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Mischkopf zur Erzeugung von Kunstharzschaum aus einem Zwei- oder
Mehrkomponentenharz Die Erfindung betrifft einen Mischkopf zur Erzeugung von Kunstharzschaum
aus einem Zwei- oder Mehrkomponentenharz, insbesondere aus Polyurethan, mit Zuführungskanälen
für die Kunstharzkomponenten und einem Austragskanal. Dieser Mischkopf gestattet
es, auch Komponenten, die mit sehr hoher Geschwindigkeit miteinander reagieren,
reproduzierbar gleiohmäßig und vollkommen zu vermischen. Dieses Mischen kann kon-Tinuierlich
oder diskontinuierlich vorgenommen werden. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Bei der Herstellung von derartigen Kunststoffen, insbesondere solchen
aus Komponenten mit sehr hohen Reaktionsgescbwindigkeiten, wie z.B. aus Polyclenund
Isocyanaten, treten allgemein Schwierigkeiten bei Vermischen der Komponenten auf,
die einesteils duroh die oft verschiedenen Viskositäten der eintolnen Komponenten
bedingt sind, anderenteils aber überwiegend in den kurson Reaktionszeiten der Komponenten
liegen. Dadurch werden nänrlioh sehr kurze Verweilzeiten in den Misoheinriohtuen
notwendig, in denen aber trotzdem eine sowohl über die Zeit, als suoh über die Zusammensetzung
vollkommen gleichmä#ige, vollständige und reproduzierbare Durchmischung erfolgen
mu#.
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Zur Lösung dieser Probleme sind bereits eine Reihe von Verfahren und
Vorrichtungen beschrieben worden, die sich im wesentlichen in zwei große Gruppen
einteilen lassen: jene Verfahren, bei denen die Durchmischung durch eine mechanische
RUhrung in Mischkammern mit Rührern oder mit Preßluft angestrebt wird und Jene,
die die hohe kinetische Energie der Komponenten, die ihnen vorzugsweise durch Hochdruckverdüsung
in Mischkammern mit Entspannungg und Umlenkeinbauten erteilt wird, ausnützen.
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Zu den Verfahren der ersten Gruppe ist z. 3. Jenes zu zählen, bei
dem der Zulauf der einen dünnflüssigen Kom Komponente durch den Rtihrer selbst erfolgt
und diese durch düsenförmige Öffnungen an der Rückseite der Propellerflügel in der
zweiten, dickflüssigen Komponente verteilt wird. Es ist ferner eine Mischkammer
mit Rührer bekannt, bei der das freie Mischkammervolumen kleiner als 40 % des Gesamtvolumens
ist, wodurch eine hohe Durchflußgeschwindigkeit erzielt werden soll. Es wurde auch
bereits ein Mischkopf vorgeschlagen, bei dem durch die Lage der einzelnen Eintrittsöffnungen
für die Komponenten deren Verweilzeit in der Mischkammer vorgegeben wird. Diese
soll für die zuletzt zugegebene Komponente nioht länger als 10 Sekunden sein. Auch
eine Mischkammer mit Rührer wurde sohon beschrieben, die ein Arbeiten unter Druck
gestattet und somit die Verwendung von gasförmigen oder flüssigen Treibmitteln mit
niedrigem Siedepunkt ermöglicht. Die Rührung mit -Xt nem Luftstrom in einer speziellen
Mischkammer ist ebenfall bekannt. Diese und ähnliche Mischkammern haben aber infolge
ihrer Größe den- Nachteil des unkontrollierten Naohtropfen und. müssen überdies
nach Jedem Mischvorgang mit beträchtlichen Mengen an Lösungsmitteln gewaschen werden.
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Wesentlich kleiner und vor allem ohne Lager, Stopfbüohoen und ähnliche
Bauelemente, die immer die Gefahr der Verschmutzung durch Reaktionsprodukte mit
sich bringen, sind
jie Hischkammern der zweiten Verfahrensgruppe,
So wird z.B. ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, wobei eine Vermischung
der einzelnen Komponenten durch Gegenstrominjektion der Komponenten oder durch Injektion
mindestens einer Komponente in den laufenden Strom einer Hauptkomponente erfolgt
und dann in einer Nebenkammer nachgemisoht wird, und wobei zwischen Vormischung
und Naclitaischung eine plötzliche Entspannung des Gemisches vorgenommen wird. Hierbei
soll durch die Entspannung jene Turbulenz auftreten, die eine wesentliche Verbesserung
der Komponentenmischung bedingt.
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Auch diese Verfahren und Vorrichtungen weisen Dachteile auf.
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So ist die Unterteilung der Vermischung in eine Vor- und Nachmischung
mit dazwischenliegender Entspannung des Gemisches ziemlich umständlich. Dies bedingt
auch eine komplizierte Apparatur mit verschiedenen Kammern und Entspannungszonen,
die infolge von Kanten, Ecken und Kanälen leicht zur Verschmutzung und Verstopfung
neigt. Wegen der komplizierten Formgebung ist auch die Reinigung einer solchen Vorrichtung
sehr umständlich und mühsam.
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Alle diese Nachteile werden durch die Heranziehung des erfindungsgemä#en
Mischkopfes vermieden, bei welchem die Zuführungskanäle unmittelbar in den Aastragskanal
münden, dessen lichte Weite von der Einmündung der Zuführungskanäle in Richtung
zu seiner Mündung zumindest auf einem Teil seiner Länge zunimmt, im übrigen aber
annähernd gleich bleibt. Es ist von Vorteil, wenn außerdem Leitungen für Spülmittel
undZoder Preßluft vorgesehen sind1 die über ein gemeinsames Ventil in die Zuführungskanäle,
bzw. in den Austragskanal münden.
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Die Verweilzeit des Gemisches in den Zuführungskanälen beträgt dabei
vorzugsweise 0,03 bis 0,003 Sekunden, im- Austragskanal
0,2 bis
0,02 Sekunden. Dabei wird eine vollständige, gleichmäßige und reproduzierbare Durchmischung
der Komponenten bei deren Eindüsung in die Zuführungskanäle erzielt, während im
Austragskanal bei der Entspannung des Gemisches die bei der Eindüsung der Komponenten
auftretende Turbulenz abgebaut und in eine laminare, verlangsamte Strömung übergeführt
wird. Das aus dem Mischkopf ausfließende Komponentengemisch muß nämlich in ruhigem
Strahl austreten, da sonst Luft mitgerissen und eingeschlagen wird, die zu unbrauchbaren
Inhomogenitäten im fertigen Kunststoff, insbesondere auch in Kunststoffschäumen
führt.
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Gleichzeitig kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung das zur Vermischung
notwendige Volumen und damit die Verweilzeit äußerst klein gehalten werden, wodurch
es möglich wird, auch Komponenten mit sehr hohen Reaktionsgeschwindigkeiten zu verarbeiten.
D*e mit Reaktionsbeginn auftretende Viskositätserhöhung tritt dann mit Sicherheit
erst außerhalb des erfindungsgemäßen Mischkopfes ein. Überdies arbeitet der erfindungsgemäße
Mischkopf durch sein minimales Mischvolumen, vorzugsweise maximal 3,5 cm3, praktisch
verlustfrei und-ist darüberhinaus infolge des Fehlens von Kanten, Ecken, Kanälen
und toten Räumen durch einfaches kurzes, sto#weises Ausblasen mit Luft zu reinigen.
Dieser Vorteil ist vor allem entscheidend beim dosierenden Mischen zur Flillung
des Gemisches in Sormen, bei dem insbesondere für kleine normteile eine ganz exakte
Dosierung in kleinsten Mengen verlustfrei notwendig und außerdem ein Auswaschen
der Wischeinrichtung nach den einzelnen Mischvorgängen im Sinne des kontinuierlich
und rasch ablaufenden Arbeitsflusses nicht tragbar ist.
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@ Die Eindüsung der Komponenten in die Zuführungskanäle wird vorzugsweise
über selbsttätig schließende Düsen oder Ventile vorgenommen. Die Dosierung erfolgt
über in ihrer PUrderleistung enteprechend aufeinander abstimmbare Zahnrad-,
Drehschieber-
oder Kolbenpumpen, wobei die Dosierungszeit über ein Zeitrelais gesteuert werden
kann.
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Eine beispielsweise Ausführung des erfindungsgemäßen Mischkopfee ist
in der Zeichnung dargestellt. Im Mischkopf I befinden sich die Düsen 2, die in die
Zuführungekanäle 4 münden, die wiederum unmittelbar in den Aus trags kanal 5 münden.
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Der Innendurchmesser des Austragskanals 5 vergrößert sich auf einem
Teil seiner Länge allmählioh, bleibt im übrigen aber dann bis zu seiner Mündung
8 konstant. Werner sind im Mischkopf I Zuführungen für Preßluft 3 und Spülmittel
6 vorgesehen.
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Die Zuführungen münden über ein gemeinsames Ventil 7 in die Zuführungskanäle
4, bzw. in den Austragskanal 5.
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Bei Betrieb des Mischkopfes werden die beiden Komponenten des Kunststoffes
von 2 Stahlbehältern über Druckpumpen durch Stahlrohrleitungen zu den Düsen, die
im Mischkopf eingeschraubt sind, geführt. Es ist dabei äu@erst wesentlich, daß der
Öffnungsdruck der Düsen einstellbar ist, um ein gleichzeitiges Öffnen derselben
zu erreichen. Die beiden Düsen schließen vorzugsweise einen Winkel zwischen 90 und
1800 ein, um die Komponenten turbulent in die Zuführungskanäle einzuführen, was
sich für eine gute Durchmischung als notwendig erwiesen hat. Die dabei durch den
äußerst kleinen Querschnitt der Zuführungskanäle entstehenden hohen Geschwindigkeiten
müssen herabgesetzt werden, da sonst beim Austritt des Kunststoffes aus dem austragskanal
sowie beim Aufprall desselben im Formkörper Luft eingeschlossen wird.
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Es ist daher erfindungsgemä3 notwendig, die Turbulenz durch Vergrößerung
des Querschnittes des Austragekanale, wenigstens auf einem Teil seiner Länge, in
eine langsamere, laminare Strömung überzuführen.
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Es ist bekannt, daß nach jedem Arbeitsvorgang, d.h. naoh Jedem Abschalten
der Masohine, das länger dauert als es
der Steigzeit des Reaktionsgemisches
entspricht, die Kanäle gereinigt werden müssen. Zwischen zwei Arbeitsgängen erfolgt
die Reinigung des erfindungsgemä#en Mischkopfes einfaoh mittels Durchblasen von
Luft. Durch Heben des Ventile 7 wird die Luftzuführungsöffnung frei, und Preßluft
bläst das komplette Kanalsystem durch. Wird der Mischkopf für längere Zeit außer
Betrieb genommen, so ist es empfehlenswert, die Kanäle mit einem Spülmittel, das
durch die Spülmittel-Öffnung eintritt, durchzusptlen, was eine nochmalige Reinigung
bewirkt. Dadurch kann der Mischkopf jederzeit wieder in Betrieb genommen werden.
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Patentansprüche -