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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
eines isolierenden Phenolkörpers.
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Üblicherweise
wird eine Phenolisolierschaumreaktantmischung durch die Reaktion
eines Phenolharzes und einer starken Säure, wie Schwefelsäure, hergestellt.
Ein Problem besteht darin, dass die Säure extrem korrodierend wirkt,
was zu ernsten Verarbeitungsproblemen bei der Bildung der Reaktantmischung
führt.
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Phenolharze
werden traditionell unter Verwendung von Niederdruckmischern, die
groß und
sperrig sind, gemischt. Diese Art von Mischern neigen aufgrund der
Reaktion zwischen dem Harz und der Säure dazu, zu verstopfen. Es
besteht Bedarf nach einem Mischer, der vergleichsweise leicht ist
und nicht die Probleme mit den Verstopfungen aufweist.
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Historisch
gesehen, wurde eine Anzahl von Versuchen unternommen, einen herkömmlichen
Hochdruckmischer für
Phenolschaumsysteme zu entwickeln. Diese Systeme umfassen einen
Hochdruckharzstrom und einen Hochdrucksäurestrom. Die Entwicklungen
scheiterten aufgrund der korrodierenden Eigenschaft der Säure im Hinblick
auf die sehr engen Konstruktionstoleranzen, die für die Funktion
der herkömmlichen
Systeme erforderlich sind. Des Weiteren führt die Inkompatibilität hinsichtlich
der Viskosität
zwischen dem viskosen Phenolharz und der Säure mit geringer Viskosität zu einer
schlechten Vermischung. Die Gesundheits- und Sicherheitsauflagen,
die die Verwendung der Säure
bei sehr hohem Druck einschränken,
machen diesen Entwurf ebenso nicht wünschenswert.
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Diese
Erfindung ist darauf gerichtet, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung eines Phenolisoliermaterials bereitzustellen, durch
welches diese Probleme überwunden
werden.
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Ausführungen zur Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren zur Herstellung eines isolierenden Körpers bereitgestellt, das folgenden
Schritt umfasst: Hochdruckaufprallmischen eines flüssigen Hochdruckphenolharzstroms,
der unter einem Druck von mindestens 100 Bar steht, und eines Niederdruckstroms,
der unter einem Druck von weniger als 20 Bar steht, um eine Phenolisolierschaumreaktantmischung
zu bilden. Der Niederdruckstrom umfasst bevorzugt einen Säurestrom.
Ein Treibmittelstrom kann durch einen Niederdruckkanal eingebracht
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
steht der Phenolharzstrom unter einem Druck von wenigstens 125 bar,
bevorzugt von mehr als 140 bar, am besten von mehr als 170 bar und
am besten unter einem Druck von 170 bis 190 bar.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
steht der Niederdruckstrom unter einem Druck von weniger als 10
bar und am besten von 3 bis 10 bar. Am besten wird der Niederdruckstrom
in den Phenolharzstrom durch eine Öffnung gesaugt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Verfahren den Schritt des Aufteilens des Phenolharzstroms
in wenigstens zwei Ströme,
die zueinander gerichtet sind, und wobei der Niederdruckstrom zwischen
die Hochdruckströme
gesaugt wird.
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In
einer Ausführungsform
umfasst das Verfahren den Schritt des Durchlüftens der Mischung, bevorzugt
durch Einleiten eines Luftstroms für das Mischen mit dem flüssigen Hochdruckphenolharzstrom
und dem Niederdruckstrom.
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Bevorzugt
wird der Luftstrom während
des Aufprallmischens des flüssigen
Hochdruckphenolharzstroms und des Niederdruckstroms eingeleitet.
Bevorzugt steht der Luftdruck unter einem Druck von 3 bis 8 bar.
Typischerweise beträgt
die Luftdurchflussmenge 50 bis 150 cm3/min
bei einem Druck von 6 bar.
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Gemäß einem
Aspekt umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: Ablegen der
flüssigen
Phenolschaumreaktanten auf einem ersten Substrat; Auftragen eines
zweiten Substrats über
die flüssigen
Schaumreaktanten; und Erwärmen
der Substrate und der Reaktanten, um den Phenolschaumreaktanten
zu ermöglichen,
sich auszudehnen und einen isolierenden Kern zwischen den Substraten
zu bilden.
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Gemäß einem
Aspekt wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer
isolierenden Platte bereitgestellt, das folgende Schritte umfasst:
Kontinuierliches
Befördern
eines ersten Substrats entlang eines Flachbetts;
Bilden eines
flüssigen
Phenolschaumreaktantstroms durch ein erfindungsgemäßes Verfahren;
Ablegen
der flüssigen
Phenolschaumreaktanten auf dem ersten Substrat;
Kontinuierliches
Führen
eines zweiten Substrats über
die flüssigen
isolierenden Schaumreaktanten;
Erwärmen der Substrate und der
Phenolschaumreaktanten, so dass sich die Reaktanten ausdehnen und
ein isolierender Kern zwischen den Substraten gebildet wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
werden die flüssigen
Phenolschaumreaktanten auf dem Substrat über einen Ablegestocher abgelegt.
In diesem Fall beinhaltet das Verfahren bevorzugt den Schritt des Bewegens
des Ablegestochers relativ zum Substrat.
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In
einer Ausführungsform
ist wenigstens eines der Substrate ein elastisches Substrat.
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Wenigstens
eines der Substrate kann ein nicht-elastisches Substrat, wie eine
Metallhaut, sein.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
einer isolierenden Platte bereit, das folgende Schritte umfasst:
Einleiten
eines Phenolharzstroms in einen Aufprallmischkopf und gleichzeitiges
Einleiten eines Niederdruckstroms in den Phenolharzstrom bei einem
niedrigen Druck von weniger als 20 bar im Verhältnis zu dem hohen Druck von
mindestens 100 bar des Phenolharzstroms;
Ablegen der somit
gebildeten flüssigen
Phenolisolierschaumreaktantmischung auf einem Substrat; und
Erwärmen der
Reaktantmischung in einem Ofen, um den Phenolschaumreaktanten zu
ermöglichen,
sich auszudehnen, um einen isolierenden Kern zu bilden.
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Der
Niederdruckstrom umfasst bevorzugt einen Säurestrom. In einer anderen
Ausführungsform
der Erfindung umfasst der Niederdruckstrom einen Treibmittelstrom.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Verfahren das Einleiten eines Luftstroms in den Aufprallmischkopf
während
des Einleitens des Phenolharzstroms und des Niederdruckstroms.
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Bei
einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine Vorrichtung zur
Bildung eines Phenolisolierschaumreaktanten bereit, die einen Aufprallmischkopf
zum Bilden einer Phenolisolierschaumreaktantmischung umfasst, wobei
der Aufprallmischkopf Folgendes umfasst: mindestens einen Hochdruckeinlass
für einen
Phenolharzstrom, der unter einem Druck von mindestens 100 Bar steht,
sowie einen Niederdruckeinlass, durch den ein Niederdruckstrom mit
weniger als 20 Bar, wie etwa eine Säure und/oder ein Treibmittel,
zum Aufprallmischen mit dem Phenolstrom gesaugt wird. Bevorzugt
umfasst der Mischkopf wenigstens zwei Hochdruckeinlässe, die
zueinander gerichtet sind. Es können
zwei Niederdruckeinlässe
vorhanden sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Vorrichtung einen Lufteinlass zum Einleiten von Druckluft
in den Aufprallmischkopf während
des Mischens eines Phenolharzstroms und eines Niederdruckstroms.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die
Erfindung wird durch die nachfolgende Beschreibung, die lediglich
beispielhaft sein soll, besser verstanden werden, wobei:
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1 eine
perspektivische Teilexplosionsansicht eines Mischkopfs ist, der
in der Erfindung verwendet wird;
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2 eine aufgeschnittene Ansicht des Mischkopfs
aus 1 ist,
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3 eine
Seitenansicht des Mischkopfs ist;
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4 eine
Aufsicht des Mischkopfs ist;
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5 eine
Querschnittsansicht des Mischkopfs ist; und
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6 Ansichten
eines in dem Mischkopf verwendeten Gewindestifts sind.
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Detaillierte Beschreibung
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Die
Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines isolierenden
Körpers,
wie etwa einer isolierenden Platte bereit, bei dem ein Hochdruckphenolharzstrom
unter Aufprallmischen mit einem Niederdruckstrom gemischt wird,
um eine Phenolisolierschaumreaktantmischung zu erzeugen.
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Im
Folgenden wird auf die Figuren Bezug genommen; darin ist ein Mischkopf 1 dargestellt,
der in der Erfindung verwendet wird. Der Mischkopf 1 ist
typischerweise ein Edelstahlblock mit einem ersten Hochdruckeinlasskanal 2 und
einem Hochdruckeinlasskanal 3, die gegeneinander ausgerichtet
sind. Beide Kanäle 2, 3 sind
mit einem Phenolharzstrom verbunden, der unter einem Druck von wenigstens
100 bar, bevorzugt von wenigstens 125 bar, bevorzugt von mehr als
140 bar, am besten von 170 bis 190 bar, typischerweise von 180 bar
steht. Somit sind die zwei Ströme
aus einem Phenolharz unter Hochdruck aufeinander ausgerichtet und prallen
in einer Aufprallmischkammer 5 in dem Mischkopf aufeinander.
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Der
Mischkopf 1 hat einen Niederdruckeinlasskanal 6,
der mit einem Niederdruckstrom bei einem Niederdruck von weniger
als 20 bar, bevorzugt weniger als 10 bar, am besten von 3 bis 10
bar und typischerweise etwa 5 bar, verbunden ist. Der Einlasskanal 6 verläuft rechtwinklig
zu den Phenolharzkanälen 2, 3 und
der Niederdruckstrom wird in die Kammer 5 gesaugt und wird
unter Aufprallmischung mit den Hochdruckphenolharzströmen gemischt.
Die Phenolisolierschaumreaktantmischung tritt aus der Mischkammer über einen
Auslass 7 aus.
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Der
Auslass 7 ist in diesem Fall durch ein Winkelstück 8 mit
einem länglichen
Ablegestocher 10 mit mehreren axial beabstandeten, nach
unten gerichteten Auslasslöchern
versehen, aus denen Ströme 12 aus flüssigem Schaumreaktanten
austreten. Typischerweise wird der Stocher 10 quer über ein
Substrat bewegt, während
das Substrat kontinuierlich unterhalb des Stochers 10 bewegt
wird, um eine gleichmäßige Versprühung des
Phenolreaktants über
die Länge
und Breite des Substrats zu erreichen. Ein am Mischkopf 1 angebrachter
Befestigungswinkel 15 wird an einer Verschiebebühne befestigt,
welche den Stocher 11 vor und zurück über das Substrat bewegt.
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In
diesem Fall weist der Mischkopf einen Drucklufteinlasskanal 20 auf,
durch den Druckluf bei einem Druck von 3 bis 8 bar eingeleitet wird.
Typischerweise beträgt
der Luftfluss 50 bis 150 cm3/min bei 6 bar.
Solch ein Luftstrom durchlüftet
die Mischung und verbessert die Schaumqualität.
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Es
ist auch ins Auge gefasst, dass die Mischung beispielsweise durch
Verwendung einer in Reihe geschalteten Belüftungsvorrichtung oder heftiges
Mischen im Vorratstank belüftet
wird. Wir haben jedoch herausgefunden, dass es am bequemsten und
effektivsten ist, Druckluft in die Mischkammer einzuleiten.
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Der
Niederdruckstrom weist am besten einen Säurestrom auf. Der Niederdruckstrom
kann auch einen Treibmittelstrom aufweisen, der über einen separaten Einlass
eingeführt
und mit der Säure
vor dem Kontakt mit dem Hochdruckstrom vorgemischt werden kann.
Die Einleitung des Treibmittels auf diesem Weg verbessert die Kontrolle
des Schaumbildungsprozesses und erleichtert die Anpassung während der
Herstellung. Dies kann zu einer verbesserten Schaumqualität beitragen,
die sich durch eine feine Zellstruktur deutlich in Erscheinung tritt.
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Das
Harz wird über
Einspritzdüsen 15 zugeführt. Jede
Einspritzdüse 15 wird
von einem Halter 16 getragen, der in eine Bohrung 17 im
Mischkopf 1 eingeschraubt wird. Jeder Halter 16 weist
einen Einlass 18 für das
Harz und einen Schmierkanal 19 auf. Der Druck wird durch
Bewegen einer Einstellschraube, die von einer Kappe 30 bedeckt
ist, eingestellt. In den Niederdruckeinlass ist ein Gewindestift 35 (6)
eingepasst, der eine Düse
von typischerweise 1,5 mm oder 3 mm aufweist, durch den der Niederdruckstrom
in die Mischkammer 5 geleitet wird. Der Mischkopf 1 weist einen
zusätzlichen
Niederdruckstromeinlasskanal 6a auf, der beispielsweise
für die
Einleitung eines Treibmittels verwendet werden kann. Das Treibmittel
kann einem Harzvorratstank, in den Harzstrom oder unmittelbar dem
Mischkopf über
den Einlass 6a zugegeben werden.
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Die
Säure wird
mit dem Phenolharzstrom in dem Mischkopf durch das Hochdruckaufprallmischen
gemischt. Somit wird die Verweildauer der Säure im Mischkopf minimiert
und den korrodierenden Eigenschaften der Säure entgegengewirkt, da kein
separates, drehbares Mischelement erforderlich ist. Da die Säure und
das Phenolharz mitlaufend gemischt werden, ist der Mischkopf vergleichsweise
leicht und kann unmittelbar an einer Ablegevorrichtung, wie einem
Stocher, angebracht werden. Am wichtigsten ist, dass die Strecke,
entlang der die Reaktantmischung vor dem Ablegen strömt, minimiert
ist. Daher befindet sich die Reaktantmischung beim Ablegen in einem
sehr frühen
Stadium der Aufschäumreaktion
und kann einfach kontrolliert werden.
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Das
Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung kann bei der batchweisen,
halbkontinuierlich und, was am wichtigsten ist, bei der kontinuierlich
basierten Herstellung von Phenolisolierkörpern in beliebig gewünschter
Form verwendet werden. Die Erfindung kann bei der Herstellung von
Phenolisolierplatten mit oder ohne Verkleidungen verwendet werden.
Die Verkleidungen, wenn vorhanden, können entweder elastisch oder unelastisch
sein. Es kann eine elastische Verkleidung auf einer Seite und eine
unelastische Verkleidung auf der gegenüberliegenden Seite vorhanden
sein.
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Zur
kontinuierlich basierten Bildung einer Phenolisolierplatte wird
typischerweise ein erstes Substrat entlang eines Flachbetts befördert. Flüssige Phenolschaumreaktanten
werden auf das erste Substrat abgelegt und ein zweites Substrat
wird kontinuierlich über
die flüssigen
Isolierschaumreaktanten geführt.
Die Substrate und die Phenolschaumreaktanten werden erwärmt, um
den Reaktanten das Expandieren zu ermöglichen und um einen isolierenden
Kern zwischen den Substraten zu bilden.
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Diverse
Verfahrensverbesserungen können
adoptiert werden, um die Qualität
der so gebildeten Platten zu verbessern. Solche Verbesserungen sind
in UK-A- 2 343 654 beschrieben.
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Beispiel 1
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Eine
Phenolschaummischung wurde aus dem Folgenden hergestellt:
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Gewichtsteile
Output kg/min Misch-Gewicht
(kg)
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Das
Harz stammt von Borden Chemicals. 141b stammt von A-Gas. PF5050
ist Perfluorpentan von 3M. Phencat 38 ist Phenolschwefelsäure von
Libra Chemicals.
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Ein
durchlüfteter
Phenolharzstrom mit einer Temperatur von 22,8 °C wurde in zwei aufgespalten
und die Ströme
wurde in zwei separate Einlässe
eines Aufprallmischkopfs, wie zuvor beschrieben, eingeleitet. Eine Harzpumpe
wurde mit 80 Hz betrieben und der Harzleitungsdruck zum Einlass
betrug 174 bar beziehungsweise 169 bar.
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Ein
Säurestrom
mit Umgebungstemperatur wurde durch eine mit 66 Hz betriebene Säurepumpe
gepumpt und in den Mischkopf bei einem Druck von 3 bar befördert.
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Die
Schaummischung durch über
einen Ablegestocher befördert.
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Eine
Dach- und Wandplatte wurde durch Zuführung einer externen, profilierten
Metallfolie zu einem Ablagebett hergestellt. Die Schaummischung
wurde auf der Folie unter Verwendung des sich quer bewegenden Stochers
abgelegt.
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Die
Rückenschale
wurde dann aufgebracht und die so gebildete Verbundplatte wurde
gehärtet.
Die Dichte des Schaums betrug 67,91 kg/m3.
Die Platten waren von guter Qualität. Die Zellstruktur war sehr
fein und die physikalischen Eigenschaften waren gut. Es gab keine
Hinweise auf Streifen oder Schlieren in der Schaumstruktur. Die
mittlere Druckfestigkeit betrug 0,28 N/mm2 und
das mittlere Druckmodul betrug 6,04 N/mm2.
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Beispiel 2
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Beispiel
1 wurde mit elastischen Aluminiumfolieverkleidungen unter Verwendung
variierender Lufteinspritzung in den Mischkopf, wie folgt, wiederholt:
Beide
Schäume
A und B hatten gute physikalische Eigenschaften.
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Beispiel 3
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Beispiel
1 wurde mit elastischen Aluminiumfolieverkleidungen ohne Durchlüftung, wie
folgt, wiederholt:
| J60/2300L(Kg/St) | 411 |
| Phencat
38 (1/St) | 69 |
| 141b/10%
PF5050 | 55 |
| Harztemperatur
(°C) | 18 |
| Emulsionstemperatur
(°C) | 26 |
| Harzeinspritzdüsendrücke (bar) | 170 |
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Der
so gebildete Schaum hatte adäquate
physikalische Eigenschaften aber nicht so gute wie die des Beispiels
2.
| Lambda-Wert
(3 Tage bei 70 °C). | 0,0310 |
| Druckfestigkeit
(Kpa) | 66,7 |
| Dichte
(Kg/m3) | 36,8 |
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Beispiel 4
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Beispiel
2B wurde unter Verwendung lediglich einer Harzeinspritzdüse wiederholt,
wobei alle anderen Parameter gleich blieben. Der erhaltene Schaum
wies die folgenden Eigenschaften auf:
| Lambda-Wert
(3 Tage bei 70 °C) | 0,0234 |
| Druckfestigkeit
(Kpa) | 89,9 |
| Dichte
(Kg/m3) | 36,5 |
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Der
Schaum hatte adäquate
physikalische Eigenschaften aber nicht so gute wie die des Beispiels
2. Die Erfindung ist nicht auf die hierin zuvor beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt,
die im Detail abgewandelt werden können.
