带有指向混合室的波发射器的混合头的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种系统(1)，其包括用于混合用于制造塑料件的至少两种成分(K1、K2)的混合头(2)，该混合头具有：用于各引入至少一种成分(K1、K2)的各至少一个入口(3)，至少一个出口(4)，其能与模具(6)的腔(5)连接，混合室(7)，入口(3)通到该混合室中，关且该混合室与所述至少一个出口(4)连接，和排出设备(8)，用于将由至少两种成分(K1、K2)组成的混合物(M)从混合室(7)排出到所述至少一个出口(4)中；该系统还包括波发生器(9)，该波发生器具有至少一个波发射器(10)，所述波发射器如此设置，使得能够将波(W)发射到混合室(7)中。
【专利说明】带有指向混合室的波发射器的混合头
【技术领域】
[0001]本发明涉及混合用于制造一种塑料的两种成分的问题。
【背景技术】
[0002]该问题例如从汽车的大批生产中已知。在这种情况下周期时间的在经济上有意义的进一步减小越来越多地碰到技术上的极限，这是因为快速的从发布到制造系统(RTM-System)具有非常窄的温度-过程窗口，并且因为短的生产静止状态以高度反应性物系(System)或者成分在输送软管并且在混合头中就已经能够引起材料的过早反应，由此导致生产中断和花费大的清洁工作。反应性物系典型地也从液态的已调温的单个成分出发被加工，这由于较长的停留时间而在储备容器中伴随有较高的热应力和缓慢的材料分解。
[0003]反之，如果至少两种成分没有充分混合，则导致不完全的聚合，其中残留不希望的单体和/或齐聚物。
[0004]为了改进彻底混合，已知有静止型混合器(例如参见DE 198 08 620 Cl或WO2005/053826A2)。如果在静止型混合器中发生不希望的过早的聚合，则必须清除或以大的费用清洁该混合器、例如通过使用洗涤介质来洗涤。
[0005]已知的是:通过升高温度来加速制造由至少两种成分构成的塑料。问题是，在不发生聚合的情况下温度不能任意升高，该聚合在成型机的模具的腔中才是希望的。
[0006]例如使用热交换器来实现流动横截面上的更好的温度均匀性，但是这里也可能过早地反应，这是因为热交换器中的温度承受一定的惯性并且停留时间分布较宽。由此同样会导致反应性物系在混合装置的区域中的过早反应。结果是，这些元件要么会被堵塞和/或必须花费大地清洁。
[0007]但是通常为了提高温度还已知的是:使用波作为能量载体。
[0008]EP I 582 092 BI示出对此的第一个例子，根据其对熔液进行加热。在此通过引入高频的电磁波来感应地对内核进行加热或借助电阻加热装置来对内核进行加热，通过该内核来调节熔液的温度。对在聚合前由多种成分通过混合来制造塑料的情况下的应用未作说明。该方法不能转用到混合头情况下的应用，这是因为会出现热的壁，它们在直接相邻的区域中会导致过早的聚合。换句话说，传输到该介质中的决定性的热传输机制基于热传导。由此导致接近发射器的层与远离发射器的层之间的极大的温差。另外在通常存在的附壁的物系中，边缘区域中的流动速度较低并且由此停留时间较长。向热塑性的和热固性的反应性物系中引入热的这种应用会导致在接近发射器的层中的聚合或者交联并且与此关联地导致流动横截面的增长。
[0009]第二个例子从EP 2 062 930 Al得知。其中描述了一种用于制造注射成型件的方法，其中向一个模具的腔内引入高频的电磁波、例如微波。另外发射器会通过辐射在金属的表面上的反射而被毁坏。适合金属的备选方案(DE 103 29 411 B4)带来强的几何限制并且需要高的场均匀性。
[0010]一种类似的设备从EP I 925 421 BI得知，根据它，围绕模具卷绕有感应线圈。对于反应性物系而言虽然产生加速反应时间的优点，但是具有缺点:局部的能量输入导致最终产品中不同的形态状态和反应转化。反应成分的重要因素“混合/均匀化”在模具中只能得到局部改善。另外该系统是着眼于模具的而不是着眼于设施的，由此每一种成型件几何结构需要专门的设计，这因此导致成本提高。
[0011]同样的缺点也适用另一类似的文献(DE 101 53 706 Al)，根据它示出一种方法和一种设备，用于在成型过程期间向注射成型模具的腔中馈入超声波。这里首先涉及焊缝的问题。
[0012]EP O 904 923 Al和WO 2004/24415 Al是这样的公开文献，它们虽然分别示出一种波发射器，但是所述方法不涉及塑料成分的混合并且确实完全不涉及反应性原始成分的混合。因此也没有描述混合室。这些公开文献因此仅示出对于波发射器题材的一般现有技术。
【发明内容】
[0013]本发明的目的是:通过向混合物中引入波使得能够与不同腔的尺寸确定无关地实现混合物的尽可能全面的均匀化和/或加热。此外应尽可能地缩短周期时间。
[0014]该目的通过具有权利要求1的特征的系统和具有权利要求13的特征的方法得以实现。
[0015]混合头的混合室提供相对集中的容积，该容积也可以用一个唯一的波发射器没有大问题地在整个容积上完全照射。这样确保通过波的引入来完成对位于混合室内的混合物的全面的均匀化和/或加热。一个特别的优点在于:混合头的混合室始终具有相同的几何结构，而与设置在模具内的腔如何构造无关。
[0016]与一种已知的照射腔内混合物的方法相比，通过波将能量更均匀地引入到混合物中，这是因为它们在腔内通常不存在浓度差。如果想要以与本发明中的混合室同样的方式来均匀地照射一个腔，那么必须放入大量波发射器，它们分散地设置在腔上。显然这样的解决方案成本非常高。此外试图在腔内进行加热显示这样的缺点:浇口比腔内的材料硬化得晚，由此必须在之后进行脱模，这导致周期时间的不希望的延长。与此相反，通过本发明减小注射到模内的反应性物质与模具温度之间的温差。
[0017]本发明的有利的实施方式在从属权利要求中限定。
[0018]因此，根据第一优选的实施例规定:波发生器构造为用于发射电磁波或声波。在这种情况下，所述电磁波特别可以是微波、激光射线、通过感应产生的波、红外波或紫外波。作为声波优选使用超声波。超声波具有这样的优点:它除了输入热量外还在混合物内产生空穴，这些空穴在破裂的情况下产生非常高的混合速度。由此产生的一种正面的副作用是使反应组分接触并且反应速度比通过纯热激励更高。另外在热塑性反应性物系的情况下，这对剩余单体成分和链长起正面的作用。超声波的频率范围特别优选在I与10kHz之间。
[0019]优选作为用于制造塑料或者塑料件的成分使用热塑性、热固性或者弹性体的反应性原始成分或者可聚合的原始产品。具体而言，这些原始成分或者原始产品是单体或齐聚物(预聚体)。它们可以与相应的添加剂混合。所产生的塑料的例子是PA6、PA 12、cPBT、环氧树脂、聚氨酯或硅树脂。需混合的原始成分(原始产品)在制造聚氨酯的情况下一方面是多羟基化合物并且另一方面是聚亚安酯。用于其它列举的塑料的原始成分对于塑料专业人员而言是完全熟悉的。所述原始成分也可以包含辐射敏感的成分。使用这些化学反应性的或者进行反应的原始产品在混合物中进行化学反应，其导致硬化。在这种情况下进行聚合，在该聚合中产生2D链。为了基于化学反应来制造3D晶格(Netzwerk)实施交联或者交联反应的概念。此外相应的化学反应不仅根据产生的产品、而且也根据机制来分类:人们在这里区分聚合、缩聚和加聚。因此优选规定:通过混合至少两种原始成分(单体和齐聚物，必要时具有相应的添加剂)这些原始成分以化学方式互相在硬化的情况下反应，其中以该反应为基础的机制是聚合、缩聚或加聚。
[0020]由于在反应性注射成型的情况下比传统的双组分注射成型的情况下高一些数量级的粘性，基于彻底混合的机制也不同:高粘性的聚合物熔液仅涉及层状的流动和混合现象。与在混合传统的聚合物熔液的情况下不同，在反应性工艺中，彻底混合另外不仅用于将需引入的物质纯均匀化，更确切地说，对触发硬化反应而言是必要的，使得相应的分子或者分子链结合，以便能够实现反应。这个过程通过发射的波支持并且通过接着的化学反应在一定程度上是不可逆的。也就是说与在混合聚合物熔液的情况下不同，不再发生离解。
[0021]优选所生成的塑料件还具有(长丝)纤维强化剂或其它功能性添加剂。通过在材料准备和混合反应性成分后在向用纤维或者长丝纤维填充的腔内引入/注入反应性物系期间进行加热，同时使得在填充纤维加强的腔时的粘性减小，这导致更好的渗入和纤维交联。此外通过用于交联/聚合的较高的起始温度来减小周期时间。
[0022]原则上重要的是从波发射器发射的波到达混合室内。在这种情况下波发生器或波发射器本身位于何处是不重要的。但是对于结构简单的构造优选规定:波发生器和/或波发射器集成到混合头中。为了在这种情况下经过短的行程距离将波瞄准目标地发射到混合室中，特别优选地规定:至少一个波发射器整合在排出设备中。当排出设备构造为推杆时，波发射器优选设置在推杆中或上。但是备选地也可以规定:至少一个波发射器设置在混合头的壁中。对此备选地也可以规定:至少一个波发射器和/或波发生器集成在模具中。原则上波发射器或者波发生器的这些在这里作为备选方案提到的安置地点也可以并行地存在于一个唯一的系统中。
[0023]另外原则上可能的是:混合室集成到模具中或者构造在模具上。换句话说，混合室集成在工具入口区域中，并且聚合的/交联的反应性物系(混合物)如辅助腔那样被脱模。尽管如此混合室在这种实施变型中也与所生产的塑料件在其内硬化的真正的模具腔(主腔)分开构造并且具有一个出口，该出口与模具的主腔可连接。
[0024]根据另一实施例，所述系统具有至少两个引入设备，所述至少两个引入设备的每一个引入设备都与混合室的一个入口连接。
[0025]另外可以优选规定:在混合室上或者围绕混合室地设置有加热带。在这种实施形式中，波发射器具有的目的除了改善催化特性之外还使通过该加热带产生的不均匀的温度场特别在边缘区域内均匀化，以便阻止过早地聚合。
[0026]根据再一个实施例，所述系统另外具有至少一个构造在模具中的腔，该腔与混合头的出口连接。在这种情况下原则上在腔的该区域中或者在模具中也可以设置波发射器，只要从那里也向混合室内发射波。
[0027]当通过微波进行热引入时，优选规定:辐射反射面用一种材料不反射微波射线地覆盖。优选使用PTFE作为覆盖物。
[0028]当使用激光执行热引入时，优选规定:镜面化地构造辐射反射面，以便保证均匀的热引入。
[0029]用于对组合的成分进行热引入和均匀化的另一种可能性通过UV波和超声波的组合来产生，这里超声波的作用主要在均匀化领域，UV波加速混合物中的光化学反应。
[0030]还要求保护的是一种成型机、特别是注射成型机，其具有至少一个根据本发明的系统。这样的注射成型机具有至少一个可运动的模夹紧板、一个固定的模夹紧板、一个框架和一个用于使可运动的模夹紧板沿框架运动的驱动设备。在这种情况下优选的是:该系统的混合头集成到固定的模夹紧板中。
[0031]此外还要求保护一种方法，该方法用于通过向位于混合头的混合室内的、由至少两种用于制造塑料的成分组成的混合物内引入波来使该混合物均匀化和/或加热。在这种情况下，混合室经由出口而与构造在模具中的腔连接。关于系统所说明的实施例和优点按照意义对该方法也适用。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]下面根据附图来讨论本发明的不同例子。附图中:
[0033]图1示意性示出两个引入设备、一个具有波发生器的混合室和一个带有模具的闭模侧，其中波发射器集成到排出设备中；
[0034]图2示出一种备选的系统，其中波发射器集成到模具中；
[0035]图3示出类似于图1所示那样的另一变型，根据该变型，波发射器集成到推杆中；
[0036]图4示出另一变型，根据该变型，多个波发射器设置在混合室的壁上；
[0037]图5到8示出在混合室的流动横截面上的速度或者温度的不同特性曲线。
【具体实施方式】
[0038]图1示出系统I,该系统具有两个引入设备11,成分Kl和K2从这两个引入设备经由管线16和入口 3到达构造在混合头2中的混合室7内，在那里成分Kl和K2混合成混合物M。混合室7构成用于混合物M的流动通道。成分Kl在此例如可以是活化剂，成分K2例如可以是催化剂。此外系统I具有在混合室7中可运动的排出设备8。在这种情况下波发射器10集成到该排出设备8中，其中，波发射器10经由信号线20而与波发生器9以信号技术的方式连接。波发射器10向混合室7内发射波W，由此使混合物M得到加热和/或均匀化。混合室7经由出口4而与腔5连接。必要时还可以在这个区域中设置闭锁元件。腔5构造在模具6中，其中，模具6通过两个模具半体12和13构成，这两个模具半体又固定或者夹紧在模夹紧板14和15上。通过排出设备8向模具6的方向的运动使得混合物M经由混合室7的出口 4被引入到腔5内，在那里混合物M被聚合为塑料件。必要时也可以在腔5中设置强化材料，这些强化材料在注入时被混合物M浸透。
[0039]图2中，波发射器10集成到模具6中，其中波W穿过腔5被发射到混合室7内。
[0040]图3示出类似图1的实施变型，其中仅示出具有两个入口 3的混合头2、混合室7和出口 4。在混合室7中可运动的排出设备8 (推杆)上安置有波发射器10，该波发射器向混合室7中并且向位于那里的、由成分Kl和K2组成的混合物M发射波W。
[0041]图4示出组合的加热和混合。混合室7 —方面从外部经由加热带17加热，另一方面在混合头2的基体中设置有多个波发射器10 (例如超声波发生器)。根据图4，在周面调温的熔液管线(混合室7)的情况下可以使用许多波发射器10来有利地改善温度均匀性。由此无接触地并且没有分流的机械元件地如在静态混合器或动态混合器的情况下那样在流动通道内减小流动横截面上的温度梯度。也可以在熔液(混合物M)进入模具6中的进入区域(出口 4)进行加热并且聚合的/交联的反应性物系可以通过开模运动来脱模。
[0042]图5至8用图表一方面示出混合室7 (熔液通道)内的混合物M的温度T或者速度V，另一方面示出混合室7的带有壁18的混合室横截面和混合室7的通道中心19。根据图5示出在通过加热管线加热的情况下的温度特性曲线，从中可以看出:混合物M的温度T在壁18处的区域中升高。另外图6描绘出在通过加热管线加热的情况下的速度特性曲线，它同样示出在壁18与通道中心19之间的大差别。由此存在边缘区域中过早地聚合或者交联的危险。与此相反，根据图7通过加热管线加热，其上叠加通过波引入产生的加热或者均匀化，沿整个混合室横截面实现得到补偿的温度特性曲线。此外还出现流动横截面或者混合室横截面的一个较大的区域，在该区域中，速度特性曲线具有均匀的速度V(参见图8)。
【权利要求】
1.一种系统(I)，其包括: 用于混合制造塑料件用的至少两种成分(K1、K2)的混合头(2)，该混合头具有:用于各引入至少一种成分(Κ1、Κ2)的各至少一个入口(3)，至少一个出口(4)，其能与模具(6)的腔(5)连接，混合室(7)，入口(3)通到该混合室中，并且该混合室与所述至少一个出口(4)连接，和排出设备(8)，用于将由至少两种成分(Κ1、Κ2)组成的混合物(M)从混合室(7)排出到所述至少一个出口(4)中； 该系统还包括波发生器(9)，该波发生器具有至少一个波发射器(10)，所述波发射器如此设置，使得能够将波(W)发射到混合室(7)中。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，波发生器(9)构造为用于发射电磁波或声波。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电磁波是微波、激光射线、通过感应产生的波、红外波或紫外波。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述声波是超声波，其优选在I与10kHz之间的频率范围中。
5.根据权利要求1至4中至少一项所述的系统，其特征在于，波发生器(9)和/或波发射器(10)集成到混合头(2)中。
6.根据权利要求1至5中至少一项所述的系统，其特征在于，排出设备(8)构造为推杆。
7.根据权利要求5和6所述的系统，其特征在于，所述至少一个波发射器(10)设置在所述推杆中或上。
8.根据权利要求1至7中至少一项所述的系统，其特征在于，设有至少两个引入设备(11)，所述至少两个引入设备(11)的每一个引入设备都与混合室(7)的一个入口(3)连接。
9.根据权利要求1至8中至少一项所述的系统，其特征在于，设有至少一个构造在模具(6)中的腔(5)，所述腔与混合头(2)的出口(4)连接。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，波发生器(9)和/或波发射器(10)集成到模具(6)中。
11.根据权利要求1至10之一所述的系统，其特征在于，用于制造塑料件的成分(Κ1、Κ2)是反应性原始产品。
12.成型机、特别是注射成型机，其具有至少一个根据权利要求1至11之至少一项所述的系统(I)。
13.一种方法，其用于通过向位于混合头(2)的混合室(7)中的、由至少两种用于制造塑料件的成分(Κ1、Κ2)组成的混合物(M)中引入波(W)来使该混合物(M)均匀化和/或加热。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，作为制造塑料件的成分(Κ1、Κ2)使用反应性原始产品。
【文档编号】B29C45/46GK104275780SQ201410445709
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2013年6月21日
【发明者】G·贝克, M·菲施施魏格尔, L·M·赖特, G·施泰因比希勒 申请人:恩格尔奥地利有限公司