устройство и способ нанесения на подложку пенопластового покрытия посредством конвергентного распыления

Формула изобретения

1. Устройство для нанесения на подложку покрытия посредством конвергентного распыления, содержащее распылительную насадку для направления жидкой смолы к подложке, имеющую сопло и распыляющее отверстие, смежное указанному соплу для распыления жидкой смолы и образования конвергентного факела распыла, подвод жидкой смолы, линию для соединения указанного подвода жидкой смолы с указанным соплом, внутренний корпус, наружный корпус, коаксиально расположенный вокруг указанного внутреннего корпуса и ограничивающий с ним кольцевой канал, имеющий выпускной конец, смежный указанному соплу, подвод усиливающего наполнителя и трубопровод, соединяющий указанный подвод усиливающего наполнителя с указанным выпускным концом для введения усиливающего наполнителя в указанную распыленную жидкую смолу, отличающееся тем, что оно содержит подвод пенообразователя, средство для введения указанного пенообразователя в указанную жидкую смолу непосредственно перед выходом из указанного сопла, смесительную камеру для смешивания указанной смолы и указанного пенообразователя перед подачей к указанному соплу, соединенную с указанным средством для введения пенообразователя, расходомеры для дозирования указанной смолы и указанного пенообразователя, связанные с соответствующими контейнерами для хранения данных компонентов, гравитационный питатель для регулирования соотношения указанного усиливающего наполнителя и указанных пенообразователя и смолы, программируемый логический контроллер для управления дозированием и транспортировкой материалов и пневматическое управление подачей распыляющего воздуха, профилирующего воздуха и транспортирующего воздуха.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит теплообменники для нагрева смолы и пенообразователя.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит эжектор для перемещения усиливающего наполнителя из указанного подвода усиливающего наполнителя.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанная смола представляет собой эпоксидную композицию.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный пенообразователь является силоксаном.

6. Способ нанесения покрытия на подложку, предусматривающий подачу жидкой смолы к распылительной насадке, имеющей сопло и распыляющее устройство, создание зоны низкого давления благодаря прохождению жидкой смолы через сопло и распылению жидкой смолы газом, проходящим через распыляющее устройство, введение усиливающего наполнителя в полость, окружающую смесительную камеру, и далее в конвергентный факел распыла вне распылительной насадки путем втягивания усиливающего наполнителя в конвергентный факел распыла жидкой смолы за счет упомянутой зоны низкого давления, отличающийся тем, что жидкую смолу вводят в смесительную камеру, соединенную с распылительной насадкой, и осуществляют отдельный ввод пенообразователя в жидкую смолу в смесительной камере до ее подачи к соплу и подачу смешанной вспенивающейся смолы в распылительную насадку, при этом проводят динамическое смешивание смешанной вспенивающейся смолы и наполнителя вне распылительной насадки в процессе конвергентного распыления и контактное взаимодействие смеси смолы, пенообразователя и усиливающего наполнителя с подложкой, причем осуществляют регулирование расхода смолы и пенообразователя и поддержание постоянного соотношения наполнителя и жидкой смолы для получения заданного состава наносимого пенопластового покрытия.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Настоящее изобретение относится к технологии нанесения покрытий и, в частности, к устройству и способу нанесения на подложку покрытий посредством конвергентного распыления для обеспечения тепло- и/или звукоизоляции.

Предпосылки для создания настоящего изобретения

Устройство для конвергентного распыления в настоящее время выпускается на промышленной основе и описано, например, в патенте США №5565241, выданном 15 октября 1996 года Матиасу и др. (среди которых соавтор этой заявки Джек Дж. Скапра), названном "Рабочий орган для конвергентного распыления", и в патенте США №5307992, выданном 3 мая 1994 года Холлу и др. (среди которых соавтор этой заявки Джек Дж. Скапра), названном "Способ и система для нанесения на подложку армированной полимерной матрицы", которые принадлежат компании USBI Со. Как описано в вышеуказанных патентах США №5565241 и №5307992, устройство для нанесения на подложку армированной полимерной матрицы в виде покрытия представляет собой распылительную насадку, которая содержит центральное сопло и множество разнесенных в окружном направлении отверстий, окружающих сопло, для создания зоны распыления. От этих отверстий в радиальном направлении наружу отстоят другие отверстия, которые используют для профилирования факела распыла. Усиливающий наполнитель вводили в смолу в конце хвостовой части кольцевой камеры или коллектора, который окружает распылительную насадку и предназначен для подачи усиливающего наполнителя в жидкую смолу. Трубопроводы пневматического эдуктора, предназначенные для подвода сжатого воздуха, использовали для переноса материалов к подложке.

Хотя эти технологии описаны в технической литературе, а соответствующие устройства выпускаются на промышленной основе, отсутствует технология и устройство для нанесения тепло/звукоизоляционного покрытия, содержащего порошковые наполнители, посредством конвергентного распыления.

Обнаружено, что можно получить тепло/звукоизоляцию, которая содержит порошковые наполнители путем комбинирования трехкомпонентного вспенивающегося полимера посредством отдельной подачи смешанной вспенивающейся смолы и выбранных порошковых наполнителей в распылительную насадку для конвергентного распыления и затем динамического смешивания этих ингредиентов вне распылительной насадки в процессе конвергентного распыления. Система, соответствующая настоящему изобретению, предусматривает нагрев трехкомпонентной вспенивающейся полимерной композиции в отдельных изобарических контейнерах для уменьшения вязкости и упрощения прохождения потока через дозаторы перед введением в динамическую смесительную камеру в распылительной насадке для конвергентного распыления.

Настоящее изобретение предусматривает применение трехкомпонентной вспенивающейся полимерной композиции. Для каждого компонента предусмотрено применение отдельного насоса и дозатора. Компонент А (эпоксидную смолу) и компонент В (катализатор) подают под давлением и дозируют отдельно в смесительную камеру в конце распылительной насадки для конвергентного распыления. Третий компонент (пенообразователь и поверхностно-активное вещество) также подают под давлением и дозируют отдельно к смесительной камере. Все три компонента перемешивают в смесительных камерах, а затем распыляют и смешивают с сухими наполнителями в зоне конвергентного распыления.

Технология конвергентного распыления, соответствующая настоящему изобретению, может быть использована во множестве случаев применения, из которых несколько описано ниже, причем должно быть очевидно, что настоящее изобретение не ограничено случаями применения, указанными ниже. Примерами таких случаев применения являются:

1) Система тепловой защиты для применения в воздушно-космических транспортных средствах для теплоизоляции или теплозащитной изоляции.

2) Дымо- и пламезамедляющая пенопластовая изоляция, которая может заменить стекловолоконную изоляцию, например, в автомобилях, кораблях, поездах и аналогичных транспортных средствах.

3) Звукоизоляция с использованием рециклированной резины в качестве наполнителя.

4) Структурно усиленный пенопласт, обладающий большей жесткостью, чем обычно применяемые композиции.

5) Криогенные системы изоляции для воздушно-космических транспортных средств.

Без какого-либо ограничения настоящее изобретение предусматривает возможность:

1. Введения функционального наполнителя, например гранулированную пробку и стеклянные микросферы, в высоких концентрациях во вспениваемые пенопласты для материалов системы теплозащиты.

2. Регулирования толщины наносимого покрытия посредством регулирования параметров технологического процесса или изменением состава.

3. Согласования размеров покрываемой площади на подложке, минимизируя благодаря этому отходы и распыление материалов.

4. Регулирования композиции покрытия путем независимого регулирования содержания наполнителя и смолы.

5. Обеспечения значительного уменьшения отходов и опасных материалов.

6. Обеспечения гибкости замены различных смол и наполнителей.

7. Обеспечения прочности и относительного удлинения.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства для нанесения конвергентным распылением на подложку пенопластовой тепло/звукоизоляции, содержащей порошковые наполнители.

Особенностью настоящего изобретения является способ нанесения конвергентным распылением на подложку покрытия, содержащего пенопластовую тепло- и/или звукоизоляцию, которая может включать в себя порошковые наполнители, например вермикулит, перлит, натуральный каучук, пробку и так далее.

Другой особенностью настоящего изобретения является трехкомпонентная вспенивающаяся полимерная композиция, которую получают введением всех трех компонентов в динамической смесительной камере в распылительной насадке для конвергентного распыления и введением сухого наполнителя в конвергентный поток вне распылительной насадки, поддержанием постоянного соотношения наполнителя и жидкой смолы и ручным или автоматическим нанесением покрытия на подложку. Настоящее изобретение предусматривает применение трехкомпонентной вспенивающейся полимерной композиции или двухкомпонентной вспенивающейся композиции. Каждая из указанных композиций позволяет ручное или автоматическое нанесение покрытия на подложку.

Еще одной особенностью настоящего изобретения является то, что система обеспечивает подачу, дозирование и перемешивание требуемых компонентов в соответствующих соотношениях для устройства для нанесения покрытия конвергентным распылением.

Для решения поставленной задачи в соответствии с изобретением предлагается устройство для нанесения на подложку покрытия посредством конвергентного распыления, содержащее распылительную насадку для направления жидкой смолы к подложке, имеющую сопло и распыляющее отверстие, смежное указанному соплу, для распыления жидкой смолы и образования конвергентного факела распыла, подвод жидкой смолы, линию для соединения указанного подвода жидкой смолы с указанным соплом, внутренний корпус, наружный корпус, коаксиально расположенный вокруг указанного внутреннего корпуса и ограничивающий с ним кольцевой канал, имеющий выпускной конец, смежный указанному соплу, подвод усиливающего наполнителя и трубопровод, соединяющий указанный подвод усиливающего наполнителя с указанным выпускным концом для введения усиливающего наполнителя в указанную распыленную жидкую смолу. Причем устройство содержит подвод пенообразователя, средство для введения указанного пенообразователя в указанную жидкую смолу непосредственно перед выходом из указанного сопла, смесительную камеру для смешивания указанной жидкой смолы и указанного пенообразователя перед подачей к указанному соплу, соединенную с указанным средством для введения пенообразователя, расходомеры для дозирования указанной смолы и указанного пенообразователя, связанные с соответствующими контейнерами для хранения данных компонентов, гравитационный питатель для регулирования соотношения указанного усиливающего наполнителя и указанных пенообразователя и смолы, программируемый логический контроллер для управления дозированием и транспортировкой материалов и пневматическое управление подачей распыляющего воздуха, профилирующего воздуха и транспортирующего воздуха.

В предпочтительных вариантах выполнения устройство может содержать теплообменники для нагрева смолы и пенообразователя, эжектор для перемещения усиливающего наполнителя из указанного подвода усиливающего наполнителя. Причем смола представляет собой эпоксидную композицию, а пенообразователь является силоксаном.

В соответствии с изобретением также предлагается способ нанесения покрытия на подложку, предусматривающий подачу жидкой смолы к распылительной насадке, имеющей сопло и распыляющее устройство, создание зоны низкого давления благодаря прохождению жидкой смолы через сопло и распылению жидкой смолы газом, проходящим через распыляющее устройство, введение усиливающего наполнителя в полость, окружающую смесительную камеру, и далее в конвергентный факел распыла вне распылительной насадки путем втягивания усиливающего наполнителя в конвергентный факел распыла жидкой смолы за счет упомянутой зоны низкого давления. Причем жидкую смолу вводят в смесительную камеру, соединенную с распылительной насадкой, и осуществляют отдельный ввод пенообразователя в жидкую смолу в смесительной камере до ее подачи к соплу и подачу смешанной вспенивающейся смолы в распылительную насадку, при этом проводят динамическое смешивание смешанной вспенивающейся смолы и наполнителя вне распылительной насадки в процессе конвергентного распыления и контактное взаимодействие смеси смолы, пенообразователя и усиливающего наполнителя с подложкой. Причем осуществляют регулирование расхода смолы и пенообразователя и поддержание постоянного соотношения наполнителя и жидкой смолы для получения заданного состава наносимого пенопластового покрытия.

Вышеуказанные и другие особенности настоящего изобретения станут более очевидными из следующего подробного описания, сделанного со ссылками на сопроводительные чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схематическая иллюстрация распылителя и системы, соответствующей настоящему изобретению.

Фиг.2 - изометрическое изображение распылительной насадки с частичным вырезом для иллюстрации элементов, соответствующих настоящему изобретению.

Фиг.3 - блок-схема способа регулирования, смешивания, дозирования, измерения расходов и нанесения покрытия на подложку в соответствии с настоящим изобретением. Приведенные чертежи предназначены только для пояснения и иллюстрации настоящего изобретения, а не для ограничения его объема.

Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения

Как было указано выше, настоящее изобретение может быть использовано во многих случаях применения и является технологически гибким для применения многочисленных ингредиентов для формирования композиции покрытия. В соответствии с этим должно быть очевидным, что настоящее изобретение не ограничено случаями применения, указанными в этой патентной заявке, а предназначено для реализации в широком спектре применений.

Как следует из фиг.1 и фиг.2, распылительная насадка, указанная общим ссылочным номером 10, состоит по существу из цилиндрического полого внутреннего корпуса 12, закрытого как на переднем конце 12а головкой 16, так и на заднем конце 12b. Концентрично установленный, наружный корпус 14, окружающий цилиндр 12, открыт на переднем конце 14а, закрыт на заднем конце 14b и отстоит от цилиндра 12 для ограничения с ним кольцевого канала. Головка 16 ограничивает сопло распылителя и имеет центральное сопло 18, которое сообщается с полым цилиндром 12, который предназначен для подведения к нему жидкой смолы. Трубка 20, проходящая от заднего конца цилиндра 12, предназначена для смешивания ингредиентов смолы с пенообразователем, вводимым в нее, как будет описано ниже.

Головка 16 имеет множество разнесенных в окружном направлении отверстий 22, окружающих центральное сопло 18 и два профилирующих отверстия 24, расположенных на внешней периферии головки 16. С деталями распылительной насадки и особенностями ее работы можно познакомиться в указанном патенте США №5565241 и в указанном патенте США №5579998, которые включены в эту заявку ссылкой. Достаточно сказать, что распылительная насадка генерирует конвергентный распыленный поток тонких частиц жидкой смолы, а наполнитель вводят в поток для смешивания с частицами жидкой смолы вне распылительной насадки. Профилирующие отверстия предназначены для введения потока сжатого воздуха в конвергентный факел распыла для профилирования факела, для обеспечения соответствия требованиям формы поверхности подложки, на которую необходимо нанести покрытие. Настоящее изобретение использует часть указаний, приведенных в вышеуказанных патентах, и, основываясь на этой технологии, обеспечивает введение пенообразователя и ингредиентов покрытия для того, чтобы получить характеристики изоляции, которые были описаны выше.

Как описано в вышеуказанном патенте №5565241, два усиливающих наполнителя из подводов 26 и 28 транспортируют к эдукторам 30 и 32 соответственно по линиям 34 и 36 соответственно и подают к вихревому смесителю 38 по линиям 40 и 42 соответственно. Смешанные ингредиенты усиливающих наполнителей затем подают из вихревого смесителя 38 по линии 44 и отводной линии 46 для введения в распылительную насадку и кольцевой канал для введения в жидкую смолу в конвергентном факеле распыла, генерируемом из сопла 18. Воздух, требуемый для перемешивания и распыления, вводят в распылительную насадку по линиям 76 и 78.

Жидкую смолу из подводов 50 и 52 нагнетают в смесительную камеру 56, сообщающуюся с центральной полой частью цилиндрического корпуса 12, но сначала пропускают через теплообменники 58 и 60 соответственно по линиям 62, 64, 66, 68, 70 и 72. Жидкую смолу распыляют в конвергентном факеле распыла, образуемом посредством сопла распылительной насадки, и вручную или автоматически наносят в виде покрытия на поверхность подложки, как описано в вышеуказанном патенте №5565241. Профилирующие отверстия являются необязательными и могут быть использованы в тех случаях применения, где форма поверхности подложки потребует уникальной формы факела распыла, генерируемого из распылительной насадки.

В соответствии с настоящим изобретением используют пенообразователь, например силоксан, контейнер для хранения которого показан ссылочным номером 80. Насос 82 обеспечивает нагнетание пенообразователя к распылительной насадке 10 по линиям 84 и 86 через теплообменник 88 и в смесительную камеру 56 распылительной насадки. В этом месте пенообразователь смешивается с жидкой смолой и распыляется с ней для образования конвергентного факела распыла. В этом примере усиливающий наполнитель, смешиваемый в вихревом смесителе 38, представляет собой гранулированную пробку и стеклянные микросферы. Смола представляет собой эпоксидную композицию, а пенообразователь - силоксан, который включает в себя соответствующее поверхностно-активное вещество. Теплообменник может иметь вид соответствующей нагревательной оболочки, предназначенной для нагрева ингредиентов для того, чтобы получать требуемую вязкость для облегчения работы распылительной насадки и гарантировать получение плотного покрытия. Результаты эксплуатационных испытаний, проведенных с применением этих ингредиентов, показали, что полученное пенопластовое покрытие имело плотность и прочность, средние значения которых составляли 24,6 фунт/куб.фут (3864,34 Н/м³) и 370 фунт/кв.дюйм (2551,15 кПа) соответственно.

В соответствии с настоящим изобретением для получения требуемого пенопластового покрытия необходимо поддерживать постоянное соотношение сухого наполнителя и жидкой смолы, чтобы гарантировать заданный состав наносимого пенопластового покрытия. Это может быть достигнуто при условии осуществления перемешивания ингредиентов в помещении, свободном от пыли, и при использовании универсального компьютера и программируемого логического контроллера 89 с системой регулирования подачи сухого порошка и управлением подачей смолой для управления механическими устройствами для смешивания, дозирования, нагнетания и транспортировки материалов к распылительной насадке. Как показано на фиг.3, технологический процесс нанесения покрытия конвергентным распылением осуществляют в трех помещениях или зонах, получивших название диспетчерской 90, из которой осуществляют необходимое управление технологическим процессом, содержащей компьютер 91, программируемый логический контроллер 89 с диаграммным самописцем 93, пневматическое управление 95 подачей распыляющего воздуха, профилирующего воздуха и транспортирующего воздуха, включающее в себя аналоговое устройство 96, электромагнитные регулирующие клапаны 97, управляющие работой пускателя распылителя, механизма 99 прочистки или продувки, составного цеха 92 для подачи пробкового наполнителя, стеклянных микросфер, смолы А и смолы В и камеры 94 распыления. Управление подачей распыляющего воздуха, профилирующего воздуха, транспортирующего воздуха, пускателем распылителя, подачей пробкового наполнителя, стеклянных микросфер, а также смолы А и смолы В является хорошо известным технологическим процессом, программирование которого может быть осуществлено любым квалифицированным программистом. Средства управления, электромагнитные клапаны, пневматическое управление и управление нагревательными элементами для осуществления смешивания и перемещения ингредиентов, которые смешивают в составном цехе 92, также хорошо известны квалифицированным специалистам в этой области техники и выпускаются на промышленной основе.

Смолу А и катализатор В хранят в контейнерах 98 и 100 и нагнетают соответствующими насосами 102 и 104 к расходомерам 106 и 108, где измеряют количества прежде, чем подавать эти ингредиенты по линиям 109 и 110 к распылителю. Шестеренный дозатор предназначен для того, чтобы гарантировать правильное соотношение количеств каждого из указанных ингредиентов. Пенообразователь хранят в контейнере 114, нагнетают насосом 116 к расходомеру 118 и подают к распылителю по линии. Количество пенообразователя ограничивают расходомером, которым управляют посредством программируемого логического контроллера, чтобы гарантировать подачу к распылителю заданного количества. Наполнитель подают к распылителю через эдукторы (эжекторы) 120 и 122 и гравитационные вибрационные питатели 124 так, как это описано в патенте №5565241. Хотя распылителем в камере 94 распыления управляют автоматически посредством соответствующего робота, которым в свою очередь управляют с помощью программируемого логического контроллера через управление 126 роботом, содержащее сервомеханизм 128, должно быть очевидно, что распылителем можно управлять вручную.

Как было описано выше, тепло/звукоизоляционное пенопластовое покрытие может быть нанесено раздельной подачей смешенной вспенивающейся смолы и выбранных порошковых наполнителей в распылительную насадку для конвергентного распыления.

Трехкомпонентная полимерная композиция может быть нагрета в отдельных изобарических контейнерах для уменьшения вязкости и упрощения прохождения потока через дозаторы перед введением в динамическую смесительную камеру в распылительной насадке для конвергентного распыления. Специалисту, квалифицированному в этой области техники, должно быть очевидно, что такая композиция может быть также сокращена до двухкомпонентной полимерной композиции введением пенообразователей в смолу, исключая, таким образом, необходимость насоса для нагнетания пенообразователя и соответствующего дозатора.

Сухой наполнитель (тепло/звукоизоляционный материал) хранят в специальных бункерах и подают к гравитационному или объемному питателю в контролируемых условиях в воздушном потоке, который транспортирует его к распылителю. Такое устройство позволяет поддерживать постоянное соотношение сухого наполнителя и жидкой смолы, чтобы гарантировать адекватную композицию наносимого пенопластового покрытия.

После окончательного перемешивания компонентов жидкой смолы с сухим наполнителем результирующая смесь материала покрытия вручную или автоматически равномерно наносится на подложку, причем следует принимать во внимание, что автоматическое нанесение является предпочтительным, поскольку такой тип оборудования, например в виде управляемого робота, позволит более точно контролировать технологический процесс нанесения с последующим улучшением таких параметров, как толщина и качество поверхности покрытия. Устройство, соответствующее настоящему изобретению, обеспечивает подачу, дозирование и перемешивание требуемых компонентов в требуемых соотношениях только по требованию распылителя для конвергентного распыления, исключая благодаря этому требование предварительного смешивания компонентов наносимого покрытия. Конвергентное распыление выбранных наполнителей и смол обеспечивает получение качественных и контролируемых изоляционных покрытий. Нагрев отдельных смол уменьшает время гелеобразования распыляемых материалов, позволяя, таким образом, быстрее наращивать покрытие.

Пенопласт на полимерной основе может быть эпоксидной композицией или композицией на основе эпоксидной смолы и уретана. Материал наполнителя выбирают в зависимости от особенностей применения пенопластового изделия и может быть антипирином, порообразователем или усиливающим наполнителем (например, волокнами). Уникальным аспектом настоящего изобретения является возможность введения этих материалов по требованию в процессе распыления, обеспечивая получение структуры материала, которую нельзя получить обычными средствами.

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на его характерные варианты осуществления, квалифицированному в этой области техники специалисту будет очевидно, что могут быть сделаны различные изменения без отклонения от сущности и объема заявляемого изобретения.