)，其中α是从0.50到0.95的范围中选择的常数值，优选在从0.60到0.95的范围中，更优选在0.75到0.80的范围中。分配棒280还具有用于从混合设备(未示出)接收粘性可发泡流体混合物的中心入口2，且其具有等距间隔开且具有平行中心线的偶数数目的流出管。流出管具有对于所有流出管都相同的恒定内直径Dhole。
除下文明确提到的之外，对于第一实施例所述的任何事也适用于第二实施例。
不同于第一实施例，第二实施例的分配棒280没有带直中心线的内空间，但其内空间朝分配棒280的中心向上弯曲。除对于第一实施例提到的内容外，曲线优选选择成使得流出管的底部大致位于单个平面中。这提供的附加优点在于，在安装在层压机上方时，层压机与流出管的流出开口之间的距离大致恒定。
除公式[6]将必须由以下公式[7]替换外，其中'z'为用于限定曲率的连续值，所述的设计方法还可应用于找出用于该层压机棒280的适合大小。
[7]。
因此Hmin为外端处的最小高度。上文针对Lmin提到的内容也适用于Hmin。因此，Hmin的值通常选择在2.0到10.0mm的范围中，优选在3.0mm到5.0mm的范围中，例如，4.0mm。
针对第一实施例所述的任何事也适用于第二实施例，例如，大约停留时间的范围、流速速度的范围等。
第三实施例
图28示出了根据本发明的分配棒290的第三实施例的实例。
第三实施例的分配棒290的几何结构选择成具有内空间，其具有大致直的中心线(沿其纵向方向)。分配棒290的内空间从中心朝其外端成锥形(不包括具有恒定内直径的流出管)，其中内直径从中心入口2附近的第一值Ddev线性地减小至外端处的第二值α.Ddev(图28中的左侧和右侧)，其中α是从0.50到0.95的范围中选择的常数值，优选在从0.60到0.95的范围中，更优选在0.75到0.80的范围中。分配棒290还具有用于从混合设备(未示出)接收粘性可发泡液体混合物的中心入口2，且其具有等距间隔开的偶数数目的流出管。不同于第一实施例，第三实施例的分配棒290不具有带圆形开口的圆柱形流出管，而是改为具有带长形开口的长形流出槽口。所有流出管的截面是相同的。
除下文明确提到的之外，对于第一实施例所述的任何事也适用于第三实施例。
由于流出开口不是圆形的，而是大致带Bslot×Wslot的截面面积的矩形，故在估计流出速度时应该使用以下公式[8]替代公式[3]：
[8]。
针对第一实施例所述的任何事也适用于第三实施例，例如，大约停留时间的范围、流速速度的范围，等。
第四实施例
图29示出了根据本发明的分配棒300的第四实施例的实例。
第四实施例的分配棒300的几何结构选择成具有内空间，其具有大致直的中心线(沿其纵向方向)。分配棒300的内空间从中心朝其外端成锥形(不包括流出管)，其中内直径从中心入口附近的第一值Ddev线性地减小至外端处的第二值α.Ddev(图29中的左侧和右侧)，其中α是从0.50到0.95的范围中选择的常数值，优选在从0.60到0.95的范围中，更优选在0.75到0.80的范围中。分配棒300还具有用于从混合设备(未示出)接收粘性可发泡流体混合物的中心入口2，且其具有等距间隔开的偶数数目的流出管。不同于第一实施例，第四实施例的分配棒300不具有带圆形开口的圆柱形流出管，而是改为具有漏斗状，例如，固定长度的圆锥形流出圆锥。
除下文明确提到的之外，对于第一实施例所述的任何事也适用于第四实施例。
代替必须找出流出管的多个长度，在该实施例中，人们应当找出用于获得恒定流出速度的漏斗入口的适合面积。
因此，在如上文所述的设计方法中，公式[6]应当由公式[9]替换：
[9]
且替代长度阵列，现在必须找出面积阵列。
针对第一实施例所述的任何事也适用于第四实施例，例如，大约停留时间的范围、流速速度的范围，等。
变型：
尽管在所有上文所述的实施例中，使用了主通道和具有圆形截面的流出管，即，不是本发明绝对必需的，且本发明将结合其它截面起作用，例如，椭圆形、三角形、具有圆形边缘的三角形、正方形、具有圆形边缘的正方形、矩形、具有圆形边缘的矩形、五边形、具有圆形边缘的五边形、六边形、具有圆形边缘的六边形、八边形、具有圆形边缘的八边形、多边形、具有圆形边缘的多边形，或任何其它适合的形状。
还指出了主通道的截面和流出开口的截面相同不是绝对必需的，且实际上它们可为不同的。然而，预料到具有尖锐边缘的截面将导致较快的结垢，且因此具有圆形或椭圆形状的截面，或具有圆形边缘的形状是优选的。
图30为示出根据本发明的实施例的设计和制造分配棒的方法(的至少一部分)的高水平流程图。
在步骤3001中，选择了几何结构，且限定了对应于物理形状和大小的一组参数。
在步骤3002中，(第一组或随后的一组)值指定给几何参数。
在步骤3003中，模拟模型由所述几何结构构建。例如，该步骤可意味着设置模拟工具中的边界条件。
在步骤3005中，执行计算流体动态(CFD)计算机模拟来模拟穿过所述虚拟模型的流动，且计算各个流出开口处的流出速度轮廓。考虑了非牛顿剪切稀化模型，使用分配棒针对其设计的粘性可发泡液体混合物的特定值执行该模拟。这种"考虑"可通过选择适合的非牛顿剪切稀化模型且通过输入材料性质来执行(步骤3004)。选择剪切稀化模型和设置特定值可通过模拟工具中的菜单选择完成(见图31的屏幕截图)。在图31中所示的实例中，"粘稠性"对应于幂次定律的值'm'，且设置为1.1[Pa s]，且值"幂次定律指数"对应于值'n'，且设置为0.79(也见图13和14)。
在步骤3006中，评估所得的流出速度轮廓是否满足预定条件，例如，各个流出管的独立输出流速在预定容限裕度(例如，+/-5%)内恒定，或各个流出管的平均输出速度在预定容限裕度(例如，+/-5%)内恒定，且例如，那些平均速度在2.5到3.5m/s的范围中。如果对于选择的几何结构满足该条件，故一个或多个参数或变量可改变，且步骤3002, 3003, 3005,3006可重复，直到找到满足预定标准的解决方案。
在步骤3007中，例如，使用原型设计或制造过程来构建物理分配棒。
当然，许多变型是可能的，例如，替代停止，一旦发现满足步骤3006中测试的标准的解决方案，则可执行预定数目的迭代，且可得到"最好"结果(例如，具有最一致的流动的一个)。
粘性测量结果的细节：
该段更详细描述了如何执行导致图13的结果的粘性测量，作为任何可发泡混合物的粘性特性可如何测量的图示，但当然，本发明不限于本文提到的特定细节。
配制描述和准备：
按重量份(pbw)的多元醇(聚酯)混合物的成分为：Hoopol 1394：100 pbw; L6900:2 pbw; TCPP: 9 pbw; 环戊烷/异戊烷(70/30): 20.2 pbw; 水:0.8 pbw。
使用的异氰酸盐为Suprasec S 2085。混合比为17.4g S 2085 / 12.7g多元醇混合物。测量中使用的配制是无催化剂的，以便允许足够时间研究对于该设计重要的混合物的早期粘性。所有内容物利用Heydolf混合物在5s内以2000RPM混合，且随后立即施加至电流计。
测量的描述：
测量在TA仪器AR2000电流计上执行，具有带500微米的板之间的间隙的平行盘板几何结构。尽管催化剂除去，但内容物将缓慢反应。为了获得初始混合物的剪切率依赖，必须在不同操作状态下执行一系列测量。
测量可在三个不同操作模式下执行，即，
1)将恒定的剪切应力施加到材料样本上，且观察一定时间内的材料的剪切速率；
2)将恒定的剪切速率施加到材料样本上，且观察一定时间内的材料的剪切应力；
3)将斜坡式剪切应力施加到材料样本上，且观察一定时间内的材料的剪切速率。
为了获得初始混合物粘性的剪切速率依赖，可遵循以下程序，但还可使用本领域的技术人员已知的其它程序：
1)从混合配方的内容物的时刻开始记录时间；
2)在给定量时间内混合内容物(在不同测量中保持相同)且立即施加至电流计；
3)在不同恒定剪切应力、不同恒定剪切速率、不同的坡度式剪切应力或它们的组合下，针对相同配制执行一系列实验；
4)观察你在所有实验中获得稳定测量结果的最少时间，且同时对于不同实验记录剪切应力对剪切速率；
5)粘性模型然后应当与这些数据拟合，例如，如图13中所示，其中选择了"幂次定律"，但如已经提到那样，还可使用其它粘性模型，具体是例如：Cross, Carreau Yasuda或Herschel Bulkley。
概述：
据发明人所知，具有与本发明提出的相同几何结构和(尤其是)相同大小的分配棒不存在于现有技术中，因此它们不可提供相同的特性(在经历相同条件下)。
经验显示良好工作多年的经典设计方法出于未知原因不再与显示良好对应。这花费了数月研究，且发明人之前的许多原型转到试图在模拟期间使用非牛顿剪切稀化模型(替代恒定的粘性值)的构想，这与他们的此模型将具有任何显著影响的感觉相反，因为粘性可发泡液体混合物在混合之后不久仅在分配棒中大约150ms，在该时间点，其还未发泡。
此外，转到"使用非牛顿剪切稀化模型"的构想是一方面，但能够实际完成使用的实际混合物的所需的真实值，且执行以混合物如PUR或PIR(具有大约100倍的体积膨胀，同时不能加入抑制剂，因为这将影响测量)的此测量是另一巨大障碍。
下一个问题关于混合物的反应性，这通常随线速度而增大。发明人通过将反应性并入参数"Nholes"中而提出了很简洁的解决方案。
下一个问题关于找出大量出口(例如，L[i], i=1到16)的适合值，这是数学复杂性的问题，即，如何将模拟的数目限制为合理数目，同时能够找出良好的一组值。在此方面，提出了仅"试错"或"穷举"途径(其中测试所有可能的组合)不是现实的选择，只是因为其将需要大量时间。为了克服此障碍，发明人转到了使用仅用两个变量的数学表达的构想。这有效地允许了它们将复杂性从(例如)16维问题缩减至2维问题。还要注意，这两个"变量"中的一个(在本文所述的实例中：值'k')与"非牛顿剪切稀化模型"(在所述实例中：k≈'n'+1)的参数紧密相关，其认作是数学模拟的可变的参数，但其实际上是特定混合物的常数。因此，该途径也不是无足轻重的。
最后，分配棒的数学模型实现为物理对象，且于是其仅可测试来验证物理装置的特性是否与模拟对应和对应多大程度。发现测量显示与模拟的良好对应，而不管所有不确定性。回头参看转到由本发明提出的解决方案需要克服的所有障碍，以及途中的不确定性和不可预知的结果，肯定相信此解决方案不是无足轻重的。
标号
40, 80, 120, 210, 230, 240, 250, 260, 280, 290, 300：分配棒
2 入口
5 内空间
6 中心线
p1-p12 出口(例如，流出管、流出槽口)
4a, 4b, ... 流出开口
t1-t12 粘性可发泡液体材料的痕迹(或流)
w1-w12 粘性可发泡液体材料的痕迹的宽度
51,91 层压机(也称为"第一连续带系统")
70 夹层面板
71 膨胀泡沫材料
72 上带系统
73 结合线
101 一致的粘性可发泡液体层
110 夹层面板
111 膨胀的泡沫层
72 上带系统
L[..] 流出管的长度的阵列(实施例1,2,3)
A[..] 流出漏斗的面积的阵列(实施例4)。

Claims (34)

1.一种设计和制造分配棒(210, 230, 240, 250, 260, 280, 290, 300)的方法(3000)，所述分配棒具有用于在预定流速(Qtotal)下接收预定粘性可发泡液体混合物的中心入口(2)，且具有经由主通道(5)流通地连接到所述中心入口上的预定偶数数目(Nholes)的出口(p1-p12)，所述数目的出口在预定长度(Lbar)上等距间隔开，
其中所述分配棒具有一定几何结构，使得进入所述中心入口的预定流速(Qtotal)与所述预定长度(Lbar)之比为至少1.00×10-4 m2/s，所述混合物将以对于各个所述出口恒定在最多+/-5%的预定容限裕度内的平均速度离开各个所述出口(p1-p12)；
所述方法包括以下步骤：
a)选择(3001)待制造的所述分配棒的几何结构，以及限定对应于所述分配棒的物理形状和大小的一组几何参数；
b)将值指定(3002)给所述几何参数；
c)创建(3003)具有所述指定的值的所述几何结构的虚拟模型；
d)通过执行计算流体动态模拟(CFD)来模拟(3005)所述虚拟模型中的液体混合物的流动，在所述模拟中考虑(3004)非牛顿剪切稀化模型和所述粘性可发泡液体混合物的预定剪切稀化参数(n,m)；
e)评估(3006)模拟的流动是否满足预定标准，
以及如果所述评估的结果为否定的，则重复步骤b)到e)；
以及如果所述评估的结果为肯定的，则重复步骤b)到e)或转到步骤(f)；
f)构建(3007)具有满足所述预定标准的几何结构的物理分配棒；
其中，步骤a)包括：
选择所述主通道(5)的几何结构，以及限定代表所述主通道的物理形状和物理大小的第一组参数(Ddev, α, Lmin, 或 Hmin)；
选择所述多个出口(p1-p12)的几何结构，以及限定代表所述多个出口的物理形状和物理大小的第二组参数(L[i]; A[i])。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非牛顿剪切稀化模型选自以下模型构成的集合：Ostwald de Waele、Cross、Carreau Yasuda、Herschel Bulkley、Bingham、Bird-Carreau和Casson。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：选择具有仅两个参数(k,a)的参数化分析函数来用于确定所述数目的第二组参数(L[i]; A[i])；
以及其中步骤b)包括将值指定给所述参数(k,a)，以及使用所述分析函数来计算所述数目的出口(p1-p12)中的各个的几何参数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，仅用两个变量的所述参数化分析函数可由以下函数表示或等同于以下函数：
L(z)=B + k.(z/W)a，
或可由以下函数表示或等同于以下函数：
A(z)= B+ k.(z/W)a，
其中B和W为常数，z为沿所述分配棒的长度方向的距离，L为出口的长度，A为出口的截面面积，且k和a为参数。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，步骤e)针对所述两个参数(k,a)的预定数目的组合重复。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，
步骤e)包括计算各个出口的平均流出速度，以及计算这些平均流出速度的差异；
以及其中所述预定标准在于所述平均流出速度的计算的差异处于最多+/-5%的容限裕度内。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预定标准还包括检查所述平均流出速度中的各个是否在2.5到3.5m/s的范围中。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述容限裕度为最多+/-4%，或最多+/-3%，或最多+/-2%。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述粘性可发泡液体混合物包括用于形成聚氨酯(PUR)或聚异氰脲酯(PIR)的原材料。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述粘性可发泡液体混合物包括用于形成聚氨酯(PUR)或聚异氰脲酯(PIR)的原材料，以及其中所述非牛顿剪切稀化模型由以下公式代表：，其中m为0.80到1.40的范围中的值，且n为0.50到0.90的范围中的值。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述粘性可发泡液体混合物包括用于形成具有添加的空气的聚氨酯(PUR)或具有添加的空气的聚异氰脲酯(PIR)的原材料，以及其中所述非牛顿剪切稀化模型由以下公式代表：，其中m=m0/(1 -1.16.ф0.424)，且n=n0 - 0.59ф，m0是在0.80到1.40的范围中的值，且n0是在0.50到0.90的范围中的值，且ф是添加的空气的体积分数。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤b)包括指定值，使得所述主通道中的粘性可发泡流体混合物的平均停留时间(tdev)的估值小于150ms，以及其中步骤e)还包括计算所述主通道中的粘性可发泡流体混合物的平均停留时间(tdev)，以及验证计算的平均停留时间(tdev)是否小于150ms。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤a)包括将所述主通道的几何结构选择为管状的且朝外端成锥形。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤a)包括：
选择具有选自以下构成的集合的截面形状的主通道(5)：圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、五边形、六边形、八边形，且其中所述主通道(5)的截面面积随离中心的距离而连续地变化。
15.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤a)包括：
选择具有选自以下构成的集合的截面形状的主通道(5)：具有圆形边缘的三角形、具有圆形边缘的正方形、具有圆形边缘的矩形、具有圆形边缘的五边形、具有圆形边缘的六边形、具有圆形边缘的八边形，且其中所述主通道(5)的截面面积随离中心的距离而连续地变化。
16.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤a)包括：
选择主通道(5)，所述主通道(5)具有圆形截面，所述圆形截面具有所述分配棒的中部中的第一内直径(Ddev)，以及在其外端处的第二内直径(α.Ddev)，以及其中所述直径在中心与所述外端之间以连续方式减小，以及其中所述第二内直径和所述第一内直径之比(α)是50%到95%的范围中的值。
17.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：
所述主通道(5)的几何结构选择成具有直的中心线(6)；以及
所述出口(p1-p12)的几何结构选择成具有恒定内直径(Dhole)的圆柱形管，所述管具有不同的长度(L(i))。
18.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：
所述主通道(5)的几何结构选择成具有弯曲中心线(6)；
所述出口(p1-p12)的几何结构选择为具有恒定内直径(Dhole)的圆柱形管，各个所述管的流出开口位于单个平面中。
19.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：
所述主通道(5)的几何结构选择成具有直的中心线(6)；以及
所述出口(p1-p12)的几何结构选择成流出槽口，其在其长度上具有恒定截面(Bslot,Wslot)，所述截面为矩形或具有圆形边缘的矩形，且具有不同的长度(L[i])。
20.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：
所述主通道(5)的几何结构选择成具有直的中心线(6)；以及
所述出口(p1-p12)的几何结构选择成漏斗，其具有相同的流出开口，所述漏斗在其与所述主通道(5)的界面处具有不同的截面面积(A[i])。
21.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤f)的构建包括使用材料来注射模制。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述材料为聚酰胺6(PA6)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)。
23.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤f)的构建包括使用材料的立体光刻添加制造。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述材料为Tusk XC2700。
25.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤f)的构建包括使用材料的熔化沉积建模添加制造。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)。
27.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤f)的构建包括使用金属材料或金属合金的计算机数字控制(CNC)铣削。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述金属材料选自以下构成的集合：铝、钢、铝合金、钢合金、不锈钢。
29.一种设计和制造用于生产大致均一的发泡材料的生产线中的分配棒的方法，所述生产线具有适用于在预定流速(Qtotal)下提供非牛顿剪切稀化粘性可发泡液体混合物的一个或多个混合头，以及具有预定宽度且适于在至少15m/min的线速度(Vline)下运转的层压机，其中所述预定流速(Qtotal)和所述预定层压机宽度之比为至少1.00×10-4m2/s，所述方法包括以下步骤：
i)考虑所述线速度和所述混合物的反应性，估计或确定所述分配棒的偶数数目(Nholes)的出口，或估计或确定两个相邻出口之间的距离(d)；
ii)基于所述数目(Nholes)或所述距离(d)计算所述分配棒的长度(Lbar)；
iii)使用根据权利要求1至权利要求28中任一项的方法来计算和制造分配棒，其具有预定的偶数数目(Nholes)的出口和计算的长度(Lbar)，以及用于分配所述粘性可发泡液体混合物的所述预定流速(Qtotal)。
30.一种分配棒(210, 230, 240, 250, 260, 280, 290, 300)，其根据权利要求1至权利要求28中任一项所述的方法设计和制造，具有用于在预定流速(Qtotal)下接收预定粘性可发泡液体混合物的中心入口(2)，且具有经由主通道(5)流通地连接到所述中心入口上的预定偶数数目(Nholes)的出口(p1-p12)，所述数目的出口在预定长度(Lbar)上等距间隔开，
其特征在于，
所述分配棒具有一定几何结构，使得进入所述中心入口的预定流速(Qtotal)与所述预定长度(Lbar)之比为至少1.00×10-4m2/s，所述混合物将以对于各个所述出口恒定在最多+/-5%的预定容限裕度内的平均速度离开所述出口(p1-p12)。
31.一种生产线，包括：
适用于在预定流速(Qtotal)下提供非牛顿剪切稀化粘性可发泡液体混合物的一个或多个混合头；
具有预定宽度(Wpanel)且适用于在至少15m/min的线速度(Vline)下运行的层压机；
根据权利要求1至权利要求28中任一项设计和制造的分配棒，所述分配棒经由其入口连接到所述一个或多个混合头上以用于接收所述粘性可发泡液体混合物，且安装在所述层压机上方以用于将所述粘性可发泡液体混合物经由其出口(p1-p12)沉积在所述层压机上；
所述预定流速(Qtotal)对所述层压机宽度之比为至少1.00×10-4m2/s。
32.根据权利要求31所述的生产线，其特征在于，所述层压机适于以至少20m/min，或至少25m/min或至少30m/min，或至少35m/min，或至少40m/min，或至少45m/min，或至少50m/min的线速度运行。
33.一种用于在包括计算装置和计算机可控制造装置的计算机系统上执行时设计和制造根据权利要求1至权利要求28中任一项所述的分配棒的计算机程序产品；
其特征在于，
所述计算装置包括计算流体动态模拟(CFD)软件，以及用于控制所述制造装置的驱动器软件；
以及用于执行所述方法的至少步骤(d),(e)和(f)的软件代码片段。
34.根据权利要求33所述的计算机程序产品，其特征在于，所述计算机可控的制造装置选自以下构成的集合：计算机控制的注射模制装置、计算机控制的立体光刻添加制造装置、计算机控制的熔化沉积建模添加制造装置，以及计算机数字控制(CNC)铣削设备。
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