专利名称：用于喷射可固化成分的压力旋涡式雾化喷嘴及相关方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1中前序部分所述的压力旋涡式雾化喷嘴，其用于将可固化成分喷射到表面上，以在其上产生聚合物层。本发明还涉及一种用于将可固化成分喷射到表面上的方法，在该方法中，使用本发明的喷嘴。
背景技术：
可固化成分具体地说是聚氨酯反应混合物，该聚氨酯反应混合物被喷射到模具表面上，以生产例如用于汽车的内部装饰件或板件，比如仪表板、车门面板、杂物箱盖、控制板等。这样的聚氨酯反应混合物通常具有比较高的粘度，并因此很难雾化。
在权利要求1中前序部分所述的用于将一层聚氨酯反应混合物喷射到模具表面上的压力旋涡式雾化喷嘴已经公开在EP-B-0303305和EP-B-0389014中。在这些专利中公开的喷嘴包括喷孔件，该喷孔件限定在喷嘴的出口喷孔中结束的漏斗形腔。在其上游末端处，漏斗形腔由喷射器件关闭，使得涡流室在喷射器件的正面与出口喷孔之间形成。喷射器件包括两个或更多个旋涡口，可固化成分通过这些旋涡口被喷射到涡流室中。由于得到旋涡运动，可固化成分以中空锥形喷束的形式被喷出出口喷孔。
当使用这些现有技术专利公开的喷嘴将一层可固化成分喷射到复杂模具表面上，特别是喷射到所示腔的模具表面上时，喷嘴应制造得很小，以便这些喷嘴在窄腔中能运动，同时保持足够的喷射距离。此外，可固化成分的流率应当很低，以便即使从短距离喷射时，也能将一薄层的可固化成分均匀地涂敷到模具表面上。可固化成分不能进一步雾化成太细小的薄雾，以避免过度喷涂。
当将可固化成分喷射到模具表面上时，最好是在不影响喷射状态(液滴尺寸、喷射状态的稳定性，即可固化成分的动能)太多的情况下改变可固化成分的流率。这样当从短喷射距离喷射时，例如在边缘处或窄腔中喷射时，使能减小可固化成分的流率，并当从较大喷射距离喷射到较大表面上时，使能增大可固化成分的流率。这样，有可能喷射具有更均匀厚度的一层并减小过度喷涂，而又不增加太多循环时间。
由本发明人使用EP-B-0303305和EP-B-0389014所公开的喷嘴进行的试验已经表明，当将聚氨酯反应混合物在被雾化成具有大约95μm的MVD的液滴的这样一种压力下喷射时，施加压力减小40％导致流率减小大约30％和喷射液滴的MVD增大大约65％(MVD是按照ASTM E 799-81确定的液滴的中间体积直径)。液滴尺寸的这种增大比例如当雾化燃油时观察到的要大得多。根据E.O.Olson(Delavan)的文章“用于油燃烧器的燃油喷嘴(Fuel Nozzles for Oil Burners)”，研究已经表明，中间液滴尺寸随压力变化的0.3次方成反比变化。因此40％的压力减小与液滴尺寸增大大约16％相对应，这比用于聚氨酯反应混合物的实践中观察到的液滴尺寸增大要小得多。
较大液滴尺寸的第一缺点是，较大气泡将夹入到喷涂层中，从而导致更坏的机械性能。另外的缺点是，由较大液滴形成的喷射状态较不稳定，并且将更容易地受到重力或气流的干扰，从而将会需要喷射较厚层，以得到具有所需机械性能的均匀层。
在实际中，已存在所谓的变流喷嘴，比如旁通或回流喷嘴、空气雾化喷嘴、双孔型喷嘴及双联喷嘴。这些喷嘴使流率通过喷嘴能有较大变化，但完全不适合喷射可固化成分。此外，这种喷嘴比较庞大。
适合于以可变流率喷射聚氨酯反应混合物的喷嘴公开在WO-A-2005/000481中。为了使能改变反应混合物的流率，向这里添加一定量的加压气体。这样，由于气体体积的缘故，聚氨酯反应混合物的流率可减小，并且这种流率还通过同时改变添加到那里的压加气体的量而能被改变。然而，与这种气体辅助喷射方法相关的喷射设备较复杂且昂贵。
发明内容
本发明第一方面的目的是提供一种新型压力旋涡式喷嘴，该压力旋涡式喷嘴使能以较低流率喷射可固化成分，以便产生较大的液滴，并且该压力旋涡式喷嘴使能减小这种较低流率的变化对喷射液滴尺寸的影响。
为此，本发明第一方面的喷嘴的特征在于，喷射器件位于距出口喷孔口这样一段距离的地方， 并且， 比值Lo/Do小于1，式中， Asc＝涡流室的侧壁的表面面积，单位为mm2； β＝旋涡口的倾斜角； Asp，tot＝在与预定总方向垂直的横截面平面中测得的旋涡口的最小横截面面积Asp之和，单位为mm2，其中，通过涡流室中的相应旋涡口来喷射可固化成分； Lo＝出口喷孔的长度，单位为mm； Do＝出口喷孔的直径，单位为mm；及 ≤＝小于或等于。
人们已经发现，当较靠近出口喷孔设置喷射器件时，即当减小涡流室的侧壁的表面面积Asc时，流率的减小对于液滴尺寸具有较小影响。表面面积Asc更具体地说应该小到优选为≤15，更优选为≤13，和最优选为≤12。
通过增大旋涡口的横截面面积Asp，tot也能减小比值
然而，这将导致更高的流率。因为本发明的喷嘴用于喷射较小的流率，所以旋涡口的最小横截面面积Ap之和Asp，tot必须小于0.9mm2，并且优选地甚至小于0.6mm2。
涡流室的侧壁的表面面积Asc不能无限制地减小。实际上，要求最小表面面积能够得到均匀的喷射状态。在这方面已经发现，比值
应当大于或等于6，优选为≥7，更优选为≥8，和最优选为≥8.5。
为了减小流率对液滴尺寸的影响，比值Lo/Do应最终小于1，优选为小于0.6，更优选为小于0.5，和最优选为小于0.4。
在本发明的喷嘴的优选实施例中，所述旋涡口中的每一个的最小横截面面积大于0.07mm2，优选为大于0.08mm2，但小于0.25mm2，优选为小于0.20mm2，和更优选为小于0.15mm2，所述最小横截面面积是在与预定的总方向垂直的横截面平面中测得的，其中，可固化成分通过旋涡口被喷射到涡流室中。
为了降低旋涡口被堵塞的危险，例如被(部分)固化的可固化成分逐渐堵塞，旋涡口中的每一个的横截面面积应该足够大。然而，旋涡口中的每一个的横截面面积越小，旋涡口可设置的越多，并且可固化成分在涡流室的侧壁上分布的越均匀。这由于能够得到均匀的喷射状态是重要的，因为在这种喷射状态下，可固化成分被均匀地分布。
在本发明的另外方面，当以直角投影到包括所述纵轴和直线的另外纵向平面上时，该直线与所述纵轴垂直相交并通过相应旋涡口的出口中心，这时可固化成分被喷射出旋涡口到涡流室中的预定总方向与同所述纵轴垂直的所述横向平面B形成角度γ，该角度γ比由涡流室的侧壁与所述横向平面B形成的平均角度αav大至少8°，优选为大至少12°。
由于可固化成分在相对涡流室的侧壁一定角度下被喷射的缘故，得到喷射状态的均匀性提高。
本发明还涉及一种用于在表面上产生聚合物层的方法，该方法借助于压力旋涡式雾化喷嘴将可固化成分喷射到所述表面上。这种方法的特征在于，使用本发明的压力旋涡式雾化喷嘴。
本发明的其它特性和优点通过下面本发明的喷嘴的和方法的一些具体实施例的描述将变得一目了然。本说明书中使用的附图标记与附图相关，在附图中 图1是示意图，表示用本发明的喷嘴将聚氨酯反应混合物喷射到模具表面上的原理； 图2表示喷射状态的示意侧视图，该喷射状态可通过本发明的喷嘴实现，反应混合物以中空锥形喷束的形式喷射； 图3是本发明的整个喷嘴的横截面视图； 图4是图3中所示喷嘴的俯视平面图； 图5是图3和4中所示喷嘴的喷射器件的俯视平面图； 图6是图5中所示喷射器件的侧视图； 图7是图3中所示喷嘴的整个喷孔件和喷射器件的较大比例横截面视图；及 图8和9类似于图7，但表示变型实施例。
具体实施例方式 本发明涉及一种压力旋涡式雾化喷嘴，并且涉及一种通过这种喷嘴将可固化成分喷射到表面上以在其上产生聚合物层的方法。喷嘴是所谓的无空气喷射喷嘴，即其中为了影响喷射状态没有添加气体的喷嘴。可固化成分特别是产生聚氨酯的反应成分混合物，本文称做聚氨酯反应混合物。可固化成分可以可选择地含有物理或化学发泡剂，该发泡剂保证在表面上沉积的可固化成分层发泡。不过也能喷射其它可固化成分，比如硅酮树脂、环氧树脂和酚醛树脂，这将参考聚氨酯反应混合物的喷射作更详细的描述。这样的混合物通常通过混合两种成分，即异氰酸酯成分和多元醇成分得到，尽管有可能使用多于两种成分流。喷射的聚氨酯反应混合物优选地不包括溶剂(包括水)，或者仅包括少量的溶剂，特别是以重量计小于10％，更具体地说以重量计小于5％，以便使反应混合物在被喷射时具有较高的粘度。
喷射的聚氨酯层通常具有高于300g/l、优选为高于400g/l、和最优选为高于600g/l的平均密度。聚氨酯层可以是刚性聚氨酯层，但优选地是软弹性聚氨酯层，特别是所谓的聚氨酯表皮，该聚氨酯表皮优选地具有0.1至3mm、优选为0.3至2mm范围的平均厚度(通过表皮的体积除以其表面面积确定)。在实际中，特别是为了生产用于机动车的内部装饰件，比如仪表板、车门面板、控制板等将刚性敷层涂敷在这种表皮层后面，且在两层之间，优选地是中间泡沫层。
用于喷射聚氨酯表皮的反应混合物公开在例如EP-B-0379246中。这些反应混合物通过刚好在喷射反应混合物之前混合异氰酸酯成分和多元醇成分而组成。异氰酸酯成分可以以脂族异氰酸酯为基础，以便实现光稳定聚氨酯表皮。然而在实际中，也可能喷射不是光稳定的聚氨酯表皮。在用于这种表皮的反应混合物中，使用更易反应的芳香族聚异氰酸酯。在这种情况下，油漆层优选地被涂敷到这种表皮上，或者在已产生表皮之后，或者通过将用于表皮的反应混合物涂敷到模具表面上之前将油漆层涂敷到模具表面上，作为模具内涂层，以便使表皮变成光稳定的。
用于喷射聚氨酯反应混合物的基本原理在图1中示出。
在第一步骤中，通过泵2A和2B从搅拌器罐1A和1B中投配两种成分，即多元醇和异氰酸酯成分，并且在可移动喷枪4内混合之前在热交换器3A和3B中加热到所需温度，该喷枪4设有喷射喷嘴5。从该喷射喷嘴5中，反应混合物按照预定喷射状态被喷射到表面上，特别是喷射到模具表面6上。在反应混合物已经固化之后，形成的聚氨酯层9可从模具表面6上除去，可选择地，在已将一个或多个附加层涂敷到喷射的聚氨酯层9的背面上之后。聚氨酯层不一定必须喷射到模具表面上，但也可对着将要生产的模压制品的另一层，例如对着模具内涂层或对着外表皮层喷射，该外表皮层已经喷射到模具表面上并且也可以是聚氨酯层。这个聚氨酯外层也可通过本发明的喷嘴喷射，并且可以例如是脂族层，而内层是芳香族聚氨酯层。内层可以具有与外层相同的密度，但该内层也可具有较低密度。
当粘性反应混合物从喷嘴5喷出时，得到的喷射状态通常包括薄膜7，该薄膜7在例如0.5至20cm的一定距离之后分离成液滴8。喷射过程优选地这样控制，以使这种反应混合物或是直接以液滴8的形式或是以薄膜7的形式从喷嘴喷出，所述液滴8具有按照ASTM E799-81确定的中间体积直径(MVD)，其大于50μm，优选为大于60μm，更优选为大于70μm，和最优选为大于80μm，所述薄膜7在距离喷嘴5为d的地方分离成这样的液滴8。喷射过程还优选地这样控制，使得液滴8的中间体积直径小于500μm，优选为小于300μm，更优选为小于200μm，和最优选为小于150μm。当在窄腔中喷射时，喷嘴与模具表面之间的距离，即喷射距离D有可能小于薄膜在其后分离成液滴的距离d，使得反应混合物以薄膜7的形式到达模具表面6上。
反应混合物以优选为中空圆锥或椭圆锥的形状喷射。中空锥形喷射状态已在图2中示出，而且是优选的，因为它能实现更均匀的层厚度。
聚氨酯层优选地以两个或更多个阶段喷射到模具表面上。在第一阶段中，聚氨酯反应混合物优选地以较高流率通常从较大喷射距离D喷射。在下一阶段中，流率优选地降低，使得喷射距离D能减小，以喷射模具表面的较复杂形状部分，或者喷射其边缘。这样，有可能实现更均匀的层厚度和减小过度喷射。当喷射聚氨酯层时应用的最高流率与最低流率之比优选为≥1.1，特别地是≥1.2，和更特别为≥1.3。
如以上所述的那样，可固化成分通过以预定比值混合至少两种成分，特别是多元醇和异氰酸酯成分而组成。在从一种流率过渡到另一种流率期间，泵2A和2B的操作优选地这样控制，使得当改变流率时在反应成分之间的比优选地同样保持恒定。这样，当从一种流率切换到另一种流率时，不必中断聚合物层的喷射。这呈现如下优点，即在不同流率切换期间没有材料损失。当喷射普通仪表板的表皮时，能实现大约10％的材料节省，同时喷射时间仅增加大约5％。
当降低流率时，最理想的是，液滴尺寸不要变得太大，以避免太大的空气夹杂物会混到喷涂层中并且防止不稳定的喷射状态。另一方面，当增大流率时，最理想的是，液滴尺寸不要变得太小，以避免太细的薄雾。当以最高和最低两种流率喷射时，产生的液滴的中间体积直径应当优选地在上文所述范围内。
根据本发明，提供一种新喷嘴，该喷嘴能够改变可固化成分通过喷嘴的流率，减小对液滴尺寸的影响。
图3表示本发明的压力旋涡式雾化喷嘴的第一实施例。该喷射喷嘴5包括具有管端11的壳体10，该管端11设有内螺纹12，利用该内螺纹12它可拧到喷枪4的固定混合器13的远端上。壳体10还设有纵向孔14，从而形成在具有开口端的较大横向孔15中终止的供给通道。横向孔15的内表面制有螺纹，并且设有对应螺纹的喷孔件16拧到该孔15中。
喷孔件16是中空件，该中空件在底部敞开并限定漏斗形腔，而在其顶部限定出口喷孔17。漏斗形腔具有经过出口喷孔17中心的纵轴a。喷射器件18通过其开口底部插入到喷孔件17中，以关闭在其上游末端处的这个漏斗形腔。这样，漏斗形腔在喷射器件18的正面与出口喷孔17之间形成涡流室19。
在各图所示的实施例中，涡流室19的侧壁24，即漏斗形腔的内表面是锥形的，并且在通过漏斗形腔的纵轴a的纵向截面中与横向平面B形成角度α，该角度α一般包括在30°到60°之间，所述横向平面B垂直于该纵轴a。如果角度α不是恒定的，例如由于在所述纵向截面中观看时侧壁是弯曲的结果，则平均角度αav应包括在30°到60°之间，平均角度αav是考虑到表示同一角度α的侧壁的表面面积的表面加权平均值。在图8所示的实施例中，位于与喷射器件18相邻的侧壁24的第一部分24′与横向平面B形成角度α′，而位于与出口喷孔17相邻的侧壁24的第二部分24″与该横向平面B形成角度α′。当第一部分24′具有表面面积A1而第二部分24″具有表面面积A2时，αav等于
对于弯曲侧壁24，如图9中所示的那样，能以类似方式计算平均角度αav。
喷射器件18包括四个旋涡口20(即20a、20b、20c和20d)，通过纵向孔14供给的反应混合物经过这四个旋涡口20按照预定总方向被喷射到涡流室19中，该预定总方向用一般速度向量21表示。如图5和6所示的那样，喷射器件18例如包括配合在中空喷孔件16内的圆柱形部分22和截头圆锥部分23，截头圆锥部分23更具体地说配合靠在喷孔件16的锥形内表面上。在截头圆锥上表面中制有形成旋涡口20的四个凹槽。这些凹槽或旋涡口20中的每一个通过在喷射器件18的底侧中心终止的圆柱形钻孔25连接到供给通道14上，使得反应混合物流在四个孔25和旋涡口20上分开。
旋涡口20被定向，以致其中反应混合物在涡流室19中被喷射的预定总方向21当以直角投影到纵向平面A上时与横向平面B形成角度β，所述纵向平面A包括漏斗形腔的纵轴a并且垂直于直线b，该直线b与所述纵轴a垂直地相交并且通过相应旋涡口20的出口中心c，所述横向平面B垂直于所述纵轴a，角度β被包括在30°到60°之间。由于在图6的显示中，可以看到旋涡口20a的角度β，所以对于这个旋涡口20a，用来确定角度β的纵向平面A、中心c、和直线b已经表示在图5和6中。
旋涡口20优选地具有在横截面平面C(对旋涡口20b所示)中测得的横截面面积，所述横截面平面C垂直于其中反应混合物通过相应旋涡口20被喷射到涡流室20中的预定总方向21，所述横截面面积不是恒定的，而是朝向涡流室20减小。这样，减小了喷嘴上的压降。在图5和6中所示的实施例中，减小凹槽的横截面面积通过如下作法实现，即朝向涡流室19减小与漏斗形腔的侧壁垂直测得的旋涡口20的深度。由于旋涡口20的横截面面积不恒定的缘故，所以反应混合物的流动方向在旋涡口20的横截面上不同，从而其中反应混合物被喷射到涡流室19中的预定总方向21与离开旋涡口20的反应混合物的大致的速度向量相对应(采取反应混合物横过旋涡口的整个横截面的均匀速度值确定大致的速度向量)。
旋涡口20的深度朝向涡流室19减小到这样一种程度，即其中反应混合物被喷射到涡流室19中的预定总方向21与所述横向平面B形成角度γ，该横向平面B垂直于涡流室19的纵轴a，所述角度γ大于涡流室19的侧壁24与横向平面B之间形成的角度α或平均角度αav。在图6中可以看到旋涡口20b的角度γ。为了确定旋涡口20b的这个角度γ，预定总方向21以直角投影到另外的纵向平面D上(该纵向平面D与用来确定旋涡口20a的倾斜角度β的平面A相同)，所述纵向平面D同样包括漏斗形腔的纵轴a和直线e，该直线e与所述纵轴a垂直相交并通过旋涡口20b的中心c。角度γ然后确定为在总方向21的这种投影与横向平面B之间的角度。角度γ大于平均角度αav(当这个角度恒定时，该平均角度αav等于角度α)优选为至少8°，更优选为至少12°。这样，反应混合物在和涡流室19的侧壁24成一定角度下被喷射，致使反应混合物已经较好地散布在涡流室中。
在图8和9中所示的实施例中，角度αav与γ之差通过这样一种方式形成漏斗形腔来实现(或增大)，即角度α朝向出口喷孔17减小。角度α或者以断续方式减小，如图8中所示的那样，或者以连续方式减小，如图9中所示的那样。在图9的示例中，不仅侧壁24弯曲，而且喷射器件18的截头圆锥部分23也弯曲，以使该截头圆锥部分23对喷孔件16的锥形内表面配合。可替换地，也有可能保持图7和8所示的直喷射器件18，并只弯曲涡流室19的侧壁24。
在图中未示出的另外实施例中，旋涡口20也可由钻孔而不是由凹槽形成。这样，角度γ能通过选择这些钻孔的方向被控制。
本发明的喷嘴包括至少两个，但优选为至少三个，更优选为至少四个旋涡口20。较多旋涡口20能够实现反应混合物在涡流室中更好分布，即更均匀的喷射状态，但对于同一总流率，旋涡口20越多，旋涡口20中的每一个的最小横截面面积Asp应该越小。反应混合物在涡流室中的较好分布也可通过增大旋涡口的宽度(和相应地减小其深度)来实现。在优选实施例中，旋涡口20在它们的出口处因此具有宽度w，该宽度w在与所述纵轴a垂直的横向平面B中沿着与喷射器件18的正面外圆相切的方向测得，旋涡口20的宽度w之和是喷射器件18的正面外圆的至少11％，更优选为至少14％，和最优选为至少17％。
本发明的喷嘴是用于以较低流率喷射的小喷嘴。旋涡口20如此小，以致每个在横截面平面C(对于旋涡口20b所示)中测得的其最小横截面面积Asp之和Asp，tot小于0.9mm2，并优选为小于0.6mm2，所述横截面平面C与其中反应混合物通过相应旋涡口20喷射到涡流室20中的预定总方向21垂直。为了降低堵塞的危险，在与所述预定总方向21垂直的横截面平面C中测得的旋涡口20中的每一个的最小横截面面积Asp大于0.07mm2，并优选为大于0.08mm2。为了能够在较多数量的旋涡口上分配流量或反应混合物，旋涡口的最小横截面面积Asp优选为小于0.25mm2，更优选为小于0.20mm2，并最优选为小于0.15mm2。
出口喷孔17具有在与漏斗形腔的纵轴a垂直的横向平面中测得的最小横截面面积Aeo，该最小横截面面积Aeo相对于旋涡口20的横截面面积Asp之和Asp，tot比较大，并且具体地包括横截面面积Asp之和Asp，tot的至少1.3倍，优选为至少1.5倍，并更优选为至少1.7倍。这样，也能有效地喷射比较粘可固化成分。在这方面，出口喷孔17而且具有在所述纵轴a方向上测得的长度Lo，该长度Lo小于在与所述纵轴a垂直的平面中测得的出口喷孔17的最小直径Do。长度Lo优选地小于出口喷孔17的最小直径Do的0.6倍，更优选为小于0.5倍，而最优选为甚至小于0.4倍。
在各图所示的示例中，出口喷孔17是圆柱形的，使得长度Lo和直径Do能容易测量。在涡流室19与出口喷孔17之间、或在出口喷孔17与喷嘴的外侧之间有弯曲过渡的情况下，出口喷孔17开始或终止，在这里与喷嘴的内表面相切且位于与漏斗形腔的纵轴a同一平面中的线与该纵轴a形成小于30°的角度。
本发明第一方面的喷嘴的基本特征是，涡流室19的侧壁24具有在良好限定极限内的表面面积Asc。比值
更具体地说小于或等于17，因为已经发现，这样通过喷嘴的流率的变化对于产生液滴的尺寸具有较小影响。然而，上述比值应该大于或等于6，以能实现反应混合物在涡流室中的充足分布，以便得到充分均匀的喷射状态。优选地，比值
小于或等于15，更优选为小于或等于13，和最优选为小于或等于12，但大于或等于7，更优选为大于或等于8，和最优选为大于或等于8.5。
涡流室19的侧壁24的表面面积Asc通过增大或减小涡流室20的高度H能增大或减小，高度H是在喷射器件18与出口喷孔17之间的距离。
在优选实施例中，漏斗形腔具有在横向平面B中测得的横截面面积Afc，所述横向平面B与所述纵轴a垂直并且通过旋涡口20的出口，该横截面面积Afc使比值
大于或等于1.7，但小于或等于6.5。当这个比值小于1.7时，实现反应混合物在涡流室19中充足分布是困难的，或者换句话说，充分均匀的喷射状态。另一方面，当这个比值大于6.5时，反应混合物通常将取得较低效率的雾化，从而在通过喷嘴的流率改变时导致较大液滴尺寸变化。优选地，比值
小于或等于4.4，并且更优选为小于或等于3.6。比值
还优选地大于或等于2.0，更优选为大于或等于2.2。
示例 曾制成九个喷嘴，这些喷嘴具有如图3至7所示的一般构造。喷嘴的不同之处仅在于，它们的喷射器件18，更具体地说其截头圆锥部分23具有不同的高度。这样，涡流室19的侧壁24具有不同的表面面积Asc。在喷射器件18中的钻孔25的斜度这样被调整，以致不同喷嘴的旋涡口20都具有相同的长度。
相同的聚氨酯反应混合物均用这些喷嘴在10和14g/sec两种流率下喷射，并且测量喷嘴上的压降。此外，按照ASTM E 799-81确定液滴的中间体积直径，并且通过将聚氨酯反应混合物喷射到设有具有5mm宽缝隙的表面上和使喷嘴从这个表面上经过并同时在这个表面下的纸张上经过来确定喷射状态的均匀性。得到的结果概括在表1中。
表1具有不同涡流室尺寸的喷嘴的液滴尺寸和压力变化。
表1中的结果表明，涡流室尺寸的减小对于喷嘴上的压降基本上没有影响，但它对于液滴尺寸的变化具有意想不到的重要影响。如上文已经提到的那样，在对油燃烧器的燃油喷嘴的领域研究已经表明，中间液滴尺寸随压力变化的0.3次方成反比变化。由于压降对于所有九个被试验的喷嘴基本上都相同，因此人们期望，液滴尺寸增大也是相同的，但情况显然并不这样。此外，根据对燃油喷嘴得到的公式，压力减小44％与液滴尺寸增大大约19％相对应，这比本示例中观察到的液滴尺寸增大要小得多。这种差别或许可能是由于聚氨酯反应混合物的粘度或其表面张力所造成的。然而，主要原因将很可能是，聚氨酯反应混合物以较低流率喷射，从而导致较大液滴。流率进一步减小因此将对于液滴尺寸具有较大影响，并从而对于喷射状态的稳定性也具有较大影响。这在对喷嘴的进一步试验中已经表明，试验的喷嘴与喷嘴No.2相同，不同之处在于，它具有有点深的凹槽。流率从14减小至10g/sec导致47％的喷嘴上的压降减小，并且导致68％的液滴尺寸增大(从100至168μm)，而流率从17.5减小至12.5g/sec导致喷嘴(45％)上的压降的相同减小，但导致较小液滴尺寸增大(从95至135μm，即仅42％的液滴尺寸增大)。
当以14和10g/sec两种流率喷射时，通过No.9喷嘴得到的喷射状态主要包括四个尾状物，这些尾状物在纸张上产生四个有区别的斑点。当用No.8喷嘴喷射时，一些另外的斑点在四个主要斑点之间产生。对于No.7喷嘴，喷射状态已经比较均匀，但No.6喷嘴产生甚至更均匀的喷射状态。从No.5喷嘴开始得到最均匀的喷射状态。另外的试验以具有
比值等于9.0的喷嘴进行，其还产生最均匀的喷射状态。
权利要求
1.一种压力旋涡式雾化喷嘴，其用于将可固化成分喷射到表面(6)上，以在其上产生聚合物层(9)，该喷嘴(5)包括
-喷孔件(16)，其限定漏斗形腔和出口喷孔(17)，该出口喷孔(17)具有长度Lo和直径Do，漏斗形腔具有纵轴(a)，并在出口喷孔(17)中其下游末端处终止；和
-喷射器件(18)，它在其上游末端处关闭所述漏斗形腔，使得漏斗形腔在喷射器件(18)的正面与出口喷孔(17)之间形成涡流室(19)，喷射器件(18)包括至少两个旋涡口(20)，所述旋涡口(20)中的每一个具有进口和出口，并且所述旋涡口(20)中的每一个在涡流室(19)中终止，用于按照预定总方向(21)将可固化成分喷射到涡流室(19)中，并由此将涡流传递到可固化成分；
其中
-所述旋涡口(20)中的每一个具有在横截面平面(C)中测得的最小横截面面积Asp，所述横截面平面(C)与所述预定总方向(21)垂直，旋涡口(20)的最小横截面面积Asp之和Asp，tot小于0.9mm2，优选为小于0.6mm2；其中，
-涡流室(19)具有侧壁(24)，该侧壁(24)具有表面面积Asc，并且在通过所述纵轴(a)的纵向截面中与横向平面(B)形成平均角度αav，所述横向平面(B)垂直于所述纵轴(a)，该平均角度αav被包括在30°到60°之间；并且其中，
-旋涡口(20)被定向使得所述预定总方向(21)当以直角投影到纵向平面(A)上时与所述横向平面(B)基本上形成角度β，所述纵向平面(A)包括所述纵轴(a)并且垂直于直线(b)，该直线(b)与所述纵轴(a)垂直地相交并且通过相应旋涡口(20)的出口的中心(c)，角度β被包括在30°到60°之间；
其特征在于，
喷射器件(18)位于距出口喷孔(17)这样一段距离(H)即
并且
比值Lo/Do小于1。
2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，喷射器件(18)位于距出口喷孔(17)这样一段距离(H)，即
优选为≤13，和更优选为≤12。
3.根据权利要求1或2所述的喷嘴，其特征在于，喷射器件(18)位于距出口喷孔(17)这样一段距离(H)，即
优选为≥8，和更优选为≥8.5。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的喷嘴，其特征在于，所述预定总方向(21)当以直角投影到另外纵向平面(D)上时与所述横向平面(B)形成角度(γ)，该纵向平面(D)包括所述纵轴(a)和直线(e)，该直线(e)与所述纵轴(a)垂直地相交并且通过相应旋涡口(20)的出口中心(c)，该角度(γ)大于所述平均角度αav至少8°、优选为至少12°。
5.一种压力旋涡式雾化喷嘴，其用于将可固化成分喷射到表面(6)上，以在其上产生聚合物层(9)，该喷嘴(5)包括
-喷孔件(16)，其限定漏斗形腔和出口喷孔(17)，该出口喷孔(17)具有长度Lo和直径Do，漏斗形腔具有纵轴(a)，并在出口喷孔(17)中其下游末端处终止；和
-喷射器件(18)，它在其上游末端处关闭所述漏斗形腔，使得漏斗形腔在喷射器件(18)的正面与出口喷孔(17)之间形成涡流室(19)，喷射器件(18)包括至少两个旋涡口(20)，所述旋涡口(20)中的每一个具有进口和出口，并且所述旋涡口(20)中的每一个在涡流室(19)中终止，用于按照预定总方向(21)将可固化成分喷射到涡流室(19)中，并由此将涡流传递到可固化成分；
其中
-所述旋涡口(20)中的每一个具有在横截面平面(C)中测得的最小横截面面积Asp，所述横截面平面(C)与所述预定总方向(21)垂直，旋涡口(20)的最小横截面面积Asp之和Asp，tot小于0.9mm2，优选为小于0.6mm2；其中，
-涡流室(19)具有侧壁(24)，该侧壁(24)具有表面面积Asc，并且在通过所述纵轴(a)的纵向截面中与横向平面(B)形成平均角度αav，所述横向平面(B)垂直于所述纵轴(a)，该平均角度αav被包括在30°到60°之间；并且其中，
-旋涡口(20)被定向使得所述预定总方向(21)当以直角投影到纵向平面(A)上时与所述横向平面(B)基本上形成角度β，所述纵向平面(A)包括所述纵轴(a)并且垂直于直线(b)，该直线(b)与所述纵轴(a)垂直地相交并且通过相应旋涡口(20)的出口的中心(c)，角度β被包括在30°到60°之间；
其特征在于，
比值Lo/Do小于1，并且，
所述预定总方向(21)当以直角投影到另外的纵向平面(D)上时与所述横向平面(B)形成角度(γ)，所述纵向平面(D)包括所述纵轴(a)和直线(e)，该直线(e)与所述纵轴(a)垂直地相交并且通过相应旋涡口(20)的出口的中心(c)，该角度(γ)大于所述平均角度αav至少8°、优选为至少12°。
6.根据权利要求4或5所述的喷嘴，其特征在于，所述旋涡口(20)被定向使得所述预定总方向(21)到所述另外的纵向平面(D)上的所述投影与所述横向平面(B)形成角度(γ)，该角度(γ)大于所述平均角度αav至少8°、优选为至少12°。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的喷嘴，其特征在于，旋涡口(20)由喷射器件(18)中的凹槽形成。
8.根据权利要求6和7所述的喷嘴，其特征在于，凹槽(20)具有从其进口到其出口减小的深度。
9.根据权利要求7或8所述的喷嘴，其特征在于，旋涡口(20)的进口通过喷射器件(18)中的钻孔(25)而与喷射器件(18)的背面流体连通。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的喷嘴，其特征在于，在其出口处旋涡口(20)具有宽度(w)，该宽度(w)在与所述纵轴(a)垂直的横向平面(B)中沿着与喷射器件(18)的正面的外圆周相切的方向测得，旋涡口(20)的宽度(w)之和是喷射器件(18)的正面外圆周的至少11％。
11.根据权利要求10所述的喷嘴，其特征在于，旋涡口(20)的宽度(w)之和是所述外圆周的至少14％，优选为至少17％。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的喷嘴，其特征在于，在与所述预定总方向(21)垂直的横截面平面(C)中测得的所述旋涡口(20)中的每一个的最小横截面面积Asp大于0.07mm2，优选为大于0.08mm2，但小于0.25mm2，优选为小于0.20mm2，和更优选为小于0.15mm2。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的喷嘴，其特征在于，在横向平面(B)中测得的漏斗形腔具有横截面面积Afc，该横向平面B与所述纵轴(a)垂直并且通过旋涡口(20)的出口，并且出口喷孔(17)具有最小横截面面积Aeo，以致
14.根据权利要求13所述的喷嘴，其特征在于，
优选为≤3.6。
15.根据权利要求13或14所述的喷嘴，其特征在于，
优选为≥2.2。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的喷嘴，其特征在于，比值Lo/Do小于0.6，优选为小于0.5，和更优选为小于0.4。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的喷嘴，其特征在于，出口喷孔(17)具有最小横截面面积Aeo，Aeo≥1.3＊Asp，tot，优选为≥1.5＊Asp，tot，和更优选为≥1.7＊Asp，tot。
18.一种用压力旋涡式雾化喷嘴(5)将可固化成分喷射在表面(6)上而在表面(6)上产生聚合物层(9)的方法，其特征在于，利用根据权利要求1至17中任一项所述的压力旋涡式雾化喷嘴(5)。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，可固化成分含有以重量计最多10％的溶剂，优选为以重量计最多5％的溶剂，和优选为基本上没有溶剂。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述可固化成分是聚氨酯反应混合物，特别是至少多元醇成分和异氰酸酯成分的混合物。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其特征在于，可固化成分以液滴(8)的形式或者以薄膜(7)的形式被喷出喷嘴(5)，所述液滴(8)具有中间体积直径，该中间体积直径按照ASTM E 799-81确定，且大于50μm，优选为大于60μm，更优选为大于70μm，和最优选为大于80μm，所述薄膜(7)在与喷嘴(5)一定距离(d)的地方分离成这种液滴(8)。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的方法，其特征在于，可固化成分以液滴(8)的形式或者以薄膜(7)的形式被喷出喷嘴(5)，所述液滴(8)具有中间体积直径，该中间体积直径按照ASTM E 799-81确定，且小于500μm，优选为小于300μm，更优选为小于200μm，和最优选为小于150μm，所述薄膜(7)在与喷嘴(5)一定距离(d)的地方分离成这种液滴(8)。
23.根据权利要求18至22中任一项所述的方法，其特征在于，当将可固化成分喷射到表面(6)上时，可固化成分的流率被改变，最高流率与最低流率之比≥1.1，特别是≥1.2，和更特别为≥1.3。
24.根据权利要求21至23所述的方法，其特征在于，当以所述最高流率和所述最低流率喷射时，液滴(8)的中间体积直径都在权利要求20和21限定的范围内。
25.根据权利要求18至24中任一项所述的方法，其特征在于，当将可固化成分喷射到表面(6)上时，可固化成分的流率被改变，可固化成分由以预定比值混合至少两种成分组成，该预定比值在从一种流率过渡到另一种流率期间也被保持。
26.一种根据权利要求1至17中任一项所述的压力旋涡式雾化喷嘴(5)的用途，该用途用于通过喷嘴(5)将可固化成分喷射到表面上以在该表面上产生聚合物层(9)。
全文摘要
一种用于喷射可固化成分的压力旋涡式雾化喷嘴，其包括喷孔件(16)，其限定漏斗形腔和出口喷孔(17)；和喷射器件(18)，其关闭漏斗形腔，以致漏斗形腔在喷射器件(18)的正面与出口喷孔(17)之间形成涡流室(19)。喷射器件(18)包括至少两个旋涡口(20)，这些旋涡口(20)在涡流室(19)中终止，用于将可固化成分喷射到其中，并由此将涡流传递到可固化成分。与旋涡口(20)的最小横截面面积之和相比，涡流室(19)的侧壁(24)具有较小的表面面积，然而该表面面积仍然大到足以分布可固化成分，以便获得均匀喷射状态。通过减小涡流室(19)的尺寸，可固化成分能被更有效地雾化。这样，可固化成分通过喷嘴较小流率的变化而对液滴尺寸和喷射状态的稳定性具有相对低的影响。
文档编号B05B1/34GK101678371SQ200780053236
公开日2010年3月24日 申请日期2007年6月4日 优先权日2007年6月4日
发明者C·维尔迈尔, K·贝诺伊特 申请人:雷克蒂塞尔汽车配件有限公司