DE1141777B

DE1141777B - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung poroeser oder homogener Kunststoffartikel, insbesondere solcher auf Polyurethanbasis

Info

Publication number: DE1141777B
Application number: DEF14889A
Authority: DE
Inventors: Dr Erwin Weinbrenner; Karl Breer
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1954-06-04
Filing date: 1954-06-04
Publication date: 1962-12-27
Also published as: GB811110A; US2885268A; FR1132461A; NL90983C

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung poröser oder homogener Kunststoffartikel, insbesondere solcher auf Polyurethanbasis Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung poröser oder homogener Kunststoffartikel, insbesondere solcher auf Polyurethanbasis, wobei die zur Reaktion erforderlichen Nebenkomponenten, z. B. Polyisocyanate und Beschleuniger, quer zur Strömungsrichtung einer Hauptkomponente, z. B. eines Polyesters, dieser durch unter Druck vorgenommene Injektion mittels Düse in einer Mischkammer beigemischt werden.
Da die Reaktionskomponenten sofort nach der Mischung zu reagieren beginnen, muß die Vermischung schlagartig vorgenommen und die Verweilzeit im Mischraum möglichst abgekürzt werden.
Beim kontinuierlichen Ausstoß der Mischung aus der Mischkammer ist eine Verstopfungsgefahr im Mischraum nicht zu befürchten, da das Gemisch unter dem Strömungsdruck der Hauptkomponente laufend aus der Düse austritt. Sollen jedoch Einzel- oder Serienabfüllungen von Formen oder Hohlkörpern in dosierten Mengen vorgenommen werden, so ist dies mit dem oben angegebenen bekannten Verfahren nicht möglich, da ein Unterbrechen des laufenden Gemischstromes oder ein Abstellen des Zulaufes der Komponenten während der Fabrikation ein Verstopfen der eigentlichen Mischkammer zur Folge hat.
Bei Wiederanstellen des Zulaufes der Komponenten reicht der Strömungsdruck der Hauptkomponente nicht aus, um die Verstopfung zu beseitigen.
Diese Schwierigkeit wird nun dadurch behoben, daß erfindungsgemäß das Gemisch jeweils in gewünschter veränderbarer Menge in einem außerhalb der Mischzone der Kammer befindlichen Kammerraumteil aufgefangen wird, dann der Zufluß der Komponenten unterbrochen und das Gemisch aus der Kammer ausgestoßen wird. Eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens besteht aus einer zylindrischen Mischkammer mit hin und her gehenden Kolben und mit Zuflußöffnungen für die Komponenten sowie Bodenaustrittsöffnungen für das Gemisch. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einerseits mit einem mit einer Durchtrittsöffnung für die Kolbenstange versehenen Deckel und andererseits mit einem mittels eines Drehschiebers mit einer Querbohrung verschließbare Öffnungen enthaltenden Deckel versehen ist und der Kolben in der Nähe seines Bodens eine ringförmige Nut besitzt, von der in den Mischkammerraum unterhalb des Kolbens mündende Öffnungen ausgehen und in der Mischkammerwand eine mit der Nut des in seiner oberen Totpunktlage befindlichen Kolbens korrespondierende Zuflußöffnung für die Hauptkomponente sowie bei dieser oder in der Nähe von dieser Kolben- lage in den Mischkammerraum unmittelbar unterhalb des Kolbens oder im Bereich der Kolbenbodenöffnungen mündende Zuflußleitungen für die Nebenkomponenten angeordnet sind.
Es ist schon bekannt, verschiedene Flüssigkeiten in einem geschlossenen zylindrischen Mischraum zu mischen, aus dem das Mischgut durch einen Kolben ausgestoßen wird. Die Vermischung der Komponenten erfolgt im Zylinderraum, z. B. mittels eines Stoßrührers bei großer Verweilzeit und somit erheblicher Verstopfungsgefahr bei reaktionsfähigen Gemischen, während im Gegensatz hierzu gemäß der Erfindung das innerhalb einer begrenzten Zone schlagartig durch Injektion hergestellte, fertig homogenisierte Gemisch im Raumteil außerhalb der Mischzone laufend aufgefangen und, wenn es in gewünschter Menge vorhanden ist, sofort aus dem Auffangraum ausgestoßen wird.
Der Drehschieber für den Gemischauslaß ist erfindungsgemäß mit einem Kommandogerät für die Injektionspumpen gekoppelt. Der Ausstoß der aufgefangenen Gemischmenge erfolgt, wenn der Zustrom der Hauptkomponente vom sich bewegenden Kolben selbst und der Zustrom der Nebenkomponente über das Kommandogerät verschlossen ist.
Ohne während der Fabrikation ein Verstopfen der Mischkammer befürchten zu müssen, ist es auf diese Weise möglich, sowohl in raschen hintereinander erfolgenden Impulsen eine intermittierende Austragung kleiner Mengen von Mischgut vorzunehmen als auch größere Mengen in rhythmischer Folge auszutragen.
Eine der Mischkomponenten, z. B. die Hauptkomponente, wird bezüglich der Menge so gesteuert, daß eine zwischen Vorratsbehälter und Mischkammer geschaltete Dosierpumpe sich fortlaufend in Bewegung befindet, wobei der Zulauf zur Mischkammer rhythmisch durch die Kolbenstellung geöffnet oder geschlossen wird. Bei geschlossenem Zulauf erfolgt über ein auf bestimmten Druck eingestelltes Üb erströmventil der Rücklauf in den Vorratsbehälter. Die auf diese Weise gesteuerte Komponente dient gleichzeitig als Spülmedium. Eine andere Form eines geeigneten Zulaufs dieser Komponente zur Mischkammer besteht darin, daß der Zulauf in eine am Kolben befindliche Ringnut erfolgt.
Weitere Mischkomponenten werden mittels Druckinjektion in die Mischkammer eingedüst. Die Druckinjektion kann z. B. durch Anwendung von ein- oder mehrstufigen hochtourigen Kolbenpumpen erfolgen, welche dosierte Injektionsstöße mit hohem Rhythmus erzeugen. Die Regelung für einen mengenmäßig begrenzten Zulauf der Komponenten in die Mischkammer erfolgt durch ein zeitlich gesteuertes Kuppelsystem, z. B. durch Magnetkupplung, welche über ein Kommandogerät gesteuert wird und hierbei zeitlich die Regelstange der Pumpen verstellt.
Mit dem Ein- und Ausschalten der Regelung der Dosierungspumpen erfolgt im selben Rhythmus, über das elektrische Kommandogerät gesteuert oder andere mechanische Prinzipien, ein Öffnen oder Schließen des Ausstoßventils bzw. der Ausstoßöffnung der Mischkammer. Ausführungsformen des Mischkammerverschlusses können darin bestehen, daß z. B. Walzenschieber, Flachschieber, Drehschieber zur Anwendung kommen. Bei schwierig mischbaren Komponenten ist es zweckmäßig, ein zusätzliches Rühren in der Mischkammer vorzunehmen.
Zu diesem Zweck wird der Ausstoßkolben rotierend ausgeführt. Als Rührer können im Kolben versenkbare Stifte oder andere Organe angebracht werden, die bei der Abwärtsbewegung zum Ausstoß des Mischgutes in den Kolben zurücklaufen, wodurch der Kolben in der Lage ist, das Mischgut des ganzen Mischraumes auszustoßen.
Eine weitere Möglichkeit des Rührens besteht durch Anwendung eines Gas- oder Luftstromes, der vorzugsweise tangential das Mischgut durchwirbelt.
Für die Zuführung der zu füllenden Formen kann eine karussellförmige Anordnung oder ein Fließband verwendet werden, wobei wiederum, über das Kommandogerät gesteuert, im Rhythmus des Mischungsausstoßes die Vorwärtsbewegung der zu füllenden Formen erfolgt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.
Abb. 1 zeigt die Gesamtanlage; Abb. 2 stellt einen Längsschnitt durch die zylinderförmige Mischkammer dar, und Abb. 3 ist ein Querschnitt durch diese Mischkammer in Linie a-b der Abb. 2.
Die Hauptkomponente, z. B. ein Polyester, wird aus dem Behälter 1 mittels der Zahnradpumpe 2 über die Leitung 3 der Dosier- und Mischvorrichtung bzw.
-kammer 4 zugeführt. Gleichzeitig werden die in den Behältern 5 und 6 befindlichen Reaktionsflüssigkeiten, z. B. Polyisocyanate und Aktivator, mittels der Hochdruckpumpen 7 und 8 über die Leitungen 9, 10 und 11 der Dosier- und Mischvorrichtung 4 zugeführt. Diese Dosier- und Mischvorrichtung besteht, wie aus Fig. 2 und 3 hervorgeht, aus einem Zylinder, der aus den Ringteilen 12, 13 und 14 besteht. Ringteil 12 ist der obere Zylinderring, der mit einem Verschluß deckel 15 versehen ist, durch den eine Kolbenstange 16 führt, welche ihrerseits mit dem hydraulisch angetriebenen, hin und her beweglichen Kolben 17 und andererseits mit dem hin und her beweglichen Ausstoßkolben 18 verbunden ist. Ringteil 13 des Zylinders enthält den Einlaßschlitz 19 sowie die Bohrung 20, die in das Innere des Zylinders münden.
Einlaßschlitz 19 dient zur Zuführung der Hauptkomponente, z. B. eines Polyesters, und die Bohrungen 20 zur Zuführung für die übrigen Reaktionskomponenten. Ringteil 14 des Zylinders trägt einen mit Ausstoß öffnungen versehenen Verschlußdeckel 21, in der ein die Ausstoßoffnungen beaufschlagender Drehschieber 22 angeordnet ist. Der hin und her gehende Ausstoßkolben 18 ist in der Nähe seines Bodens mit einer Ringnut23 ausgestattet, die durch Bohrungen 24 mit dem Zylinderraum verbunden ist.
Der Einlaßschlitz 19, der an die Leitung 3 für die Hauptkomponente angeschlossen ist, ist im Ringteil 13 des Zylinders derart angeordnet, daß er sich in der oberen Totpunktlage des Ausstoßkolbens 18 in gleicher Höhe mit der Ringnut 23 des Kolbens 18 befindet, so daß bei dieser Kolbenstellung die Hauptkomponente durch den Schlitz 19 in die Ringnut 23 gelangen kann. In Hinblick auf diese Kolbenstellung ist die Bohrung 20 zur Aufnahme der Einspritzdüsen 25 für die übrigen Komponenten in der Nähe des Bodens des Kolbens 18 und der Verbindungsbohrung 24 angeordnet. Die Dosierung und Mischung der Komponenten geschieht in folgender Weise: Die durch den Schlitz 19 unter Druck zugeführte Hauptkomponente, z. B. ein Polyester oder ein Gemisch eines Polyesters mit einem Aktivator, tritt bei der oberen Totpunktlage des Kolbens 18 in die Ringnut 23 des Kolbens ein, füllt die Ringnut aus und strömt durch die Bohrung24 in den Zylinderraum unterhalb des Kolbens. Gleichzeitig werden durch die Einspritzdüsen 25 die übrigen Komponenten quer in die aus den Öffnungen 24 des Kolbens 18 austretenden Strahlen der Hauptkomponente vorzugsweise mit hoher Impulszahl eingespritzt, so daß sie sich mit der Hauptkomponente vermischen.
Die Zeitdauer der Einführung der Komponente kann, soweit es das Fassungsvermögen des Zylinderraumes zuläßt, beliebig eingestellt werden, indem der Schlitz für den Eintritt der Hauptkomponente durch eine Bewegung des Kolbens nach unten vom Kolben abgeschlossen wird und gleichzeitig die Injelction der Zusatzkomponente unterbrochen bzw. die Injektionsdüse von den Pumpen nicht mehr beliefert wird. Die zeitliche Belieferung der Injektionsdüsen wird durch Verschließen der Auslässe der Pumpen 7 und 8 mittels einer für alle Pumpen gemeinsamen Verriegelungsstange26 bewirkt. Die Betätigung der Verriegelungsstange 26 erfolgt elektromagnetisch über ein Kommandogerät27, das gleichzeitig beim Verschließen der Pumpenauslässe und bei Beginn der Abwärtsbewegung des Ausstoßes des Kolbens 18 den Drehschieber 22, der in der unteren Verschlußkappe 21 des Zylinders angeordnet ist, öffnet, indem die Querbohrung 28 des Drehkörpers 22 mit den Bohrungen 29 und 30 des Verschlußdeckels 21 in Übereinstimmung gebracht wird. Durch die Bohrungen 28, 29 und 30 wird das im Zylinderraum unterhalb des Kolbens 18 befindliche Mischgut vom sich abwärts bewegenden Kolben 18 ausgestoßen, um in eine Form 31 zu gelangen. Der Mechanismus für die Förderung der Formen 31 kann über das Kommandogerät 27 im Rhythmus der Arbeitsweise des Systems gesteuert werden.
Die mittels der Pumpe 2 kontinuierlich geförderte Hauptkomponente wird bei dem infolge der Abwärtsbewegung des Kolbens erfolgten Abschluß der Schlitzdüse 19 über das Überströmventil 32 und über die Rücklaufleitung 33 in den Vorratsbehälter 1 zurückgefördert. Die Zuführung der Hauptkomponente kann auch im Takte des Kolbens im Auf- und Niedergang, z. B. Hin- und Hergang, diskontinuierlich durch Steuerung der Pumpe 2 erfolgen, so daß sich dann die Umgehungsleitung erübrigt.
Die Zeiten zwischen Füllen, Mischen und Ausstoßen im Zylinder sollen zweckmäßig so kurz gehalten werden, daß etwa im Zylinder, insbesondere in der Kolbenringnut zurückbleibende Gemische von der nächstfolgenden Ladung noch mit herausgespült werden können.
Beispiele Mit Hilfe des Verfahrens und der Vorrichtung kann ausgeübt werden: 1. das Vermischen und der intermittierende Ausstoß zum Zwecke der serienmäßigen Herstellung von Fertigerzeugnissen von additionsfähigen Wasserstoff enthaltenden Polyestern mit Diisocyanaten unter Injektion von Katalysatoren zum Zwecke der Schaumherstellung; 2. das Vermischen und der intermittierende Ausstoß zum Zwecke der serienmäßigen Herstellung von Fertigerzeugnissen von Polyestern mit Diisocyanaten, wie sie zur Herstellung von Polyurethan-Elastomeren geeignet sind zum Zwecke der Herstellung von Artikeln nach dem Gießverfahren; 3. das Vermischen und der intermittierende Ausstoß zum Zwecke der serienmäßigen Herstellung von Fertigerzeugnissen durch Vermischen von ungesättigten Polyesterharzen mit Styrol und Benzylperoxydpasten.

Claims

PATENTANsPRÜCHE: 1. Verfahren zur Erzeugung poröser oder homogener Kunststoffartikel, insbesondere solcher auf Polyurethanbasis, bei dem die zur Reaktion erforderlichen Nebenkomponenten sowie Beschleuniger quer zur Strömungsrichtung einer Hauptkomponente dieser durch unter Druck vorgenommene Injektion mittels Düse in einer Mischkammer beigemischt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch jeweils in gewünschter veränderbarer Menge in einem außerhalb der Mischzone der Kammer befindlichen Kammerraumteil aufgefangen wird, dann der Zufluß der Komponenten unterbrochen und das Gemisch aus der Kammer ausgestoßen wird.
2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer zylindrischen Mischkammer mit hin und her gehendem Kolben und mit Zuflußöffnungen für die Komponenten sowie Bodenaustrittsöflnungen für das Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (4) einerseits mit einem mit einer Durchtrittsöffnung für die Kolbenstange (16) versehenen Deckel (15) und andererseits mit einem mittels eines Drehschiebers (22) mit einer Querbohrung (28) verschließbare Öffnungen (29, 30) enthaltenden Deckel (21) versehen ist und der Kolben (18) in der Nähe seines Bodens eine ringförmige Nut (23) besitzt, von der in den Mischkammerraum unterhalb des Kolbens mündende Öffnungen (24) ausgehen und in der Mischkammerwand eine mit der Nut des in seiner oberen Totpunktlage befindlichen Kolbens korrespondierende Zuflußöffnung (19) für die Hauptkomponente sowie bei dieser oder in der Nähe von dieser Kolbenlage in den Mischkammerraum unmittelbar unterhalb des Kolbens oder im Bereich der Kolbenbodenöffzungen(24) mündende Zuflußleitungen (20, 25) für die Nebenkomponenten angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (22) mit einem Kommandogerät (27) für die Injektionspumpen gekoppelt ist.
4. Vorrichtung nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (18) zusätzlich drehbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Kolbenboden herausragende, im Kolben (18) versenkbare Rührer angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 901 471; französische Patentschrift Nr. 351 245; britische Patentschriften Nr. 208 800, 302745.