专利名称：燃料系统的管道及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料系统的管道，特别涉及一种具有机械整体性、良好的耐化学腐蚀性和耐热老化的性能及良好的防蒸汽泄漏特性的燃料系统的管道。
将燃料输送到小汽车、公共汽车、船只、飞机之类的发动机中的管道是这些交通工具中燃料供应系统的重要部件。同样，输送燃料蒸汽的管道也是这些燃料供应系统中的重要部件。这些管道必须具有许多特性，其中包括防蒸汽泄漏及耐化学腐蚀。由于越来越严格的环保法规以及迅迎发展和大量采用燃料中的含氧化合物和燃料添加剂，对管道特性的要求也越来越高。很多这类含氧化合物可使燃料系统的管道严重腐蚀。
一种具有良好的耐化学腐蚀和防蒸汽泄漏特性的材料是聚四氟乙烯(PTFE)，因而，这种材料可被用作燃料供应系统中的管道。但PTFE一类材料常常具有使它们难于用于这种管道的特性。例如，碳氟聚合物以“滑溜”而著称，这使得难于用它构成具有机械稳定性的管道。
美国专利3050786(授权于St.John等人)公开了一种衬有PTFE的管道。该专利在揭示这种碳氟聚合物优越特性的同时，也承认它们的缺陷“尽管PTFE具有很高的柔性，并可在正常条件下耐受200°F以上的温度，但它仍只是一种塑料，不具备金属或其它非塑料材料所具备的机械强度。因此，需要研究一种将PTFE与其它具备一定机械强度的材料组合起来的适当方法。”长期以来一直需要一种采用机械稳定的碳氟内衬或内涂层的管道。如授权于St.John等人的上述专利所述“如果有人寻求一种具有钢的强度和PTFE的化学惰性的管子，一个自然的方案是在一根钢管中加树脂内衬。但说起来容易，做起来却难。合乎要求的加衬应使得在管道的预期寿命内内衬不会从管壁上脱落。作为衬里的材料应具有足够厚度以避免泄漏。在采用PTFE悬浮液作为管子内涂层时会遇到很多困难。为了获得足够的壁厚，应反复涂覆。同时，还没有一种使涂层与其它材料结合得很理想的合适方法。而将一种直径特别大的内衬挤压入管孔中的方法不适于长度超过几英寸的管子。”授权于St.John等人的上述专利试图克服这些缺点，它采用一种预压烧结的PTFE树脂的管子，该树脂在常温下尺寸保持稳定而在加热时周长改变。在该方法中，将PTFE管插入管道的外套中，再加热使其膨胀而实现两者紧密配合。
尽管St.John等人提出的方案在某些情况下可能具有优点，但申请人也发现这种技术存在缺陷。例如，与PTFE接触的外套本身在将PTFE树脂膨胀和/或收缩以获得紧密接触的温度下可能不具备热稳定性。此外重要的是，申请人发现管状的PTFE产品特别是薄壁PTFE管状产品对处理过程中的扭曲和变形非常敏感。这种扭曲和/或变形非常有害，因为它会使PTFE材料的抗蒸汽泄漏的性能大大降低。由于此外加原因，St.John等人的上述专利所披露的方法因PTFE内衬的变形或扭曲而不适用。
本发明的目的是提供一种既有机械整体性又抗化学腐蚀的燃料系统管道。
本发明的目的还在于提供一种既有机械整体性又防蒸汽泄漏的燃料系统管道。
本发明的另一目的在于提供一种具有碳氟聚合物内衬的燃料系统管道。
本发明的又一个目的在于提供一种管道成形方法，其中塑料内衬在制造过程中不会受到有害的扭曲或变形。
本发明的申请人发现按照本发明构成的燃料系统管道可以达到上述目的。特别是申请人发现包括下列构件的机动车燃料管道性能良好，该管道包括一个内管;一个大体包围该内管的外管;以及位于内管外表面与外管内表面界面的机械锁定装置，用以防止内管和外管间的相互运动。根据最佳实施例，该机械锁定装置包括一组位于外管内表面和内管外表面上的啮合凸起和凹陷。例如，在某些实施例中，管道包括在至少一部分外表面上具有凹陷、例如槽或切口的内管，以及具有凸起的外管，这些凸起至少部分地填入内管外表面上的凹陷中。根据特别推荐的实施例，内管和外管均由聚合物材料构成，且均具有凸起和凹陷。
虽然不是必需的，但本发明的管道最好由本发明的方法构成。本发明的方法包括制成第一管状构件，在其至少一部分外表面上具有凸起和/或凹陷，在该第一管状构件上熔融挤出第二聚合物管状构件，使得在挤压过程中第二管状构件的聚合物材料流入凹陷中和/或围绕在凸起周围。因此，在内管的凹陷和/或凸起上挤压出的聚合物材料可在两管间形成紧密而稳固的机械结合，而内管不会扭曲或变形。
图1是根据本发明一个实施例的内管透视图;
图1A是显示图1中管子上凹槽和凸起的放大透视图;
图2是采用图1内管的燃料管道的部分截面透视图;
图3是图2燃料管道的截面图。
Ⅰ.燃料系统管道本发明中改进的燃料系统管道包括一个内管。本领域技术人员都知道，本发明的内管将容纳燃料和/或蒸汽并与之接触。这样，该管道中的内管或内衬部分不仅应当具有柔韧性、热稳定性及化学稳定性，还应当具有很强的抗液体及蒸汽泄漏的特性。很多材料都可满足这些要求，可被用于本发明的实施例中。但本发明的管道中内管或内衬最好包括由碳氟聚合物树脂构成的部件。众所周知，碳氟聚合物是一类部分或全部氢原子由氟原子取代的链烃聚合物。本发明的内管可由从下列包含碳氟树脂的材料族中选择的材料构成，它们是聚四氟乙烯(PTFE)，氟化乙烯-丙烯共聚物(FEP)，全氟烷氧基树脂(PFA)，聚氯三氟乙烯(PCTFE)，乙烯-三氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)，乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)，聚偏氟乙烯(PVDF)，聚氟乙烯(PVF)，以及一种或数种上述物质的混合物。尽管上述碳氟聚合物，包括均聚物、共聚物、上述任一种嵌段和接枝共聚物都可被采用，但PTFE树脂是最好的。
在最佳结构中，内管是一种复合管道，它包括一个PTFE树脂构成的外部构件和一个由PTFE与半导体碳的混合物构成的内部构件。
本发明的燃料管道还具有一个同轴的外管。一般外管最好有助于提高管道的强度和机械稳定性。尽管许多材料都可被用来构成外管，但本发明的实施例中外管最好由热塑树脂构成。同样，尽管许多热塑树脂可用于本发明，但目前看来聚酰胺树脂可产生很好的结果。
根据本发明的重要实质特征，本发明的燃料管道包括机械锁定装置，例如包括相互作用的凸起和凹陷，使内管和外管不能相互转动，也不能沿纵向相互移动。在最佳实施例中，该锁定装置包括位于内管外表面上的脊或谷，以及位于外管内表面上的相啮合的脊或谷。在特别推荐的实施例中，这种脊或谷在管子的外和/或内表面上大体上沿纵向延伸。尽管可以想象在某些场合单一的脊或谷就具有所需的锁定功能，但最好在内管的外表面设置一组纵向脊，而每对脊之间由谷分开。当然，该实施例中在外管内表面应具有与之啮合的脊和谷。纵向脊的数目可多可少，但在内管上最好每吋周长包含约20-约50条脊，而每吋周长约30-约40条脊更好。同样，脊的准确形状和尺寸也可变化。但最好是脊包括尖蜂，而谷包括尖槽。在其它实施例中，谷部可在两脊之间具有一个园形底部。由于管子内径约为0.3-约0.4吋，则从管子内表面到谷底的壁厚最好约为10-约20密尔，而峰从谷底约平均升起5-约10密尔(约5-约8密尔更好)。这样，本发明的内管的实心壁厚最好约为10-约20密尔，而总厚度(包括凸起)约为15-约30密尔。
显然，本发明的纵向脊和谷特别适用于防止或至少阻止外管和内管之间的相互转动。为了防止或阻止内管和外管间的纵向移动，最佳实施例中包括一个凹槽或脊，它具有一个横向于管轴的结构部件。该部件最好是在内管外表面上的螺旋凹槽、谷或切口。由于这种凹槽、谷或切口具有横向于管轴的部分，所以借助于它与外管内表面上的相应螺旋形脊的啮合，可以防止或阻止管子的纵向相互移动。当然在本实施例中纵向锁定的程度取决于、或至少部分地取决于螺旋形槽或脊的间距。尽管在本发明范围内间距可有较大变动，但本发明的内管最好包括一个单一的大体上连续的凹槽或脊，其间距为沿纵向每吋管子约2-约4圈。
根据特别推荐的实施例，管子既有纵向的又有螺旋的凹槽/脊。这样，本发明的锁定装置具有很好的效果。
下面参照图1-3介绍本发明的一个最佳实施例。具体地说图1-3以透视图和截面图形式示出一种改进的燃料系统的管道(标号为10)。管道10包括PTFE内管12，和一个同轴的聚酰胺外管14。如图1、2所示，内管12包括一组由谷或凹槽17分开的平行脊16，它们沿内管12的外表面纵向延伸。管子12的内表面由半导体碳12A的内层构成。半导体碳层12A起电接地作用，用于防止在管内产生有害的电火花。外管14覆盖内管12，最好是完全包围内管，并在内部具有一组纵向延伸的脊18和谷19，它们与内管12外表面上的谷17和脊16啮合。脊16、18与谷19、17分别啮合及锁定，可防止或阻止内管12与外管14间的相互转动。
参照图1和图1A，管道10的内管12还包括螺旋形沟槽20。如图3所示，位于外管内表面上的相应螺旋形脊21填在沟槽20中。可以看到脊和沟槽16-19在管子的长度方向不是连续的，而是由螺旋形脊/沟槽对21/20分成若干段。这样在纵向的脊/沟槽对16-19锁定管子相互的转动位置的同时，脊/沟槽对21/20可锁定内管12和外管14的纵向位置。
这样，申请人提出了一种复合内管/外管的组合，其中外管的坚韧性和机械强度被有效地传给内管。尽管申请人不想受任何特定的运行机理所限，但相信本发明所提供的内部机械整体性使内管很少受现有燃料系统管道的PTFE内衬等所具有的缺陷的影响。这就是说，较薄的PTFE内衬可有效地分离聚酰胺外管的物理强度。例如，在管道10被扭曲或弯折时，PTFE管子很少会扭曲或开裂。
Ⅱ.方法下面介绍制造本发明的燃料系统管道的一个最好方法。为叙述方便起见，本方法将涉及一种由PTFE内管和聚酰胺外管构成的圆管道的制造过程。但很显然，下面介绍的方法并不是唯一的，其它材料和其它方法都可被用来制造本发明的管道。
燃料管道10最好这样制造先制出一个内管，在其外表面上具有前述的沟槽和/或脊。内管可用任何一种可行的制造方法(包括各种已知的挤压技术)制成一个挤压的PTFE管状产品。例如，将粉末PTFE聚合物压制成柱状模块。在需要半导体碳内层的实施例中，在模块的中部可含有半导体碳粉末。然后，以已知方式将PTFE模块进行挤压成形，所不同的是在挤压头的内部具有星形图案，以在管子的外表面形成纵向的脊和槽。然后，用已知方式对管子进行进一步处理，例如烧结。
本方法还包括在其外表面形成螺旋形沟槽的步骤。根据最佳实施例，螺旋沟槽是在将已形成纵向槽的管子进行烧结后而形成的。螺旋沟槽最好是以螺旋方式切割管子而形成。尽管本方法可采用各种技术，螺旋沟槽最好是使烧结的管子沿纵向通过一个旋转刀具而形成。这样，通过控制管子的速度、刀具的速度或两者的结合可改变和调整沟槽的间距。
本方法还需要在内管的纵向和螺旋槽/脊上挤压外管，最好是挤压一种热塑树脂外管。众所周知，热塑树脂的挤压一般是在熔融状态下进行，此时树脂呈液体流动状。这样，通过在内管上熔融挤压热塑树脂，外管的树脂就会流入内管上的沟槽并围绕其上的脊。在进一步的一般处理后，外管材料就会在槽中及脊周围结晶和/或硬化，从而在外管的内表面形成相应的槽和脊。
权利要求
1.一种用于在汽车中传送燃料和/或燃料蒸汽的燃料系统管道包括一个内管，它有一个内表面，以容纳燃料和/或燃料蒸汽并与之接触，还有一个外表面，其上具有一组外脊和槽，所述内管由碳氟聚合物材料构成，一个外管，它围绕内管并与之同轴，该外管由热塑聚合物材料构成，其内表面具有(a)至少部分地填入内管外槽中的内脊，(b)至少部分地围绕内管外脊的内沟槽，由此，内管与外管被机械地锁在一起。
2.如权利要求1所述的管道，其特征在于碳氟聚合物材料是聚四氟乙烯。
3.如权利要求2所述的管道，其特征在于所述管道是蒸汽返回管。
4.如权利要求1所述的管道，其特征在于热塑聚合物材料为聚酰胺。
5.如权利要求1所述的管道，其特征在于内管上的外槽包括延伸于内管外表面上的螺旋槽。
6.如权利要求5所述的管道，其特征在于内管上的外槽还包括一组纵向槽。
7.如权利要求1所述的管道，其特征在于内管上的外脊包括一组纵向脊。
8.一种改进的燃料系统管道，包括(a)一个内管，(b)一个大体围绕该内管的外管，(c)一个位于内管外表面和外管内表面之间的机械锁定装置，以防止内管与外管间的相对运动。
9.如权利要求8所述的管道，其特征在于该机械锁定装置包括位于外管内表面的凸起或凹陷以及位于内管外表面的与之相啮合的凹陷或凸起。
10.如权利要求9所述的管道，其特征在于在外管内表面的凸起或凹陷包括一组凸起或凹陷，而在内管外表面上与之啮合的凹陷或凸起也包括一组凹陷或凸起。
11.如权利要求9所述的管道，其特征在于内管在其外表面具有沟槽，而外管包括至少部分地处于该沟槽之中的脊。
12.如权利要求8所述的管道，其特征在于内管和外管均由聚合物材料构成。
13.如权利要求12所述的管道，其特征在于该机械锁定装置包括位于外管内表面的一组凸起和凹陷，而在内管外表面上具有与之啮合的一组凹陷和凸起。
14.如权利要求9所述的管道，其特征在于内管上每时周长约有20-约50条脊。
15.如权利要求14所述的管道，其特征在于该脊为尖顶形，其峰点从管子表面平均升起约5-约8密尔。
16.如权利要求14所述的管道，其特征在于内管内径约为0.3-约0.4吋。
17.如权利要求16所述的管道，其特征在于内管实心壁厚约为10-约20密尔。
18.如权利要求17所述的管道，其特征在于内管在其外表面每吋周长约有30-约40条脊。
19.一种制造燃料系统管道的方法，包括(a)制成一个内管，在其外表面具有一个凸起和/或凹陷，(b)在内管上熔融挤压一种热塑聚合物，以制成一个围绕该内管的外管，使热塑聚合物的至少一部分位于凹陷中或围绕凸起。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于内管是由碳氟树脂构成的挤压管状部件。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于该管状部件由挤压管状部件构成。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于凸起和/或凹陷为一组凸起或凹陷。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于该凸起和/或凹陷包括位于内管外表面的沟槽，而在该沟槽中进行热塑聚合物的成型，构成了至少部分地处于该槽中的脊。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于内管由碳氟聚合物构成。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于该碳氟聚合物为聚四氟乙烯。
全文摘要
本发明公开了一种汽车燃料管道，包括内管、围绕该内管的外管，及内管与外管界面处的机械锁定装置，以防止内管和外管之间产生相对运动。该机械锁定装置最好包括位于外管内表面和内管外表面上的一组相互啮合的凸起和凹陷。内管和外管最好由聚合物材料构成，且均有凸起及凹陷。本发明的方法包括制成第一聚合物管状构件，在其外表面至少一部分上具有凸起和/或凹陷；在第一管状构件上熔融挤压出第二聚合物管状构件，以使第二管状构件的聚合物材料在挤压过程中流入凹陷处和/或围绕凸起。
文档编号F16L11/04GK1080376SQ9211430
公开日1994年1月5日 申请日期1992年11月5日 优先权日1991年11月5日
发明者K·A·雷诺兹 申请人:马克尔公司