DE19702434C2 - Hochdruckmischkopf - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochdruckmischkopf zur Vermischung von mindestens zwei reaktionsfähigen Kunststoff-Komponenten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekannt sind Mischköpfe für Zweikomponenten-Kunststoffe, bei denen die Kompo­ nenten durch gegenüberliegende Einspritzdüsen unter hohem Druck in eine zylindri­ sche Mischkammer eingedüst werden, die Mischung aus der Mischkammer in eine im rechten Winkel zur Mischkammer angeordnete Beruhigungskammer überführt wird und anschließend z. B. freifließend in offene Formen eingefüllt wird (siehe DE 29 07 938 A1). Dabei sind sowohl in der Mischkammer als auch in der Beruhigungs­ kammer axial verschiebbare Reinigungs- und Auswurfkolben vorgesehen, die nach Beendigung der Füllung einer Form, d. h. bei Schussende, axial verschoben werden, so dass sie die jeweiligen Kammern ausfüllen. Der Mischkammer-Reinigungskolben weist dabei gegenüberliegende Längsnuten auf, die bei die Mischkammer ver­ schließender Kolbenstellung die Einspritzdüsen überdecken und eine Verbindung zu Rückführleitungen für die Komponenten herstellen.

In der Beruhigungskammer soll ein Abbau der in der Mischung herrschenden Turbu­ lenz erfolgen, so dass der Austritt der Mischung aus der Beruhigungskammer laminar erfolgt.

Gemäß DE 23 27 269 A kann der Querschnitt der Beruhigungskammer eines der­ artigen Mischkopfes rechteckig, dreieckig oder als Kreisabschnitt ausgebildet sein, wobei ein Seitenverhältnis der Querschnittsfläche von ca. 1 : 2 offenbart wird.

Es hat sich nun gezeigt, dass insbesondere bei Mischköpfen für größere Durchsätze der Zweikomponentenmischung, bei denen der Durchmesser der Beruhigungs­ kammer entsprechend groß ausgelegt ist, nur ein unzureichender Turbulenzabbau stattfindet, so dass der auslaufende Strom der Mischung zur Auffächerung neigt. Zur Vermeidung eines aufgefächerten Auslaufstromes muß die Beruhigungskammer in axialer Richtung überproportional verlängert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hochdruck­ mischkopf mit verbesserter Beruhigung des austretenden Stromes zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen Hochdruckmischkopf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, die Auslaufkammer mit einem im wesent­ lichen rechteckigen Querschnitt zu versehen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Hochdruckmischkopf zum Vermischen von mindestens zwei reaktionsfähigen Kunststoff-Komponenten, insbesondere den Komponenten einer Polyurethan-Reaktivmischung, wobei der Mischkopf eine Mischkammer mit Dosierkolben enthält, in die zwei gegenüberliegend angeordnete Einspritzdüsen für die Komponenten münden, und die Mischkammer in eine im wesentlichen rechteckig zur Achse der Mischkammer sich erstreckende Beruhi­ gungskammer mit Reinigungsschieber mündet, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Beruhigungskammer und der Reinigungsschieber einen im wesentlichen recht­ eckigen Querschnitt mit einem Seitenverhältnis von 10 bis 100 aufweisen.

Die Komponentenmischung tritt also aus dem Mischkopf in Form eines Vorhanges mit einer 10- bis 100-mal größeren Breite als Dicke aus.

Vorzugsweise sollen die Beruhigungskammer und der Reinigungsschieber einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit einem Seitenverhältnis von 15 bis 80, ins­ besondere bevorzugt von 25 bis 60, aufweisen.

Die Beruhigungskammer wird also durch zwei parallele Begrenzungsflächen mit geringem Abstand gebildet, wobei der Abstand etwa 1 bis 10 mm betragen kann. Aufgrund des geringen Abstandes der Begrenzungsflächen findet ein schneller und effektiver Turbulenzabbau in der strömenden Komponentenmischung statt.

Die Mischkammer mündet vorzugsweise senkrecht mittig durch eine der großen Begrenzungsflächen der Beruhigungskammer. Die große Querabmessung der Beru­ higungskammer kann das 2- bis 8-fache, insbesondere bevorzugt mindestens das 3- fache, des Durchmessers der Mischkammer betragen.

Der erfindungsgemäße Hochdruckmischkopf gewährleistet nicht nur eine hervor­ ragende Beruhigung der Komponentenmischung, sondern erlaubt darüber hinaus eine Steuerung des Gemischmengenstroms in weiten Bereichen. So kann die Aus­ trittsgeschwindigkeit einer Polyurethan-Reaktivmischung aus der Beruhigungskammer z. B. ohne Nachteil im Bereich zwischen 0,25 bis 5 m/sec variiert werden, im Falle besonders hoher Gemischviskositäten sogar bis 10 m/sec.

Ferner ist mit der Bereitstellung des Gemischstromes in Form eines breiten Vor­ hanges eine gleichmäßige Einfüllung in offene Formen ohne das Risiko von Gasein­ schlüssen möglich. Hierzu wird der Mischkopf über der Form changierend hin- und herbewegt.

Insbesondere bevorzugt kann der erfindungsgemäße Hochdruckmischkopf zur Her­ stellung von mit Feststoffen gefüllten Zweikomponenten-Kunststoffen eingesetzt wer­ den. Dabei werden Feststoffe seitlich gegen den nach dem Austritt aus der Beruhi­ gungskammer frei fließenden Vorhang der Komponentenmischung geschleudert.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß auch ein Verfahren zur Herstellung von mit Feststoffen gefüllten Zweikomponenten-Kunststoffen, wobei die Komponenten in einem Hochdruckmischkopf mit angeschlossener Beruhigungskammer vermischt wer­ den, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Beruhigungskammer einen im wesent­ lichen rechteckigen Querschnitt mit einem Seitenverhältnis von 10 bis 100 aufweist, so dass die Mischung in Form eines frei fließenden Vorhanges aus der Beruhigungs­ kammer austritt und die Feststoffe gegen den Vorhang geschleudert werden.

Eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung dieses bevorzugten Verfahrens zur Herstellung gefüllter Zweikomponenten-Kunststoffe weist neben dem Mischkopf unterhalb der Auslassöffnung der Beruhigungskammer eine Vorrichtung zur gerichte­ ten Zufuhr von Feststoffen auf.

Als Feststoffe können als Verstärkungs- oder Flammschutzmittel bekannte Feststoffe in Pulver-, Granulat-, Flocken- oder Faserform eingesetzt werden; insbesondere solche, die eine Ausdehnung in mindestens einer Dimension von mindestens 0,2 mm aufweisen, vorzugsweise mindestens 0,5 mm.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind insbe­ sondere für Feststoffe geeignet, deren Einarbeitung nach anderen Verfahren auf­ grund ihrer mechanischen Empfindlichkeit Schwierigkeiten bereitet. Z. B. gelingt es erfindungsgemäß, Blähgraphit als Flammschutzmittel in Polyurethane einzuarbeiten.

Als Blähgraphit kommen beispielsweise bekannte Einlagerungsverbindungen von SO_x, NO_x, Halogen und/oder starken Säuren in Graphit in Frage. Diese werden auch als Graphitsalze bezeichnet. Bevorzugt sind Blähgraphite, die bei Temperaturen von beispielsweise 120 bis 350°C unter Aufblähen SO₂, SO₃, NO und/oder NO₂ abgeben.

Der Blähgraphit kann beispielsweise in Form von Plättchen mit einem maximalen Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 5 mm vorliegen. Vorzugsweise liegt dieser Durchmesser im Bereich 0,5 bis 3 mm. Für die vorliegende Erfindung geeignete Blähgraphite sind im Handel erhältlich.

Bezogen auf das anwendungsfertige Brandschutzelement können beispielsweise 1 bis 50 Gew.-% Blähgraphit darin enthalten sein. Vorzugsweise liegt dieser Blähgraphit-Gehalt bei 2 bis 30 Gew.-%, insbesondere bei 2 bis 20 Gew.-%. Die Wirkung des Blähgraphits als Flammschutzmittel ist an die Größe der Graphit­ teilchen gebunden. Während des Einarbeitungsprozesses in ein Bindemittel zer­ mahlene Blähgraphit-Teilchen tragen nur noch sehr eingeschränkt zur Flamm­ festausrüstung bei. Übliche Verfahren zur Einarbeitung von Füllstoffen in Poly­ urethan-Reaktivmischungen führen zu einer erheblichen Teilchengrößen-Verkleine­ rung, die der Flammfestausrüstung abträglich ist.

Die Feststoffteilchen werden dem Flüssigkeitsvorhang durch ein geeignetes Transportorgan zugeführt, in dem den Partikeln die notwendige kinetische Energie verliehen wird. Dabei kann zur Unterstützung ein Transportgas, vorzugsweise Luft, eingesetzt werden.

Die Erfindung ist ferner hervorragend für die Herstellung faserverstärkter Poly­ urethane geeignet, insbesondere wenn die Fasern eine mit anderen Einarbeitungs­ verfahren nicht mehr beherrschbare Länge aufweisen.

Als Verstärkungsfasern können natürliche oder synthetische organische oder anor­ ganische Fasern eingesetzt werden, wobei die Erfindung insbesondere für Faser­ längen von 3 bis 300 mm geeignet ist.

Besonders bevorzugt werden Glasfasern eingesetzt.

Dabei werden die Glasfasern vorzugsweise als Glasfaserstrang zugeführt, mittels Transport- und Schneidwalzen gefördert, geschnitten und gegen die frei fließende Zweikomponentenmischung geschleudert. Die Glasfasern können eine Länge von beispielsweise 10 bis 100 mm aufweisen.

Vorzugsweise werden die Feststoffe in einem Winkel von 40 bis 90°, insbesondere bevorzugt 40 bis 60°, gegen den Komponentengemisch-Vorhang geschleudert.

Der erfindungsgemäße Mischkopf kann zur Einfüllung der Polyurethan-Reaktiv­ mischung in geöffnete Formen, gegebenenfalls gemeinsam mit Feststoffen, einge­ setzt werden. Ferner ist der Mischkopf zur kontinuierlichen Herstellung von offen­ porigem oder geschlossenporigem Blockschaum geeignet, wobei der Vorhang der Reaktivmischung auf das untere Transportband der kontinuierlichen Form einer Blockschaumanlage aufgebracht wird. Vorzugsweise wird der Mischkopf dabei so über dem Transportband angeordnet, daß der Vorhang in Richtung der Bewegung des Transportbandes zeigt, wobei der Mischkopf quer zum Transportband hin- und herbewegt wird.

Erfindungsgemäß können ferner Kombinationen von Feststoffen eingesetzt werden, indem der Vorhang der Reaktivmischung z. B. von der einen Seite mit Glasfasern und von der anderen Seite mit Blähgraphit beaufschlagt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hochdruckmisch­ kopf

Fig. 2 zeigt einen Schnitt A-A durch den Mischkopf gemäß Fig. 1

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung glasfaserver­ stärkter Polyurethan-Formteile

Fig. 4 zeigt einen Schnitt B-B durch die Darstellung gemäß Fig. 3

Fig. 5 zeigt eine weitere Vorrichtung zur Herstellung glasfaserverstärkter Mehr­ komponenten-Kunststoffe

Fig. 6 zeigt eine weitere Vorrichtung zur Herstellung füllstoffhaltiger Mehr­ komponenten-Kunststoffe

Fig. 1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Hochdruckmischkopf 1 mit einer zylindrischen Mischkammer 2, in die zwei gegenüberliegende Einspritzdüsen 3 für die beiden Gemischkomponenten, im Falle von Polyurethan die Komponenten Isocyanat und Polyol, münden. In der Achse der Mischkammer ist der Dosierkolben 4 hydraulisch verschiebbar angeordnet. Der Mischkolben 4 weist zwei gegenüberliegende Nuten 5 auf, die in Verschlußstellung jeweils eine Einspritzdüse 3 mit der jeweiligen nicht dargestellten Rückführleitung verbinden. Der Mischkopf weist quer zur Mischkammer 2 eine Beruhigungskammer 6 mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt auf, so daß das Komponentengemisch in Form eines Vorhangs 8 aus dem Mischkopf austritt. Ferner ist ein hydraulisch in Richtung auf den Beruhigungskammerauslaß verschiebbarer Reinigungsschieber 7 vorgesehen, der in Betriebsstellung den Mischkammerauslaß zur Beruhigungs­ kammer 6 freigibt und teilweise drosselnd abdeckt (9).

Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Hochdruckmischkopf 1, aus dem die Komponentenmischung 8 austritt. Gegen den Vorhang 8 werden Glasfasern 15 geschleudert, die durch Zuführung eines oder mehrerer Glasfaserstränge 11 zwischen eine Transportwalze 12 und eine Schneidwalze 13, auf deren Mantel­ fläche achsenparallel mindestens ein Schneidmesser 14 befestigt ist, gefördert und geschnitten werden. Die Oberflächen-Geschwindigkeit der Transportwalze 12 und der Schneidwalze 13 kann zwischen 1 und 50 m/sec, vorzugsweise 3 bis 10 m/sec, betragen. Die Glasfaser-Schleudervorrichtung 10 ist in den Richtungen X, Y und um den Winkel α justierbar mit dem Hochdruckmischkopf 1 verbunden. Die Glasfasern 15 werden aufgrund der ihnen durch die Transportwalze 12 und die Schneidwalze 13 vermittelten Geschwindigkeit in den Vorhang 8 hineingeschossen und von der Komponentenmischung benetzt. Das Gemisch aus Komponenten­ mischung und Glasfasern wird in die offene Formhälfte 20 eingebracht, wobei der Hochdruckmischkopf horizontal über die Form 20 bewegt wird. Nach Füllung der Form wird die Mischkammer 2 durch den Dosierkolben 5 verschlossen und die restliche Komponentenmischung mittels Reinigungsschieber 7 aus der Beruhigungs­ kammer 6 ausgestoßen. Anschließend wird die untere Formhälfte 20 durch eine nicht dargestellte obere Formhälfte mittels einer geeigneten Schließvorrichtung geschlossen und die Komponentenmischung ausgehärtet.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt B-B durch die Darstellung gemäß Fig. 3.

Fig. 5 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der der Gemischvorhang 8 von beiden Seiten mit Glasfasern 15 beaufschlagt wird.

Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung analog Fig. 5, wobei Feststoffpartikel 25, bei­ spielsweise Blähgraphit, mittels Schleuderrädern 20a und 20b gegen den Flüssig­ keitsvorhang 8 geschleudert werden. Die Schleuderräder können eine Umfangs­ geschwindigkeit von 1 bis 50 m/s aufweisen.

Claims (6)

1. Hochdruckmischkopf zum Vermischen von mindestens zwei reaktionsfähigen Kunststoff-Komponenten, enthaltend eine Mischkammer (2), in die zwei gegenüberliegend angeordnete Einspritzdüsen (3) für die Komponenten münden, einen in der Mischkammer verschiebbaren Dosierkolben (4) und eine im wesentlichen rechtwinklig zur Achse der Mischkammer (2) sich erstreckende Beruhigungskammer (6) mit Reinigungsschieber (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Beruhigungs- und Auslaufkammer (6) und der Reini­ gungsschieber (7) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit einem Seitenverhältnis von 10 bis 100 aufweisen.

2. Hochdruckmischkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessung der Beruhigungskammer (6) quer zur Achse der Mischkammer (2) 2- bis 8-mal größer ist als der Durchmesser der Mischkammer (2).

3. Verfahren zur Herstellung feststoffgefüllter Zweikomponenten-Kunststoffe unter Verwendung eines Hochdruckmischkopfes nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Komponenten in dem Hochdruckmischkopf vermischt und die Kom­ ponentenmischung nach einer im wesentlichen rechtwinkligen Strömungs­ umlenkung in der Beruhigungskammer beruhigt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Komponentenmischung in der Beruhigungskammer (6) mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit einem Seitenverhältnis von 10 bis 100 geführt wird und dass die Feststoffteilchen frei fließend mit der Komponentenmischung, nachdem diese aus der Beruhigungskammer (6) aus­ getreten ist, in Kontakt gebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Feststoffteil­ chen Glasfasern eingesetzt werden, die als Glasfaserstrang zugeführt werden und mittels Transport- und Schneidwalzen, die eine Umfangsgeschwindigkeit von 1 bis 50 m/s aufweisen, gefördert, geschnitten und gegen die frei fließende Komponentenmischung geschleudert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Feststoff­ partikel Blähgraphit eingesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die frei fließende Kunststoffmischung beidseitig mit Feststoffpartikeln in Kon­ takt gebracht wird.