EP2411198A1 - Sandwich-verbundelemente - Google Patents

Sandwich-verbundelemente

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Publication number
EP2411198A1
EP2411198A1 EP10709802A EP10709802A EP2411198A1 EP 2411198 A1 EP2411198 A1 EP 2411198A1 EP 10709802 A EP10709802 A EP 10709802A EP 10709802 A EP10709802 A EP 10709802A EP 2411198 A1 EP2411198 A1 EP 2411198A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
foam
head
production
casting rakes
mixing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10709802A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Köster
Horst-Uwe Jung
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Covestro Deutschland AG
Original Assignee
Bayer MaterialScience AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayer MaterialScience AG filed Critical Bayer MaterialScience AG
Priority to EP10709802A priority Critical patent/EP2411198A1/de
Publication of EP2411198A1 publication Critical patent/EP2411198A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/34—Auxiliary operations
    • B29C44/36—Feeding the material to be shaped
    • B29C44/46—Feeding the material to be shaped into an open space or onto moving surfaces, i.e. to make articles of indefinite length
    • B29C44/461—Feeding the material to be shaped into an open space or onto moving surfaces, i.e. to make articles of indefinite length dispensing apparatus, e.g. dispensing foaming resin over the whole width of the moving surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/027—Coating heads with several outlets, e.g. aligned transversally to the moving direction of a web to be coated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C39/00—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor
    • B29C39/14—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor for making articles of indefinite length
    • B29C39/16—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor for making articles of indefinite length between endless belts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/20—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles for articles of indefinite length
    • B29C44/30—Expanding the moulding material between endless belts or rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/34—Auxiliary operations
    • B29C44/36—Feeding the material to be shaped
    • B29C44/38—Feeding the material to be shaped into a closed space, i.e. to make articles of definite length
    • B29C44/44—Feeding the material to be shaped into a closed space, i.e. to make articles of definite length in solid form
    • B29C44/445—Feeding the material to be shaped into a closed space, i.e. to make articles of definite length in solid form in the form of expandable granules, particles or beads

Definitions

  • the invention relates to a device for optionally simultaneous and optionally uniform application of foaming reaction mixtures to a substrate, a process for producing intumescent reaction mixtures, an apparatus for producing sandwich Verbur.dettin and a method for producing foamed sandwich composite elements.
  • the distributor head is described in this context as lying behind the mixing head, then this is to be understood in relation to the flow direction of the material flowing through these two heads. Thus, first the mixing head and then only the distributor head are flowed through.
  • the mixing head can be designed as a dynamic mixer or as a static mixer and serves, in particular, for the intimate mixing of the respective component or of the mixture with the inert gas under elevated pressure.
  • the components After the entry of the inert gas, the components on their way to the distributor head or has the mixture of components on its way to the mixing head to an elevated pressure, which causes an increased discharge of the foaming reaction mixture.
  • the above product qualities are improved.
  • the Giesharken used according to the invention each have a tube-like shape and are each provided with holes, distributed over the entire Harkenin, and the holes are preferred way oriented so that they are at an angle of 75 ° to 105 °, more preferably at right angles (90 °) relative to the lower cover layer.
  • the feed of the reaction mixture into the casting rake takes place either at one end of the rake or in the middle or in an area in between.
  • the casting rakes are arranged transversely, in particular at a 90 ° angle to the production direction of the substrate stationary.
  • the stationary arrangement of the casting rake has the advantage that at the edges of the foam application there is no density compared to other areas of the foam application.
  • the foam application is continuously uniform over the entire width of the substrate.
  • a further preferred embodiment of the present invention consists in that the device comprises at least two, preferably at least three, more preferably three to eight, most preferably three or four equally sized and equal diameter hose lines of the same cross section attached to the distributor head. This ensures that the same amount of raw material per time is introduced into the respective casting rakes (at least two, preferably at least three, more preferably three to eight, most preferably three or four) and thus also applied to the substrate.
  • a distributor head is attached to the mixing head, in which the individual foaming components are mixed together.
  • This distributor head has, for example, at least two, preferably at least three, more preferably three to eight, most preferably three or four hose lines whose length, cross-section and material are preferably all the same.
  • This has the advantage that the foaming behavior of the still liquid reaction mixture at the subsequent impact with the lower cover layer at each impact point has progressed to the same extent, which leads to a particularly uniform foaming of the product produced.
  • This advantage is favored not only by the same length, cross section and material of the hose lines, but also by the fact that the entire mixture to be applied emerges from one and the same mixing head.
  • the hose lines can be arranged and fixed on a rigid frame arranged transversely to the production direction of the conveyor belt over the upper cover layer, in such a way that it optimally supplies the casting rakes with the reaction mixture and ensures uniform application over the width of the lower cover layer.
  • the hose lines and the casting rakes over the lower cover layer are advantageously at a height of 20 to 500 mm and are preferably arranged so that the reaction mixture is applied to the lower cover layer, so that no non-wetted areas between the individual application areas of the respective casting rakes on the lower Cover layer occur.
  • the discharge speed from the casting rakes is in particular 1 to 5 m / sec.
  • the mixing head and the distributor head together with the hose lines can be arranged and fixed in such a way that products can also be produced with a thickness falling in the transverse direction to the production direction of the conveyor belt or with constantly changing thickness ratios. This can be achieved essentially by appropriate configuration of the casting rakes. During foaming, these gaps between the holes close, so that in the desired manner irregular foaming in the height of the products is possible.
  • any known in the art mixing head can be used. However, these must be suitable for the foaming in particular of polyol component and isocyanate component for the production of polyurethane sandwich composite elements.
  • the chemically inert gas can be added to the reaction mixture in the mixing head or one or both reaction components in advance to prevent possible blockage of the hose lines.
  • the chemically inert gas is selected from the group of nitrogen, air, carbon dioxide and noble gases such as argon and helium. Instead of a gas, other components can be added to the reaction components.
  • These substances are selected by way of example from the group of graphite, polyurethane flour, melamine, quartz sand, Al 2 O 3 , talc and nanocomposites such as layered silicates, nanotubes, nanosand and are added to the reaction components, in particular in the mixing head.
  • the material of the distributor head may be selected from the same material as the casting rakes, in particular steel, stainless steel, aluminum and plastics. In any case, the selected material must withstand the usual pressures and temperatures in the range of 20 to 40 ° C prevailing in the mixing head.
  • the geometry of the distributor head is preferably selected so that the distance from the inlet of the distributor to the respective outputs of the hose lines to the holes of the casting rakes is the same length. Furthermore, it is advantageous if the cross section of the distributor head exits is identical for all distributor head outlets. On the other hand, the cross section of the distributor head entrance can be larger than the respective distributor head exits.
  • the application device according to the invention may be part of a further device which is used for the production of sandwich composite elements.
  • the production of polyurethane sandwich panels generally takes place in a continuous process.
  • the panels are produced endlessly on so-called double conveyor belts in thicknesses of usually about 20 to 240 mm. Thicknesses of less than 20 mm and over 240 mm are also possible.
  • Such a double conveyor belt usually consists of a circulating Upper belt for guiding the upper cover layer, a circumferential lower belt for guiding the lower cover layer, a feed device for the upper cover layer, a feed device for the lower cover layer, a molding section within which the polyurethane reaction mixture between the upper cover layer and the lower cover layer foams and reacts , a cutting device for the panel produced and a dosing station with a mixing head for applying the polyurethane reaction mixture to the lower cover layer.
  • a sandwich composite element is understood as meaning a composite element which is composed of at least two outer layers and a core layer located therebetween.
  • core layer all materials known to those skilled in the art can be used. Preference is given to fibreboards made of mineral fibers or rigid foam panels, such as polyurethane or polyisocyanurate (PIR) rigid foam, polystyrene foam, phenolic resin foam.
  • sandwich composite elements consist of at least two outer layers of rigid or flexible material and a core layer of a foam such as a rigid polyurethane foam.
  • PUR rigid foams are to be understood as meaning rigid foams based on polyurethane, polyurea and polyisocyanurate compounds.
  • rigid foams based on polyurethane and / or polyisocyanurate are preferably selected.
  • all compounds known to the person skilled in the art with NCO-containing compounds reactive toward OH compounds such as a) aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic, aromatic and heterocyclic polyisocyanates, preferably diphenylmethane diisocyanate (cf.
  • NCO prepolymers prepared from the reaction of polymeric MDI with aliphatic or aromatic polyether polyols or polyester polyols for example 1 to 4 hydroxyl-containing polyether polyols or polyester polyols having a number average molecular weight of 60 to 4000 is possible.
  • Combinations of the cover layers on the respective sides of the panel produced from the abovementioned materials are also suitable as cover layers.
  • the still liquid reaction mixture is applied to the lower cover layer (substrate) by means of the device according to the invention. carried.
  • the now slowly foaming reaction mixture is transported on the lower cover layer by means of a lower belt in the molding section, which is spanned by an upper and lower belt.
  • the foaming reaction mixture reaches the upper cover layer and thus bonds the two outer layers together.
  • the foam solidifies and, after passing through the molding section, is cut to length via a cutting device for cutting the panels thus produced into desired lengths.
  • the homogeneity of the surface is classified by the determination of the perturbation density.
  • the size of the bubble and the number of bubbles are determined on the foam upper side for a range in the size of 200 mm ⁇ 1000 mm and thus the disturbance density is defined as follows:
  • Example 3 Fouling density of the foam tops on metal composite elements produced with a device comprising a mixing head, a distributor head downstream of the mixing head, three hose lines attached to the distributor head and three stationary casting rakes for application of the mixture of raw materials to

Landscapes

  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Accessories For Mixers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gegebenenfalls gleichzeitigen und gegebenenfalls gleichmäßigen Auftrag aufschäumender Reaktionsgemische auf eine Substrat, ein Verfahren zur Herstellung aufschäumender Reaktionsgemische, eine Vorrichtung zur Herstellung von Sandwich- Verbundelementen sowie ein Verfahren zur Herstellung von geschäumten Sandwich-Verbundelementen.

Description

Sandwich-Verbundelemente
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gegebenenfalls gleichzeitigen und gegebenenfalls gleichmäßigen Auftrag aufschäumender Reaktionsgemische auf ein Substrat, ein Verfahren zur Herstellung aufschäumender Reaktionsgemische, eine Vorrichtung zur Herstellung von Sandwich- Verbur.delementen sowie ein Verfahren zur Herstellung von geschäumten Sandwich- Verbundelementen.
Es besteht seit langem der Bedarf an Vorrichtungen für die kontinuierliche Herstellung von Sand- wich-Verbundelementen bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten zur kontinuierlichen Herstellung von Sandwich- Verbundelementen sind bisher aus dem Stand der Technik oszillierende Mischköpfe bekannt. Hierbei führt der Mischkopf eine oszillierende Bewegung über die Breite einer unteren
Deckschicht aus und trägt das noch flüssige Reaktionsgemisch mittels einer Gießharke oder Zun- gen-/Löffeldüse, die im rechten Winkel zum Mischkopf und parallel zu unteren Deckschicht ange- ordnet ist, auf die untere Deckschicht auf.
Der Mischkopf ist an einer Führungsschiene, dem so genannten Portal, über der unteren Deckschicht befestigt und wird mit Hilfe von Elektromotoren beschleunigt und vor den Umkehrpunkten abgebremst. Die Verschäumungs-Rohstoffe werden dem Mischkopf über Schlauchleitungen zuge- führt. Des Weiteren führen teilweise Hydraulik- oder Pneumatikschläuche zum Mischkopf. Die Verschäumungs-Rohstoffe werden über Düsen in den Mischkopf eingebracht und vermischt.
Das Reaktionsgemisch fließt danach in die Gießharke und tritt an den regelmäßig angebrachten Bohrungen aus. Durch die Länge der Gießharke und deren Bohrungen, sowie der oszillierenden Bewegung des Mischkopfs, wird eine schräg zur Produktionsrichtung liegende Verteilung des Reaktionsgemisches erzielt.
Nach Aufbringung schäumt das Reaktionsgemisch auf und steigt bis zur oberen Deckschicht. Bei dem Aufschäumprozess verklebt es die beiden Deckschichten, bevor der Schaumstoff erstarrt und aushärtet.
Dieses Produktionsverfahren ist fertigungstechnisch hinsichtlich der Produktionsgeschwindigkeit limitiert. Auch wenn ausreichend starke Motoren, Führungsschienen, Schläuche, Mischköpfe und Gießharken oder ZungenTLöffeldüsen verwendet würden, würde das Reaktionsgemisch bedingt durch zu hohe Fliehkräfte an den Umkehrpunkten über die Kanten der Deckschichten hinausgetragen werden. Nach dem Stand der Technik können Produktionsgeschwindigkeiten von mehr als 15 m/min bei der kontinuierlichen Herstellung von Sandwich-Verbundelementen mit dieser Auftragstechnik nicht erreicht werden.
Hinlänglich bekannt ist die Technik, mittels stehender Mischkopftechnologie und starren Austritt- Systemen die Produktionsgeschwindigkeit auf bis zu 60 m/min zu erhöhen. Dieses Verfahren wird US-Technologie genannt. Diese US-Technologie (Schnellläufer) besteht im Wesentlichen aus drei gleichen Dosierlinien mit separater Zuführung und separaten Mischköpfen und Austrittsystemen. Diese Technologie verfugt jedoch nicht über einen Verteilerkopf. Dieses Verfahren hat weiterhin den Nachteil, dass das jeweils austretende Reaktionsgemisch aus den einzelnen Mischköpfen auch unterschiedlichen physikalischen Bedingungen bezüglich Druck und Temperatur unterliegen kann, was sich im jeweiligen erhaltenen Schaumstoff durch Produktqualitätsminderungen wie beispielsweise ungleichmäßige Oberfläche, kleinere Zellen, unterschiedliche Wärmeleitfähigkeitswerte aufgrund punktuell unterschiedlicher Reaktionskinetik, bemerkbar macht.
EP 1 857 248 A2 löst dieses Problem dadurch, dass nicht jede Austrittleitung über einen separaten Mischkopf verfügt. Vielmehr ist nur ein zentraler Mischkopf vorgesehen, über den mehrere Austrittleitungen gespeist werden.
WO 2008/018787 Al betrifft eine Vorrichtung zum Auftragen eines viskosen Gemisches auf einer Oberfläche mittels einer oder mehrerer Auslassöffnungen, die durch ein Zufuhrelement gespeist werden. Die Schrift betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Isolationselements mit den Schritten der Auftragung eines viskosen Gemisches, das einen Schaumstoff auf einer Substratschicht bildet, wobei der Schaumstoff anschließend vernetzt und gegebenenfalls die Schaumstoffschicht weiter beschichtet wird. Ein Mischkopf 3 wird mit Komponenten aus den Zuführungen 1 und 2 mit Rohstoffmaterial versorgt. Über eine starre Hauptleitung 8 wird über eine Unterverteilung 4 eine Giesharke 6 durch mehrere Zwischenstege 5 angesteuert. Die Giesharke ist somit starr mit dem Mischkopf verbunden, kann nur komplett mit dem Mischkopf nach links oder rechts bewegt werden um den Auftragsbereich im ganzen in die richtige Position zum Substrat justieren zu können. Darüber hinaus ist die Reinigung des Systems sehr aufwändig.
WO 2008/104492 A2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Verbundelementen, wobei der Auftrag des flüssigen Ausgangsmaterials für den Hartschaumstoff auf Isocyanatbasis mittels eines feststehenden, parallel und rechtwinklig zur Bewegungsrichtung zur Deckschicht angebrachten, mit Bohrungen versehenen Rohres erfolgt. Im Hinblick auf diesen Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, Vorrichtungen bzw. Verfahren zu entwickeln, mit welchen sich eine hohe Produktionsgeschwindigkeit bei geringer Schichtdicke erreichen lässt. Eine weitere Aufgabe liegt darin, die Oberfläche (vor allen Dingen hinsichtlich ihrer Homogenität) der mit solchen Vorrichtungen/Verfahren erhältlichen Schaumstoffe ebenso zu verbessern wie die oben definierten Produktqualitäten.
Diese Aufgabe wird in einer ersten Ausführungsform gelöst durch eine Vorrichtung zum Auftrag von aufschäumenden Reaktionsgemischen umfassend
(a) einen Mischkopf zum Vermischen von Rohmaterialien zur Herstellung des Schaumstoffs, (b) einen strömungstechnisch hinter dem Mischkopf liegenden Verteilerkopf,
(c) mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei, besonders bevorzugt drei bis acht, höchst bevorzugt drei oder vier an dem Verteilerkopf angebrachte Schlauchleitungen und
(d) mindestens zwei, bevorzugt zwei bis acht, besonders bevorzugt drei oder vier stationäre Gießharken zum Auftragen des Gemischs der Rohmaterialien zur Schaumbildung auf ein bewegtes Substrat.
Wenn der Verteilerkopf in diesem Zusammenhang als hinter dem Mischkopf liegend beschrieben wird, so ist dies in Bezug auf die Strömungsrichtung des diese beiden Köpfe durchströmenden Materials zu verstehen: Es wird also zunächst der Mischkopf und dann erst der Verteilerkopf durch- strömt.
Zur Verarbeitung des Rohstoffmaterials wird insbesondere ein inertes Gas ausgewählt aus der Gruppe von Luft, Stickstoff, Kohlendioxid und Edelgasen wie Argon und Helium. Bevorzugt wird Luft als chemisch inertes Gas eingesetzt.
Der Mischkopf kann je nach verwendeter Technologie (Hochdruck oder Niederdruck) als dynamischer Mischer oder als Statikmischer ausgebildet sein und dient insbesondere der innigen Vermischung der jeweiligen Komponente beziehungsweise des Gemisches mit dem unter erhöhtem Druck stehenden inerten Gas. Nach dem Eintrag des inerten Gases weisen die Komponenten auf ihrem Weg zum Verteilerkopf beziehungsweise weist das Gemisch der Komponenten auf seinem Weg zum Mischkopf einen erhöhten Druck auf, was eine erhöhte Austragsgeschwindigkeit des aufschäumenden Reaktionsgemisches bedingt. Darüber hinaus werden die oben genannten Produktqualitäten verbessert.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Giesharken haben jeweils eine rohrähnliche Form und sind jeweils mit Löchern versehen, verteilt über die gesamte Harkenlänge, und die Löcher sind Vorzugs- weise derart orientiert, dass diese in einem Winkel von 75° zu 105°, besonders bevorzugt rechtwinklig (90°) relativ zur unteren Deckschicht stehen. Die Zufuhr des Reaktionsgemisches in die Giesharke erfolgt entweder an einem Ende der Harke oder in der Mitte sitzend oder in einem Bereich dazwischen.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung sind die Gießharken quer, insbesondere im 90° Winkel zur Produktionsrichtung des Substrats stationär angeordnet. Die stationäre Anordnung der Gießharke hat dabei den Vorteil, dass an den Kanten des Schaumauftrags keine gegenüber anderen Bereichen des Schaumauftrags veränderte Dichte vorliegt. Somit ist der Schaumauftrag kontinuierlich über die gesamte Breite des Substrats äußerst einheitlich.
Die Gießharken können dabei auch quer in Produktionsrichtung des Substrats versetzt angeordnet sein oder auf einer Linie nebeneinander liegen. Eine Überlappung der Gießharken kann bei versetzter Anordnung zu einem längenmäßigen Auftragungsgradienten mit stufenförmigem Muster führen.
Die im Sinne der vorliegenden Erfindung bevorzugt eingesetzten Giesharken weisen im Inneren einen konischen Strömungsquerschnitt auf, der sich vom Eintritt des Reaktionsgemisches hin zu der am weitesten entfernt liegenden Bohrung verjüngt, so dass der Strömungsdruck vor den Austrittsöffnungen ausgeglichen werden kann.
Analog dem Stand der Technik weisen die erfindungsgemäß eingesetzten Gießharken im Bereich der Austrittsöffnung des aufschäumenden Reaktionsgemisches jeweils vorzugsweise einen konischen Innenquerschnitt auf. Damit entsprechen die Gießharken im Wesentlichen an sich bekannten Einweggießharken, die bisher im Stand der Technik für die oszillierende Auftragungsweise einge- setzt wurden.
In einer zweiten Ausführungsform wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von aufschäumenden Reaktionsgemischen durch Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Vorzugsweise setzt man als Komponente A eine Isocyanat-Komponente ein. Als Komponente B setzt man bevorzugt eine Polyol-Komponente ein. In diesem Zusammenhang schließen die Begriffe „Isocyanat-Komponente" bzw. „Polyol-Komponente" auch Gemische verschiedener Isocyanate bzw. Polyole mit ein. Somit werden Polyurethanschaumstoffe erhalten. In Gegenwart bestimmter Aktivatoren können Isocyanate auch miteinander reagieren und Makromoleküle mit Isocyanu- ratstrukturen (Polyisocyanurate = PER.) bilden. Da die Reaktionen von Isocyanaten mit Polyolen und Isocyanate gleichzeitig oder in unmittelbarer Folge ablaufen können, erhält man Makromoleküle mit Urethan- und Isocyanuratstrukturen (PIR - PUR).
Bevorzugt ordnet man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Gießharken so an, dass das aus- strömende aufschäumende Reaktionsgemisch in die Produktionsrichtung des Substrats (Bewegungsrichtung des Substrats) auf eine untere Deckschicht aufgetragen wird.
Alternativ befestigt man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Gießharken so, dass das ausströmende aufschäumende Reaktionsgemisch gegen die Produktionsrichtung des Substrats auf eine untere Deckschicht aufgetragen wird.
In beiden Fällen wird dies durch eine entsprechende Neigung der Gießharkenbohrungen in einem Winkel von 45 bis 135° zum Substrat erreicht.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Vorrichtung mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei, besonders bevorzugt drei bis acht, höchst bevorzugt drei oder vier am Verteilerkopf angebrachte, gleichlange und aus gleichem Material bestehende Schlauchleitungen gleichen Querschnitts umfasst. Damit wird gewährleistet, dass in die jeweiligen Gießharken (mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei, besonders bevorzugt drei bis acht, höchst bevorzugt drei oder vier) die gleiche Menge an Rohmaterial pro Zeit eingebracht und damit auch auf das Substrat aufgebracht wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Sandwich-Verbundelementen umfassend wenigstens zwei Zuführvorrichtungen für jeweils eine obere und eine untere Deckschicht, ein umlaufendes Oberband zur Führung der oberen Deckschicht und ein umlaufendes Unterband zur Führung der unteren Deckschicht, an die eine erfindungsgemäße Vorrichtung, eine Formstrecke und eine Ablängvorrichtung hintereinander angeordnet sind.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von geschäumten Sandwich- Verbundelementen, wobei man eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Sandwich- Verbundelementen einsetzt.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise ein Mischkopf oberhalb der unteren Deckschicht an einem starren Gestell angebracht, so dass unterschiedliche Reaktionsprofile zur
Herstellung von unterschiedlich dicken Produkten möglich sind. An den Mischkopf, in dem die einzelnen Verschäumungs-Komponenten zusammen gemischt werden, ist ein Verteilerkopf befestigt. Dieser Verteilerkopf besitzt beispielsweise mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei, besonders bevorzugt drei bis acht, höchst bevorzugt drei oder vier Schlauchleitungen, deren Länge, Querschnitt und Material bevorzugt alle gleich sind. Dies hat den Vorteil, dass das Schaumverhalten des noch flüssigen Reaktionsgemischs beim späteren Auftreffen auf die untere Deckschicht an jedem Auftreffpunkt gleich weit fortgeschritten ist, was zu einer besonders einheitlichen Verschäu- mung des hergestellten Produktes führt. Dieser Vorteil wird nicht nur durch die gleiche Länge, Querschnitt und Material der Schlauchleitungen begünstigt, sondern auch dadurch, dass das gesamte aufzutragende Gemisch aus ein und demselben Mischkopf austritt. Als Schlauchleitung kann jedes dem Fachmann bekannte Material genutzt werden, das nicht mit dem zu schäumendem Reaktionsgemisch reagiert und an dem das Reaktionsgemisch nicht unverhältnismäßig stark haftet. Bevorzugt ist das Material der Schlauchleitung ausgewählt aus der Gruppe von Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylenterephthalat (PET), Kautschuk, Polytetraflu- orethylen (PTFE) und Polyurethan (PU). Als Kautschuk ist jeder dem Fachmann bekannte in Zulei- tungen verarbeitbare flexible Kautschuk zu verstehen, bevorzugt ist Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR). Besonders bevorzugt ist ein biegsames Material ausgewählt aus der Gruppe von PE, PP, PET und PVC. Die Schlauchleitungen können an einem in Querrichtung zur Produktionsrichtung des Transportbandes über der oberen Deckschicht angeordneten, starren Gestell angeordnet und fixiert sein, dass sie die Gießharken optimal mit dem Reaktionsgemisch versorgen und ein über die Breite der unteren Deckschicht gleichmäßiger Auftrag gewährleistet ist. Vorteilhart sind die Schlauchleitungen und die Gießharken über der unteren Deckschicht in einer Höhe von 20 bis 500 mm und vorzugsweise so angeordnet, dass das Reaktionsgemisch auf die untere Deckschicht aufgebracht wird, so dass keine nicht benetzten Bereiche zwischen den einzelnen Auftragsbereichen der jeweiligen Gießharken auf der unteren Deckschicht auftreten.
Die Austragsgeschwindigkeit aus den Gießharken beträgt insbesondere 1 bis 5 m/sec. In einer besonderen Ausführung kann der Mischkopf wie auch der Verteilerkopf samt der Schlauchleitungen so angeordnet und fixiert werden, dass auch Produkte mit einer in Querrichtung zur Produktionsrichtung des Transportbandes abfallenden Dicke oder mit sich ständig ändernden Dickenverhältnis- sen hergestellt werden können. Dies kann im Wesentlichen durch entsprechende Konfiguration der Gießharken erreicht werden. Während des Aufschäumens schließen sich diese Lücken zwischen den Bohrungen, so dass ein in gewünschter Weise unregelmäßiges Ausschäumen in der Höhe der Produkte ermöglicht wird.
Durch diese Art der Anordnung kann auf ein Portal wie es bei der oszillierenden Gießharke bzw. Zungen-/Löffeldüse zwingend notwendig ist, verzichtet werden. Des Weiteren sind mit dieser An- ordnung die Produktionsgeschwindigkeiten nur noch von der Geschwindigkeit des Transportbandes oder der Austragsleistung der Verschäumungsmaschine sowie der Querschnitt der Bohrungen der Gießharken abhängig. Ein weiterer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber Verfahren, die mehrere Mischköpfe einsetzen müssen, ist der, dass durch die Verwendung von nur ei- nem Mischkopf keine Schwankungen durch unterschiedliche Verarbeitungsdrücke, Temperaturen, oder ähnliches, wodurch die Produktionssicherheit und Produktqualität erniedrigt wird, auftreten können.
Als Mischkopf für die erfindungsgemäße Vorrichtung kann jeder im Stand der Technik bekannte Mischkopf eingesetzt werden. Diese müssen jedoch zur Verschäumung insbesondere von Polyol- komponente und Isocyanatkomponente für die Herstellung von Polyurethan-Sandwich- Verbundelementen geeignet sein. Das chemisch inerte Gas kann dem Reaktionsgemisch im Mischkopf oder einer oder beiden Reaktionskomponenten bereits vorher zugemischt werden, um eine mögliche Verstopfung der Schlauchleitungen zu verhindern. Das chemisch inerte Gas ist ausge- wählt aus der Gruppe von Stickstoff, Luft, Kohlendioxid und Edelgasen wie Argon und Helium. Anstatt eines Gases können auch andere Bestandteile den Reaktionskomponenten hinzugemischt werden. Diese Stoffe sind beispielhaft ausgewählt aus der Gruppe von Graphit, Polyurethanmehl, Melamin, Quarzsand, AI2O3, Talkum und Nanokomposite wie beispielsweise Schichtsilicate, Nano- tubes, Nanosand und werden den Reaktionskomponenten insbesondere im Mischkopf zugegeben.
Das Material des Verteilerkopfes kann aus dem gleichen Material wie die Gießharken ausgewählt sein, insbesondere aus Stahl, Edelstahl, Aluminium und Kunststoffen. In jedem Fall muss dass ausgewählte Material den im Mischkopf herrschenden üblichen Drücken und Temperaturen im Bereich von 20 bis 40 °C standhalten. Die Geometrie des Verteilerkopfes ist bevorzugt so gewählt, dass die Wegstrecke vom Eingang des Verteilers bis zu den jeweiligen Ausgängen der Schlauchleitungen hin zu den Bohrungen der Gießharken gleichlang ist. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Querschnitt der Verteilerkopfausgänge bei allen Verteilerkopfausgängen identisch ist. Der Querschnitt des Verteilerkopfeingangs kann dagegen auch größer sein als die jeweiligen Verteilerkopfausgänge.
Die erfindungsgemäße Auftragsvorrichtung kann Bestandteil einer weiteren Vorrichtung sein, die zur Herstellung von Sandwich-Verbundelementen eingesetzt wird. Die Herstellung von Polyurethan-Sandwichelementen (Panels) erfolgt im Allgemeinen in einem kontinuierlichen Prozess. Dabei werden die Panels endlos auf so genannten Doppel-Transportbändern in Dicken von in der Regel ca. 20 bis 240 mm hergestellt. Dicken von unter 20 mm und über 240 mm sind aber ebenfalls möglich. Ein solches Doppel-Transportband besteht dabei üblicherweise aus einem umlaufenden Oberband zur Führung der oberen Deckschicht, einem umlaufenden Unterband zur Führung der unteren Deckschicht, einer Zuführeinrichtung für die obere Deckschicht, einer Zuführeinrichtung für die untere Deckschicht, einer Formstrecke, innerhalb derer das Polyurethan-Reaktionsgemisch zwischen der oberen Deckschicht und der unteren Deckschicht aufschäumt und ausreagiert, einer Ablängeinrichtung für das hergestellte Panel sowie einer Dosierstation mit einem Mischkopf zum Auftragen der Polyurethan-Reaktionsmischung auf die untere Deckschicht.
Die Anordnung der einzelnen Elemente für ein kontinuierliches Herstellungsverfahren für Sandwich-Verbundelemente ist aus dem Stand der Technik, wie in DE 1 247 612 Al und DE 1 609 668 Al beschrieben, bekannt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Sandwich-Verbundelement ein Verbundelement verstanden, welches wenigstens aus zwei Deckschichten und einer dazwischen liegenden Kernschicht aufgebaut ist.
Als Kernschicht können alle dem Fachmann bekannten Materialien eingesetzt werden. Bevorzugt sind Faserplatten aus Mineralfasern oder Platten aus Hartschaumstoff, wie beispielsweise Polyurethan- oder Polyisocyanurat (PIR)-Hartschaumstoff, Polystyrolschaumstoff, Phenolharzschaumstoff. Im Besonderen bestehen Sandwich- Verbundelemente wenigstens aus zwei Deckschichten aus starren oder flexiblen Material und einer Kernschicht aus einem Schaumstoff wie beispielsweise einem PUR-Hartschaumstoff. Hierbei sind unter PUR Hartschaumstoffe solche Hartschaumstoffe zu verstehen, die auf Polyurethan-, Polyharnstoff- als auch Polyisocyanuratverbindungen basieren.
Als Kernschicht werden bevorzugt Hartschaumstoffe, auf Basis von Polyurethan und/oder Polyisocyanurat, gewählt. Zur Herstellung von Polyurethan- und/oder Polyisocyanuratgruppen aufweisenden Hartschaumstoffen können als Ausgangskomponenten alle dem Fachmann bekannten Verbindungen mit gegenüber OH-Verbindungen reaktiven NCO-haltigen Verbindungen wie a) aliphati- schen, cycloaliphatischen, araliphatischen, aromatischen und heterocyclischen Polyisocyanate, be- vorzugt Diphenylmethandiisocyanat (MDI) oder Polyphenylpolymethylenpolyisocyanate, Carbo- diimidgruppen, Urethangruppen, Allophanatgruppen, Isocyanuratgruppen, Harnstoffgruppen oder Biuretgruppen aufweisende Polyisocyanate, besonders bevorzugt auf der Basis von Polyphenylpo- lymethylenpolyisocyanat und b) Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber Isocyanaten reaktiven Wasserstoffatomen mit einem Molekulargewicht im Bereich von 400 bis 10.000 g/mol, wie beispielsweise Aminogruppen, Thiolgruppen, Hydroxylgruppen oder Carboxylgruppen aufweisende Verbindungen eingesetzt werden. Darüber hinaus ist die Verwendung von geeigneten NCO-Präpolymeren, hergestellt aus der Umsetzung von polymerem MDI mit aliphatischen oder aromatischen Polyetherpolyolen oder Polyester- polyolen, beispielsweise 1 bis 4 Hydroxylgruppen aufweisenden Polyetherpolyolen oder Polyester- polyolen mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 60 bis 4000 möglich.
Die Herstellung der Schaumstoffe erfolgt unter Verwendung von üblichen, dem Fachmann bekannten Hilfs- und Zusatzstoffen wie Katalysatoren, Treibmitteln, Vernetzern, Flammschutzmitteln Schaumstabilisatoren, Fließverbesserern, Inhibitoren, sowie gegebenenfalls festen Additiven zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit und des Flammschutzes.
Als Materialien für die Deckschichten können alle dem Fachmann bekannten Materialien eingesetzt werden. Bevorzugt sind Metalle wie Stahl (verzinkt und/oder lackiert), Aluminium (lackiert und/oder eloxiert), Kupfer, Edelstahl oder Nichtmetalle wie verstärkte, unverstärkte und/oder ge- füllte Kunststoffe, wie beispielsweise Polyvinylchlorid oder auf Polyesterbasis oder Glasfasern, imprägnierte Pappe, Papier, Holz, Bitumenglasvlies und mineralisches Glasvlies.
Beispielsweise können die Deckschichten mit einem Lack beschichtet sein.
Auch Kombinationen der Deckschichten auf den jeweiligen Seiten des hergestellten Panels aus den zuvor genannten Werkstoffen sind als Deckschichten geeignet.
Derartige Verbundelemente auf Basis von unterschiedlichen Deckschichten (starr oder flexibel) und einer Kernschicht aus Polyurethan-Hartschaumstoff sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und werden auch als Metallverbundelemente oder Dämmplatte bezeichnet. Zwischen der Kernschicht und den Deckschichten können weitere Schichten vorgesehen sein.
Beispiele für die Anwendung solcher Verbundelemente mit starren Deckschichten sind ebene oder linierte Wandelemente sowie profilierte Dachelemente für den Industriehallenbau und Kühlhausbau. Auch finden die Verbundelemente als LKW- Aufbauten, Hallentüren und Tore sowie im Containerbau Einsatz. Dämmplatten sowie Verbundelemente mit flexiblen Deckschichten finden Einsatz als Dämmmaterialien von Dächern, Außenwänden und als Fußbodenplatten.
Die Herstellung dieser Verbundelemente nach einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Ver- fahren ist aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Hierfür wird das noch flüssige Reaktionsgemisch auf die untere Deckschicht (Substrat) mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf- getragen. Das nun langsam aufschäumende Reaktionsgemisch wird auf der unteren Deckschicht mittels eines Unterbandes in die Formstrecke, die von einem Ober- und Unterband aufgespannt wird, transportiert. Das aufschäumende Reaktionsgemisch erreicht die obere Deckschicht und verklebt somit die beiden Deckschichten miteinander. Innerhalb der Formstrecke, wobei das Ober- und Unterband die Dicke des herzustellenden Produktes vorgibt, verfestigt sich der Schaumstoff und wird nach Durchlauf durch die Formstrecke über eine Ablängvorrichtung, zum Schneiden der so hergestellten Panels in gewünschte Längen, abgelängt.
Beispiele
Die Homogenität der Oberfläche wird durch die Bestimmung der Störungsdichte klassifiziert. Hierzu wird an der Schaumstoffoberseite für einen Bereich in der Größe 200 mm x 1000 mm die BIa- sengröße und die Blasenanzahl bestimmt und damit die Störungsdichte wie folgt definiert:
Die Blasen werden in vier Größenkategorien unterteilt:
Blasenkategorie 1 Blasen mit einer Fläche von ca. bis 1 cm2
Blasenkategorie 2 Blasen mit einer Fläche von ca. 1 bis 3 cm2 Blasenkategorie 3 Blasen mit einer Fläche von ca. 3 bis 5 cm2
Blasenkategorie 4 Blasen mit einer Fläche von ca. > 5 cm
Vergleichsbeispiel 1 : Störungsdichte der Schaumstoffoberseiten an Metallverbundelementen, die mit oszillierender Gießharke hergestellt wurden.
Vergleichsbeispiel 2: Störungsdichte der Schaumstoffoberseiten an Metallverbundelementen, hergestellt mit einer Vorrichtung aus einem Mischkopf, einem einen strömungstechnisch hinter dem Mischkopf liegenden Verteilerkopf, acht an den Verteilerkopf angebrachten Auslauflei- tur.gεn, die quer zur Ausströmrichtnng an einem Gestell, das starr ist, befestigt sind (d.h. eine Vorrichtung ohne Giesharke).
Beispiel 3 (erfindungsgemäß): Störungsdichte der Schaumstoffoberseiten an Metallverbundelementen hergestellt mit einer Vorrichtung aus einem Mischkopf, einem strömungstechnisch hinter dem Mischkopf liegenden Verteilerkopf, drei an dem Verteilerkopf angebrachte Schlauchlei- tungen und drei stationäre Gießharken zum Auftragen des Gemischs der Rohmaterialien zur
Schaumbildung auf ein bewegtes Substrat.
Durch jeweils zwanzig Untersuchungsreihen zu den jeweiligen Herstellungsverfahren von Metallverbundelementen mit einem kommerziell verfügbaren Polyurethan-Hartschaumsystem wurde fol- gendes in Tabelle 1 aufgeführtes Ergebnis ermittelt. Tabelle 1 : Störungsdichte der Schaumstoffoberseiten an Metallverbundelementen

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Auftrag von aufschäumenden Reaktionsgemischen umfassend
(a) einen Mischkopf zum Vermischen von Rohmaterialien zur Herstellung des Schaum- Stoffs,
(b) einen strömungstechnisch hinter dem Mischkopf liegenden Verteilerkopf,
(c) mindestens zwei an dem Verteilerkopf angebrachte Schlauchleitungen und
(d) mindestens zwei stationäre Gießharken zum Auftragen des Gemischs der Rohmaterialien zur Schaumbildung auf ein bewegtes Substrat.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 umfassend
(a) einen Mischkopf zum Vermischen von Rohmaterialien zur Herstellung des Schaumstoffs,
(b) einen strömungstechnisch hinter dem Mischkopf liegenden Verteilerkopf, (c) mindestens drei an dem Verteilerkopf angebrachte Schlauchleitungen und
(d) mindestens drei stationäre Gießharken zum Auftragen des Gemischs der Rohmaterialien zur Schaumbildung auf ein bewegtes Substrat.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießharken quer zur Produktionsrichtung des Substrats angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießharken quer in Produktionsrichtung des Substrat versetzt angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießharken quer zur Produktionsrichtung auf einer Linie nebeneinander liegen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießharken im Bereich der Austrittsöffnung des Schaums einen konischen Innenquerschnitt aufwei- sen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießharken im Inneren einen konischen Querschnitt ausgehend von dem Eintritt des Reaktionsge- mischs hin zu der am weitesten entferntesten Bohrung aufweisen.
8 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens drei am Verteilerkopf angebrachte, gleichlange und aus gleichem Material bestehende Schlauchleitungen gleichen Querschnitts umfasst.
9. Verfahren zur Herstellung von aufschäumenden Reaktionsgemischen durch Einsatz einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man als Rohmaterial für den Schaumstoff mindestens eine Isocyanat-Komponente (Komponente A) einsetzt.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass man als Rohmaterial für den Schaumstoff mindestens eine Polyol-Komponente (Komponente B) einsetzt.
12. Vorrichtung zur Herstellung von Sandwich- Verbundelementen umfassend wenigstens zwei Zuführvorrichtungen für eine obere und eine untere Deckschicht, ein umlaufendes Oberband zur Führung der oberen Deckschicht und ein umlaufendes Unterband zur Führung der unteren Deckschicht, an die eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, eine Formstrecke und eine Ablängevorrichtung hintereinander angeordnet sind.
13. Verfahren zur Herstellung von geschäumten Sandwich-Verbundelementen, wobei man eine Vorrichtung nach Anspruch 12 einsetzt.
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