燃料储箱的制作方法
【专利说明】燃料储箱
[0001] 本申请是原申请号为201080027986. 1、申请日为2010年6月3日、发明名称为"燃 料储箱或者用于这种储箱的加注管"的申请的分案。
[0002] 本发明涉及一种燃料储箱或者用于这种储箱的一种加注管，并且还涉及它们作为 混合动力发动机车辆中的储箱/管的用途。
[0003] 混合动力发动机通常是指一台内燃机与一台电动机的组合。
[0004] 对于混合动力发动机而言存在一个一般运行原则，该运行原则在于根据模型来运 行电动机、亦或运行内燃机、或者同时运行二者。
[0005] 这些具体原则之一如下：
[0006] 在静态阶段（当车辆处于静止时）的过程中，两台发动机都被关闭；
[0007] 在启动时，是电动机来设置车辆的运动，直至较高的速度（25或30km/h);
[0008] 当达到较高的速度时，由内燃机接管；
[0009] 在快速加速的情况下，两个发动机同时运行，这使之有可能具有与相同功率的发 动机相等的、或者甚至更高的加速度；
[0010] 在减速以及制动阶段中，动能用来对电池充电（应该指出的是，这种功能不是在 当前可商购的所有混合动力发动机中都可用的）。
[0011] 这种原则致使该内燃机不会恒定地运行，并且因此致使碳罐（防止燃料蒸汽释放 到大气中的活性碳过滤器）的净化阶段不能正常地执行，因为在这些净化阶段的过程中， 被任选地预先加热的空气经过这个碳罐被循环以便使该碳罐再生（即，以便使被吸附在其 中的燃料蒸汽脱附），之后允许这种空气进入到发动机中以便在其中燃烧。此外，混合动力 车辆是为了减小燃料消耗和废气排放而开发的，这样在不使发动机性能恶化的情况下更难 于或者甚至不可能进行发动机管理以便燃烧来自碳罐的燃料蒸汽。
[0012] 因此，通常将这些发动机的燃料储箱加压（典型地达到约300至400毫巴的压力） 以便限制碳罐的负载，这通常是由位于这些通风阀之后的一个功能性元件来执行的，该元 件被称为FTIV(燃料储箱隔离阀）。这个元件包括一个安全阀（被校准至该储箱的最大工 作压力）以及一种电子控制装置，以便能够在注入之前使该储箱处于大气压力。其结果是， 特别是在塑料储箱的情况下，这些储箱与常规的内燃机的燃料储箱相比必须具有改进的机 械强度。
[0013] 目前在市场上的解决方案包括一种具有大的厚度的金属储箱，这相当大地增加了 储箱的重量并因此增加了燃料消耗以及废气排放。
[0014] 对于上述压力问题的其他已知的解决方案可能包括：增加塑料储箱的壁厚度和/ 或使用将这两个壁连接在一起的内部强化物（杆、分隔物、等等），但这些解决方案通常对 于重量产生了不利影响、减小了储箱的工作容积并且增加了储箱的成本。另一个解决方案 可以在于为该储箱提供多个附接销（attachment stud)(或多个轻触点（kiss points)，即， 下部壁和上部壁的局部焊点），但这种解决方案致使储箱的工作容积减小。
[0015] 在专利US 5, 020, 687中描述了另一种解决方案，这种解决方案在于将一种增强 织物附接到储箱的外壁上，这种附接是这样进行的：在储箱的通过挤出-吹气模制的制造 过程中包覆模制所述织物，于在模具中引入型坯之前将织物引入到模具中，在吹气模制该 型坯之后将得到这种储箱。
[0016] 然而，这种解决方案具有以下几种缺陷：
[0017] 事实上，这种织物在其被附接的位置处仅产生了局部的增强；
[0018] 从长期角度看，燃料蒸汽经过该储箱壁的扩散可能引起膨胀的问题、或者甚至织 物到储箱壁上的粘性损失，因此使增强效果减小；
[0019] 由于所使用的技术，就纤维的厚度和/或模具的几何形状而言存在着多种限制；
[0020] 并且最后：此种类型的强化物是比较昂贵的。
[0021] 因此本发明的一个主题是一种燃料储箱或者用于这种储箱的加注管，它具有良好 的长期的机械强度而不会具有上述这些缺陷。
[0022] 基于使用一种增强的塑料组合物的思想，即一种塑料，其中已经分散/混合（例 如：在塑料的熔化状态中，使用一台挤出机）有一种强化物（具体是一种纤维强化物），这 本身是已知的，但在多层储箱的内层（即与燃料发生接触的内层）中不使用这样一种组合 物，而（如果适当的话）仅在该外层中和/或在一个中间层中使用。事实上，本申请人已经 观察到，当储箱的内层包括一种强化物（具体为：当它包括纤维时），这些储箱的碰撞强度 被大幅度地减小至一种程度而使得它们不再能通过机动车辆制造商所规定的这些标准。在 另一方面，在提供一个非增强的内层、该内层具有充分的厚度（这个厚度的值取决于所述 层的组合物，但该厚度总体上为相对厚度的至少20 %、或30 %或者甚至40 % )条件下，不再 观察到这种减小，并且甚至更好的是：在某些情况下甚至能观察到一种实质性的改进。
[0023] 本发明因此涉及一种燃料储箱或者用于这种储箱的加注管，该燃料储箱或加注管 包括一个多层壁，该多层壁至少由基于增强的热塑性组合物的一层以及旨在与燃料相接触 且基于一种非增强的热塑性组合物的一个内层构成。
[0024] 用于根据本发明的储箱/管的燃料预期可以是汽油、柴油、生物燃料等，并且可以 具有0至100%的酒精含量。
[0025] 表述"储箱或管"应理解为是指通过对至少两个上述层进行模制或者共挤出而获 得的任何储箱或管。
[0026] 可以用于制造根据本发明的有限长度的储箱或管的一种模制操作可以具有任何 性质，只要它包括使用一个可以确定该储箱或该管的形状的模具。这种模制操作可以例如 从一种预成型开始或者直接通过将胶化的热塑性塑料引入到模具中来进行。
[0027] 这种模制操作还可以具体地与一种吹气模制操作相联系。它还可以跟随有一个后 续的组装步骤，尤其是通过焊接。如果该模制操作是从一种预成型开始进行的，则这种预成 型具体可以通过共挤出或共注入来获得。
[0028] 已经使用通过共挤出-吹气模制的模制、通过共注入-焊接的模制或者通过热压 成型的模制而获得了非常良好的结果。优选地，该多层储箱或管是通过共挤出-吹气模制 (blow moulding，吹塑）来生产的。在后者的情况中，有可能使用一种连续挤出技术或者一 种聚积挤出技术或者一种顺序挤出技术、对于本领域的普通技术人员熟知的所有技术。
[0029] 该术语"热塑性塑料"应理解为表示任何热塑性聚合物，包括热塑性弹性体以及还 有它们的共混物。术语"聚合物"应该理解为表示均聚物和共聚物（特别是二元的或三元 的共聚物）二者，例如，无规共聚物、线性嵌段共聚物、其他嵌段共聚物以及接枝共聚物等。
[0030] 该内层的塑料以及该增强层的塑料可以（并且优选是）具有相同的性质。在燃料 储箱的情况中，这通常是聚烯烃。术语"聚烯烃"应理解为是指任何烯烃均聚物、任何包含 至少两种不同烯烃的共聚物以及任何包括按重量计至少50%的多种衍生自烯烃的单元的 共聚物。在共混物中还可以使用数种聚烯烃。更具体的是，除了纯净（virgin)的聚烯烃之 外，该共混物还可以包含某一比例的再生的聚烯烃、或者某一比例的多种再生树酯的一种 共混物，这种共混物产生于（i)对制造该多层储箱或管的不同阶段所获得的余料进行研磨 和/或（ii)对使用寿命结束的燃料储箱进行再生和处理。这种共混物还可以包括一种植 物来源的聚烯烃或者来自另一种可再生的来源（生物材料）。
[0031] 优选地，该聚烯烃是一种聚乙烯。通过一种高密度聚乙烯（HDPE)已经获得了非常 良好的结果。
[0032] 这些塑料组合物可以包括多种常规添加剂，如提供的一种（或多种）稳定剂、润滑 剂、颜料以及其他"填充物"，然而内层的一种或多种添加剂不具有增强效果和/或以使得 它们对其机械特性不具有显著影响的一个量值而存在。
[0033] 术语"增强的"应该理解为，在本发明的背景下，表示包括一种强化物或多种强化 物的一个混合物，这种或这些强化物处于分散的状态（即处于与塑料混合的"游离"颗粒的 形式、与如在织造纤维或毡片中的针织的或缠绕的颗粒（纤维）相反）、处于使得它对于组 合物的机械特性具有显著影响的一个量值。在这个阶段，应该在（i)微观填充物/强化物 与（ii)纳米填充物之间做出区分，对于微观填充物/强化物而言，以高的填充水平（典型 地大于10% )获得了对这些特性的显著影响，而对于纳米填充物而言，以仅百分之几的强 化获得了对于这些特性的巨大的改变。
[0034] 总体上，这些是纤维强化物（碳纤维、天然纤维、玻璃纤维等等）、珠缘（例如玻璃 珠缘、总体上空心的珠缘）或者小片（例如，滑石、粘土、蒙脱土、蛭石、膨胀石墨、石墨烯）。 它们优选是纤维。当然，除了可以对于组合物的机械特性具有显著影响的那些强化物之外， 通常认为粉末（碳黑、白垩、滑石、硫酸钡等等）不是在本发明背景之内的强化物。在本发 明的背景下，玻璃纤维并且特别是短的和长的玻璃纤维给出了良好的结果。对于短纤维而 言，通过分散已经获得了良好的结果，在HDPE中，基于E型玻璃的纤维（具体是配备有一种 施胶剂和/或一种相容剂，如PE-g-MAH)具有在10与20 μ m之间的直径以及在2与8mm之 间的初始长度。
[0035] 根据一个优选的变体，选择玻璃纤维作为增强物，将这种增强物以一个量值具体 地结合（优选是均匀地，通常通过在挤出机中进行混合以便产生母料粒料）到一个中间层 中并且非常具体地是在如以上描述的由研磨产生的一个层中，该量值为10% -50% (按重 量与该混合物的总重量的对比计）、或者甚至20%-40%，约30%的含量通常给出良好的结 果。
[0036] 事实上，本申请人已经吹气模制出了在具有约45 %相对厚