專利名稱：用于噴射可固化成分的壓力旋渦式霧化噴嘴及相關(guān)方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1中前序部分所述的壓力旋渦式霧化噴嘴，其用于將可固化成分噴射到表面上，以在其上產(chǎn)生聚合物層。本發(fā)明還涉及一種用于將可固化成分噴射到表面上的方法，在該方法中，使用本發(fā)明的噴嘴。

背景技術(shù)：
可固化成分具體地說是聚氨酯反應(yīng)混合物，該聚氨酯反應(yīng)混合物被噴射到模具表面上，以生產(chǎn)例如用于汽車的內(nèi)部裝飾件或板件，比如儀表板、車門面板、雜物箱蓋、控制板等。這樣的聚氨酯反應(yīng)混合物通常具有比較高的粘度，并因此很難霧化。
在權(quán)利要求1中前序部分所述的用于將一層聚氨酯反應(yīng)混合物噴射到模具表面上的壓力旋渦式霧化噴嘴已經(jīng)公開在EP-B-0303305和EP-B-0389014中。在這些專利中公開的噴嘴包括噴孔件，該噴孔件限定在噴嘴的出口噴孔中結(jié)束的漏斗形腔。在其上游末端處，漏斗形腔由噴射器件關(guān)閉，使得渦流室在噴射器件的正面與出口噴孔之間形成。噴射器件包括兩個(gè)或更多個(gè)旋渦口，可固化成分通過這些旋渦口被噴射到渦流室中。由于得到旋渦運(yùn)動(dòng)，可固化成分以中空錐形噴束的形式被噴出出口噴孔。
當(dāng)使用這些現(xiàn)有技術(shù)專利公開的噴嘴將一層可固化成分噴射到復(fù)雜模具表面上，特別是噴射到所示腔的模具表面上時(shí)，噴嘴應(yīng)制造得很小，以便這些噴嘴在窄腔中能運(yùn)動(dòng)，同時(shí)保持足夠的噴射距離。此外，可固化成分的流率應(yīng)當(dāng)很低，以便即使從短距離噴射時(shí)，也能將一薄層的可固化成分均勻地涂敷到模具表面上?？晒袒煞植荒苓M(jìn)一步霧化成太細(xì)小的薄霧，以避免過度噴涂。
當(dāng)將可固化成分噴射到模具表面上時(shí)，最好是在不影響噴射狀態(tài)(液滴尺寸、噴射狀態(tài)的穩(wěn)定性，即可固化成分的動(dòng)能)太多的情況下改變可固化成分的流率。這樣當(dāng)從短噴射距離噴射時(shí)，例如在邊緣處或窄腔中噴射時(shí)，使能減小可固化成分的流率，并當(dāng)從較大噴射距離噴射到較大表面上時(shí)，使能增大可固化成分的流率。這樣，有可能噴射具有更均勻厚度的一層并減小過度噴涂，而又不增加太多循環(huán)時(shí)間。
由本發(fā)明人使用EP-B-0303305和EP-B-0389014所公開的噴嘴進(jìn)行的試驗(yàn)已經(jīng)表明，當(dāng)將聚氨酯反應(yīng)混合物在被霧化成具有大約95μm的MVD的液滴的這樣一種壓力下噴射時(shí)，施加壓力減小40％導(dǎo)致流率減小大約30％和噴射液滴的MVD增大大約65％(MVD是按照ASTM E 799-81確定的液滴的中間體積直徑)。液滴尺寸的這種增大比例如當(dāng)霧化燃油時(shí)觀察到的要大得多。根據(jù)E.O.Olson(Delavan)的文章“用于油燃燒器的燃油噴嘴(Fuel Nozzles for Oil Burners)”，研究已經(jīng)表明，中間液滴尺寸隨壓力變化的0.3次方成反比變化。因此40％的壓力減小與液滴尺寸增大大約16％相對應(yīng)，這比用于聚氨酯反應(yīng)混合物的實(shí)踐中觀察到的液滴尺寸增大要小得多。
較大液滴尺寸的第一缺點(diǎn)是，較大氣泡將夾入到噴涂層中，從而導(dǎo)致更壞的機(jī)械性能。另外的缺點(diǎn)是，由較大液滴形成的噴射狀態(tài)較不穩(wěn)定，并且將更容易地受到重力或氣流的干擾，從而將會(huì)需要噴射較厚層，以得到具有所需機(jī)械性能的均勻?qū)印?br> 在實(shí)際中，已存在所謂的變流噴嘴，比如旁通或回流噴嘴、空氣霧化噴嘴、雙孔型噴嘴及雙聯(lián)噴嘴。這些噴嘴使流率通過噴嘴能有較大變化，但完全不適合噴射可固化成分。此外，這種噴嘴比較龐大。
適合于以可變流率噴射聚氨酯反應(yīng)混合物的噴嘴公開在WO-A-2005/000481中。為了使能改變反應(yīng)混合物的流率，向這里添加一定量的加壓氣體。這樣，由于氣體體積的緣故，聚氨酯反應(yīng)混合物的流率可減小，并且這種流率還通過同時(shí)改變添加到那里的壓加氣體的量而能被改變。然而，與這種氣體輔助噴射方法相關(guān)的噴射設(shè)備較復(fù)雜且昂貴。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第一方面的目的是提供一種新型壓力旋渦式噴嘴，該壓力旋渦式噴嘴使能以較低流率噴射可固化成分，以便產(chǎn)生較大的液滴，并且該壓力旋渦式噴嘴使能減小這種較低流率的變化對噴射液滴尺寸的影響。
為此，本發(fā)明第一方面的噴嘴的特征在于，噴射器件位于距出口噴孔口這樣一段距離的地方， 并且， 比值Lo/Do小于1，式中， Asc＝渦流室的側(cè)壁的表面面積，單位為mm2； β＝旋渦口的傾斜角； Asp，tot＝在與預(yù)定總方向垂直的橫截面平面中測得的旋渦口的最小橫截面面積Asp之和，單位為mm2，其中，通過渦流室中的相應(yīng)旋渦口來噴射可固化成分； Lo＝出口噴孔的長度，單位為mm； Do＝出口噴孔的直徑，單位為mm；及 ≤＝小于或等于。
人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)較靠近出口噴孔設(shè)置噴射器件時(shí)，即當(dāng)減小渦流室的側(cè)壁的表面面積Asc時(shí)，流率的減小對于液滴尺寸具有較小影響。表面面積Asc更具體地說應(yīng)該小到優(yōu)選為≤15，更優(yōu)選為≤13，和最優(yōu)選為≤12。
通過增大旋渦口的橫截面面積Asp，tot也能減小比值

然而，這將導(dǎo)致更高的流率。因?yàn)楸景l(fā)明的噴嘴用于噴射較小的流率，所以旋渦口的最小橫截面面積Ap之和Asp，tot必須小于0.9mm2，并且優(yōu)選地甚至小于0.6mm2。
渦流室的側(cè)壁的表面面積Asc不能無限制地減小。實(shí)際上，要求最小表面面積能夠得到均勻的噴射狀態(tài)。在這方面已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，比值

應(yīng)當(dāng)大于或等于6，優(yōu)選為≥7，更優(yōu)選為≥8，和最優(yōu)選為≥8.5。
為了減小流率對液滴尺寸的影響，比值Lo/Do應(yīng)最終小于1，優(yōu)選為小于0.6，更優(yōu)選為小于0.5，和最優(yōu)選為小于0.4。
在本發(fā)明的噴嘴的優(yōu)選實(shí)施例中，所述旋渦口中的每一個(gè)的最小橫截面面積大于0.07mm2，優(yōu)選為大于0.08mm2，但小于0.25mm2，優(yōu)選為小于0.20mm2，和更優(yōu)選為小于0.15mm2，所述最小橫截面面積是在與預(yù)定的總方向垂直的橫截面平面中測得的，其中，可固化成分通過旋渦口被噴射到渦流室中。
為了降低旋渦口被堵塞的危險(xiǎn)，例如被(部分)固化的可固化成分逐漸堵塞，旋渦口中的每一個(gè)的橫截面面積應(yīng)該足夠大。然而，旋渦口中的每一個(gè)的橫截面面積越小，旋渦口可設(shè)置的越多，并且可固化成分在渦流室的側(cè)壁上分布的越均勻。這由于能夠得到均勻的噴射狀態(tài)是重要的，因?yàn)樵谶@種噴射狀態(tài)下，可固化成分被均勻地分布。
在本發(fā)明的另外方面，當(dāng)以直角投影到包括所述縱軸和直線的另外縱向平面上時(shí)，該直線與所述縱軸垂直相交并通過相應(yīng)旋渦口的出口中心，這時(shí)可固化成分被噴射出旋渦口到渦流室中的預(yù)定總方向與同所述縱軸垂直的所述橫向平面B形成角度γ，該角度γ比由渦流室的側(cè)壁與所述橫向平面B形成的平均角度αav大至少8°，優(yōu)選為大至少12°。
由于可固化成分在相對渦流室的側(cè)壁一定角度下被噴射的緣故，得到噴射狀態(tài)的均勻性提高。
本發(fā)明還涉及一種用于在表面上產(chǎn)生聚合物層的方法，該方法借助于壓力旋渦式霧化噴嘴將可固化成分噴射到所述表面上。這種方法的特征在于，使用本發(fā)明的壓力旋渦式霧化噴嘴。



本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點(diǎn)通過下面本發(fā)明的噴嘴的和方法的一些具體實(shí)施例的描述將變得一目了然。本說明書中使用的附圖標(biāo)記與附圖相關(guān)，在附圖中 圖1是示意圖，表示用本發(fā)明的噴嘴將聚氨酯反應(yīng)混合物噴射到模具表面上的原理； 圖2表示噴射狀態(tài)的示意側(cè)視圖，該噴射狀態(tài)可通過本發(fā)明的噴嘴實(shí)現(xiàn)，反應(yīng)混合物以中空錐形噴束的形式噴射； 圖3是本發(fā)明的整個(gè)噴嘴的橫截面視圖； 圖4是圖3中所示噴嘴的俯視平面圖； 圖5是圖3和4中所示噴嘴的噴射器件的俯視平面圖； 圖6是圖5中所示噴射器件的側(cè)視圖； 圖7是圖3中所示噴嘴的整個(gè)噴孔件和噴射器件的較大比例橫截面視圖；及 圖8和9類似于圖7，但表示變型實(shí)施例。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明涉及一種壓力旋渦式霧化噴嘴，并且涉及一種通過這種噴嘴將可固化成分噴射到表面上以在其上產(chǎn)生聚合物層的方法。噴嘴是所謂的無空氣噴射噴嘴，即其中為了影響噴射狀態(tài)沒有添加氣體的噴嘴。可固化成分特別是產(chǎn)生聚氨酯的反應(yīng)成分混合物，本文稱做聚氨酯反應(yīng)混合物?？晒袒煞挚梢钥蛇x擇地含有物理或化學(xué)發(fā)泡劑，該發(fā)泡劑保證在表面上沉積的可固化成分層發(fā)泡。不過也能噴射其它可固化成分，比如硅酮樹脂、環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂，這將參考聚氨酯反應(yīng)混合物的噴射作更詳細(xì)的描述。這樣的混合物通常通過混合兩種成分，即異氰酸酯成分和多元醇成分得到，盡管有可能使用多于兩種成分流。噴射的聚氨酯反應(yīng)混合物優(yōu)選地不包括溶劑(包括水)，或者僅包括少量的溶劑，特別是以重量計(jì)小于10％，更具體地說以重量計(jì)小于5％，以便使反應(yīng)混合物在被噴射時(shí)具有較高的粘度。
噴射的聚氨酯層通常具有高于300g/l、優(yōu)選為高于400g/l、和最優(yōu)選為高于600g/l的平均密度。聚氨酯層可以是剛性聚氨酯層，但優(yōu)選地是軟彈性聚氨酯層，特別是所謂的聚氨酯表皮，該聚氨酯表皮優(yōu)選地具有0.1至3mm、優(yōu)選為0.3至2mm范圍的平均厚度(通過表皮的體積除以其表面面積確定)。在實(shí)際中，特別是為了生產(chǎn)用于機(jī)動(dòng)車的內(nèi)部裝飾件，比如儀表板、車門面板、控制板等將剛性敷層涂敷在這種表皮層后面，且在兩層之間，優(yōu)選地是中間泡沫層。
用于噴射聚氨酯表皮的反應(yīng)混合物公開在例如EP-B-0379246中。這些反應(yīng)混合物通過剛好在噴射反應(yīng)混合物之前混合異氰酸酯成分和多元醇成分而組成。異氰酸酯成分可以以脂族異氰酸酯為基礎(chǔ)，以便實(shí)現(xiàn)光穩(wěn)定聚氨酯表皮。然而在實(shí)際中，也可能噴射不是光穩(wěn)定的聚氨酯表皮。在用于這種表皮的反應(yīng)混合物中，使用更易反應(yīng)的芳香族聚異氰酸酯。在這種情況下，油漆層優(yōu)選地被涂敷到這種表皮上，或者在已產(chǎn)生表皮之后，或者通過將用于表皮的反應(yīng)混合物涂敷到模具表面上之前將油漆層涂敷到模具表面上，作為模具內(nèi)涂層，以便使表皮變成光穩(wěn)定的。
用于噴射聚氨酯反應(yīng)混合物的基本原理在圖1中示出。
在第一步驟中，通過泵2A和2B從攪拌器罐1A和1B中投配兩種成分，即多元醇和異氰酸酯成分，并且在可移動(dòng)噴槍4內(nèi)混合之前在熱交換器3A和3B中加熱到所需溫度，該噴槍4設(shè)有噴射噴嘴5。從該噴射噴嘴5中，反應(yīng)混合物按照預(yù)定噴射狀態(tài)被噴射到表面上，特別是噴射到模具表面6上。在反應(yīng)混合物已經(jīng)固化之后，形成的聚氨酯層9可從模具表面6上除去，可選擇地，在已將一個(gè)或多個(gè)附加層涂敷到噴射的聚氨酯層9的背面上之后。聚氨酯層不一定必須噴射到模具表面上，但也可對著將要生產(chǎn)的模壓制品的另一層，例如對著模具內(nèi)涂層或?qū)χ獗砥訃娚洌撏獗砥右呀?jīng)噴射到模具表面上并且也可以是聚氨酯層。這個(gè)聚氨酯外層也可通過本發(fā)明的噴嘴噴射，并且可以例如是脂族層，而內(nèi)層是芳香族聚氨酯層。內(nèi)層可以具有與外層相同的密度，但該內(nèi)層也可具有較低密度。
當(dāng)粘性反應(yīng)混合物從噴嘴5噴出時(shí)，得到的噴射狀態(tài)通常包括薄膜7，該薄膜7在例如0.5至20cm的一定距離之后分離成液滴8。噴射過程優(yōu)選地這樣控制，以使這種反應(yīng)混合物或是直接以液滴8的形式或是以薄膜7的形式從噴嘴噴出，所述液滴8具有按照ASTM E799-81確定的中間體積直徑(MVD)，其大于50μm，優(yōu)選為大于60μm，更優(yōu)選為大于70μm，和最優(yōu)選為大于80μm，所述薄膜7在距離噴嘴5為d的地方分離成這樣的液滴8。噴射過程還優(yōu)選地這樣控制，使得液滴8的中間體積直徑小于500μm，優(yōu)選為小于300μm，更優(yōu)選為小于200μm，和最優(yōu)選為小于150μm。當(dāng)在窄腔中噴射時(shí)，噴嘴與模具表面之間的距離，即噴射距離D有可能小于薄膜在其后分離成液滴的距離d，使得反應(yīng)混合物以薄膜7的形式到達(dá)模具表面6上。
反應(yīng)混合物以優(yōu)選為中空圓錐或橢圓錐的形狀噴射。中空錐形噴射狀態(tài)已在圖2中示出，而且是優(yōu)選的，因?yàn)樗軐?shí)現(xiàn)更均勻的層厚度。
聚氨酯層優(yōu)選地以兩個(gè)或更多個(gè)階段噴射到模具表面上。在第一階段中，聚氨酯反應(yīng)混合物優(yōu)選地以較高流率通常從較大噴射距離D噴射。在下一階段中，流率優(yōu)選地降低，使得噴射距離D能減小，以噴射模具表面的較復(fù)雜形狀部分，或者噴射其邊緣。這樣，有可能實(shí)現(xiàn)更均勻的層厚度和減小過度噴射。當(dāng)噴射聚氨酯層時(shí)應(yīng)用的最高流率與最低流率之比優(yōu)選為≥1.1，特別地是≥1.2，和更特別為≥1.3。
如以上所述的那樣，可固化成分通過以預(yù)定比值混合至少兩種成分，特別是多元醇和異氰酸酯成分而組成。在從一種流率過渡到另一種流率期間，泵2A和2B的操作優(yōu)選地這樣控制，使得當(dāng)改變流率時(shí)在反應(yīng)成分之間的比優(yōu)選地同樣保持恒定。這樣，當(dāng)從一種流率切換到另一種流率時(shí)，不必中斷聚合物層的噴射。這呈現(xiàn)如下優(yōu)點(diǎn)，即在不同流率切換期間沒有材料損失。當(dāng)噴射普通儀表板的表皮時(shí)，能實(shí)現(xiàn)大約10％的材料節(jié)省，同時(shí)噴射時(shí)間僅增加大約5％。
當(dāng)降低流率時(shí)，最理想的是，液滴尺寸不要變得太大，以避免太大的空氣夾雜物會(huì)混到噴涂層中并且防止不穩(wěn)定的噴射狀態(tài)。另一方面，當(dāng)增大流率時(shí)，最理想的是，液滴尺寸不要變得太小，以避免太細(xì)的薄霧。當(dāng)以最高和最低兩種流率噴射時(shí)，產(chǎn)生的液滴的中間體積直徑應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地在上文所述范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種新噴嘴，該噴嘴能夠改變可固化成分通過噴嘴的流率，減小對液滴尺寸的影響。
圖3表示本發(fā)明的壓力旋渦式霧化噴嘴的第一實(shí)施例。該噴射噴嘴5包括具有管端11的殼體10，該管端11設(shè)有內(nèi)螺紋12，利用該內(nèi)螺紋12它可擰到噴槍4的固定混合器13的遠(yuǎn)端上。殼體10還設(shè)有縱向孔14，從而形成在具有開口端的較大橫向孔15中終止的供給通道。橫向孔15的內(nèi)表面制有螺紋，并且設(shè)有對應(yīng)螺紋的噴孔件16擰到該孔15中。
噴孔件16是中空件，該中空件在底部敞開并限定漏斗形腔，而在其頂部限定出口噴孔17。漏斗形腔具有經(jīng)過出口噴孔17中心的縱軸a。噴射器件18通過其開口底部插入到噴孔件17中，以關(guān)閉在其上游末端處的這個(gè)漏斗形腔。這樣，漏斗形腔在噴射器件18的正面與出口噴孔17之間形成渦流室19。
在各圖所示的實(shí)施例中，渦流室19的側(cè)壁24，即漏斗形腔的內(nèi)表面是錐形的，并且在通過漏斗形腔的縱軸a的縱向截面中與橫向平面B形成角度α，該角度α一般包括在30°到60°之間，所述橫向平面B垂直于該縱軸a。如果角度α不是恒定的，例如由于在所述縱向截面中觀看時(shí)側(cè)壁是彎曲的結(jié)果，則平均角度αav應(yīng)包括在30°到60°之間，平均角度αav是考慮到表示同一角度α的側(cè)壁的表面面積的表面加權(quán)平均值。在圖8所示的實(shí)施例中，位于與噴射器件18相鄰的側(cè)壁24的第一部分24′與橫向平面B形成角度α′，而位于與出口噴孔17相鄰的側(cè)壁24的第二部分24″與該橫向平面B形成角度α′。當(dāng)?shù)谝徊糠?4′具有表面面積A1而第二部分24″具有表面面積A2時(shí)，αav等于

對于彎曲側(cè)壁24，如圖9中所示的那樣，能以類似方式計(jì)算平均角度αav。
噴射器件18包括四個(gè)旋渦口20(即20a、20b、20c和20d)，通過縱向孔14供給的反應(yīng)混合物經(jīng)過這四個(gè)旋渦口20按照預(yù)定總方向被噴射到渦流室19中，該預(yù)定總方向用一般速度向量21表示。如圖5和6所示的那樣，噴射器件18例如包括配合在中空噴孔件16內(nèi)的圓柱形部分22和截頭圓錐部分23，截頭圓錐部分23更具體地說配合靠在噴孔件16的錐形內(nèi)表面上。在截頭圓錐上表面中制有形成旋渦口20的四個(gè)凹槽。這些凹槽或旋渦口20中的每一個(gè)通過在噴射器件18的底側(cè)中心終止的圓柱形鉆孔25連接到供給通道14上，使得反應(yīng)混合物流在四個(gè)孔25和旋渦口20上分開。
旋渦口20被定向，以致其中反應(yīng)混合物在渦流室19中被噴射的預(yù)定總方向21當(dāng)以直角投影到縱向平面A上時(shí)與橫向平面B形成角度β，所述縱向平面A包括漏斗形腔的縱軸a并且垂直于直線b，該直線b與所述縱軸a垂直地相交并且通過相應(yīng)旋渦口20的出口中心c，所述橫向平面B垂直于所述縱軸a，角度β被包括在30°到60°之間。由于在圖6的顯示中，可以看到旋渦口20a的角度β，所以對于這個(gè)旋渦口20a，用來確定角度β的縱向平面A、中心c、和直線b已經(jīng)表示在圖5和6中。
旋渦口20優(yōu)選地具有在橫截面平面C(對旋渦口20b所示)中測得的橫截面面積，所述橫截面平面C垂直于其中反應(yīng)混合物通過相應(yīng)旋渦口20被噴射到渦流室20中的預(yù)定總方向21，所述橫截面面積不是恒定的，而是朝向渦流室20減小。這樣，減小了噴嘴上的壓降。在圖5和6中所示的實(shí)施例中，減小凹槽的橫截面面積通過如下作法實(shí)現(xiàn)，即朝向渦流室19減小與漏斗形腔的側(cè)壁垂直測得的旋渦口20的深度。由于旋渦口20的橫截面面積不恒定的緣故，所以反應(yīng)混合物的流動(dòng)方向在旋渦口20的橫截面上不同，從而其中反應(yīng)混合物被噴射到渦流室19中的預(yù)定總方向21與離開旋渦口20的反應(yīng)混合物的大致的速度向量相對應(yīng)(采取反應(yīng)混合物橫過旋渦口的整個(gè)橫截面的均勻速度值確定大致的速度向量)。
旋渦口20的深度朝向渦流室19減小到這樣一種程度，即其中反應(yīng)混合物被噴射到渦流室19中的預(yù)定總方向21與所述橫向平面B形成角度γ，該橫向平面B垂直于渦流室19的縱軸a，所述角度γ大于渦流室19的側(cè)壁24與橫向平面B之間形成的角度α或平均角度αav。在圖6中可以看到旋渦口20b的角度γ。為了確定旋渦口20b的這個(gè)角度γ，預(yù)定總方向21以直角投影到另外的縱向平面D上(該縱向平面D與用來確定旋渦口20a的傾斜角度β的平面A相同)，所述縱向平面D同樣包括漏斗形腔的縱軸a和直線e，該直線e與所述縱軸a垂直相交并通過旋渦口20b的中心c。角度γ然后確定為在總方向21的這種投影與橫向平面B之間的角度。角度γ大于平均角度αav(當(dāng)這個(gè)角度恒定時(shí)，該平均角度αav等于角度α)優(yōu)選為至少8°，更優(yōu)選為至少12°。這樣，反應(yīng)混合物在和渦流室19的側(cè)壁24成一定角度下被噴射，致使反應(yīng)混合物已經(jīng)較好地散布在渦流室中。
在圖8和9中所示的實(shí)施例中，角度αav與γ之差通過這樣一種方式形成漏斗形腔來實(shí)現(xiàn)(或增大)，即角度α朝向出口噴孔17減小。角度α或者以斷續(xù)方式減小，如圖8中所示的那樣，或者以連續(xù)方式減小，如圖9中所示的那樣。在圖9的示例中，不僅側(cè)壁24彎曲，而且噴射器件18的截頭圓錐部分23也彎曲，以使該截頭圓錐部分23對噴孔件16的錐形內(nèi)表面配合?？商鎿Q地，也有可能保持圖7和8所示的直噴射器件18，并只彎曲渦流室19的側(cè)壁24。
在圖中未示出的另外實(shí)施例中，旋渦口20也可由鉆孔而不是由凹槽形成。這樣，角度γ能通過選擇這些鉆孔的方向被控制。
本發(fā)明的噴嘴包括至少兩個(gè)，但優(yōu)選為至少三個(gè)，更優(yōu)選為至少四個(gè)旋渦口20。較多旋渦口20能夠?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)混合物在渦流室中更好分布，即更均勻的噴射狀態(tài)，但對于同一總流率，旋渦口20越多，旋渦口20中的每一個(gè)的最小橫截面面積Asp應(yīng)該越小。反應(yīng)混合物在渦流室中的較好分布也可通過增大旋渦口的寬度(和相應(yīng)地減小其深度)來實(shí)現(xiàn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，旋渦口20在它們的出口處因此具有寬度w，該寬度w在與所述縱軸a垂直的橫向平面B中沿著與噴射器件18的正面外圓相切的方向測得，旋渦口20的寬度w之和是噴射器件18的正面外圓的至少11％，更優(yōu)選為至少14％，和最優(yōu)選為至少17％。
本發(fā)明的噴嘴是用于以較低流率噴射的小噴嘴。旋渦口20如此小，以致每個(gè)在橫截面平面C(對于旋渦口20b所示)中測得的其最小橫截面面積Asp之和Asp，tot小于0.9mm2，并優(yōu)選為小于0.6mm2，所述橫截面平面C與其中反應(yīng)混合物通過相應(yīng)旋渦口20噴射到渦流室20中的預(yù)定總方向21垂直。為了降低堵塞的危險(xiǎn)，在與所述預(yù)定總方向21垂直的橫截面平面C中測得的旋渦口20中的每一個(gè)的最小橫截面面積Asp大于0.07mm2，并優(yōu)選為大于0.08mm2。為了能夠在較多數(shù)量的旋渦口上分配流量或反應(yīng)混合物，旋渦口的最小橫截面面積Asp優(yōu)選為小于0.25mm2，更優(yōu)選為小于0.20mm2，并最優(yōu)選為小于0.15mm2。
出口噴孔17具有在與漏斗形腔的縱軸a垂直的橫向平面中測得的最小橫截面面積Aeo，該最小橫截面面積Aeo相對于旋渦口20的橫截面面積Asp之和Asp，tot比較大，并且具體地包括橫截面面積Asp之和Asp，tot的至少1.3倍，優(yōu)選為至少1.5倍，并更優(yōu)選為至少1.7倍。這樣，也能有效地噴射比較粘可固化成分。在這方面，出口噴孔17而且具有在所述縱軸a方向上測得的長度Lo，該長度Lo小于在與所述縱軸a垂直的平面中測得的出口噴孔17的最小直徑Do。長度Lo優(yōu)選地小于出口噴孔17的最小直徑Do的0.6倍，更優(yōu)選為小于0.5倍，而最優(yōu)選為甚至小于0.4倍。
在各圖所示的示例中，出口噴孔17是圓柱形的，使得長度Lo和直徑Do能容易測量。在渦流室19與出口噴孔17之間、或在出口噴孔17與噴嘴的外側(cè)之間有彎曲過渡的情況下，出口噴孔17開始或終止，在這里與噴嘴的內(nèi)表面相切且位于與漏斗形腔的縱軸a同一平面中的線與該縱軸a形成小于30°的角度。
本發(fā)明第一方面的噴嘴的基本特征是，渦流室19的側(cè)壁24具有在良好限定極限內(nèi)的表面面積Asc。比值

更具體地說小于或等于17，因?yàn)橐呀?jīng)發(fā)現(xiàn)，這樣通過噴嘴的流率的變化對于產(chǎn)生液滴的尺寸具有較小影響。然而，上述比值應(yīng)該大于或等于6，以能實(shí)現(xiàn)反應(yīng)混合物在渦流室中的充足分布，以便得到充分均勻的噴射狀態(tài)。優(yōu)選地，比值

小于或等于15，更優(yōu)選為小于或等于13，和最優(yōu)選為小于或等于12，但大于或等于7，更優(yōu)選為大于或等于8，和最優(yōu)選為大于或等于8.5。
渦流室19的側(cè)壁24的表面面積Asc通過增大或減小渦流室20的高度H能增大或減小，高度H是在噴射器件18與出口噴孔17之間的距離。
在優(yōu)選實(shí)施例中，漏斗形腔具有在橫向平面B中測得的橫截面面積Afc，所述橫向平面B與所述縱軸a垂直并且通過旋渦口20的出口，該橫截面面積Afc使比值

大于或等于1.7，但小于或等于6.5。當(dāng)這個(gè)比值小于1.7時(shí)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)混合物在渦流室19中充足分布是困難的，或者換句話說，充分均勻的噴射狀態(tài)。另一方面，當(dāng)這個(gè)比值大于6.5時(shí)，反應(yīng)混合物通常將取得較低效率的霧化，從而在通過噴嘴的流率改變時(shí)導(dǎo)致較大液滴尺寸變化。優(yōu)選地，比值

小于或等于4.4，并且更優(yōu)選為小于或等于3.6。比值

還優(yōu)選地大于或等于2.0，更優(yōu)選為大于或等于2.2。
示例 曾制成九個(gè)噴嘴，這些噴嘴具有如圖3至7所示的一般構(gòu)造。噴嘴的不同之處僅在于，它們的噴射器件18，更具體地說其截頭圓錐部分23具有不同的高度。這樣，渦流室19的側(cè)壁24具有不同的表面面積Asc。在噴射器件18中的鉆孔25的斜度這樣被調(diào)整，以致不同噴嘴的旋渦口20都具有相同的長度。
相同的聚氨酯反應(yīng)混合物均用這些噴嘴在10和14g/sec兩種流率下噴射，并且測量噴嘴上的壓降。此外，按照ASTM E 799-81確定液滴的中間體積直徑，并且通過將聚氨酯反應(yīng)混合物噴射到設(shè)有具有5mm寬縫隙的表面上和使噴嘴從這個(gè)表面上經(jīng)過并同時(shí)在這個(gè)表面下的紙張上經(jīng)過來確定噴射狀態(tài)的均勻性。得到的結(jié)果概括在表1中。
表1具有不同渦流室尺寸的噴嘴的液滴尺寸和壓力變化。

表1中的結(jié)果表明，渦流室尺寸的減小對于噴嘴上的壓降基本上沒有影響，但它對于液滴尺寸的變化具有意想不到的重要影響。如上文已經(jīng)提到的那樣，在對油燃燒器的燃油噴嘴的領(lǐng)域研究已經(jīng)表明，中間液滴尺寸隨壓力變化的0.3次方成反比變化。由于壓降對于所有九個(gè)被試驗(yàn)的噴嘴基本上都相同，因此人們期望，液滴尺寸增大也是相同的，但情況顯然并不這樣。此外，根據(jù)對燃油噴嘴得到的公式，壓力減小44％與液滴尺寸增大大約19％相對應(yīng)，這比本示例中觀察到的液滴尺寸增大要小得多。這種差別或許可能是由于聚氨酯反應(yīng)混合物的粘度或其表面張力所造成的。然而，主要原因?qū)⒑芸赡苁牵郯滨シ磻?yīng)混合物以較低流率噴射，從而導(dǎo)致較大液滴。流率進(jìn)一步減小因此將對于液滴尺寸具有較大影響，并從而對于噴射狀態(tài)的穩(wěn)定性也具有較大影響。這在對噴嘴的進(jìn)一步試驗(yàn)中已經(jīng)表明，試驗(yàn)的噴嘴與噴嘴No.2相同，不同之處在于，它具有有點(diǎn)深的凹槽。流率從14減小至10g/sec導(dǎo)致47％的噴嘴上的壓降減小，并且導(dǎo)致68％的液滴尺寸增大(從100至168μm)，而流率從17.5減小至12.5g/sec導(dǎo)致噴嘴(45％)上的壓降的相同減小，但導(dǎo)致較小液滴尺寸增大(從95至135μm，即僅42％的液滴尺寸增大)。
當(dāng)以14和10g/sec兩種流率噴射時(shí)，通過No.9噴嘴得到的噴射狀態(tài)主要包括四個(gè)尾狀物，這些尾狀物在紙張上產(chǎn)生四個(gè)有區(qū)別的斑點(diǎn)。當(dāng)用No.8噴嘴噴射時(shí)，一些另外的斑點(diǎn)在四個(gè)主要斑點(diǎn)之間產(chǎn)生。對于No.7噴嘴，噴射狀態(tài)已經(jīng)比較均勻，但No.6噴嘴產(chǎn)生甚至更均勻的噴射狀態(tài)。從No.5噴嘴開始得到最均勻的噴射狀態(tài)。另外的試驗(yàn)以具有

比值等于9.0的噴嘴進(jìn)行，其還產(chǎn)生最均勻的噴射狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種壓力旋渦式霧化噴嘴，其用于將可固化成分噴射到表面(6)上，以在其上產(chǎn)生聚合物層(9)，該噴嘴(5)包括
-噴孔件(16)，其限定漏斗形腔和出口噴孔(17)，該出口噴孔(17)具有長度Lo和直徑Do，漏斗形腔具有縱軸(a)，并在出口噴孔(17)中其下游末端處終止；和
-噴射器件(18)，它在其上游末端處關(guān)閉所述漏斗形腔，使得漏斗形腔在噴射器件(18)的正面與出口噴孔(17)之間形成渦流室(19)，噴射器件(18)包括至少兩個(gè)旋渦口(20)，所述旋渦口(20)中的每一個(gè)具有進(jìn)口和出口，并且所述旋渦口(20)中的每一個(gè)在渦流室(19)中終止，用于按照預(yù)定總方向(21)將可固化成分噴射到渦流室(19)中，并由此將渦流傳遞到可固化成分；
其中
-所述旋渦口(20)中的每一個(gè)具有在橫截面平面(C)中測得的最小橫截面面積Asp，所述橫截面平面(C)與所述預(yù)定總方向(21)垂直，旋渦口(20)的最小橫截面面積Asp之和Asp，tot小于0.9mm2，優(yōu)選為小于0.6mm2；其中，
-渦流室(19)具有側(cè)壁(24)，該側(cè)壁(24)具有表面面積Asc，并且在通過所述縱軸(a)的縱向截面中與橫向平面(B)形成平均角度αav，所述橫向平面(B)垂直于所述縱軸(a)，該平均角度αav被包括在30°到60°之間；并且其中，
-旋渦口(20)被定向使得所述預(yù)定總方向(21)當(dāng)以直角投影到縱向平面(A)上時(shí)與所述橫向平面(B)基本上形成角度β，所述縱向平面(A)包括所述縱軸(a)并且垂直于直線(b)，該直線(b)與所述縱軸(a)垂直地相交并且通過相應(yīng)旋渦口(20)的出口的中心(c)，角度β被包括在30°到60°之間；
其特征在于，
噴射器件(18)位于距出口噴孔(17)這樣一段距離(H)即
并且
比值Lo/Do小于1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，噴射器件(18)位于距出口噴孔(17)這樣一段距離(H)，即
優(yōu)選為≤13，和更優(yōu)選為≤12。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的噴嘴，其特征在于，噴射器件(18)位于距出口噴孔(17)這樣一段距離(H)，即
優(yōu)選為≥8，和更優(yōu)選為≥8.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的噴嘴，其特征在于，所述預(yù)定總方向(21)當(dāng)以直角投影到另外縱向平面(D)上時(shí)與所述橫向平面(B)形成角度(γ)，該縱向平面(D)包括所述縱軸(a)和直線(e)，該直線(e)與所述縱軸(a)垂直地相交并且通過相應(yīng)旋渦口(20)的出口中心(c)，該角度(γ)大于所述平均角度αav至少8°、優(yōu)選為至少12°。
5.一種壓力旋渦式霧化噴嘴，其用于將可固化成分噴射到表面(6)上，以在其上產(chǎn)生聚合物層(9)，該噴嘴(5)包括
-噴孔件(16)，其限定漏斗形腔和出口噴孔(17)，該出口噴孔(17)具有長度Lo和直徑Do，漏斗形腔具有縱軸(a)，并在出口噴孔(17)中其下游末端處終止；和
-噴射器件(18)，它在其上游末端處關(guān)閉所述漏斗形腔，使得漏斗形腔在噴射器件(18)的正面與出口噴孔(17)之間形成渦流室(19)，噴射器件(18)包括至少兩個(gè)旋渦口(20)，所述旋渦口(20)中的每一個(gè)具有進(jìn)口和出口，并且所述旋渦口(20)中的每一個(gè)在渦流室(19)中終止，用于按照預(yù)定總方向(21)將可固化成分噴射到渦流室(19)中，并由此將渦流傳遞到可固化成分；
其中
-所述旋渦口(20)中的每一個(gè)具有在橫截面平面(C)中測得的最小橫截面面積Asp，所述橫截面平面(C)與所述預(yù)定總方向(21)垂直，旋渦口(20)的最小橫截面面積Asp之和Asp，tot小于0.9mm2，優(yōu)選為小于0.6mm2；其中，
-渦流室(19)具有側(cè)壁(24)，該側(cè)壁(24)具有表面面積Asc，并且在通過所述縱軸(a)的縱向截面中與橫向平面(B)形成平均角度αav，所述橫向平面(B)垂直于所述縱軸(a)，該平均角度αav被包括在30°到60°之間；并且其中，
-旋渦口(20)被定向使得所述預(yù)定總方向(21)當(dāng)以直角投影到縱向平面(A)上時(shí)與所述橫向平面(B)基本上形成角度β，所述縱向平面(A)包括所述縱軸(a)并且垂直于直線(b)，該直線(b)與所述縱軸(a)垂直地相交并且通過相應(yīng)旋渦口(20)的出口的中心(c)，角度β被包括在30°到60°之間；
其特征在于，
比值Lo/Do小于1，并且，
所述預(yù)定總方向(21)當(dāng)以直角投影到另外的縱向平面(D)上時(shí)與所述橫向平面(B)形成角度(γ)，所述縱向平面(D)包括所述縱軸(a)和直線(e)，該直線(e)與所述縱軸(a)垂直地相交并且通過相應(yīng)旋渦口(20)的出口的中心(c)，該角度(γ)大于所述平均角度αav至少8°、優(yōu)選為至少12°。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的噴嘴，其特征在于，所述旋渦口(20)被定向使得所述預(yù)定總方向(21)到所述另外的縱向平面(D)上的所述投影與所述橫向平面(B)形成角度(γ)，該角度(γ)大于所述平均角度αav至少8°、優(yōu)選為至少12°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的噴嘴，其特征在于，旋渦口(20)由噴射器件(18)中的凹槽形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6和7所述的噴嘴，其特征在于，凹槽(20)具有從其進(jìn)口到其出口減小的深度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的噴嘴，其特征在于，旋渦口(20)的進(jìn)口通過噴射器件(18)中的鉆孔(25)而與噴射器件(18)的背面流體連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的噴嘴，其特征在于，在其出口處旋渦口(20)具有寬度(w)，該寬度(w)在與所述縱軸(a)垂直的橫向平面(B)中沿著與噴射器件(18)的正面的外圓周相切的方向測得，旋渦口(20)的寬度(w)之和是噴射器件(18)的正面外圓周的至少11％。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的噴嘴，其特征在于，旋渦口(20)的寬度(w)之和是所述外圓周的至少14％，優(yōu)選為至少17％。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的噴嘴，其特征在于，在與所述預(yù)定總方向(21)垂直的橫截面平面(C)中測得的所述旋渦口(20)中的每一個(gè)的最小橫截面面積Asp大于0.07mm2，優(yōu)選為大于0.08mm2，但小于0.25mm2，優(yōu)選為小于0.20mm2，和更優(yōu)選為小于0.15mm2。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的噴嘴，其特征在于，在橫向平面(B)中測得的漏斗形腔具有橫截面面積Afc，該橫向平面B與所述縱軸(a)垂直并且通過旋渦口(20)的出口，并且出口噴孔(17)具有最小橫截面面積Aeo，以致
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的噴嘴，其特征在于，
優(yōu)選為≤3.6。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的噴嘴，其特征在于，
優(yōu)選為≥2.2。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的噴嘴，其特征在于，比值Lo/Do小于0.6，優(yōu)選為小于0.5，和更優(yōu)選為小于0.4。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的噴嘴，其特征在于，出口噴孔(17)具有最小橫截面面積Aeo，Aeo≥1.3＊Asp，tot，優(yōu)選為≥1.5＊Asp，tot，和更優(yōu)選為≥1.7＊Asp，tot。
18.一種用壓力旋渦式霧化噴嘴(5)將可固化成分噴射在表面(6)上而在表面(6)上產(chǎn)生聚合物層(9)的方法，其特征在于，利用根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的壓力旋渦式霧化噴嘴(5)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，可固化成分含有以重量計(jì)最多10％的溶劑，優(yōu)選為以重量計(jì)最多5％的溶劑，和優(yōu)選為基本上沒有溶劑。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述可固化成分是聚氨酯反應(yīng)混合物，特別是至少多元醇成分和異氰酸酯成分的混合物。
21.根據(jù)權(quán)利要求18至20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，可固化成分以液滴(8)的形式或者以薄膜(7)的形式被噴出噴嘴(5)，所述液滴(8)具有中間體積直徑，該中間體積直徑按照ASTM E 799-81確定，且大于50μm，優(yōu)選為大于60μm，更優(yōu)選為大于70μm，和最優(yōu)選為大于80μm，所述薄膜(7)在與噴嘴(5)一定距離(d)的地方分離成這種液滴(8)。
22.根據(jù)權(quán)利要求18至21中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，可固化成分以液滴(8)的形式或者以薄膜(7)的形式被噴出噴嘴(5)，所述液滴(8)具有中間體積直徑，該中間體積直徑按照ASTM E 799-81確定，且小于500μm，優(yōu)選為小于300μm，更優(yōu)選為小于200μm，和最優(yōu)選為小于150μm，所述薄膜(7)在與噴嘴(5)一定距離(d)的地方分離成這種液滴(8)。
23.根據(jù)權(quán)利要求18至22中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，當(dāng)將可固化成分噴射到表面(6)上時(shí)，可固化成分的流率被改變，最高流率與最低流率之比≥1.1，特別是≥1.2，和更特別為≥1.3。
24.根據(jù)權(quán)利要求21至23所述的方法，其特征在于，當(dāng)以所述最高流率和所述最低流率噴射時(shí)，液滴(8)的中間體積直徑都在權(quán)利要求20和21限定的范圍內(nèi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求18至24中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，當(dāng)將可固化成分噴射到表面(6)上時(shí)，可固化成分的流率被改變，可固化成分由以預(yù)定比值混合至少兩種成分組成，該預(yù)定比值在從一種流率過渡到另一種流率期間也被保持。
26.一種根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的壓力旋渦式霧化噴嘴(5)的用途，該用途用于通過噴嘴(5)將可固化成分噴射到表面上以在該表面上產(chǎn)生聚合物層(9)。
全文摘要
一種用于噴射可固化成分的壓力旋渦式霧化噴嘴，其包括噴孔件(16)，其限定漏斗形腔和出口噴孔(17)；和噴射器件(18)，其關(guān)閉漏斗形腔，以致漏斗形腔在噴射器件(18)的正面與出口噴孔(17)之間形成渦流室(19)。噴射器件(18)包括至少兩個(gè)旋渦口(20)，這些旋渦口(20)在渦流室(19)中終止，用于將可固化成分噴射到其中，并由此將渦流傳遞到可固化成分。與旋渦口(20)的最小橫截面面積之和相比，渦流室(19)的側(cè)壁(24)具有較小的表面面積，然而該表面面積仍然大到足以分布可固化成分，以便獲得均勻噴射狀態(tài)。通過減小渦流室(19)的尺寸，可固化成分能被更有效地霧化。這樣，可固化成分通過噴嘴較小流率的變化而對液滴尺寸和噴射狀態(tài)的穩(wěn)定性具有相對低的影響。
文檔編號(hào)B05B1/34GK101678371SQ200780053236
公開日2010年3月24日 申請日期2007年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月4日
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