燃料储箱或者用于这种储箱的加注管的制作方法

专利名称：燃料储箱或者用于这种储箱的加注管的制作方法
燃料储箱或者用于这种储箱的加注管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。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。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。这些具体原则之一如下在静态阶段(当车辆处于静止时)的过程中，两台发动机都被关闭；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)；当达到较高的速度时，由内燃机接管；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；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)。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。 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。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。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。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。
然而，这种解决方案具有以下几种缺陷事实上，这种织物在其被附接的位置处仅产生了局部的增强；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；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；并且最后此种类型的强化物是比较昂贵的。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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)的聚烯烃之夕卜，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)。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。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、润滑齐U、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。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。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。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(优选是均勻地，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^ ο事实上，本申请人已经吹气模制出了在具有约45%相对厚度(相对于壁的总厚度)的内层与具有20%相对厚度的外层的这2层纯净PE之间对应地基于纯净 HDPE (Lupolen 似61AG，密度为 0. 945g/cm3 并且具有 6g/10min (190°C /21. 6kg)的 HLMI) 的处于单层结构的瓶子，以及基于同一种HDPE但包括一层工业再研磨料的、如以上限定的 6层储箱的瓶子。申请人在几种试验中改变了玻璃纤维的含量并且在本说明书的结束部分中在表格中呈现了对应地观察到的特性。具体的，当它包括至少一个基于聚乙烯的层时，根据本发明的储箱优选地还包括一个阻挡层和/或优选地已经受到一种表面处理(例如对其内层的一种氟化作用或一种磺化作用)。优选地是，它包括一个同样由一种热塑性塑料制成的阻挡层，这个阻挡层通常是储箱的非增强内层、亦或在内层与增强层之间的一个中间层。在本发明的这个变体的背景下，可以使用的阻挡树脂可能具有对于本领域普通技术人员已知的任何性质，只要它是一种与正在讨论的模制技术相兼容的聚合物或共聚物。 它还可以是不同阻挡树脂的一种混合物。在这些可以使用的树指中，特别提及了聚酰胺或共聚酰胺、或无规乙烯/乙烯醇(EVOH)共聚物。术语“聚酰胺”应理解为是指基于一个酰胺单元的任何均聚物、包括至少两种不同酰胺单元的任何共聚物以及包括按重量计至少50%的多种衍生自酰胺的单元的任何共聚物。这种定义下的这些酰胺单元是通过打开一个环式聚酰胺的环还是通过二羧酸与二胺的缩聚作用而获得的是无关紧要的。几种聚酰胺还可以作为一种共混物来使用。作为可以使用的聚酰胺的实例可以提及(非限定性的)PA-6、PA-11、PA-12以及n-mXD6 (聚芳基酰胺)。PA-6通常是优选的。在以下情况中已经获得了有利的结果，其中，该阻挡树酯是EVOH并且具体的是在 2层HDPE之间(通常是通过在EV0H/HDPE的2个界面处插入两层基于PE的粘合剂)具有一个基于EVOH的中间阻挡层。在以下情况中也已经获得了有利的结果，其中，阻挡树酯是构成该结构的内层的一种n-mXD6类型的聚芳基酰胺。包括阻挡树酯的该层还可以包括本领域普通技术人员熟知的某些添加剂，这些添加剂可以是或可以不是聚合物类的，如稳定剂、润滑剂等等。 优选的，包括该阻挡树酯的该层是基本上由阻挡树酯构成的。一般地(并且在具有HDPE和EVOH或者HDPE和聚酰胺的情况下偶尔地)，该阻挡树酯与储箱/管的其他层的热塑性树酯是不相兼容的。因此，一般而言，在阻挡层与同其接触的一个或2个其他层之间提供了至少一层或者甚至两层粘合剂。替代性地或者附加性地，可以将与这种热塑性塑料树酯相兼容的一种粘合剂与这种树酯混合。优选地，以上讨论的粘合剂包括至少一种功能化的聚烯烃。该表述“功能化的聚烯烃”应理解为是指除了衍生自烯烃的单元之外还包括多个功能性单体单元的任何聚烯烃。这些功能性单体单元可以结合在聚烯烃中，结合在主链中、 或者结合在侧链中。它们还可以直接结合在所述主要的主链和侧链的骨架中，例如，通过将一个或多个功能性单体与这个或这些烯烃单体进行共聚或者可以在制造聚烯烃之后导致一个或多个功能性单体接枝到所述链上。在这种情况下，聚烯烃/功能化的聚烯烃的共混物尤其可以在制造该储箱或管的方法中所包括的胶凝步骤中通过反应性加工而在一个单独的步骤中生产。在本发明的这个变体中，这些功能性单体单元是从羧酸、二羧酸以及对应于所述二羧酸的酸酐中选择的。因此，这些单元通常是由具有这些同样的官能团的至少一种不饱和单体的共聚或接枝得到的。作为可以使用的单体的实例，特别提及的是丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸、衣康酸、马来酸酐、富马酸酐以及衣康酸酐。优选地，这些功能性单体单元产生于马来酸酐的共聚或接枝。因此所描述的功能化的聚烯烃对于本领域的普通技术人员而言是熟知的并且是可商购的。在聚烯烃是一种聚乙烯的情况下，特别有利的是使得功能化的聚烯烃成为一种通过马来酸酐(PE-g-MAH)接枝的聚乙烯，也就是说，这些功能性单体单元是将马来酸酐接枝到聚乙烯上得到的。根据本发明的多层储箱或管可以有利地包括一个或多个额外的层，该一个或多个额外的层包括一种再生塑料，优选地作为一个中间层(即，位于2个其他层之间的一层)。表述“再生塑料”应理解为是指通过一种对在制造空心体(具体是根据本发明的储箱/管)的不同阶段获得的余料进行研磨、或者通过对使用寿命结束的这类物体进行研磨而获得的塑料。在这个变体中，强化物可以结合在这个或这些再生塑料层中。为了这样做，从上述研磨物中收集这些颗粒、并且将它们与一种包括填充物的母料的粒料相混合、并且然后将这种混合物输送到上述共挤出-吹气模制设备的一台挤出机中就是足够的。替代性地，可以将这些再研磨物用于生产一种具有所希望的强化物成份的母料。这种变体是优选的，因为它能够使这些研磨物尽可能多地被再使用。在根据本发明的多层储箱或管的一个特别有利的实施方案中，该多层储箱或管包括6个层基于非增强的HDPE的一个内层⑴、优选基于PE-g-MAH的一个第一粘合剂层 (Al)、包括一种阻挡树脂(优选为EV0H)的一个层(B)、优选基于PE-g-MAH的一个第二粘合剂层(A》、包括一种强化物(优选为玻璃纤维)的基于再生树脂的一个层(R)、以及基于 HDPE的一个外层(E)。在这个实施方案中，有利的是使厚度的相对分布如下(对于1至10mm、或者甚至3 至 7mm 的总厚度；通常在 6 讓附近)I :30%_50%，A1 :1%-3%,B :1%-3%,A2 1% -3%, R 30% -60%,E 5% -20%。有利地使用以下结构(至百分几之内)对于这些层I/A1/B/ A2/R/E中的每一个对应地占总体厚度的％数为39/2/2/2/45/10。根据一个具体的实施方案，该层E (与大气接触)包括一种基于碳黑的化合物，用于针对UV辐射进行防护的目的。同样有利的是，具有2或3层的多层结构包括基于n-MXD6的一个(内)层、基于增强的HDPE (任选地包含粘合剂)的一个层、以及任选(如果该HDPE层不包含任何粘合齐U)的一个粘合剂层。本发明还涉及如以上描述的、作为混合动力车辆的燃料储箱的一种储箱/管的用途。这种储箱/管也可以用在常规车辆中，其中，可以利用所获得的这种增强作用来避免使用金属带，这些金属带总体上用来在储箱被紧固到车身的底部上时防止储箱的下部壁的蠕变。还应该指出的是，通过本发明的主题获得的增强作用可以与其他已知的强化物的使用相结合，这些强化物如以上提到的带件、附接销、内部强化物(杆、分隔物)、包覆模制的织物等，以及任何其他类型的内部和外部强化物。本发明与这些已知技术的结合使之有可能减小附接销、内部强化物(杆、分隔物)、包覆模制织物等的尺寸和/或数量。因此，使最终方案的重量最小化并且使储箱的工作容积最大化。
权利要求
1.一种燃料储箱或者用于该储箱的一种加注管，包括一种多层壁，该多层壁至少由基于增强的热塑性组合物的一个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。
2.根据权利要求1所述的多层储箱或管，该多层储箱或管是通过共挤出-吹气模制来生产的。
3.根据以上权利要求中的任一项所述的多层储箱或管，其中，该增强的热塑性组合物包含一种纤维强化物。
4.根据前项权利要求所述的多层储箱或管，其中，该强化物包括玻璃纤维。
5.根据前项权利要求所述的多层储箱或管，其中，该增强层的玻璃纤维含量是在10% 与50%之间。
6.根据以上权利要求中的任一项所述的多层储箱或管，所述储箱/管的壁包括一个阻挡层，该阻挡层是在2个HDPE层之间、或者与该储箱或该管的内侧直接接触。
7.根据以上权利要求中的任一项所述的多层储箱或管，所述储箱的壁包括一个基于再生塑料的层。
8.根据前项权利要求所述的多层储箱或管，其中，该强化物是被包括在该基于再生塑料的中间层中。
9.根据前项权利要求所述的多层储箱或管，所述储箱/管包括6个层基于非增强的 HDPE的一个内层(I)、优选地基于PE-g-MAH的一个第一粘合剂层(Al)、包括一种阻挡树脂 (优选为EV0H)的一个层(B)、优选地基于PE-g-MAH的一个第二粘合剂层(A2)、基于再生树脂且包括一种强化物(优选为玻璃纤维)的一个层(R)、以及基于HDPE的一个外层(E)。
10.根据以上权利要求中的任一项所述的储箱或管作为混合动力车辆的一种燃料储箱 /管的用途。
全文摘要
一种燃料储箱或者用于这种储箱的一种加注管，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个层、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。在混合动力车辆中使用这种储箱/管。
文档编号B29C49/04GK102458798SQ201080027986
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月3日 优先权日2009年6月8日
发明者比约恩·克里埃尔, 菲利普·马丁 申请人:因勒纪汽车系统研究公司