SE430234B - Forfarande vid och apparat for reaktionsformsprutning - Google Patents

Description

1st 20 25 30 35 7908841-5 Exempel på hartskompositionerna som användes vid reaktionsform- sprutning innefattar olika polymeriserbara material, exempelvis polyuretan-, polyester-, epoxi-, fenolaldehyd- och urea-aldehyd- hartser, som kan erhållas genom kommersiellt kända tillverknings- metoder. Exempelvis tillverkas vanligtvis polyuretanhartser genom Qpolymerisering av polyoler och polyisocyanater i förening med oli- ka katalyserande, skumbildande, mjukgörande, beståndsdelar. För typiska exempel på olika kompositioner som kan användas vid för- farandet hänvisas till US-Ä-4,055,548 och 4,112,014. Det finns ett enormt antal användbara hartskompositioner som kan användas, varvid valet är beroende på de slutliga önskade kemiska och fysi- kaliska egenskaperna hos produkten.

Uttrycket hartskomposition användes här i en generisk betydelse för att beteckna polymeriserbara plastblandningar antingen av cellplasttyp eller icke-cellplasttyp. Uttrycket användes inte här för att beteckna endast en komponent, dvs polyol som ibland sker i fabriksslang.

Det har tidigare föreslagits att införliva olika partikelformiga material i reaktiva flytande plastblandningar tillverkade genom reaktionsformsprutning för att modifiera de fysikaliska egenska- perna hos artiklarna, som formas av_sâdana plastblandningar. De nämnda partikelformade tillsatserna innefattar glasfiber, i av- sikt att öka den formade produktens hâllfasthet och även bättre avpassa utvidgningskoefficienten för den formade produkten mot den för en basdel (exempelvis metall) med vilken den kan vara _förbunden. Speciellt exempel på de senare kan man finna i bilde- lar av cellplast och annan plast. Reaktionsformsprutning av plast är ofta en synnerligen tillfredsställande tillverkningsmetod, be- roende på att ett sådant system tillåter användning av viskösa snabbhärdande blandningar, varvid som en följd därav ökade pro- duktionshastigheter och bättre fysikaliska egenskaper erhålles.

Tillsättning av partikelformigt material i sådana blandningar orsakar emellertid problem. En vanlig metod för tillverkning av fiberarmerade plastprodukter beskrives exempelvis i US-A-4,073,840.

Enligt detta patent bildas en suspension av glasfiber och en eller flera av hartskomponenterna. Suspensionen omröres för att hålla fibrerna uppslammade och suspensionen pumpas därefter till ett blandningshuvud, där den blandas med de tillkommande harts- 10 20 25 30 35 40 7908841-5 komponenterna innefattande blàsbildande och/eller härdande medel, som krävs för att tillverka den formbara hartsblandningen. Konço- nenternas temperatur och viskositet har stor effekt på härdnings- tiden och de slutliga fysikaliska egenskaperna hos produkten. I detta syfte återföres komponenterna kontinuerligt i oblandat till- stånd mellan sina respektive lagringsbehållare och blandningshuvu- det för att kontinuerligt passera genom värmeväxlare och därvid upprätthålla optimala temperaturbetingelser. På detta sätt blir utvecklingen mellan formningsfaserna av vid låg temperatur upp- kommande beläggningar av de många komponenterna i passagerna in- till och i närheten av blandningshuvudet så liten som möjligt.

Inblandningen av fiber eller annat partikelformigt material i en hartskomponent såsom föreslagits i ovannämnda patentet inbegriper inblandning av partiklarna direkt i huvudtillförseln av en av komponenterna. Systemet har följaktligen den olägenheten att om man önskar ändra hartsblandningsberedningen måste man avlägsna alla spår av den föregående partikelbärande komponenten från lag- ringstanken, tillförsel- och returledningar osv. En annan och en ännu mer besvärlig olägenhet med det-kända systemet uppstår på grund av den fiberbärande komponentens nötande verkan under de höga driftstryck som förekommer vid reaktionsformsprutning när komponenten passerar genom de inre kanalerna hos blandningshuvu- det. Vid det vanliga driftstrycket för komponenterna på upp till 18 MPa som användes vid reaktionsformsprutning blir denna nöt- ning svår, speciellt när den inblandade mängden fiber ökas till de nivåer som ofta önskas. Det i detta sammanhang vanliga bland- ningshuvudet har en reglerkolv, som är mycket noggrant bearbetad till utomordentligt fina toleranser för att ge en sluten, tät, glidande passning i en på liknande sätt noggrant bearbetad cylin- der, som avgränsar blandningskammaren. Kolven innefattar också axiella recirkulationsspår för att möjliggöra âterföring i se- parat oblandat tillstånd av komponenterna under icke formnings- perioderna. Kolven och dess spår är därför särskilt känsliga för nötning av partikelformigt material i de flytande bestånds- delar som skall blandas och man får räkna med dyrbart underhåll och reparationsarbete. Nuvarande teknik har icke desto mindre stått ut med dessa problem för att möta efterfrågan på formade hartsprodukter med de förbättrade egenskaper som erhålles vid inblandning av partikelformigt material. 10 15 20 25 30 35 40 79Û884ï-5 Enligt uppfinningen tillhandahålles ett förfarande och en appa- rat som möjliggör inblandning av partikelformigt material, så- som armerande och färgande material i reaktiva hartskompositio- ner tillverkade genom reaktionsformsprutning men utan de olägen- heter som ovan omnämnts. Kortfattat innefattar uppfinningen in- blandning av ett partikelformigt material i separat del eller hjälpdel av en eller flera av de reaktiva flytande komponenterna för att bereda en suspension därmed. Denna suspension pumpas separat med lågt tryck som bara är en bråkdel av det normala driftstrycket vid reaktionsformsprutning till en blandningshuvud- öppning och ett kolvåterföringsspår som är åtskilt från de som användes för de primära icke-partikelinnehâllande hartskomponen- terna. Man finner överraskande att fastän den suspenderade harts- hjälpkomponentens tryck är mycket lågt jämfört med det för huvud- komponenterna, kan insprutning av vätska med det låga trycket och blandning av denna med primärkomponenterna uppträda i bland- ningskammaren och gör det icke desto mindre på ett effektivt sätt, På grund av det lägre driftstrycket i den partikelinnehål- lande suspensionen uppnår man en väsentlig reduktion vad gäller det partikelformiga materialets nötande effekt i systemets ge- nomloppskanaler och väsentlig minskning av underhåll samt längre *livslängd på blandningshuvud.

Ytterligare syften och fördelar med uppfinningen innefattar för- enkling av omvandlingen från en typ av partikelformigt material till ett annat, utan förändring eller påverkan av lagringssyste- men för primärkomponenterna. Andra syften och fördelar med upp- finningen torde framgå eller bli uppenbara genom följande de- taljerade beskrivning av systemet beskrivet nedan med hänvisning till bifogade ritning.

Fig. 1 är ett flödesschema för ett reaktionsformsprutningssystem som även inbegriper föreliggande uppfinning för införande av partikelformigt material i en cellplastblandning före formning och fig. 2 är en sidovy av huvudet i systemet i fig. 1. Med hän- visning till fig. 1yi åtföljande ritning visas schenatiskt ett tvåkomponentsystem för reaktionsformsprutning för tillverkning exempelvis av polyuretanskum. I det visade systemet matas ett blandningshuvud 10 med två primärkomponenter, komponent A och komponent B av vilka en består av isocyanatet och den andra in- 10 15 20 '25 30 35 40 7908841-5 nehåller polyolen och dessutom katalysatorn, det blåsbildande medlet osv. Komponentcirkulationssystemen är identiska och följ- aktligen visas bara den för komponent A för enkelhets skull.

En lagringstank 12 innehåller primärkomponenten A som pumpas med en lågtryckspump 14 genom en värmeväxlare 16, där värme till- föres eller borttages från vätskan för att upprätthålla önskade driftsbetingelser. Komponent A får vidare passera genom ett fil- ter 18, från vilket den sedan får passera genom en reducerventil 20 för att mata ledningen 22 till en (icke visad) sprutmynning i blandningshuvudet 10.

Under icke-blandningsfasen är reglerkolven (icke visad) i bland- ningshuvudet belägen i sitt fullt utdragna läge i blandningskam- maren, varvid sålunda kammaren uppfylles och blockerar tillträde för de båda komponenterna till kammaren. Varje komponent pumpas sålunda vid lågt tryck, så att komponenten flyter längs sina respektive axiella spår i kolven och transporteras genom retur- ledningen tillbaka till lagringstanken. Ledning 26 är returled- ning för komponent A. Detta lågtrycksflöde möjliggör att kompo- nenter som har rätt temperatur finns disponibla direkt vid bland- ningskammaren hos blandningshuvudet 10, närhelst en blandnings- och formningscykel påbörjas i blandningshuvudet. När en sådan cykel inledes, föres blandningshuvudets kolv till sitt tillbaka- dragna läge, i vilket kolven inte längre blockerar sprutöppnin- garna in till blandningshuvudet. Samtidigt aktiveras en hög- tryckspump 28 så att komponenten A utsättes för de vanliga driftstrycken för reaktionsformsprutning. Reducerventilen 20 förhindrar motströmning till lâgtryckssidan. Samtidigt startas en högtryckspump i systemet för komponent B. Dessa pumpar dose- rar respektive komponenter och tvingar dem genom blandningshuvu- dets öppningar och alstrar höghastighetsströmmar i huvudets öpp- na blandningskammare. Vid det beskrivna tillståndet tränger ström- mar av komponenterna A och B under hög hastighet in i huvudets blandningskammare och ger den önskade intima blandningen av och reaktionen mellan komponenterna under bildning av hartsbland- ningen. Tiden för blandnings/formningsfasen bestämmes med lämp- lig apparatur för att tillhandahålla den önskade volymen av skumbar blandning i blandningskammaren, vid vars slut högtrycks- 10 15 20 25 30 35 40 79oss41+s pumparna avstänges. Samtidigt föres blandningshuvudets kolv till- baks till sitt utdragna läge, rensar kammaren på blandning och blockerar vidare tillträde för komponenterna. Hartsblandningen utskjutes genom utströmningsmunstycket 30 till en lämplig sprut- form (icke visad) där den formas och polymeriseras till en harts- produkt av önskat utseende. Så mycket av systemet är standard.

Som ovan förklarats har försök tidigare gjorts att inblanda fib- rer eller partikelformigt material till en eller båda av primär- komponenterna för att uppnå förbättrade egenskaper hos den färdi- ga hartsprodukten. Fastän allvarlig erosion och nötning av den noggrant bearbetade kolven, recirkulationsspåren och blandnings-_ huvudets blandningskammare, liksom pumparna och ledningarna för de många komponentsystemenß har medfört allvarliga problem, har ingen annan lösning kommit fram.

Föreliggande uppfinning är baserad på den upptäckten att ero- sionsproblemen hos de tidigare systemen kan avhjälpas på ett re- lativt enkelt sätt, med minsta möjliga ändring i befintlig ut- rustning. Med hänvisning återigen till fig. 1 innefattar anord- -ningen enligt uppfinningen de normala systemen för var och en av primärkomponenterna A och B, men dessutom innefattas ett sepa- rat hjälpkomponentsystem. Detta hjälpsystem består av en lag- ringstank 32, i vilken en del av en av primärkomponenterna, före- trädesvis komponenten med hög utmatning, blandas med de parti- kelformiga material, exempelvis glasfiber, som skall införas.

En omrörare 34 användes i tanken för att upprätthålla en homogen, suspension. Denna pumpas därefter med lågtryckspumpen 36 genom en standardvärmeväxlare och filter 38 resp. 40 (liknande de för komponenterna A och B) till matningsledníngarna 42. Ledningarna 42 leder till kanaler utgörande sprutmynningar i blandningshuvu- *det 10 åtskilda från sprutmynningarna för komponenterna A och B.

.Dessa kanaler blottas när blandningshuvudets kolv indragits sam- tidigt som sprutmynningarna för primärkomponenterna blottas. Så- lunda sprutas den partikelinnehållande suspensionen direkt in i blandningskammaren i närvaro av de inträngande höghastighets- strömmarna av primärkomponenterna. I motsats till vad som kunde förväntas av de som hade erfarenhet av reaktionsformsprutnings- teknik, behövde endast ett mycket lågt tryck anbringas till den partikelbärande suspensionen för att förmå den att tränga in i 10 20 25 30 35 7908841-5 blandningskammaren. I praktiken befanns det att ett tryck i stor- leksordningen så lågt som 0,28 MPa och upp till_1,38 MPa är tillräckligt för en polyolfiberglassuspension med viskositeter på 20 000 - 50 000 cP, medan ett driftstryck på ca 18 MPa upp- rätthålles för var och en av primärkomponenterna A och B. Även om primärkomponenternas tryck är oerhörtmycket större än det för suspensionen, tycks det som om tryckfallet som inträffar vid pri- märkomponenternas inträde i kammaren är tillräckligt snabbt för att tillåta införande av den partikelbärande suspension vid den låga trycknivå som antydesu Ännu mer överraskande är att införan- de av suspensionen vid det låga trycket icke desto mindre åstad- kommer en intim blandning av partiklarna i hela den bildade harts- blandningen när den utskjutes av kolven i blandningshuvudet till en sprutform.

Det partíkelbärande hjälpsystemet innefattar en returledning 44 som leder från blandningshuvudet till tanken 32, så att suspen- sionen konstant återföres under icke-blandnings, icke-formnings- perioderna, på samma sätt som primärkomponenterna. Som visas i fig. 1 är både matnings- och returledningarna 42, 44 företrädes- vis förgrenade, för att ombesörja införande av suspensionen vid tvâ diametralt motsatta ställen i blandningshuvudets blandninge- kammare. Arrangemanget visas ytterligare i fig. 2 i åtföljande ritning.

I praktiken har exempelvis upp till 25 viktprocent glasfiber räk- nat på den totala blandningsvikten med framgång inblandats i en uretanblandning av den typ som beskrives i det patent till vil- ket refererats ovan. Fibern utgjordes av slumpvis sönderhackade längder upp till 6 mm. För att förenkla hanteringen föredrages det att suspendera fibern i enseparat del av polyolkomponenten.

En sådan komponent kan vara av samma eller olika komposition som den i den primära polyolkomponenten. På samma sätt kan andra partikelformiga inneslutningar såsom finmalet färgpigment, mi- neraloxider och liknande inblandas i upp till 50 viktprocent av blandningen.

Claims (8)

10 15 _20 25 Bö 35 79Q8841-5 Patentkrav

1. Förfarande vid reaktionsformsprutning vid vilket partikel- formigt material med två eller flera primära flytande harts- komponenter, som kan reagera för att alstra en formbar plast- blandning, inblandas för att bilda en plastpartikel, k ä n ~ n e t e c k-n a t av att man förser ett blandningshuvud (10) av reaktionsformsprutningstyp, som har en_blandningskammare, med kanaler som mynnar i nämnda kammare under axiell inbördes skärning, att man tillhandahåller var för sig separata förråd (12) av nämnda primära reaktiva flytande komponenter och att man tillför dessa separat vid högt tryck (28,22,22') till öpp- ningar i nämnda huvud (10), att man tillhandahåller ett annat separat förråd (32) för flytande komponent, att man blandar nämnda partikelformiga material i nämnda andra separata förråd av flytande komponent för att få en partikelinnehållande suse 7 pension, att man tillför nämnda partikelinnehållande suspen- sion under lågt tryck (36,42) till en annan kanal i nämnda blandningshuvud, varvid nämnda suspension inblandas i den reaktiva blandningen av nämnda primära reaktiva komponenter bildad i nämnda blandningskammare och att man stöter ut (30) nämnda blandning från nämnda blandningskammare i en form för att framställa nämnda plastpartikel.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda partikelinnehållande flytande komponent införes i bland- ningskammaren från diametralt motsatta sidor av denna.

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda andra separata förråd av flytande komponent har samma sammansättning som en av nämnda primära komponenter.

4. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda primära komponenter innefattar en polyisocyanat med däri inblandade konventionella katalysatorer och blåsbild- ningsmedel, att nämnda andra komponent innehåller en polyol och att nämnda separata förråd av flytande komponent i vilket nämnda partikelformiga material är suspenderat, innefattar samma eller annan polyol. 10 15 25 30 35 7903841-5 9

5. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda partikelformiga material väljes bland glas, kol, gra- fit eller andra mineral- eller metallfibrer eller -granuler, mineral- eller metalloxider, färgpigment och liknande.

6. Apparat för reaktionsformsprutning för inblandning av par- tikelformigt material med två eller flera primära flytande hartskomponenter, som kan reagera under bildning av en formbar plastblandning för att bilda en plastartikel, k ä n n e t e c k- n a d av att den innefattar ett blandningshuvud (10) av reak- tionsformsprutningstyp som har en blandningskammare med öpp- ningar mynnande i nämnda kammare anordnade i axiell skärning, separata lagringsanordningar (12) för respektive förråd av nämnda primära flytande komponenter, lednings- (22,22') och pumporgan (28) var och en förbindande nämnda lagringsorgan och blandningshuvud och som tillför nämnda primära komponen- ter separat vid högt tryck till skilda öppningar i nämnda huvud för införande av dessa såsom strömmar med stötverkan i nämnda blandningskammare, en annan separat lagringsanord- ning (32) för en flytande komponent med nämnda partikelformi- ga material däri och bildande en suspension med detta; samt andra organ innefattande ledningar (42,44) och en lågtrycks- pump (36) förbindande nämnda andra lagringsanordning (32) och andra av nämnda öppningar i nämnda blandningshuvud (10) för införande av nämnda suspension i nämnda blandningskamma- re för inblandning med nämnda primära komponenter.

7. Apparat enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att nämn- da ledningsanordning som tillför nämnda primära komponenter till nämnda blandningshuvud är kopplade till öppningar belägna mitt emot varandra i nämnda blandningshuvud.

8. Apparat enligt krav 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda andra ledningsorgan som för nämnda suspension till nämnda blandningshuvud är kopplade till mitt emot varandra belägna av nämnda skilda öppningar i nämnda huvud.