專利名稱:攜帶液體和蒸汽的波紋燃料管道和方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明一般地涉及橡膠管,和尤其涉及燃料輸送管,如燃料注入管、燃料排放管和燃料注入頸管。更特別地,本發(fā)明涉及用作機(jī)動車燃料管的具有波紋結(jié)構(gòu)的多層管道,和涉及制造這種波紋管的方法。
背景技術(shù):
位于燃料注入口和機(jī)動車的燃料罐之間的燃料管和尤其燃料輸送管,通常由對燃料蒸汽顯示出降低的滲透性的材料組成。例如,共同轉(zhuǎn)讓的Shifman等的美國專利No.6203873公開了由具有彈性特征的第一氟代共聚物和具有熱塑性特征的第二氟代共聚物的共混物制造的燃料輸送軟管。這種管道不僅滿足對燃料蒸汽低的滲透標(biāo)準(zhǔn),而且相對便宜地生產(chǎn),顯示出良好的使用壽命,密封很好,具有良好的低溫性能和良好的推進(jìn)(push-on)值。盡管Shifman公開的管道抗彎折和抗皺,同時(shí)能以常規(guī)的模塑技術(shù)形成,但最終的管道具有相對有限的撓性。
由于生產(chǎn)燃料管通常使用的材料具有這樣有限的撓性,尤其若管道是直管,以便在安裝過程中使管道配合的話,管道的任何彎曲,將必然導(dǎo)致彎折,這種彎折會阻礙燃料的路徑。解決該問題的一種方式是使軟管預(yù)成形,以呈現(xiàn)非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu),這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)是由于與可獲得的有限空間相適合所必須的各種角度和曲線的多次彎曲導(dǎo)致的。生產(chǎn)這類管道的常規(guī)方法是將未固化的管道擠出到具有所需的最終軟管結(jié)構(gòu)的樞軸(pin)或芯軸(mandrel)上。然后將負(fù)載的芯軸放置在硫化機(jī)內(nèi),在此硫化或固化管道,已硫化或固化的管道從樞軸或芯軸中取出時(shí),保留所需的形狀,然后備用于在機(jī)動車中安裝。預(yù)成形管道的一個特別的缺點(diǎn)是未固化的管道負(fù)載在芯軸或樞軸上和固化的管道從芯軸或樞軸上卸載常常在管道彎曲時(shí)引入應(yīng)力,從而引起在最終的管道內(nèi)壁內(nèi)形成撕裂或空穴。
解決該問題的另一方法是提供具有波紋結(jié)構(gòu)的管道,條件是所使用的材料可適于成波紋狀。波紋管道是已知的,和這種軟管多年來用于真空吸塵器上。這些真空吸塵器軟管可以或者可以不用螺旋狀金屬增強(qiáng)絲網(wǎng)增強(qiáng)。例如在Dillon的美國專利Nos.4490200、Keith的5927757和Schaerf1的6142188中公開了這種波紋真空吸塵器軟管。
已開發(fā)出其中至少一根管道包括波紋管類結(jié)構(gòu)的雙管結(jié)構(gòu)的軟管。例如,日本已審實(shí)用新型公報(bào)(KOKOKU)No.1-31839公開了一種撓性管道,它包括波紋管狀金屬撓性管道和塑料外管,其中這兩種管道在其終端緊密連接;日本未審實(shí)用新型公報(bào)(KOKAL)No.58-42484公開了一種撓性復(fù)合管道結(jié)構(gòu),它包括波紋管狀外管和同心分布在外管內(nèi)的波紋管狀內(nèi)管,和內(nèi)管的波紋小于外管的波紋;和日本未審實(shí)用新型公布(KOKAL)No.50-80621公開了一種機(jī)動車燃料注入軟管,它包括直管狀導(dǎo)向軟管和覆蓋該導(dǎo)向軟管外周的波紋管狀保護(hù)軟管。因此,希望提供不具有上述缺點(diǎn)的燃料管道。
在Tukahara等的美國專利No.5829483中公開且援引了以上引證的日本已審/未審實(shí)用新型公報(bào)。此外,Tukahara等的美國專利No.5829483公開了15個獨(dú)立的實(shí)施方案,其中軟管包括具有外部端的橡膠外部軟管組件和由樹脂形成的內(nèi)部軟管,該內(nèi)部壁軟管同軸地布置在外部組件內(nèi)。密封這兩種軟管,在外部橡膠層和內(nèi)部樹脂層之間形成管狀空氣層。
現(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)的已有的多種獨(dú)立的軟管結(jié)構(gòu)可在外部和里層之間產(chǎn)生不充足的密封。此外,這種軟管結(jié)構(gòu)要求生產(chǎn)多根獨(dú)立的軟管和要求額外的步驟,使內(nèi)部軟管以同心的方式充分地與外層配合并將它們密封在一起。因此,希望提供單一的管狀結(jié)構(gòu),其具有滿意的抗燃性、能防止燃料滲透,且在沒有要求管狀結(jié)構(gòu)以特定形狀預(yù)成形的情況下,具有在機(jī)動車內(nèi)安裝的足夠的撓性。
發(fā)明公開本發(fā)明的主要目的是提供燃料管道和尤其燃料輸送管道,所述管道由典型地在這種燃料管道的制造中使用且允許在沒有現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的情況下,制造這種管道的材料形成。
強(qiáng)加于機(jī)動車工業(yè)上的環(huán)境規(guī)章限制可從機(jī)動車的燃料體系中滲透出的燃料蒸汽量。對于機(jī)動車的設(shè)計(jì)師來說,比任何以往更難以選擇恰當(dāng)?shù)木酆衔镆蕴峁└叩男阅?、長的使用壽命和降低的燃料滲透率,同時(shí)維持成本在可接受的水平下。典型地,燃料輸送和燃料蒸汽管由丁腈橡膠制造作為管道,但這種管道對燃料具有高的滲透率。使用氟代彈性體作為管道內(nèi)壁制造其它管道,但這種管道對燃料蒸汽具有較高的滲透率。生產(chǎn)對液體和蒸汽二者具有降低的滲透率的燃料輸送管道的嘗試包括使用波紋聚酰胺和氟烴熱塑性管道。
根據(jù)本發(fā)明,提供輸送液體和蒸汽燃料的單一的管狀組件,其中管狀結(jié)構(gòu)防止或顯著降低燃料蒸汽的滲透。該管狀組件具有波紋或盤旋的結(jié)構(gòu),所述結(jié)構(gòu)顯示出作為燃料管道必須的強(qiáng)度,且具有很大的撓性,足以在不必以預(yù)定形狀成形的情況下生產(chǎn)。
由可容易地以波紋或盤旋結(jié)構(gòu)形成的一種或多種材料制造本發(fā)明的波紋或盤旋管道,這種材料滿足目前對燃料蒸汽滲透率的標(biāo)準(zhǔn),且具有滿意的抗燃性特征。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中,管狀結(jié)構(gòu)是多層結(jié)構(gòu),所述多層結(jié)構(gòu)包括內(nèi)部導(dǎo)電的丁腈橡膠(NBR)、四氟乙烯-六氟丙烯-偏四氟乙烯(THV)共聚物層,所述共聚物層圍繞內(nèi)部導(dǎo)電的NBR層的外表面;與THV層外表面周邊相鄰的第二NBR襯里層;和在第二NBR襯里層的外表面上的保護(hù)覆蓋層。
附圖簡述根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案以及權(quán)利要求和附圖的下述說明,可看出本發(fā)明的特征及其技術(shù)優(yōu)點(diǎn),其中
圖1說明了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的多層管道結(jié)構(gòu)的局部剖視圖,其中為了說明的目的,拆開了管道的各層;和圖2說明了形成圖1的波紋管道的芯軸。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明,燃料管道,如燃料輸送管、燃料注入管或燃料排放管的特征在于,在管狀結(jié)構(gòu)的至少一部分上形成波紋或盤旋,以提供其撓性,以便管道不必以在機(jī)動車內(nèi)安裝的特定形狀預(yù)成形。管道內(nèi)的波紋或盤旋結(jié)構(gòu)允許撓性管道容易彎曲或被構(gòu)造以裝配在允許的空間內(nèi),且在制造工藝中不要求額外的步驟預(yù)成形管道。波紋管道的交替脊線(crest)從管道的外表面向外延伸約0.254-2.54cm(0.1-1.0英寸)。
如圖1所示,本發(fā)明的管道10含有所示的四層材料層導(dǎo)電里層12、阻擋層14、彈性襯里層16和覆蓋層18。圖1中進(jìn)一步示出了管道顯示出許多波紋或盤旋,這些波紋或盤旋具有通過淺的傾斜側(cè)壁24互連的交替脊線20和谷線(valley)22。這些波紋或盤旋提供給管道一定量的撓性,以便可容易地彎曲管道并成型為各種結(jié)構(gòu)。對于波紋來說,典型的是,波紋區(qū)域內(nèi)的各種結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度至少與在非波紋區(qū)域內(nèi)的強(qiáng)度一樣大。
通過在波紋樞軸(圖2)上放置未固化的管狀結(jié)構(gòu),從而形成管道10,所述波紋樞軸具有通過在芯軸26內(nèi)建造的傾斜側(cè)壁24a互連的脊線20a、和谷線22a。在芯軸上的管道然后經(jīng)歷固化工藝,從而引起固化的管道顯示出波紋或盤旋。
已發(fā)現(xiàn),通過劇烈的測試,波紋或盤旋管道結(jié)構(gòu)具有與標(biāo)準(zhǔn)的固化燃料管道產(chǎn)品類似的性能。
再次參考圖1,本發(fā)明的管道10包括形成管道內(nèi)壁的最里層12。優(yōu)選地,最里層12是丁腈橡膠、熱塑性氟彈性體,如六氟丙烯-偏氟乙烯,或六氟丙烯-偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物,聚氯乙烯及其共混物。最優(yōu)選,最里層12是彈性丁腈橡膠,如丁腈橡膠(NBR)層。工業(yè)上的共同做法是,使最里層12導(dǎo)電,以防止燃料沿著管道內(nèi)表面流動中產(chǎn)生的靜電累積。已知隨時(shí)間流逝,這種靜電累積引起管道內(nèi)針孔形成,從而允許燃料經(jīng)空穴泄漏。典型地,通過配混任何公知的導(dǎo)電劑到形成最里層所使用的材料內(nèi),使最里層12導(dǎo)電。盡管炭黑是優(yōu)選的導(dǎo)電劑,但意識到,可使用任何已知的導(dǎo)電劑提供最里面的彈性層導(dǎo)電性。盡管添加的導(dǎo)電劑如炭黑的用量不是特別關(guān)鍵,但過量的某些導(dǎo)電劑如炭黑傾向于使材料更難以加工。在蒸汽或通風(fēng)應(yīng)用中,管道的最里層不需要導(dǎo)電。
阻擋層14優(yōu)選由氟代熱塑性三元共聚物如四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯三元共聚物形成。典型地,氟代熱塑性三元共聚物的氟含量為約70-75wt%。已發(fā)現(xiàn)四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯三元共聚物如商購于Dyneon的Dyneon THV提供良好的結(jié)果。
其中至少一種氟代共聚物以氟代熱塑性共聚物為特征的至少兩種氟代共聚物的共混物也可用作阻擋層14。典型地,該共混物含有與約80-20wt%的一種或多種具有彈性特征的氟代共聚物共混的約20-80wt%的一種或多種具有熱塑性特征的氟代共聚物。例如,氟代共聚物的共混物可含有與含四氟乙烯、六氟丙烯和/或偏氟乙烯的氟代彈性體共聚物或三元共聚物共混的包括四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯的氟代熱塑性三元共聚物。優(yōu)選地,當(dāng)使用共混物作為阻擋層14時(shí),共混物的氟代塑性組分是四氟乙烯-六氟丙烯-偏乙烯三元共聚物,和共混物中的氟代彈性體組分是六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物或偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物。優(yōu)選地,氟代彈性體組分的氯含量為約65-73%。六氟丙烯-偏氟乙烯的氟代彈性體以名稱Viton A、Viton E45或Viton 60商購于DuPont。偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯的氟代彈性體以名稱Fluorel FT 2350或FE 5830QD商購于3M。
彈性襯里層16典型地是下述材料,該材料,尤其當(dāng)硫化時(shí),具有引起它容易粘著到外部覆蓋層和阻擋THV層這兩層上的性能。優(yōu)選地,管狀襯里層16是提供耐熱、耐燃料和相對于軟管具有撓性的彈性體。這種彈性材料是本領(lǐng)域公知的。彈性襯里層16典型地是選自丁腈橡膠、表氯醇橡膠、乙烯-丙烯酸酯橡膠和類似物中的非導(dǎo)電材料。優(yōu)選地,彈性襯里層16是丁腈橡膠。
軟管的外部覆蓋層18是用于這種用途的任何商業(yè)上已知的材料的保護(hù)層,如彈性體、熱塑性聚合物、熱固性聚合物和類似物。典型地,保護(hù)層18是具有良好耐熱性、耐油性、耐候性和阻燃性的合成彈性體。優(yōu)選地,外部覆蓋層18是選自丁苯橡膠(SBR);丁腈橡膠(NBR)如丁二烯-丙烯腈橡膠;氯化聚乙烯;乙烯基乙烯-丙烯酸橡膠;丙烯酸橡膠;表氯醇橡膠如Hydrin200;獲自DuPont的表氯醇和環(huán)氧乙烷的共聚物;氯丁橡膠(CR);聚氯乙烯;乙烯-丙烯共聚物;乙烯-丙烯-二烯烴三元共聚物(EPDM);超高分子量聚乙烯及其共混物中的合成彈性體。
本發(fā)明的管狀結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步含有增強(qiáng)層28,所述增強(qiáng)層28提供最終的管道物理強(qiáng)度。典型地,增強(qiáng)層是選自玻璃纖維、棉纖維、聚酰胺纖維、聚酯纖維和人造絲纖維中的材料。優(yōu)選地,增強(qiáng)層是芳族聚酰胺如Kevlar或Nomex,二者均由DuPont制造。增強(qiáng)層可以被針織、編織或扭絞,形成增強(qiáng)層。在本發(fā)明的優(yōu)選方面中,增強(qiáng)層被扭絞。典型地,增強(qiáng)層位于阻擋THV層14和彈性襯里層16之間,或在彈性襯里層16與覆蓋層18之間;然而,它也可位于導(dǎo)電層12和THV阻擋層14之間。在一些條件下,可使用大于一種增強(qiáng)材料。盡管增強(qiáng)層可以是管道結(jié)構(gòu)的優(yōu)選組分,但它不是關(guān)鍵的,和可以或者可以不在一些管道的制造中使用,這取決于制造者的要求。
可使用本領(lǐng)域已確定的任何硫化劑如過氧化物、多元醇、多胺等,硫化本發(fā)明的管狀結(jié)構(gòu)10。這些過氧化物硫化劑包括例如過氧化二枯基、2,5-二甲基-2,5-二(過氧叔丁基)己炔-3等。多元醇硫化劑包括例如六氟偏異丙基雙(4-羥苯基)氫醌、偏異丙基雙(4-羥苯基)氫醌或類似物。多胺硫化劑包括六亞甲基二胺氨基甲酸酯、脂環(huán)二胺氨基甲酸酯等。所使用的硫化劑的用量通常是本領(lǐng)域中常規(guī)使用的。典型地,取決于硫化劑,使用約0.5-10%的硫化劑。
已參考其優(yōu)選實(shí)施方案,詳細(xì)地描述了本發(fā)明,顯而易見的是,在沒有脫離所附權(quán)利要求中定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下,各種改性和改變是可能的。
權(quán)利要求
1.一種在機(jī)動車中用作燃料輸送管道的管狀結(jié)構(gòu),所述管狀結(jié)構(gòu)(10)的特征在于內(nèi)部導(dǎo)電層(12);阻擋層(14);襯里層(16);和覆蓋層(18),其中所述管狀結(jié)構(gòu)(10)在該管狀結(jié)構(gòu)的至少一部分外表面上顯示出波紋或盤旋的結(jié)構(gòu)。
2.權(quán)利要求1的管狀結(jié)構(gòu),其特征在于,所述波紋或盤旋結(jié)構(gòu)具有通過從管道(10)的外表面向外延伸的淺的傾斜側(cè)壁(24)互連的交替脊線(20)和谷線(22),其中所述交替的脊線(20)可從管道的外表面徑向向外延伸約0.254-2.54cm。
3.權(quán)利要求1或2的管狀結(jié)構(gòu),其特征在于所述內(nèi)部導(dǎo)電層(12)包括丁腈橡膠、熱塑性塑料、聚氯乙烯及其共混物,和可以是丙烯腈-丁二烯橡膠,和特征在于所述導(dǎo)電層(12)可進(jìn)一步含有導(dǎo)電材料,如炭黑。
4.權(quán)利要求1-3任何一項(xiàng)的管狀結(jié)構(gòu),其特征在于,所述阻擋層(14)是四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯三元共聚物,所述四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯三元共聚物顯示出含氟熱塑性特征,且任選地具有約70-75wt%的氯含量,或者特征在于,所述阻擋層(14)包括至少兩種氟代共聚物的共混物,其中至少一種氟代共聚物的特征是為含氟熱塑性的,其中所述阻擋層(14)可包括與約80-20wt%的具有含氟彈性特征的第二氟代共聚物共混的約20-80wt%的具有含氟熱塑性特征的第一氟代共聚物,其中所述第一氟代共聚物可以是含四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯的氟代熱塑性三元共聚物,和所述第二共聚物可以是含兩種或多種四氟乙烯、六氟丙烯和偏氟乙烯的氟代彈性體共聚物或三元共聚物,其中所述第一氟代熱塑性三元共聚物可以具有約70-75wt%的氟含量,和所述第二氟代彈性體共聚物或三元共聚物可具有約65-73wt%的氟含量。
5.權(quán)利要求1-4任何一項(xiàng)的管狀結(jié)構(gòu),其特征在于,所述彈性襯里層(16)是選自丁苯橡膠、丁二烯-丙烯腈橡膠、氯化聚乙烯、乙烯基乙烯-丙烯酸橡膠、丙烯酸橡膠、表氯醇橡膠、表氯醇和環(huán)氧乙烷的共聚物、氯丁橡膠、聚氯乙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯烴三元共聚物、超高分子量聚乙烯及其共混物中的合成彈性體,和可以是丙烯腈-丁二烯橡膠;和/或特征在于所述覆蓋層(18)是選自丁苯橡膠、丁腈橡膠、氯化聚乙烯、乙烯基乙烯-丙烯酸橡膠、丙烯酸橡膠、表氯醇橡膠、氯丁橡膠、聚氯乙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯烴三元共聚物、超高分子量聚乙烯及其共混物中的合成彈性體,和可以是氯化聚乙烯。
6.權(quán)利要求1-5任何一項(xiàng)的管狀結(jié)構(gòu),其特征在于,至少一層增強(qiáng)層(28)可包括玻璃纖維、棉纖維、聚酰胺纖維、聚酯纖維和人造絲纖維,和可以由芳族聚酰的螺旋線組成,其中所述至少一層增強(qiáng)層(28)可以位于所述阻擋層(14)和所述彈性襯里層(16)之間,和/或位于所述彈性襯里層(16)和所述覆蓋層(18)之間。
7.一種燃料輸送管道,其顯示出波紋或盤旋結(jié)構(gòu),所述波紋或盤旋結(jié)構(gòu)具有通過淺的傾斜側(cè)壁(24)互連的多個交替脊線(10)和谷線(22),其中所述脊線(20)從所述燃料輸送管道(10)的外表面徑向向外延伸,所述燃料輸送管道的特征在于含炭黑的丙烯腈-丁二烯橡膠導(dǎo)電里層(2);氟含量為約70-75wt%的氟代共聚物阻擋層(14),所述氟代共聚物阻擋層(14)包括四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯三元共聚物,所述四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯三元共聚物顯示出含氟熱塑性特征;彈性的丙烯腈-丁二烯橡膠襯里層(16);和氯化聚乙烯覆蓋層(18)。
8.權(quán)利要求7的燃料輸送管道,其特征在于,至少一層增強(qiáng)層(28)可以是位于所述導(dǎo)電層(12)與所述阻擋層(14)之間或位于所述阻擋層(14)與所述覆蓋層(18)之間的扭絞的芳族聚酰胺。
9.一種生產(chǎn)波紋或盤旋燃料輸送管道(10)的方法,其特征在于提供在其上具有多個交替脊線(20a)和谷線(22a)的芯軸(26),其中所述交替脊線和谷線通過多個淺的傾斜側(cè)壁(24a)互連;提供未固化的多層管狀結(jié)構(gòu);將所述未固化的多層管狀結(jié)構(gòu)推進(jìn)到所述芯軸(26)上,提供顯示出波紋或盤旋結(jié)構(gòu)的管狀結(jié)構(gòu),所述波紋或盤旋結(jié)構(gòu)相當(dāng)于所述芯軸的波紋或盤旋結(jié)構(gòu);和硫化在所述芯軸(26)上的所述多層結(jié)構(gòu);和從所述芯軸(26)上取下顯示出所述波紋或盤旋結(jié)構(gòu)的所述硫化的多層管狀結(jié)構(gòu)(10),所述波紋或盤旋的多層管狀結(jié)構(gòu)(10)具有從所述管狀結(jié)構(gòu)的外表面向外徑向延伸的多個交替的脊線(20)和谷線(22)。
10.權(quán)利要求9的方法,其特征在于,在所述芯軸(26)上的所述交替的脊線(20a)從所述芯軸的外表面向外徑向延伸約0.254-2.54cm,和/或特征在于所述多層結(jié)構(gòu)(10)包括含炭黑的丙烯腈-丁二烯橡膠導(dǎo)電里層(12);氟含量為約70-75wt%的氟代共聚物阻擋層(14),所述氟代共聚物阻擋層(14)包括四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯三元共聚物,所述四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯三元共聚物顯示出含氟熱塑性特征;彈性的丙烯腈-丁二烯橡膠襯里層(16);和氯化聚乙烯覆蓋層(18),和任選地至少一層增強(qiáng)層(28),所述增強(qiáng)層(28)可以位于所述導(dǎo)電層(12)和所述阻擋層(14)之間和/或位于所述阻擋層(14)和所述覆蓋層(18)之間的扭絞的芳族聚酰胺。
全文摘要
一種燃料輸送管道(10),它具有波紋或盤旋結(jié)構(gòu),所述波紋或盤旋結(jié)構(gòu)含有通過淺的傾斜側(cè)壁(24)互連的多個交替脊線(20)和谷線(22),該燃料輸送管道(10)包括含炭黑的丙烯腈-丁二烯橡膠的導(dǎo)電里層(12);含四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯三元共聚物或氟代共聚物的共混物的含氟熱塑性阻擋層(14),其中該共聚物中的至少一種顯示出含氟熱塑性特征;彈性的丙烯腈-丁二烯橡膠襯里層(16);和氯化聚乙烯覆蓋層(18)。
文檔編號F16L11/12GK1708394SQ200380101967
公開日2005年12月14日 申請日期2003年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月22日
發(fā)明者A·諾曼, R·F·威廉姆斯, C·W·史密斯, W·考夫曼, K·S·米森 申請人:戴科產(chǎn)品有限責(zé)任公司