专利名称：夹层式复合元件的制作方法
夹层式复合元件本发明涉及任选同时和任选均勻地将发泡反应混合物施加到基材上的设备、用于生产发泡反应混合物的方法、用于生产夹层式复合元件的设备和用于生产发泡夹层式复合元件的方法。长期以来需要高生产速度地连续生产夹层式复合元件的设备。由迄今为止的现有技术可知，摆动混合头用于连续生产夹层式复合元件。混合头在下覆层Omter Deckschicht)宽度上进行摆动运动并利用垂直于混合头和平行于下覆层布置的浇铸耙 (Gie β harke)或舌/匙式喷嘴施加仍是液体的反应混合物到下覆层上。混合头被固定到下覆层上方的导轨即通常所说的门(Portal)上，并利用电动机加速和在反转点之前减速。发泡用的原料经软管管线被输送到混合头。此外，在一些情况下， 液压或气动软管通向混合头。发泡用的原料经喷嘴被引入到混合头并混合。反应混合物然后流入到浇铸耙并在规则布置的孔出来。由于浇铸耙的长度和它的孔，以及混合头的摆动运动，实现反应混合物倾斜于生产方向的分布。施加后，反应混合物发泡并升高直到上覆层(ober Deckschicht)。在发泡过程中， 其在泡沫凝固并固化前粘结二个覆层。就制造技术而言，这种生产方法在生产速度方面有限制。即时使用足够强的电机、 导轨、软管、混合头和浇铸耙或舌/匙式喷嘴，反应混合物也会由于过高的离心力而在反转点处被带到覆层的边缘之外。按照现有技术，利用这种施加技术在夹层式复合元件的连续生产中不能获得超过15米/分钟的生产速度。利用固定混合头技术和刚性排出系统提高生产速度到60米/分钟的技术是众所周知的。这种方法称为US技术。US技术(高速机器)主要由三个相同的计量管线与独立的进料和独立的混合头以及排出系统组成。但是，这种技术不具有分配器头。这种方法还具有从各个混合头中的每一个中出来的反应混合物还经受在压力和温度方面的不同物理条件的缺陷，这在得到的泡沫中反映为产品质量的下降，如不均勻的表面、较小的胞孔、由于逐点不同的反应动力学造成的不同热导率值。EP 1 857 248 A2通过不为每一个排出管线提供独立的混合头来解决这个问题。 相反，只提供中心混合头，多个排出管线经由它供料。WO 2008/018787 Al涉及一种利用通过供料元件供料的一个或多个排出孔施加粘性混合物到表面上的设备。说明书还涉及一种生产绝缘元件的方法，包括以下步骤施加在基材层上形成泡沫的粘性混合物，随后使泡沫交联和任选地进一步涂覆泡沫层。用来自供应管1和2的组分为混合头3提供原料。经刚性主管8，用多个中间网5经子分配器4控制浇铸耙6。浇铸耙因此被刚性连接到混合头上，并只和混合头一起被移动到左边或右边，以便施加区域作为整体能被调整到相对于基材的恰当位置。此外，系统的清洗非常复杂。WO 2008/104492 A2公开了一种生产复合元件的方法，其中利用平行于覆层和垂直于相对于覆层的移动方向且设有孔的固定管进行异氰酸酯基硬质泡沫用液体原料的施加。考虑现有技术，本发明的目的是开发在低的层厚度下实现高生产速度的设备和方法。另一个目的是改善能使用这种设备/方法得到的泡沫的表面(尤其是其均勻性方面)以及上面限定的产品质量。在第一种实施方案中，通过用于施加发泡反应混合物的设备达到该目的，设备包括
(a)用于混合泡沫生产用原料的混合头，
(b)在流动技术上位于该混合头后面的分配器头，
(c)至少两个、优选至少三个、尤其优选三个到八个、最优选三个或四个安装到该分配器头的软管管线，和
(d)至少两个、优选两个到八个、尤其优选三个或四个用于将形成泡沫用原料的混合物施加到移动基材上的固定浇铸耙。在这个方面，当分配器头被描述为位于混合头之后时，应被理解为涉及流过二个头的物料的流向；也就是说，物料首先流过混合头，然后才流过分配器头。为了处理原料，尤其使用选自空气、氮气、二氧化碳和稀有气体如氩气和氦气中的惰性气体。优选使用空气作为化学惰性气体。取决于所用技术(高压或低压)，混合头可为动态混合器形式或静态混合器形式， 尤其用于密切混合各组分或混合物与处于高压下的惰性气体。在引入惰性气体后，组分在去往分配器头的途中，或组分的混合物在去往混合头的途中，具有升高的压力，这会使发泡反应混合物的排出速度增加。另外，改善了上述产品质量。根据本发明使用的浇铸耙各自具有管状形状并各自设有分布在耙整个长度上的孔，孔优选被定向使得它们相对于下覆层处于75°至105°的角度、尤其优选直角(90° )。 将反应混合物在耙的一端或中部或两者之间的区域输送到浇铸耙。在本发明的优选实施方案中，在横切于基材生产方向的方向上尤其是以90°的角度以固定方式布置浇铸耙。浇铸耙的固定布置具有所施加泡沫的边缘处与所施加泡沫其它区域相比不会改变密度的优点。因此，泡沫施加在基材的整个宽度上能连续地极其均勻。还可在横向于基材生产方向上以偏移方式布置浇铸耙，或者它们还可在一条线上彼此相邻定位。在偏移布置的情况下，浇铸耙的重叠会产生长度方向上的具有阶梯状图案的施加梯度。在本发明的范围内优选使用的浇铸耙在内部具有从反应混合物入口到距离最远的孔成锥形的锥形流横截面，从而可平衡排出孔上游的流动压力。类似于现有技术，根据本发明使用的浇铸耙各自优选在发泡反应混合物排出孔区域内具有锥形内横截面。因此，浇铸耙大体上对应于对于摆动施加方法的现有技术中迄今使用的本身已知的单向浇铸耙。在第二种实施方案中，通过使用根据本发明的设备生产发泡反应混合物的方法来达到本发明的目的。优选使用异氰酸酯组分作为组分A。优选使用多元醇组分作为组分B。在这个方面中，术语“异氰酸酯组分”和“多元醇组分”还各自包括不同异氰酸酯和/或多元醇的混合物。由此得到聚氨酯泡沫。在具体活化剂存在时，异氰酸酯还可彼此反应形成具有异氰脲酸酯结构的大分子(聚异氰脲酸酯=Ρ^)。由于异氰酸酯与多元醇和异氰酸酯的反应可同时或紧接着发生，因此得到具有氨基甲酸酯和异氰脲酸酯结构(PIR-PUR)的大分子。
在根据本发明的方法中，优选布置浇铸耙使得出来的发泡反应混合物在基材的生产方向(基材的移动方向)上被施加到下覆层上。或者，在根据本发明的方法中固定浇铸耙使得出来的发泡反应混合物迎着基材的生产方向被施加到下覆层上。在两种情况下，都可通过以相对于基材45-135°的角度适当倾斜浇铸耙孔来实现。在本发明的另一种优选实施方案中，设备包括至少两个、优选至少三个、尤其优选三个到八个、最优选三个或四个安装到该分配器头的具有相等横截面、相等长度和由相同材料制成的软管管线。因此确保每单位时间内相同数量的原料被引入到各浇铸耙(至少两个、优选至少三个、尤其优选三个到八个、最优选三个或四个)并还因此施加到基材上。在另一种实施方案中，通过生产夹层式复合元件的设备达到本发明的目的，设备包括在每种情况下用于上覆层和下覆层的至少两个供料设备、用于引导上覆层的旋转 (umlaufend)上带和用于引导下覆层的旋转下带，在下覆层上依次布置根据本发明的设备、 成型段(Formstrecke)和定尺切割设备(Abiangvorrichtung)。本发明还提供一种生产发泡夹层式复合元件的方法，其中使用根据本发明的用于生产夹层式复合元件的设备。在根据本发明的设备中，混合头优选被连接到下覆层上方的刚性框架上，从而用于生产具有不同厚度的产品的反应剖面图是可能的。向将各种发泡用组分混合到一起的混合头上固定分配器头。分配器头具有例如至少两个、优选至少三个、尤其优选三个到八个、 最优选三个或四个长度、横截面和材料优选都相同的软管管线。这具有如下优点，仍是液体的反应混合物在随后遇到下覆层时的发泡行为直到每个接触点处都均等地进行，这造成被生产的产品极其均勻的发泡。这种优点不仅受助于软管管线的相同长度、横截面和材料，而且受助于要被施加的所有混合物都从相同混合头出来的事实。可使用不与要发泡的反应混合物反应且反应混合物不会过于强烈粘附到其上的本领域技术人员已知的任何材料作为软管管线。软管管线的材料尤其选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、橡胶、聚四氟乙烯(PTFE)和聚氨酯(PU)。橡胶可以是能被加工成供料管线的本领域技术人员已知的任何柔性橡胶；丁腈橡胶(NBR)是优选的。尤其优选选自PE、 PP、PET和PVC的柔性材料。软管管线可被布置在刚性框架上或固定到刚性框架上，刚性框架在横切于传输带生产方向的方向上被布置在上覆层上方，从而它们最佳地为浇铸耙提供反应混合物并确保在下覆层宽度上的均勻施加。有利地在下覆层上方20-500mm的高度处布置软管管线和浇铸耙，并优选以如下的方式布置即以在每个浇铸耙的各施加区域之间的下覆层上不出现未润湿区域的方式将反应混合物施加到下覆层上。由浇铸耙的排出速度尤其为l-5m/s。在一种具体的实施方案中，可布置和固定混合头和分配器二者包括软管管线，使得还可以生产厚度在横切于传输带生产方向的方向上减小或具有稳定变化的厚度比的产品。这主要可通过浇铸耙的合适构造来实现。在发泡过程中，孔之间的这些间隙闭合，从而所需的在产品高度上的不均勻发泡是可能的。由于这种布置，可以省略摆动浇铸耙或舌/匙式喷嘴情况下必需的门。此外，借助这种布置，生产速度只依赖于传输带的速度或发泡机器的排料速度和浇铸耙的孔的横截面。根据本发明的这种设备与必须使用多个混合头的方法相比的另一个优点在于，通过使用仅仅一个混合头，不会因为不同的处理压力、温度等发生变化，不同的温度、压力等会降低生产安全性和产品质量。现有技术中已知的任何混合头都可用作根据本发明的设备的混合头。但是，它们必须适合尤其是生产聚氨酯夹层式复合元件所用的多元醇组分和异氰酸酯组分的发泡。化学惰性气体可在混合头中与反应混合物混合或预先与反应组分中的一种或两种混合以便预防可能的软管管线堵塞。化学惰性气体选自氮气、空气、二氧化碳和稀有气体如氩气和氦气。代替气体，其它成分可与反应组分混合。这类物质选自例如石墨、聚氨酯粉、三聚氰胺、 石英砂、Al2O3、滑石和纳米复合材料如页硅酸盐、纳米管、纳米砂，它们尤其在混合头中被加入到反应组分中。分配器头的材料可选自与浇铸耙相同的材料，尤其选自钢、不锈钢、铝和塑料材料。在每种情况下，选择的材料必须能承受在混合头中主流的常见压力和20-40°C范围的温度。优选选择分配器头的几何形状使得从分配器入口到软管管线各出口到浇铸耙的孔的路径长度相等。此外，对于所有分配器头出口而言，分配器头出口横截面相同是有利的。另一方面，分配器头入口的横截面也可大于各分配器头出口。根据本发明的施加设备可为用于生产夹层式复合元件的另外设备的组成部分。聚氨酯夹层式元件(板)的生产通常以连续方法进行。在这种方法中，在常说的双传输带上连续生产厚度为通常大致20-240mm的板。但是，低于20mm和高于MOmm的厚度也是可能的。 这种双传输带通常由用于引导上覆层的旋转上带、用于引导下覆层的旋转下带、用于上覆层的供料设备、用于下覆层的供料设备、聚氨酯反应混合物在上覆层和下覆层之间发泡和反应的成型段、已生产出的板所用的定尺切割设备以及具有用于施加聚氨酯反应混合物到下覆层的混合头的计量站组成。可从现有技术中获知用于夹层式复合元件生产连续方法的独立元件的布置，如DE 1 247 612 Al 和 DE 1 609 668 Al 中所述。在本发明的上下文中，夹层式复合元件被理解为至少由二个覆层和中间芯层组成的复合元件。可使用本领域技术人员已知的任何材料作为芯层。优选由矿物纤维制成的纤维板或者硬质泡沫如聚氨酯或聚异氰脲酸酯(P^)硬质泡沫、聚苯乙烯泡沫、酚醛树脂泡沫制成的板。特别地，夹层式复合元件至少由二个硬质或柔性材料覆层和泡沫如PUR硬质泡沫芯层组成。PUR硬质泡沫在这里被理解为是基于聚氨酯化合物、聚脲化合物以及聚异氰脲酸酯化合物的硬质泡沫。优选基于聚氨酯和/或聚异氰脲酸酯的硬质泡沫作为芯层。为了生产包含聚氨酯基团和/或聚异氰脲酸酯基团的硬质泡沫，可使用本领域技术人员已知的具有含对OH化合物有反应性的NCO化合物的任何化合物作为起始组分，如a)脂肪族、脂环族、芳脂族、芳族和杂环多异氰酸酯，优选二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)或聚苯基聚亚甲基多异氰酸酯、含碳二亚胺基团、氨基甲酸酯基团、脲基甲酸酯基团、异氰脲酸酯基团、脲基团或缩二脲基团的多异氰酸酯，尤其优选基于聚苯基聚亚甲基多异氰酸酯，和b)包含至少两个对异氰酸酯具有反应性的氢原子并且分子量在400-10000 g/mol范围内的化合物，如含有氨基、硫醇基、羟基或羧基的化合物。
此外，可以使用由聚合MDI与脂肪族或芳族聚醚多元醇或聚酯多元醇例如含有 1-4个羟基且数均分子量为60-4000的聚醚多元醇或聚酯多元醇的反应制备的合适NCO预聚物。使用本领域技术人员已知的常规辅助物质和添加剂进行泡沫的生产，如催化剂、 发泡剂、交联剂、阻燃剂、泡沫稳定剂、流动改善剂、抑制剂、以及任选地还有用于改善热导率和阻燃的固体添加剂。作为覆层用材料，可使用本领域技术人员已知的任何材料。优选金属，如钢(镀锌的和/或上漆的)、铝(上漆的和/或阳极化的)、铜、不锈钢或非金属，如增强、非增强和/或填充塑料材料，如聚氯乙烯或聚酯-或玻璃纤维-基的浸渍硬纸板、纸、木材、浙青玻璃无纺布和矿物玻璃无纺布。例如，覆层可涂有漆。由上述材料生产的板的各侧上的覆层的组合也适合作为覆层。基于不同覆层(硬质或柔性)和聚氨酯硬质泡沫芯层的这种复合元件在现有技术中是众所周知的，也被称为金属复合元件或绝缘板。可在芯层和覆层之间提供另外的层。这种具有硬质覆层的复合元件的应用例子有用于建筑工厂建筑物和冷藏库的平面或内衬墙元件以及异型屋顶元件。复合元件还用作载重汽车车身、仓库门和栅门以及用于容器结构中。绝缘板以及具有柔性覆层的复合元件用作屋顶、外墙的绝缘材料和用作铺地瓷砖(Fu β bodenplatte)。通过连续或不连续方法生产这类复合元件在现有技术中是众所周知的。为此，利用根据本发明的设备将仍是液体的反应混合物施加到下覆层(基材)上。此时正缓慢发泡的反应混合物利用下带在下覆层上被传输到成型段，其被上带和下带张紧。正发泡的反应混合物到达上覆层并因此将二个覆层彼此粘结。在成型段内，其中上带和下带限定了要生产的产品的厚度，泡沫凝固，在通过成型段后，用定尺切割设备切割至一定长度(用于将这样产生的面板切割至所需长度)。
实施例通过测定瑕疵密度将表面的均勻性分级。为此，在大小200 mm χ 1000 mm的面积内测定泡沫上侧上鼓泡的尺寸和数目，并由此按如下定义瑕疵密度
将鼓泡细分成四个尺寸类别 鼓泡类别1面积不超过约1 Cm2的鼓泡
鼓泡类别2面积为大约l_3cm2的鼓泡
鼓泡类别3面积为大约3-5cm2的鼓泡
鼓泡类别4面积大约> 5cm2的鼓泡。对比实施例1 使用摆动浇铸耙生产的金属复合元件中泡沫上侧的瑕疵密度。对比实施例2 使用由混合头、在流动技术上位于混合头之后的分配器头、八个安装到分配器头的排出管线组成的设备(即没有浇铸耙的设备)生产的金属复合元件中泡沫上侧的瑕疵密度，八个安装到分配器头的排出管线在横切于流出方向的方向上被紧固到硬质框架上。实施例3 (按照本发明)使用由混合头、在流动技术上位于混合头之后的分配器头、三个安装到分配器头的软管管线和三个用于将形成泡沫用原料的混合物施加到移动基材上的固定浇铸耙组成的设备生产的金属复合元件中泡沫上侧的瑕疵密度。
在每种情况下，利用使用市售聚氨酯硬质泡沫体系生产金属复合元件的各方法的二十次系列测试来确定表1中显示的以下结果。表1:金属复合元件中泡沫上侧的瑕疵密度
权利要求
1.用于施加发泡反应混合物的设备，包括(a)用于混合泡沫生产用原料的混合头，(b)在流动技术上位于该混合头后面的分配器头，(c)至少两个安装到该分配器头的软管管线，和(d)至少两个用于将形成泡沫用原料的混合物施加到移动基材上的固定浇铸耙。
2.根据权利要求1的设备，包括(a)用于混合泡沫生产用原料的混合头，(b)在流动技术上位于该混合头后面的分配器头，(c)至少三个安装到该分配器头的软管管线，和(d)至少三个用于将形成泡沫用原料的混合物施加到移动基材上的固定浇铸耙。
3.根据权利要求1或2的设备，特征在于横切于基材生产方向布置浇铸耙。
4.根据权利要求1至3中任何一项的设备，特征在于横切于基材生产方向偏移地布置浇铸耙。
5.根据权利要求1至4中任何一项的设备，特征在于横切于生产方向在直线上彼此相邻地存在浇铸耙。
6.根据权利要求1至5中任何一项的设备，特征在于所述浇铸耙在泡沫排出孔区域中具有锥形内横截面。
7.根据权利要求1至6中任何一项的设备，特征在于所述浇铸耙在内部具有从反应混合物入口到距离最远的孔成锥形的横截面。
8.根据权利要求1至7中任何一项的设备，特征在于它包括至少三个具有相等横截面、 相等长度和由相同材料制成的安装在所述分配器头上的软管管线。
9.通过使用根据权利要求1至8中任何一项的设备生产发泡反应混合物的方法。
10.根据权利要求9的方法，特征在于使用至少一种异氰酸酯组分(组分A)作为泡沫原料。
11.根据权利要求9或10的方法，特征在于使用至少一种多元醇组分(组分B)作为泡沫原料。
12.生产夹层式复合元件的设备，包括用于上覆层和下覆层的至少两个供料设备、用于弓I导所述上覆层的旋转上带和用于引导所述下覆层的旋转下带，在该下覆层上依次布置根据权利要求1至8中任何一项的设备、成型段和定尺切割设备。
13.生产发泡夹层式复合元件的方法，其中使用根据权利要求12的设备。
全文摘要
本发明涉及任选同时和任选均匀地将发泡反应混合物施加到基材上的设备、生产发泡反应混合物的方法、生产夹层式复合元件的设备和生产发泡夹层式复合元件的方法。
文档编号B05C5/02GK102361737SQ201080013245
公开日2012年2月22日 申请日期2010年3月16日 优先权日2009年3月25日
发明者H-U.容, R.克斯特 申请人:拜尔材料科学股份公司