專利名稱：用于連續(xù)生產(chǎn)聚氨酯泡沫板材的發(fā)泡工藝和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用發(fā)泡技術(shù)生產(chǎn)聚合泡沫，特別涉及一種用于連續(xù)生產(chǎn)柔性和剛性板材的工藝和系統(tǒng)，這種板材通常用作于鑲板，軟墊等。
聚合泡沫，特別是聚氨酯泡沫已廣為人知。通常，泡沫的制造需要化學(xué)反應(yīng)成分的混合，例如多元醇和異氰酸鹽，還需要有通常使用的添加劑，例如適合的催化劑，表面活化劑或組織控制劑，以及水，水與異氰酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生用于發(fā)泡的二氧化碳。
在連續(xù)生產(chǎn)柔性泡沫中，特別是在生產(chǎn)柔性泡沫板材中，正象在普通機(jī)器上目前所進(jìn)行的操作一樣，通常在運(yùn)動(dòng)的板狀襯底上鋪或澆一薄層液態(tài)混合物，襯底位于略微傾斜的運(yùn)輸機(jī)上，然后，由于化學(xué)成分之間的化學(xué)反應(yīng)，泡沫可以自由生長(zhǎng)，直到泡沫達(dá)到完全膨脹。然后，泡沫得到固化，并在之后被切為塊狀。在美國(guó)專利No.3，325，823和No.4，492，664中，描述了普通的加工工藝和裝置。
為了避免液體混合物在泡沫下面通過(guò)現(xiàn)象的出現(xiàn)以及為了能生產(chǎn)出均勻的材料塊，通常要求使用小斜角和高速的運(yùn)輸機(jī)以及使用高的化學(xué)輸出量。這就導(dǎo)致必須使用造價(jià)高、占據(jù)空間大的機(jī)器，必須具有高的產(chǎn)量和必須在非常大規(guī)模的車間里進(jìn)行生產(chǎn)。
為了部分地解決和克服普通工藝所具有的問(wèn)題和缺點(diǎn)，美國(guó)專利No.3，786，122建議了一種不同的發(fā)泡過(guò)程，其中，各液體反應(yīng)劑以液態(tài)的形式進(jìn)行混合，并引入到一個(gè)預(yù)發(fā)泡槽的底部。這就使混合物能夠向上膨脹，使得預(yù)膨脹的混合物流出該槽，流到在運(yùn)輸機(jī)裝置上運(yùn)動(dòng)的通道形狀的薄板材料上。雖然這種工藝在生產(chǎn)聚合泡沫連續(xù)板材時(shí)不用往復(fù)運(yùn)動(dòng)的混合頭，但由于泡沫是在槽中形成的，這會(huì)使槽的有效體積逐漸變小或減小，并因此減少了在槽中的停留時(shí)間，產(chǎn)生一些問(wèn)題。
部分膨脹的泡沫仍具有相對(duì)高的密度和低粘度，它限制了發(fā)泡運(yùn)輸機(jī)所使用的傾角。因此，泡沫潛流的危險(xiǎn)依然存在。
雖然美國(guó)專利No.3，786，122的主要目的是使用一種長(zhǎng)度較短的運(yùn)輸機(jī)，并以比普通機(jī)器中的運(yùn)輸機(jī)速度更慢的速度運(yùn)行該運(yùn)輸機(jī)，但從槽中排出的混合物仍為液體，這實(shí)際上使運(yùn)輸機(jī)的速度和長(zhǎng)度不能減小到有意義的程度。因此，所得到的泡沫板材機(jī)仍然很大，仍要占據(jù)大的空間。1985年出版的、G.HOERTEL Ed.Carl Hanser Verlang編寫的“A Publication PU Handbook”的P162-168中描述了澆注技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，它試圖利用固定的混合頭獲得均勻的聚氨酯混合物的鋪設(shè)層。Hoertel所討論的這種混合物不是泡沫，而且沒有發(fā)泡過(guò)程。根據(jù)Hoertel的理論，混合物通過(guò)一個(gè)分配棒鋪設(shè)在運(yùn)輸機(jī)的全部寬度上，混合物是沿分配棒的寬闊前面從中流出的。同樣，所得到的液流與根據(jù)專利No.3，788，122從槽中得到液流相似，取決于分配棒的體積和泡沫系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)，混合物或以清的液體形式(未發(fā)生反應(yīng))或以已乳化的液體形式(開始發(fā)生反應(yīng))排到襯底上。因此，混合物的密度和粘度仍取決于分配棒的體積，而化學(xué)發(fā)泡是在分配棒中發(fā)生的。因此，根據(jù)Hoertel的分配棒與美國(guó)專利No.3，786，122的槽系統(tǒng)沒有根本區(qū)別。
發(fā)泡工藝在聚氨酯技術(shù)中是眾所周知的，但對(duì)于泡沫板材的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)遠(yuǎn)非如此。當(dāng)發(fā)泡時(shí)，非反應(yīng)的惰性氣體或發(fā)泡劑在壓力下以液態(tài)的形式或溶解的形式在混合器中與聚氨酯化學(xué)成分混合。然后減小壓力，引起發(fā)泡或預(yù)膨脹。發(fā)泡劑的汽化引起組織長(zhǎng)大并使液體反應(yīng)混合物發(fā)泡，泡沫固化后形成一種彈性體。
典型的發(fā)泡劑是各種含氯氟烴(Chlor fluorocarbons)(CFC)，然而使用CFC材料有許多環(huán)境問(wèn)題。因此，人們通過(guò)用二氧化碳(CO2)進(jìn)行發(fā)泡，生產(chǎn)出了泡沫聚氨酯材料。
美國(guó)專利No.3，184，419和No.5，120，770都建議在發(fā)泡技術(shù)中用二氧化碳(CO2)作為非反應(yīng)發(fā)泡劑。
根據(jù)這兩項(xiàng)專利，在混合時(shí)，對(duì)反應(yīng)混合物施加一定壓力，以使發(fā)泡劑保持為液態(tài)。此后，混合物排到大氣壓下，引起發(fā)泡劑的擾動(dòng)汽化。因此，盡管發(fā)泡技術(shù)和將液態(tài)惰性發(fā)泡劑用于反應(yīng)混合物使得能夠生產(chǎn)出密度減小了的泡沫，但由于有形狀不規(guī)則和尺寸過(guò)大的組織和氣泡，產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)具有非常不均勻的質(zhì)量。
雖然用惰性氣體，特別是用CO2進(jìn)行發(fā)泡是一種廣為人知的潛在技術(shù)，但到目前為止，尚沒有設(shè)計(jì)出或發(fā)現(xiàn)具有實(shí)用價(jià)值的發(fā)泡工藝和系統(tǒng)，以用于泡沫板材的生產(chǎn)。
在通過(guò)使用發(fā)泡技術(shù)來(lái)解決不用含氯氟烴發(fā)泡劑生產(chǎn)泡沫板材的問(wèn)題過(guò)程中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)必須在受到控制的條件下適當(dāng)釋出處于壓力下的混合物。在聚合泡沫的生產(chǎn)中，使用受到控制的條件能夠在混合物初始發(fā)泡膨脹過(guò)程中有益地對(duì)組織的成長(zhǎng)產(chǎn)生影響，這在板材的生產(chǎn)中是很重要的。
現(xiàn)在，人們?nèi)匀恍枰糜谶B續(xù)生產(chǎn)柔性板材或用于其它連續(xù)泡沫生產(chǎn)線的新的發(fā)泡工藝和系統(tǒng)，在這種工藝和系統(tǒng)中應(yīng)能夠?qū)嶋H使用發(fā)泡技術(shù)和非反應(yīng)發(fā)泡劑。
本發(fā)明的目的是提供一種如上所述的發(fā)泡工藝，利用這種工藝就可以有益地使用一種非反應(yīng)液體發(fā)泡劑，最好是二氧化碳，進(jìn)行發(fā)泡，在不對(duì)泡沫的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響的條件下，能夠提供合適的無(wú)氣泡的商業(yè)化產(chǎn)品。
本發(fā)明的另一目的是提供一種如上所述的、用于生產(chǎn)柔性或剛性連續(xù)泡沫板材的工藝和系統(tǒng)，在這種工藝和系統(tǒng)中，混合物的發(fā)泡是在控制的條件下進(jìn)行的，混合物將以高粘度泡沫的形式鋪在運(yùn)動(dòng)的襯底上，沒有發(fā)泡劑擾動(dòng)汽化的現(xiàn)象。這也能夠生產(chǎn)出低密度泡沫，密度的量級(jí)可達(dá)14kg/m3(0.87pcf)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種如上所述的發(fā)泡工藝和系統(tǒng)，這種工藝和系統(tǒng)使得能夠使用在非常低速下運(yùn)行的低輸出設(shè)備，因此與普通的或已知的機(jī)器或生產(chǎn)線或設(shè)備相比，這種泡沫生產(chǎn)線的長(zhǎng)度可以短得多，在保持了優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)避免了普通系統(tǒng)的缺點(diǎn)。由于是以較低的速度運(yùn)行縮短了長(zhǎng)度的生產(chǎn)線，這也大大地減少了廢氣，使得每小時(shí)的廢氣體積同樣減少了，這些廢氣在排放之前需要過(guò)濾或進(jìn)行其它清潔處理。同樣重要的是減少了需要進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的空氣量，因此減少了板材生產(chǎn)的能源費(fèi)用。
因此，本發(fā)明的主要目的是淘汰含氯氟烴(CFC)，以及其成分中的揮發(fā)有機(jī)化合物(VOC)，并用價(jià)格較低的成分進(jìn)行替代，同時(shí)，所生產(chǎn)的軟的低密泡沫具有非常一致的組織結(jié)構(gòu)，沒有大的氣泡，氣孔和可見缺陷。
與現(xiàn)有技術(shù)的一般趨勢(shì)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)在于，在壓力下將聚合化學(xué)成分的反應(yīng)混合物與惰性低沸發(fā)泡劑混合，然后，在發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)之前，在壓力受到控制的條件下，通過(guò)壓力均勻和發(fā)泡裝置使混合物發(fā)泡，壓力均勻和發(fā)泡裝置上有一細(xì)長(zhǎng)的降壓區(qū)，它沿著襯底運(yùn)動(dòng)方向的橫向延伸。然后，發(fā)泡的混合物沿著一發(fā)泡通道或空腔受到約束。之后發(fā)泡混合物開始化學(xué)反應(yīng)。上述發(fā)泡通道或空腔有一個(gè)出口，其面積最好比降壓區(qū)出口面積大。根據(jù)本發(fā)明，混合過(guò)程中的壓力范圍最好約為5-18巴。
本發(fā)明在利用混合化學(xué)成分的發(fā)泡泡沫上是獨(dú)特的，發(fā)泡泡沫包括用于形成板材的聚合泡沫。本發(fā)明的另一獨(dú)特之處在于，在生產(chǎn)泡沫板材中，使用了對(duì)環(huán)境安全的發(fā)泡劑進(jìn)行發(fā)泡。這種泡沫板材既可以是柔性的也可以是剛性的。本發(fā)明使用了一種稱為槽棒的、特殊設(shè)計(jì)的排料頭或鋪設(shè)頭，它巧妙地有助于混合泡沫成分的發(fā)泡。通過(guò)使用一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的降壓區(qū)以及通過(guò)使混合的發(fā)泡材料經(jīng)過(guò)發(fā)泡通道或空腔，這種發(fā)泡是在嚴(yán)格控制的情況下發(fā)生的，其中，降壓區(qū)是槽棒的一部分，在混合物排到運(yùn)動(dòng)的襯底或運(yùn)輸機(jī)上之前，氣體發(fā)泡劑逐步排進(jìn)發(fā)泡混合物。排料頭保證了發(fā)泡材料在機(jī)器寬度上的分布，或分布在板材機(jī)的主要部分上或分布在所希望的部分上。板材機(jī)可以是一整條生產(chǎn)線或是一套設(shè)備，在其上發(fā)泡泡沫可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，完全長(zhǎng)大，固化，并且然后被切為所希望的塊。
通過(guò)試驗(yàn)可知，生產(chǎn)大的泡沫材料塊的關(guān)鍵是泡沫外型角，機(jī)器的產(chǎn)量，運(yùn)輸機(jī)的速度以及成分特性等因素之間的平衡，成分特性包括粘性，活性等。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)開始時(shí)，因?yàn)榛旌衔镆呀?jīng)變粘，并且保持了一個(gè)陡的升角，所以泡沫的升角已不再是對(duì)工藝條件的限制了。從發(fā)泡室腔排出的是均勻和預(yù)膨脹的混合物，它具有足夠高的粘度以避免現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備和柔性板材生產(chǎn)線所存在的升角問(wèn)題。這種粘度甚至在非常低的速度和陡的落板角的情況下都足以保證生產(chǎn)厚的材料塊，這是由于混合物得到充分反應(yīng)的結(jié)果。這種條件是在混合頭之后通過(guò)控制混合物的膨脹階段而獲得的，這種條件使得可以逐漸將發(fā)泡劑混入反應(yīng)物質(zhì)中。因此，可以變化上述四個(gè)關(guān)鍵因素，以便得到所需要的密度，而不必象現(xiàn)有工藝那樣必須與一套不變的參數(shù)相聯(lián)系。生產(chǎn)線或設(shè)備的速度和尺寸可以根據(jù)泡沫制造商的需要來(lái)決定，速度范圍為每分鐘1-5米，長(zhǎng)度可為20米或更短，而不是通常的100米的長(zhǎng)度。這也使得可以只處理和過(guò)濾較小的廢氣體積，簡(jiǎn)化了測(cè)量和設(shè)備安裝，可用二氧化碳制造泡沫，可只對(duì)較小體積的空氣進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)，并能得到約14kg/m3或更低的泡沫密度。
下面將通過(guò)參考附圖對(duì)本發(fā)明和本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。其中

圖1表示了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)泡和起泡工藝進(jìn)行工作的系統(tǒng)；圖2是一發(fā)泡裝置的放大視圖，這一裝置具有本發(fā)明的特點(diǎn)；圖3表示了具有本發(fā)明特點(diǎn)的第二系統(tǒng)；圖4表示了具有改進(jìn)形式的發(fā)泡裝置的另一系統(tǒng)；圖5是圖4中發(fā)泡裝置的放大視圖；圖6是另一個(gè)發(fā)泡裝置的放大視圖；圖7表示了根據(jù)本發(fā)明發(fā)泡裝置的又一實(shí)施例。
現(xiàn)在首先參考附圖1和2對(duì)本發(fā)明的基本特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖所示，用于完成根據(jù)本發(fā)明工藝的裝置具有兩個(gè)與運(yùn)輸機(jī)1垂直布置的側(cè)壁4。連續(xù)的側(cè)紙3沿泡沫的生產(chǎn)方向P(見箭頭)延伸，并沿著每個(gè)側(cè)壁4的內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)。略寬于兩側(cè)壁4之間距離的連續(xù)紙板2傳送到運(yùn)輸機(jī)1上，以便提供一條發(fā)泡通路。每側(cè)的多余部分向上翻卷，從而與側(cè)紙3的底部邊緣形成密封。底紙2和側(cè)紙3有效地構(gòu)成了一個(gè)上部敞開的連續(xù)輸送槽，例如，這種輸送槽可以具有約2半寬和1米高的尺寸。運(yùn)輸機(jī)1可以基本上水平布置，可選擇地，運(yùn)輸機(jī)1也可以有一小的傾角，例如6度。
上述裝置還包括一個(gè)混合器11，它具有一個(gè)位于運(yùn)輸機(jī)1之上的出口12，出口12用于將化學(xué)反應(yīng)成分的混合物傳送到一發(fā)泡裝置中，發(fā)泡裝置一般用數(shù)字13表示，并示于圖2和圖5中。
在混合裝置11的出口噴嘴12處裝有一個(gè)壓力計(jì)12′，用于指示通過(guò)出口12流出混合室的混合化學(xué)物的壓力。容器5，6和7用于盛放發(fā)泡化學(xué)成分，例如多元醇和異氰酸鹽以及常用的化學(xué)添加劑，這種化學(xué)添加劑包括低沸發(fā)泡劑，例如二氧化碳。化學(xué)成分和發(fā)泡劑通過(guò)管路和各自的計(jì)量泵8，9和10從每個(gè)容器送到混合器11。
根據(jù)圖2所示的實(shí)施例，混合器11的出口噴嘴12通過(guò)管路18與混合發(fā)泡裝置13連接，發(fā)泡裝置13沿著運(yùn)輸機(jī)1的橫向延伸。發(fā)泡裝置13中包括有降壓發(fā)生裝置，降壓發(fā)生裝置又有一個(gè)細(xì)長(zhǎng)槽17形狀的細(xì)長(zhǎng)的降壓區(qū)。應(yīng)當(dāng)理解，細(xì)長(zhǎng)的降壓區(qū)的作用是提供背壓，并使化學(xué)成分在壓力下進(jìn)入混合器11進(jìn)行混合，以及為了防止在混合物的發(fā)泡過(guò)程中出現(xiàn)發(fā)泡劑的擾動(dòng)揮發(fā)，在壓力減小之前，在發(fā)泡裝置中使壓力均勻。同時(shí)，發(fā)泡裝置13使混合物能夠在約束和壓力得到控制的條件下進(jìn)行發(fā)泡。發(fā)泡裝置13也保證了所得到的泡沫能平滑地送到襯底2和3上，同時(shí)混合物能沿運(yùn)輸機(jī)裝置的運(yùn)動(dòng)方向流動(dòng)。
如上所述及如圖2所示，壓力均勻和發(fā)泡裝置13有一管狀部件，其上有一長(zhǎng)的具有縱軸的壓力均勻室21。室21在一個(gè)或多個(gè)供料點(diǎn)處通過(guò)至少一個(gè)管路裝置18與混合器11連接。壓力均勻或管狀室21有一降壓區(qū)，例如它可具有細(xì)長(zhǎng)槽17的形狀，細(xì)長(zhǎng)槽17沿著室21的一側(cè)縱向延伸。然而，降壓區(qū)也可以由其它適合形狀的壓降口構(gòu)成，用于發(fā)泡前的混合物流動(dòng)。如圖6和7所示，排料棒或槽棒可以具有一系列圓形、橢圓形式矩形孔，或具有一系列細(xì)長(zhǎng)但總長(zhǎng)度較槽棒短的槽，只要能夠產(chǎn)生所需的控制條件即可。上述槽或更準(zhǔn)確地說(shuō)降壓區(qū)17具有有限的橫斷面積，這足以引起來(lái)自室21的混合物在發(fā)泡過(guò)程中產(chǎn)生壓降，并在混合裝置11中產(chǎn)生相應(yīng)的背壓，以用于前述的目的。
在鋪設(shè)泡沫的過(guò)程中，為了得到所希望的控制條件，通過(guò)使用一個(gè)擴(kuò)大的空腔來(lái)完成發(fā)泡控制，上述室腔如圖中數(shù)字19所示，它具有出口20，從出口20處發(fā)泡混合物被送上移動(dòng)的襯底。
擴(kuò)大的發(fā)泡空腔19有這樣一種適合的形狀，它能對(duì)發(fā)泡混合物進(jìn)行流動(dòng)控制，并且特別是出口20的橫斷面積應(yīng)大于降壓區(qū)的橫斷面積，例如大于細(xì)長(zhǎng)槽17的橫斷面積，降壓區(qū)使壓力均勻室21和發(fā)泡空腔19之間連通。出口20的橫斷面積應(yīng)是具有細(xì)長(zhǎng)槽17形式的降壓區(qū)橫斷面積的十-幾百倍，或更大。
在圖1所示的實(shí)施例中，發(fā)泡裝置13將發(fā)泡混合物送到襯底2/3上，襯底2/3在運(yùn)輸機(jī)1上沿著基本水平的路線運(yùn)動(dòng)。運(yùn)輸機(jī)的工作速度約為每分鐘1-5米，使得在距泡沫排料點(diǎn)約1-8米的范圍內(nèi)能夠獲得泡沫材料的全高。
圖1的上述例子涉及這樣的系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，泡沫從運(yùn)輸機(jī)的底部向上升高。
圖3的例子涉及一種不同的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，泡沫可在一向下傾斜的通道上生成，這種結(jié)構(gòu)可以大大地減小機(jī)器的長(zhǎng)度。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，由于來(lái)自發(fā)泡空腔的泡沫的高粘度，發(fā)泡混合物所排放到的運(yùn)輸機(jī)的傾角并不十分重要。因此，不會(huì)出現(xiàn)潛流現(xiàn)象。
圖3的連續(xù)板材機(jī)也使用了一主運(yùn)輸機(jī)1，以及有關(guān)的側(cè)壁4和側(cè)紙2和底紙3，并且運(yùn)輸機(jī)1處于水平位置。
此實(shí)施例還包括一個(gè)具有傾角α的第二運(yùn)輸機(jī)25，例如它可以與水平面成約30°的傾角，并且第二運(yùn)輸機(jī)25位于側(cè)壁和側(cè)紙之間，其低端恰位于主運(yùn)輸機(jī)1的上面。壓力均勻和發(fā)泡裝置13，例如如圖1例子中所描述的這種裝置，布置在運(yùn)輸機(jī)25上表面最高點(diǎn)的上方。對(duì)于運(yùn)輸機(jī)25來(lái)說(shuō)，可選擇地，也可使用一滑面進(jìn)行替代，例如一塊降板，用于建立向下的通道。傾角α最好能夠從約10°變化到約40°，變化范圍最好是25°-30°。
這種情況下的底紙2在傾斜運(yùn)輸機(jī)25的上表面上移動(dòng)并隨之向下運(yùn)動(dòng)，然后送到主運(yùn)輸機(jī)1上并隨之運(yùn)動(dòng)。
第二連續(xù)紙22在滾輪23下運(yùn)動(dòng)，使得其恰好越過(guò)發(fā)泡空腔19的上表面，并且紙22落在膨脹的泡沫16的上表面上并隨之運(yùn)動(dòng)。
可選擇的壓力板24的安裝可使其靠在紙22的上側(cè)，如果需要的話，它有助于膨脹泡沫的成型。
與普通系統(tǒng)相比較，對(duì)使用了根據(jù)本發(fā)明工藝和系統(tǒng)的板材連續(xù)制造系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。
例1根據(jù)此比較例子，使用了如圖1所示的普通連續(xù)板材機(jī)，不同的是沒有發(fā)泡裝置13。制備了一種表1中稱為混合物A的化學(xué)混合物，并將其注入容器5。80∶20的TDI(部分B)注入容器6。容器7盛放亞辛酸鹽催化劑(部分C)。
將泵8，9和10分別調(diào)整到具有如表1中對(duì)部分A，B和C所規(guī)定的輸出量。運(yùn)輸機(jī)1調(diào)到每分鐘5米的速度。
來(lái)自混合器的發(fā)泡化學(xué)物可以從混合頭出口12直接注射到紙2上。壓力計(jì)12′的讀數(shù)為零。
泡沫16的膨脹開始于沿運(yùn)輸機(jī)的長(zhǎng)度方向、距混合頭11約0.8米的位置。這表示從混合開始約需要12秒鐘的時(shí)間。
泡沫在距混合頭11約8米的位置完全膨脹。這表示從混合開始約需要105秒鐘的時(shí)間。
在固化之后，泡沫板材的高度為0.8米。從其上切下的泡沫試樣的密度為21.5kg/m3。泡沫的組織結(jié)構(gòu)具有一致的質(zhì)量，幾乎沒有不規(guī)則組織，尺寸過(guò)大組織或孔隙。
例2根據(jù)此比較例子，使用了例1中所用的泡沫板材機(jī)。在此情況下，表1中部分A所表示表1例1-3 例4各部分 輸出 輸出重量 (kg/min) (kg/min)部分A 120 24聚醚多元醇,3500mw 100,00水 4.50氨催化劑,Niax AL 0.10硅酮,Tegostab B2370 1.20部分B 62.4 12.580:20TDI 55.2部分C 0.25 0.05催化劑,亞辛酸鹽 0.22NIAX是碳化物聯(lián)合會(huì)的商標(biāo)TEGOSTAB是TH Goldschmidt的商標(biāo)(發(fā)泡劑的價(jià)格相對(duì)較低)的化學(xué)混合物裝入容器5中，并充滿一定壓力的二氧化碳?xì)怏w，此外還加入一定量的液態(tài)二氧化碳。充足的液態(tài)二氧化碳使容器5中得到壓力計(jì)14所指示的6巴的壓力。
泡沫板材機(jī)按與例1相同的方式工作。
這次，化學(xué)物以擾動(dòng)的泡沫形式流出混合頭出口管12。也可注意到，在落在底紙2上之后，泡沫中形成了許多大的氣泡。出口12處的壓力計(jì)12′所指示的壓力為零。
泡沫的膨脹在距混合頭11約7米的距離處完成。
當(dāng)泡沫板材固化時(shí)，其高度為0.9米，這表明比例1產(chǎn)生了更多的膨脹。
從其上切下的泡沫試樣的密度為19kg/m3。
泡沫的組織結(jié)構(gòu)不均勻，在泡沫中出現(xiàn)了大的卵形孔隙或氣孔，尺寸可達(dá)30mm高×10mm直徑。這種組織結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性的出現(xiàn)使這種泡沫不能為用戶所接受。
例3根據(jù)本發(fā)明，使用了與例1和例2中相同泡沫板材機(jī)，不同之處在于將根據(jù)本發(fā)明的發(fā)泡裝置13安裝到混合頭出口12上，使得在發(fā)泡化學(xué)物通過(guò)壓力均勻室21的降壓區(qū)減小其壓力而發(fā)泡之前，在運(yùn)輸機(jī)1的寬度上發(fā)泡化學(xué)物的壓力得到均化。
如圖2所示的壓力均勻和發(fā)泡裝置由一根1.9米長(zhǎng)的鋼管21構(gòu)成，其內(nèi)徑為30mm。沿著壓力均勻室21的長(zhǎng)度方向，在鋼管上切出一個(gè)高0.5mm，長(zhǎng)1.85mm的槽17。入口管18安裝到帶槽的管21上，入口管18的另一端與混合頭出口12連接。
擴(kuò)散器/擋流板形式的發(fā)泡空腔19與壓力均勻室21的外側(cè)連接，以便在細(xì)長(zhǎng)槽17和擴(kuò)散器/擋流板的矩形出口20之間形成擴(kuò)張的封閉通道。發(fā)泡空腔的出口尺寸為1.85米寬，0.2米高。從細(xì)長(zhǎng)槽到出口，擴(kuò)散器/擋流板形式的發(fā)泡空腔的長(zhǎng)度為0.5米。
帶槽的鋼管以及擴(kuò)散器/擋流板安裝到泡沫板材機(jī)上，使得出口20恰好在底紙2的上方，并朝向如箭頭P所示的運(yùn)輸機(jī)1的運(yùn)動(dòng)方向。
槽棒60具有圖6和圖7所示的結(jié)構(gòu)。在圖6中，該棒具有矩形的外形和矩形斷面的內(nèi)室62。許多如64，66和68所指示的細(xì)長(zhǎng)槽用于提供所希望的槽棒60的出口，以及提供所需的壓力降。在圖7中，槽棒70具有圓形斷面的內(nèi)室72，許多如74，76和78所指示的管狀出口在內(nèi)室72中軸向地沿流動(dòng)方向布置，以提供所需的出口和壓力降。
泡沫板材機(jī)按與例2相同的方式工作。容器5中的壓力仍為壓力計(jì)14所指示的6巴；混合室中的壓力約為18巴。
我們發(fā)現(xiàn)，在槽棒或壓力均勻室21中的壓力降應(yīng)占混合室之后的總壓力降的主要部分。
這次，從矩形出口20處生成的泡沫很平滑。在膨脹的泡沫中，沒有大的氣泡。混合頭出口12上的壓力計(jì)12′所指示的壓力為6巴。
泡沫的膨脹在距出口20不到7米的距離處完成。由于泡沫的高粘度，根據(jù)本發(fā)明，有可能減小運(yùn)輸機(jī)的速度，并大大地減小生產(chǎn)線的總長(zhǎng)度，因此，與普通系統(tǒng)相比，可減小整個(gè)設(shè)備的長(zhǎng)度而不會(huì)出現(xiàn)潛流問(wèn)題。
當(dāng)泡沫板材固化后，其高度為1米。從其上切下的泡沫試樣的密度為17kg/m3。組織結(jié)構(gòu)良好，不含大的孔隙。泡沫質(zhì)量已達(dá)到商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)。
例4根據(jù)本發(fā)明，使用了與例3中相同的化學(xué)配方，容器5中盛放著多元醇混合物/二氧化碳混合物，壓力計(jì)12′的讀數(shù)為6巴。
然而，在這種情況下，泵8，9和10的輸出量減小到例3中所用輸出量的1/5，如表1所示，并且槽17的高度減為0.4mm。
運(yùn)輸機(jī)1和21的表面速度均為1m/min。
在此情況下，膨脹泡沫16在距出口20約1.2米的距離處達(dá)到其全高。
固化的泡沫材料的高度為1米。從其上切下的泡沫試樣的密度為17kg/m3。組織結(jié)構(gòu)良好，并與例3中所制造的泡沫相似。泡沫不含大的孔隙。泡沫質(zhì)量達(dá)到了商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)。
這種技術(shù)條件下的例3和例4證明了在連續(xù)生產(chǎn)聚合泡沫材料中通過(guò)控制壓力降和混合物的發(fā)泡，根據(jù)本發(fā)明的工藝是高效率的。
例5在此例中，使用了與例4中相同的化學(xué)配方，所不同的是，如下面所述，二氧化碳的含量增加了。為了將液態(tài)二氧化碳連續(xù)地泵入，而不是在容器中將它與多元醇預(yù)混，對(duì)實(shí)施例進(jìn)行了修改。如圖4所示，為了借助于靜態(tài)混合器53將來(lái)自容器55的液態(tài)二氧化碳混入多元醇液流中，增加了一個(gè)泵54。為了保證多元醇管路中的壓力不變，設(shè)置了一個(gè)減壓閥56，在到達(dá)混合器之前，上述壓力將使二氧化碳在工作溫度下保持為液態(tài)。液態(tài)二氧化碳以這樣一種輸出量泵入多元醇液流中，即二氧化碳與多元醇的重量比為4%。液態(tài)二氧化碳也可以泵入異氰酸鹽液流中。槽17的高度進(jìn)一步減小到約為0.3mm。壓力計(jì)12′指示的壓力為15巴。其它參數(shù)都與例4中的相同。
固化后的材料高度為1.2米，而密度為14kg/m3。組織結(jié)構(gòu)良好。
長(zhǎng)期的試驗(yàn)表明了使用二氧化碳作為主發(fā)泡劑的現(xiàn)實(shí)可能性，在運(yùn)動(dòng)的襯底上可得到反應(yīng)混合物的平滑和均勻的發(fā)泡，同時(shí)運(yùn)輸機(jī)以相對(duì)低的速度運(yùn)行，因此與使用普通工藝或發(fā)泡技術(shù)的機(jī)器相比，可以減小機(jī)器的長(zhǎng)度和輸出量。
在柔性聚氨酯泡沫的普通機(jī)械混合中，人們知道，在混合過(guò)程中有必要將少量的成核氣體加到液態(tài)反應(yīng)劑中。成核氣體的作用是在開始發(fā)泡時(shí)為組織的形成提供成核結(jié)點(diǎn)。通常，成核氣體，例如空氣或氮?dú)猓悦糠昼?.3-3纖升的速率用于混合流量為100kg/min的化學(xué)反應(yīng)劑。
根據(jù)本發(fā)明，我們還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液態(tài)二氧化碳作為輔助發(fā)泡劑引入液體反應(yīng)劑時(shí)，最好仍加入一種成核氣體。這種要加入的氣體必須以足夠高的壓力引入混合器，以便克服混合器中的壓力。
我們還發(fā)現(xiàn)，成核氣體量可以遠(yuǎn)高于柔性聚氨酯泡沫普通機(jī)械混合時(shí)所用的氣體量。當(dāng)混合頭的壓力為5-18巴，化學(xué)流量為100kg/min時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)可以按10-40纖升/分鐘的速率加入成核氣體(例如氮?dú)?。如果使用普通機(jī)械混合的、較低的添加流量，泡沫組織結(jié)構(gòu)將很粗糙，疏松率低，并且這種泡沫制品無(wú)法達(dá)到商業(yè)化的質(zhì)量。
圖4和圖5表示了不同形式的出口和發(fā)泡裝置。
根據(jù)圖4的例子及根據(jù)本發(fā)明，盛放在容器55中的液態(tài)二氧化碳通過(guò)計(jì)量泵54直接注入來(lái)自于容器5的多元醇液流中，其中的容器5與圖1中的例子一樣。更準(zhǔn)確地說(shuō)，液態(tài)二氧化碳在靜態(tài)混合器53的上游注入多元醇液流中，靜態(tài)混合器53通過(guò)減壓閥56與具有聚氨酯成分的高壓混合器11連接。閥56用于保證在工作溫度下多元醇管路中的壓力能使二氧化碳保持為液態(tài)。液態(tài)二氧化碳也可以注入來(lái)自圖1中容器6的異氰酸鹽液流中。
圖4中的參考數(shù)字13表示的是壓力均勻和發(fā)泡裝置的另一實(shí)施例，裝置13用于聚氨酯混合物，其細(xì)節(jié)如圖5所示。圖5中的管18如同圖1-3所示的實(shí)施例一樣仍與混合室11連接，并且使用了壓力均勻室或槽棒21。在這里，室21具有矩形的斷面形狀，也可以使用圓形和矩形之外的其它形狀。槽棒上也有減壓口17。開口17朝向一個(gè)通常用40表示的改進(jìn)的發(fā)泡空腔。發(fā)泡空腔40包括一個(gè)與槽棒17連接并向外伸出約10mm的頂壁42。壁42與壁44相交并結(jié)束于該處，壁44相對(duì)壁42約成90°角。壁44向下延伸約30mm，并越過(guò)槽17的出口。因此，噴出的發(fā)泡混合物將與壁42和44相遇，并相對(duì)于流過(guò)槽17的液流的方向轉(zhuǎn)過(guò)90°。我們發(fā)現(xiàn)，在這里結(jié)束發(fā)泡空腔，也就是說(shuō)在壁44的端部和后壁48的一部分處結(jié)束發(fā)泡空腔能夠產(chǎn)生這樣的結(jié)果，即可以得到令人滿意的發(fā)泡控制，并能對(duì)混合室11提供令人滿意的合適背壓。然而，我們最好使發(fā)泡空腔繼續(xù)下去，延長(zhǎng)后壁48約40mm的距離，以約為90°的角度從后壁48上向外伸出底壁50，底壁50的伸出距離約為50mm，并且以90°的角度從壁44上伸出頂壁46，頂壁46的伸出距離約為40mm。壁46和50彼此基本平行，雖然它們也可以彼此成約10°-20°的微小擴(kuò)張角。
通過(guò)使用流動(dòng)擴(kuò)張的壁46和50，發(fā)泡混合物又轉(zhuǎn)了90°，這一次是相對(duì)于壁42，44和后壁48的上部所限定的發(fā)泡混合物的流動(dòng)方向轉(zhuǎn)過(guò)90°。穿過(guò)發(fā)泡空腔的發(fā)泡混合物的通道使發(fā)泡在壓力受到控制的條件下開始進(jìn)行。穿過(guò)發(fā)泡空腔的發(fā)泡混合物的通道能使初始發(fā)泡過(guò)程得以發(fā)展，而不會(huì)有直接注入系統(tǒng)所帶來(lái)的擾動(dòng)。所得到的泡沫以平穩(wěn)流動(dòng)的方式從出口排出，并在非擾動(dòng)的條件下，乳狀的泡沫在移動(dòng)的襯底上產(chǎn)生平穩(wěn)的、自由流動(dòng)的過(guò)渡?；旌衔锏姆峙涞玫搅思訌?qiáng)，從發(fā)泡到化學(xué)成分發(fā)生反應(yīng)之間的進(jìn)一步過(guò)渡以及泡沫的長(zhǎng)大也是平穩(wěn)和徹底的。
如圖3所示，發(fā)泡空腔可以與連續(xù)的紙板一起使用，如果需要，也可以與頂側(cè)紙板22一起使用。
然而，很明顯，就前述的例子來(lái)說(shuō)還可以使用不同的或相似的解決方法，而不背離權(quán)利要求書所提出的對(duì)本發(fā)明的要求。
權(quán)利要求
1.一種用于連續(xù)生產(chǎn)聚氨酯泡沫板材(16)的工藝包括下列步驟制備一種由反應(yīng)化學(xué)成分構(gòu)成的混合物；在充足壓力的條件下，將反應(yīng)化學(xué)物與低沸的發(fā)泡劑混合，上述壓力將保證發(fā)泡劑處于液態(tài)，其特征在于在壓力受到控制的條件下，通過(guò)沿著細(xì)長(zhǎng)的壓力均勻室(21)輸送所得到的混合物，并使其通過(guò)細(xì)長(zhǎng)的降壓區(qū)(17)從而激發(fā)發(fā)泡，使混合物開始發(fā)泡；以及使發(fā)泡混合物沿發(fā)泡空腔(19)流動(dòng)，并流過(guò)出口(20)，因此將發(fā)泡混合物排到襯底(2)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，排卸混合物的步驟包括將發(fā)泡混合物(16)裝上運(yùn)動(dòng)的襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，發(fā)泡混合物(16)的排卸是沿著基本水平的路線進(jìn)行的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，發(fā)泡混合物(16)的排卸是在一傾斜路線(25)上進(jìn)行的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，發(fā)泡混合物沿著一發(fā)泡空腔(19)流動(dòng)，上述空腔(19)的斷面尺寸沿空腔(19)長(zhǎng)度方向相應(yīng)變大。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的工藝，其特征在于，發(fā)泡空腔(19)的出口(20)的橫斷面積大于降壓區(qū)(17)的橫斷面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，混合物沿著發(fā)泡空腔(19)流動(dòng)，其中，由化學(xué)成分構(gòu)成的反應(yīng)混合物在發(fā)生化學(xué)膨脹之前，發(fā)泡混合物相應(yīng)地釋出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，發(fā)泡劑含有二氧化碳。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，上述降壓區(qū)(17)和上述發(fā)泡空腔(19)相對(duì)襯底(2)橫向延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，混合過(guò)程中的壓力范圍為5-18巴。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的工藝，其特征在于，混合過(guò)程中所使用的壓力最好約為15-18巴。
12.一種適用于在運(yùn)動(dòng)的襯底(2)上連續(xù)生產(chǎn)聚合泡沫板材(16)的系統(tǒng)包括混合裝置(11)，用于在壓力下將化學(xué)反應(yīng)成分和液體發(fā)泡劑進(jìn)行混合，供料管路(18)，用于將混合物輸送到發(fā)泡裝置(13)，其特征在于發(fā)泡裝置(13)包括一個(gè)拉伸壓力均勻室(21)，拉伸壓力均勻室(21)上有一拉伸降壓區(qū)開口(17)，以及發(fā)泡空腔(19)，空腔(19)有一個(gè)沿襯底(2)的運(yùn)動(dòng)方向的橫向延伸的開口(20)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的，用于在運(yùn)動(dòng)的襯底上連續(xù)生產(chǎn)低密度柔性聚氨酯泡沫板材的系統(tǒng)，其特征在于，上述發(fā)泡裝置(13)包括一個(gè)具有壓力均勻室(21)的槽棒，壓力均勻室(21)上有一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的降壓區(qū)開口(17)；以及一個(gè)從上述槽棒(21)上伸出的發(fā)泡空腔(19)，上述的發(fā)泡空腔(19)由具有一出口的壁組件所確定，上述出口用于將發(fā)泡混合物沿著襯底(2)的運(yùn)動(dòng)方向排到襯底(2)上。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，上述出口(20)的橫斷面積大于上述降壓區(qū)開口(17)的橫斷面積。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，上述降壓區(qū)開口包括一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的槽(17)，槽(17)基本上沿著襯底(2)的整個(gè)寬度延伸。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，上述降壓區(qū)開口包括一系列細(xì)長(zhǎng)的槽(64，66，68)。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，上述降壓區(qū)開口包括一系列管狀出口(72，74，76)，它們沿流動(dòng)方向軸向地分布。
18.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，上述降壓區(qū)出口包括至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)槽(17；64，66，68)，細(xì)長(zhǎng)槽沿流動(dòng)方向軸向地分布。
19.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，上述發(fā)泡空腔(19)由彼此連接的流動(dòng)轉(zhuǎn)向壁組件(44，46，48，50)所確定。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征在于，上述壁組件在流動(dòng)方向上擴(kuò)散。
21.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，上述壓力均勻室(21)是細(xì)長(zhǎng)的。
22.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，上述發(fā)泡空腔包括至少一個(gè)位于上述降壓區(qū)開口(17)下游的、基本為直角的拐彎(42，44；28，50)。
23.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，發(fā)泡空腔(19)的斷面尺寸沿流動(dòng)方向是逐漸增大的，以便逐漸釋出發(fā)泡混合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，上述降壓區(qū)(17)和上述發(fā)泡空腔(19)相對(duì)于襯底(2)是橫向延伸的。
25.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一種用于控制多元醇，異氰酸鹽和液體發(fā)泡劑的混合物發(fā)泡的裝置，上述發(fā)泡裝置的特征為，包括一殼體(40)，其上有一細(xì)長(zhǎng)的壓力均勻室(21)和一用于將混合物引入上述細(xì)長(zhǎng)壓力均勻室(21)的入口管(18)，至少一個(gè)從上述壓力均勻室(21)向外引出的出口(17)以及一個(gè)與上述殼體(40)連接并從上述至少一個(gè)出口(17)接收混合物的發(fā)泡空腔(52)，上述發(fā)泡空腔(52)由一系列彼此連接又取向不同的壁組件(42，44，46，48，50)組成，上述壁組件足以改變來(lái)自至少一個(gè)出口(17)的混合物的流動(dòng)方向。
26.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，它包括發(fā)泡裝置(13)，發(fā)泡裝置(13)用于聚合反應(yīng)聚氨酯化學(xué)物和液體發(fā)泡劑的混合物，上述裝置包括具有壓力入口(18)和降壓出口(17)的壓力均勻室(21)，其特征還在于，上述發(fā)泡裝置具有一個(gè)由壁構(gòu)成的空腔，空腔從上述降壓出口伸出，并且處于這樣的位置，即空腔攔截來(lái)自降壓區(qū)(17)的液流，控制壓力的降低以及在發(fā)泡材料中均勻分配能量。
27.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，它包括一套柔性泡沫板材設(shè)備，其上具有化學(xué)混合站(11)，用于在壓力下將聚氨酯化學(xué)物與處于液態(tài)的低沸發(fā)泡劑進(jìn)行壓力混合；從而得到聚氨酯泡沫材料，其特征還在于，它還包括一個(gè)與上述化學(xué)混合站(11)相連的排料裝置(13)，排料裝置(13)用于接受混合的聚氨酯化學(xué)物，并用于使混合物發(fā)展成為均勻的預(yù)膨脹泡沫材料，還用于將泡沫材料排在沿落板(25)運(yùn)動(dòng)的襯底(2)上；以及一個(gè)運(yùn)輸機(jī)裝置(1)，運(yùn)輸機(jī)裝置(1)相對(duì)于上述落板(25)定位，用于接收從上述落板(25)排下的泡沫材料，上述運(yùn)輸機(jī)(1)以每分鐘1-5米的速度運(yùn)行，使得在距排料點(diǎn)約1-8米的范圍內(nèi)泡沫材料獲得全高。
全文摘要
一種用于連續(xù)生產(chǎn)聚合泡沫的工藝和系統(tǒng)?；瘜W(xué)反應(yīng)成分以及含有低沸發(fā)泡劑的添加劑在壓力下在混合器(11)中混合；在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之前，通過(guò)使混合物流過(guò)一壓力均勻和發(fā)泡裝置(13)而使混合物發(fā)泡，發(fā)泡裝置(13)具有一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的降壓區(qū)(17)，其開口朝向具有一出口(20)的發(fā)泡空腔(19)，通過(guò)發(fā)泡空腔(19)的出口(20)將泡沫排到一運(yùn)動(dòng)的襯底(2)上。
文檔編號(hào)C08J9/30GK1103353SQ9410786
公開日1995年6月7日 申請(qǐng)日期1994年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月14日
發(fā)明者卡羅·福雷提尼, 安瑟尼·C·M·格瑞梵斯 申請(qǐng)人:凱普頓國(guó)際公司