热塑性节流体的制作方法

专利名称：热塑性节流体的制作方法
技术领域：
本发明涉及生产用于内燃机的空气吸入装置的节流体的方法，其包括注塑增强热塑性组合物。本发明还涉及一种节流体，其包括至少由特定的热塑性组合物制成的壳体，本发明还涉及包括这类节流体的空气吸入装置。
这种方法可见于EP 0926336A2。在该出版物中，节流体由具有高的(例如大于40％)玻璃/矿物含量的增强热塑性材料形成，其可以承受连续的125℃的高温，具有耐受普通汽车流体的化学性质，通常是非-疏水性的，吸水率低于大约1.5％，是尺寸稳定的，并且优选具有较低的成本和与金属相比重量较轻。优选将聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚苯硫醚用作所述热塑性材料。
通常作为空气吸入装置的一部分的节流体和空气吸入歧管由金属例如铝或钢制成。这类金属部件通常较重和较昂贵。因此考虑了塑料材料提供成本和性能益处的潜力。但是，虽然塑料的空气吸入歧管已经被广泛地使用，但是节流体通常仍由金属制成。
EP 0926336A2公开的热塑性节流体的缺点是尺寸公差和稳定性不够。尺寸公差和稳定性是这一应用中必需的性能，因为在生产的一系列节流体之间的甚至微细的尺寸差别，或由于例如在使用期间变化的环境条件引起的节流体尺寸的小的变化，都可能妨碍发动机运转期间气流的精确计量，或导致在节流体和空气吸入歧管或通风道之间的结合处渗入空气滤清器。
因此，本发明的目的是提供生产热塑性节流体的方法，该节流体没有这些缺点或至少只在很小程度上具有这些缺点。
这一目的利用一种方法达到，其中节流体由作为增强热塑性组合物的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物注射-模塑，该组合物包含成核剂和25-60质量％的玻璃纤维。
由于已知聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物比例如聚对苯二甲酸丁二醇酯组合物更难以注射-模塑，因此本发明方法解决了上述问题是令人惊讶的。
本发明方法的另一个优点是与由金属生产节流体相比具有更大的设计自由度。在使用类似于由金属制成的部件的节流体设计时，本发明方法可以显著地减轻重量，例如减轻大约60％。另一个优点是，可以模塑具有很好的和光滑的表面外观的部件。由本发明方法制造的节流体的令人惊奇和重要的优点是可以明显降低具有包括本发明节流体的空气吸入装置的客车的燃料消耗。
本发明的效果已经由这样一种节流体获得，该节流体包括至少由聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物模塑的壳体，以及由其他材料如金属制成的其他节流体部件，例如用于选择性地控制气流进入空气吸入歧管的阀元件和轴。更优选，所述节流体壳体和所述阀元件由聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物制成，最优选由相同的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物制造，所述组合物任选地包含润滑剂。其优点包括较低的造价、降低的部件之间的磨损和在变化的环境条件下更精确的操作。可以使用节流体壳体和阀元件的不同设计或类型，包括常规壳体，其中可旋转地装配蝶型阀门。使用聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物的优点还在于较薄的模塑部件仍然具有高的强度和劲度。
用于本发明方法的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物包含作为基质聚合物的聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物，即基于作为主要单体的对苯二甲酸或其酯和乙二醇的聚酯。所述聚对苯二甲酸乙二醇酯还可以包含少量作为共聚单体的其他二酸，如间苯二酸，或其他二醇，如二乙二醇。优选所述组合物包含至少聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物。在此聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物被理解为包含少于5mol％的不同于对苯二甲酸或其酯和乙二醇的单体。这类均聚物的优点是具有较高的熔点和较好的结晶行为。更优选，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯包含少于4mol％、甚至更优选少于3mol％和最优选少于2mol％的共聚单体。优选组合物中至少50质量％、最优选至少75质量％的聚对苯二甲酸乙二醇酯是均聚物。所述组合物可以进一步包含聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物，其包含多于5mol％的其他单体，如用于生产瓶子的类型的聚合物。这类聚合物可以纯品级使用，但是也可以作为循环级使用，所述循环级聚合物是从使用后产品例如软饮料瓶子回收的材料。
作为用于本发明方法的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物中的成核剂，可以使用任何已知的成核剂。优选使用无机添加剂如微滑石或金属羧酸盐、特别是碱金属羧酸盐如苯甲酸钠。更优选，碱金属羧酸盐如苯甲酸钠的用量为大约0.05到0.5质量％(基于聚对苯二甲酸乙二醇酯)。
用作本发明方法的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物中的增强剂的适合的玻璃纤维通常具有5到20μm、优选8-15μm和最优选9-11μm的纤维直径，以便获得机械性能、如劲度、强度和韧性和加工性能的最佳平衡。所述玻璃纤维在表面上具有胶料(sizing)，其与热塑性聚酯相容并且通常包含环氧-或氨基-官能化合物。优选所述胶料包含环氧官能化合物。其优点是在聚对苯二甲酸乙二醇酯中具有好的分散性和改进的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物的长期机械性能、特别是改进的疲劳行为。
在本发明方法的优选实施方案中，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物包含28-50质量％的玻璃纤维、更优选30-45质量％的玻璃纤维和甚至更优选33-38质量％玻璃纤维。其优点是所述聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物具有更平衡的高强度和劲度、低的相对密度和容易的加工特性。
在本发明方法的特别的实施方案中，聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物具有25和60质量％之间的平均玻璃含量，该平均玻璃含量在不同批次的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物之间和在取自一批聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物的试样之间具有不大于0.6％的标准偏差，并因此在用这些组合物模塑的不同部件之间具有不大于0.6％的标准偏差。典型的生产批量为大约5000到25000kg。优选该标准偏差不超过0.5％、更优选不超过0.4％和最优选不超过0.3％。本发明人发现，使用具有这样窄的玻璃纤维含量分布的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物的方法，可以在节流体尺寸公差方面获得很好的表现。除能够得到恒定的和可重复的组合物和其模塑产品的相对密度之外，玻璃纤维含量的小的偏差还能够使组合物熔体粘度具有较小的波动，因此获得了很稳定的注塑工艺，即压力、温度等等的波动很小。这不仅对于减少聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物在模塑工艺期间的降解有利，而且对于控制得到的模型制品的结晶度、密度、尺寸和残余应力有利。
通常，聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物中的聚对苯二甲酸乙二醇酯的相对溶液粘度(RSV，在25℃下对1克聚合物在125克的7/10(m/m)三氯苯酚/苯酚混合物中的溶液进行测定；所用方法按照ISO 1628-5)为1.50到2.00、优选1.55-1.90、更优选1.60-1.85和最优选1.65-1.80。通常，较高的RSV将导致提高的模塑组合物的强度和韧性，而较低的RSV促进组合物的熔体流动和结晶速度。RSV处于该范围时达到了最佳的性能，而不需要加入冲击改性剂或流动促进剂。为了达到该RSV值，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物可以在混合各种组合物组分之后在固态中后缩合，例如将粒状形态的组合物在惰性气氛中暴露到最高大约其熔点下10℃的高温几个小时。这样的固态后缩合的另一个优点是，可以基本上除去存在于所述组合物中的、可能影响组合物加工性能或其模塑部件性能的挥发物。
用于本发明方法的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物优选基本上不含增塑剂，即其优选不包含降低玻璃化转变温度和发生自熔体结晶的温度范围的添加剂。其优点是，在于高温下连续使用期间，注射模型制品的性能不会由于增塑剂的损失而变化。
由于没有增塑剂，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物优选被注射模塑到模具中，该模具保持恒定于较高的温度，最高为大约170℃，以便获得具有高的结晶度和优异的尺寸稳定性的模塑部件。由于实用和工业方面的考虑，较低的模具温度是优选的。因此，在本发明方法中，优选模具在110-170℃、更优选125-160℃、甚至更优选130-150℃和最优选135-145℃之间的温度下加热。
用于本发明方法的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物还可以包含0-20质量％的其他纤维的或颗粒的无机填料。优选使用填料粒子，例如滑石或高岭土，因为它们有助于提高组合物的劲度，而不不利地提高组合物性能的各向异性。
用于本发明方法的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物还可以包含少量的通常的添加剂，如稳定剂和抗氧化剂、着色剂、加工助剂如脱模剂、粘度改性剂如增链剂、冲击改性剂、润滑剂、等等。适合的冲击-改性剂的例子包括用活性基团、环氧基团官能化的橡胶状的烯属共聚物；烯烃和(甲基)丙烯酸酯的共聚物，例如乙烯/丙烯酸酯橡胶，其可以任选地被部分中和；或聚酯弹性体如聚醚酯嵌段共聚物。润滑剂或减磨剂和降阻剂的适合的例子包括氟代烃，如聚(四氟乙烯)，石墨，或二硫化钼。
用于本发明方法的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物可以使用技术人员众所周知的方法通过混合各种组分来生产。适合的混合设备包括双螺杆连续配混挤出机，其中各种组分分开地计量或作为预共混物计量。熔融混合物被挤出成为线料并造粒。造粒可以在干燥之后直接进行，或进行额外的固相后缩合步骤，以提高粘度。
在本发明方法最优选的实施方案中，将包含作为成核剂的0.05-0.5质量％(基于聚对苯二甲酸乙二醇酯)苯甲酸钠、35质量％的玻璃纤维和具有1.60-1.85的RSV的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物注射-模塑到保持在1135-145℃的模具中。优点是获得的节流体显示很好的尺寸公差和稳定性、高的机械强度和劲度、在-40直至超过100℃的温度范围下的优异的疲劳行为和很好的耐化学品性能和耐磨性能。
本发明还涉及用于内燃机空气吸入装置的节流体，其包括至少由聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物注射-模塑的壳体，该组合物包含成核剂和25-60质量％的玻璃纤维。该新型的节流体显示如上所述的有利性能。优选，该节流体的主要部分，至少壳体和阀元件，由所述组合物模塑。
本发明还涉及用于内燃机空气吸入装置的节流体，其包括至少通过本发明方法制造的壳体。本发明方法的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物的注塑的优点是模塑产品显示很高的性能一致性。更优选，该节流体的主要部分可以通过本发明方法制造，即至少节流体壳体和其阀元件可以通过本发明方法制造。
本发明还涉及内燃机空气吸入装置，其包括本发明的节流体。其优点是，由于该节流体具有较小的质量，因此得到了具有较好平衡的通风道、节流体和空气吸入歧管的装置。此外，配备有所述空气吸入装置的汽车显示提高的燃油效率。优选该通风道和空气吸入歧管也由热塑性组合物制成。该通风道可以由聚酰胺、例如聚酰胺6(PA6)、PA66或PA46组合物制造，或由嵌段共聚酯组合物、例如基于嵌段聚醚酯嵌段-共聚物的嵌段-共聚酯组合物制造。该空气吸入歧管通常由玻璃纤维增强聚酰胺、例如PA6、PA66或PA46组合物制成。已经发现，这样的全热塑性空气吸入装置在用于汽车期间显示较小的振动运动，由此导致改善的空气流动。
现在将参考以下实施例进一步阐明本发明。
实施例对常规的通常用铝制造的节流体壳体设计进行略微的改变，以适应使用聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物。考虑到这类聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物与金属比具有较低的热导率，因此冷却通道可以例如被省去。生产了注射-模塑工具，其装在注射-模塑机上，并在140℃的恒温下加热。料筒温度设定为285-280-280-285℃(从贮料斗到喷嘴)，将基于聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物的成核的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物进行加工，所述组合物包含0.15质量％(基于聚对苯二甲酸乙二醇酯)的苯甲酸钠，用35质量％(基于组合物)的玻璃纤维增强，该玻璃纤维具有10μm的直径并具有包含环氧化合物的胶料体系，预先干燥到含水量低于0.03质量％的DSM Engineering Plastics(NL)的ArniteAV2370/B。RSV为1.73(在25℃下对1克聚合物在125克的7/10(m/m)三氯苯酚/苯酚混合物中的溶液进行测定)。随后将其他部件装配到如此获得的壳体上。该热塑性节流体的重量为190克，而最初的金属节流体为460克。因此在没有针对使用的组合物的特定性能来优化壳体设计的情况下，重量减少了大约60％。
将制造的节流体装配在客车上的通风道和空气吸入歧管之间，经受标准试验方案。尤其注意到，在空气吸入歧管中风压为大约26.2MPa，而对于使用不具有本发明节流体的常规装置的对照实验为26.8MPa。在该实验中，用一升燃料达到的平均行驶距离为19.0千米/升，而，而使用不具有本发明节流体的常规装置的对照实验中平均距离为17.0千米/升。这说明，尽管没有针对使用的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物的特定材料和加工性能对节流体和其部件如壳体进行优化设计，燃料消耗仍几乎降低了10％。
权利要求
1.生产节流体的方法，其包括注射模塑增强的热塑性组合物，其特征在于，包含成核剂和25-60质量％的玻璃纤维的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物被用作所述增强的热塑性组合物。
2.权利要求1的方法，其中节流体壳体从所述聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物注射-模塑。
3.权利要求1的方法，其中节流体壳体和阀元件从相同的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物注射-模塑。
4.权利要求1-3任何一项的方法，其中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物包含至少聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物。
5.权利要求1-4任何一项的方法，其中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物包含30-45质量％的玻璃纤维。
6.权利要求5的方法，其中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物包含33-38质量％的玻璃纤维。
7.权利要求1-6任何一项的方法，其中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物的相对溶液粘度为1.60-1.85。
8.权利要求1-7任何一项的方法，其中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物基本上不含增塑剂。
9.权利要求1-8任何一项的方法，其中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物被注射进在135-145℃下加热的模具。
10.用于内燃机空气吸入装置的节流体，其包括至少由聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物注射模塑的壳体，该组合物包含成核剂和25-60质量％的玻璃纤维。
11.内燃机的空气吸入装置，其包括权利要求10的节流体。
全文摘要
本发明涉及生产节流体的方法，其包括注射－模塑一种增强热塑性组合物，其中包含成核剂和25－60质量％玻璃纤维的聚对苯二甲酸乙二醇酯组合物被用作所述增强热塑性组合物。通过本发明方法制造的节流体具有以下优点优异的尺寸公差和稳定性，节流体重量显著减轻，并且配备有包括本发明节流体的空气吸入装置的内燃机具有提高的燃油效率。
文档编号C08J5/04GK1494634SQ02806043
公开日2004年5月5日 申请日期2002年3月4日 优先权日2001年3月5日
发明者G·H·杜特默, J·－E·林, G H 杜特默, ち 申请人:Dsm Ip 财产有限公司