CN1243055A - 以注射工艺生产聚氨酯模制品的方法和设备 - Google Patents

Abstract

以注射工艺由异氰酸酯和多元醇成分生产聚氨酯模制品,该生产的改进之处在于除了对作业线系统进行已知的调节外,还要对至少一种商业上可使用的但已改进的计量泵进行调节,因为要有一些制成可使用的反应成分循环流过封闭的计量部件与泵的壳体之间形成的空间。

Description

以注射工艺生产聚氨酯模制品的方法和设备

本发明是关于以注射工艺生产聚氨酯模制品的一种方法和设备，它是通过同时计量至少一种异氰酸酯成分与至少一种多元醇成分，并把所计量的成分送入一混合装置中，注射时以预定的量相互混合，然后送入模具中而实现的。其中，至少有一种成分在注射期间要经过一个具有计量部件的计量泵送入混合装置中并且在停歇期间可循环输送。

一般已知的工艺所采取的措施是：反应成分在所要求的状态下进行混合作业并且还要对作业线本身进行调节以便生产出无缺陷的模制品。调节反应成分和系统从开始一直到整个作业时间里恒温并且在注射之前和注射期间立即具有恒定的和可再现的压力是很重要的。

在运转过程中由于压力的变化会造成作业线系统中的体积发生变化，这主要是和作业线系统的“透气”有关。但是，体积还取决于它的热膨胀。温度条件的保持会由于较长的停歇或者甚至停止时间而带来许多的问题。为了使模制品的生产更加简单易行，使用齿轮泵或螺旋泵作为计量装置。为了生产出具有较高精度的模制品，必需使用高速计量往复泵，例如，一系列往复泵或轴向或径向往复泵。对于粘性的和含有填料的反应成分，要使用往复的计量装置。特别是，特别是使用具有顶出活塞的混合头作为混合装置。根据这样一种工艺，生产过程可按传统地半自动地或全自动地控制，其中设备的中央控制装置对泵，诸如预压泵，喂料泵，计量泵或任选的往复计量装置以及对阀，诸如截流阀，任选地节流阀和可逆阀和任选地对混合装置的控制活塞或射流针起控制作用。通常这样一种设备是装置的计量部件和混合部件，载有几个模具的部件，例如圆形平台也属于该装置。中央控制装置也可分配在整个装置中，或者提供一个与第一控制装置结合的第二控制装置用于装有模具的部件(通见，Kunststoff Handbuch〖塑料手册〗，卷7“聚氨酯[聚氨酯类]”，Carl Hanser-VerlagMunich/Vienna，1983，121～168页)。

因此，当对设备进行调节时，计量泵的调节还没有被考虑到。

通常，计量泵有一个封闭的计量部件，例如，具有几个活塞和汽缸的轴向往复计量泵。该封闭的计量部件被泵的外壳包覆着，其中在壳体与计量部件之间的空间可收集泄漏的液体。

现已发现，本身具有稳定结构的计量泵或其计量部件同样受温度的影响。虽然在计量的过程中温控反应部件对计量部件有一定的作用，就温度来看，从里向外存在温度梯度，该温度梯度取决于环境温度的变化。泵本身发出的热量也在这方面有不利地影响。

本发明的目的就是在整个操作时间内通过调节计量部件而保持内含物容积(该容积是由反应成分填充的计量泵的计量部件的体积)的恒定，因此可确保生产出无缺陷的模制品。

图1是整个设备的示意图；

图2是对计量泵进行比例放大后的细节部分。

为了清楚起见，新的发明仅用一种反应成分进行说明。

在本发明中，计量时位于计量泵上游端的预压泵要在整个操作期间运转并且所输送的成分的量要比在计量期间计量泵所要求的量要大。在整个运转期间，一部分制成的可使用成分要循环通过在计量部件和计量泵壳体之间形成的中间空间。

结果，实际的计量部件通过将部分成分进行计量不仅从里面而且从外面均可保持在工作温度。虽然在体积上最终的变化是很小的或者通常可以被忽略，但由相对于时间的压差引起的计量泵计量体积的“透气”也可以被消除。

本发明可由各种方法来实现。

根据本发明方法的优选实施方案，在计量期间比在停歇期间有更小量的制成的可使用成分通过预压泵输入计量泵中的中间空间。

优选一定量的制成可使用成分不时在位于计量泵后的旁路管线中循环。

该方法的变型是特别有益的，因为至少部分并且有时任意地即在停歇期间，由预压泵输送的多余量的成分可根据工艺规程经旁路循环返回，这样对参数的稳定性会产生积极的影响，特别是在计量或注射期间。

根据另一个实施方案，在停歇的时间内将全部制成的可使用成分喂入壳体的中间空间是有好处的。

在此情况下，在旁路管线中就不需要进行喂料。

优选计量泵仅在计量期间进行运转。

这样做的好处是可节省能量并且是可能的，因为与计量泵相连的作业线系统在注射之前通过成分或部件中有效的内含物循环通过计量泵来进行真正的调节。

另一方面，计量泵在作业期间连续的运转，可逆阀在计量作业开始时要进行换向，然后从前面的反向位置朝混合腔打开。可是，在此情况下计量泵由于持续不断的运转会增加它的磨损量。

由至少一种异氰酸酯成分和至少一种多元醇成分通过通常所说的注射方式在模具中生产聚氨酯模制品的新设备包括下面的各个部件：

a)一个储料容器；

b)一个喂料管线从储料容器经一计量装置和一可逆阀通向一混合装置，计量装置中的至少一个要含有一个计量泵，

c)从可逆阀返回到储料容器中的一个环流管道，其中

d)计量泵在注射期间通过可逆阀与混合装置相连，

和一位于混合装置下游端的模具以及用于阀和泵的控制装置。此外，本发明的改进包括：

e)一安装在计量泵上游端的预压泵，该计量泵在作业期间连续地运转；

f)通向计量泵的喂料管线的支管与包覆计量部件的壳体的中间空间相连通并且从该壳体汇总到回管中。

在本发明中有一隐含的先决条件，那就是常用的截流阀或节流阀可任意地配置在重要的管线中，以便使尽可能多的或全部上述的方法的变型均可用新的设备实现。在这里作业线系统要设计成使生产能力最大化并且可调节节流阀以用来优化生产过程。当需要时，截流阀和节流阀可人工进行调节。但是通常在开动期间要对设备进行调节而后借助控制装置实现生产过程的自动运转，优选要依据由一系列独立而连续的工艺步骤所表示的预定程序进行。泵和任选的混合装置的控制活塞以相同的方式进行连接，以便他们可通过控制装置进行控制。

根据该新设备的一个优选的实施方案，对计量泵进行分流的旁路管线从通向计量泵的喂料管线处进行分支并合并到喂料管线。

此外，对于上述选择的工艺步骤，在一个实施方案中，优先选用截流阀和/或节流阀。

计量泵优选包括一齿轮泵，螺旋泵或高速轴向往复泵或径向往复泵，这些泵通常是已知的。重要的是该计量泵要有一计量部件，该计量部件被一壳体所包围着，所形成的中间空间配有支管的喂料口和排出口。在通常的计量泵中是将这一中间空间作为泄漏物的收集空间并设置有排料口。因此，其功能可发生转变。

按照泵调节的新观念，将配有一壳体的已知的往复计量装置付诸于使用也是可能的，这样，主要包括一个活塞和汽缸的往复计量装置形成计量部件，该计量部件包覆在壳体中，留出的中间空间配置有一支管的喂料和排出口。可是，这种在技术上真的具有优势并且是可能的实施方案因其成本的原因可能在现实中被否决。

在附图中以图解的形式完全的表示出了本发明的新设备并在下面作了更加详细地说明。在这里构成的新设备可按照尽可能多的工艺变型进行运转。在附图中：

在可能的地方，在两图中使用同一参考符号表示同一部件。

在图1中，喂料管线3是用于将成分A(例如，异氰酸酯)经预压泵4和止逆阀5从与温控装置1相连的储料容器2中导向计量泵6(见图2)。喂料管线7(也含有一个止逆阀8)从计量泵6通向可逆阀10，该可逆阀10紧邻混合装置9的上游端设置并构成为一个三向阀。一环流管道11从可逆阀10返回到储料容器2中。对计量泵6进行分流并具有一截流阀12的旁路管线13从喂料管线3处在止逆阀5和计量泵6之间进行分支并最终合并成管线7。此外，支管14在计量泵6的上游端进行分流(见图2)并且通向在计量部件52和计量泵6的壳体57之间形成的空间58中，从计量泵6经配置有减压阀15的回管16流入环流管道11。另一个旁路管线17从喂料管线7处对止逆阀8的下游端进行分流并经截流阀18合并到环流管道11中。预压泵4，计量泵6和可逆阀10经脉冲线路19，20，21与控制装置22相连。另外，脉冲线路23，24将控制装置22与截流阀12和截流阀18连接在一起。一模具(未示出)设置在混合装置9的出口25处。

成分B(例如，多元醇)同样储存在配有温控装置26的储料容器27中。喂料管28从储料容器27经喂料泵29和止逆阀30通向带有计量活塞32的液压驱动的往复计量装置31中。喂料管33从往复计量装置31经可调节的止逆阀34通向可逆阀35，该可逆阀35设置在混合装置9的上游端并且在结构上与可逆阀10相当。旁路管线36从喂料管33经截流阀37通向环流管道38中，该环流管道38从可逆阀35处返回到储料容器27中。控制装置22经脉冲线路39，40，41，42与喂料泵29，往复计量装置31，可逆阀35和截流阀37相连接。

在图2中，计量泵6包括一个计量部件52，该计量部件52被包围在一包套51中并且在其转子53上安装有几个计量活塞54。喂料管线3结合到该计量部件52的一个吸收腔55，在计量期间，计量活塞54将制成可使用的成分A计量输入压力腔56中，喂料管线7从压力腔56中带走该成分。支管14汇总到存在于计量部件52或其包套51与计量泵6实际的壳体57之间的空间58中，从该空间58，回管16带走成分并经溢流阀15汇总到环流管道11中。

用按照图1和图2的设备，可以实现很多工艺，其中之一进行如下：

在相对来说长时间的停止后，例如在一整夜停止后，首先需要进行几分钟的预调节以达到运转状态。当进行了预调节的设备达到了运转状态时，设备在运行过程中就由可重复的停歇时间段和计量时间段(注射时间)所组成。

在停歇期间，预压泵4经喂料管线3和支管14将部分温控的成分A输送到固定式计量泵6的空间58中并经回管16和环流管道11回到储料容器2中。另一部分经旁路管线13输送到喂料管线7中，经止逆阀8，可逆阀10并进一步经环流管线11回到储料容器2中。在这一过程中，喂料泵29将成分B通过往复计量装置31，可后退的计量活塞32，经喂料管线33的止逆阀34和可逆阀35并经环流管线38输送回储料容器27中。通过这种运转方式，设备在停歇期间就会保持在它所调节好的运转压力和运转温度下。

当注射还没有进行时，计量泵6经脉冲线路20接受指令开始运转，同时旁路管线13的截流阀12和旁路管线17的截流阀18就处于闭合状态。已制成可使用的一些成分A仍要经支管14穿过计量泵6中的空间58经回管16输送回储料容器2中。可是，现在计量泵6将剩余部分的成分经喂料管7和环流管道11输送回储料容器2中。在几秒钟后，在系统中已形成好了注射条件，可逆阀10接收到指令向混合装置9打开。计量泵6现在在控制装置22所规定的时间内向混合装置9计量输入所注射的量。

设备中的成分B也是以相同的方式运行。喂料泵29接收到停止的指令，同时截流阀37关闭了旁路管线36。之后，计量活塞32将成分B输送到喂料管线33中并经可逆阀35输送到环流管道38最后到达储料容器27中。同时，当可逆阀10换向时，可逆阀35也接收到朝混合装置9打开的指令，只要可逆阀10处于换向状态，它就保持完全打开的状态，也就是说直到注射结束为止。很明显两种成分每边的指令必须彼此协调。

在注射后，可逆阀10，35收到换向的指令，特别是可逆阀10现在将喂料管7与环流管道11相连通；可逆阀35现在也以同样的方式将喂料管33与环流管道38相连通，以便各成分经环流管道分别输送回储料容器2，27中。计量活塞32收到指令开始后退。可是，在成分A这边，计量泵6同时收到不再继续运转的指令，并且在旁路管线13上的截流阀12打开以重新建立没有经过空间58那部分成分的循环。截流阀18和37均是打开的。在给定的停歇时间之后，下一个计量操作或注射的指令又从控制装置22发出。

虽然为了进行说明而对本发明作了上述详细地描述，但是可以理解这些细节的描述完全是为了进行说明的目的，除了权利要求所进行的限定外，本领域的技术人员对此所进行的各种改变都没有脱离本发明的精神和范围。

Claims (11)

1.以注射工艺生产聚氨酯模制品的方法，它包括如下的步骤：

a)同时将至少一种异氰酸酯成分与至少一种多元醇成分计量输入混合装置中；

b)在注射期间将所说的至少一种异氰酸酯成分与所说的至少一种多元醇成分以预定的量相互混合从而形成一混合物；和

c)将所说的混合物引入一模具中；其中在注射期间所说的至少一种异氰酸酯或多元醇成分计量输入到一带有计量泵的混合装置中，该计量泵包括一个计量部件和一个壳体，在停歇期间，所说的至少一种异氰酸酯或多元醇成分循环输送；其中所说的计量泵上游端的预压泵在整个运转期间运行并且输送着在计量期间比计量泵所要求的量大得多的所说的至少一种异氰酸酯或多元醇成分；至少一种异氰酸酯或多元醇成分的一部分要在整个操作过程中循环通过形成在所说的计量部件和所说的计量泵壳体之间的空间。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于在计量期间循环输送通过在计量泵中所说空间的已制成可使用的至少一种异氰酸酯或多元醇成分的量要比在停歇期间的量小。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于所说的制成可使用的至少一种异氰酸酯或多元醇成分的部分要在位于计量泵旁的旁路环线中循环。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于所说的制成可使用的至少一种异氰酸酯或多元醇成分在停歇期间可全部送入所说的计量泵中的所说的空间。

5.根据权利要求3的方法，其特征在于所说的制成可使用的至少一种异氰酸酯或多元醇成分的一部分在停歇期间可在所说的旁路环线中循环。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于所说的计量泵仅在计量期间运转。

7.一种在模具中生产聚氨酯模制品的设备，它是由通常所说的注射方式由至少一种异氰酸酯成分和至少一种多元醇成分来生产的，该设备包括下面的部件：

a)一储料容器，

b)从所说的储料容器经计量装置和阀通向一混合装置的一喂料管线，所说的计量装置中的至少一个要含有一计量泵，

c)从所说的阀返回到所说的储料容器中的一环流管道，其中所说的计量装置在注射期间通过所说的阀与所说的混合装置相连，

d)一个在所说的混合装置下游端的模具和一个用于调节阀和泵的控制装置

其中在运转期间连续工作的预压泵设置在所说的计量泵的上游端，通向所说的计量泵的喂料管线的支管通到在所说的计量部件与所说的计量泵壳体之间形成的空间中并从该壳体处合并到回管中。

8.根据权利要求7的设备，其特征在于所说的阀是可逆阀。

9.根据权利要求7的设备，其特征在于对所说的计量泵进行分流的旁路管线从导向所说的计量泵的喂料管线上进行分流并与从所说的计量泵出来的喂料管线相合并。

10.根据权利要求7的设备，其特征在于由所说的控制装置控制的第二个阀位于所说的旁路管线中。

11.根据权利要求7的设备，其特征在于所说的计量泵包括齿轮泵，螺旋泵或高速轴向往复泵或径向往复泵。

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