專利名稱：聚合泡沫材料的生產(chǎn)設(shè)備和工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)聚合泡沫材料的設(shè)備和工藝方法，特別是，但非唯一地，涉及一種用于連續(xù)生產(chǎn)低密度聚合泡沫材料的設(shè)備和工藝方法。
各種聚合泡沫材料的制備通常都需要混合幾種可起反應(yīng)以形成某種發(fā)泡聚合物的組分。一般，這些組分包括多元醇、異氰酸鹽、一種或幾種催化劑、表面活性劑和水。當(dāng)這些組分以正確的比例混合在一起時(shí)，水與異氰酸鹽反應(yīng)以生成二氧化碳用于聚合物的發(fā)泡。
通過(guò)將一層混合物排放到移動(dòng)的傳送機(jī)(具有活動(dòng)的底面并帶有可調(diào)的裝置兩側(cè)壁)上面，混合物的各組分發(fā)生反應(yīng)而連續(xù)地產(chǎn)出一種聚合泡沫材料，最近，各種低密度泡沫材料的連續(xù)生產(chǎn)一直涉及使用一種惰性較大的低沸點(diǎn)流體，它在壓力下以液態(tài)與其他各化學(xué)組分相混合，以便在混合物由于從異氰酸鹽/水的反應(yīng)中產(chǎn)生二氧化碳而膨脹之前提供對(duì)于混合物的一種輔助起泡作用?；旌衔锉慌欧诺絺魉蜋C(jī)上面，而氣化的低沸點(diǎn)液體使反應(yīng)混合物膨脹，混合物隨后又從反應(yīng)混合物中以化學(xué)方式產(chǎn)生二氧化碳而陸續(xù)膨脹，以形成一種聚合泡沫材料。
適當(dāng)?shù)钠鹋?發(fā)泡劑中包括各種各樣的含氯氟烴(CFCs)。雖然CFCs具有所需要的惰性和較低的沸點(diǎn)，但近年來(lái)出于環(huán)境的考慮不提倡使用，因?yàn)閾?jù)信CFCs會(huì)促使破壞臭氧層。CFCs的一種適宜的代換物是二氧化碳，但是，由于二氧化碳會(huì)在比CFCs低得多的溫度下氣化，而且必須加壓后才能以液態(tài)存在，所以設(shè)備和方法始終要維持較高的壓力。
不過(guò)，除非二氧化碳的氣化發(fā)生在各種受控的條件之下，不然就可能損失一些，而發(fā)泡膨脹的效率因而降低和劣質(zhì)泡沫材料可能產(chǎn)出，它們具有非均勻的泡孔結(jié)構(gòu)和許多空洞或“針孔”。
述于EP-A-0645226之中的設(shè)備試圖依靠通過(guò)細(xì)長(zhǎng)的壓降區(qū)來(lái)排放混合物而在一些受控條件下排放反應(yīng)混合物以起動(dòng)發(fā)泡過(guò)程；使發(fā)泡混合物沿著發(fā)泡空腔并穿過(guò)出口孔眼流動(dòng)；以及隨之排放發(fā)泡混合物到基材上面。
在已發(fā)表的WO 96/00644中，建議把一種可發(fā)泡的反應(yīng)混合物以500/秒以上的剪切速率膨脹成為大量的各別液流。尋求達(dá)到這一點(diǎn)的方式是，使反應(yīng)混合物通過(guò)一或多部篩號(hào)從0.025到0.3毫米的分開(kāi)的細(xì)孔篩。WO 96/00644之中所設(shè)想的“篩網(wǎng)”包括開(kāi)孔圓盤(pán)或網(wǎng)格，亦即，具有簡(jiǎn)單的穿過(guò)它們的直接通路。在WO 96/00644中通過(guò)范例所說(shuō)明的各種各樣的實(shí)施例全都采用分開(kāi)的多個(gè)細(xì)孔篩，它們由各個(gè)間隔器保持沿軸向分開(kāi)，以便在它們之間具有明顯的間隙。這似乎具有以下的缺點(diǎn)，即由于經(jīng)過(guò)這些篩時(shí)的各個(gè)壓降，某種發(fā)泡現(xiàn)象可能發(fā)生在各篩網(wǎng)之間的間隙之中，這在實(shí)踐中是非常不希望出現(xiàn)的。
“反應(yīng)混合物”，用于由WO 96/00644所公開(kāi)和陳述的技術(shù)之中，是采用至少兩種參與反應(yīng)的組分和作為發(fā)泡劑的二氧化碳而獲得的，辦法是，使至少一種參與反應(yīng)的組分與二氧化碳在壓力下相混合，從而生成一種包含液態(tài)二氧化碳的混合物，而后再使產(chǎn)生的混合物與另一種參與反應(yīng)的組分相混合而形成可發(fā)泡的反應(yīng)混合物。以后的混合步驟一般是分別在靜態(tài)混合器和旋轉(zhuǎn)混合頭之中進(jìn)行的。
后面系統(tǒng)依靠于在一或多部細(xì)孔篩的上游具有完全混合的“反應(yīng)混合物”，因?yàn)榛旌衔锎┻^(guò)篩孔的流動(dòng)基本上是單向的，亦即，垂直于篩的，所以在篩孔本身之內(nèi)不發(fā)生顯著的混合。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是，提供一種用于生產(chǎn)聚合泡沫材料的設(shè)備和工藝方法，可形成受到良好的控制的壓降，并從而能生產(chǎn)具有改進(jìn)的泡孔結(jié)構(gòu)的均勻高質(zhì)量泡沫材料。
按照本發(fā)明的第一方面，提供一種用于生產(chǎn)聚合泡沫材料的設(shè)備，其中各種參與反應(yīng)的泡沫組分和某種低沸點(diǎn)發(fā)泡劑匯集在一起；施加足夠的壓力以使發(fā)泡劑保持在液態(tài)；以及混合物穿過(guò)一可透過(guò)的排放頭，通過(guò)此排放頭混合物被排放出來(lái)并在其中減壓而形成泡沫，此設(shè)備的特征在于，排放頭包括至少一個(gè)擴(kuò)散器件，具有的結(jié)構(gòu)是，要求在擴(kuò)散器件的軸向厚度之內(nèi)，在通過(guò)擴(kuò)散器件的流動(dòng)方向上考查時(shí)，各流經(jīng)在三維上分隔、分散和聚集。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于排放混合物通過(guò)這樣一種擴(kuò)散器件，混合物在其穿過(guò)器件期間就經(jīng)受混合和/或散布，而所產(chǎn)生的泡沫性質(zhì)上是很均勻的，具有高質(zhì)量，并且比較不帶諸如空洞或針孔這樣的缺陷。
有利的是，擴(kuò)散器件包括一種液體和/或氣體可透過(guò)的擴(kuò)散材料。
可取的是，擴(kuò)散器件是由粘合或燒結(jié)材料或一種燒結(jié)復(fù)合材料制成的。粘合或燒結(jié)材料最好是一種諸如不銹鋼的金屬，但是另外也可包括其他可粘合或可燒結(jié)的材料，諸如塑料和陶瓷或其他一些諸如碳、硅、礬和玻璃這樣的顆粒材料。雖然一種由球狀顆粒構(gòu)成的燒結(jié)材料工作不夠理想，但是，一種給定品級(jí)的燒結(jié)材料在顆粒尺寸上的變化使它可能難以在氣化發(fā)泡劑方面獲得所需要的控制。不過(guò)，燒結(jié)或粘合絲的各個(gè)尺寸和各種容差是勝過(guò)燒結(jié)球形顆粒的，因而發(fā)現(xiàn)燒結(jié)絲特別適合用作擴(kuò)散器件。燒結(jié)絲網(wǎng)一般制成板片，方法是，滾壓和燒結(jié)兩層或多層絲網(wǎng)，以致絲網(wǎng)的各接觸點(diǎn)在燒結(jié)過(guò)程期間熔合在一起。
“粘合”材料是一種其中各個(gè)顆粒或纖維在各接觸點(diǎn)處通過(guò)熔劑、粘接劑或其他粘合劑結(jié)合在一起的材料。
在擴(kuò)散器件之前的具有CO2的反應(yīng)劑混合物的壓力應(yīng)當(dāng)大于混合物的平衡壓力。比如，如果平衡壓力是在8至15巴之間，我們發(fā)現(xiàn)，采用一種具有平均大約20微米標(biāo)稱值并且反應(yīng)物在燒結(jié)之前具有16巴至30巴壓力的燒結(jié)材料，會(huì)產(chǎn)生均勻的泡沫和隨之而來(lái)的合格的泡沫材料。
在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，混合起來(lái)的各反應(yīng)劑和CO2具有14公斤/分的流量，在20℃時(shí)粘度約為400-600厘泊/秒；而一種燒結(jié)材料具有平均20微米量級(jí)。直徑30毫米以及厚度1.32毫米，可產(chǎn)生均勻的泡沫和質(zhì)量合格的泡沫材料。
在實(shí)踐中，一般常用的各種燒結(jié)材料的孔徑大小變化范圍很廣。比如在一種平均孔徑大小為20微米的燒結(jié)材料中，所表示的孔徑大小范圍在7.5與85微米之間。較大的孔徑大小會(huì)造成泡沫材料中的一些缺陷，較小的孔徑大小又會(huì)引起燒結(jié)器件中的堵塞。對(duì)于目前的用途來(lái)說(shuō)，燒結(jié)材料的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)是，大多數(shù)孔的孔徑大小變化應(yīng)當(dāng)最好是在平均孔徑大小的-30％與+50％之間。
在另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，混合起來(lái)的各反應(yīng)劑和CO2具有14公斤/分的流量，在20℃時(shí)粘度約為400-600厘泊/秒，而一種燒結(jié)材料具有平均100微米標(biāo)稱值、直徑15毫米以及厚度1.5毫米，所得到的泡沫材料，由于包含許多孔洞，質(zhì)量是不合格的。
因而，本發(fā)明的優(yōu)選發(fā)泡裝置包括一排放頭，它包含一形狀為可透過(guò)的擴(kuò)散器件的減壓器，通過(guò)它排放泡沫的各種組分?？赏高^(guò)的擴(kuò)散器件包括一組熔合、粘合或燒結(jié)起來(lái)的元件，它們或是金屬、陶瓷和塑料的或是別種材料的顆粒，或者包括許多篩網(wǎng)的熔合體，或者簡(jiǎn)單地包括一群盛放在兩塊可滲透的支承平板之間的松散的顆粒狀材料。
所有這些實(shí)例都具有的共同特征是，沒(méi)有任何穿過(guò)擴(kuò)散器件的(如同在WO 96/00644篩網(wǎng)情況下所有的)簡(jiǎn)單的單獨(dú)“直通”路徑，而是在擴(kuò)散器件的厚度以內(nèi)具有各個(gè)流經(jīng)的分隔、分散和聚集。結(jié)果，參與反應(yīng)的各種組分或混合物不能采取一條“直通”路徑，而都是被導(dǎo)致分解成為許多液流，從而各種組分在它們通過(guò)擴(kuò)散器件期間要經(jīng)受混合，或者如果已經(jīng)予先混合則經(jīng)受額外混合，而所得的泡沫材料具有高質(zhì)量的泡孔結(jié)構(gòu)，不帶諸如孔洞或針孔等各種缺陷。
考查本發(fā)明的擴(kuò)散器件這一顯著特點(diǎn)的另一種方式是，與采用諸如WO 96/00644之中的一個(gè)多孔圓盤(pán)或篩網(wǎng)的裝置這一情況下僅有一維(x)相比，存在著液流在三維(x、y和z)上通過(guò)擴(kuò)散器件的可能性。這種通過(guò)擴(kuò)散器件的三維液流，諸如優(yōu)選燒結(jié)材料所例示的那樣，可形成各組分在燒結(jié)材料之內(nèi)的混合。這樣就造成了驚奇的結(jié)果，即獲得了下述能力減少甚至避免了采用通常的使多元醇與CO2相混合的靜態(tài)混合器和在其中于通過(guò)發(fā)泡頭排放之前多元醇/CO2混合物一般匯集在一起，并與其他各種反應(yīng)劑相混合的第二混合器，以便從事額外混合。
我們的驚奇發(fā)現(xiàn)是，擴(kuò)散器件既起到各種反應(yīng)劑與CO2的混合器的作用，減少所需的機(jī)械式(旋轉(zhuǎn)式)混合量，而且同時(shí)還起到不致使液態(tài)CO2到氣態(tài)CO2的狀態(tài)改變迅猛發(fā)展的控制裝置的作用，產(chǎn)生均勻的泡沫。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)泡裝置可以排除參與反應(yīng)的各個(gè)組分和CO2，在排放頭處一起提供給擴(kuò)散器件之前，在專門(mén)設(shè)置的混合器之中予先混合的必要性。雖然需要時(shí)它們也可以予先混合。本系統(tǒng)還使得參與反應(yīng)的各種組分連同CO2在擴(kuò)散器件的上游或在擴(kuò)散器件處簡(jiǎn)單地匯集在一起。
在所有的情況下，至關(guān)重要的是，CO2要在直至最終壓力降低到出現(xiàn)在擴(kuò)散器件下游一側(cè)處的大氣狀態(tài)的整個(gè)過(guò)程中始終保持在液相之中，不然將會(huì)產(chǎn)出帶有孔洞的劣質(zhì)泡沫材料。
因而，在排放頭之中使用本發(fā)明的一種擴(kuò)散器件的另外一項(xiàng)好處是，各種組分在給直到排放頭之前要求少得多的混合，因?yàn)橹辽倌撤N混合和/或散布發(fā)生在混合物經(jīng)過(guò)擴(kuò)散器件的進(jìn)程期間。在先前技術(shù)中，通常各種組分在以幾百和高這幾千轉(zhuǎn)/分的速率下運(yùn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)式混合器之中混合在一起，以便確保各種組分均勻的混合。經(jīng)過(guò)符合本發(fā)明的擴(kuò)散器件排放混合物，就有可能通過(guò)在小于40轉(zhuǎn)/分的速度下對(duì)各處組分使用旋轉(zhuǎn)式混合器，而產(chǎn)生一種發(fā)泡的聚合物，從而避免了從溶液中逸出溶解的氣體而導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷的潛在問(wèn)題。的確，如前所說(shuō)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有可能在某些情況下如果希望可完全不用旋轉(zhuǎn)式混合器。
本發(fā)明的擴(kuò)散器件可以具有各種各樣的形狀之中的任何一種。比如，在一項(xiàng)實(shí)施例中，擴(kuò)散器件是圓形的。在另一項(xiàng)實(shí)施例中，擴(kuò)散器件在側(cè)向上是細(xì)長(zhǎng)的并相對(duì)于一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的基材或載體沿橫向設(shè)置，以便泡沫混合物放得均跨過(guò)基材的寬度均勻地排放。擴(kuò)散器件可以固定在適當(dāng)位置上。在其他實(shí)施例中，它可以以受控的速度設(shè)置得在基材的寬度上往返橫移。
有利的是，發(fā)泡劑包括二氧化碳。
按照本發(fā)明的第二方面，一種用于生產(chǎn)聚合泡沫材料的工藝方法包括匯集參與反應(yīng)的各種泡沫組分和一種低沸點(diǎn)發(fā)泡劑，施加壓力以保持發(fā)泡劑處于液態(tài)；以及通過(guò)可透過(guò)的排放頭排放各種組分以形成泡沫，排放頭包括至少一個(gè)擴(kuò)散器件，其結(jié)構(gòu)是，可造成在擴(kuò)散器件的軸向厚度之內(nèi)，在通過(guò)擴(kuò)散器件的流動(dòng)方向上考查時(shí)，各流徑的分隔、分散和聚集。
最好是，擴(kuò)散器件由一種粘合或燒結(jié)材料或一種燒結(jié)復(fù)合材料制成。
最好是，起泡劑包括二氧化碳，容易購(gòu)得，便宜而又比較無(wú)害。
通過(guò)由擴(kuò)散器件構(gòu)成減壓器的、混合反應(yīng)劑(連同CO2)的流動(dòng)通道尺寸很小含有助于把系統(tǒng)中的壓力保持在平衡壓力以上。
這種很小通道的問(wèn)題之一是，如果發(fā)生堵塞，則生產(chǎn)出來(lái)的泡沫材料可能是質(zhì)量低劣的，或者堵塞會(huì)最終使工藝過(guò)程停止。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是，降低這種堵塞在發(fā)泡工藝過(guò)程的影響。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是，提供一種系統(tǒng)，它能在清洗和/或更換擴(kuò)散器件的同時(shí)使得可以繼續(xù)發(fā)泡，以及/或者能在不需中斷泡沫/泡沫材料生產(chǎn)的情況下反洗擴(kuò)散器件。
為了滿足第二個(gè)目的，提供了一種用于生產(chǎn)聚合泡沫材料的設(shè)備，它具有一個(gè)以擴(kuò)散器件的形式用于使反應(yīng)劑同CO2組合在一起的減壓裝置；以及一種控制發(fā)泡并使得減壓器可以在各次停機(jī)時(shí)間之間使用較長(zhǎng)時(shí)期的裝置。
在一些實(shí)施例中，設(shè)備可包括允許進(jìn)行反洗擴(kuò)散器件的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，后一裝置使得擴(kuò)散器件可以任由選擇地移轉(zhuǎn)180°，以便使得所排放的材料本身提供反洗。
其他一些實(shí)施例可以包括使得背壓可以在發(fā)泡期間任由選擇地予以調(diào)節(jié)的裝置。
后一裝置實(shí)現(xiàn)得的方式是，比如把擴(kuò)散材料裝在一對(duì)支承平板之間，它們的相對(duì)間距可予以調(diào)節(jié)以調(diào)節(jié)擴(kuò)散材料的壓緊程度。
還有一些實(shí)施例可以包括能清洗發(fā)散器件面發(fā)繼續(xù)發(fā)泡的裝置。
后一裝置實(shí)現(xiàn)的方式是，比如安排得平行設(shè)置至少兩個(gè)擴(kuò)散器件，使得流向它們的參與反應(yīng)的各種組分可任由選擇地由一可變的入口流徑予以控制。
如前所說(shuō)明，擴(kuò)散器件最好是由一種燒結(jié)材料制成的，最好是由一種諸如不銹鋼的金屬制成的。不過(guò)，擴(kuò)散器件也可以通過(guò)在兩塊間隔開(kāi)來(lái)的支承或泄放平板之間裝入一種顆粒狀材料或者諸如鋼棉這樣的可壓縮的纖維材料而制成。
本發(fā)明以后只通過(guò)范例參照附圖進(jìn)一步予以說(shuō)明，其中

圖1是符合本發(fā)明的聚合物泡沫材料生產(chǎn)設(shè)備和方法的一個(gè)實(shí)施例的示意簡(jiǎn)圖；圖2是符合本發(fā)明的聚合物泡沫材料設(shè)備的第一實(shí)施例的透視圖；圖3是圖1中設(shè)備的一種分配頭的放大的分解透視圖；圖4是可以與圖1中設(shè)備一起使用的另一種分配頭的透視圖；圖5是一種可調(diào)面積式擴(kuò)散噴嘴的一個(gè)可能的實(shí)施例的縱向剖面示意簡(jiǎn)圖；圖6和7分別是可調(diào)面積式擴(kuò)散噴嘴的第二可能的實(shí)施例的側(cè)視和前視示意簡(jiǎn)圖；圖8至10分別是符合本發(fā)明的一種快速變換發(fā)泡裝置的第一實(shí)施例的側(cè)視、頂視和端視剖面圖；圖11至13分別是符合本發(fā)明的快速變換式發(fā)泡裝置的第二實(shí)施例的側(cè)視、頂視和端視剖面圖；圖14和15是符合本發(fā)明的一種自潔式發(fā)泡裝置的側(cè)視剖面圖和平面視圖；圖16是符合本發(fā)明的自潔式發(fā)泡裝置的另一實(shí)施例的側(cè)視剖面圖；圖17是采用不同結(jié)構(gòu)擴(kuò)散裝置的另一實(shí)施例的剖面視圖；圖18示意地表明可以用在本發(fā)明之中的分散和匯聚流徑。
首先參照?qǐng)D1，本設(shè)備包括第一儲(chǔ)罐10，用于盛放多元醇或混合多元醇；氣瓶12，用于貯放液態(tài)二氧化碳；第二儲(chǔ)罐14，用于盛放TDI(一種異氰酸鹽)；以及第三貯罐16，用盛放錫催化劑。大量CO2液最好是貯放在恒溫下，以使CO2蒸氣壓力也保持恒定，在比如-5°至-15℃的低溫下最為有利。出自貯罐10的多元醇徑由泵20被供料至注射器塊21，在此會(huì)合通過(guò)注射器22噴射的液態(tài)二氧化碳。液態(tài)二氧化碳是經(jīng)由調(diào)節(jié)器24、冷卻器26、供料泵28、止回閥29和注射器22被供料。多元醇和CO2隨后被供料給常見(jiàn)的靜態(tài)混合器23，比如螺旋混合器。
經(jīng)過(guò)混合的多元醇和液態(tài)二氧化碳經(jīng)由調(diào)壓閥30供給一旋轉(zhuǎn)混合器34，在此，多元醇與二氧化碳與分別通過(guò)泵35、37從貯罐14和16供料的異氰酸鹽和錫催化劑相混合。與先前技術(shù)相反，旋轉(zhuǎn)混合器34可以在較低的比如36rpm的轉(zhuǎn)速下工作。
所得的混合物仍然在壓力下被給供料給為排放頭38的膨脹系統(tǒng)，而在圖1中只作示意表明。
混合多元醇可以包括多元醇、水和胺。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于泡沫的穩(wěn)定來(lái)說(shuō)，向多元醇注入硅酮催化劑是很有利的，無(wú)論在注射塊21前面或是稍稍后面一點(diǎn)。
CO2可以與或是多元醇或是混合多元醇的液流相混合?；旌隙嘣家毫骺梢园ǘ嘣技铀影?。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于泡沫的穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，向多元醇或混合多元醇的液流注入硅酮催化劑是很有利的，無(wú)論在圖1中的注射塊21前面或是稍稍后面一點(diǎn)。
也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，液態(tài)CO2液流可以在擴(kuò)散器件前面注入混合的反應(yīng)劑液流(包括T.D.I)中。
排放頭38較為詳細(xì)地表明在圖3之中并包括供料管40，帶外螺紋的管狀端頭42固定在它上面。帶內(nèi)螺紋的管狀抵蓋44可與帶螺紋的端頭42螺紋式嚙合，并且適于卡持由擴(kuò)散材料，諸如燒結(jié)鋼絲，制成的圓盤(pán)。密封件48在使用時(shí)夾置在端頭42的端面與燒結(jié)圓盤(pán)46反向表面的周邊之間，而另一密封件50在使用時(shí)夾置在燒結(jié)圓盤(pán)的前方端面周邊與O形圈47和在蓋44遠(yuǎn)端處指向內(nèi)部的周邊凸緣51之間。密封件49和50的用途是，防止加壓的混合物圍繞燒結(jié)鋼絲圓盤(pán)的周邊通過(guò)，以及限定液流通過(guò)燒結(jié)鋼絲的面積。
排放頭38適于把混合物排放到大體上是常用的泡沫傳送設(shè)備52里去，此設(shè)備簡(jiǎn)略地說(shuō)包括一部環(huán)形的下部水平傳送帶和兩個(gè)垂側(cè)壁傳送帶56、58。每一側(cè)壁傳送帶包括一條塑料板片，從相應(yīng)的垂直貯放輥60引出并由一從動(dòng)垂直卷收滾輪62拉回而繞過(guò)垂直的端部空轉(zhuǎn)滾輪63。各卷收滾輪62的運(yùn)動(dòng)是與傳送帶54的驅(qū)動(dòng)裝置同步的，從而傳送帶54和兩部側(cè)壁傳送帶56、58都以大致上相同的速度運(yùn)動(dòng)。在傳送器52的一端處配置固定壁60，它具有下部平面狀傾斜部分60′，伸向正好在傳送帶54一端上方的位置處，以及上部平面狀傾斜部分60″，與下部?jī)A斜部分60′銜接并以較小于第一傾斜部分60′的角度傾斜于水平面。分配頭38把混合物排放到上部?jī)A斜部分60″上面而進(jìn)入由傳送帶54、兩部側(cè)壁傳送器56、58和固定壁60所限定的發(fā)泡空間。
實(shí)際上，在此實(shí)施例中，液態(tài)二氧化碳、混合多元醇、異氰酸鹽和錫催化劑借助于靜態(tài)混合芯22和旋轉(zhuǎn)混合器34混合在一起并在壓力下經(jīng)由供料管40供給到排放頭38。重要的是要記住，隨著混合物被供料到排放頭38，在與其他各種化學(xué)反應(yīng)劑混合時(shí)，它要保持在足以把二氧化碳維持于液態(tài)的壓力之下，雖然一般不必超過(guò)10巴。實(shí)踐中業(yè)已發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)之前的壓力應(yīng)當(dāng)超過(guò)14巴，而最好是超過(guò)18巴。另一驚奇的結(jié)果是，燒結(jié)之前在20巴與高達(dá)35巴之間的壓力對(duì)于泡孔結(jié)構(gòu)沒(méi)有任何重大的不利影響，卻可能具有積極作用?；旌衔锶缓笸ㄟ^(guò)多孔的燒結(jié)鋼絲圓盤(pán)46被排放出去，二氧化碳蒸發(fā)而導(dǎo)致混合物發(fā)泡。發(fā)泡混合物隨后由于從異氰酸鹽與水之間的反應(yīng)中產(chǎn)生二氧化碳而進(jìn)一步膨脹并借助于傳送機(jī)52以連續(xù)形成的團(tuán)塊形式從排放頭區(qū)域清除出去。
排放頭的另外一種結(jié)構(gòu)示于圖4，其中排放頭64沿側(cè)向呈細(xì)長(zhǎng)狀，并在使用中相對(duì)于傳送機(jī)52的運(yùn)動(dòng)方向橫向設(shè)置。排放頭64的橫截面是矩形的，而一條矩形擴(kuò)散材料68，諸如上述的燒結(jié)鋼絲，構(gòu)成排放頭的分側(cè)壁。這樣，混合物可以更加均勻地在傳送機(jī)52的整個(gè)寬度范圍內(nèi)通過(guò)燒結(jié)材料被排放出去。
本發(fā)明并不限于前述各項(xiàng)實(shí)施例為細(xì)節(jié)。比如，經(jīng)過(guò)擴(kuò)散器件之后的壓降可以通過(guò)調(diào)整器件的任一或所有尺寸、形狀、孔徑大小和厚度以及/或者混合物通過(guò)擴(kuò)散材料的速度來(lái)予以調(diào)整。
在某些情況下，可能需要包括一種支承結(jié)構(gòu)，以便為擴(kuò)散材料提供剛性支承。
在一種典型情況下，擴(kuò)散材料的厚度在1-3毫米的范圍之內(nèi)，尤其取決于擴(kuò)散材料的孔徑大小。其他一些類型的泡沫，比如那些包含各種填充劑或粘性材料的泡沫，可能需要擴(kuò)散材料具有較大的孔徑大小和增大的厚度。在實(shí)踐中，所用的孔徑大小和在擴(kuò)散材料上游所生成的背壓都影響所得泡沫材料最終的泡孔結(jié)構(gòu)。
為了防止較大的物質(zhì)顆粒，無(wú)論是以化學(xué)方式形成的或者是偶然地進(jìn)入系統(tǒng)的外來(lái)顆粒，抵達(dá)或堵塞擴(kuò)散材料，在擴(kuò)散材料的上游某處的系統(tǒng)之內(nèi)設(shè)置過(guò)濾介質(zhì)可能是很有好處的。
在某些實(shí)施例中，可能有利的是，在排放頭的下游裝有常用的涂布滾輪和一些可調(diào)壓的平板，以便控制泡沫材料產(chǎn)品的上部表面。
必須強(qiáng)調(diào)指出，雖然以上系統(tǒng)是結(jié)合各種低密度泡沫材料的制成而予以說(shuō)明的，但是，它也可以應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)和較高密度泡沫材料的生產(chǎn)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖5和圖6與圖7，它們表明用于本發(fā)明的兩種可能的擴(kuò)散器件噴嘴的范例，它們都具有可調(diào)的面積。這些裝置可以是人力或電力驅(qū)動(dòng)的，并且在需要時(shí)可以由隨著一項(xiàng)或多項(xiàng)操作特征量或參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)裝置予以控制。
首先參照?qǐng)D5，所示實(shí)施例包括圓筒形發(fā)散器件80，由諸如此前所述的燒結(jié)鋼絲等擴(kuò)散材料制成。
圓筒形擴(kuò)散器件80被夾持在兩塊支承平板82a、82b之間，兩塊平板借助于各螺栓84被夾緊而頂住器件80的軸向兩端，反應(yīng)混合物經(jīng)由細(xì)長(zhǎng)的供料管86供給，供料管具有中心孔眼88，經(jīng)由各橫向孔眼90連通于圓筒形擴(kuò)散器件80的內(nèi)部。供料管具有帶凸緣的端部92，滑動(dòng)配合在圓筒形擴(kuò)散器件里面并由環(huán)形的O形圈94密封在器件里面。由于密封件94，混合物被限定于擴(kuò)散器件里面帶凸緣端頭92以右的區(qū)域。因而，通過(guò)沿軸向相對(duì)移動(dòng)供料管和圓筒形擴(kuò)散器件80，擴(kuò)散器件的有效作用面積可相應(yīng)地予以增大或減小。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6和圖7，可變面積式擴(kuò)散器件的第二實(shí)施例包括由諸如燒結(jié)鋼絲的擴(kuò)散材料制成的圓盤(pán)102，裝在固定箱體108之中兩個(gè)壓縮墊圈104、106之間。第一墊圈104具有與圓盤(pán)102相同的直徑，但包含偏心圓孔110，與形成在箱體108之中的截圓錐形入口通道112對(duì)齊。第二墊圈106是環(huán)形的，并由扣環(huán)114和螺絲116緊壓于圓盤(pán)102的外側(cè)周邊。第二箱體部分118安裝得可以相對(duì)于箱體108圍繞中心軸線X轉(zhuǎn)動(dòng)。做到這一點(diǎn)依靠的是，借助于各固定螺絲120和第二個(gè)以彈簧加載的扣環(huán)122把部分118聯(lián)接于箱體108，此環(huán)圈貼靠箱體部分118的凸緣124，凸緣具有至少一個(gè)帶有特氟隆(RTM)涂層126的嚙合表面。在此范例中設(shè)有手把128，用于搖轉(zhuǎn)箱體部分118。
如圖6最清楚地表明，可轉(zhuǎn)動(dòng)的箱體部分118在其一側(cè)上具有軸向出口孔130，與在其另一側(cè)上的偏心孔132連通。箱體部分118面對(duì)擴(kuò)散圓盤(pán)102的那一表面帶有特氟隆涂層134，可使部分118在部分118借助于手柄128相對(duì)于箱體108被搖轉(zhuǎn)時(shí)能夠滑過(guò)擴(kuò)散圓盤(pán)。
自圖7顯然可見(jiàn)，箱體部分118可以任由選擇地在出口孔眼132完全對(duì)齊入口通道112(圖7中用虛線圓圈A表明)的位置到出口孔眼132相應(yīng)于某一予定的最小疊合而不對(duì)齊入口通道112的位置之間(諸如圖2中用虛線圓圈B表明)予以移動(dòng)。這樣，入口和出口通道的重疊程度可以選定，以便改變擴(kuò)散器在最大與最小值之間的有效面積。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8至17，其中在不同圖形中的相同或類似另部件均以同樣的標(biāo)號(hào)示出。
圖8至11表明一種帶有多個(gè)降壓器(擴(kuò)散器件)(C1和C2)的裝置。此實(shí)施例的目的是，如果一個(gè)擴(kuò)散器件被堵，有可能變換到另一個(gè)擴(kuò)散器件而不中斷工藝過(guò)程。
已經(jīng)被堵的擴(kuò)散器件可以取下以便清洗，或者它可以借助于以適當(dāng)介質(zhì)作反沖而“就地”清洗。洗凈的器件然后準(zhǔn)備用于在現(xiàn)有發(fā)泡裝置受堵時(shí)再次更換而加入生產(chǎn)過(guò)程。借此，發(fā)泡過(guò)程的持續(xù)時(shí)間就可不受減壓器(擴(kuò)散器件)壽命的限制。
各種反應(yīng)化學(xué)物質(zhì)在連接點(diǎn)(A處進(jìn)入裝置并沿著空心活塞110通向第一減壓器(C1)，它比如具有示于圖3中46處的型式并包括裝在噴嘴13之中的發(fā)泡裝置130?；钊?10滑動(dòng)式裝在閥114的閥體112之中，并借助于電動(dòng)線性驅(qū)動(dòng)器116聯(lián)接于閥體112。閥114最好是借助于夾緊于活塞110延伸段的支架(未畫(huà)出)而裝接于發(fā)泡機(jī)械上。這樣具有的優(yōu)點(diǎn)是，閥114的閥體112可相對(duì)于活塞110作軸向移動(dòng)而使第二減壓器(擴(kuò)散器件)(C2)處于與原來(lái)減壓器(C1)恰好是相對(duì)于發(fā)泡機(jī)械的同一位置上。
如果設(shè)備是要設(shè)計(jì)成能將各減壓器(C1和C2)取下用于清洗，則它們可以設(shè)置在可取下的各塊體120上，塊體用各螺絲124安裝在噴嘴夾具122之中適當(dāng)位置。
圖11至13表明在圖8至10中所述裝置的各組成部分的一種變異。在圖11至13的裝置中，各種化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入三通轉(zhuǎn)向球閥132，而兩個(gè)交替的減壓器(擴(kuò)散器件)(C1和C2)裝接于閥的兩個(gè)出口。各種化學(xué)物質(zhì)在連接點(diǎn)(A)處進(jìn)入裝置和閥132的球體134?？蓡为?dú)卸脫的塊體(F)136a、136b，兩個(gè)減壓器(C1和C2)分別裝入其中，借助于各螺絲140夾緊于閥132的閥體138上。取決于閥球134的方位，其中一個(gè)減壓器(C1或是C2)投入生產(chǎn)，而另一個(gè)可以取下用于清洗。閥134可由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器142驅(qū)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)90°。
圖14和15表明一種裝置，帶有單獨(dú)一個(gè)減壓(擴(kuò)散器件)(C)，它裝在特殊的高壓球閥的閥球150的通道之內(nèi)。此裝置的目的是，可使減壓器(C)在使用期間轉(zhuǎn)過(guò)180°，以使化學(xué)物質(zhì)的流動(dòng)反轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，通過(guò)生產(chǎn)中的各種化學(xué)物質(zhì)的反沖而產(chǎn)生一種自凈作用。
這種裝置允許只用一個(gè)減壓器(C)來(lái)連續(xù)生產(chǎn)泡沫材料并提供了一種連續(xù)清洗的手段。各種化學(xué)物質(zhì)在連接點(diǎn)(A)處進(jìn)入裝置，經(jīng)過(guò)閥球150和減壓器(C)通向出口。閥球由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器152在閥體166之內(nèi)驅(qū)動(dòng)而轉(zhuǎn)過(guò)180°，以使它的原先的排放側(cè)此時(shí)成為進(jìn)入側(cè)。
標(biāo)號(hào)154表示夾緊螺帽；156表示球座；而158表示閥腔填充物。
圖16表明圖14和15的各組成部分的另一實(shí)施例，其中用錐形或柱塞或閥162代替球閥以安放減壓器(C)。除了閥球由柱塞160代替外，圖16中裝置的說(shuō)明與圖7和8相同。
圖17表明可以采用的另一裝置。它包括兩塊支承或泄放平板170、172，它們裝在噴嘴托持蓋174里面，托持蓋配裝于減壓器托座176。支承平板170、172之間的空間填滿可壓縮的纖維或鋼棉178。平板170、172具有通道，允許各種反應(yīng)劑流過(guò)它們而不造成太大的壓降。背壓是由纖維178的壓縮來(lái)保持的。采用這種配置，當(dāng)背壓由于局部堵塞而增高時(shí)，減壓托座可以稍許擰松，從而降低背壓。
托持蓋174在底部與泄放平板170配裝在一起。在泄放平板170的頂部放置減壓材料178。頂部泄放平板172安放在減壓材料178的上方。托持蓋174隨后擰到反應(yīng)劑導(dǎo)出管176上去。減壓材料的數(shù)量和由于把托持蓋174擰到反應(yīng)管176上去而達(dá)到的壓緊程度決定了流動(dòng)的背壓。
一些粉末也可以用來(lái)充填支承平板170、172之間的空間。圖17的減壓器也可以應(yīng)用在圖8至16所示的各種裝置之中。
最后參照?qǐng)D18，此圖非常簡(jiǎn)略地示意表明反應(yīng)劑混合物流入路徑A是如何圍繞擴(kuò)散器件200的各個(gè)材料顆?；騿喂衫w維262分散和聚集的。如圖所示，此擴(kuò)散器件只有三層L1、L2和L3。雖然在圖18中它們顯得是分開(kāi)的，但實(shí)際上，各個(gè)顆?；蛟S多股纖維202當(dāng)然會(huì)是在各接合點(diǎn)上比如通過(guò)熔合而連接起來(lái)的。還有，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，圖18只表明在一個(gè)平面上的二維上分散和聚集。實(shí)際上，另外的分散和聚集會(huì)出現(xiàn)在圖18平面以上和以下的各平面上，亦即，分散和聚集會(huì)出現(xiàn)在三維上。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)聚合泡沫材料的設(shè)備，其中各種參與反應(yīng)的泡沫組分和一種低沸點(diǎn)發(fā)泡劑匯集在一起；施加足夠的壓力以使發(fā)泡劑保持在液態(tài)；以及混合物穿過(guò)一可透過(guò)的排放頭，通過(guò)此排放頭混合物被排放出來(lái)并在其中減壓而形成泡沫，此設(shè)備的特征在于，排放頭包括至少一個(gè)擴(kuò)散器件(46)，其結(jié)構(gòu)是，要求在擴(kuò)散器件的軸向厚度之內(nèi)，在通過(guò)擴(kuò)散器件的流動(dòng)方向上考查時(shí)，各流徑在三維上分隔、分散和聚集。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種設(shè)備，其中所述至少一個(gè)擴(kuò)散器件(46)是由粘合材料或燒結(jié)材料或燒結(jié)的復(fù)合材料制成的。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種設(shè)備，其中所述至少一個(gè)擴(kuò)散器件(46)是由燒結(jié)鋼絲制成的。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種設(shè)備，其中所述至少一個(gè)擴(kuò)散器件(46)包括裝在兩塊可透過(guò)的支承平板之間的許多松散顆粒材料，或一種可壓縮的纖維材料。
5.按照權(quán)利要求1至4之中任何一項(xiàng)所述的一種設(shè)備，還包括允許反洗某一或每一擴(kuò)散器件的手段。
6.按照權(quán)利要求5所述的一種設(shè)備，其中反洗啟動(dòng)裝置適于使得所述至少一個(gè)擴(kuò)散器件被任由選擇地轉(zhuǎn)移180°以便讓被排放的材料本身提供反洗。
7.按照權(quán)利要求6所述的一種設(shè)備，其中擴(kuò)散器件裝在旋轉(zhuǎn)閥的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(150)之中，此構(gòu)件(150)可借助于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器(152)任由選擇地旋轉(zhuǎn)，以便相對(duì)于通過(guò)閥的流徑而倒轉(zhuǎn)擴(kuò)散器件。
8.按照權(quán)利要求1至7之中任何一項(xiàng)所述的一種設(shè)備，包括發(fā)泡控制裝置，它可控制起沫，以便擴(kuò)散器件可在各次維修停車期間使用較長(zhǎng)時(shí)間。
9.按照權(quán)利要求8所述的一種設(shè)備，其中所述發(fā)泡控制裝置適于使得在擴(kuò)散器件處的背壓在發(fā)泡期間可以任由選擇地調(diào)節(jié)。
10.按照權(quán)利要求9所述的一種設(shè)備，其中所述背壓調(diào)節(jié)的方便性的取得是由于，把擴(kuò)散器件材料(178)裝在一對(duì)支承平板(170、172)之間，一對(duì)平板的相對(duì)空間可以調(diào)節(jié)，而使擴(kuò)散材料的壓緊程度可以調(diào)節(jié)。
11.按照權(quán)利要求1至10之中任何一項(xiàng)所述的一種設(shè)備，還包括使得可以在發(fā)泡繼續(xù)的同時(shí)清洗擴(kuò)散器件的裝置
12.按照權(quán)利要求11所述的一種設(shè)備，其中能在發(fā)泡繼續(xù)的同時(shí)可以從事所述清洗，至少并聯(lián)設(shè)置兩個(gè)所述擴(kuò)散器件(C1，C2)，通向它們的各參與反應(yīng)的組分的流動(dòng)可任由選擇地由可變的流入路徑予以控制。
13.按照權(quán)利要求1至12之中任何一項(xiàng)所述的一種設(shè)備，其中所述擴(kuò)散器件具有可變大小的有效面積。
14.一種用于生產(chǎn)聚合泡沫材料的工藝方法，包括匯集參與反應(yīng)的各種泡沫組分和一種低沸點(diǎn)的發(fā)泡劑，施壓壓力以保持發(fā)泡劑處于液態(tài)，以及通過(guò)可透過(guò)的排放頭排放各種組分以形成泡沫，排放頭包括至少一個(gè)擴(kuò)散器件，其結(jié)構(gòu)是，可造成在擴(kuò)散器件的軸向厚度之內(nèi)，在通過(guò)擴(kuò)散器件的流動(dòng)方向上考查時(shí)，各流徑的分隔、分散和聚集。
15.按照任何前述權(quán)利要求的設(shè)備和工藝方法生產(chǎn)的聚合泡沫材料。
全文摘要
一種用于生產(chǎn)聚合泡沫材料的設(shè)備和工藝方法,其中各種參與反應(yīng)的泡沫組分和一種低沸點(diǎn)的發(fā)泡劑匯集在一起,施加足夠的壓力以便保持發(fā)泡劑處于液態(tài),以及混合物可穿過(guò)可透過(guò)的排放頭,通過(guò)此排放頭混合物被排放出來(lái)并在其中減壓而形成泡沫。排放頭包括一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)散器件(80),具有的結(jié)構(gòu)是,要求在擴(kuò)散器件的軸向厚度之內(nèi),在通過(guò)擴(kuò)散器件的流動(dòng)方向上考查時(shí),各流徑在三維上分隔、分散和聚集。擴(kuò)散器件(80)是由粘合材料、或燒結(jié)材料或燒結(jié)復(fù)合材料,諸如燒結(jié)鋼絲制成。
文檔編號(hào)B01F5/06GK1190923SQ9619546
公開(kāi)日1998年8月19日 申請(qǐng)日期1996年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月11日
發(fā)明者詹姆斯·布賴恩·布萊克韋爾, 杰弗里·巴克利, 約翰·詹姆斯·布萊克韋爾, 斯蒂芬·威廉·布萊克韋爾 申請(qǐng)人:比梅奇集團(tuán)有限公司