帶有指向混合室的波發射器的混合頭的製作方法

2024-03-28 18:40:05 1

帶有指向混合室的波發射器的混合頭的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種系統(1)，其包括用於混合用於製造塑料件的至少兩種成分(K1、K2)的混合頭(2)，該混合頭具有：用於各引入至少一種成分(K1、K2)的各至少一個入口(3)，至少一個出口(4)，其能與模具(6)的腔(5)連接，混合室(7)，入口(3)通到該混合室中，關且該混合室與所述至少一個出口(4)連接，和排出設備(8)，用於將由至少兩種成分(K1、K2)組成的混合物(M)從混合室(7)排出到所述至少一個出口(4)中；該系統還包括波發生器(9)，該波發生器具有至少一個波發射器(10)，所述波發射器如此設置，使得能夠將波(W)發射到混合室(7)中。
【專利說明】帶有指向混合室的波發射器的混合頭

【技術領域】
[0001]本發明涉及混合用於製造一種塑料的兩種成分的問題。

【背景技術】
[0002]該問題例如從汽車的大批生產中已知。在這種情況下周期時間的在經濟上有意義的進一步減小越來越多地碰到技術上的極限，這是因為快速的從發布到製造系統(RTM-System)具有非常窄的溫度-過程窗口，並且因為短的生產靜止狀態以高度反應性物系(System)或者成分在輸送軟管並且在混合頭中就已經能夠引起材料的過早反應，由此導致生產中斷和花費大的清潔工作。反應性物系典型地也從液態的已調溫的單個成分出發被加工，這由於較長的停留時間而在儲備容器中伴隨有較高的熱應力和緩慢的材料分解。
[0003]反之，如果至少兩種成分沒有充分混合，則導致不完全的聚合，其中殘留不希望的單體和/或齊聚物。
[0004]為了改進徹底混合，已知有靜止型混合器(例如參見DE 198 08 620 Cl或WO2005/053826A2)。如果在靜止型混合器中發生不希望的過早的聚合，則必須清除或以大的費用清潔該混合器、例如通過使用洗滌介質來洗滌。
[0005]已知的是:通過升高溫度來加速製造由至少兩種成分構成的塑料。問題是，在不發生聚合的情況下溫度不能任意升高，該聚合在成型機的模具的腔中才是希望的。
[0006]例如使用熱交換器來實現流動橫截面上的更好的溫度均勻性，但是這裡也可能過早地反應，這是因為熱交換器中的溫度承受一定的慣性並且停留時間分布較寬。由此同樣會導致反應性物系在混合裝置的區域中的過早反應。結果是，這些元件要麼會被堵塞和/或必須花費大地清潔。
[0007]但是通常為了提高溫度還已知的是:使用波作為能量載體。
[0008]EP I 582 092 BI示出對此的第一個例子，根據其對熔液進行加熱。在此通過引入高頻的電磁波來感應地對內核進行加熱或藉助電阻加熱裝置來對內核進行加熱，通過該內核來調節熔液的溫度。對在聚合前由多種成分通過混合來製造塑料的情況下的應用未作說明。該方法不能轉用到混合頭情況下的應用，這是因為會出現熱的壁，它們在直接相鄰的區域中會導致過早的聚合。換句話說，傳輸到該介質中的決定性的熱傳輸機制基於熱傳導。由此導致接近發射器的層與遠離發射器的層之間的極大的溫差。另外在通常存在的附壁的物系中，邊緣區域中的流動速度較低並且由此停留時間較長。向熱塑性的和熱固性的反應性物系中引入熱的這種應用會導致在接近發射器的層中的聚合或者交聯並且與此關聯地導致流動橫截面的增長。
[0009]第二個例子從EP 2 062 930 Al得知。其中描述了一種用於製造注射成型件的方法，其中向一個模具的腔內引入高頻的電磁波、例如微波。另外發射器會通過輻射在金屬的表面上的反射而被毀壞。適合金屬的備選方案(DE 103 29 411 B4)帶來強的幾何限制並且需要高的場均勻性。
[0010]一種類似的設備從EP I 925 421 BI得知，根據它，圍繞模具卷繞有感應線圈。對於反應性物系而言雖然產生加速反應時間的優點，但是具有缺點:局部的能量輸入導致最終產品中不同的形態狀態和反應轉化。反應成分的重要因素「混合/均勻化」在模具中只能得到局部改善。另外該系統是著眼於模具的而不是著眼於設施的，由此每一種成型件幾何結構需要專門的設計，這因此導致成本提高。
[0011]同樣的缺點也適用另一類似的文獻(DE 101 53 706 Al)，根據它示出一種方法和一種設備，用於在成型過程期間向注射成型模具的腔中饋入超聲波。這裡首先涉及焊縫的問題。
[0012]EP O 904 923 Al和WO 2004/24415 Al是這樣的公開文獻，它們雖然分別示出一種波發射器，但是所述方法不涉及塑料成分的混合併且確實完全不涉及反應性原始成分的混合。因此也沒有描述混合室。這些公開文獻因此僅示出對于波發射器題材的一般現有技術。


【發明內容】

[0013]本發明的目的是:通過向混合物中引入波使得能夠與不同腔的尺寸確定無關地實現混合物的儘可能全面的均勻化和/或加熱。此外應儘可能地縮短周期時間。
[0014]該目的通過具有權利要求1的特徵的系統和具有權利要求13的特徵的方法得以實現。
[0015]混合頭的混合室提供相對集中的容積，該容積也可以用一個唯一的波發射器沒有大問題地在整個容積上完全照射。這樣確保通過波的引入來完成對位於混合室內的混合物的全面的均勻化和/或加熱。一個特別的優點在於:混合頭的混合室始終具有相同的幾何結構，而與設置在模具內的腔如何構造無關。
[0016]與一種已知的照射腔內混合物的方法相比，通過波將能量更均勻地引入到混合物中，這是因為它們在腔內通常不存在濃度差。如果想要以與本發明中的混合室同樣的方式來均勻地照射一個腔，那麼必須放入大量波發射器，它們分散地設置在腔上。顯然這樣的解決方案成本非常高。此外試圖在腔內進行加熱顯示這樣的缺點:澆口比腔內的材料硬化得晚，由此必須在之後進行脫模，這導致周期時間的不希望的延長。與此相反，通過本發明減小注射到模內的反應性物質與模具溫度之間的溫差。
[0017]本發明的有利的實施方式在從屬權利要求中限定。
[0018]因此，根據第一優選的實施例規定:波發生器構造為用於發射電磁波或聲波。在這種情況下，所述電磁波特別可以是微波、雷射射線、通過感應產生的波、紅外波或紫外波。作為聲波優選使用超聲波。超聲波具有這樣的優點:它除了輸入熱量外還在混合物內產生空穴，這些空穴在破裂的情況下產生非常高的混合速度。由此產生的一種正面的副作用是使反應組分接觸並且反應速度比通過純熱激勵更高。另外在熱塑性反應性物系的情況下，這對剩餘單體成分和鏈長起正面的作用。超聲波的頻率範圍特別優選在I與10kHz之間。
[0019]優選作為用於製造塑料或者塑料件的成分使用熱塑性、熱固性或者彈性體的反應性原始成分或者可聚合的原始產品。具體而言，這些原始成分或者原始產品是單體或齊聚物(預聚體)。它們可以與相應的添加劑混合。所產生的塑料的例子是PA6、PA 12、cPBT、環氧樹脂、聚氨酯或矽樹脂。需混合的原始成分(原始產品)在製造聚氨酯的情況下一方面是多羥基化合物並且另一方面是聚亞安酯。用於其它列舉的塑料的原始成分對於塑料專業人員而言是完全熟悉的。所述原始成分也可以包含輻射敏感的成分。使用這些化學反應性的或者進行反應的原始產品在混合物中進行化學反應，其導致硬化。在這種情況下進行聚合，在該聚合中產生2D鏈。為了基於化學反應來製造3D晶格(Netzwerk)實施交聯或者交聯反應的概念。此外相應的化學反應不僅根據產生的產品、而且也根據機制來分類:人們在這裡區分聚合、縮聚和加聚。因此優選規定:通過混合至少兩種原始成分(單體和齊聚物，必要時具有相應的添加劑)這些原始成分以化學方式互相在硬化的情況下反應，其中以該反應為基礎的機制是聚合、縮聚或加聚。
[0020]由於在反應性注射成型的情況下比傳統的雙組分注射成型的情況下高一些數量級的粘性，基於徹底混合的機制也不同:高粘性的聚合物熔液僅涉及層狀的流動和混合現象。與在混合傳統的聚合物熔液的情況下不同，在反應性工藝中，徹底混合另外不僅用於將需引入的物質純均勻化，更確切地說，對觸發硬化反應而言是必要的，使得相應的分子或者分子鏈結合，以便能夠實現反應。這個過程通過發射的波支持並且通過接著的化學反應在一定程度上是不可逆的。也就是說與在混合聚合物熔液的情況下不同，不再發生離解。
[0021]優選所生成的塑料件還具有(長絲)纖維強化劑或其它功能性添加劑。通過在材料準備和混合反應性成分後在向用纖維或者長絲纖維填充的腔內引入/注入反應性物系期間進行加熱，同時使得在填充纖維加強的腔時的粘性減小，這導致更好的滲入和纖維交聯。此外通過用於交聯/聚合的較高的起始溫度來減小周期時間。
[0022]原則上重要的是從波發射器發射的波到達混合室內。在這種情況下波發生器或波發射器本身位於何處是不重要的。但是對於結構簡單的構造優選規定:波發生器和/或波發射器集成到混合頭中。為了在這種情況下經過短的行程距離將波瞄準目標地發射到混合室中，特別優選地規定:至少一個波發射器整合在排出設備中。當排出設備構造為推桿時，波發射器優選設置在推桿中或上。但是備選地也可以規定:至少一個波發射器設置在混合頭的壁中。對此備選地也可以規定:至少一個波發射器和/或波發生器集成在模具中。原則上波發射器或者波發生器的這些在這裡作為備選方案提到的安置地點也可以並行地存在於一個唯一的系統中。
[0023]另外原則上可能的是:混合室集成到模具中或者構造在模具上。換句話說，混合室集成在工具入口區域中，並且聚合的/交聯的反應性物系(混合物)如輔助腔那樣被脫模。儘管如此混合室在這種實施變型中也與所生產的塑料件在其內硬化的真正的模具腔(主腔)分開構造並且具有一個出口，該出口與模具的主腔可連接。
[0024]根據另一實施例，所述系統具有至少兩個引入設備，所述至少兩個引入設備的每一個引入設備都與混合室的一個入口連接。
[0025]另外可以優選規定:在混合室上或者圍繞混合室地設置有加熱帶。在這種實施形式中，波發射器具有的目的除了改善催化特性之外還使通過該加熱帶產生的不均勻的溫度場特別在邊緣區域內均勻化，以便阻止過早地聚合。
[0026]根據再一個實施例，所述系統另外具有至少一個構造在模具中的腔，該腔與混合頭的出口連接。在這種情況下原則上在腔的該區域中或者在模具中也可以設置波發射器，只要從那裡也向混合室內發射波。
[0027]當通過微波進行熱引入時，優選規定:輻射反射面用一種材料不反射微波射線地覆蓋。優選使用PTFE作為覆蓋物。
[0028]當使用雷射執行熱引入時，優選規定:鏡面化地構造輻射反射面，以便保證均勻的熱引入。
[0029]用於對組合的成分進行熱引入和均勻化的另一種可能性通過UV波和超聲波的組合來產生，這裡超聲波的作用主要在均勻化領域，UV波加速混合物中的光化學反應。
[0030]還要求保護的是一種成型機、特別是注射成型機，其具有至少一個根據本發明的系統。這樣的注射成型機具有至少一個可運動的模夾緊板、一個固定的模夾緊板、一個框架和一個用於使可運動的模夾緊板沿框架運動的驅動設備。在這種情況下優選的是:該系統的混合頭集成到固定的模夾緊板中。
[0031]此外還要求保護一種方法，該方法用於通過向位於混合頭的混合室內的、由至少兩種用於製造塑料的成分組成的混合物內引入波來使該混合物均勻化和/或加熱。在這種情況下，混合室經由出口而與構造在模具中的腔連接。關於系統所說明的實施例和優點按照意義對該方法也適用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]下面根據附圖來討論本發明的不同例子。附圖中:
[0033]圖1示意性示出兩個引入設備、一個具有波發生器的混合室和一個帶有模具的閉模側，其中波發射器集成到排出設備中；
[0034]圖2示出一種備選的系統，其中波發射器集成到模具中；
[0035]圖3示出類似於圖1所示那樣的另一變型，根據該變型，波發射器集成到推桿中；
[0036]圖4示出另一變型，根據該變型，多個波發射器設置在混合室的壁上；
[0037]圖5到8示出在混合室的流動橫截面上的速度或者溫度的不同特性曲線。

【具體實施方式】
[0038]圖1示出系統I,該系統具有兩個引入設備11,成分Kl和K2從這兩個引入設備經由管線16和入口 3到達構造在混合頭2中的混合室7內，在那裡成分Kl和K2混合成混合物M。混合室7構成用於混合物M的流動通道。成分Kl在此例如可以是活化劑，成分K2例如可以是催化劑。此外系統I具有在混合室7中可運動的排出設備8。在這種情況下波發射器10集成到該排出設備8中，其中，波發射器10經由信號線20而與波發生器9以信號技術的方式連接。波發射器10向混合室7內發射波W，由此使混合物M得到加熱和/或均勻化。混合室7經由出口4而與腔5連接。必要時還可以在這個區域中設置閉鎖元件。腔5構造在模具6中，其中，模具6通過兩個模具半體12和13構成，這兩個模具半體又固定或者夾緊在模夾緊板14和15上。通過排出設備8向模具6的方向的運動使得混合物M經由混合室7的出口 4被引入到腔5內，在那裡混合物M被聚合為塑料件。必要時也可以在腔5中設置強化材料，這些強化材料在注入時被混合物M浸透。
[0039]圖2中，波發射器10集成到模具6中，其中波W穿過腔5被發射到混合室7內。
[0040]圖3示出類似圖1的實施變型，其中僅示出具有兩個入口 3的混合頭2、混合室7和出口 4。在混合室7中可運動的排出設備8 (推桿)上安置有波發射器10，該波發射器向混合室7中並且向位於那裡的、由成分Kl和K2組成的混合物M發射波W。
[0041]圖4示出組合的加熱和混合。混合室7 —方面從外部經由加熱帶17加熱，另一方面在混合頭2的基體中設置有多個波發射器10 (例如超聲波發生器)。根據圖4，在周面調溫的熔液管線(混合室7)的情況下可以使用許多波發射器10來有利地改善溫度均勻性。由此無接觸地並且沒有分流的機械元件地如在靜態混合器或動態混合器的情況下那樣在流動通道內減小流動橫截面上的溫度梯度。也可以在熔液(混合物M)進入模具6中的進入區域(出口 4)進行加熱並且聚合的/交聯的反應性物系可以通過開模運動來脫模。
[0042]圖5至8用圖表一方面示出混合室7 (熔液通道)內的混合物M的溫度T或者速度V，另一方面示出混合室7的帶有壁18的混合室橫截面和混合室7的通道中心19。根據圖5示出在通過加熱管線加熱的情況下的溫度特性曲線，從中可以看出:混合物M的溫度T在壁18處的區域中升高。另外圖6描繪出在通過加熱管線加熱的情況下的速度特性曲線，它同樣示出在壁18與通道中心19之間的大差別。由此存在邊緣區域中過早地聚合或者交聯的危險。與此相反，根據圖7通過加熱管線加熱，其上疊加通過波引入產生的加熱或者均勻化，沿整個混合室橫截面實現得到補償的溫度特性曲線。此外還出現流動橫截面或者混合室橫截面的一個較大的區域，在該區域中，速度特性曲線具有均勻的速度V(參見圖8)。
【權利要求】
1.一種系統(I)，其包括: 用於混合製造塑料件用的至少兩種成分(K1、K2)的混合頭(2)，該混合頭具有:用於各引入至少一種成分(Κ1、Κ2)的各至少一個入口(3)，至少一個出口(4)，其能與模具(6)的腔(5)連接，混合室(7)，入口(3)通到該混合室中，並且該混合室與所述至少一個出口(4)連接，和排出設備(8)，用於將由至少兩種成分(Κ1、Κ2)組成的混合物(M)從混合室(7)排出到所述至少一個出口(4)中； 該系統還包括波發生器(9)，該波發生器具有至少一個波發射器(10)，所述波發射器如此設置，使得能夠將波(W)發射到混合室(7)中。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，波發生器(9)構造為用於發射電磁波或聲波。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述電磁波是微波、雷射射線、通過感應產生的波、紅外波或紫外波。
4.根據權利要求2或3所述的系統，其特徵在於，所述聲波是超聲波，其優選在I與10kHz之間的頻率範圍中。
5.根據權利要求1至4中至少一項所述的系統，其特徵在於，波發生器(9)和/或波發射器(10)集成到混合頭(2)中。
6.根據權利要求1至5中至少一項所述的系統，其特徵在於，排出設備(8)構造為推桿。
7.根據權利要求5和6所述的系統，其特徵在於，所述至少一個波發射器(10)設置在所述推桿中或上。
8.根據權利要求1至7中至少一項所述的系統，其特徵在於，設有至少兩個引入設備(11)，所述至少兩個引入設備(11)的每一個引入設備都與混合室(7)的一個入口(3)連接。
9.根據權利要求1至8中至少一項所述的系統，其特徵在於，設有至少一個構造在模具(6)中的腔(5)，所述腔與混合頭(2)的出口(4)連接。
10.根據權利要求9所述的系統，其特徵在於，波發生器(9)和/或波發射器(10)集成到模具(6)中。
11.根據權利要求1至10之一所述的系統，其特徵在於，用於製造塑料件的成分(Κ1、Κ2)是反應性原始產品。
12.成型機、特別是注射成型機，其具有至少一個根據權利要求1至11之至少一項所述的系統(I)。
13.一種方法，其用於通過向位於混合頭(2)的混合室(7)中的、由至少兩種用於製造塑料件的成分(Κ1、Κ2)組成的混合物(M)中引入波(W)來使該混合物(M)均勻化和/或加熱。
14.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，作為製造塑料件的成分(Κ1、Κ2)使用反應性原始產品。
【文檔編號】B29C45/46GK104275780SQ201410445709
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2013年6月21日
【發明者】G·貝克, M·菲施施魏格爾, L·M·賴特, G·施泰因比希勒 申請人:恩格爾奧地利有限公司