專利名稱：用于制備夾層復合件的設備和方法
背景技術：
本發(fā)明涉及一種用于同時且均一地將發(fā)泡性反應混合物施加到表面上的應用設備(application device)，一種用于生產(chǎn)夾層復合件(sandwich compositeelement)的設備和一種連續(xù)或不連續(xù)生產(chǎn)夾層復合件(特別是具有剛性和柔性外層的泡沫復合件)的方法。
長期以來，一直需要一種能夠連續(xù)制造夾層復合件的設備使得生產(chǎn)率能提高到大于15m/min，優(yōu)選高達60m/min的速度。
到現(xiàn)在為止，擺動混料頭已經(jīng)用于連續(xù)生產(chǎn)夾層復合件。在已知的生產(chǎn)過程中，混料頭在底部外層的寬度上進行擺動運動，并且通過澆注耙形或扇形或勺形噴嘴將液態(tài)的反應混合物施加到該底部外層上，將所述澆注耙形或扇形或勺形噴嘴安裝為與混料頭上呈直角并且平行于底部外層。
混料頭安裝在位于底部外層上方的導軌上(通常稱作入口)并且借助電動馬達加速并且在反轉(zhuǎn)點前減速。發(fā)泡原材料通過軟管加入混料頭。此外，在一些例子中將液壓軟管或氣壓軟管引入混料頭。用于發(fā)泡的原材料通過噴嘴進入混料頭中并且混合。
反應混合物隨后流入澆注耙形件中并且通過規(guī)則分隔的孔流出。通過澆注耙形件的長度及其孔和混料頭的擺動運動來傾斜于傳遞方向地均勻分配反應混合物。
在施用之后，反應混合物發(fā)泡上升直到頂部外層。在發(fā)泡過程中，在泡沫凝固化且固化之前其連接兩個外層。
該生產(chǎn)過程的生產(chǎn)率實際上是有限制的。即使使用足夠強的發(fā)動機，導軌，軟管，混料頭和澆注耙形或扇形或勺形噴嘴，反應混合物也將會溢出外層邊界，因為在反轉(zhuǎn)點具有非常高的離心力。根據(jù)現(xiàn)有技術，在采用該應用技術連續(xù)生產(chǎn)夾層復合件時生產(chǎn)率不可能超過15m/min。
使用固定混料頭技術、剛性卸料系統(tǒng)使生產(chǎn)率達到60m/min的技術，是完全已知的。被稱為US技術(高速機)的該方法基本由具有分離的給料頭和分離的混料頭以及卸料系統(tǒng)的三個相同計測控制線構成。然而，該技術并不具有如本發(fā)明描述的分配頭。該已知工藝的缺點在于離開各個單獨混合頭的反應混合物在壓力和溫度方面易受到不同的物理條件，這些在制造的泡沫體中顯現(xiàn)出的是產(chǎn)品質(zhì)量下降，例如因各點之間反應動力學的差異而導致的熱傳導系數(shù)差異、表面不平、孔洞變小。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個目標是提供一種克服限制施涂率的缺點的方法。
通過使用用于生產(chǎn)泡沫體的本發(fā)明的應用設備可以達到該目標，在該設備中可同時施加發(fā)泡混合物并且在反應區(qū)上均勻地發(fā)泡。本發(fā)明的應用設備包括混料頭，分配頭，至少3個或更多個連接到分配頭上的柔性卸料線，它們橫向于卸料方向地固定到框架上。


圖1是使用擺動混料頭和澆注耙形件施用形成聚氨酯的反應混合物的示意圖。
圖2是使用本發(fā)明包括連接有分配頭的混料頭的裝置施用形成聚氨酯的反應混合物的示意圖。
圖3是具有柔性或剛性外層的復合件的連續(xù)生產(chǎn)工藝的示意圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及使用本發(fā)明的設備施用聚氨酯泡沫成形反應混合物的工藝，其中同時施用泡沫成形混合物并且在反應區(qū)上均勻地發(fā)泡。本發(fā)明的應用設備包括混料頭，分配頭，至少3個或更多的連接到分配頭上的柔性卸料線，它們橫向于卸料方向地固定到框架上。
如果本發(fā)明的設備包括連接到分配頭的至少三個等長的、具有相等的橫截面并且包括相同材料的卸料線，則是有利的。
如果卸料線的位置適合于板(panel)的幾何形狀并且被卸載的反應混合物穿過反應區(qū)域的底部外層(或面)的整個寬度均勻地分布，則本發(fā)明的應用設備是尤其有利的。
如果卸料線與框架的連接方式使得反應混合物在反應帶的傳送方向上施加到底部外層上，則根據(jù)本發(fā)明的應用設備是有利的。
如果卸料線與框架的連接方式使得反應混合物逆著反應帶的傳送方向施加到的底部外層上，則根據(jù)本發(fā)明的應用設備是有利的。
本發(fā)明的另一實施方案是用于制備夾層復合件的設備，其中包括至少兩個用于頂部和底部外層或面層材料的供料設備，引導頂部外層的旋轉(zhuǎn)上傳送帶，引導底部外層的旋轉(zhuǎn)下傳送帶，本發(fā)明的生產(chǎn)發(fā)泡芯層的應用設備、成型部分和切割裝置串聯(lián)連接。
如果使用發(fā)泡聚氨酯(PU)芯層，則用于制備夾層復合件的本發(fā)明的設備是有利的。
本發(fā)明的另一實施方案是用于生產(chǎn)發(fā)泡夾層復合件的方法，其中使用根據(jù)本發(fā)明的用于制備夾層復合件的應用設備，并且預先或在混料頭中，將在混料頭中混合在一起的一個或多個組分與惰性氣體混合。
如果化學惰性氣體選自空氣、氮氣、二氧化碳和稀有氣體(例如氬和氦)，則這對本發(fā)明的方法是有利的。優(yōu)選將空氣作為化學惰性氣體。
在根據(jù)本發(fā)明的應用設備中，也將混料頭連接于底部外層上方的框架，該框架是不可移動的，因此不同的反應曲線(profile)可能用于制造不同厚度的產(chǎn)品?；炝项^中各個發(fā)泡組分被混合，在混料頭上固定一個分配頭。該分配頭具有至少3個，最多8個卸料線，優(yōu)選其長度，橫截面和材質(zhì)相同。其優(yōu)點在于，與底部外層接觸時，在每個接觸點液態(tài)未發(fā)泡的反應混合物(still liquid reaction mixture)的發(fā)泡行為進展到同一程度，其使得生產(chǎn)的產(chǎn)品發(fā)泡特別均一。并不僅僅因為卸料線的同樣長度，橫截面和材料而得到該優(yōu)點，還因為待施用的整個混合物出自一個并且同樣的混料頭。本領域技術人員已知的與待發(fā)泡的反應混合物不會反應并且通常不會與反應混合物牢固粘合的任何材料都可以作為卸料線。卸料線優(yōu)選材料的例子為鋼，鋁，不銹鋼，聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚氯乙烯(PVC)，聚對苯二甲酸乙二酯(PET)，橡膠，聚四氟乙烯(PTFE)和聚氨酯(PU)。橡膠應被理解為本領域技術人員已知的可以被加工成進料線中的任何柔性橡膠，優(yōu)選丁腈橡膠(NBR)。尤其優(yōu)選的是柔性材料，例如PE，PP，PET和PVC。在傳送帶運輸方向的橫向上，將卸料線以適合于板的幾何形狀并且確保穿過底部外層的寬度均勻施涂的方式，安裝并固定在設置在頂部外層上方的剛性框架上。卸料線優(yōu)選以如下方式安置于底部外層上面使得反應混合物施涂于底部外層上從而使得底部外層上的各個單獨施用區(qū)域間的未潤濕區(qū)域為同一尺寸。在發(fā)泡過程中，空隙被閉合因此確保了復合件的均勻發(fā)泡。為了微調(diào)，剛性框架上的卸料線在傳送帶運輸方向的橫向上是可移動的。此外，卸料線以可使得反應混合物在傳送帶運輸方向或反向上與底部外層接觸的方式連接到框架上。反應混合物是在傳送帶運輸方向上還是反向上與底部外層接觸，取決于從卸料線上卸載的速率和傳送帶的傳送速率，并且有可能取決于反應混合物的粘度。卸料速率為1.2到2m/min且傳送速率為20到60m/min時，優(yōu)選以逆?zhèn)鬏敺较蚴┘臃磻旌衔?。卸料速率?.2到2m/min且傳送速率至多為20m/min時，優(yōu)選以傳送帶傳輸方向施加混合物。
在本發(fā)明特別優(yōu)選的實施方案中，混料頭以及分配頭和卸料線一起被安裝和固定，由此生產(chǎn)出在傳送帶傳輸方向的橫向上厚度遞減或厚度比率連續(xù)變化的產(chǎn)品?？墒沟玫撞客鈱痈鱾€施用區(qū)域間的非潤濕區(qū)域的尺寸以線性形式減小或連續(xù)地變化。在發(fā)泡期間，空隙被閉合，這樣在產(chǎn)品的高度上可能發(fā)生理想的不規(guī)則發(fā)泡。
這種方式安裝可以除去對擺動澆注耙形或扇形或勺形噴嘴而言不可缺少的入口(portal)。此外，在這種安裝下，生產(chǎn)率僅取決于發(fā)泡設備輸出操作或傳送帶的速度。在這種安裝下可以達到大于15m/min直到最大值為60m/min的速率。與必須使用了多個混料頭的工序相比本發(fā)明的設備的另一優(yōu)勢為，因為僅使用一個混料頭，不會因為不同的處理壓力，溫度或類似的處理參數(shù)而產(chǎn)生變化，導致生產(chǎn)安全性降低和產(chǎn)品質(zhì)量問題。
可以使用本領域技術人員已知的適合用于多元醇成分和聚異氰酸酯成分發(fā)泡生成聚氨酯夾層復合件中的任何混料頭作為本發(fā)明設備的混料頭?？梢栽诨炝项^中將化學惰性氣體加入到反應混合物中，或者可以預先將化學惰性氣體與一種或所有的反應成分混合，以阻止可能產(chǎn)生的卸料線阻塞。適合的化學惰性氣體的例子包括氮氣，空氣，二氧化碳和稀有氣體(例如氬和氦)。代替或除氣體之外，可以在反應成分中混合入其它組分。這類可以在反應成分或混料頭的混合物中添加的附加組分的例子包括石墨，聚氨酯粉，三聚氰胺，石英砂，AL2O3，滑石和納米復合材料，例如頁硅酸鹽，納米管，納米砂。
適合于構成分配頭的材料的例子包括鋼，不銹鋼，鋁和塑料。無論如何，選擇的材料必須經(jīng)受得住在混料頭中最常有的溫度和壓力，0.5到3巴和20到40℃。優(yōu)選對分配頭的幾何形狀進行選擇，以使得從分配頭入口到其通往卸料線的相應出口的通道長度相等。如果所有的分配頭出口的分配頭出口的橫截面與相同，則也是優(yōu)選的。可是，分配頭入口的橫截面也可以大于相應的分配頭出口。
本發(fā)明的應用設備可以是其它用于生產(chǎn)夾層復合件設備的一部分。聚氨酯夾層件(板)的制備通常是連續(xù)生產(chǎn)。在該方法中，通常用大約20到240mm厚的所謂雙傳送帶連續(xù)制備板?？墒牵穸刃∮?0mm和大于240mm也是可能的。這種類型的雙傳送帶通常由下述部件組成引導頂部外層的旋轉(zhuǎn)上傳送帶，引導底部外層的旋轉(zhuǎn)下傳送帶，用于頂部外層的進料設備，用于底部外層的進料設備，成型部分，其中頂部外層和底部外層間的聚氨酯反應混合物發(fā)泡并且充分反應，生產(chǎn)出的板的切割裝置和具有將聚氨酯反應混合物施加于底部外層之上的混料頭的計量站。根據(jù)現(xiàn)有技術的雙傳送帶，如圖3所示。
夾層復合件連續(xù)生產(chǎn)過程的各個設備的布置已經(jīng)是現(xiàn)有技術，例如在DE-A1247612和DE-A1609668中所揭示。
在本發(fā)明的框架中，夾層復合件是指由至少兩個外層和居于其間的芯層組成的復合件。
所有本領域技術人員已知的材料都可以作為芯層。礦物纖維的纖維板或硬泡沫塑料的板，例如聚氨酯或聚異氰脲酸酯(PIR)硬泡沫，聚苯乙烯泡沫，酚醛樹脂泡沫，都是優(yōu)選的。
優(yōu)選的夾層復合件包括至少兩個剛性或柔性材料外層和一個泡沫芯層，例如PU硬泡沫體。在此使用的術語PU硬泡沫體是指基于聚氨酯，聚脲和聚異氰脲酸酯化合物的硬泡沫體。
優(yōu)選將基于聚氨酯和/或聚異氰脲酸酯的硬泡沫體作為芯層。至于含有聚氨酯和/或聚異氰脲酸酯基團的硬泡沫體的制備，本領域技術人員已知的含有與OH化合物具有反應性的含NCO-化合物中的任何化合物均可以使用。適合的異氰酸酯的例子包括脂族，脂環(huán)族，芳脂族(araliphatic)，芳族和雜環(huán)聚異氰酸酯，優(yōu)選二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)或聚苯基聚亞甲基聚異氰酸酯，含有如下基團的聚異氰酸酯碳二亞胺基團，尿烷基團，脲基甲酸酯基團，異氰脲酸酯基團，脲基團或縮二脲基團，最優(yōu)選聚苯基聚亞甲基聚異氰酸酯。具有至少兩個氫原子，且對分子量為400到10,000g/mol的異氰酸酯有活性的合適化合物的例子包括具有氨基，硫醇基，羥基或羧基的化合物。此外，可以使用適合的NCO預聚物，所述NCO預聚物由聚合的MDI與脂族或芳族聚醚多元醇或聚酯多元醇(例如，數(shù)均分子量60到4000且具有1到4個羥基的聚醚多元醇或聚酯多元醇)反應制得。
使用對本領域技術人員來說常規(guī)的輔助物質(zhì)和添加劑產(chǎn)生制備泡沫體，例如催化劑，發(fā)泡劑，交聯(lián)劑，阻燃劑，泡沫穩(wěn)定劑，流動改進劑，抑制劑和任選的固體添加劑以改進導熱性和防火性。
本領域技術人員已知的任何材料都可以作為外層的材料。優(yōu)選金屬例如鋼(鍍鋅的和/或上漆的)，鋁(上漆的和/或陽極化的)，銅，不銹鋼，或非金屬，例如增強的，未增強的和/或填充的塑料，例如，聚氯乙烯或基于聚酯，或玻璃纖維，浸漬的薄紙板，紙，木材，瀝青浸漬的玻璃纖維起絨織物(fleece)和礦物玻璃纖維起絨織物。
外層可以，例如，由漆涂覆。
由上述材料制成的板的相應面的結(jié)合而成的外層的復合體也合適用作外層。
基于不同外層(剛性或柔性)和聚氨酯硬泡沫芯層的這種類型的復合件是現(xiàn)有技術中已知的并且也被稱為金屬復合件和絕緣板。在芯層和外層之間也可以提供其它的層。
這些具有剛性外層復合件應用的例子為工業(yè)廠房建筑和冷藏建筑的光面的或有紋墻板和成型屋頂板。這些復合件也可以作為卡車體，會堂門和大門及儲藏結(jié)構中。絕緣板，具有柔性外層的復合件，可作為屋頂，外墻和地板的絕緣材料。
通過連續(xù)工序或不連續(xù)工序制備這種復合件是已知的。為此目的，將未發(fā)泡的液體反應混合物用本發(fā)明的應用設備的施用到底部外層上。將緩慢發(fā)泡的反應混合物通過下傳送帶在底部外層上傳送至上、下傳送帶支撐的成型區(qū)中。發(fā)泡反應混合物到達頂部外層并且與兩個外層連接在一起。在成型區(qū)中制成的產(chǎn)品厚度由上、下傳送帶預先調(diào)定，泡沫體固化，并且在穿過成型區(qū)后，通過切割裝置被切成多段，從而使得由此制備的產(chǎn)品被切成所需的長度。
參照附圖將在下文詳細解釋本發(fā)明。
圖1表示用于將未發(fā)泡的液態(tài)的反應混合物5施加到底部外層6上的設備。借助于混料頭2施加液體反應混合物5，混料頭2在底部外層6上方安裝在導軌上(所謂的入口(未示出))，澆注耙形件4與混料頭2連接。混料頭2顯示出附加孔3，附加孔3充當混料頭2中的待混合成分的進料孔。氣壓缸1確保足夠的噴嘴張力。澆注耙形件4以直角連接到混料頭2上并且平行于底部外層6，其顯示出沿傳送方向一個接一個排列的孔，從這些孔中將未發(fā)泡的液態(tài)反應混合物5施加到外層6上?；炝项^2本身通過電動機(未示)在外層6的寬度上以擺動形式移動，由此因為外層6在傳輸方向的連續(xù)運動從而將反應混合物5傾斜地施加在外層6上。電動機加速混料頭2及附加在其上的澆注耙形件4到達反轉(zhuǎn)點7，反轉(zhuǎn)點7位于外層6的寬度擴展的各端上(圖中僅示一個反轉(zhuǎn)點)，在達到反轉(zhuǎn)點7之前混料頭2再次短時制動，由此在外層6的整個寬度得到均一的施加并且避免由于流動力上升而溢出外層6的寬度。
圖2表示用于在底部外層15上施加未發(fā)泡的液態(tài)反應混合物14的本發(fā)明的設備。在此也是，該應用設備包括一個混料頭9，其安裝在底部外層15上方并且包括作為反應組分進料孔的附加孔11。分配頭10被安裝在混料頭9上，其安裝有6條具有同樣長度、同樣直徑并且由同種材料制成的卸料線12。卸料線12被安裝在框架13底部上，橫跨底部外層15的整個寬度，框架13在運輸方向的橫向上以能在傳送帶的傳送方向在外層上均勻施加的方式運行。氣壓缸8確保了充足的噴嘴張力?？蚣?3剛性安裝在底部外層15上方。為了微調(diào)，卸料線12可以改變其在橫向于傳輸方向(未示)的框架13上的位置。圖2中所示的根據(jù)本發(fā)明的應用設備的例子顯示了卸料線12在框架13上的適應于板的幾何形狀的排列，這使得未發(fā)泡的液態(tài)反應混合物14以使得位于被覆蓋區(qū)域之間的底部外層15的未覆蓋區(qū)域17為同一尺寸的方式與底部外層15相接觸成為可能，從而確保橫穿外層15的整個寬度地均勻發(fā)泡。在液體反應混合物14的進一步發(fā)泡中，空隙17均勻地閉合16。在本發(fā)明的另一實施方案中，也可以以在傳送帶傳輸方向的逆向在底部外層15上施加反應混合物14的方式，將卸料線12連接到框架13上。在本發(fā)明的另一實施方案中，也可以以在各種情況下生產(chǎn)的夾層復合件的厚度沿傳送帶傳輸方向的橫向?qū)挾茸兓姆绞?，將卸料線12安裝在框架13上。
圖3表示根據(jù)現(xiàn)有技術制備聚氨酯夾層件的設備18。在此，底部外層19和頂部外層20被通過適當?shù)倪M料設備(未示)連續(xù)傳送進入旋轉(zhuǎn)上傳送帶21和旋轉(zhuǎn)下傳送帶22之間的縱向伸長的縫隙(即所謂的成型區(qū))，并且被引導。
通過分配泵和線將多元醇成分A和異氰酸酯成分B從相應的分配供應容器23和24傳送入混料頭25，在此混合，并使所得的聚氨酯反應混合物通過橫過底部外層19寬度方向上的混料頭25施加到橫向于傳送方向的底部外層19上。施加于底部外層19上的聚氨酯反應混合物發(fā)泡，并且通過底部外層19的縱向運動被傳送入成型區(qū)，該區(qū)由旋轉(zhuǎn)上傳送帶21和旋轉(zhuǎn)下傳送帶22支撐。在成型區(qū)中，聚氨酯反應混合物在頂部外層20和底部外層19中間發(fā)泡并發(fā)生反應，從而在通過成型區(qū)后，得到聚氨酯夾層件，然后可以按一定長度切割并進一步加工。
雖然為了說明在前已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明，仍可以理解到詳述僅為了該目的并且如由權利要求限定的不脫離本發(fā)明精神和范圍的變形是本領域技術人員可以做到的。
權利要求
1.一種設備，其用于以使發(fā)泡混合物均勻地在基材上發(fā)泡的方式將發(fā)泡混合物施加到所述基材上，該設備包括(a)混料頭，(b)連接于所述混料頭的分配頭，(c)至少3個連接于所述分配頭的卸料線，所述卸料線固定于，(d)剛性框架其中，所述卸料線以橫向于發(fā)泡混合物卸料的方向固定于所述框架。
2.如權利要求1所述的設備，其中包括連接于所述分配頭的至少4個具有同樣長度和同樣橫截面并且由同種材料制成的卸料線。
3.如權利要求1所述的設備，其中所述卸料線以使得未被正卸載的發(fā)泡混合物潤濕的基材區(qū)域具有相同尺寸的方式固定到框架上。
4.如權利要求1所述的設備，其中所述卸料線以適合于板的幾何形狀并且使得被卸載的發(fā)泡混合物穿過所述基材的整個寬度均勻地分布的方式固定到框架上。
5.如權利要求1所述的應用設備，其中所述卸料線以被卸載的發(fā)泡混合物穿過所述基材的整個寬度不均勻分布的方式固定到框架上。
6.如權利要求1所述的設備，其中所述卸料線以使得所述發(fā)泡混合物在傳送方向施加到所述基材上的方式固定到框架上。
7.如權利要求1所述的設備，其中所述卸料線以使得所述發(fā)泡混合物逆著傳送方向施加到所述基材上的方式固定到框架上。
8.一種制備夾層復合件的設備，其包括a)頂層，b)至少一個用于頂層的進料設備，c)底部外層，d)至少一個用于底部外層的進料設備，e)引導頂部外層的旋轉(zhuǎn)上傳送帶，f)引導底部外層的旋轉(zhuǎn)下傳送帶，g)權利要求1所述的設備，h)成型區(qū)和i)切割裝置其中(g)，(h)和(i)串聯(lián)連接。
9.一種由權利要求8的設備制備的夾層復合件，其包括PU芯層。
10.一種生產(chǎn)發(fā)泡夾層復合件的方法，其包括用權利要求8所述的設備將其中摻混有惰性氣體的發(fā)泡混合物施加到層上。
11.如權利要求10所述的方法，其中所述惰性氣體為空氣，二氧化碳或稀有氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于同時且均一地將發(fā)泡性反應混合物卸載到表面上的應用設備，一種生產(chǎn)夾層復合件的設備和連續(xù)或不連續(xù)生產(chǎn)夾層復合件，特別是具有剛性和柔性外層的泡沫復合件的方法。
文檔編號B29L9/00GK101077600SQ200710126689
公開日2007年11月28日 申請日期2007年5月16日 優(yōu)先權日2006年5月16日
發(fā)明者T·魯布, U·昆澤爾 申請人:拜爾材料科學股份公司