устройство для одновременного и равномерного нанесения вспениваемой реакционной смеси на поверхность, устройство и способ производства элементов сэндвич-конструкций

Формула изобретения

1. Устройство для одновременного и равномерного нанесения вспениваемой реакционной смеси на поверхность, содержащее смесительную головку (9), распределительную головку (10) и по меньшей мере 3 или более закрепленных на распределительной головке выпускных трубопровода (12), закрепленных перпендикулярно к направлению истечения на жесткой раме (13).

2. Устройство по п.1, содержащее по меньшей мере 4 закрепленных на распределительной головке (10), имеющих равную длину, одинаковое сечение и изготовленных из одинакового материала выпускных трубопровода (12).

3. Устройство по п.1 или 2, в котором выпускные трубопроводы (12) так закреплены на раме (13), что несмачиваемые истекающей смесью участки (17) подлежащей покрытию поверхности имеют одинаковую величину.

4. Устройство по п.1 или 2, в котором выпускные трубопроводы (12) так закреплены на раме (13), что они соответствуют геометрическим характеристикам панели, и истекающая реакционная смесь равномерно распределяется по всей ширине нижнего покровного слоя.

5. Устройство по п.1 или 2, в котором трубопроводы (12) так закреплены на раме (13), что истекающая реакционная смесь неравномерно распределяется по всей ширине нижнего покровного слоя.

6. Устройство по п.1 или 2, в котором выпускные трубопроводы (12) так размещены на раме (13), что реакционная смесь наносится на нижний покровный слой (15) в направлении движения реакционной ленты.

7. Устройство по п.1 или 2, в котором выпускные трубопроводы (12) так размещены на раме (13), что реакционная смесь наносится на нижний покровный слой (15) против направления движения реакционной ленты.

8. Устройство для изготовления элементов сэндвич-конструкций, характеризуемое тем, что оно включает по меньшей мере два подающих приспособления для верхнего (20) и нижнего (19) покровного слоя, непрерывную бесконечную верхнюю направляющую ленту (21) для верхнего покровного слоя, непрерывную бесконечную нижнюю направляющую ленту (22) для нижнего покровного слоя, к которым последовательно подключены устройство по одному из пп.1-7 для производства вспененного внутреннего слоя, формовочный участок и устройство обрезки.

9. Устройство по п.8, в котором вспененный внутренний слой представляет собой полиуретановый слой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства элементов сэндвич-конструкций, в частности к устройству для одновременного и равномерного нанесения вспениваемой реакционной смеси на поверхность, а также устройству и способу производства элементов сэндвич-конструкций.

Уже давно существует потребность в устройствах для непрерывного изготовления элементов сэндвич-конструкций, способных повысить производительность производства до величин выше 15 м/мин, предпочтительно до 60 м/мин.

На нынешнем уровне техники для производства элементов сэндвич-конструкций используют осциллирующие (колеблющиеся) смесительные головки. При этом смесительная головка совершает колебательные движения по ширине нижнего покровного слоя и наносит на него жидкую реакционную смесь с помощью разливочной гребенки или круглого, или плоского сопла, размещенного в правом углу смесительной головки параллельно нижнему покровному слою.

Смесительную головку размещают над нижним покровным слоем на направляющей, так называемом портале, с помощью электромотора ей придают ускорение и тормозят ее перед точкой возврата. Пенообразующие вещества подают в смесительную головку по трубопроводам. Кроме того, к смесительной головке также ведут гидравлические или пневматические шланги. Пенообразующие вещества поступают в смесительную головку через сопла и смешиваются.

Далее реакционная смесь поступает в разливочную гребенку и выходит из равномерно размещенных отверстий. Благодаря длине разливочной гребенки и отверстиям в ней, а также колебательным движениям смесительной головки достигается равномерное распределение реакционной смеси под углом к направлению поступательного движения.

После нанесения реакционная смесь вспенивается и поднимается до верхнего покровного слоя. В процессе вспенивания она склеивает оба покровных слоя, после чего пена застывает и отвердевает.

Эта технология физически ограничена с точки зрения производительности. Даже если использовать достаточно мощные двигатели, направляющие, трубопроводы, смесительные головки и разливочные гребенки или круглые, или плоские сопла, реакционная смесь будет выходить за края покровных слоев ввиду слишком значительных сил инерции в точках возврата. На нынешнем уровне технического развития при непрерывном производстве элементов сэндвич-конструкций с использованием этой техники нанесения невозможно достичь производительности выше 15 м/мин.

Достаточно известен способ повышения производительности до 60 м/мин с помощью неподвижных смесительных головок и жестких систем выпускных отверстий. Эту технологию называют US-технологией. Основу такой US-технологии (скоростной) составляют три одинаковые дозировочные линии с раздельным питанием и отдельными смесительными головками и системами сопел. Эта технология, однако, не использует распределительную головку, как в предлагаемом изобретении. Эта технология обладает тем недостатком, что реакционная смесь, истекающая из отдельных головок, в свою очередь находится в различных физических условиях в отношении давления и температуры, что проявляется в недостатках качества изготовления получаемой смеси, как, например: неравномерная поверхность, уменьшение ячеек, различия в теплопроводности по причине различной кинетики реакций в разных точках.

Предлагаемое изобретение должно устранить недостаток, выраженный в ограничении скорости нанесения.

Решение этой задачи достигается посредством устройства для одновременного и равномерного нанесения вспениваемой реакционной смеси на поверхность, содержащего смесительную головку, распределительную головку и по крайней мере 3 или более гибких выпускных трубопровода, размещенных на распределительной головке и закрепленных на раме перпендикулярно направлению истечения.

Желательно, чтобы устройство согласно изобретению содержало по крайней мере 3 размещенных на распределительной головке выпускных трубопровода равной длины, одинакового сечения и изготовленных из одного и того же материала.

Для устройства согласно изобретению наиболее целесообразно, чтобы выпускные трубопроводы были размещены в соответствии с геометрией панели, и истекающая реакционная смесь равномерно распределялась по всей ширине нижнего покровного слоя.

Для устройства согласно изобретению наиболее целесообразно, чтобы выпускные трубопроводы были размещены на раме таким образом, что реакционная смесь могла наноситься на нижний покровный слой в направлении движения реакционной ленты.

Для устройства согласно изобретению наиболее целесообразно, чтобы выпускные трубопроводы были размещены на раме таким образом, что реакционная смесь могла наноситься на нижний покровный слой против направления движения реакционной ленты.

Еще один вариант исполнения изобретения - устройство для изготовления элементов сэндвич-конструкций, характеризуемое тем, что оно располагает по крайней мере двумя подающими приспособлениями для верхнего и нижнего покровного слоя, непрерывной (бесконечной) верхней направляющей лентой для верхнего покровного слоя, непрерывной (бесконечной) нижней направляющей лентой для нижнего покровного слоя, к которым последовательно подключены наносящее вспененный внутренний слой устройство согласно изобретению, формовочный участок и устройство обрезки.

Для устройства для изготовления элементов сэндвич-конструкций согласно изобретению наиболее целесообразно, чтобы внутренний слой был выполнен из вспененного полиуретана.

Еще один вариант исполнения изобретения - технология производства вспененных элементов сэндвич-конструкций, при которой используют устройство для изготовления элементов сэндвич-конструкций согласно изобретению, а один или оба смешиваемые друг с другом в смесительной головке компонента предварительно или в самой смесительной головке смешиваются с инертным газом.

Для технологии согласно изобретению наиболее целесообразно, чтобы химически инертный газ был выбран из группы, включающей воздух, азот, углекислый газ и благородные газы такие, как аргон и гелий. Предпочтительно применение воздуха в качестве химически инертного газа.

В устройстве для нанесения согласно изобретению смесительная головка также размещена на стойке над нижним покровным слоем, причем эта стойка неподвижна, так что возможны различные профили реакций для производства продукции различной толщины. На смесительной головке, в которой смешиваются отдельные компоненты вспенивающейся смеси, закреплена распределительная головка. Эта распределительная головка оснащена по меньшей мере 3, но не более, чем 8 выпускными трубопроводами, имеющими предпочтительно одинаковую длину и сечение и изготовленными из одинакового материала. Это дает то преимущество, что процесс вспенивания пока еще жидкой реакционной смеси в момент ее нанесения на нижний покровный слой находится на одной и той же стадии в каждой точке нанесения, что ведет к особо единообразному вспениванию готовой продукции. Это преимущество обеспечивается не только равной длиной и сечением и одинаковым материалом выпускных трубопроводов, но и тем, что вся наносимая смесь выходит из одной и той же смесительной головки. Для выпускного трубопровода можно использовать любой известный специалистам материал, который не реагирует с подлежащей вспениванию реакционной смесью, и на который реакционная смесь не слишком налипает. Для выпускных трубопроводов предпочтителен материал, выбранный из следующей группы: сталь, алюминий, нержавеющая сталь, полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), поливинилхлорид (ПВХ), полиэтилентерефталат (ПЭТФ), каучук, политетрафторэтилен (ПТФЭ) и полиуретан (ПУ). Под каучуком следует понимать любой известный специалисту гибкий каучук, из которого можно изготовить трубопровод, предпочтителен нитрил-бутадиеновый каучук (NBR). Особенно предпочтителен гибкий материал, принадлежащий к следующей группе: ПЭ, ПП, ПЭТФ, ПВХ. Выпускные трубопроводы размещены на жесткой раме, расположенной поперечно к направлению движения конвейера, и закреплены так, что соответствуют геометрическим характеристикам панели, чем обеспечивается равномерное нанесение по ширине нижнего покровного слоя. Предпочтительно такое размещение выпускных трубопроводов над нижним покровным слоем, при котором реакционная смесь наносится на нижний покровный слой так, что несмачиваемые участки между отдельными участками нанесения на нижнем покровном слое имеют одинаковую величину. При вспенивании эти промежутки закрываются, таким образом обеспечивается равномерное вспенивание в сэндвич-конструкции. Для тонкой настройки выпускные трубопроводы можно перемещать по жесткой раме поперек направления движения конвейера. Кроме того, трубопроводы размещены на раме так, что реакционная смесь поступает на нижний покровный слой либо по направлению движения конвейера, либо против него. Поступает ли реакционная смесь на нижний покровный слой по направлению движения конвейера или против него, зависит от скорости выхода [смеси] из выпускных шлангов и скорости движения конвейера, а также, при определенных условиях, от вязкости реакционной смеси. При скорости нанесения от 1,2 до 2 м/мин и скорости конвейера от 20 до 60 м/мин целесообразно осуществлять нанесение реакционной смеси против движения конвейера. При скорости нанесения от 1,2 до 2 м/мин и скорости конвейера до 20 м/мин целесообразно наносить реакционную смесь по движению конвейера.

Возможно специальное исполнение, при котором смесительная и распределительная головки вместе с выпускными трубопроводами размещены и закреплены так, что это допускает производство продукции с толщиной, уменьшающейся в направлении, перпендикулярном к направлению движения конвейера, или с произвольно изменяемой толщиной, когда несмачиваемые участки между отдельными участками нанесения на нижнем покровном слое линейно уменьшаются или имеют постоянно варьирующую величину. При вспенивании эти промежутки закрываются, таким образом обеспечивается в должной степени неравномерное вспенивание по высоте продукции.

Этот способ размещения позволяет обойтись без портала, совершенно необходимого при использовании осциллирующей разливочной гребенки или круглого или плоского сопла. Кроме того, при использовании такой схемы скорость производства зависит только от скорости конвейера или от выходной производительности вспенивающего устройства. Этот способ позволяет достичь скорости более 15 м/мин, вплоть до 60 м/мин. Еще одно преимущество этого устройства согласно изобретению по сравнению с технологией, требующей применения нескольких смесительных головок, состоит в том, что при использовании одной смесительной головки не возникают колебания, обусловленные разницей рабочего давления, температуры или иных подобных параметров, снижающие качество продукции и безопасность производства.

В качестве смесительной головки для устройства согласно изобретению можно использовать все применяемые сегодня в технике смесительные головки. Они, однако, должны быть пригодны для вспенивания полиольных и полиизоцианатных компонентов при производстве элементов сэндвич-конструкций из полиуретана. Смешивать с химически инертным газом можно как реакционную смесь в смесительной головке, так и один или оба реагента заранее, чтобы избежать засорения выпускных трубопроводов. Химически инертный газ выбирают из группы, состоящей из воздуха, азота, углекислого газа и благородных газов, как то: аргон и гелий. Вместо газа к реагентам можно добавлять другие составляющие. Эти вещества выбирают из группы, состоящей из графита, полиуретановой муки, меламина, кварцевого песка, оксида алюминия (III) (Al₂O₃), талька и нанокомпозитов, как, например, слоистых силикатов, нанотрубочек, нанопеска, и добавляют к реагентам в распределительной головке.

Материал для распределительной головки можно выбирать из: стали, нержавеющей стали, алюминия и пластмасс. Выбранный материал должен во всяком случае выдерживать давление и температуру в смесительной головке в диапазоне от 0,5 до 3 бар и от 20 до 40°С. С точки зрения геометрии предпочтительны распределительные головки, в которых пути от входа распределителя к каждому отдельному выходу выпускных трубопроводов имеют одинаковую длину. Кроме того, целесообразно, чтобы сечение всех выходов распределительной головки было одинаковым. Сечение входа в распределительную головку, напротив, может быть больше такового отдельных выходов распределительной головки.

Устройство для нанесения согласно изобретению может быть составной частью другого устройства, применяемого для производства элементов сэндвич-конструкций. Производство полиуретановых сэндвич-конструкций (панелей) вообще является непрерывным процессом. При этом панели толщиной, как правило, от 20 до 240 мм в бесконечном виде производят на так называемых двойных конвейерах. Возможна, однако, также и толщина менее 20 мм и более 240 мм. Такой двойной конвейер состоит обычно из верхней направляющей ленты для верхнего покровного слоя, нижней направляющей ленты для нижнего покровного слоя, подающего устройства для верхнего покровного слоя, формовочного участка, в пределах которого полиуретановая реакционная смесь реагирует и вспенивается между верхним покровным слоем и нижним покровным слоем, устройства обрезки для изготовленной панели, а также дозирующего блока со смесительной головкой для нанесения полиуретановой реакционной смеси на нижний покровный слой.

Двойной конвейер, обычный для нынешнего уровня техники, представлен на фигуре 3.

Расположение отдельных элементов для непрерывного производства элементов сэндвич-конструкций известно из уровня техники, как описано в германских заявках на патент DE-A 1247612 и DE-A 1609668.

В рамках настоящего изобретения под элементом сэндвич-конструкции понимается конструкция, состоящая по меньшей мере из двух покровных слоев и внутреннего слоя, лежащего между ними.

В качестве внутреннего слоя могут быть использованы все известные специалисту материалы. Предпочтительны волоконные плиты из минеральных волокон или пластины из твердого пеноматериала, например из пенополиуретана, вспененного полиизоцианурата (PIR), пенополистирола, вспененной фенольной смолы.

В частности, сэндвич-конструкции состоят из по меньшей мере двух покровных слоев из жесткого или гибкого материала и внутреннего слоя из вспененного материала, например твердого пенополиуретана. Под пенополиуретанами здесь следует понимать такие твердые вспененные материалы, которые основаны на соединениях полиуретана, полимочевины, а также полиизоцианурата. В качестве внутреннего слоя предпочтительно выбирают твердые пенопласты на основе полиуретана и (или) полиизоцианурата. В качестве исходных компонентов для производства твердых пенопластов, содержащих полиуретановые или полиизоциануратные группы, можно использовать все известные специалисту соединения, с соединениями, содержащими NСО-группы, способные к реакции с соединениями, содержащими гидроксильные группы, как то: а) алифатические, циклоалифатические, аралифатические, ароматические и гетероциклические полиизоцианаты, предпочтительно дифенилметандиизоцианат (MDI) или полифенилполиметиленполиизоцианаты, полиизоцианаты, содержащие карбодиимидные группы, уретановые группы, аллофанатные группы, изоциануратные группы, группы мочевины или биуретовые группы, особо предпочтительно на основе полифенилполиметиленполиизоцианата и б) соединения с по меньшей мере двумя атомами водорода, способными реагировать с изоцианатами, с молекулярным весом в пределах от 400 до 10.000 г/моль, как например, соединения, содержащие аминогруппы, тиоловые группы, гидроксильные или карбоксильные группы. Кроме того, возможно использование подходящих преполимеров с NCO-группами, изготовленных путем реакции обмена полимерного MDI с алифатическими или ароматическими простыми или сложными полиэфирполиолами, например, простыми или сложными полиэфирполиолами, содержащими 1-4 гидроксильные группы, со средним молекулярным весом 60-4000.

Производство пеноматериалов осуществляется с применением обычных известных специалисту вспомогательных и дополнительных веществ, как то: катализаторов, вспенивающих и смачивающих агентов, огнезащитных средств, стабилизаторов пены, средств, улучшающих текучесть, ингибиторов, а также, при необходимости, твердых добавок для улучшения теплопроводности и огнезащиты.

В качестве материалов для покровных слоев можно использовать все известные специалисту материалы. Предпочтительны металлы, например, сталь (оцинкованная и (или) лакированная), алюминий (лакированный и (или) элоксированный), медь, нержавеющая сталь или неметаллы, такие, как армированные, неармированные и (или) заполненные пластмассы, например, поливинилхлорид или на основе полиэстера, или стекловолокна, импрегнированный картон, бумага, дерево, битумное или минеральное стекловолокно.

Покровные слои могут быть покрыты лаком.

В качестве покровных слоев также пригодно сочетание разных приведенных выше материалов на разных сторонах изготовленной панели.

Такие сэндвич-элементы на основе различных покровных слоев (жестких или гибких) и внутреннего слоя из твердого пенополиуретана достаточно известны на нынешнем техническом уровне и называются металлическими сэндвич-панелями и изоляционными панелями. Между внутренним слоем и покровными слоями могут быть предусмотрены дополнительные слои.

Примеры применения таких сэндвич-панелей с жесткими покровными слоями - гладкие или линованные стеновые панели, а также профилированные кровельные панели для строительства заводских цехов и холодильников. Сэндвич-конструкции применяются также при изготовлении фургонов грузовиков, дверей и ворот, а также в производстве контейнеров, а изоляционные панели и сэндвич-конструкции с гибкими покровными слоями применяют в качестве изоляционных материалов для крыш, внешних стен и в качестве напольных плит.

Производство этих сэндвич-конструкций по непрерывной или прерывистой технологии хорошо известно из общего состояния техники. Для этого еще жидкую реакционную смесь наносят на нижний покровный слой с помощью устройства для нанесения согласно изобретению. Затем медленно вспенивающаяся реакционная смесь продвигается с помощью нижнего конвейера на формовочный участок, ограниченный верхней и нижней направляющими лентами. Вспенивающаяся реакционная смесь достигает верхнего покровного слоя и склеивает таким образом оба покровных слоя друг с другом. В пределах формовочного участка пена отвердевает, причем верхняя и нижняя направляющие ленты задают толщину производимого изделия, а после прохода через формовочный участок ее обрезает специальное устройство обрезки для получения панелей желательной длины.

Ниже дано подробное описание изобретения с помощью прилагаемых чертежей. На них показаны:

Фигура 1: Схематическое изображение нанесения полиуретановой реакционной смеси с помощью осциллирующей смесительной головки или разливочной гребенки.

Фигура 2: Схематическое изображение нанесения реакционной смеси с помощью устройства согласно изобретению, содержащего смесительную головку с распределительной головкой.

Фигура 3: Схематическое изображение процесса непрерывного производства сэндвич-конструкций с гибкими или жесткими покровными слоями.

На фигуре 1 показано устройство для нанесения еще жидкой реакционной смеси (5) на нижний покровный слой (6). Нанесение жидкой реакционной смеси (5) осуществляется с помощью смесительной головки (2), закрепленной над нижним покровным слоем (6) на направляющей, так называемом портале (не представлен), и соединенной со смесительной головкой разливочной гребенки (4). На смесительной головке (2) есть дополнительные отверстия (3), используемые как впускные отверстия для компонентов, подлежащих смешиванию в смесительной головке. Под прямым углом и параллельно нижнему покровному слою к смесительной головке (2) присоединена разливочная гребенка, (4), снабженная отверстиями, расположенными последовательно в направлении движения конвейера, из которых еще жидкая реакционная смесь (5) поступает на покровный слой (6). Сама смесительная головка посредством электродвигателя (не представлен) совершает по ширине покровного слоя колебательные движения, так что нанесение реакционной смеси (5) на покровный слой (6), ввиду постоянного смещения покровного слоя в направлении движения конвейера происходит под углом. Электродвигатели разгоняют смесительную головку вместе с закрепленной на ней разливочной гребенкой поперек ширины покровного слоя в направлении точек возврата (7), расположенных на концах поперечника (представлена только одна поворотная точка), причем незадолго до достижения точки возврата (7) смесительная головка снова подтормаживается, чтобы обеспечить равномерное нанесение по всей ширине покровного слоя и избежать выхода за пределы ширины покровного слоя, обусловленного возникающими силами инерции.

На фигуре 2 представлено устройство согласно изобретению для нанесения еще жидкой реакционной смеси (14) на нижний покровный слой (15). В этом случае устройство для нанесения также оснащено смесительной головкой (9), размещенной над нижним покровным слоем (15) и снабженной дополнительными отверстиями (11), служащими для поступления исходных компонентов реакции. К смесительной головке (9) присоединена распределительная головка (10), от которой отходят 6 выпускных трубопроводов (12) одинаковой длины, имеющие равный диаметр и изготовленные из одного и того же материала. Выпускные трубопроводы (12) закреплены по всей ширине нижнего покровного слоя (15) на нижней стороне стойки (13), расположенной поперечно направлению движения конвейера так, что можно осуществлять равномерное нанесение на покровный слой в направлении движения транспортной ленты. Стойка (13) жестко закреплена над нижним покровным слоем. В целях тонкой настройки можно менять положение выпускных трубопроводов (12) на стойке (13), перемещая их поперек движения конвейера (не представлено). Представленный на фигуре 2 вариант исполнения устройства для нанесения согласно изобретению предусматривает соответствующее геометрическим характеристикам панели размещение выпускных трубопроводов (12) на стойке (13), позволяющее, чтобы еще жидкая реакционная смесь оказывалась так нанесена на нижний покровный слой (15), что свободные поверхности (17) нижнего покровного слоя (15) между покрытыми поверхностями оказывались бы равной величины, чем обеспечивается равномерное вспенивание по всей ширине покровного слоя. Таким образом, в течение дальнейшего вспенивания жидкой реакционной смеси (14) промежутки (17) равномерно закрываются (16). В другом варианте исполнения выпускные трубопроводы (12) могут так размещаться на стойке (13), что нанесение реакционной смеси на нижний покровный слой (15) может осуществляться против направления движения транспортной ленты. В еще одном варианте исполнения выпускные трубопроводы (12) могут быть так размещены на стойке (13), что толщина изготавливаемого элемента сэндвич-конструкции может варьироваться по ширине в направлении, перпендикулярном направлению конвейера.

На фигуре 3 представлено устройство (18) для производства сэндвич-панелей из полиуретана согласно нынешнему уровню техники. В процессе производства нижний покровный слой (19) и верхний покровный слой (20) непрерывно подаются с помощью соответствующих подающих устройств (не представлены) в продольно вытянутый так называемый формовочный участок, промежуток между замкнутой верхней направляющей лентой (21) и нижней направляющей лентой (22), и проводятся через него.

Полиольный компонент А и изоцианатный компонент В подаются из соответствующих рабочих емкостей (23) и (24) с помощью насосов и трубопроводов в смесительную головку (25), смешиваются там, и возникающая при этом полиуретановая реакционная смесь наносится на нижний покровный слой (19), для чего смесительная головка (25) движется перпендикулярно направлению конвейера по ширине нижнего покровного слоя (19). Полиуретановая реакционная смесь, нанесенная на нижний покровный слой (19), вспенивается и перемещается благодаря поступательному движению нижнего покровного слоя (19) вглубь формовочного участка, промежутка между замкнутой верхней направляющей лентой (21) и нижней направляющей лентой (22). Внутри формовочного участка завершается реакция и вспенивание полиуретановой реакционной смеси между верхним покровным слоем (20) и нижним покровным слоем (19), так что после прохождения формовочного участка получается полиуретановая сэндвич-панель, готовая к обрезке и дальнейшей обработке.