JP2018529544A - 圧力保持装置を備えた混合装置 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの液体用の少なくとも１つの供給開口（２）と、少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤用の少なくとも１つの別の供給開口（３）とを備えた混合装置（１）であって、このとき液体および／または液状の硬化剤または架橋剤は、気体と混合されており、さらに混合装置において製造可能な、少なくとも１つの液体と少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤とから成る混合物を取り出すための取出し開口（４）を備えており、このとき気体が混合装置（１）内において発泡する圧力よりも大きな予め設定可能な圧力を保持するための圧力保持装置が設けられている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の特徴を備えた混合装置、および請求項１５の上位概念部に記載の特徴を備えた発泡された材料を製造する方法に関する。

上位概念部に記載の方法によって、上位概念部に記載の混合装置を使用して、多種多様の使用可能性を有する発泡された材料を製造することができる。発泡された材料は、例えばシール部材である。

独国特許出願公開第２１２５６７９号明細書（DE 2 125 679）に基づいて、混合後に迅速に硬化する液状の多成分プラスチックを、混合および吐出する装置が公知である。この装置は、内部に撹拌機を備えた混合室を有している。混合室の出口部分は、混合室の中央部分に対して、戻し力に抗してシフト可能に配置されている。混合室の内部における材料圧によってまたは特別の駆動制御によって、出口部分は開放され、その後で撹拌機が始動し、新たに混合室内に流入するプラスチック材料を撹拌する。吐出工程の終了後に、混合室はプラスチックによって完全に満たされたままになっていることが望まれており、これによってプラスチック材料内への空気の撹拌、ひいては空気とのプラスチック材料の混合を阻止することができる。それというのは、さもないと製造されたプラスチック部材の品質に対して不都合な影響を及ぼすおそれがあるからである。

欧州特許第７７６７４５号明細書（EP 776 745 B1）に基づいて公知の方法では、粘性の液体が気体と予備混合され、次いで混合装置内において硬化剤と混合される（この刊行物の図７参照）。この公知の方法における問題としては次のことがある。すなわちこの場合、混合室内において粘性の液体からの気体の気体放出が発生することがあり、その結果、気体を混合された粘性の液体と硬化剤との混合物は、膨張後に所望の特性を有しなくなること、もしくは膨張自体も損なわれてしなうことがある。

独国特許出願公開第１７７９６６７号明細書（DE 1 779 667 A）に基づいて公知の混合装置では、撹拌機は２部分から構成されており、このとき両方の部分は、ばねによって互いに対して予荷重をかけられているので、混合装置内における圧力の超過時にばねが圧縮させられ、取出し開口が開放される。これによって後垂れが阻止されるようになっている。この公知の混合装置では、混合装置内における圧力が、常に、混合装置内における気体の発泡を確実に阻止する値以上に保たれることが、保証されていない。

本発明の課題は、上において記載した問題を回避する、混合装置および方法を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の特徴を備えた混合装置、および請求項１５に記載の特徴を備えた方法によって解決される。

圧力保持装置によって、混合室内において、少なくとも１つの気体からの、および／または少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤からの、もしくは液体と硬化剤または架橋剤とから成る混合物からの気体の気体放出が阻止されるような圧力を、予め設定することが可能である。少なくとも１つの気体からのおよび／または液状の硬化剤または架橋剤からの気体の脱気（Entgasen）を回避する予め設定可能な圧力は、このとき実験によって求めることができる。

本発明の有利な実施形態は、従属請求項において定義されている。

少なくとも１つの液体というのは、有利には、粘性の液体であってよい。少なくとも１つの液体のための例としては、ポリオール、シリコーン、エポキシ、ポリエステル、アクリレート、およびＭＳポリマーがある。

液体および／または液状の硬化剤または架橋剤と混合される気体のための例としては、空気、窒素、二酸化炭素がある。

硬化剤のための一例は、イソシアネートである。

架橋剤のための例は、シリコーンである。

少なくとも２つの成分を有する系のための別の例は、下記の通りである：
・液体としてのシリコーンおよび付加架橋性の架橋剤としてのシリコーンを有する付加架橋性のシリコーン
・例えば水および／またはグリコールを有する、または独国特許出願公開第１０２００８０１１９８６号明細書（DE 10 2008 011 986 A1）によれば粘性の液体としてのシリコーンおよび水および／または縮合架橋性の架橋剤としてのグリコールを有する、縮合架橋性のシリコーン
・硬化剤としてのイソシアネートによって架橋されたポリウレタン（成果物）。液体としてのポリオール成分は、例えばポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、チオール、グリコール、アミン、鎖延長剤およびアクリレートを含有してよい。イソシアネートは、（例えばＭＤＩ、ＴＤＩをベースとした）芳香族および（例えばＨＤＩ、ＩＰＤＩ、１２回水素化されたＭＤＩをベースにした）脂肪族であってよい。
・三量化触媒および場合によってはさらにポリオール、活性水素を有する他の物質または不活性の希釈剤といった、第２の成分を含有するポリイソシアヌレート
・水および／または硬化剤または架橋剤としてのグリコールを有する、１成分系のＮＣＯ末端化ポリウレタン（ブースタ系）
・エポキシ樹脂系
・Ｂ成分において水および／またはグリコールを有するシラン変性されたポリマー、例えばＭＳポリマー
・アクリレート、ラジカル硬化型
・不飽和のポリエステル樹脂、ラジカル硬化型
・ビニルエステル樹脂、ラジカル硬化型。

圧力保持装置によって予め設定可能な圧力は、最も簡単な場合、取出し開口の領域に配置された絞りによって、または取出し開口の接近可能な領域を間隙に画定する不動の対応手段によって生ぜしめることができる。絞りまたは間隙の、所望の圧力のために必要な寸法設定は、実験または計算によって決定することができる。

好ましくは、圧力保持装置によって予め設定可能な圧力は、調節装置を用いて可変であり、有利には段階的にまたは無段階式に調節可能であるようになっている。これによって、液体および／または液状の硬化剤または架橋剤と混合された気体の種々異なった量、および取出し開口からの種々異なった吐出量に、反応することができる。しかしながらまた、圧力保持装置を、後で変化させられない確定された圧力に一度調節することも十分であり得る。

調節装置を用いた可変性の代わりに、種々異なった絞り直径を有する、取出し開口用の交換可能な絞り、または種々異なった長さおよび／または内径を有する、取出し開口に結合可能な交換可能なノズルを、設けることも可能である。

好ましくは、圧力保持装置は、混合装置内に取出し開口に対して相対的に移動可能に配置された調節部材を有しており、該調節部材によって、調節部材と取出し開口との間に残っている間隙が、ひいては圧力保持装置によって生ぜしめられる圧力が、調節可能であるようになっている。間隙の大きさに応じて、混合装置内における圧力は異なっており、このとき比較的小さな間隙は、混合装置内における比較的高い圧力に結び付いている。この実施形態では、圧力保持装置は、混合装置内への材料の装入時に調節部材と取出し開口との間に形成された間隙によって形成される。

特に好ましくは、混合装置は、少なくとも１つの液体と少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤とを混合させるための撹拌機を有している。このとき混合装置は、動的な混合装置と呼ぶことができる。

撹拌機が設けられている場合、撹拌機自体が移動可能に形成されていて、調節部材を形成することができる。

好ましくは、移動可能な前記調節部材は、蓄力器によって取出し開口に向かって予荷重をかけられている。これによって、液体と硬化剤または架橋剤とから成る混合物の粘性の変動、および取出し量における変化に対する自動的な反応が可能になり、混合室内における圧力はほぼ一定に保たれる。蓄力器は、機械式のばねとして、圧縮空気ばねとして、液圧式のピストンシリンダユニットとして、重力を加える負荷質量による調節部材として、電気式の駆動装置（例えばリニア駆動装置）としてまたはこれに類したものとして形成されていてよい。

好ましくは、蓄力器の強さを調節する装置が設けられている。機械式のばねの場合、この装置は、ばねのための移動調節可能なストッパであってよい。圧縮空気ばねまたは液圧式のピストンシリンダユニットの場合には、圧力を直接調節することができる。

混合装置の空の状態において蓄力器は、有利には、取出し開口が調節部材によって閉鎖されるように寸法設定されている。混合装置内に供給開口を介して装入される材料によって、調節部材は、蓄力器の荷重に抗して、間隙を形成しながら取出し開口から離反移動させられる。取出し開口からのこの離反移動の大きさは、蓄力器の強さを調節する装置によって調節可能である。

移動可能な調節部材の代わりに、取出し開口が、軸方向において位置固定の手段、有利には撹拌機に対して相対的に、取出し開口と軸方向において位置固定の手段との間に残っている間隙を調節するために移動可能であるような形態も可能である。この場合には、圧力保持装置は、軸方向において位置固定の手段と、該軸方向において位置固定の手段に対して相対的に移動可能な取出し開口を有している。

混合装置が、縦長に形成されている場合、少なくとも１つの液体用の少なくとも１つの供給開口と、少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤用の少なくとも１つの別の供給開口とが、混合装置の異なった軸方向位置に配置されていると有利なことがある。液体と液状の硬化剤または架橋剤との混合は、始めに取出し開口の近くに位置する供給開口の領域において行われるので、軸方向においてその上に位置している領域において、汚染はまったくまたは僅かしか生じない。

混合装置の取出し開口が、ノズルに接続されているようになっていてよい。

気体は、液体内におよび／または液状の硬化剤または架橋剤内に少なくとも部分的に溶けて存在しているようになっていてよい。

保護は、上に述べた実施形態のうちの少なくともいずれか１つの実施形態による混合装置と、少なくとも１つの液体用の供給源とを備えたアセンブリに対しても求められており、供給源は、少なくとも１つの液体用の少なくとも１つの供給開口に接続されていて、このとき有利には少なくとも１つの液体が気体と混合されており、かつ、少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤用の供給源を備えていて、該供給源は、少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤用の少なくとも１つの別の供給開口に接続されていて、有利には少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤が気体と混合されている。

次に図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

図１ａ〜図１ｃは、種々異なった変化形態を有する本発明に係る混合装置の第１実施形態を、詳細に示す図である。 本発明に係る混合装置の第２実施形態を示す図である。 図３ａおよび図３ｂは、撹拌機に対して作用する力の図示と共に撹拌機を示す図である。 提案された混合装置の別の実施形態を詳細に示す図である。 提案された混合装置の別の実施形態を詳細に示す図である。

図１ａには、混合室１２を備えた混合装置１が示されている。さらに、気体と混合された少なくとも１つの粘性の液体（例えば空気と混合されたポリオール）用の供給開口２と、少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤（例えばイソシアネート）用の別の供給開口３が示されており、これらの供給開口２，３は、混合室１２に通じている。本実施形態では、混合装置１は可動的に構成されていて、混合室１２内において回転可能である撹拌機７を有している。記載された構成とは異なり、液体に加えてまたは液体の代わりに、液状の硬化剤または架橋剤は、気体例えば空気と混合されていてもよい。

撹拌機７の先端に隣接して、取出し開口４が設けられており、この取出し開口４を通して、混合室１２内において形成された混合物、つまり気体と混合された少なくとも１つの粘性の液体と液状の硬化剤または架橋剤とから成る混合物は、ノズル９の方向で取出し可能である。

本実施形態では、圧力状態は、取出し開口４の下流では、気体と混合された少なくとも１つの粘性の液体と液状の硬化剤または架橋剤とから成る混合物の圧力が、混合物内における気体の発泡を生ぜしめ、その結果気体の気体放出（Ausgasen）によって膨張を、ひいては混合物の発泡（物理的な発泡）を生ぜしめる圧力よりも低く低下するように選択されている。

圧力保持装置は本実施形態では、蓄力器８を介して押圧される撹拌機７によって構成されており、この撹拌機７は、間隙６を介して取出し開口４から間隔をおいて配置されている。

気体と混合された少なくとも１つの粘性の液体と液状の硬化剤または架橋剤とから成る混合物を形成するために、供給源１０によって準備される、気体を混合された粘性の液体は、第１の供給開口２を通して、かつ別の供給源１１によって準備される液状の硬化剤または架橋剤は、第２の供給開口３を通して、ここでは縦長に形成された混合装置１の互いに異なった軸方向位置において、装入される。そして両方の成分は、回転する撹拌機７によって混合される。

ここに図示された好適な実施形態では、蓄力器８はばねとして形成されて設けられており、このばねは、撹拌機７を、混合室１２の、取出し開口４を有する端面１３に向かって、供給源１０，１１を介して装入された材料によって十分な力が撹拌機７に対して加えられるまで押圧しており、その結果、撹拌機７は、端面１３から離反移動し、これによって間隙６（ここではリング間隙）が端面１３と撹拌機７との間に形成され、これにより、混合室１２内において製造された混合物は、取出し開口４から流出することができる。蓄力器８によって取出し開口４の方向に加えられる力は、間隙６の領域における材料混合物の背圧によって、混合室１２にわたって広がる圧力が発生し、この圧力が、気体と粘性の液体との混合物からの気体の気体放出を阻止するように設定されている。

（例えば装入量の変化、混合物の粘性の変化、温度変動、混合物内における充填物質等に基づいて）背圧において変動（Fluktuation）が生じると、取出し開口４に対して相対的に撹拌機７の位置が自動的に適合され、その結果、混合室１２内における圧力はほぼ一定に保たれる。シール部材１５（このシール部材はここでは単に一方向において作用するように示されているが、しかしながら両方向にシール作用を有してもよい）が、撹拌機７の回転する軸１６を、シール作用をもって取り囲んでいて、撹拌機７の軸１６の領域において混合室１２をシールしている。シール部材１５は、例えばテフロンから成っていて、回転する軸１６のスムーズな軸方向運動を可能にする。軸１６が回転しかつシール部材１５が僅かな摩擦しか生ぜしめないことによって、撹拌機７の、極めて精密な軸方向における位置適合を得ることができる。特にこれによって、スティック・スリップ効果に基づく撹拌機７の、急激な軸方向ずれによる不所望の圧力変動を、回避することができる。軸１６の回転によって、撹拌機７の軸方向移動も容易になる。有利には、シール部材１５は、回転兼並進シール部材として形成されている。

蓄力器８の予荷重は、図示の実施形態では調節可能である。本実施形態では、そのために、ばね用のストッパとして形成された調節装置５が設けられており、この調節装置５は、回転運動によって軸方向移動可能なねじスリーブとして形成されている。

図示の実施形態とは異なり、蓄力器８が設けられておらず、取出し開口４と撹拌機７との間における間隙６が固定に調節される実施形態も可能である。このような実施形態では、背圧における変動に対して反応することができない。図示されていない別の実施形態では、確かに蓄力器８が設けられているが、この蓄力器８はしかしながら構造的に予め設定された値に予荷重をかけられている。この実施形態において変更を行うことはできない。

図１ｂには、撹拌機７の先端が詳細に示されており、この先端は、本実施形態では、混合室１２の端面１３の傾斜よりも鋭角的に形成されている。これによって撹拌機７の先端は、単にリング状で端面１３に接触し、かつ取出し開口４内に進入しており、これによって取出し開口４をリング状に閉鎖することができる。

図１ｃに示された実施形態の変化形態では、蓄力器８は圧縮空気ばねとして形成されている。さらに別の可能な変化形態では、蓄力器８は液圧式のピストンシリンダユニットとして形成されている。

図１ａ〜図１ｃとは異なり、図２に示された実施形態では、撹拌機７は混合室１２内において移動可能に配置されておらず、取出し開口４が配置されている端面１３を有する、混合室１２の端壁が、撹拌機７に対して相対的に移動可能であり、これによってこの実施形態においても、取出し開口４と撹拌機７との間における間隙６を調節することができる。図１ａに示された実施形態に対して記載されたすべての変化形態は、図２に示された実施形態に対しても可能である。

図３ａには撹拌機７が示されている。混合室１２内に装入された材料によって撹拌機７に対して加えられる圧力（撹拌機７に向けられた矢印によって図示）は、領域Ａ１（撹拌機７のシールされた領域）およびＡ２（そこを通して材料が取出し開口４から取出し可能であるほぼ無圧の領域）を除いて、一様である。混合室１２内には、蓄力器８によって加えられた力を、この２つの面積Ａ１，Ａ２（図３ｂ参照）の差で割って得られた値にほぼ相当する圧力が発生している。

図４には、図１ａに示された混合装置１用の圧力保持装置の別の実施形態が示されており、かつ図５には、図２に示された混合装置１用の圧力保持装置の別の実施形態が示されている。両方の場合において、圧力保持装置は絞り１４と撹拌機７とによって形成されていて、この撹拌機７は、間隙６を介して取出し開口４から間隔をおいて配置されている。圧力保持装置によって予め設定可能な圧力は、それぞれ、取出し開口４の領域に配置された絞り１４によって生ぜしめることができる。絞り１４の、所望の圧力のために必要な寸法設定は、実験または計算によって確定することができる。このことは、特に調節装置５を省くことができる、特に単純な圧力保持装置の構造を可能にする。

１ 混合装置
２ 気体と混合された少なくとも１つの粘性の液体用の供給開口
３ 少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤用の別の供給開口
４ 取出し開口
５ 調節装置
６ 間隙
７ 撹拌機
８ 蓄力器
９ ノズル
１０ 気体と混合された少なくとも１つの粘性の液体用の供給源
１１ 少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤用の別の供給源
１２ 混合室
１３ 端面
１４ 絞り
１５ シール部材
１６ 軸

Claims (16)

1. 少なくとも１つの液体用の少なくとも１つの供給開口（２）と、少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤用の少なくとも１つの別の供給開口（３）とを備えた混合装置（１）であって、前記液体および／または前記液状の硬化剤または架橋剤は、気体と混合されており、さらに前記混合装置において製造可能な、前記少なくとも１つの液体と前記少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤とから成る混合物を取り出すための取出し開口（４）を備えた混合装置（１）において、前記気体が前記混合装置（１）内において発泡する圧力よりも大きな予め設定可能な圧力を保持するための圧力保持装置が設けられていることを特徴とする、混合装置（１）。
2. 前記圧力保持装置によって予め設定可能な圧力は、調節装置（５）を用いて可変であり、有利には段階的にまたは無段階式に調節可能である、請求項１記載の混合装置。
3. 前記圧力保持装置は、前記取出し開口（４）の領域に配置された絞り（１４）を、または前記取出し開口（４）の接近可能な前記領域を１つの間隙に制限する不動の対応手段を有している、請求項１または２記載の混合装置。
4. 圧力保持装置は、前記混合装置（１）内に前記取出し開口（４）に対して相対的に移動可能に配置された調節部材を有しており、該調節部材によって、前記調節部材と前記取出し開口（４）との間に残っている間隙（６）が調節可能である、請求項１から３までの少なくともいずれか１項記載の混合装置。
5. 前記混合装置（１）は、前記少なくとも１つの液体と前記少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤とを混合させるための、回転する撹拌機（７）を有している、請求項４記載の混合装置。
6. 前記撹拌機（７）は、移動可能に構成されていて、前記調節部材を形成している、請求項４または５記載の混合装置。
7. 移動可能な前記調節部材は、蓄力器（８）によって前記取出し開口（４）に向かって予荷重をかけられている、請求項４から６までの少なくともいずれか１項記載の混合装置。
8. 前記蓄力器（８）の強さを調節する装置が設けられている、請求項７記載の混合装置。
9. 前記取出し開口（４）は、軸方向において位置固定の手段に対して、有利には撹拌機（７）に対して相対的に、前記取出し開口（４）と前記軸方向において位置固定の手段との間に残っている間隙を調節するために移動可能である、請求項１から３までの少なくともいずれか１項記載の混合装置。
10. 前記圧力保持装置は、前記軸方向において位置固定の手段と、該軸方向において位置固定の手段に対して相対的に移動可能な前記取出し開口（４）とを有している、請求項９記載の混合装置。
11. 前記混合装置（１）は、縦長に形成されていて、前記少なくとも１つの液体用の前記少なくとも１つの供給開口（２）と、前記少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤用の前記少なくとも１つの別の供給開口（３）とは、前記混合装置（１）の異なった軸方向位置に配置されている、請求項１から１０までの少なくともいずれか１項記載の混合装置。
12. 前記混合装置（１）の前記取出し開口（４）は、ノズル（９）に接続されている、請求項１から１１までの少なくともいずれか１項記載の混合装置。
13. 前記混合装置（１）の混合室（１２）を、シール作用をもって閉鎖するシール部材（１５）が、撹拌機（７）の軸（１６）の領域に設けられており、前記シール部材（１５）は、有利には回転兼並進シール部材として形成されている、請求項１から１２までの少なくともいずれか１項記載の混合装置。
14. 請求項１から１３までの少なくともいずれか１項記載の混合装置（１）を備えたアセンブリであって、さらに、
    ・少なくとも１つの液体用の供給源（１０）を備えていて、該供給源（１０）は、前記少なくとも１つの液体用の少なくとも１つの供給開口（２）に接続されていて、有利には前記少なくとも１つの液体は気体と混合されており、かつ、
    ・少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤用の供給源（１１）を備えていて、該供給源（１１）は、前記少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤用の少なくとも１つの別の供給開口（３）に接続されていて、有利には前記少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤は気体と混合されている、アセンブリ。
15. 発泡された材料を製造する方法であって、気体と混合された少なくとも１つの液体を、少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤と、特に請求項１から１１までの少なくともいずれか１項記載の混合装置（１）において、混合させ、このとき前記液体および／または前記液状の硬化剤または架橋剤は気体と混合させられており、次いで前記混合装置（１）の取出し開口（４）を通して取り出し、かつ取出し時または取出し後に膨張させる、方法において、前記少なくとも１つの液体と前記少なくとも１つの液状の硬化剤または架橋剤とを、前記混合装置（１）内において、前記少なくとも１つの液体および／または前記液状の硬化剤または架橋剤からの気体の脱気を阻止するような圧力において、混合させ、かつ前記混合装置（１）内において、少なくとも前記取出し開口（４）における取出しまで維持することを特徴とする、発泡された材料を製造する方法。
16. 混合をインターバルをおいて行い、前記取出し開口（４）を前記インターバルの間は閉鎖しておく、請求項１５記載の方法。

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