专利名称：在一个表面上喷涂聚氨酯层的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在一个表面上，特别是在一个模型的表面上，喷涂一种活性混合液并形成一层胶凝聚氨酯的方法，混合液由多元醇和异氰酸组成，其粘度为20～2000厘泊。
此外，本发明特别涉及一种喷涂并形成一层弹性聚氨酯的方法，这种弹性层最好对光线具有稳定性，且特别适用于汽车内部装修一类艺术性装修。在这种情况下，还特别采用了一种叫作“无气泡无溶剂双成分涂料涂敷法”的技术。
由于这种活性混合液具有较高的粘度，这层聚氨酯的厚度也较厚，因而可以有效地在上述表面上只作一次性涂敷，还由于这种聚氨酯要求快速胶凝，以免活性涂料在模型表面上受重力影响而流失，因此业已证明如采用普通已知的技术，在胶凝的聚氨酯涂层内就会留有微气泡，此外，由于混合液在表面上涂敷不匀，涂层的密度和颜色一类其他物理性能也会很不一致。
本发明的目的在于解决上述存在问题。
在本发明中，这种混合液在喷涂时呈流体薄膜和液滴状态。大部分液滴的平均直径(平均体积直径)按ASTME779-18标准大于100μ，最好大于500μ。
在本发明所推荐的一个实施例中，这种混合液在喷涂时呈一层薄膜状态，从喷头按照一中部凸起的锥体向外延伸，锥体顶角为10°～80°，最好为20°～40°。
在本发明所推荐的一个实施例中，这种混合液在表面上喷涂的流量为5～100g/sec，最好为10～30g/sec。
本发明还涉及用以在表面上喷涂并形成一层胶凝聚氨酯的装置，特别是用于上述方法中的装置。
这种装置的特征是具有一个喷头，在其前端装有一喷咀，喷咀具有一漏斗形空腔，空腔在其一端与一圆柱形通道连通，通道长0～5mm，最好长0.1～2mm，通道使空腔与喷口连通，空腔的另一端与一混合室连通，在混合室内通入配制聚氨酯的活性成分，并在漏斗形空腔的入口处设法使配制成的聚氨酯和(或)活性成分在通过喷口时具有一回旋运动。
通过以下对本发明的几个实施例并参照附图所作说明，对本发明的特点和优点将更明了。这种说明仅作为实例提出，本发明并不受其限制。现按
如下。
图1为本发明总体方法的简图。
图2为采用本发明方法所得液流的纵剖面简图。
图3为采用本发明方法之装置的第一个实施例的部件剖面简图。
图4为图3所示装置中喷头的剖面放大图。
图5为图4中喷头上个别构件的侧视图，其中局部为剖面图。
图6为图5中Ⅵ-Ⅵ方向的视图。
图7为本发明喷头的第二个实施例示图8中Ⅶ-Ⅶ纵剖面图。
图8为图7中Ⅷ-Ⅷ方向的正视图。
图9为图7和图8所示喷头的个别构件示图10中Ⅸ-Ⅸ方向的正视放大图。
图10为图9中同一构件Ⅹ-Ⅹ方向的侧视图。
图11为图10中同一构件Ⅺ-Ⅺ方向的背视图。
图12为本发明装置第三个实施例中喷头的正视图。
图13为图12中ⅫⅠ-ⅫⅠ纵剖面图。
图14为图12和图13所示实施例中个别构件的类似剖面放大图。
图15为图14中ⅩⅤ-ⅩⅤ方向的背视图。
图16为图12和图13中喷头的局部纵剖面图，图中所示喷头是尚未装上本发明个别实施例中另一部件的情况。
图17为按图9中个别构件的另一实施例的示图18中ⅩⅦ-ⅩⅦ方向的正视图。
图18为图19中ⅩⅧ-ⅩⅧ方向的侧视图，其中局剖为剖面图。
图19为图18中ⅩⅨ-ⅩⅨ方向的背视图。
图20为本发明喷头的又一实施例的示图21中ⅩⅩ-ⅩⅩ方向纵剖面图。
图21为图20中ⅩⅩⅠ-ⅩⅩⅠ方向的正视图。
在以上各图中，对同一或类似构件采用相同的参考号。
本发明涉及在一个表面上，特别是在一个模型的足够大的表面上形成一层胶凝聚氨酯的方法。
本发明的目的特别在于在一模型上形成一个聚氨酯弹性层，此弹性层对光线具有稳定性，其最小厚度为0.3mm，最好为0.5～2mm，以便取得具有印花的艺术性装修，特别用以装饰汽车上的仪表板。对此弹性层最好采用所谓“无气泡无溶剂双成分涂料涂敷法”。
图1为涂敷方法的简图。
第一个步骤是对多元醇和异氰酸酯分别从容器1A和1B通过计量泵2A和2B进行配料，第二个步骤是借助于热交换器3A和3B分别使这两种成分达到应有的温度，然后再使其在混合器头部4内进行混合，在混合器上装有喷头16，由喷头16将配制的活性混合液喷涂在模型表面上并形成弹性层。
在本发明中，活性混合液在喷涂时形成薄膜和液滴，绝大部分液滴的平均直径(平均体积直径)按ASTME779-18标准大于100μ(微米)，最好是大于500μ(微米)。
如图2所示，从喷头喷出的液流一般具有两个部分7和8，这两个部分的物理状态显然不同，接近喷头的部分7形成薄膜7′，薄膜呈锥体延伸，锥体的截面呈圆形或椭圆形，这取决于喷头的类型，延伸到另一部分8时，薄膜分散成液滴8′。
一般情况下力求在喷头16和弹性面层之间保持一个距离d，此距离为0.5～30cm，最好为15～20cm。
如图2所示，在用实线表示的较为有利的第一种情况下，拟在其上形成弹性面层26的表面25离喷头16的距离d大于活性混合液薄膜部分7的高度h1，在虚线表示的第二种情况下，表面25′离喷头16的距离d′小于高度h1，在第一种情况下，弹性层26是由液滴8′形成的，而在第二种情况下，是由薄膜7′形成的。
对于同一喷头来说，薄膜部分7的高度h1主要取决于活性混合液的粘度、喷液的角度α和流量。
因此，应以有利的方式调整这些参数，以使薄膜部分7的高度h1在0.5～20cm之间。
此外，应注意使混合液在喷涂时形成一层薄膜，薄膜从喷头16开始延伸而形成中部凸起的空心锥体，锥体的顶角α为5°～80°，最好为20°～40°。
但，为使活性混合液实际上主要呈液滴状态分布在所需喷涂的表面上，经证实在绝大部分的液滴8′具有较大的平均直径时，也就是多半为1000～5000μ，最好为500～3000μ时，可以取得最有利的结果。
在将活性混合液喷涂在所需涂敷表面时，若混合液的流量很有限，液滴部分8的高度h2，与薄膜部分7相比，就会相对地较为重要。
如图2所示，在离薄膜部分7的某一距离开始，液滴在液滴部分8的大部分锥体截面上分布很均匀，与薄膜部分7内的情况不同，在薄膜部分7内混合液主要形成空心锥体。
图3～6所示为一喷枪，可用于上述本发明的方法。
喷枪具有一个混合室9，混合室具有多元醇入口10、异氰酸酯入口11和清洗剂入口12，这些入口可用球阀关闭。
多元醇和异氰酸酯的喷咀13和14的一端分别位于入口10和11之间，在其另一端则为混合室9，喷口13和14从相对方向装入混合室9，因而使多元醇和异氰酸酯以较高的速度逆向流进混合室9。
在混合室中取得的混合液进而通过管道15进入喷头16。
图3～6所示为喷头的第一个实施例。
此喷头16具有中央芯体17，芯体17旋装在筒形空心体18内，并在芯体17周围形成环形进液空腔19。因此，芯体17仅在其后部具有外螺纹17′，以与带有螺纹18′的空心体18内壁相配合。芯体17具有一嵌装件，嵌装件具有截锥形部分20，截锥形部分20伸进喷咀21的漏斗形空腔27内，喷咀21具有喷口22并装在喷头16前端内部的锥形通孔上。
如放大图4、5和6所示，截锥形部分20在其壁部具有4个凹槽23，以使喷口22与环形空腔19连通。
这4个凹槽23的深度和宽度一般为0.1～2mm，最好为0.3～1mm。凹槽均布在芯体17的截锥形部分20上，偏心而呈螺旋状设置，致使活性混合液从空腔19进入喷咀21的漏斗形空腔27时作回旋运动，如图4～6中箭头28所示方向。
漏斗形空腔27延伸而成圆柱形通道29，直达喷口22。
在本发明中，圆柱形通道29的长度为0～3mm，最好为0.1～0.6mm。实际上有些出乎意料地证实在喷头16出口处形成的活性液流对同一粘度的活性液来说，主要取决于圆柱形通道29的长度。特别是经过充分的选择，可以在喷头的出口处取得具有前面所述特别是如图2所示性质的液流。
重要的是在本发明中，圆柱形通道的长度，与普通已知的喷头中(如用以喷涂粘度小于20厘泊的油漆所用喷头中)通道的长度相比，应相对较短。在某些情况下，甚至完全可以不需这个通道。因此经证实在圆柱形通道相对较长时，就不再可能在喷头16的出口处形成一层流体薄膜，此层薄膜如上所述呈一锥形面层。
喷口22的直径一般为0.2～5mm，最好为0.7～2mm。芯体17的截锥形部分20，与喷咀21一样，最好用碳化钨制造，但其他具有足够硬度和耐用的材料也可采用。
图7～11所示为本发明喷头的第二个实施例。
此喷头的原理与图3～6所示者相似，只是其结构稍有差异。
主要的目的是使喷头的外形尺寸尽量缩小，以便在喷涂聚氨酯时易于有效地使其进入喷涂表面上最难进入的各个部位。
在第二个实施例中，芯体17直接装在喷咀21的筒形延伸部分21′上，从而缩短芯体的圆柱形部分20′，芯体相对地位于漏斗形空腔27的后面，一个径向设置的较大的凹槽19构成上述供液空腔。这种供液空腔一方面也与凹槽23连通，凹槽23位于截锥形部分20上，另一方面供液空腔与混合室9连通。芯体17的截锥形部分20仅设有两个凹槽23，此两凹槽23彼此径向相对设置。必要时，当然可设置更多的凹槽23。如设置4个凹槽23，只是在芯体17的圆柱形部分20′上须设置两个凹槽19，此两凹槽19彼此垂直设置，并与凹槽23连通。
在某些应用中，要求在浅而小的孔中或模型中进行喷涂，此时重要的是应采用较小的喷涂直径，也就是α角(见图2)应相对较小，以便尽量减少喷料的损失(“过喷”)。因此，在本发明中，在这种应用中，在喷咀21内采用小于30°的较小倾斜角β是比较有利的，同时，相应地加大h′和h″。
图12～15所示为本发明中喷头16的第三个实施例，与其他实施例的不同之处在于取消了中央芯体17，凹槽23设置在喷咀21内，位于喷咀21中漏斗形空腔27的边缘30上。边缘30与空心体18的内部平面31相接，喷咀21旋装在空心体18内。喷咀21在其前端还具有一个相对较高的直立的边缘32，边缘32具有外螺纹32′，用以将喷咀21装在空心体18内。因此，喷口22略微陷进空心体18内，而在喷口22的另一侧，在喷咀出口处形成一个液流的保护区33。
为了以便利的方式实现本发明的后两个实施例的目的，重要的是，应将喷头16装在管形件34的自由端，管形件34通过管道15使喷头与混合室9连接。例如，管形件可由一静态混合器构成，如图16所示，这方面可不述自明。
同时，喷头16本身的外径及其与管形件34的连接件基本上不大于管形件。
在本发明的后两个实施例中，空心体18实际上也是管形的，只是其头部35是扁平的，构成喷头的自由端，而空心体18与头部335相对的另一端具有螺纹36。此管形体具有纵向通孔39，此通孔从供液空腔19一直延伸到管形体的另一端。
这样，喷头16很容易旋装在管形件34的自由端上，因此，管形件也设有螺纹。
在喷头的第二个实施例中，内螺纹36使喷头的空心体18旋装在管形件34的外面，而在第三个实施例中则采用外螺纹，空心体18的自由端旋装在管形件34的自由端内，如图16所示。
圆柱形通道29及其喷口22的轴线垂直于管形件34的轴线。管形件34在其自由端的另一端具有一凸缘37，凸缘37通过一壳形螺栓38固定在混合器头部4上，如已在图3中所示的。
图17～19所示为芯体17的另一实施例，这种芯体可替代图7～11所示本发明喷头的第二个实施例中的芯体。
这种芯体不同于图9～11所示芯体，而用中央凹口代替后部20′上径向延伸的凹槽构成供液空腔19。这个中央凹口通过圆柱形通孔40与4个凹槽23连通，凹槽23均布于芯体17上截锥形部分20的壁部，并相对于截锥形部分20的轴线呈螺旋形排列，这些通孔实现了从中央空腔19通向凹槽23。
经证实，由于采用这种芯体，意外地取得了极其稳定而规则的喷液状态，而且在喷涂时如图2所示的锥形流体具有垂直于其轴线的环形截面，并在其整个截面上具有很均匀的壁厚。因此，采用这种芯体比较容易取得再现性。
最后，图20和图21所示为本发明喷头16的又一实施例。
这种喷头与前一种喷头的差别在于采取了措施以控制喷液状态而不受流量的影响，特别是可以控制在喷射的锥形流体中垂直于其轴线的截面上的液面，如图2所示。
在本发明的一个特定的实施例中，在上述这种喷头上采用空气控制器，也就是在喷射的锥形流体周围形成一种压缩空气幕，并通过对压缩空气流量的控制使锥体7(见图2)的表面受到一定的侧压力而向内弯曲。
此外，沿筒形空心体18的周围，在喷头16内设有很多小孔41，小孔41位于与喷咀21上喷口22同心的圆周上，并相对于喷口22的轴线42具有相同的方位角。图中，在上述空心体18中未示出如图7所示应旋装在其中的喷咀21和装在喷咀中的芯体17。
小孔41位于空心体边缘43内侧的斜面上，空心体面对轴线42呈直立状态，并具有与环形空腔44连通的通路，空腔44绕空心体18延伸，并有压缩空气管道45接入空腔。控制由管道45送入的压缩空气的流量就可控制压缩空气流的压力，压缩空气流借助于小孔41斜向锥体7的外侧，从而使锥体壁部弯向轴线42。
本发明还可用于喷涂浅而小的模型，以及用于要求尽量减少流体散失的场合。
若采用如图17、19和7所示芯体17和喷咀21，就有可能采用计算机控制，用以控制随喷头16相对于喷涂模型的位置而变动的喷头移动速度、喷口22处喷出的流体和锥体垂直截面上的液面。
以下通过两个实例提供喷涂多元醇、异氰酸酯和聚氨酯活性混合液的工作条件。
参数例1例2活性混合液流量(g/sec)2510多元醇压力(bar)150150异氰酸酯压力(bar)100100液滴尺寸(μ)(平均体积直径值)20001000锥体角度(°)3527锥体高度h1(mm) 50 25喷头16与喷涂表面25之间的距离d(mm)200100喷头16内截锥形部分20上凹槽23的数量42凹槽深度(mm)0.500.30凹槽宽度(mm)0.500.30喷口22直径(mm)1.520.71圆柱形通道29的长度(mm)0.60.2活性混合液实例这里特别涉及属于申请人的比利时专利n° 852，337和882，058所述活性混合液。
例11)多元醇的性能(第一成分)按重量比例的配方将1.2-环氧丙烷和1.2-环氧乙烷加入作为接触剂的甘油所取得的聚醚三醇(OH指数35;对原有OH基的比值80%)100
乙二醇5N，N＊-二甲基丁二胺 5铅-辛酸酯(33%的铅金属)0.7膏状颜料5115.7性能25℃时的粘度，MPa·S117045℃时的粘度，MPa·S30045℃时的粘度，MPa·S15065℃时的粘度，MPa·S150比重(21°)1.022)异氰酸酯的性能(第二成分)按重量比例的配方似一预聚物(100分异佛尔酮二异氰酸酯+13.28分二丙二醇-NCO基的最后比值26%)67.1二甲基二新癸酸锡168.1性能25℃时的粘度，MPa·S145045℃时的粘度，MPa·S35065℃时的粘度，MPa·S50比重(21°)1.07
比值 (多元醇成分)/(异氰酸酯成分) ＝ 115.7/68.1 ＝1.7例21)多元醇的性能(第一成分)按重量比例的配方聚醚三醇，同例一90Dabco33Lv(三乙撑二胺，为33%的DPG溶液2.25丁二醇7.9膏状颜料5105.15性能25℃时的粘度，MPa·S106045℃时的粘度，MPa·S320比重(21℃)1.022)异氰酸酯性能(第二成分)配比异氰酸酯RMA200(Upjohn)43.5性能25℃时的粘度，MPa·S62045℃时的粘度，MPa·S126比重(21°)1.21比值 (多元醇成分)/(异氰酸酯成分) ＝ 105.15/43.5 ＝2.42
从以上实例得出的不同经验，可总结出采用本发明的方法和装置，可以用喷头对所需涂敷的表面只作一次性喷涂就可在此表面上取得分布均匀的弹性层，使弹性层具有均一的颜色和其他物理性能。
本发明当然不限于以上所列出的一些实施例，可以设想在本专利申请书的范围内作出某些更改，特别是在所用各成分的配方方面和喷头结构面作些更改。因此，在从混合室9取得的混合液不够均匀时，原则上应在混合室9和喷头16之间设置静态混合器34。
此外，可以采用多种喷头16的结构，最后，还可以采用不同于凹槽23的其他方法使混合液在通过喷口22进行喷涂时具有回旋运动。
权利要求
1.在某一表面上，特别是在一个模型的表面上，形成一层胶凝聚氨酯的方法，这是通过喷涂一种活性混合液形成的，混合液的成分为多元醇和异氰酸酯混合液的粘度为20～200厘泊，这种方法的特征是混合液在喷涂时形成一层流体薄膜(7′)和(或)液滴(8′)，大部分液滴的平均直径(平均体积直径)按ASTM E779-18标准大于100μ，最好大于500μ。
2.权利要求1所述方法，其特征是混合液在喷涂时形成一层薄膜(7′)，薄膜从喷头(16)向前延伸，形成中部稍微凸起的锥体，锥体的顶角α为5°～80°，最好为20°～40°。
3.权利要求2所述方法，其特征是混合液在喷涂时形成一层薄膜(7′)，薄膜从喷头(16)向前延伸，形成中部稍为凸起的锥体，锥体的高度为0.5～20cm。
4.权利要求1所述方法，其特征是在形成液滴(8′)时，大部分液滴的平均直径为500～5000μ，最好为500～3000μ。
5.1～4中任一权利要求所述方法，其特征是在将混合液喷涂在表面(25)上时，混合液的流量为5～100g/sec，最好为10～30g/sec。
6.1～5中任一权利要求所述方法，其特征是在将混合液喷涂在表面(25)上时，形成一层聚氨酯，其最小厚度为0.3mm，最好为0.5～2mm。
7.1～6中任一权利要求所述方法，其特征是采用多元醇、异氰酸酯和添加剂，使形成一种对光线具有稳定性的胶凝聚氨酯层(26)。
8.1～7中任一权利要求所述方法，其特征是混合液在喷涂时的流量随模型上的位置而异，因此在相对较容易喷涂的区域，采用最大的流量，而在相对较难喷涂到的区域采用最小的流量。
9.2～8任一权利要求所述方法，其特征是沿锥体的外侧，形成速度可调节的压缩空气流，使由混合液液滴或薄膜在喷涂时所形成锥体的壁部变成弯曲的。
10.在某一表面上喷涂一层聚氨酯所用装置，特别是采用1～9中的任一权利要求所述方法所用装置，其特征是装置具有一个喷头(16)，喷头的前端内部装有一个喷咀(21)，喷咀构成一个漏斗形空腔(27)，此空腔一方面与一圆柱形通道(29)连通，此通道长0～5mm，最好长0.1～2mm，喷咀使空腔(27)与喷口(22)连通，空腔(27)另一方面与混合室(9)连通，在混合室内引入活性成分以取得聚氨酯，再在漏斗型空腔(27)的入口(27′)处采取措施使已经制成的聚氨酯和(或)活性成分呈回旋状通过喷口(22)。
11.权利要求10所述装置，其特征是所采取的措施是在漏斗空腔(27)的入口(27′)处均布设置几个凹槽(23)，凹槽相对于空腔轴线呈螺旋状设置。
12.权利要求11所述装置，其特征是芯体(17)具有朝向漏斗形空腔(27)的截锥形部分(20)，装在空腔(27)的入口处，凹槽(23)则设于截锥形部分(20)的壁部，并使漏斗形空腔(27)与供液空腔(19)连通，供液空腔本身又与混合室(9)连通。
13.权利要求12所述装置，其特征是芯体(17)装在筒形空心体(18)内，从而使供液空腔(19)形成一环形空腔，此环形空腔位于空心体(18)内，并沿芯体(17)的圆柱形部分(20′)延伸，芯体(17)则位于漏斗形空腔(27)的后面。
14.权利要求12所述装置，其特征是芯体(17)装在喷咀(21)内，在芯体(17)的圆柱形部分(20′)设有供液空腔(19)，芯体(17)位于漏斗形空腔(27)的后面，供液空腔(19)一方面与截锥形部分(20)上的凹槽连通，另一方面与混合室(9)连通。
15.权利要求11所述装置，其特征是凹槽(23)设在喷咀(21)内，位于其漏斗形空腔(27)的边缘上。
16.权利要求12所述装置，其特征是凹槽(23)通过圆柱形通孔(40)与中央供液空腔(19)连通，供液空腔(19)设在芯体(17)的后部(20′)内，圆柱形通孔(40)从供液空腔(19)通向凹槽(23)。
17.权利要求16所述装置，其特征是4个相同的凹槽(23)均布设置在芯体(17)的截锥形部分(20)的壁部，凹槽(23)相对于截锥形部分(20)的轴线呈螺旋状设置。
18.10～17中任一权利要求所述装置，其特征是喷头(16)装在管形件(34)的自由端，管形件(34)使漏斗形空腔(27)与混合室(9)连通。
19.权利要求18所述装置，其特征是管形件(34)至少有一部分由静态混合器形成。
20.18～19中任一权利要求所述装置，其特征是喷头(16)旋装在管形件(34)的自由端。
21.18～20中任一权利要求所述装置，其特征是圆柱形通道(29)及其喷口(22)的轴线垂直于管形件(34)的轴线。
22.18～21中任一权利要求所述装置，其特征是喷头((16)也是管形的，并具有最大为10mm的外径。
23.10～22中任一权利要求所述装置，其特征是凹槽((23)的深度和宽度为0.1～2mm，最好为0.3～1mm。
24.10～23中任一权利要求所述装置，其特征是喷口(22)的直径为0.1～5mm，最好为0.7～2mm。
25.10～24中任一权利要求所述装置，其特征是沿喷口(22)周围设有小孔(41)，均布在与喷口同心的圆周上，各小孔与喷口(22)的轴线成同一角度，并与一围绕芯体(17)形成的环形空腔(44)连通，环形空腔(44)内供送有压缩空气。
全文摘要
在一表面上，特别是在一模型的表面上，喷涂一种多元醇和异氰酸酯的活性混合液并形成胶凝聚氨酯层的方法和装置，混合液的粘度为20～2000厘泊，同时，混合液在喷涂时形成流体薄膜(7′)和(或)液滴(8′)，大部分液滴的平均直径(平均体积直径)按ASTM E779-18标准大于100μ，最好大于500μ。
文档编号B05D1/02GK1030536SQ8810445
公开日1989年1月25日 申请日期1988年7月16日 优先权日1987年7月16日
发明者雅克弗维尔斯特, 胡格迪温特, 安迪布雷克曼, 伯纳德迪·帕斯 申请人:雷斯帝克尔