專利名稱：燃料儲箱或者用于這種儲箱的加注管的制作方法
燃料儲箱或者用于這種儲箱的加注管本發(fā)明涉及一種燃料儲箱或者用于這種儲箱的一種加注管，并且還涉及它們作為混合動力發(fā)動機車輛中的儲箱/管的用途?；旌蟿恿Πl(fā)動機通常是指一臺內(nèi)燃機與一臺電動機的組合。對于混合動力發(fā)動機而言存在一個一般運行原則，該運行原則在于根據(jù)模型來運行電動機、亦或運行內(nèi)燃機、或者同時運行二者。這些具體原則之一如下在靜態(tài)階段(當車輛處于靜止時)的過程中，兩臺發(fā)動機都被關(guān)閉；在啟動時，是電動機來設(shè)置車輛的運動，直至較高的速度(25或30km/h)；當達到較高的速度時，由內(nèi)燃機接管；在快速加速的情況下，兩個發(fā)動機同時運行，這使之有可能具有與相同功率的發(fā)動機相等的、或者甚至更高的加速度；在減速以及制動階段中，動能用來對電池充電(應(yīng)該指出的是，這種功能不是在當前可商購的所有混合動力發(fā)動機中都可用的)。這種原則致使該內(nèi)燃機不會恒定地運行，并且因此致使碳罐(防止燃料蒸汽釋放到大氣中的活性碳過濾器)的凈化階段不能正常地執(zhí)行，因為在這些凈化階段的過程中， 被任選地預(yù)先加熱的空氣經(jīng)過這個碳罐被循環(huán)以便使該碳罐再生(即，以便使被吸附在其中的燃料蒸汽脫附)，之后允許這種空氣進入到發(fā)動機中以便在其中燃燒。此外，混合動力車輛是為了減小燃料消耗和廢氣排放而開發(fā)的，這樣在不使發(fā)動機性能惡化的情況下更難于或者甚至不可能進行發(fā)動機管理以便燃燒來自碳罐的燃料蒸汽。 因此，通常將這些發(fā)動機的燃料儲箱加壓(典型地達到約300至400毫巴的壓力) 以便限制碳罐的負載，這通常是由位于這些通風閥之后的一個功能性元件來執(zhí)行的，該元件被稱為FTIV(燃料儲箱隔離閥)。這個元件包括一個安全閥(被校準至該儲箱的最大工作壓力)以及一種電子控制裝置，以便能夠在注入之前使該儲箱處于大氣壓力。其結(jié)果是， 特別是在塑料儲箱的情況下，這些儲箱與常規(guī)的內(nèi)燃機的燃料儲箱相比必須具有改進的機械強度。目前在市場上的解決方案包括一種具有大的厚度的金屬儲箱，這相當大地增加了儲箱的重量并因此增加了燃料消耗以及廢氣排放。對于上述壓力問題的其他已知的解決方案可能包括增加塑料儲箱的壁厚度和/ 或使用將這兩個壁連接在一起的內(nèi)部強化物(桿、分隔物、等等)，但這些解決方案通常對于重量產(chǎn)生了不利影響、減小了儲箱的工作容積并且增加了儲箱的成本。另一個解決方案可以在于為該儲箱提供多個附接銷(attachment stud)(或多個輕觸點(kiss points)，即， 下部壁和上部壁的局部焊點)，但這種解決方案致使儲箱的工作容積減小。在專利US 5，020，687中描述了另一種解決方案，這種解決方案在于將一種增強織物附接到儲箱的外壁上，這種附接是這樣進行的在儲箱的通過擠出-吹氣模制的制造過程中包覆模制所述織物，于在模具中引入型坯之前將織物引入到模具中，在吹氣模制該型坯之后將得到這種儲箱。
然而，這種解決方案具有以下幾種缺陷事實上，這種織物在其被附接的位置處僅產(chǎn)生了局部的增強；從長期角度看，燃料蒸汽經(jīng)過該儲箱壁的擴散可能引起膨脹的問題、或者甚至織物到儲箱壁上的粘性損失，因此使增強效果減??；由于所使用的技術(shù)，就纖維的厚度和/或模具的幾何形狀而言存在著多種限制；并且最后此種類型的強化物是比較昂貴的。因此本發(fā)明的一個主題是一種燃料儲箱或者用于這種儲箱的加注管，它具有良好的長期的機械強度而不會具有上述這些缺陷?；谑褂靡环N增強的塑料組合物的思想，即一種塑料，其中已經(jīng)分散/混合(例如在塑料的熔化狀態(tài)中，使用一臺擠出機)有一種強化物(具體是一種纖維強化物)，這本身是已知的，但在多層儲箱的內(nèi)層(即與燃料發(fā)生接觸的內(nèi)層)中不使用這樣一種組合物，而(如果適當?shù)脑?僅在該外層中和/或在一個中間層中使用。事實上，本申請人已經(jīng)觀察到，當儲箱的內(nèi)層包括一種強化物(具體為當它包括纖維時)，這些儲箱的碰撞強度被大幅度地減小至一種程度而使得它們不再能通過機動車輛制造商所規(guī)定的這些標準。在另一方面，在提供一個非增強的內(nèi)層、該內(nèi)層具有充分的厚度(這個厚度的值取決于所述層的組合物，但該厚度總體上為相對厚度的至少20%、或30%或者甚至40%)條件下，不再觀察到這種減小，并且甚至更好的是在某些情況下甚至能觀察到一種實質(zhì)性的改進。本發(fā)明因此涉及一種燃料儲箱或者用于這種儲箱的加注管，該燃料儲箱或加注管包括一個多層壁，該多層壁至少由基于增強的熱塑性組合物的一層以及旨在與燃料相接觸且基于一種非增強的熱塑性組合物的一個內(nèi)層構(gòu)成。用于根據(jù)本發(fā)明的儲箱/管的燃料預(yù)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“儲箱或管，，應(yīng)理解為是指通過對至少兩個上述層進行模制或者共擠出而獲得的任何儲箱或管?？梢杂糜谥圃旄鶕?jù)本發(fā)明的有限長度的儲箱或管的一種模制操作可以具有任何性質(zhì)，只要它包括使用一個可以確定該儲箱或該管的形狀的模具。這種模制操作可以例如從一種預(yù)成型開始或者直接通過將膠化的熱塑性塑料引入到模具中來進行。這種模制操作還可以具體地與一種吹氣模制操作相聯(lián)系。它還可以跟隨有一個后續(xù)的組裝步驟，尤其是通過焊接。如果該模制操作是從一種預(yù)成型開始進行的，則這種預(yù)成型具體可以通過共擠出或共注入來獲得。已經(jīng)使用通過共擠出-吹氣模制的模制、通過共注入-焊接的模制或者通過熱壓成型的模制而獲得了非常良好的結(jié)果。優(yōu)選地，該多層儲箱或管是通過共擠出-吹氣模制 (blow moulding，吹塑)來生產(chǎn)的。在后者的情況中，有可能使用一種連續(xù)擠出技術(shù)或者一種聚積擠出技術(shù)或者一種順序擠出技術(shù)、對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員熟知的所有技術(shù)。該術(shù)語“熱塑性塑料”應(yīng)理解為表示任何熱塑性聚合物，包括熱塑性彈性體以及還有它們的共混物。術(shù)語“聚合物”應(yīng)該理解為表示均聚物和共聚物(特別是二元的或三元的共聚物)二者，例如，無規(guī)共聚物、線性嵌段共聚物、其他嵌段共聚物以及接枝共聚物等。該內(nèi)層的塑料以及該增強層的塑料可以(并且優(yōu)選是)具有相同的性質(zhì)。在燃料儲箱的情況中，這通常是聚烯烴。術(shù)語“聚烯烴”應(yīng)理解為是指任何烯烴均聚物、任何包含至少兩種不同烯烴的共聚物以及任何包括按重量計至少50%的多種衍生自烯烴的單元的共聚物。在共混物中還可以使用數(shù)種聚烯烴。更具體的是，除了純凈(virgin)的聚烯烴之夕卜，該共混物還可以包含某一比例的再生的聚烯烴、或者某一比例的多種再生樹酯的一種共混物，這種共混物產(chǎn)生于(i)對制造該多層儲箱或管的不同階段所獲得的余料進行研磨和/或(ii)對使用壽命結(jié)束的燃料儲箱進行再生和處理。這種共混物還可以包括一種植物來源的聚烯烴或者來自另一種可再生的來源(生物材料)。優(yōu)選地，該聚烯烴是一種聚乙烯。通過一種高密度聚乙烯(HDPE)已經(jīng)獲得了非常良好的結(jié)果。這些塑料組合物可以包括多種常規(guī)添加劑，如提供的一種(或多種)穩(wěn)定劑、潤滑齊U、顏料以及其他“填充物”，然而內(nèi)層的一種或多種添加劑不具有增強效果和/或以使得它們對其機械特性不具有顯著影響的一個量值而存在。術(shù)語“增強的”應(yīng)該理解為，在本發(fā)明的背景下，表示包括一種強化物或多種強化物的一個混合物，這種或這些強化物處于分散的狀態(tài)(即處于與塑料混合的“游離”顆粒的形式、與如在織造纖維或氈片中的針織的或纏繞的顆粒(纖維)相反)、處于使得它對于組合物的機械特性具有顯著影響的一個量值。在這個階段，應(yīng)該在(i)微觀填充物/強化物與(ii)納米填充物之間做出區(qū)分，對于微觀填充物/強化物而言，以高的填充水平(典型地大于10% )獲得了對這些特性的顯著影響，而對于納米填充物而言，以僅百分之幾的強化獲得了對于這些特性的巨大的改變?？傮w上，這些是纖維強化物(碳纖維、天然纖維、玻璃纖維等等)、珠緣(例如玻璃珠緣、總體上空心的珠緣)或者小片(例如，滑石、粘土、蒙脫土、蛭石、膨脹石墨、石墨烯)。 它們優(yōu)選是纖維。當然，除了可以對于組合物的機械特性具有顯著影響的那些強化物之外， 通常認為粉末(碳黑、白堊、滑石、硫酸鋇等等)不是在本發(fā)明背景之內(nèi)的強化物。在本發(fā)明的背景下，玻璃纖維并且特別是短的和長的玻璃纖維給出了良好的結(jié)果。對于短纖維而言，通過分散已經(jīng)獲得了良好的結(jié)果，在HDPE中，基于E型玻璃的纖維(具體是配備有一種施膠劑和/或一種相容劑，如PE-g-MAH)具有在10與20 μ m之間的直徑以及在2與8mm之間的初始長度。根據(jù)一個優(yōu)選的變體，選擇玻璃纖維作為增強物，將這種增強物以一個量值具體地結(jié)合(優(yōu)選是均勻地，通常通過在擠出機中進行混合以便產(chǎn)生母料粒料)到一個中間層中并且非常具體地是在如以上描述的由研磨產(chǎn)生的一個層中，該量值為10% -50% (按重量與該混合物的總重量的對比計)、或者甚至20%-40%，約30%的含量通常給出良好的結(jié)^ ο事實上，本申請人已經(jīng)吹氣模制出了在具有約45%相對厚度(相對于壁的總厚度)的內(nèi)層與具有20%相對厚度的外層的這2層純凈PE之間對應(yīng)地基于純凈 HDPE (Lupolen 似61AG，密度為 0. 945g/cm3 并且具有 6g/10min (190°C /21. 6kg)的 HLMI) 的處于單層結(jié)構(gòu)的瓶子，以及基于同一種HDPE但包括一層工業(yè)再研磨料的、如以上限定的 6層儲箱的瓶子。申請人在幾種試驗中改變了玻璃纖維的含量并且在本說明書的結(jié)束部分中在表格中呈現(xiàn)了對應(yīng)地觀察到的特性。具體的，當它包括至少一個基于聚乙烯的層時，根據(jù)本發(fā)明的儲箱優(yōu)選地還包括一個阻擋層和/或優(yōu)選地已經(jīng)受到一種表面處理(例如對其內(nèi)層的一種氟化作用或一種磺化作用)。優(yōu)選地是，它包括一個同樣由一種熱塑性塑料制成的阻擋層，這個阻擋層通常是儲箱的非增強內(nèi)層、亦或在內(nèi)層與增強層之間的一個中間層。在本發(fā)明的這個變體的背景下，可以使用的阻擋樹脂可能具有對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何性質(zhì)，只要它是一種與正在討論的模制技術(shù)相兼容的聚合物或共聚物。 它還可以是不同阻擋樹脂的一種混合物。在這些可以使用的樹指中，特別提及了聚酰胺或共聚酰胺、或無規(guī)乙烯/乙烯醇(EVOH)共聚物。術(shù)語“聚酰胺”應(yīng)理解為是指基于一個酰胺單元的任何均聚物、包括至少兩種不同酰胺單元的任何共聚物以及包括按重量計至少50%的多種衍生自酰胺的單元的任何共聚物。這種定義下的這些酰胺單元是通過打開一個環(huán)式聚酰胺的環(huán)還是通過二羧酸與二胺的縮聚作用而獲得的是無關(guān)緊要的。幾種聚酰胺還可以作為一種共混物來使用。作為可以使用的聚酰胺的實例可以提及(非限定性的)PA-6、PA-11、PA-12以及n-mXD6 (聚芳基酰胺)。PA-6通常是優(yōu)選的。在以下情況中已經(jīng)獲得了有利的結(jié)果，其中，該阻擋樹酯是EVOH并且具體的是在 2層HDPE之間(通常是通過在EV0H/HDPE的2個界面處插入兩層基于PE的粘合劑)具有一個基于EVOH的中間阻擋層。在以下情況中也已經(jīng)獲得了有利的結(jié)果，其中，阻擋樹酯是構(gòu)成該結(jié)構(gòu)的內(nèi)層的一種n-mXD6類型的聚芳基酰胺。包括阻擋樹酯的該層還可以包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的某些添加劑，這些添加劑可以是或可以不是聚合物類的，如穩(wěn)定劑、潤滑劑等等。 優(yōu)選的，包括該阻擋樹酯的該層是基本上由阻擋樹酯構(gòu)成的。一般地(并且在具有HDPE和EVOH或者HDPE和聚酰胺的情況下偶爾地)，該阻擋樹酯與儲箱/管的其他層的熱塑性樹酯是不相兼容的。因此，一般而言，在阻擋層與同其接觸的一個或2個其他層之間提供了至少一層或者甚至兩層粘合劑。替代性地或者附加性地，可以將與這種熱塑性塑料樹酯相兼容的一種粘合劑與這種樹酯混合。優(yōu)選地，以上討論的粘合劑包括至少一種功能化的聚烯烴。該表述“功能化的聚烯烴”應(yīng)理解為是指除了衍生自烯烴的單元之外還包括多個功能性單體單元的任何聚烯烴。這些功能性單體單元可以結(jié)合在聚烯烴中，結(jié)合在主鏈中、 或者結(jié)合在側(cè)鏈中。它們還可以直接結(jié)合在所述主要的主鏈和側(cè)鏈的骨架中，例如，通過將一個或多個功能性單體與這個或這些烯烴單體進行共聚或者可以在制造聚烯烴之后導(dǎo)致一個或多個功能性單體接枝到所述鏈上。在這種情況下，聚烯烴/功能化的聚烯烴的共混物尤其可以在制造該儲箱或管的方法中所包括的膠凝步驟中通過反應(yīng)性加工而在一個單獨的步驟中生產(chǎn)。在本發(fā)明的這個變體中，這些功能性單體單元是從羧酸、二羧酸以及對應(yīng)于所述二羧酸的酸酐中選擇的。因此，這些單元通常是由具有這些同樣的官能團的至少一種不飽和單體的共聚或接枝得到的。作為可以使用的單體的實例，特別提及的是丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸、富馬酸、衣康酸、馬來酸酐、富馬酸酐以及衣康酸酐。優(yōu)選地，這些功能性單體單元產(chǎn)生于馬來酸酐的共聚或接枝。因此所描述的功能化的聚烯烴對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是熟知的并且是可商購的。在聚烯烴是一種聚乙烯的情況下，特別有利的是使得功能化的聚烯烴成為一種通過馬來酸酐(PE-g-MAH)接枝的聚乙烯，也就是說，這些功能性單體單元是將馬來酸酐接枝到聚乙烯上得到的。根據(jù)本發(fā)明的多層儲箱或管可以有利地包括一個或多個額外的層，該一個或多個額外的層包括一種再生塑料，優(yōu)選地作為一個中間層(即，位于2個其他層之間的一層)。表述“再生塑料”應(yīng)理解為是指通過一種對在制造空心體(具體是根據(jù)本發(fā)明的儲箱/管)的不同階段獲得的余料進行研磨、或者通過對使用壽命結(jié)束的這類物體進行研磨而獲得的塑料。在這個變體中，強化物可以結(jié)合在這個或這些再生塑料層中。為了這樣做，從上述研磨物中收集這些顆粒、并且將它們與一種包括填充物的母料的粒料相混合、并且然后將這種混合物輸送到上述共擠出-吹氣模制設(shè)備的一臺擠出機中就是足夠的。替代性地，可以將這些再研磨物用于生產(chǎn)一種具有所希望的強化物成份的母料。這種變體是優(yōu)選的，因為它能夠使這些研磨物盡可能多地被再使用。在根據(jù)本發(fā)明的多層儲箱或管的一個特別有利的實施方案中，該多層儲箱或管包括6個層基于非增強的HDPE的一個內(nèi)層⑴、優(yōu)選基于PE-g-MAH的一個第一粘合劑層 (Al)、包括一種阻擋樹脂(優(yōu)選為EV0H)的一個層(B)、優(yōu)選基于PE-g-MAH的一個第二粘合劑層(A》、包括一種強化物(優(yōu)選為玻璃纖維)的基于再生樹脂的一個層(R)、以及基于 HDPE的一個外層(E)。在這個實施方案中，有利的是使厚度的相對分布如下(對于1至10mm、或者甚至3 至 7mm 的總厚度；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%。有利地使用以下結(jié)構(gòu)(至百分幾之內(nèi))對于這些層I/A1/B/ A2/R/E中的每一個對應(yīng)地占總體厚度的％數(shù)為39/2/2/2/45/10。根據(jù)一個具體的實施方案，該層E (與大氣接觸)包括一種基于碳黑的化合物，用于針對UV輻射進行防護的目的。同樣有利的是，具有2或3層的多層結(jié)構(gòu)包括基于n-MXD6的一個(內(nèi))層、基于增強的HDPE (任選地包含粘合劑)的一個層、以及任選(如果該HDPE層不包含任何粘合齊U)的一個粘合劑層。本發(fā)明還涉及如以上描述的、作為混合動力車輛的燃料儲箱的一種儲箱/管的用途。這種儲箱/管也可以用在常規(guī)車輛中，其中，可以利用所獲得的這種增強作用來避免使用金屬帶，這些金屬帶總體上用來在儲箱被緊固到車身的底部上時防止儲箱的下部壁的蠕變。還應(yīng)該指出的是，通過本發(fā)明的主題獲得的增強作用可以與其他已知的強化物的使用相結(jié)合，這些強化物如以上提到的帶件、附接銷、內(nèi)部強化物(桿、分隔物)、包覆模制的織物等，以及任何其他類型的內(nèi)部和外部強化物。本發(fā)明與這些已知技術(shù)的結(jié)合使之有可能減小附接銷、內(nèi)部強化物(桿、分隔物)、包覆模制織物等的尺寸和/或數(shù)量。因此，使最終方案的重量最小化并且使儲箱的工作容積最大化。
權(quán)利要求
1.一種燃料儲箱或者用于該儲箱的一種加注管，包括一種多層壁，該多層壁至少由基于增強的熱塑性組合物的一個層以及旨在與燃料相接觸且基于一種非增強的熱塑性組合物的一個內(nèi)層構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層儲箱或管，該多層儲箱或管是通過共擠出-吹氣模制來生產(chǎn)的。
3.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項所述的多層儲箱或管，其中，該增強的熱塑性組合物包含一種纖維強化物。
4.根據(jù)前項權(quán)利要求所述的多層儲箱或管，其中，該強化物包括玻璃纖維。
5.根據(jù)前項權(quán)利要求所述的多層儲箱或管，其中，該增強層的玻璃纖維含量是在10% 與50%之間。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項所述的多層儲箱或管，所述儲箱/管的壁包括一個阻擋層，該阻擋層是在2個HDPE層之間、或者與該儲箱或該管的內(nèi)側(cè)直接接觸。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項所述的多層儲箱或管，所述儲箱的壁包括一個基于再生塑料的層。
8.根據(jù)前項權(quán)利要求所述的多層儲箱或管，其中，該強化物是被包括在該基于再生塑料的中間層中。
9.根據(jù)前項權(quán)利要求所述的多層儲箱或管，所述儲箱/管包括6個層基于非增強的 HDPE的一個內(nèi)層(I)、優(yōu)選地基于PE-g-MAH的一個第一粘合劑層(Al)、包括一種阻擋樹脂 (優(yōu)選為EV0H)的一個層(B)、優(yōu)選地基于PE-g-MAH的一個第二粘合劑層(A2)、基于再生樹脂且包括一種強化物(優(yōu)選為玻璃纖維)的一個層(R)、以及基于HDPE的一個外層(E)。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項所述的儲箱或管作為混合動力車輛的一種燃料儲箱 /管的用途。
全文摘要
一種燃料儲箱或者用于這種儲箱的一種加注管，包括一個多層壁，該多層壁至少由基于增強的熱塑性組合物的一個層、以及旨在與燃料相接觸且基于一種非增強的熱塑性組合物的一個內(nèi)層構(gòu)成。在混合動力車輛中使用這種儲箱/管。
文檔編號B29C49/04GK102458798SQ201080027986
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月8日
發(fā)明者比約恩·克里埃爾, 菲利普·馬丁 申請人:因勒紀汽車系統(tǒng)研究公司