專利名稱：在制造聚合物泡沫體的液體中加發(fā)泡劑并測定其混合物體積膨脹潛力的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是1990年7月29日提交的美國專利系列號588，086的部分繼續(xù)。
本發(fā)明涉及在制造聚合物泡沫體的液體材料中加入發(fā)泡劑的一種裝置和方法。更具體地說，本發(fā)明涉及以微泡或液滴狀加入發(fā)泡劑，從而能制取微孔的聚合物產(chǎn)品。本發(fā)明還涉及測定發(fā)泡劑同液體材料混合物體積膨脹潛力的一種裝置和方法，并意味著又涉及測定其密度、溶解性及液化作用的一種裝置和方法。
在制造諸如聚氨酯、聚脲、苯酚-甲醛塑料等聚合物泡沫體中，采用一種受熱活化的發(fā)泡劑來提供所要求的微孔結(jié)構(gòu)。
液體材料的名稱被認(rèn)為包括可通過聚合反應(yīng)轉(zhuǎn)化成聚合物的任何液體材料。其中，尤其令人注意的是，在反應(yīng)條件下通過接觸適量的由Polyahl和異氰酸酯組成的液體材料所制得的聚氨酯，聚脲和異氰酸酯聚合物。
Polyahl的名稱被認(rèn)為包括含有活潑氫(按照Zerewitinoff試驗判別，參見Journal of the American Chemical Society，49卷，381頁，1927年)的任何化合物。典型的活潑氫基團(tuán)有-OH，-COOH，-SH，以及-NHR，其中R為H，烷基，芳基等。
異氰酸酯的名稱被認(rèn)為包括可用來制取聚氨酯，聚脲，聚異氰脲酸酯的有機(jī)異氰酸酯及其聚合衍生物，諸如，芳香族，脂肪族以及環(huán)脂族多異氰酸酯。典型的化合物有甲苯二異氰酸酯，二苯甲烷二異氰酸酯，聚合的二苯甲烷二異氰酸酯及其混合物。
實施本發(fā)明中，也可以采用粗的多異氰酸酯，諸如，由甲苯二胺的混合物光氣化制得的粗甲苯二異氰酸酯，或由粗的二苯氨基甲烷光氣化制得的粗二苯甲烷二異氰酸酯。優(yōu)選的未經(jīng)蒸餾的或粗多異氰酸酯揭示于美國專利號3，215，652中，本文引入經(jīng)資參考。上述異氰酸酯的衍生物，諸如預(yù)聚物，也同樣適用于本發(fā)明。
本發(fā)明涉及軟泡沫體和硬泡沫體的制備以及在反應(yīng)注射成型(RIM)件和增強(qiáng)反應(yīng)注射成型(RRIM)件制造中所使用的體系。
軟質(zhì)泡沫體加工體系一般采用聚酯式聚醚多元醇同甲苯二異氰酸酯(TDI)或二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)，以及少量催化劑，表面活性劑和胺類。另外，還采用各種發(fā)泡劑，它們一般由下列某些發(fā)泡劑所組成二氯甲烷和少量P-12′(供所謂機(jī)械發(fā)泡泡沫體制造用);水和少量二氧化碳(供所謂化學(xué)發(fā)泡泡沫體制造用，其中水是主發(fā)泡劑)。
硬質(zhì)泡沫體加工體系一般采用聚醚多元醇同MDI，以及少量催化劑，表面活性劑和胺類。另外，還采用各種發(fā)泡劑，它們一般由1～2%的水同約25～35%(重量)的含氯氟烴(CFC)組成，常用的CFC是R-11A′。
RIM和RRIM泡沫體加工體系一般采用胺端基的多元醇，聚醚或聚酯多元醇同MDI和TDI，以及少量催化劑和表面活性劑。氣體氮發(fā)泡劑一般在大氣壓條件下以大約50%(體積)濃度的懸浮泡或液滴形式使用。在填模過程中存在的壓縮氣泡或液滴幫助模具完全填滿，并提高模制品的表面特性。RRIM與RIM不同，其中上述的多元醇或聚醚聚酯多元醇加進(jìn)了增強(qiáng)的填充料。
在用作保溫用途的泡沫制造中，已采用含氯氟烴(CFC)，尤其是氟里昂(Freon1)作發(fā)泡劑，由于在產(chǎn)品中生成了很小的均勻微孔結(jié)構(gòu)，也提供了改善的K因子。雖然已習(xí)以為常采用CFC來發(fā)泡，它在大氣臭氧層累積的影響使人們希望采用對環(huán)境有利的發(fā)泡劑，為了淘汰采用這種CFC，已考慮采用其它發(fā)泡劑。研究了各種氣體包括二氧化碳，氮氣、氦、氨、戊烷、乙炔、惰性氣體、空氣，以及它們的混合物。遺憾的是，難以只加入一些其它方法的發(fā)泡劑，至今由此很少能制得符合質(zhì)量的泡沫制品。
加入發(fā)泡劑通常導(dǎo)致若干不同類型的相性質(zhì)，該性質(zhì)取決于在給定溫度和壓力下發(fā)泡劑/液體材料混合物的混溶特性。只要體系的溫度保持在發(fā)泡劑的臨界溫度以下，同時有足夠高的壓力使其液化，不溶性發(fā)泡劑在高壓下基本上都會在液體材料中產(chǎn)生液體發(fā)泡劑的液滴和氣體發(fā)泡劑的氣泡兩種發(fā)泡物。在類似的條件下，混合物除了含有液化發(fā)泡劑和氣體發(fā)泡劑各自不同的液滴和氣泡以外，還將含有一種溶解的發(fā)泡劑分子。
在聚氨酯制造中，發(fā)泡劑同液體材料或雙組分體系的反應(yīng)成分(如Polyahl或異氰酸酯)在聚合之前相混合。采用非CFC發(fā)泡劑所帶來的問題之一是如何將它們加入液體材料中。對給定的微孔結(jié)構(gòu)來說，已知必須使用特定量的發(fā)泡劑，但是，這種發(fā)泡劑的溶解性和混溶性是制造者必須考慮的重要因素。
至今，本專利技術(shù)為在各種液體材料組分中使用不同的非CFC發(fā)泡劑提供了很多裝置和方法的實例。例如，美國專利4，157，427報導(dǎo)了將惰性氣體(如氮氣)加入反應(yīng)注射成型(RIM)體系中的液體反應(yīng)組份的方法。一般說來，采用一種可通過它將氣體加壓的鼓泡器，把氣體加入聚氨酯的一種前體(產(chǎn)生母體)中去。所述的鼓泡器是一種大小和形狀合適的多孔剛性結(jié)構(gòu)，用它產(chǎn)生微泡以利于充分混合，這種鼓泡器安裝在管道里，反應(yīng)組份通過管道從儲罐循環(huán)，然后送往混合頭或送回儲罐。
美國專利4，376，172的目的在于用一種封閉式回路裝置，在RIM過程中控制氣體加入諸如聚氨酯前體的液體。這意味著該專利還提供精確測量加入的氣體量的方法。利用一種位置在反應(yīng)劑流中的鼓泡器來加入發(fā)泡劑或氣體，反應(yīng)劑流從儲罐來回循環(huán)。
加入聚氨酯反應(yīng)劑的氣體量按如下方法進(jìn)行測定收集一定體積的氣體一反應(yīng)劑混合物并放在一個圓筒內(nèi)。然后把一個柱塞壓入圓筒，利用壓縮系數(shù)來確定已加入的氣體量。
美國專利4，526，907的目的在于用一種方法和裝置將氣體充入混合的至少一種組份中，以制成塑料泡沫體。
將來自某個儲罐的反應(yīng)劑通過循環(huán)管線輸送，管線上帶有一個壓力高于儲罐的壓縮區(qū)。發(fā)泡用氣體在該壓縮區(qū)加入，混合物在返回儲罐之前隨后通過一個節(jié)流單元以減低壓力。該專利還談到可采用幾種不同的方法來測定氣體-反應(yīng)劑混合物中氣體的量，包括密度，分壓，光束的吸收，壓縮系數(shù)和溶解度，但無必要討論實施的裝置。
美國專利4，906，672的目的在于一種連續(xù)制造聚氨酯泡沫體的方法。更具體地說，該專利述及將少量二氧化碳添加入含有水主發(fā)泡劑的形成聚氨酯的反應(yīng)劑中，并談到二氧化碳在送入混合頭之前被充分溶解在反應(yīng)劑的一個組份里。
二氧化碳在高壓下加入管線中，壓力以75～900Psig(0.62～6.3MPa)為宜，管線離混合頭有足夠的距離，使物料在傳送中從與CO2大量接觸到達(dá)混合頭的過程里獲得均勻的充氣。一旦混合物到達(dá)混合頭，可采用一個噴嘴或噴嘴組使二氧化碳-反應(yīng)劑混合物膨脹;但該專利談到要避免夾入氣泡。該專利既未打算用另一種發(fā)泡劑或其混合物，也未打算加入高濃度二氧化碳作主發(fā)泡劑組份。
最后，歐洲專利號125，541-B揭示了一種作為用來制備合成塑料泡沫(如聚氨酯)的液體組分中充氣的測量裝置。它采用一種可定期接受液體樣品的測量容器裝置，該容器與一個溢流容器相連通。通過使測量容器中的壓力降低到大氣壓，充滿了氣體的組分膨脹并溢流至溢流容器，從而使密度被測出。
現(xiàn)有技術(shù)談到了采用在實際操作壓力(美國專利4，157，427)或常壓下測得的發(fā)泡劑/液體材料混合物密度來測定充入的氣體量。為此，將Polyahls和發(fā)泡劑的混合物或者從一個預(yù)定的操作壓力膨脹到第二個較低的固定壓力(美國專利4，376，172)，或者從一個給定的操作壓力膨脹到大氣壓(歐洲專利125，541-B)。后一個發(fā)明采用的裝置大而笨重又昂貴。而且，混合物里至少有部分氣體將在膨脹時從體系里損失。
于是，顯而易見的是，其它發(fā)明人雖然已采用了低沸點化合物作聚氨酯泡沫體的發(fā)泡劑，但尚未報導(dǎo)有發(fā)泡劑加入液體材料的裝置和方法，以精確的用量以及氣泡和液滴的大小來控制所得泡沫體的微孔結(jié)構(gòu)，了未報導(dǎo)精確測定發(fā)泡劑和液體材料混合物的體積膨脹潛力，發(fā)泡劑在混合物里的液化作用和溶解度，或測定其中的體積膨脹潛力的裝置和方法。而且，以前的裝置和方法還沒有能成功地將發(fā)泡劑均勻加入液體材料組份中，這已經(jīng)非常嚴(yán)重地影響所得泡沫體制品的質(zhì)量。
另一個問題是，如何在反應(yīng)之前精確測定實際加入液體材料組分中的發(fā)泡劑量，因為在測定過程中發(fā)泡劑的漏出導(dǎo)致錯誤的測定結(jié)果，當(dāng)作了或未作校正，便又造成使用了不正確用量的發(fā)泡劑。
此外，要防止發(fā)泡劑的漏出，否則會造成不能使用可燃性發(fā)泡劑，或使用可燃性發(fā)泡劑有危險。
從上面的討論還應(yīng)當(dāng)清楚的是，這些方法將提供錯誤的結(jié)果，在這種場合，液體發(fā)泡劑液滴和/或溶解的單種發(fā)泡劑分子在膨脹之后留在液體材料中。在此情況下，雖可得到較正確的氣體充填量，但將得到氣體充填量同膨脹后制品的密度間的錯誤關(guān)系，以致不能通過測定密度來計算出膨脹潛力。
因此，本發(fā)明的目的是為制造硬質(zhì)和軟質(zhì)聚合物泡沫體的液體材料加入可溶和不可溶發(fā)泡劑提供裝置。
本發(fā)明的另一目的是為連續(xù)制備硬質(zhì)和軟質(zhì)聚合物泡沫體的液體材料加入發(fā)泡劑提供裝置。
本發(fā)明的又一目的是為制造硬質(zhì)和軟質(zhì)聚合物泡沫體的液體材料加入可溶和不可溶發(fā)泡劑提供方法。
本發(fā)明還有一個目的是為連續(xù)制造硬質(zhì)和軟質(zhì)聚合物泡沫體的液體材料加入發(fā)泡劑提供方法。
本發(fā)明又有一個目的是在按RIM和RRIM工藝制造聚合物泡沫體中為改進(jìn)發(fā)泡劑的裝料提供裝置和方法。
本發(fā)明的別的目的是為制造硬質(zhì)和軟質(zhì)聚合物泡沫體的發(fā)泡劑與液體材料的混合物，精確測定其體積膨脹潛力，提供裝置。
本發(fā)明還有另一個目的是為制造硬質(zhì)和軟質(zhì)聚合物泡沫體的發(fā)泡劑與液體材料的混合物，精確測定其體積膨脹潛力，提供方法。
本發(fā)明的其它目的是為制造硬質(zhì)和軟質(zhì)聚合物泡沫體的發(fā)泡劑和液體材料，控制它們的質(zhì)量比，提供裝置和方法。
通過下面本發(fā)明的說明和權(quán)利要求，可實現(xiàn)至少一個或多個上述的目的，以及優(yōu)于聚合物泡沫體制造中使用發(fā)泡劑的已知方法和裝置的長處，從下面本發(fā)明的說明，這會是顯而易見的。
本發(fā)明的申請為往液體材料里加入發(fā)泡劑提供了一種裝置，該裝置由以下幾種裝置組成;在壓力下含有一種液體材料的高壓罐裝置;以平均直徑約低于0.2微米至約100微米的微泡或液滴形式往液體材料中輸送預(yù)定量的至少一種發(fā)泡劑的裝置;以及在液體材料中均勻加入發(fā)泡劑的裝置。
另外，本發(fā)明還為封閉體系里至少一種發(fā)泡劑和液體材料組份的混合物，測定其體積膨脹潛力提供了一種裝置，該裝置由以下幾種裝置組成在壓力下含有至少一種發(fā)泡劑和液體材料的高壓罐;測定該混合物體積膨脹潛力的裝置，該裝置設(shè)置彼此連通并與罐連通的第一和第二展開室;將混合物傳送入和傳送出第一和第二展開室的裝置，第二測量室的體積要比第一室大得多，這樣，至少有一些發(fā)泡劑將脫離混合物;測量所述第一室壓力的裝置;以及測量在第一和第二室里被混合物置換的體積。
本發(fā)明同時提供了一種將發(fā)泡劑加入液體材料的方法，該方法包括以下步驟;將預(yù)定量的液體材料喂入一個儲罐;通過浸沒在液體材料里的裝置，往儲罐里輸送預(yù)定量的至少一種發(fā)泡劑，以產(chǎn)生平均直徑約低于0.2微米至約100微米的氣泡或液滴。
本發(fā)明還提供一種在封閉體系里測量至少一種發(fā)泡劑和液體材料混合物體積膨脹潛力的方法，該方法包括以下步驟從儲罐里抽出一定量的混合物;將這些量的混合物在壓力下喂入第一室;使這些量的混合物在第一室里膨脹到足夠大的體積，使至少有一些發(fā)泡劑脫離混合物。
最后，本發(fā)明為將發(fā)泡劑加入液體材料以及在封閉體系里測定其混合物的體積膨脹潛力，提供了一種裝置，該裝置由以下幾種裝置組成在壓力下含有一種液體材料的高壓罐裝置;以平均直徑約低于0.2微米至約100微米的微泡或液滴形式往該液體材料中輸送預(yù)定量的至少一種發(fā)泡劑的裝置;在液體材料中均勻分配發(fā)泡劑的裝置;以及裝備有第一和第二展開室用來測定除罐以外混合物體積膨脹潛力的裝置。
從下面的說明，顯而易見的是，加入發(fā)泡劑的裝置和方法備有一個封閉體系，換句話說，預(yù)定量的發(fā)泡劑從儲存處直接送往液體混合物，然后加入其中，沒有泄漏到大氣中。特別對可能使用可燃性發(fā)泡劑的體系來說，這一點尤其重要。不言而喻，為確保加入精確量的發(fā)泡劑，所有導(dǎo)管均應(yīng)適當(dāng)?shù)匮b料，使所要求品種和用量的發(fā)泡劑真實地輸送入液體材料。同樣，測定體積膨脹的裝置和方法也備有一個封閉體系，因為，從混合容器采樣測試未同周圍大氣直接接觸或泄漏發(fā)泡劑。
于是，顯而易見的是，本發(fā)明采用的裝置和方法提供了一種高效而精確的體系，該體系可用來在制造聚合物泡沫體的雙組份活性系統(tǒng)所含一種或兩種液體組份里，加入至少一種微泡或液滴狀發(fā)泡劑，并測定發(fā)泡劑/液體材料混合物體積膨脹潛力的量。下面所述的本發(fā)明特別適合于制造聚氨酯泡沫體和使用低沸點發(fā)泡劑，但并不一定受此限制。此外，本發(fā)明還為控制發(fā)泡劑和液體的物料平衡提供了一種方法和裝置。加料和測量裝置可結(jié)合起來，并在同一個總體系里使用，也可以每個裝置單獨與別的裝置、方法等一起使用，并用來制造其它聚合物泡沫體。
采用本發(fā)明將使發(fā)泡劑和液體材料的混合物能有選擇地膨脹，從而確保基本上所有發(fā)泡劑都能從液體混合物里釋入出來，從而便可測定膨脹潛力。用這種方法，可正確評定混合物最終膨脹潛力，而不用顧及發(fā)泡劑/液體材料混合物的性質(zhì)和組成。這個特點是獨一無二的，而且對使用新的于環(huán)境有益的發(fā)泡劑組合物、制造多種可發(fā)性聚氨酯制品來說是特別有益的。本發(fā)明還能任選地使這種混合物膨脹到所需要的最終壓力，這樣便可允許測定溶解度，密度，充氣量，以及液體材料同發(fā)泡劑混合物的克分子比或質(zhì)量比。


圖1是按照本發(fā)明在制備聚合物泡沫體的液體材料里加入發(fā)泡劑所用裝置的流程圖。
圖2是按照本發(fā)明為制備聚合物泡沫體所用液體材料混合物，測定其中發(fā)泡劑的膨脹潛力，以及任選測定密度，液化作用和溶解度使用的裝置的流程圖。
圖3是按照本發(fā)明，為了在利用典型的RIM和RRIM工藝制備聚合物泡沫體所用液體材料里，加入發(fā)泡劑使用的裝置流程圖;
圖4是按照本發(fā)明，為了在分批制造常用于軟泡和硬泡的聚合物泡沫體中所用的液體材料里加入發(fā)泡劑而使用的裝置的流程圖。
圖5是按照本發(fā)明，為了在連續(xù)制造常用于泡沫膠塊或隔熱層生產(chǎn)線的聚合物泡沫體過程中使用的液體材料里加入發(fā)泡劑而使用的裝置的流程圖。
本發(fā)明通常涉及使用多種發(fā)泡劑作反應(yīng)混合物液體材料組份的發(fā)泡劑。在制造聚氨酯泡沫體作優(yōu)選的實施例中，分別制備兩種液體材料，一種為Polyahl組份(材料M)，另一種為異氰酸酯組份(材料N)，然后在混合頭相混合。反應(yīng)很快進(jìn)行，將混合物注入合適的容器或模具或連續(xù)的帶狀物或疊層，在這些地方產(chǎn)生發(fā)泡和膨脹，并在現(xiàn)場形成制品。
發(fā)泡劑的名稱是指包括氣體和液體兩種，例如一些化合物，諸如含氯氟烴(CFC類)，氫氯化氟烴(HCFC)，全氟烷(PFA)，氫氟烷(HFA)，直鏈烷和支化的鏈烷以及它們的混合物，酯，醚，稀有氣體，氨，戊烷及其異構(gòu)物和它們的混合物，水和水蒸汽，二氧化碳，氦氣，氮氣和空氣，以及兩種或兩種以上發(fā)泡劑的任何合適混合物。氮氣是制造聚氨酯(RIM和RRIM泡沫體)的特別有用的發(fā)泡劑。正如下面的說明所見，本發(fā)明可提供使用可溶或不溶發(fā)泡劑。
發(fā)泡劑或其混合物被加入液體材料，形成它們的混合物。由于混合物可能的不同相和類型，本文所用的“加入”的名稱包括基本可溶以及基本不溶的發(fā)泡劑與液體材料的混合物，它們在混合物里各自處于溶解，分配或分散狀態(tài)。因此，混合物的名稱可包括基本不溶的發(fā)泡劑與液體材料以及可溶性發(fā)泡劑的液體材料溶液的混合物。也應(yīng)該意識到，可以采用液體和氣體發(fā)泡劑，因此，加入的名稱也包括液體液滴和氣泡以及氣體分子。正如上面所指出的那樣，壓力條件也能影響液化作用。在所有情況下，本發(fā)明均能保證將發(fā)泡劑均勻地加入液體材料中。
雖然發(fā)泡劑可以毫不費(fèi)力地與聚氨酯組成物的異氰酸酯組份或兩種組份一起使用，本發(fā)明還介紹了在該組合物的多元醇組份中發(fā)泡劑的加入。這種加入方法要加以精確控制，以滿足下面的一種或多種要求;引入適當(dāng)大小的氣泡或液滴;精確調(diào)節(jié)所必需的發(fā)泡劑量，以達(dá)到泡沫體所要求的性質(zhì)，包括密度和微孔結(jié)構(gòu)，并控制液體材料同發(fā)泡劑的質(zhì)量比。
按照本發(fā)明將發(fā)泡劑加入液體混合物的方法和裝置，包括測定要加入的發(fā)泡劑的量的裝置，以及在液體混合物中將發(fā)泡劑分成微泡或液滴的鼓泡裝置。
測定裝置可包括一個圓筒和柱塞，其中溫度，壓力，以及因柱塞輸送發(fā)泡劑到液體混合物所排代的體積是已知的。這種圓筒結(jié)構(gòu)可用來將各種各樣的發(fā)泡劑輸送入液體混合物中，其中，發(fā)泡劑可以是氣態(tài)，也可以是液態(tài)，這種結(jié)構(gòu)尤其可用于要求能隨意從種種物理特性不同的發(fā)泡劑中加以選擇的場合。在物理性能眾知的選定的發(fā)泡劑作業(yè)中，可采用為了與物理性能相匹配所選擇的各種市售儀表。這些代表可包括齒輪計，旁通型氣體流量計，以及容積式泵。
鼓泡裝置將用來將發(fā)泡劑分割成平均直徑最高達(dá)100微米(以約10微米為佳，以約1微米為更佳，最佳約為0.2微米)的微泡或液滴。
計劃的方法一般采用一個可供儲存發(fā)泡劑和液體材料混合物并能供給壓力的儲罐，以及一臺循環(huán)混合物的泵。鼓泡裝置的位置可以在罐中，也可放在用來循環(huán)混合物的導(dǎo)管里，或者可放在上面所述的兩個位置上。計量裝置一般設(shè)置在從儲罐或循環(huán)導(dǎo)管到混合反應(yīng)材料的作業(yè)地點上，以精確控制液體材料混合物的流量。鼓泡裝置也可以設(shè)置在計量裝置和作業(yè)地點之間。
正如下面所述，測定至少一種發(fā)泡劑同一種液體材料的混合物的體積膨脹潛力的方法及有關(guān)裝置，采用了在全封閉體系中的第一展開室和第二展開室。由于體系被封閉，因而不再需要從裝置中取出一定量的混合物在敞開的大氣中進(jìn)行測估;采用敞開式測定由于一些發(fā)泡劑在實際測定之前已漏失，這種方法本來就是不精確的。而且，在敞開的大氣中，一般不可能取出所有的發(fā)泡劑，因此造成結(jié)果更不精確。在混合物從第一室膨脹到第二室時，至少有一些發(fā)泡劑將脫離混合物，通過測定該數(shù)量，可以調(diào)節(jié)和控制實際加入液體組份的發(fā)泡劑量，這隨后又可使得整個泡沫制品的生產(chǎn)控制得比以前更好，并得到更好的產(chǎn)品。
在發(fā)泡劑裝載量較高的場合(如軟質(zhì)泡沫和硬質(zhì)泡沫工藝便是此情況)，第二展開室的體積比第一展開室大三個或三個以上數(shù)量級。在發(fā)泡劑裝載量較低的場合(如RIM和RRIM工藝)，尤其與發(fā)泡劑基本上是不可溶時，第二展開室的體積可比第一展開室大不到一個數(shù)量級，事實上還可比第一展開室體積小，而最好是比第一展開室體積大1～2倍。
液體材料同發(fā)泡劑的混合物最好在測量裝置未進(jìn)行測量的全部時間里一直連續(xù)流經(jīng)該裝置。通過安裝合適的裝置，可促使和/或保持流動經(jīng)過測量裝置。
測量體積膨脹的裝置可以按平行的側(cè)線方式接入到主流導(dǎo)管上。為促使流動經(jīng)過裝置所需要地壓力差，將由粘性流體流動所固有的眾所周知的流體動力學(xué)摩擦壓力損失所引起。
在測量裝置的優(yōu)選實施方案中，第一室的體積可按兩個閥之間的空腔大小來確定。圓筒和活塞可被安裝成與兩閥間的空腔相連通，從而使第一室的體積可加以改變。第二室優(yōu)選是被安裝成與兩閥間的空腔相連通的圓筒和活塞?？涨坏捏w積將是已知的。所采用的圓筒和活塞的橫截面也將是已知的。調(diào)節(jié)和知道活塞的沖程將用來計算閥間采集的任何液體材料混合物的體積膨脹。這種采集的液體材料同發(fā)泡劑的混合物被稱之為“樣品”。該裝置具有的功能如下第一室的活塞在使用時可把該室的體積增大到預(yù)定的大小;于是閥便關(guān)閉，采集樣品;第二室的活塞將正常移動，樣品占有的體積便增大。需要時可控制樣器的溫度，以協(xié)助發(fā)泡劑同混合物分離。膨脹著的混合物的壓力、溫度和體積可采用常規(guī)的微處理機(jī)裝置記錄和存入。
樣品的膨脹可以是被認(rèn)為對液體材料和發(fā)泡劑的混合物合適的任何第二室/第一室體積比。在采用良溶性或液化的發(fā)泡劑的軟泡和硬泡工藝情況下，需要將混合物膨脹到低于大氣壓，即部份真空，從而使發(fā)泡劑同混合物分離能達(dá)到可精確測定所必需的程度。顯而易見，這是指從液體中跑出的以氣態(tài)存在的液化和/或溶解的發(fā)泡劑，其數(shù)量已達(dá)到可以精確測定的程度。
樣品膨脹時所存入的壓力、體積和溫度數(shù)據(jù)，將采用已知的氣體定律來測定存在的發(fā)泡劑克分子量。從該數(shù)據(jù)可以計算出塑模件制造或別的作業(yè)中發(fā)生從一種工藝條件(壓力和溫度)到另一種工藝條件時混合物的膨脹潛力。
在帶壓的儲罐中的混合物的體積膨脹潛力也可以通過將第二室的體積膨脹到低于基本上所有發(fā)泡劑均與混合物分離所需要的程度來測定。
在采用發(fā)泡劑基本上不溶的RIM和RRIM工藝情況下，發(fā)泡劑和液體材料的物料比和膨脹潛力可在給定的任何膨脹體積和相應(yīng)的壓力條件下直接測出;不過，對這種工藝將要求物料膨脹到0.0表壓，因為這可形成一個改進(jìn)了如今慣用的開杯法的封閉系統(tǒng)。改進(jìn)包括以下方面實現(xiàn)了自動化、減少了廢品，消除了化學(xué)品同操作者接觸，除去了設(shè)備的清洗，以及排除了因操作者技術(shù)差異本身的誤差。
另外，對任何發(fā)泡劑和液體材料的混合物，還可測定混合物里發(fā)泡劑的液化作用，各種發(fā)泡劑在液體材料中的溶解度，混合物在任何膨脹比時的密度和比重。
對熟悉本技術(shù)的人來說，通過上述往液體加發(fā)泡劑并測定其混合物膨脹潛力的方法和裝置，聯(lián)同易采集到的有關(guān)不斷消耗的液體原材料量的數(shù)據(jù)，便可知道精確的物料平衡。
本發(fā)明首次可備有若干新的控制特征。對于諸如RIM和RRIM之類采用的發(fā)泡劑基本不可溶的工藝，便可探測出預(yù)期將做出不合格制件時的操作條件。由于計劃使用的發(fā)泡劑基本上不溶于液體材料，因此它是以單個的氣泡形式存在于液體中，眾所周知，其中有些氣泡將不斷聚結(jié)。聚結(jié)的氣泡太大不能在液體混合物里保持分散狀態(tài)，因而形成正壓的氣流離開液體混合物的表面。這種正壓氣流的流速只能加以調(diào)節(jié)而不能制止，所以必須按常規(guī)提供一根放空管，這樣才能保持該工藝所要求的壓力調(diào)節(jié)，并可補(bǔ)充液體混合物里跑走的發(fā)泡劑。通過放空管跑走的氣體量可加以測定。
由于下述條件均是已知的加入液體的發(fā)泡劑的總流量，分散在液體混合物里的發(fā)泡劑克分子比，液體材料和發(fā)泡劑混合物的消耗速度，以及從放空管跑走的氣體流速，由此，便可推斷出1.目前的操作條件在過去的操作指導(dǎo)原則設(shè)定的范圍以內(nèi)。
2.發(fā)泡劑加入速度和放空氣體的流速均反常地高，因此，氣泡聚結(jié)速度異常地大。這意味著液體材料難以一直保留住發(fā)泡劑，從而填?；騽e的加工方式很可能產(chǎn)生不合格的產(chǎn)品。操作者可以在制成廢品之前預(yù)先得到操作條件異常的警告，從而可采取步驟改正相應(yīng)的操作條件。
3.發(fā)泡劑加入速度反常地高，但放空的氣體流速仍保持正常。這將表明系統(tǒng)中氣體發(fā)生了泄漏。在這種系統(tǒng)里，最容易產(chǎn)生泄漏的是液體材料和發(fā)泡劑混合物的帶壓儲罐里攪拌器的轉(zhuǎn)軸密封墊圈。于是，可探測并按正常安排維修密封墊的破損，從而避免生產(chǎn)能力發(fā)生意外的損失。
額定值的其它偏離可指示出一個或多個測量系統(tǒng)或加料系統(tǒng)出了故障。
對熟悉本技術(shù)的人來說，顯而易見的是，運(yùn)用物料平衡的知識和控制會使他們通過首次采用一種稱之為“順流加料”(feed forward)的控制概念，使這些工藝更接近于穩(wěn)態(tài)操作。這種技術(shù)可用于軟泡和硬泡工藝，尤其適用于RIM和RRIM工藝。
由于RIM和RRIM工藝采用了一種基本上不溶的發(fā)泡劑，在單個氣泡中存在的發(fā)泡劑將明顯降低液體材料和發(fā)泡劑混合物的密度。隨著混合物的消耗，必須加以補(bǔ)充?？梢灶A(yù)先使用常用的順序控制裝置來添加不含發(fā)泡劑的液體材料，使系統(tǒng)里隨著加入的液體材料通過鼓泡器，發(fā)泡劑的流速將適當(dāng)?shù)靥岣?，以校正物料比。校正工作是在加入的液體材料到達(dá)膨脹潛力測量裝置(順流加料控制)之前預(yù)先計算完成，由此避免了偏離額定的操作條件。
這里，參照附圖可見，圖1中給出通常規(guī)定為數(shù)字10表示的裝置。裝置10幾乎包括了可用于聚氨酯制造的雙組份液體材料體系(如多元醇和多異氰酸酯)的二分之一。為討論起見，裝置10將連同多元醇液體材料一起加以說明。
裝置10備有一個操縱臺面11，上面安裝一塊數(shù)字式指示組件12，一臺視頻顯示監(jiān)測器(CRT)13，一塊輸入/輸出控制面板14，以及一臺帶順序的邏輯控制器(PLC)15。正如該技術(shù)已知的那樣，操縱臺與許多閥和傳感器相連接，供下面所述的裝置10的各組件單元操作。
配備一臺液體材料存儲和混合罐20，以接受材料M的供應(yīng)。該罐被設(shè)計成可經(jīng)受最高達(dá)約1000Psig(7.0MPa)的壓力，并通過閥門22經(jīng)管道21喂入由儲源(圖上未表示)供給的液體材料。罐內(nèi)的壓力以約600Psig(4.1MPa)為宜，又以435Psig(3.0MPa)為佳。盡管如此，無疑也不排除用更高的壓力，只要所要求的材料與發(fā)泡劑的混合物最終可能要求這么大的壓力，同樣，低達(dá)0Psig(0.1MPa)的壓力可能會適用于別的混合物。
罐20被安置在受壓槽23上面，通過數(shù)字式指示組件12，將預(yù)定量選定的材料M輸入罐內(nèi)。一當(dāng)達(dá)到預(yù)定重量，來自組件12的信號將接通電流螺線管24關(guān)閉閥22。安全閥25是用來在罐20被充滿時通過管線26放空氣體。這時便可以從指示組件12上讀出輸入的液體材料M的重量。
設(shè)置的供應(yīng)罐30是為了經(jīng)出口閥31，壓力調(diào)節(jié)器32，壓力表33，以及加熱器34，由閥35控制輸送發(fā)泡劑。發(fā)泡劑的溫度和壓力由傳感器36，38測定，并在CRT13上顯示，過量的壓力通過管道40的閥門39減壓。
發(fā)泡劑通過控制閥41和管道42喂入一個含活塞44的輸料圓筒43。活塞44本身由與圓筒43串聯(lián)裝置的水壓力缸45驅(qū)動。其速度和位移受閥46和48控制。由于活塞44和圓筒43的面積是不變的，只需測定活塞在位置X0和X1間移動的距離，便可確定發(fā)泡劑預(yù)定的量。
根據(jù)將膨脹的產(chǎn)品復(fù)原所需要的發(fā)泡劑的百分?jǐn)?shù)(一般約為2-30重量%)，可計算出要喂入輸料圓筒43的發(fā)泡劑量，額定值X0和X1顯示在CRT13上。
采用一個定位傳感器49給活塞44的位置提供電子反饋。正如附圖所示，水壓力缸45的活塞桿51帶有一個懸臂50，該懸臂本身又配置一個線性位置傳感桿52，以精確測定活塞44的位置。當(dāng)活塞44在X1位置，便給出信號停止沖程。
打開輸入閥門41，將活塞44退回到位置X0，用正確量的發(fā)泡劑往圓筒43里裝料，直到壓力和溫度傳感器53和54分別指示正確的操作參數(shù)為止，即壓力為大約0Psig(0.1MPa)到約1000Psig(7.0MPa)，以大約435Psig(3.0MPa)為佳，溫度約為60～180°F(16～86℃)，以大約110°F(44℃)為佳。
此時將活塞44從位置X0推動到X1，從而把發(fā)泡劑通過出口閥55和管道56，再經(jīng)單向閥58通過一組位置靠近罐20底部的鼓泡器59。這種鼓泡器是一個多孔體，可以產(chǎn)生微小的氣泡或液滴，它們的平均直徑最高達(dá)約100微米，以大約10微米為佳，以大約1微米為更佳，最好是大約0.2微米。鼓泡器59的排列方向呈水平狀而不是垂直狀，從而可蓋住罐20的很大面積。
發(fā)泡劑加入之后，重要的是，要把它同液體材料徹底混和，以保持發(fā)泡劑均勻加入。用馬達(dá)61驅(qū)動的一個攪拌器60上裝有合適的混合葉片62，以保持發(fā)泡劑的分布。在這個階段，可監(jiān)測液體材料和發(fā)泡劑的總重量，如果需要補(bǔ)加的話，可重復(fù)上面的操作步驟的順序。用的第一裝置142驅(qū)動的一根活塞150和一根活塞桿152。測量裝置144由一個線性位置傳感器組成，它與輸入/輸出控制面板104相連結(jié)，以取出精確體積的發(fā)泡劑/材料混合物。該混合物的體積被加以控制。溫度受環(huán)繞圓筒140的加熱單元155所控制。體積、溫度和壓力與上面所述相同，這里不需要再重復(fù)。
裝置的第二圓筒141用于混合物膨脹的控制和測定，它應(yīng)恰當(dāng)?shù)匕匆欢ǔ叽缰圃?，使其體積能比圓筒140的體積增加至少一個數(shù)量級(例如由增加十倍直到增加三個數(shù)量級或更大的體積)。這樣便造成壓力從1000Psig(7.0MPa)的高壓降到大氣壓，或低于大氣壓，即部分真空。
當(dāng)活塞158通過由水壓控制閥159-162驅(qū)動的第二移料裝置143推出時，混合物便從圓筒140經(jīng)管道156排入圓筒141。該圓筒141也裝有加熱裝置163，而第二測量裝置145則由另外一個線性位置傳感器組成。同時還裝置了壓力傳感器164，165以及溫度傳感器166，并同輸入/輸出控制面板104相連接。
為了測定體積膨脹潛力，關(guān)閉閥115，混合物給泵109循環(huán)經(jīng)反壓減壓閥168，熱交換器132和管道133，到達(dá)罐106，使混合物保持精確的溫度調(diào)節(jié)。一旦所有預(yù)定條件均已滿足，關(guān)閉回流閥169，圓筒140和141兩者均分別處于關(guān)閉的位置X0和Y0。此時，通過裝置142，根據(jù)PLC105提供的信息，使第一圓筒140的活塞151以某個控制的速度移向X1位置。由于活塞的面積為常數(shù)，為獲得混合物的體積，只需輸入活塞走過的距離。裝置在PLC105的比較器通過來自傳感器144的信號對活塞走過的實際距離作對照。同時還監(jiān)測和對照來自傳感器164，165和166的壓力和溫度。
將閥149移動到關(guān)閉位置，然后使圓筒140的活塞151同時移向X0位置，采用裝置143，使第二(或膨脹)圓筒141的活塞158移向某個位置，從而使一定體積的混合物從第一圓筒轉(zhuǎn)移到第二圓筒。
為了能變更適用于下面膨脹步驟的第一和第二室的總體積，可使活塞151保持在X1位置，也可以將它移動到圓筒140內(nèi)任何另一個位置。這種變更體積的方法比起下列步驟所述靠用近似法求得的第二室/第一室體積比可達(dá)到更高的精確度。這可用來測定各個發(fā)泡劑精確的溶解度以及液化作用特性。
第二步，活塞158被移到使壓力可減少到造成幾乎全部發(fā)泡劑均與混合物分離的一個位置。由于第二圓筒141的體積比第一圓筒140至少大一個數(shù)量級，發(fā)泡劑將同混合物分離。
當(dāng)圓筒141的活塞158已移向Y1位置，從而使壓力傳感器165讀出的壓力給調(diào)整到可使基本上所有的發(fā)泡劑都同混合物分離所需要的這樣的壓力大小時，通過來自線性位置傳感器145的信號將提供活塞所走過的距離。一旦完成測量，膨脹圓筒141的活塞158便移向Y0位置。如果活塞151在這個時候尚未處在該X0位置，它便移向那個位置。打開閥169和149，將使所有殘留物經(jīng)管道170被吹洗入罐106。
需要指出的是，第一室136包括以下幾部分圓筒140內(nèi)活塞151退回到位置X1時的全部體積;閥149和169在關(guān)閉時兩者之間的管道150內(nèi)部體積;以及圓筒141的活塞158伸展到位置Y0時圓筒141頂層內(nèi)的體積。第二測量室138包括第一室136的體積，外加第二圓筒141內(nèi)活塞158移動到位置Y1時增大的全部體積。
于是，便有若干測定混合物體積膨脹潛力的時機(jī)。正如上面詳述的那樣，第一個時機(jī)是，兩個活塞均可移動將一定量的混合物從圓筒140傳送到圓筒141。第二個時機(jī)是，活塞151靜止在位置X0，閥149，169被關(guān)閉，可從圓筒141中拉下活塞158。第三個時機(jī)是，活塞158穩(wěn)定在位置Y0，閥149，169被關(guān)閉，可從圓筒140拉下活塞151。對某些測定來說，充分膨脹混合物(如從圓筒140膨脹到圓筒141)可以是不必要的，于是能通過下面別的方法來得到精確和滿意的數(shù)據(jù)。因此，本發(fā)明的裝置和方法可用來使發(fā)泡劑中至少有一部分離開液體材料同發(fā)泡劑的混合物，在有些情況下，還可用來使基本上所有的發(fā)泡劑都離開混合物。
正如上面所指出的那樣，本發(fā)明在按RIM和RRIM工藝制造聚合物泡沫體中，還為改進(jìn)控制提供了裝置和方法。為了加以實施，發(fā)泡劑一般不溶于液體混合物，重要的是要能控制發(fā)泡劑的加入以及精確測定液體和發(fā)泡劑的體積膨脹潛力。一般說來，體積膨脹潛力較大的裝置100和測定裝置135可用于可溶性發(fā)泡劑。對不溶性發(fā)泡劑來說，可采用體積膨脹潛力較小的裝置，在下面將結(jié)合圖3和圖4一起加以說明。盡管圖1的裝置10采用一種輸送圓筒43，而所要說明的該裝置卻省去了這個單元。裝置10可用來將預(yù)定量的任何一種或多種不同的氣體物料輸送入液體，不過，在采用特殊氣體時，可采用較簡單的裝置。
參照圖3，該裝置一般用數(shù)字180來表示。裝置180采用一種合適的數(shù)字控制系統(tǒng)，隨上文的圖1和2一起加以說明。但是，由于這種系統(tǒng)是眾所周知的，在這里并未構(gòu)成新穎性，對此不需要作進(jìn)一步的說明。圖示的裝置180，包括了例如制造聚氨酯用的Polyahl和異氰酸酯雙組份液體材料系統(tǒng)的將近一半。為討論起見，裝置180將連同這種Polyahl液體材料組份一起加以說明。
配備一臺液體材料存儲和混合罐181，以接受材料M的供應(yīng)。該罐被設(shè)計成可經(jīng)受最高達(dá)約500Psig(3.5MPa)的壓力，并通過管道182喂入由儲源(圖上未表示)供給的液體材料。罐181內(nèi)的壓力以約250Psig(1.8MPa)為宜，又以約100Psig(0.79MPa)為佳。盡管如此，無疑也不排除用更高的壓力，只要所要求的材料和發(fā)泡劑的混合物可能要求這么大的壓力，同樣，低到40Psig(0.37MPa)的壓力可能會適用于別的混合物。
將液體材料由罐181的底部管道183抽出，經(jīng)過閥184和泵185，以調(diào)節(jié)溫度，加入發(fā)泡劑，并與第二組份相反應(yīng)，或用來測定體積膨脹潛力。為了反應(yīng)的目的，可在約150Psig(1.1MPa)至600Psig(4.2MPa)間的壓力下(以400Psig即2.9MPa的壓力為佳)，把材料經(jīng)管道186和入口閥188喂入與圖2的計量圓筒116基本相同的計量圓筒189。該圓筒189裝有一個由帶水壓控制閥192，193的水壓力缸191驅(qū)動的活塞190。材料M被抽入圓筒189，然后關(guān)閉閥188，使材料經(jīng)閥194，通過混合頭196上的會聚噴嘴195，并最終通過出口室198。送料的壓力范圍約為1100Psig(7.7MPa)至3000Psig(20.8MPa)之間，以2800Psig(19.4MPa)為佳。第二種反應(yīng)材料，諸如多異氰酸酯，將同時通過閥199，管道200，混合頭196上的會聚噴嘴201，并經(jīng)出口室198，同材料M(Polyahl)充分混合。在混合頭關(guān)閉時，兩種物料液流便經(jīng)過管道202和203，返回它們各自的儲罐。
正如前面指出的那樣，該裝置是用來使用一種基本上不溶的發(fā)泡劑，因此裝置了供應(yīng)儲罐210，以用來將發(fā)泡劑經(jīng)出口閥211和壓力調(diào)節(jié)器212輸送入管道213。該管道分為兩支分路，一路214載有壓力表215，閥216，質(zhì)量流量計217，閥218，單向閥219，并通過一組位置在罐181底部內(nèi)的鼓泡器220。呈多孔體的鼓泡器可產(chǎn)生平均直徑最高達(dá)約100微米的微小氣泡或液滴，其直徑以約10微米為佳，約1微米為更佳，最好為大約0.2微米。鼓泡器220的方向呈水平狀而不是垂直狀，從而可蓋住罐181很大的面積。第二條支路221，載有壓力表222，單向閥223和調(diào)節(jié)閥224，由罐181的頂部往罐里喂料，從而在液體上部覆蓋發(fā)泡劑的氣體。罐內(nèi)過大的壓力可通過管道226上的調(diào)節(jié)閥225卸壓，并用第二質(zhì)量流量計228測定。調(diào)節(jié)閥224將被調(diào)整到遠(yuǎn)低于調(diào)節(jié)閥225設(shè)定的壓力下操作，從而使正常情況下沒有流體經(jīng)過管道221。
液體在管線183里循環(huán)時，一部分可不通過混合頭196返回罐181。液體經(jīng)管線229和壓力調(diào)節(jié)閥230，被轉(zhuǎn)向通過熱交換器231。一旦液體離開熱交換器，便被喂入另一個鼓泡器單元232，發(fā)泡劑經(jīng)由管線214分流，由管線233喂入該鼓泡器單元232。采用了閥234和單向閥235，發(fā)泡劑通過與罐181內(nèi)的鼓泡器220相同或相似的鼓泡器236放出來。物料離開了鼓泡器單元232，管道238運(yùn)送液體材料混合物回入罐181。補(bǔ)加的或新鮮的液體材料經(jīng)管道182也通過熱交換器231和鼓泡裝置232喂入，從而不使罐181里的液體材料/發(fā)泡劑混合物稀釋，也不使物料的溫度發(fā)生變化。采用由馬達(dá)238驅(qū)動并帶合適的混合葉片239的攪拌器237按常規(guī)方式混合罐內(nèi)的物料。
當(dāng)要求或需要測定混合物的體積膨脹潛力時，該裝置提供一般以數(shù)字240表示的測量裝置，這種裝置是上述第一和第二室的另一個實施方案。測量裝置240由一個帶活塞242的膨脹圓筒241組成，活塞靠裝有閥244和245的圓筒243推動。一部分液體從管道183分流入平行的支流管道246。實際上，第一室250的體積為活塞242充分伸展到Z0所示位置時閥248和249同活塞242頂層之間的體積。第二室251的體積為第一室250的固定體積加上當(dāng)活塞242在膨脹圓筒241里推出到Z1所示位置時形成的體積兩者的總和。
傳感器252記錄下混合物的壓力，接著活塞242被推出，直到室內(nèi)的壓力已降低到所要求的減壓為止。此時，由傳感器253記錄下活塞242走過的長度，并測定混合物的膨脹潛力。在完成測樣后，將活塞242推進(jìn)到Z0位置以再次壓縮樣品;打開閥249和248，使樣品室給沖凈。
圖4說明了往液體材料里加入發(fā)泡劑并精確測定液體和發(fā)泡劑體積膨脹潛力的另一個實施方案，該方案具體體現(xiàn)了本發(fā)明的若干主要特點。
參照圖4，合適的裝置一般用數(shù)字260來表示。從下面的說明，顯而易見的是，該裝置260與圖3的裝置180有些相似。因此，類似的部件在適當(dāng)?shù)膱龊嫌猛瑯拥臄?shù)字表示。裝置260采用一種連同上面圖1和2加以說明的合適的數(shù)字控制系統(tǒng)。但是，由于這種系統(tǒng)是眾所周知的，在這里并未構(gòu)成新穎性，對此不需要作進(jìn)一步的說明。圖示的裝置260，包括了例如制造聚氨酯用的Polyahl和異氰酸酯雙組份液體材料系統(tǒng)的將近一半。為討論起見，裝置260將結(jié)合這種Polyahl液體材料組份一起加以說明。
配備一臺液體材料存儲和混合罐261，以接受材料M的供應(yīng)。該罐被設(shè)計成可經(jīng)受最高達(dá)約1000Psig(7.0MPa)的壓力，并通過管道182喂入由儲源(圖上未表示)供給的液體材料。罐261內(nèi)的壓力以大約600Psig(4.1MPa)為宜，又以約435Psig(3.0MPa)為佳。盡管如此，無疑也不排除用更高的壓力，只要所要求的材料和發(fā)泡劑的混合物可能要求這么大的壓力，同樣，低達(dá)0Psig(0.1MPa)的壓力可能會適用于別的混合物。
將液體材料由罐261底部的管道183抽出，經(jīng)過閥184和泵185以調(diào)節(jié)溫度，加入發(fā)泡劑，并與第二組份相反應(yīng)，或用來測定體積膨脹潛力。為了反應(yīng)的目的，可在約150Psig(1.1MPa)至600Psig(4.2MPa)間的壓力下(以400Psig即2.9MPa的壓力為佳)，把材料經(jīng)管道186，入口閥188，喂入與圖2的計量圓筒116基本相同的計量圓筒189。該圓筒189裝有一個由帶水壓控制閥192，193的水壓力缸191驅(qū)動的活塞190。材料M被抽入圓筒189，然后關(guān)閉閥188，使材料經(jīng)閥194，通過混合頭196上的會聚噴嘴195，并最終通過出口室198。送料的壓力范圍約為1100Psig(7.7MPa)至3000Psig(20.8MPa)之間，以2800Psig(19.4MPa)為佳。第二種反應(yīng)材料，諸如多異氰酸酯，將同時通過閥199，管道200，混合頭196上的會聚噴嘴201，并經(jīng)出口室198，同材料M(Polyahl)充分混合。在混合頭關(guān)閉的時候，兩種物料液流便經(jīng)過管道202和203，返回它們各自的儲罐。
裝置的供應(yīng)罐262用來經(jīng)出口閥263，壓力調(diào)節(jié)器264，將發(fā)泡劑輸送入管道265。該管道265裝有壓力表215，閥216，質(zhì)量流量計217，閥218，以及單向閥219，由此將發(fā)泡劑喂入并通過一組位在罐261底部的鼓泡器220。這種鼓泡器呈多孔狀，可形成平均直徑最高達(dá)大約100微米的微泡或液滴，以約10微米為佳，以大約1微米為更佳，最好為大約0.2微米。鼓泡器220的方向呈水平狀而不是垂直狀，從而可蓋住罐261的很大面積。
裝置260還用來使液體沿管道183，經(jīng)管道229和熱交換器231形成再循環(huán)。一當(dāng)離開熱交換器231，液體便喂入另一個鼓泡器單元232，發(fā)泡劑則由管道233喂入該單元，液體出了該單元，由管道265分流并返回罐261。添加的或新鮮液體材料經(jīng)管道182，也同時通過熱交換器231和鼓泡器單元232喂入罐261，從而使新鮮材料對罐261內(nèi)操作條件的影響減少到最小。罐內(nèi)的物料由一個馬達(dá)238驅(qū)動并帶有葉片239的攪拌器237按常規(guī)方式加以混合。
當(dāng)要求或需要測定混合物的體積膨脹潛力時，該裝置備有常以數(shù)字240表示的測量裝置，這種裝置是上述第一和第二室的另一個實施方案。測量裝置240由一個帶活塞242的膨脹圓筒241組成，活塞靠裝有閥244和245的圓筒243推動。一部分液體從管道183分流入平行的支流管道246。實際上，第一室250的體積為活塞242充分伸展時閥248和249同活塞242頂層之間的體積。第二室251的體積為第一室250的固定體積加上膨脹圓筒241中由推出的活塞242形成的體積。
傳感器252記錄下混合物的壓力，接著活塞242被推出，直到室內(nèi)的壓力已降低到所要求的減壓為止。此時，由傳感器253記錄下活塞242走過的長度，并測定混合物的膨脹潛力。完成測樣后，將活塞242推進(jìn)以再次壓縮樣品;打開閥249和248，把樣品室沖凈。
圖5說明了往液體材料里加入發(fā)泡劑的另一個實施方案和方法，它具體體現(xiàn)了本發(fā)明的若干主要特點。常以數(shù)字270表示的這種裝置還采用了一種連同上面圖1和2加以說明的合適的數(shù)字控制系統(tǒng)。不過，由于控制系統(tǒng)是眾所周知的，在這里并未構(gòu)成新型性，對此不需要作進(jìn)一步的說明。裝置270圖示了一種用來制造聚氨酯的雙組份液體材料系統(tǒng)，如Polyahl和異氰酸酯。為討論起見，裝置270將結(jié)合發(fā)泡劑加入Polyahl液體材料組份M加以說明，不言而喻，可以要求將發(fā)泡劑加入異氰酸酯組份或加入上述兩種組份。
配備一臺液體材料存儲和混合罐271，以接受Polyahl材料M的供應(yīng)，同時配備一臺類似的罐272，以接受異氰酸酯材料N的供應(yīng)。罐271和272被設(shè)計成可經(jīng)受最高達(dá)約1000Psig(7.0MPa)的壓力，并通過各自的儲源(圖上未表示出來)喂入液體材料。罐內(nèi)的壓力以大約600Psig(4.1MPa)為宜，又以約435Psig(3.0MPa)為佳。無疑也不排除用更高的壓力，只要所要求的材料和發(fā)泡劑混合物最終可能要求這么大的壓力，同樣，低達(dá)0.0Psig(0.1MPa)的壓力可能會適用于別的混合物。
為簡單起見，討論的其余內(nèi)容將限于將發(fā)泡劑加入Polyahl，不過這并不是為了要如此限制本發(fā)明。不言而喻，發(fā)泡劑同樣可加入別的反應(yīng)性液體組份里。
材料M經(jīng)管道273和274以及熱交換器275再循環(huán)，以保持溫度恒定，同時，由馬達(dá)278驅(qū)動，帶葉片279的攪拌器276可在加入新的液體時保持混合物均勻。同樣，材料N經(jīng)管道280，281，以及熱交換器282再循環(huán)，以保持溫度恒定，雖然圖上沒有表示出攪拌器，不言而喻，當(dāng)加入新的液體時，罐272中的物料也可以被混合。
材料M通過泵283，經(jīng)物料或容積式流量計284，控制輸往鼓泡器單元285，發(fā)泡劑則通過鼓泡器286加入該單元。發(fā)泡劑由合適的儲源288，以液體或氣體的形式提供。但本例用的發(fā)泡劑是儲源288的一種液化的深冷氣體。配置一個發(fā)泡劑或合適的壓縮氣體的供應(yīng)源289，并將其經(jīng)管道290，調(diào)節(jié)器291喂入液體源288，以迫使發(fā)泡劑從儲源288中出來。這種液體發(fā)泡劑然后通過帶夾套的冷凝管292以及合適的輸送液體的泵293喂料。該液體接著通過一個蒸發(fā)器294，并最終經(jīng)一個物料流量計295進(jìn)入鼓泡器單元285。發(fā)泡劑的輸送速度將受泵293控制。上述的其它合適的發(fā)泡劑物料輸送控制系統(tǒng)可與這種深冷供料系統(tǒng)一起使用或代替它使用。
一旦出了鼓泡器單元285，液體/氣體混合物通過一個接觸器296，該接觸器受適當(dāng)?shù)目刂?，從而可按照實驗測定的液體組份里必需的發(fā)泡劑加料量來保持適宜的停留時間和剪切作用。發(fā)泡劑和液體材料的混合物接著經(jīng)管道299通過混合頭300，在那里與來自罐272的第二種液體組份相混合，該組份又是通過泵301經(jīng)物料流量計302和管道303喂入混合頭300。
以上說明，現(xiàn)在可明顯看出，加入發(fā)泡劑的裝置和方法提供了一個關(guān)閉系統(tǒng)，也就是說，預(yù)定量的發(fā)泡劑可直接從儲源輸送入液體混合物，接著加入反應(yīng)混合物，而不致泄漏到大氣中?？梢岳斫?，為了確保加入精確量的發(fā)泡劑，所有管道均應(yīng)適當(dāng)?shù)匮b入物料，從而使所要求的發(fā)泡劑及其用量真實地被輸送入液體材料。同樣，用來測定體積膨脹的裝置和方法也形成一個封閉體系，因為測試采得的樣品不與周圍大氣直接接觸或發(fā)生發(fā)泡劑泄漏。
由此，顯而易見的是，本發(fā)明的裝置和方法提供了一種十分有效和精確的系統(tǒng)，可用來在制造聚合物泡沫體的雙組分反應(yīng)體系的一種或兩種組份里加入至少一種發(fā)泡劑的微泡或液滴，并可用來測定發(fā)泡劑/液體材料混合物的體積膨脹潛力。本發(fā)明特別適合于制造聚氨酯泡沫體和使用低沸點發(fā)泡劑，但不是對本發(fā)明必需加此限制。加料和測量裝置可組合起來用于同一個總的系統(tǒng)，各裝置也可各自與別的設(shè)備、方法等一起使用，以及用來制造別的聚合物泡沫體。
談到后一方面，本發(fā)明的裝置和方法也可各自或一起采用除用于制造聚氨酯以外的別的液體材料，將發(fā)泡劑加入這些液體材料便可形成聚合物泡沫體。因此，作為優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明雖然揭示的是形成聚氨酯的液體材料，但不是對本發(fā)明加以限制。
根據(jù)上述的發(fā)明內(nèi)容，現(xiàn)在明顯可見，采用本文所述的裝置便能實現(xiàn)前面所述的目的。因此，顯而易見，只要不偏離本發(fā)明這里揭示和說明的內(nèi)容精神，可制定本發(fā)明權(quán)利要求范圍以內(nèi)的任何明顯的變化，并由此制定具體組份單元的選擇。此外，本發(fā)明的范圍將包括有關(guān)權(quán)利要求范圍之內(nèi)的所有改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.發(fā)泡劑加入液體材料中的裝置，該裝置包括在壓力下含一種液體材料的高壓罐；將預(yù)定量的至少一種發(fā)泡劑以微泡或液滴形式輸送入所述液體材料中的裝置，微泡或液滴的平均直徑約低于0.2微米，最高達(dá)約100微米；以及使所述發(fā)泡劑均勻加入整個所述液體材料的裝置。
2.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)泡劑加料裝置，其中所述的輸送裝置包括備有一個移動式活塞的圓筒裝置;移動所述活塞的裝置;以及在開啟和關(guān)閉位置間控制所述活塞位置的裝置。
3.按照權(quán)利要求2所述的發(fā)泡劑加料裝置，其中所述的輸送裝置還包括浸沒在液體材料里以形成發(fā)泡劑的所述氣泡或液滴的許多鼓泡器。
4.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)泡劑加料裝置，還包括計量喂入所述液體材料的發(fā)泡劑流量的第一裝置，以及測定從所述液體材料中排出的發(fā)泡劑量的第二裝置。
5.在封閉系統(tǒng)里測定至少一種發(fā)泡劑和一種液體材料組份混合物的體積膨脹潛力的裝置，該裝置包括在壓力下裝有液體材料和至少一種發(fā)泡劑的高壓罐裝置;測定所述混合物體積膨脹潛力的裝置，它備有彼此連通并與所述罐連通的第一和第二室;傳送所述混合物進(jìn)出所述第一和第二室的裝置，所述第二測量室的體積遠(yuǎn)大于所述第一室的體積，由此，至少有些所述發(fā)泡劑將脫離所述混合物;測量所述第一室壓力的裝置;以及測量所述第一和第二室里被所述混合物所排代的體積的裝置。
6.按照權(quán)利要求5所述的測量發(fā)泡劑和液體材料混合物體積膨脹潛力的裝置，其中所述的第一室備有一個與所述傳送裝置連通的活塞，該活塞可在開啟和關(guān)閉位置間移動，所述的第二室備有一個與所述傳送裝置相連通的活塞，該活塞可在開啟和關(guān)閉位置間移動。
7.一種往液體材料中加入發(fā)泡劑的方法，該方法包括以下步驟向供應(yīng)罐中喂入預(yù)定量的液體材料;通過浸沒在所述液體材料里的裝置往供應(yīng)罐里加入預(yù)定量的至少一種發(fā)泡劑，以形成平均直徑從約低于0.2微米到約100微米的氣泡或液滴。
8.按照權(quán)利要求7所述的一種方法，它還包括另外一個步驟在所述的供料步驟之前，使所述供應(yīng)罐中的壓力從至少約50Psig(0.4MPa)升高到約1000Psig(7.0MPa)的范圍。
9.按照權(quán)利要求8所述的一種方法，其中所述的發(fā)泡劑是從以下這類物質(zhì)中選取，它們是含氯氟烴類，氫氯氟烴類，全氟代烷類，氟氫化烷類，直鏈和支化的烷類，酯類，醚類，稀有氣體類，氨，戊烷及其異構(gòu)體類，水，水蒸汽，二氧化碳，氦，氮氣和空氣及其混合物類，所述的液體材料是從Polyahls(多元醇)和多異氰酸酯這類化合物中選取。
10.在封閉系統(tǒng)里測定至少一種發(fā)泡劑和一種液體材料組份混合物體積膨脹潛力的方法，該方法包括以下步驟從供應(yīng)罐抽出一定量所述的混合物;在壓力下往第一室喂入所述量的混合物;在所述第一室內(nèi)使所述量的混合物體積膨脹到充分大的體積，從而使至少有些所述發(fā)泡劑脫離所述混合物。
11.按照權(quán)利要求10所述的一種方法，其中所述發(fā)泡劑是從下面這類物質(zhì)中選取，它們是含氯氟烴類，氫氯氟烴類，全氟代烷類，氟氫化烷類，直鏈和支化的烷類，酯類，醚類，稀有氣體類，氨、戊烷及其異構(gòu)體類，水，水蒸汽，二氧化碳，氦，氮氣和空氣及其混合物類，所述的液體材料是從Polyahls和多異氰酸酯這類化合物中選取。
全文摘要
發(fā)泡劑往液體材料里加料的裝置包括；高壓液體存儲混合罐；將發(fā)泡劑以直徑0.2至100微米的微泡或液滴形式送入混合物的裝置；及使發(fā)泡劑均勻分布在整個液體材料里的裝置。在封閉系統(tǒng)里測定發(fā)泡劑和液體材料體積膨脹潛力的裝置則包括高壓罐裝置；備有彼此連通并與罐連通的第一，二室的混合物體積膨脹潛力測定裝置；傳送混合物進(jìn)出第一、二室的裝置；第一室測壓裝置；及測定兩室被混合物排代體積的裝置，提供了裝置的使用方法。
文檔編號B29C45/00GK1058603SQ9110500
公開日1992年2月12日 申請日期1991年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月24日
發(fā)明者安德魯·B·萊納特, 馬克·S·霍恩克, 亨利·J·M·格倫鮑爾 申請人:陶氏化學(xué)公司