Результат интеллектуальной деятельности: СОСТАВНЫЕ СЭНДВИЧ-ЭЛЕМЕНТЫ

Изобретение касается устройства для, при необходимости, одновременного и, при необходимости, равномерного нанесения вспенивающихся реакционных смесей на субстрат, способа изготовления вспенивающихся реакционных смесей, устройства для изготовления составных сэндвич-элементов, а также способа изготовления составных сэндвич-элементов.

Уже давно существует потребность в устройствах для непрерывного изготовления составных сэндвич-элементов с высокой производительностью; для непрерывного производства составных сэндвич-элементов на нынешнем техническом уровне известны осциллирующие (колеблющиеся) смесительные головки. При этом смесительная головка совершает колебательные движения по ширине нижнего покровного слоя и наносит на него жидкую реакционную смесь с помощью разливочной гребенки или круглого или плоского сопла, размещенного в правом углу смесительной головки параллельно нижнему покровному слою.

Смесительную головку размещают над нижним покровным слоем на направляющей, так называемом портале, с помощью электромотора ей придают ускорение и тормозят ее перед точкой возврата. Пенообразующие вещества подают в смесительную головку по трубопроводам. Кроме того, к смесительной головке также ведут гидравлические или пневматические шланги. Пенообразующие вещества поступают в смесительную головку через сопла и смешиваются.

Далее реакционная смесь поступает в разливочную гребенку и выходит из равномерно размещенных отверстий. Благодаря длине разливочной гребенки и отверстиям в ней, а также колебательным движениям смесительной головки достигается распределение реакционной смеси под углом к направлению движения в производственном процессе.

После нанесения реакционная смесь вспенивается и поднимается до верхнего покровного слоя. В процессе вспенивания она склеивает оба покровных слоя, после чего пеноматериал застывает и отвердевает.

Эта технология технически ограничена с точки зрения производительности. Даже если использовать достаточно мощные двигатели, направляющие, трубопроводы, смесительные головки и разливочные гребенки или круглые или плоские сопла, реакционная смесь будет выходить за края покровных слоев ввиду слишком значительных сил инерции в точках возврата. Согласно уровню техники при непрерывном производстве составных сэндвич-элементов с использованием этой техники нанесения невозможно достичь производительности более чем 15 м/мин.

Достаточно известен способ повышения производительности до значения до 60 м/мин с помощью неподвижных смесительных головок и жестких систем выпускных отверстий. Этот способ называют US-технологией. Основу такой US-технологии (скоростной) составляют три одинаковые дозировочные линии с раздельным питанием и отдельными смесительными головками и системами выпуска. Эта технология, однако, не использует распределительную головку. Эта технология, кроме того, обладает тем недостатком, что реакционная смесь, истекающая в каждом случае из отдельных головок, в свою очередь находится в различных физических условиях в отношении давления и температуры, что проявляется в ухудшенном качестве изготовления каждого получаемого пеноматериала, как то: неравномерность поверхности, уменьшение ячеек, различные значения теплопроводности ввиду различной в разных точках кинетики реакции.

В европейской заявке ЕР 1857248 А2 эту проблему решают посредством того, что отдельная смесительная головка имеется не у каждого выпускного трубопровода. Напротив, предусмотрена только одна смесительная головка, через которую снабжают несколько выпускных трубопроводов.

Международная заявка WO 2008/018787 А1 касается устройства для нанесения вязкой смеси на поверхность с помощью одного или нескольких выпускных отверстий, которые загружают через элемент подачи. Кроме того, описание касается способа изготовления изоляционного элемента, этот способ включает в себя стадии нанесения вязкой смеси, образующей пеноматериал на слое субстрата, причем пеноматериал затем подвергают поперечной сшивке, а при необходимости на слой пеноматериала дополнительно наносят покрытие. Сырьевой материал в смесительную головку 3 поступает в виде компонентов из подающих трубопроводов 1 и 2. По жесткому главному проводу 8 через вторичный распределитель 4 через несколько промежуточных перемычек обеспечивают управление разливочной гребенкой. Таким образом, разливочная гребенка жестко соединена со смесительной головкой, для юстировки правильного положения области нанесения в целом относительно субстрата ее можно сдвинуть влево или вправо только вместе со смесительной головкой. Кроме того, очень трудоемка чистка системы.

В международной заявке WO 2008/104492 А2 опубликован способ изготовления композитных элементов, причем нанесение жидкого исходного вещества для пеноматериала на основе изоцианатов осуществляют с помощью жестко закрепленной и располагающейся параллельно плоскости покровного слоя и перпендикулярно направлению его движения трубы, снабженной отверстиями.

С учетом этого уровня техники задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы разработать устройства либо же способы, с помощью которых можно добиться высокой производительности при малой толщине слоя. Еще одна задача состоит в том, чтобы улучшить поверхность (прежде всего в отношении гомогенности) получаемых с помощью таких устройств/способов пеноматериалов так же, как и заданные выше качества продукции.

В первой форме исполнения эту задачу решают посредством устройства для нанесения вспенивающихся реакционных смесей, содержащего

(a) смесительную головку для смешения сырья для изготовления пеноматериала,

(b) распределительную головку, располагающуюся в направлении потока за смесительной головкой,

(c) по меньшей мере два, предпочтительно по меньшей мере три, особо предпочтительно от трех до восьми, крайне предпочтительно три или четыре закрепленных на распределительной головке трубопровода (шланга) и

(d) по меньшей мере две, предпочтительно от двух до восьми, особо предпочтительно три или четыре стационарные разливочные гребенки для нанесения смеси сырьевых материалов для образования пены на подвижный субстрат.

Если распределительную головку в этом контексте называют «располагающейся за смесительной головкой», то это подразумевает контекст направления течения материала, протекающего через обе эти головки: сначала поток проходит через смесительную головку, а затем через распределительную.

Для обработки сырьевых материалов применяют, в частности, инертный газ, выбранный из группы, включающей воздух, азот, углекислый газ и благородные газы, такие как аргон и гелий. Предпочтительно применение воздуха в качестве химически инертного газа.

В зависимости от применяемой технологии (высокое или низкое давление) смесительная головка может быть выполнена в виде динамического или статического смесителя, она предназначена, в частности, для гомогенного смешивания конкретных компонентов либо же смеси с инертным газом, находящимся под повышенным давлением. После введения инертного газа компоненты на пути к распределительной головке (либо же смесь компонентов на пути к распределительной головке) находятся (находится) под повышенным давлением, что обусловливает повышенную скорость нанесения вспенивающейся реакционной смеси. Кроме того, улучшаются вышеупомянутые качества продукта.

У применяемых согласно изобретению разливочных гребенок в каждом случае трубчатая форма, и в каждом случае они имеют отверстия, распределенные по всей длине гребенки, и предпочтительно, чтобы отверстия были ориентированы так, чтобы они располагались относительно нижнего покровного слоя под углом от 75° до 105°, особо предпочтительно, чтобы они были ему перпендикулярны (90°). Подачу реакционной смеси в разливочную гребенку осуществляют либо на конце гребенки, либо в середине, либо в области между этими точками.

В одной из предпочтительных форм исполнения настоящего изобретения разливочные гребенки стационарно размещены поперек направления перемещения субстрата при производстве, в частности, под углом 90°. При этом выгода стационарного размещения разливочной гребенки состоит в том, что на краях области нанесения пены плотность не изменяется в сравнении с другими участками нанесения пены. Таким образом, постоянное нанесение пены осуществляется крайне единообразно по всей ширине субстрата.

При этом также возможно размещение разливочных гребенок со смещением перпендикулярно направлению движения субстрата при производстве либо же на одной линии друг рядом с другом. Перекрывание гребенок при расположении со смещением может приводить к ступенчатому градиенту нанесения в продольном направлении.

Разливочные гребенки, предпочтительно применяемые в смысле настоящего изобретения, отличаются коническим сечением потока внутри, и сечение сужается от точки входа реакционной смеси в направлении самого отдаленного отверстия, так что давление потока перед выходными отверстиями можно уравновесить.

Аналогично нынешнему уровню техники применяемых согласно изобретению разливочных гребенок в области выходного отверстия вспенивающейся реакционной смеси внутреннее сечение имеет предпочтительно коническую форму. В этом разливочные гребенки в основном соответствуют известным как таковые одноразовым разливочным гребенкам, которые до сих пор применяли для осцилляционного нанесения на нынешнем уровне техники.

Во второй форме исполнения задачу, лежащую в основе настоящего изобретения, решают посредством способа изготовления вспенивающихся реакционных смесей путем применения устройства согласно изобретению.

В качестве компонента А предпочтительно использовать изоцианатный компонент. В качестве компонента В предпочтительно использовать полиольный компонент. В данном контексте понятия «изоцианатный компонент» или «полиольный компонент» включают в себя также и смеси различных изоцианатов либо же полиолов. Так получают полиуретановые пеноматериалы. В присутствии определенных активаторов изоцианаты могут также реагировать друг с другом и формировать макромолекулы с изоциануратной структурой (полиизоцианураты, PIR). Поскольку реакции изоцианатов с полиолами и изоцианатами могут идти одновременно или непосредственно следовать друг за другом, получают макромолекулы с уретановой и изоциануратной структурами (PIR-PUR).

При реализации способа согласно изобретению разливочные гребенки предпочтительно размещать так, чтобы вытекающая вспенивающаяся реакционная смесь наносилась на нижний покровный слой в направлении перемещения субстрата при производстве.

В качестве альтернативы при реализации способа согласно изобретению разливочные гребенки закрепляют так, чтобы вытекающая вспенивающаяся реакционная смесь наносилась на нижний покровный слой противоположно направлению перемещения субстрата при производстве.

В обоих случаях этого добиваются путем соответствующего наклона отверстий разливочных гребенок под углом от 45 до 135° к субстрату.

Еще одна предпочтительная форма исполнения настоящего изобретения состоит в том, что устройство включает в себя по меньшей мере два, предпочтительно по меньшей мере три, особо предпочтительно от трех до восьми, крайне предпочтительно три или четыре закрепленных на распределительной головке трубопровода равной длины, выполненных из одинакового материала одинакового сечения. Это обеспечивает подачу в конкретные разливочные гребенки (по меньшей мере две, предпочтительно от двух до восьми, особо предпочтительно три или четыре) и, соответственно, нанесение на субстрат одинакового количества сырьевого материала в единицу времени.

Еще в одной форме исполнения стоящую перед изобретением задачу решают посредством устройства для изготовления составных сэндвич-элементов, включающего в себя по крайней мере два подающих приспособления (по одному для верхнего и нижнего покровного слоя), непрерывную (бесконечную) верхнюю направляющую ленту для верхнего покровного слоя и непрерывную (бесконечную) нижнюю направляющую ленту для нижнего покровного слоя, вдоль которых последовательно размещены устройство согласно изобретению, формовочный участок и устройство обрезки.

Еще один предмет изобретения - это способ производства вспененных элементов составных сэндвич-элементов, при реализации которого используют устройство для изготовления составных сэндвич-элементов согласно изобретению.

В устройстве согласно изобретению смесительная головка предпочтительно размещена на жесткой стойке над нижним покровным слоем, так что возможны различные профили реакций для производства продукции различной толщины. На смесительной головке, в которой смешиваются отдельные компоненты вспенивающейся смеси, закреплена распределительная головка. Эта смесительная головка оснащена, например, по меньшей мере двумя, предпочтительно по меньшей мере тремя, особо предпочтительно тремя - восемью, а чрезвычайно предпочтительно тремя или четырьмя шланговыми трубопроводами, длина, сечение и материал которых предпочтительно одинаковы. Это дает то преимущество, что процесс вспенивания пока еще жидкой реакционной смеси в более поздний момент нанесения ее на нижний покровный слой находится на одной и той же стадии в каждой точке нанесения, что ведет к особо единообразному вспениванию готовой продукции. Это преимущество обеспечивается не только равной длиной и сечением и одинаковым материалом шланговых трубопроводов, но и тем, что вся наносимая смесь выходит из одной и той же смесительной головки. Для шлангового трубопровода можно использовать любой известный специалистам материал, который не реагирует с подлежащей вспениванию реакционной смесью и на который реакционная смесь не слишком налипает. Предпочтительно выбирать материал шлангового трубопровода из группы, которую образуют полиэтилен (РЕ), полипропилен (РР), поливинилхлорид (PVC), полиэтилентерефталат (PET), каучук, политетрафторэтилен (PTFE) и полиуретан (PU). Под каучуком следует понимать любой известный специалисту гибкий каучук, из которого можно изготовить трубопроводы, предпочтителен нитрил-бутадиеновый каучук (NBR). Особенно предпочтителен гибкий материал, принадлежащий к следующей группе: РЕ, РР, PET PET, PVC. Шланговые трубопроводы могут быть размещены на жесткой раме, расположенной поперечно к направлению движения конвейера во время производства, и закреплены так, чтобы они оптимальным образом снабжали разливочные гребенки реакционной смесью, чем обеспечивается равномерное нанесение по ширине нижнего покровного слоя. Предпочтительно размещение шланговых трубопроводов и разливочных гребенок над нижним покровным слоем на высоте 20-500 мм, и предпочтительно такое размещение, при котором реакционная смесь наносится на нижний покровный слой так, что между отдельными участками нанесения конкретных разливочных гребенок на нижнем покровном слое отсутствуют участки, не затронутые смачиванием.

Скорость вывода из разливочных гребенок составляет, в частности, 1-5 м/с. В особом варианте исполнения смесительную головку, а также и распределительную головку вместе со шланговыми трубопроводами можно разместить и закрепить так, чтобы это допускало производство продукции с толщиной, уменьшающейся в направлении, перпендикулярном к направлению движения конвейера при производстве, или же с постоянно изменяющимися показателями толщины. В основном этого можно добиться посредством соответствующей конфигурации разливочных гребенок. При вспенивании эти промежутки между отверстиями закрываются, таким образом обеспечивается в должной степени неравномерное вспенивание по высоте продукции.

Этот способ размещения позволяет обойтись без портала, совершенно необходимого при использовании осциллирующей разливочной гребенки или круглого или плоского сопла. Кроме того, при использовании такой схемы производительность зависит только от скорости конвейера или от выходной производительности вспенивающего устройства, а также от сечения отверстий в разливочных гребенках. Еще одно преимущество этого устройства согласно изобретению по сравнению с технологией, требующей применения нескольких смесительных головок, состоит в том, что при использовании одной смесительной головки не возникают колебания, обусловленные разницей рабочего давления, температуры или иных подобных параметров, снижающие качество продукции и безопасность производства.

В качестве смесительной головки для устройства согласно изобретению можно использовать любую применяемую сегодня в технике смесительную головку. Они, однако, должны быть пригодны для вспенивания, в частности, полиольных и изоцианатных компонентов при производстве составных сэндвич-элементов из полиуретана. Смешивать с химически инертным газом можно как реакционную смесь в смесительной головке, так и один или оба реагента заранее, чтобы избежать засорения шланговых трубопроводов. Химически инертный газ выбирают из группы, состоящей из воздуха, азота, углекислого газа и благородных газов, как то: аргон и гелий. Вместо газа к реагентам можно добавлять другие составляющие. Эти вещества выбирают, например, из группы, состоящей из графита, полиуретановой муки, меламина, кварцевого песка, Аl₂О₃, талька и нанокомпозитов, как, например, слоистых силикатов, нанотрубочек, нанопеска, и добавляют к реагентам в распределительной головке.

Материал для распределительной головки можно выбирать из тех же материалов, что и для разливочных гребенок, в частности из стали, нержавеющей стали, алюминия и пластмасс. Выбранный материал должен в любом случае выдерживать обычные в смесительной головке давление и температуру в диапазоне от 20 до 40°С. С точки зрения геометрии предпочтительны распределительные головки, в которых пути от входа распределителя к каждому отдельному выходу шланговых трубопроводов и к отверстиям разливочных гребенок имеют одинаковую длину. Кроме того, предпочтительно, чтобы сечение всех выходов распределительной головки было одинаковым. Сечение входа в распределительную головку, напротив, может быть больше такового отдельных выходов распределительной головки.

Устройство для нанесения согласно изобретению может быть составной частью другого устройства, применяемого для производства составных сэндвич-элементов. Производство полиуретановых сэндвич-элементов (панелей) вообще является непрерывным процессом. При этом панели толщиной, как правило, от 20 до 240 мм в бесконечном виде производят на так называемых двойных конвейерах. Возможна, однако, также и толщина менее 20 мм и более 240 мм. Такой двойной конвейер состоит обычно из верхней направляющей ленты для верхнего покровного слоя, нижней направляющей ленты для нижнего покровного слоя, подающего устройства для верхнего покровного слоя, формовочного участка, в пределах которого полиуретановая реакционная смесь реагирует и вспенивается между верхним покровным слоем и нижним покровным слоем, устройства обрезки для изготовленной панели, а также дозирующего блока со смесительной головкой для нанесения полиуретановой реакционной смеси на нижний покровный слой.

Расположение отдельных элементов для непрерывного способа производства составных сэндвич-элементов известно из уровня техники, как описано в заявках на патент Германии DE-A 1247612 и DE A 1609668.

В рамках настоящего изобретения под составным сэндвич-элементом понимается структурный элемент, состоящий по меньшей мере из двух покровных слоев и внутреннего слоя, лежащего между ними.

В качестве внутреннего слоя могут быть использованы все известные специалисту материалы. Предпочтительны волоконные плиты из минеральных волокон или пластины из твердого пеноматериала, например из пенополиуретана, вспененного полиизоцианурата (PIR), пенополистирола, вспененной фенольной смолы.

В частности, составные сэндвич-элементы состоят по меньшей мере из двух покровных слоев из жесткого или гибкого материала и внутреннего слоя из вспененного материала, например твердого пенополиуретана. Под пенополиуретанами здесь следует понимать такие твердые вспененные материалы, которые основаны на соединениях полиуретана, полимочевины, а также полиизоцианурата.

В качестве внутреннего слоя предпочтительно выбирают твердые пенопласты на основе полиуретана и/или полиизоцианурата. В качестве исходных компонентов для производства твердых пеноматериалов, содержащих полиуретановые или полиизоциануратные группы, можно использовать все известные специалисту соединения с соединениями, содержащими NCO-группы, способными к реакции с соединениями, содержащими гидроксильные группы, как то:

а) алифатические, циклоалифатические, аралифатические, ароматические и гетероциклические полиизоцианаты, предпочтительно дифенилметандиизоцианат (MDI) или полифенилполиметиленполиизоцианаты, полиизоцианаты, содержащие карбодиимидные группы, уретановые группы, аллофанатные группы, изоциануратные группы, группы мочевины или биуретовые группы, особо предпочтительно на основе полифенилполиметиленполиизоцианата и

б) соединения по меньшей мере с двумя атомами водорода реакционноспособными по отношению к изоцианатам с молекулярным весом в пределах от 400 до 10000 г/моль, как, например, соединения, содержащие аминогруппы, тиоловые группы, гидроксильные или карбоксильные группы.

Кроме того, возможно использование подходящих преполимеров с NCO-группами, изготовленных путем реакции обмена полимерного MDI с алифатическими или ароматическими простыми или сложными полиэфирполиолами, например простыми или сложными полиэфирполиолами, содержащими 1-4 гидроксильные группы, со средней молекулярной массой 60-4000.

Изготовление пеноматериалов осуществляют с применением обычных, известных специалисту вспомогательных веществ и добавок, как то: катализаторов, вспенивающих и смачивающих агентов, огнезащитных средств, стабилизаторов пены, средств, улучшающих текучесть, ингибиторов, а также, при необходимости, твердых добавок для улучшения теплопроводности и огнезащиты.

В качестве материалов для покровных слоев можно использовать все известные специалисту материалы. Предпочтительны металлы, например сталь (оцинкованная и/или лакированная), алюминий (лакированный и/или анодированный), медь, нержавеющая сталь или неметаллы, такие как армированные, неармированные и/или заполненные пластмассы, например поливинилхлорид или на основе полиэстера, или стекловолокна, импрегнированный картон, бумага, дерево, битумное или минеральное стекловолокно.

Покровные слои, например, могут быть покрыты лаком.

В качестве покровных слоев также можно использовать сочетание разных приведенных выше материалов на разных сторонах изготовленной панели.

Такие составные элементы на основе различных покровных слоев (жестких или гибких) и внутреннего слоя из твердого пенополиуретана достаточно известны на нынешнем уровне техники и называются металлическими составными элементами или изоляционными панелями. Между внутренним слоем и покровными слоями могут быть предусмотрены дополнительные слои.

Примеры применения таких составных элементов с жесткими покровными слоями - гладкие или линованные стеновые панели, а также профилированные кровельные панели для строительства заводских цехов и холодильников. Составные элементы применяются также при изготовлении фургонов грузовиков, дверей и ворот производственных и складских помещений, а также в производстве контейнеров, а изоляционные панели и составные элементы с гибкими покровными слоями применяют в качестве изоляционных материалов для крыш, внешних стен и в качестве напольных плит.

Производство этих составных элементов по непрерывной или прерывистой технологии на нынешнем уровне техники хорошо известно. Для этого еще жидкую реакционную смесь наносят на нижний покровный слой (субстрат) с помощью устройства согласно изобретению. Затем медленно вспенивающаяся реакционная смесь продвигается с помощью нижнего конвейера на формовочный участок, ограниченный верхней и нижней направляющими лентами. Вспенивающаяся реакционная смесь достигает верхнего покровного слоя и склеивает таким образом оба покровных слоя друг с другом. В пределах формовочного участка пеноматериал отвердевает, причем верхняя и нижняя направляющие ленты задают толщину производимого изделия, а после прохода через формовочный участок его обрезает специальное устройство обрезки для получения панелей желательной длины.

Примеры

Гомогенность поверхностей классифицируют путем определения концентрации дефектов. Для этого на верхней стороне пеноматериала на участке размером 200 мм × 1000 мм определяют размер и количество пузырей и определяют концентрацию дефектов следующим образом.

Пузыри подразделяют по размеру на четыре категории:

Контрольный пример 1: Плотность дефектов верхней стороны пеноматериала металлических составных элементов, изготовленных с помощью осциллирующей разливочной гребенки.

Контрольный пример 2: Плотность дефектов верхней стороны пеноматериала металлических составных элементов, изготовленных с помощью устройства из смесительной головки, распределительной головки, расположенной в отношении потока за смесительной головкой, восьми закрепленных на распределительной головке выпускных трубопроводов, закрепленных поперек направления истечения на жесткой раме (т.е. на устройстве без разливочной гребенки).

Пример 3 (согласно изобретению): Плотность дефектов верхней стороны пеноматериала металлических составных элементов, изготовленных с помощью устройства из смесительной головки, распределительной головки, расположенной в отношении потока за смесительной головкой, трех закрепленных на распределительной головке шланговых трубопроводов и трех стационарных разливочных гребенок для нанесения смеси сырьевых материалов для ценообразования на подвижный субстрат.

С каждым способом производства металлических составных элементов провели по двадцать серий экспериментов с использованием представленной на рынке системой твердой полиуретановой пены; получен следующий результат, представленный в таблице 1.