CN109203342A - 用于在至少一种反应性树脂中扩散气体例如co2的改进设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在反应性树脂中扩散和混合膨胀气体、例如二氧化碳的设备，所述设备设置有混合室，混合室具有用于所述气体的供应入口(27)和用于所述树脂的供应入口(37)，其特征在于，混合室为扩散和容纳室，该扩散和容纳室被制成为具有预定程度的耐高压性的容器，并且该扩散和容纳室被扩散和混合的汽缸‑活塞组的头分成第一部分(6)和第二部分(7)，第一部分和第二部分借助于设置有静态混合器的至少一个浇注通道(31，36，32，39)彼此流体连通，所述设备还设置有用于控制所述汽缸‑活塞组(4)的活塞(34)的控制装置(3)。本发明还涉及一种相应的***，以在同样有效和合理的工艺范围内获得紧凑、高效和便宜的聚氨酯泡沫成形***。

Description

用于在至少一种反应性树脂中扩散气体例如CO2的改进设备
技术领域
本发明涉及一种用于在至少一种反应性树脂中扩散气体(例如二氧化碳)的改进设备，所述设备设置有混合室，该混合室具有用于所述气体的供应入口和用于所述树脂的供应入口。
本发明还涉及借助上述设备获得树脂气体混合物并随后定量给料保持扩散的树脂-气体混合物以获得聚氨酯泡沫的方法。
更具体地但非排他性地，本发明涉及一种形成聚氨酯泡沫的***及方法，包括在反应性树脂中扩散膨胀气体、例如二氧化碳的步骤，该步骤具有膨胀气体和反应性树脂两种成分的至少一个初始混合阶段，以形成作为最终化学反应物的第一反应性组分的中间的树脂-气体混合物，还包括随后在至少具有第二反应性组分的混合***中将所述第一反应性组分给料，以形成聚氨酯泡沫；下面参照该应用的具体领域来进行以下描述，唯一的目的是简化说明。
背景技术
为了更好地理解本发明的所有方面，首先列出当膨胀阶段中的气体遇见反应性树脂时发生的化学反应的几个方面。
例如，二氧化碳(CO2)是一种在膨胀气体的状态下可以使反应性树脂完全或部分地膨胀以在膨胀和聚合期间形成聚氨酯泡沫的化学物质。
关于这一点，需要指出的是，通常聚氨酯泡沫是通过两种反应物树脂——多元醇和异氰酸酯——之间的化学反应形成和聚合的。多元醇首先与膨胀剂结合，例如扩散在当两种树脂适当混合时在反应阶段期间产生气体的多元醇中，或与一定量水结合，水与部分异氰酸酯反应产生化学源的CO2和尿素，引发泡沫膨胀。
化学源的CO2在聚合物的卷曲阶段形成，通常呈上升气体微泡的形状，这些微泡会使气体膨胀更富集，直到形成聚氨酯泡沫为止。
在某些制剂中，化学源CO2是唯一发挥膨胀作用的气体。另一方面，在其它制剂中，将另一种膨胀剂加入到多元醇并使其在多元醇中扩散。例如，已知可以使用氟利昂、烃或氢氟烯烃或这些化学元素的混合物的方法，其中沸点温度在环境压力下介于-30℃至60℃之间。
这些气体膨胀剂与和异氰酸酯反应生成化学CO2的水一起发挥物理膨胀器的功能。这些气体试剂在反应过程中释放，这是由于反应性树脂温度的增加以及由于在渐进伸长和卷曲期间在聚合物中的溶解度降低的原因造成的。
然而，即使在泡沫形成过程中非常有效，这些气体试剂也具有这样的特性，即一旦释放它们就会导致臭氧破坏和/或甚至比二氧化碳造成的温室效应更大的温室效应。
在过去的几年中，添加物理CO2并在多元醇中溶解的应用已经变得普遍，这允许形成微泡然后形成气泡以形成聚氨酯泡沫的泡孔。
通过这种方式可以避免产生不是源于已经更新的来源(例如源于化学反应)的CO2并将其引入大气，并且可以避免使用异氰酸酯的一部分作为试剂然后在泡沫中形成不需要的尿素。
这种应急方法可以节省注定与水反应形成CO2的异氰酸酯的配额的成本，并且可以避免释放尿素分子，所述尿素分子使得CO2不那么灵活并且使泡沫的一些机械性能降低。除此之外，还采用了不损害全球大气环境的工艺。
该已知技术教导了可以用物理CO2实现聚氨酯泡沫膨胀以形成硬质泡沫和软质泡沫。软质聚氨酯泡沫的特征在于具有开孔，即缺少或部分缺少将一个泡孔与另一个泡孔分离开的闭合膜，而硬质泡沫由具有封闭分离膜的泡孔形成。(来源于大气的)物理CO2的加入减少了化学来源的份额，并有助于在相同密度下改善软质泡沫塑料的机械弹性性能并降低成本。
尽管有这些优点，但目前的技术提供了有限数量的液态CO2扩散或气态CO2吸收，小于多元醇重量的2％，或小于异氰酸酯的3％。
在硬质聚氨酯泡沫塑料中，其特征在于由膜隔开并且捕获产生相同泡孔的气体的封闭泡孔，预先扩散在反应性树脂中的物理源CO2允许减小泡孔的平均尺寸，从而改善泡沫的热绝缘系数。
将CO2用作硬质泡沫中的物理膨胀剂的技术目前处于发展阶段，并且尚未发现有效的应用形式和工业扩散，即使它在制造可用于例如热绝缘的硬质泡沫方面具有巨大潜力。
对于工业应用来说更令人感兴趣的是使用所谓的超临界CO2，其具有作为超临界气体的密度，在所考虑的温度和压力下与液相的密度没有太大距离，而其特征在于非常极性的分子，其具有减小的尺寸并且相对于聚合物分子是可移动的，该分子在超临界压力和温度条件下非常容易地连接到聚合物链，还形成了一种具有凝胶状溶液(溶胶凝胶)扩散和吸收的类型。该凝胶状溶液在与异氰酸酯的反应阶段期间，特别是在降低反应液体暴露的压力的过程中，不会立即释放CO2气体，而是缓慢释放它，由此产生非常微小的微泡，这使得泡沫具有非常小的泡孔。
因此，在反应性树脂中使用超临界条件下扩散的CO2可以为环境提供持续的益处，以非常有效的方式获得专用于热绝缘冷链制冷容器涂层，从而降低冷链的能耗并满足越来越严格的环境保护法规，以响应蒙特利尔协议、东京协议和巴黎协议关于温室效应气体向大气中的使用和排放的指令。
有利的是，CO2是在低于临界温度31℃下适当压缩时会液化的气体。在此温度以上，它不再呈现液相，而是变成强稠化的气体，其在31℃的临界温度下基本上具有相同的液体密度。
因此，在等效平衡压力下，升高到31摄氏度以上时，CO2在压力条件下从液化气转变为压缩气体，而容器中的压力没有显著增加。
已知，CO2是一种高极性分子，这种极性使其具有上述物理特性，并使其易溶于水和多种有机物质。
CO2的这些特性使得它能够有趣地以液相和在高于临界温度时扩散在聚氨酯树脂的分子溶液中。
该已知技术已经教导了如何使用合格的罐将液态CO2扩散在反应性树脂中以容纳树脂和气体的混合物(所谓的共混物)并且压力通常限制在10-12巴，即，目前工业***中用于按剂量给料反应性树脂的罐是合格的。
事实证明，使用这些罐和这些压力(例如不超过10或12巴)，CO2在树脂中的溶解度适中且非常缓慢。
完全吸收需要几个小时，甚至达到12-20小时，这对于建立罐内溶解百分比和分压之间的平衡状态是必要的。例如，大约2％的CO2质量会扩散，在罐内部大气中维持CO2压力在6巴和10巴之间达数小时之久。
想要加入更多的CO2，例如使用静态混合器或通过机械搅拌，CO2在树脂中不会溶解更多的量，而是作为蒸汽释放并增加容器中的压力，直到与容器的大气压达到平衡。无论如何，即使在某些实验应用中，使用30或40巴的合格罐，也不可能有效扩散高于5％的CO2量。
然而需要指出的是，在前述超临界条件下，CO2被发现或超过临界温度31℃时，初始扩散平衡压力往往高于75-76巴。因此，即使在机械搅拌器的存在下，如果在扩散过程中无法以最小量的CO2(例如约1％-2％/小时)非常缓慢地进行，换句话说被迫加入的CO2量，则可能在积聚树脂的罐中产生这样的压力，该压力能够打开排放气体化合物的安全阀，并将内部压力恢复到罐中的平衡和保护状态。
因此，就时间和罐的特性而言，证明了使用简单的扩散机制，并且无需在比临界压力高得多的压力下操作，以在树脂内获得一定量的CO2(高于3-4％)的扩散过程是非常困难和昂贵的。除此之外，还需要考虑罐和适用于支持更高的压力的相关配件的成本。
使用目前的工业方法，由于气相的存在，在具有自由空间和空气的罐内使用简单的扩散机构不可能有效且高效地获得预定量的CO2在反应性树脂内的扩散(至少高于3-5％的重量)。
作为本发明基础的技术问题在于设计一种设备和相关方法，具有相应的结构和功能特点，例如以允许利用本质上的机械弥散在短时间内有效地将气体例如二氧化碳扩散在反应性树脂中，但获得的树脂中的气体扩散百分比远高于目前通过已知技术提供的解决方案所能达到的百分比。
本发明的另一个目的是将设备和与具有按剂量排放一种树脂气体共混物的扩散过程相结合，以在同样有效和合理的工艺范围内获得紧凑、高效和便宜的聚氨酯泡沫成形***。
本发明的另一个目的是获得气体在反应性树脂中的扩散和吸收阶段以及随后的膨胀和聚合阶段，该膨胀和聚合阶段可以通过在温度和压力方面简单调节工艺参数而发生。
本发明的另一个目的是获得一种聚氨酯泡沫，该泡沫具有低于例如80微米的平均直径尺寸的超细结构单元的优势。
发明内容
在本发明的基础上的解决方案在于采用组合式混合和定量给料设备，该设备设有具有容纳结构的容器，该容器的材料和厚度足以在高于例如75-76巴并且高达350巴的预定高压值下运行，并且在于按规定剂量提供反应性树脂和添加膨胀气体，以获得树脂-气体的混合物，该树脂-气体的混合物被保持在高压下并且随后被定量给料，以用于与另一种反应性树脂的进一步的混合和聚合阶段，从而产生聚氨酯泡沫。
有利的是，本发明提供了气体在树脂中异常有效的机械弥散，所述气体保持在所谓的超临界条件下，即高压和预定温度下，以按质量比调整反应性树脂与扩散于其中的气体的定量给料。
此外还提供使用相同的容器和扩散设备来定量给料反应性中间树脂-气体混合物，所述反应性中间树脂气体混合物是在高压下与另一种反应性树脂在最终混合***中获得并保持的。
在优选实施例中，前述高压在至少31℃的温度下大于至少75-76巴。更特别地，这些压力优选地介于100和350巴之间。
在前述解决方案的基础上，技术问题通过在反应性树脂中扩散气体例如二氧化碳来解决，设置有具有气体入口和树脂入口的混合室，其特征在于，所述混合室是扩散和容纳室，该扩散和容纳室被制成为具有预定程度的耐高压性的容器，并且该扩散和容纳室被扩散和混合的汽缸-活塞组的头分成两个部分，这两个部分通过至少一个设置有静态混合器的浇注通道彼此流体连通，还设置有用于控制汽缸-活塞组的活塞的控制装置。
所述浇注通道被阀装置截流至头中，以使所述扩散和容纳室的两个部分在压力下连通，从而使气体入口和树脂入口流入所述室的一部分。
有利地，所述气体是维持在超临界温度和压力条件下的二氧化碳。
两个室的分离允许控制由树脂-气体混合物形成的共混物的定量给料。
有利的是，所述扩散和混合的汽缸-活塞组的容纳壁形成容器，该容器具有增加的厚度并具有适于支持和保持高压操作条件的特性。通过始终使混合物的压力条件保持在100巴以上、特别是介于至少75-76巴(31度温度下的超临界CO2压力)和350巴之间，来进行树脂和扩散于其中的气体的定量给料阶段。
应该指出的是，前述的浇注通道被制成进入所述汽缸-活塞组的头，浇注通道包括至少一个圆柱形壳体，至少一个静态混合部件***所述圆柱形壳体中。作为说明性而非限制性示例，这些部件包括具有多个孔的至少一个格栅或板。
此外，所述控制装置为油动控制汽缸，该油动控制汽缸由依赖液压单元控制的油压回路驱动，该液压单元由可编程控制器控制；油动控制汽缸具有带有杆的活塞，所述杆与扩散和混合的汽缸-活塞组的活塞杆共用一杆。
所述扩散和混合汽缸-活塞组还包括具有控制杆的相同部分的活塞杆，所述活塞杆通过关闭法兰连接到所述头并在混合的按剂量给料的汽缸外部悬臂式延伸。
还提供了用于机械控制前述流体通道的截流的阀装置；用于控制所述阀装置的控制轴被容纳于所述缸外部悬臂式延伸的所述杆的凹槽中。
位置转换器与所述控制汽缸的活塞相关联，向所述液压单元发送反馈信号。
本发明还涉及一种形成聚氨酯泡沫的方法，该方法起始于在反应性树脂中扩散膨胀气体、例如二氧化碳的步骤，该步骤具有膨胀气体和反应性树脂两种成分的至少一个初始扩散和混合阶段，以形成作为最终化学反应物的第一反应性组分的中间的树脂-气体混合物，并随后在具有至少一种第二反应性组分的混合和反应装置中将第一反应性组分定量给料，以形成聚氨酯泡沫，所述方法提供所述两种成分在压力下在扩散和容纳室中的受控扩散和混合过程，所述扩散和容纳室由汽缸-活塞组的头分成两个部分，内收、扩散和混合过程在所述扩散和容纳室中在预定高压下发生；用于静态混合的装置设置在浇注通道中，浇注通道通过所述室的两个部分之间的所述头中获得。
截流阀也被***至所述浇注通道中。
根据本发明的方法提供了第一阶段，在第一阶段中，所述室填充有气体和树脂，气体和树脂以期望的质量比率填充至气体(CO2)的最大值的40％，并且直到达到预定的期望压力。随后在树脂中扩散和混合气体直至实现必要的扩散和吸收，以及第三阶段，在第三阶段中，将各组成成分被扩散和吸收的所述反应混合物以精确的压力和范围朝向高压混合头并且在大于75-76巴的压力下定量给料。
因此按照大于75-76巴、优选地按照介于100和350巴之间的压力被输送到混合头的树脂气体混合物首先通过定量给料室的上述头再循环到扩散汽缸的另一个室，以精确设定补充有气体然后在高压下与由***以化学计量比定量给料的另一种反应性树脂(特别是异氰酸酯)混合的树脂的范围，以形成聚氨酯泡沫。
根据本发明的设备、方法和***的特征和优点将从下面参考附图给出的作为示例而不是限制的实施例的描述中变得显而易见。
附图说明
图1示出了根据本发明制造的用于气体例如二氧化碳在反应性树脂中的扩散和混合的设备的部分纵向截面的示意图和分视图；
图2示出了图1的设备的纵向截面的示意图；
图3示出了图1的设备的控制液压的汽缸-活塞组的纵向截面视图；
图4示出了结合到根据本发明的设备中的扩散和混合头的细节的比例放大示意截面图；
图5示出了图4的细节处于不同工作条件下的放大比例示意截面图；
图6示出了图5的细节的透视图和示意图；
图7示出了根据本发明的设备的总体纵向示意性截面图；
图8示出了图7的设备的截面细节的放大示意图；
图9示出了结合有图1的用于激活根据本发明的方法的设备的***的示意图。
具体实施方式
关于这些附图，1总体上并且示意性地示出了根据本发明实现的改进设备，以促进气体或可液化气体在高压下在反应性树脂中的扩散以获得聚氨酯泡沫。
待扩散的气体可以是例如二氧化碳，但也可以使用其他类型的气体，而不必限制申请人的权利。仍然作为纯粹的例子指出，氟利昂、烃或氢氟烯烃或这些化学元素的混合物可以用作待扩散的气体。
类似地，反应性树脂可以是异氰酸酯，或多元醇与异氰酸酯的混合物，而不必限制申请人的权利。
有利地，根据本发明，设备1包括至少一个用于扩散和定量给料的汽缸4，其双体育场结构将在下面详细描述。
所述设备1的汽缸4具有预定加厚厚度的外壳，以构成容易在高内压下安全操作的容器。此外，外壳2由具有足够厚度的金属材料制成，以支撑高于至少350巴的内部压力。
换句话说，根据本发明，设备1由外壁和其它增强厚度的压力支撑元件以及与传统类型的汽缸相比具有足够耐受性的金属材料构成。
更具体地说，设备1的汽缸4能够支撑高达350巴的内部压力。
更具体而言，设备1包括第一液压和油压汽缸3以及已经提到的用于扩散和定量给料的汽缸4。这两个汽缸3和4通过轴向对齐相关联。
我们可以将第一液压汽缸3定义为控制汽缸，将另一个用于扩散和定量给料缸4定义为扩散和混合汽缸。
控制汽缸3基本上是具有常规结构的汽缸，其具有足够厚度的外壳5和允许其与另一扩散和混合汽缸4联接的端部。并没有严格限制控制汽缸的壳体5必须具有与混合汽缸的外壳2的相同加厚厚度，但同时也没有禁止其可以具有相同的厚度。
更具体地说，提供了法兰联接器35以连接两个汽缸3和4。此外，在联接器35处，在扩散混合汽缸4的侧面上，设置间隔分离器钟形件40。
基本上，在前面所示的配置中，控制汽缸3可以是适于管理在运行期间由汽缸4产生的力的商用液压汽缸。
汽缸3和4的总体结构在图2的截面图中示出，而扩散混合汽缸的内部结构在图1的分图部分中示出。
如图3所示，第一液压汽缸3是双作用汽缸，在具有指令和控制功能的液压单元55的控制下由液压流体驱动，液压单元55在图9中示出。
所述汽缸3特别紧凑并且在内部包括位置传感器45，以精确地检测相关活塞33的运动。液压汽缸3的运动，或者更好地，在其中可滑动的活塞33的头13的运动依赖于前述液压单元55，该液压单元55也对扩散和混合汽缸4的运动和压力起作用。
扩散和混合汽缸4也可以定义为共混物汽缸。
前述的扩散和混合汽缸4包括两个相对的第一部分6和第二部分7，它们具有相等和各自的推力部分。上述第一部分6和第二部分7由可在汽缸4中滑动的活塞34的头14分开。
换句话说，在汽缸4中存在容纳和混合室，该容纳和混合室又分成汽缸-活塞组的头14的两个部分6和7；所述第一部分6、第二部分7通过至少一个设置有静态混合器38的浇注通道彼此流体连通。该领域的技术人员可以认识到，两个部分6和7可以通过汽缸4外部的通道彼此连通；然而，这种替代解决方案即使可行，也具有更大的结构负担。
上述推力部分6和7中的每一个都用于扩散和混合树脂和气体的混合物，即所谓的共混物。在这里以指示性和非限制性方式描述的示例性实施例中，上述混合物包含反应性树脂，例如多元醇和二氧化碳(CO2)。
还提供了未示出的套筒，用于包围两个推力部分以控制混合物或共混物的温度。
有利的是，根据本发明，汽缸3和4的相应活塞33和34通过轴向对准而连接。
换句话说，控制汽缸3的活塞33和扩散和混合汽缸4的活塞34直接连成一体。
如已经说过的那样，控制汽缸3的活塞33的运动由位置传感器45检测，位置传感器45连接到可编程处理控制器30，以提供反馈信号，该反馈信号允许通过伺服阀25和26在闭合回路中控制从所述液压单元55分配的液压流体，来对轴向延伸刚性连接的活塞33和34各自的位置和运动进行控制。
扩散和混合汽缸4配备有头14，头14被绑定到同一部件的两个对称且相对的杆10和11。有利的是，头14包括一对半头14a、14b，该一对半头通过垫圈9A和9B的圆柱体内部的***物一体地连接，垫圈9A具有动态密封，垫圈9B具有静态密封。
要注意的是，扩散和混合汽缸4的两个部分6和7通过流体路径P流体连通。有利地，使两个部分6和7连通的流体路径P形成于头14中。还要注意的是，流体路径P被阀装置20A和20B截流，阀装置20A和20B同样形成于头14中并构成密封和截流阀。
至少一个浇注通道形成于头14中，限定所述流体路径并被阀装置20A和20B截断，这使得混合和定量给料汽缸4的两个室6和7流体连通，并且在以下变得明显详细说明。
两个半头14a和14b构造成以合成和优化的方式包含阀元件20A和20B、垫圈9A和9B、混合流体的浇注通道以及头14的控制杆和内部装置的连接件，并构造成维持汽缸预先配置的使用压力。
这些杆中的一个杆10将液压控制汽缸3的活塞33的头13与活塞34的头14特别是与半头14a连接。换句话说，为了紧凑起见，汽缸3内部的活塞33具有一个杆10，该杆10延伸并与汽缸4中活塞34的杆重合。
所述杆中的另一个杆11是中空的并且通过同一汽缸4的基部的密封法兰16伸出到汽缸4的外部。上述外部杆11具有与连接到头14、特别是半头14b的另一个杆10相同的截面，以避免在活塞34移动期间汽缸各自的室6、7之间的截面变化，从而在树脂含有扩散气体时在没有显著的体积和温度变化的情况下输送混合物或共混物。
以恒定体积进行浇注可使树脂和气体的混合物维持在有利于气体在液体中的吸收和溶解的混合和扩散压力下。吸收和溶解过程使混合物体积减小，因此可以通过增加新的气体量来恢复压力，直到压力和可吸收量之间达到平衡为止。
如上所述，并且如图4所示，活塞34的头14在内部构造有多个通道31a、...、31n，该多个通道一起形成至少一个浇注通道，并允许在扩散和混合汽缸4的室6和7之间浇注树脂和气体的混合物。在图4中，限定至少一个浇注通道的流体路径由具有连续节段的线P示意性地表示。
在优选的实施例中，通道31a、...、31n以预定距离的角度关系规律且环形布置成围绕杆11和头14的半头14B之间的连接点。数量n可以等于十二。
如图5所示，特别是在半头14B的远端处，这些通道31i中的每一个均设置有具有串联布置的格栅或多个穿孔板18的滤筒38。借助于通过板或格栅中的孔的叠层所引起的层压和涡流，这些滤筒38的存在有利于树脂与扩散气体的再混合，从而有利于通过分子扩散来快速溶解和吸收。
格栅或穿孔板18优选以平行的方式布置并且通过位于其***的偏离器隔开。板18具有相等的多个孔，但是便利的是格栅和孔从一板到另一板不同相，以产生更大的涡流和再混合。
在优选实施例中，上述格栅或穿孔板18三个为一组，并基本上形成可以作为包装件***到相应的圆柱形壳体31a、...、31n中的滤筒。
如图6所示，开口31a、...、31n优选为圆柱形壳体，滤筒38***所述圆柱形壳体中。
浇注路径上的滤筒38作为一个整体，构成静态混合器，当树脂和气体穿过穿孔板18的多个孔中的每一个时，该静态混合器深层混合树脂和气体。发生在汽缸4的室6和7内部的混合过程的高压激发了化学反应中两种成分的有效溶解和吸收，头14通过开放的循环管道穿过汽缸4。
通道31a、...、31n通过第一浇注通道36彼此流体连通并且与室7的内部之间流体连通，该第一浇注通道36横向延伸至汽缸4的轴线，其中在头14的半头14b的内部在杆11的附接处获得中央通道32。
类似地，通道段41在头14的半头14a中面向杆附附件10的中心处获得。上述通道段41通过***阀装置20A、20B与上述通道32连通。
提供第二组的另外的浇注通道39a、...、39n，以使通道段41与扩散和混合汽缸4的室6流体连通。上述第二组浇注通道39a、...、39n被径向延伸朝向杆10附接处的汽缸4的轴线。上述通道例如可以是十二个。
包括罗盘20A和机械受控的头20B的阀装置允许气密地关闭或打开通向第一浇注通道36并因此通向浇注通道31a、...、31n的通道。基本上，两个阀部件20A、20B允许将扩散和混合汽缸4的室6部分和室7部分连通或以受控的方式将两个室部分气密地分隔开。
杆11在内部配备有液压控制轴19，其控制所述阀装置20A、20B的打开和关闭。轴19在中央通道内部向着杆11延伸，并且通过在图4至图6中清晰可见的引导件41以可滑动的方式被导向阀装置。
轴19由位于杆11的外部远端处的液压头50控制。
杆11可以从第一位置滑动到第二位置，在第一位置中，杆11在关闭法兰16上方完全悬伸在扩散和混合汽缸4的外侧，在第二位置中，同一汽缸内的可滑动头14被展开并撞向液压汽缸3的联接器35的后壁。
第一位置和第二位置之间的偏移由固定在轴47上的各自的运动终端传感器44、46检测，该轴47从平行于汽缸4的轴线的法兰16开始向杆11悬伸。
还要注意的是，在法兰16内部获得了用于反应性树脂即多元醇的入口37，并且获得了用于气体入口即CO2的另一入口27。
如图4所示，当阀装置20A、20B在打开过程中受到控制时，将第一部分6和第二部分7分开的头14的交替滑动运动通过由浇注通道31i、36、32、39n形成的静态混合器导致包含在两个室部分6、7中的树脂的浇注。换句话说，阀装置20A、20B的打开允许在通过通道31i、36、32、39n混合包含反应性树脂和膨胀气体的混合物的同时进行浇注。
交替地移动每个活塞13、14直到相应的极限，进行树脂与气体的非常有效且紧密的混合，将混合物保持在压力下。
当头14中的阀装置20A、20B关闭时，混合和定量给料汽缸4的两个部分6和7交替地根据活塞移动的方向变成填充室和定量给料室。基本上，由于高压的作用以及由于通道31i、36、32、39n在头14中形成的流体路径上的结构构造，在汽缸4中发生反应的两种组分产生了紧密混合。
当阀部件20A、20B打开时，通过在头14中获得的通道31i、36、32、39n的入口/出口孔流体连通的室6和7。
通过在法兰35和16中获得的另外的通道，两个室6、7连接到树脂和气体***/充入***的管以及从混合头朝向混合和再循环头49的定量给料管，如图9所示。
通断阀52、53安装在连接到用于树脂和膨胀气体的***入口37和27的每个管上，这些通断阀52、53在压力下按照所需的树脂和气体比打开充入流。
现在参考图9的方案，将描述模式和液压控制汽缸3的控制阶段。
液压控制汽缸3的两个部分通过伺服阀25和26连接到液压中心55，液压中心55分配液压流体，特别是加压后的油。
设置有连接到通向液压汽缸3的上室的***开口22的液体加入/排出通路21和连接到同一液压汽缸3的下室的排出开口24的加入/排出通路23。
在液压汽缸3的加入/排出通道21上安装伺服阀25，该伺服阀25可以控制在相应室中***或排出油，从而调节***的范围和压力。类似地，设置有插在加入/排出通道23上的伺服阀26。
每个伺服阀25或26通过液压中心55供应，并且两个伺服阀由指令和控制面板30控制，该指令和控制面板30也控制充入和混合阀以及混合头49、异氰酸酯的定量给料***的启动顺序，并接收和阐述安装在***上的各种传感器和转换器的信号。
在闭合回路中控制活塞34和相关混合头14的交替滑动运动。现在参照图9的方案，指令和控制面板30指令伺服阀25和26，以通过***同一液压汽缸3的活塞的杆33中的位置变换器45根据闭合环路对它们的移动控制，以交替的方式供应控制汽缸3的室。或者，根据三种模式在闭合压力回路中进行控制：
A)在充入树脂和气体的过程中，通过安装在伺服阀末端或顶部的压力转换器，在混合和扩散汽缸4的充入过程中在压力下保持共混反应性树脂和气体两个成分；
B)在气体在树脂中的扩散循环过程中，通过安装在伺服阀的末端或顶部的压力转换器；
C)在第一压缩阶段期间，在朝向高压混合头49进行定量给料之前，通过在闭合压力回路中***在发送管48朝向混合头的连接件上的压力转换器。
需要强调的是，树脂与扩散气体的再循环也可以通过阀元件(表示为混合分配器)进行，该阀元件安装在高压混合头49中并且旨在将两种反应性树脂按照化学计量比混合之前使这两种反应性树脂再循环。这种再循环允许在缩回阀元件并通过高压引入的涡流允许它们混合之前精确地设定计量比范围。
这两个伺服阀***25、26允许用不同的指令模式来稳定控制：例如，通过借助于伺服阀25调节控制油的流入，并且简单地在与伺服阀26相关的指令室保持某个液压对比压力，可以在受控的压力下控制液压扩散汽缸3的滑动。类似地，可以通过伺服阀26在相反方向上控制控制液压汽缸3在回油范围内的滑动，并通过调节室中的油的流出对抗作用，借助于伺服阀25对其进行对比。
该操作模式对于控制和对比由于其可压缩性而扩散在树脂中的气体的弹性反应压力是特别有利的，即，即使当在压力下扩散时CO2也确定了对由活塞3控制的运动的弹性类型的反应，并且因此趋向于在闭合范围调节回路中以及当以树脂与气体的混合物或共混物的压力定量给料操作时对运动的指令***产生振荡类型的干扰。
现在参照图9的方案，将描述借助于液压汽缸3的指令和控制对树脂和气体填充以及它们在压力作用下而扩散进行控制的阶段。
在根据本发明的方法的初步阶段中，有必要预防性地树脂和气体混合物成分进行填充，并且进一步确保在充入、混合和定量给料期间在其高压下的维持。甚至工艺温度也得到了充分控制，以保持CO2处于超临界状态。
对于混合/定量给料汽缸4的室7的填充阶段，按以下顺序操作：
在混合和定量给料汽缸4的下部关闭法兰16中获得由图2中的编号37和27指示的两个开口。
第一开口37用作非混合树脂例如多元醇的入口，并装备有通断截流阀53。
用于气体入口例如压缩的CO2的第二开口27配备有通断截流阀52。
根据该方法的不同阶段，第三开口48可以用作用于混合树脂的混合物或共混物的朝向混合头49的出口。该开口48还配备有用数字56表示的截流通断阀。
在搅拌器汽缸4的法兰16的与另一个室6连通的另一侧，获得另一个开口50，该另一个开口50用于从混合头49再循环混合树脂并且通过排出阀54将要更换的树脂排出。
根据本发明的方法首先提供混合和定量给料汽缸4的室7的排空阶段。该阶段也被称为重置。
与反应性树脂(多元醇)和膨胀气体(CO2)的入口37、27相关的两个***阀53、52同时关闭；同时打开与定量给料汽缸48的第三开口48相关联的阀56以及与另一开口50相关联的排出阀54。
定量给料汽缸4的活塞在浇注时关闭并且密封，激活关闭的阀装置20A和20B，并且通过朝向下法兰16推动而被送至极限，因此通过出口50和排出阀54排出残留的混合树脂。
此时，该方法可以进行室7的填充阶段，以形成树脂气体共混物。
伺服阀25和26按照压力控制被调节，以产生与扩散设定压力(通常约100巴)相对应的活塞14的预充入力。因此，考虑到总可用体积，通过定量给料单元(按质量测量)加入获得期望的混合物所需校准树脂(多元醇)的量。这些测量由监测设备1的整个操作的指令和控制面板30处理。
在该填充阶段期间，液压控制汽缸3通过伺服阀25停止压力控制，伺服阀25使液压油的外倾部分分流，以在被填充的室7中保持约100巴的压力。CO2扩散开始时的最小压力为75-76巴，但优选达到100巴。
当预期和预定量的反应性树脂(多元醇)因此被加入时，与入口37相关联的相对***阀53关闭。
然后打开与气体加入入口27相关联的新阀52，并加入CO2，仍然施加至少100巴的压力，以保持液体条件和超临界气体条件下的类似密度条件，并且该过程继续加入气体直至获得所需混合物所需的量(以质量测量)为止。
然后关闭与用于气体***的入口27相关联的阀52，并且该过程以期望的比率对树脂和气体加入进行微小调整，直到达到混合和定量给料汽缸4的活塞的极限，仍然在控制活塞3的制动中保持至少100巴。
如果反应性树脂(多元醇)和CO2的定量给料单元以质量范围比率同步化，则可操作两种共混组分的同时充入，从而使室保持在受控压力下。
一旦阀20A和20B已经通过杆19打开，该方法通过关闭连接到混合头49和***阀53、52的阀56以及头14的交替的滑动运动来高效率地继续进行树脂和气体的扩散、混合和吸收阶段。
通过***在一个室7和另一个室6之间的通道31i中的静态混合器38浇注混合物的这种方式来扩散和混合。
阀装置20A和20B的打开以及代表树脂的气体吸收阶段都导致气相的可用体积增加并且导致两个室6和7内部的压力降低。
对于树脂和气体混合阶段，通过对移动控制活塞33的室进行压力控制来对控制汽缸3进行控制，但也通过在压力控制中使其自身与运动相反的阀施加一定的反压力(其可以从10％变化到40％)，以通过闭合的压力回路来稳定运动，其中压力回路具有来自安装在伺服阀25、26的输送通道上的压力转换器的反馈。
混合和定量给料汽缸4的活塞34交替地由液压汽缸3向前和向后移动，以使树脂中气体的扩散和混合迅速均匀化。
通过室6和室7中的压力降低来监测通入溶液中的通道，这种压力降低意味着CO2被吸收到多元醇溶液中，同时多元醇溶液中的一部分转化为二氧化碳。
当压力降低超过可设定的阈值时，控制***通过进一步的树脂和气体少量添加来恢复压力，直到室7中的压力恢复并且也增加到约240巴。
在必要但相对短暂的时间之后，为了使混合物完全通过头14的静态混合器38，停止该过程并且期待分子水平的CO2在树脂气体混合物中的可能进一步扩散或吸收。
有利的是，在分子水平上扩散的超临界CO2的溶解度减缓了CO2形成泡沫。物理CO2的排放和释放几乎不会像现有技术中那样在低/平均压力条件下扩散时以几乎瞬时和剧烈的方式发生，而是以较长的释放时间进行，该释放时间持续一至十秒作为聚合物粘度的函数。
从分子扩散释放的CO2的形成可以例如通过模具中的压力控制条件进一步调节，因此产生具有非常小的泡孔尺寸的泡沫并且免除对环境有害的膨胀剂。
在所描述的操作过程中，也可以加热共混物以使其确实处于超临界状态。
安装在共混物的入口/出口56处的安全阀提供了保证不超过汽缸4中的项目压力极限。
根据本发明的方法现在进入最后阶段，该最后阶段提供如此获得的树脂气体混合物与其它反应性树脂(例如异氰酸酯)的定量给料和混合以形成聚氨酯增强泡沫。
当共混物达到所需的吸收点(通过稳定减压来指示)，并保持在设定的温度和压力下，化学***已准备好用于混合头的定量给料。
现在将描述聚氨酯泡沫成形***的混合头49和通过由高压产生的射流引起的涡流的混合阶段。
高压混合头49使用由两种高能量射流碰撞引起的动能和涡流来紧密混合试剂树脂。
它们由以下部分组成：
圆柱形混合室，该圆柱形混合室面对两个或多个喷射器，该喷射器相对或总是在喷射点处指引其射流。
阀元件或圆柱形分配器，该阀元件或圆柱形分配器是液压指令的并设有不连通的纵向再循环腔或凹槽。
面向混合室的树脂再循环后部通道与喷射器纵向对应。
当分配器前进时，腔面对喷射器。树脂穿过喷射器，维持其上游的定量给料压力并产生高动能射流，这些射流进入腔，并且从室返回到原始容器的再循环。
在将分配器移动到撤回打开位置时，喷射器被打开并且树脂射流在喷射点进入高速碰撞，为其基本上为瞬时的混合产生必要的涡流。
所述头还可具有相对于混合室成90°的回流室，其中关闭和打开装置滑动，该关闭和打开装置在高压混合过程完成时排出反应性树脂。
现在将描述包含多元醇与扩散气体(CO2)的树脂气体共混物。
仍然参照图9的方案，现在将描述用于控制与其他反应性树脂特别是异氰酸酯的再循环和混合的液压汽缸3的指令阶段。
聚氨酯泡沫的形成过程的控制模式通过安装在回路28上的范围和压力转换器在具有范围转换器57反馈的闭环回路中提供控制回路。
混合和定量给料汽缸4的室7和室6的入口/出口都通过供应通道58和再循环通道60连接到高压混合头49的供应和再循环回路。
对于该操作模式，指令面板30提供用于使头14抵靠上部法兰35达到浇注状态的端部界限，然后密封地关闭浇注阀装置20A、20B。
因此，在安装在管线58上的关闭阀56打开之前，通过在封闭的压力环中由具有CO2压力的树脂来激活、控制增加。由于实验试验证明共混物是可压缩的，所以适当地使整个室7在施加压力控制的定量给料阶段之前升高到工作压力(例如160或180巴)。
此时，通过安装在通向混合头49的供应管线58上的转换器57将混合定量给料控制转换成具有反馈的范围控制。这样，可以打开出口阀56，并且控制活塞可以在闭环共混范围回路中被伺服阀指令通过测量质量范围并通过反馈来调节朝向混合头49的共混物来进行定量给料，在混合头49处，通过安装在这里的喷射器来调节压力。
通过伺服阀25调节准确的定量给料，伺服阀25通过以受控的方式将油***到汽缸3的上部推力室中来调节树脂范围，同时伺服阀26保持反推力压力，以在存在扩散在树脂中的气体的弹性反应时稳定活塞运动。
在第一定量给料阶段中，作为第一反应性组分的具有扩散气体的树脂通过阀元件61(称为混合分配器)朝向室6再循环，该阀元件61安装在高压混合头49中并且预定在以化学计量比混合之前使这两种试剂树脂再循环。这种再循环允许在取出阀元件61之前以化学计量比精确地设定范围，并允许由高压引起的涡流混合。***将通过喷射器设定和设定范围借助于搅拌器范围控制器达到设定压力，而混合头41的分配器61处于提前位置时提供朝向搅拌器汽缸4的上部室6的共混物再循环。
现在将描述最终的异氰酸酯定量给料阶段。
作为第二反应性组分的化学计量比的异氰酸酯定量给料也由控制面板30管理，该面板用已知的模式控制范围。异氰酸酯(反应性树脂)的定量给料通过容积泵和质量范围转换器的定量给料模块执行，并且在闭环范围内控制。
异氰酸酯定量给料模块还通过调节异氰酸酯喷射器将异氰酸酯带入设定压力，并通过异氰酸酯定量给料模块将其控制在可控范围内。
类似于多元醇，异氰酸酯通过封闭式分配器的相应空腔在前进位置朝着相应的罐再循环。
当两个定量给料都处于设定阶段时，当自清洁器已经处于打开状态(自清洁器是L形高压头的组件)，头的控制***指令开口处于分配器的撤回位置。
这样，共混物与异氰酸酯紧密混合，并且试剂混合物可以流入可以通过例如氮气或压缩空气压力调节保持在压力条件下的模具中。
反应性树脂可以释放出气体形式的CO2，当其在压力下在树脂中扩散时，不再处于先前平衡条件下。
在先前条件下扩散的超临界CO2的溶解度将减缓CO2形成为泡沫，这种排放不像当CO2在低/平均压力条件下扩散时那样几乎是瞬间和剧烈的发生，而是持续更长的释放时间，例如通过模具中的压力控制条件进行调节，由此产生具有非常小的泡孔尺寸的泡沫并且免除了对环境有害的膨胀剂。

Claims (18)

1.一种用于在反应性树脂中扩散和混合膨胀气体、例如二氧化碳的设备(1)，所述设备设置有混合室，所述混合室具有用于所述气体的供应入口(27)和用于所述树脂的供应入口(37)，其特征在于，所述混合室为扩散和容纳室，该扩散和容纳室被制成为具有预定程度的耐高压性的容器(2)，并且该扩散和容纳室被扩散和混合的汽缸-活塞组(4)的头(14)分成第一部分(6)和第二部分(7)，所述第一部分(6)和所述第二部分(7)借助于设置有静态混合器(38)的至少一个浇注通道(31，36，32，39)彼此流体连通，所述设备还设置有用于控制所述汽缸-活塞组(4)的活塞(34)的控制装置(3)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述浇注通道(31，36，32，39)被阀装置(20A，20B)截流至所述头(14)中，以使所述扩散和容纳室的第一部分(6)和第二部分(7)在压力下连通，并且所述用于气体的供应入口(27)和所述用于树脂的供应入口(37)流入所述扩散和容纳室的第二部分(7)。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述气体是维持在超临界温度和压力条件下的二氧化碳。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述容器(2)由至少所述汽缸-活塞组(4)的容纳壁形成。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述高压介于至少75-76巴到350巴之间。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述至少一个浇注通道(31，36，32，39)设置为进入所述汽缸-活塞组(4)的头(14)中并且包括至少一个圆柱形壳体(31)，其中，所述静态混合器(38)作为滤筒***所述圆柱形壳体中并且包括具有多个孔的至少一个格栅或板。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制装置为油动控制汽缸(3)，所述油动控制汽缸由依赖液压单元(55)的油动回路驱动，所述液压单元(55)由可编程控制器(30)控制；所述油动控制汽缸(3)具有带有杆(10)的活塞(33)，所述杆(10)与所述汽缸-活塞组(4)的活塞杆(34)共用一杆。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述汽缸-活塞组(4)包括通过关闭法兰(16)连接到所述头(14)并在所述缸(4)外部悬臂式延伸的活塞杆(11)。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，包括用于机械控制所述浇注通道的截流的阀装置(20A，20B)；用于控制所述阀装置(20A，20B)的控制轴(19)容纳于在所述缸(4)外部悬臂式延伸的所述活塞杆(11)的凹槽中。
10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备包括与所述油动控制汽缸(3)的活塞(33)相关联的位置传感器(45)，以向由所述可编程控制器(30)控制的所述液压单元(55)发送反馈信号。
11.一种聚氨酯泡沫的形成方法，所述方法起始于在反应性树脂中扩散膨胀气体的步骤，所述膨胀气体例如是二氧化碳，所述扩散膨胀气体的步骤具有所述膨胀气体和所述反应性树脂两种成分的至少一个初始扩散和混合阶段，以形成作为最终化学反应物的第一反应性组分的中间的树脂-气体混合物，所述方法包括随后在至少具有第二反应性组分的混合和反应装置中将所述第一反应性组分给料，以形成聚氨酯泡沫，其特征在于，所述方法提供所述两种成分在压力下在扩散和容纳室中的受控扩散和混合过程，所述扩散和容纳室通过汽缸-活塞组(4)的头(14)分成第一部分(6)和第二部分(7)，所述第一部分(6)和第二部分(7)借助于设置有静态混合器(38)的浇注通道(31，36，32，39)彼此流体连通，其中，内收、扩散和混合过程在高压下发生。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述高压介于至少75-76巴至350巴之间。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳在扩散、混合和给料期间保持在超临界温度和压力条件下。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，形成所述第一反应性组分的所述中间的树脂-气体混合物在压力下被输送到混合头(49)，以在高压下与按化学计量质量比给料的所述第二反应性组分、例如异氰酸酯混合；通过所述汽缸-活塞组(4)的所述第一部分(6)和所述第二部分(7)循环混合，以设定所述混合物的精确流量。
15.一种用于形成聚氨酯泡沫的***，其中，第一反应性组分包含中间的树脂-气体混合物，至少一种第二反应性组分包含反应性树脂、例如异氰酸酯，其特征在于，所述中间的树脂-气体混合物通过根据权利要求1所述的设备获得。
16.根据权利要求15所述的***，其特征在于，所述树脂-气体的膨胀气体是维持在超临界温度和压力条件下的二氧化碳。
17.根据权利要求15所述的***，其特征在于，形成聚氨酯泡沫的过程通过安装在回路(28)上的流量压力传感器来提供控制，所述回路(28)通过流量传感器(57)实现闭环流量反馈。
18.根据权利要求17所述的***，其特征在于，在所述第一反应性组分的第一给料阶段中，借助于安装在混合头(49)中的阀构件(61)或混合分配器，向所述汽缸-活塞组(4)的第一部分(6)提供再循环，以按化学计量比精确地设置流量。
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