CN101260209B - 节油型滚塑柴油油箱材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节油型滚塑柴油油箱材料及其制备方法，该节油型滚塑柴油油箱材料的配方由下列质量百分比的各组分组成：线性低密度聚乙烯50％；辐照高密度聚乙烯21-47.7％；电气石粉1-10％；负离子粉1-10％；抗静电剂0.1-5％；抗氧剂0.1-2％；流平剂0.1-2％。本发明节油型滚塑柴油油箱材料，满足滚塑加工工艺要求，制作成汽车柴油箱和原有柴油油箱相比可达到节油2-5％的效果，并且本发明制备方法简单易行，易于批量生产。
Description
技术领域
本发明属于化工领域，涉及一种节油型滚塑柴油油箱材料及其制备方法。
背景技术
在倡导环保、节约理念的今天，减少汽车燃油消耗和二氧化碳排放是人们一直以来追求的目标，以增燃油燃烧效率达到节油目的方法是其中重要的技术手段之一。油箱是汽车上主要的储油部件，目前有以下方法来改良油箱以达到节油的目的：
1、通过附加装置加热燃油。如CN2323996Y公布了在油箱中放置热交换器，利用汽车废气加热燃油，减少启动消耗来达到节油目的的方法。CN2586606Y公布了在油箱中加入隔板，底部加入散热器等附加装置，利用水循环加热燃油，以达到在高寒地区节油目的的方法。
2、通过附加装置催化燃油，提高燃油燃烧效率。如CN1456797A公布了在油箱中放置一种含纳米粉体的附加装置，通过对燃油的催化、吸附，减少燃油中的杂质来达到提高燃烧效率，达到节油目的的方法；CN1629001A公布了在油箱中放置一块以上的永久磁铁，通过对燃油的磁化，增加燃油的活性来提高燃烧效率，达到节油目的的方法；CN2849194Y公布了在油箱中放置一种装有远红外玻璃珠的节油袋，通过远红外辐射对燃油起到催化作用，增进燃烧效率，达到节油的目的的方法。
本技术方案通过对制作燃油箱的材料进行改性，制成适合滚塑成型工艺的油箱专用料，当油箱成型后，通过材料中的活性组分大面积地催化燃油，达到节油效果，这一技术方案目前尚未查到有相似的文献和报道。和本专利技术方案有类似原理的是CN2849194Y，但这种方案下，催化体和燃油的有效接触面积小，节油效果不显著。
电气石是一种具备单向极轴的异极性天然矿物，具备压电性和热释电性。当电气石被粉碎到一定细度后，在周边环境发生微小的热变化时，会自身发射出波长在5-15nm的远红外线，并电离周边的小分子形成负离子。一般情况下，人们认为电气石可以对空气、水和人体发生作用。
有关研究表明，柴油经过长波辐照后，吸收幅射能，会成为活化状态，温度升高，分子间作用力减少，密度降低，有利于柴油的完全燃烧，在研究中我们发现，电气石可对柴油发生双重作用，一方面电气石的远红外辐射可以降低柴油的密度，另一方面，电气石的热释电性也会活化柴油，使柴油中的自由基·OH大幅增加，当复配一定量的负离子粉后，这一效果会更加明显。
目前汽车、船舶油箱大约有70％是塑料制作的，其中利用滚塑工艺成型柴油油箱是其中一种重要的加工方式，由于滚塑工艺的局限，其制作油箱的材料大多是特殊级别的聚乙烯。
电气石粉和负离子粉均为极性无机粉体，它们和聚乙烯的相容性很差，直接添加会导致材料性能严重下降，不能满足油箱的使用要求；电气石粉和负离子粉和聚乙烯基体结合不好，聚乙烯在材料中起到屏蔽作用，无法快速传导环境的微量热变化，使得电气石的压电和热释电作用失效；另外，由于电气石粉和负离子粉分散不均，也严重影响对柴油的催化效果。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处提供一种可对燃油起到活化作用的，可被油箱制造商直接加工的一种节油型滚塑柴油油箱专用材料。
本发明的另一个目的在于提供该节油型滚塑柴油油箱专用材料的制备方法。
本发明通过以下技术方案，较好地解决了以上问题，制作出适合滚塑成型工艺的油箱专用材料，本发明特征在于由下列各组分组成(以配方组分总量为100％计)：
(A)质量百分比50％的线性低密度聚乙烯；
(B)质量百分比21-47.7％的辐照高密度聚乙烯；
(C)质量百分比1-10％的电气石粉；
(D)质量百分比1-10％的负离子粉；
(E)质量百分比0.1-5％的抗静电剂；
(F)质量百分比0.1-2％的抗氧剂；
(G)质量百分比0.1-2％的流平剂。
本发明所使用的线性低密度聚乙烯是由乙烯和丁烯、乙烯和己烯或乙烯和辛烯共聚而得，其熔体流动速率在2-10g/10min，密度在0.930-0.940g/cm3之间，耐环境应力开裂性能大于400h。该线性低密度聚乙烯，可以由一种符合要求的商品化线性低密度聚乙烯构成，也可以由两种以上不同牌号的商品化线性低密度聚乙烯混合构成，常用市售产品。
本发明所使用的高密度聚乙烯，熔体流动速率在2-10g/10min之间，密度在0.940-0.960g/cm3之间。该高密度聚乙烯经过紫外线或臭氧辐照或在臭氧环境下经紫外线辐照形成辐照高密度聚乙烯，在高密度聚乙烯链上形成C＝O，C-O，C(＝O)-O等极性基团。
本发明使用的电气石粉是由远红外辐照率≥90％，负离子释放率在200-1200个/cm3的电气石矿石研磨而成，其颗粒大小为300-3000目。
本发明使用的负离子粉是负离子释放量10000-40000个/cm3，辐射功率大于0.04W/cm2 的负离子矿石研磨而成，其颗粒大小为300-3000目。
本发明使用的抗静电剂，是N，N-二羟乙基十八胺和脂肪酸聚乙二醇酯的混合物，其混合比例为4∶1-2∶1
本发明使用的抗氧剂，是抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，混合比例为1∶1-1∶4。
本发明使用的流平剂是亲水性气相法二氧化硅，其比表面积为150-500m2/g。
上述组分通过以下工艺方法制得节油型滚塑柴油油箱材料，包括如下步骤：
步骤一：将高密度聚乙烯在塑料磨粉机中研磨成35目以上的粉体，研磨工艺为：转速：3200-5000转/分钟，磨盘温度：50-65℃；
步骤二：将经步骤一处理的高密度聚乙烯放在密闭容器中，加温到40-60℃，同时通以臭氧置换容器中的空气，打开紫外辐照装置处理10-20min，得辐照高密度聚乙烯；
步骤三：按配方取辐照高密度聚乙烯(B)、电气石粉(C)、负离子粉(D)、抗静电剂(E)、抗氧剂(F)和流平剂(G)在塑料混合机中充分混合得到混合物，混合工艺为：混合时间2-10min，转速5-60转/分钟；
步骤四：将经步骤三处理得到的混合物用双螺杆挤出机熔融共混，挤出造成填充母粒(H)。挤出工艺参数为：熔体温度160-200℃，螺杆转速100-500转/分钟，混炼时间1-10min；
步骤五：按配方取线性低密度聚乙烯(A)和经步骤四处理所得母粒(H)按1∶1比例在塑料混合机中混合，混合时间：2-5min，转速：5-60转/分钟；
步骤六：将通过步骤五得到的混合物用双螺杆挤出机再次熔融共混，挤出造成粒。挤出工艺参数为：熔体温度160-200℃，螺杆转速100-500转/分钟，混炼时间1-10min；
步骤七：将步骤六得到的粒料在塑料磨粉机中研磨成35目以上的粉体，研磨工艺为：转速：3200-5000转/分钟，磨盘温度：50-65℃。
上述制备步骤可简单地表示为图1的流程：
本发明制备方法制得的节油型滚塑柴油油箱材料，满足滚塑加工工艺要求，制作成汽车柴油箱，和原有柴油油箱相比，可达到节油2-5％的效果。本发明制备方法制得的节油型滚塑柴油油箱专用材料，可以使汽车、船舶用柴油节约2％-5％，达到国家JT/T306-1997《汽车节能产品使用技术条件》的要求，是最新一代的节油产品和技术。并且本发明制备方法简单易行，易于批量生产。
在欧洲，1999年新购柴油轿车比例约为30％，法国甚至达到48％。2000年，欧洲市场上柴油轿车的销售量达到440万辆，比1995年翻了一倍。现在经济型轿车主要生产厂商如大众、雷诺、欧宝和福特的顾客中，几乎有一半需要柴油车。在美国市场上，商用车(即我国所称的卡车、客车)的90％为柴油车；在日本，将近10％的轿车是柴油轿车，38％的商用车为柴油车。美国、日本及欧洲的重型汽车全部使用柴油机为动力。我国柴油汽车生产比例已由1990年的15％上升到1998年的26％。1997年我国生产的重型载货汽车和大型客车全部采用柴油发动机；65.9％中型载货汽车采用柴油发动机，53.5％中型客车采用柴油发动机；55.4％和29.4％的轻型载货汽车、轻型客车也开始采用柴油发动机。我国1994年颁布的《汽车工业产业政策》明确提出，总重量超过5t的载客汽车载货汽车在2000年后主要采用柴油为燃料。
2005年我国柴油产量达到8050万吨，预计到2010年柴哟的需求量将突破1亿吨，如果使用本发明技术，每年至少可以为国家节约柴油200万吨，经济效益和社会效益非常显著。
附图说明
图1为节油型滚塑柴油油箱材料制备工艺流程图。
图中，A为线性低密度聚乙烯，B为辐照高密度聚乙烯，C为电气石粉，D为负离子粉，E 为抗静电剂，F为抗氧剂，G为流平剂，H为母粒。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。
一般性说明：以下实施例采用的线性低密度聚乙烯：熔体流动速率在2-10g/10min，密度在0.930-0.940g/cm3之间，耐环境应力开裂性能大于400h；高密度聚乙烯的熔体流动速率为2-10g/10min，密度为0.940-0.960g/cm3；电气石粉是由远红外辐照率≥90％，负离子释放率在200-1200个/cm3的电气石矿石研磨而成，粒度为300-3000目；负离子粉是负离子释放量10000-40000个/cm3，辐射功率大于0.04W/cm2的负离子矿石研磨而成，其粒度为300-3000目；抗静电剂是N，N-二羟乙基十八胺和脂肪酸聚乙二醇酯的混合物，其混合比例为4∶1-2∶1；抗氧剂是抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，混合比例为1∶1-1∶4；流平剂是亲水性气相法二氧化硅，其比表面积为150-500m2/g。
在本发明中使用的材料均为市售，实施所用典型的材料为：线性低密度聚乙烯：韩国SK公司PE500U；高密度聚乙烯：扬子石化PE5000S；电气石粉：河北金健石纳米科技有限公司；负离子粉：淄博神邦新材料厂；抗静电剂：杭州永盛化工厂204P、501P；抗氧剂：瑞士汽巴公司1010、168；流平剂：广州吉必时科技实业有限公司HL-200。
材料性能和效果的测试项目的方法为：
| 测试项目 | 测试标准 | 测试条件 | 单位 |
| 粉体流动性 | GB/T1636 | - | s/100g |
| 熔体流动速率 | GB/T3682 | 190℃，2.16Kg | g/10min |
| 拉伸强度 | GB/T1040 | 23℃，I型样条 | Mpa |
| 弯曲模量 | GB/T9341 | 23℃ | Mpa |
| 悬臂梁缺口冲击强度 | GB/T1843 | 23℃，V型缺口 | KJ/m2 |
| 表面电阻率 | IEC60093 | 23℃，50％H | Ω |
| 粉体目数 | GB/T15545 | 35目通过率 | ％ |
| 节油率 | GB/T14951 | - | ％ |
实施例1
配方：
(A)质量百分比50％的线性低密度聚乙烯PE500U；
(B)质量百分比21％的辐照高密度聚乙烯PE5000S；
(C)质量百分比10％的电气石粉；
(D)质量百分比10％的负离子粉；
(E)质量百分比5％的抗静电剂(204P∶501P＝4∶1)；
(F)质量百分比2％的抗氧剂(1010∶168＝1∶1)；
(G)质量百分比2％的流平剂HL-200。
上述组分通过以下工艺方法制得滚塑柴油油箱材料：
1、原材料处理
在转速为4000转/分，磨盘温度为55℃的工艺条件下，将高密度聚乙烯PE5000S在塑料磨粉机中研磨成35目以上的粉体，放在密闭容器中，加温到50℃，同时通以臭氧置换容器中的空气，打开紫外辐照装置处理15min，得辐照高密度聚乙烯PE5000S。
2、母粒制造
将按上述比例称取的辐照高密度聚乙烯PE5000S和电气石粉、负离子粉、抗静电剂(204P∶501P＝4∶1)、抗氧剂(1010∶168＝1∶1)、流平剂HL-200倒在塑料混合机中，在混合时间5min，转速30转/分钟的工艺条件下充分混合后放料得混合物。
将混合物用双螺杆挤出机熔融共混，挤出造成填充母粒。挤出工艺参数为：熔体温度180℃，螺杆转速300rpm，混炼时间5min。
3、产品制造
将填充母粒和按上述比例称取的线性低密度聚乙烯PE500U按1∶1比例放入塑料混合机中，在混合时间4min，转速30转/分钟的工艺条件下混合，将混合物用双螺杆挤出机再次熔融共混，挤出造成粒。挤出工艺参数为：熔体温度180℃，螺杆转速300rpm，混炼时间5min。
在转速为4000转/分，磨盘温度为55℃的工艺下，将造粒得到的粒料在塑料磨粉机中研磨成35目以上的粉体。
其性能测试结果见表1。
实施例2
配方：
(A)质量百分比50％的线性低密度聚乙烯；
(B)质量百分比47.7％的辐照高密度聚乙烯；
(C)质量百分比1％的电气石粉；
(D)质量百分比1％的负离子粉；
(E)质量百分比0.1％的抗静电剂(204P∶501P＝2∶1)；
(F)质量百分比0.1％的抗氧剂(1010∶168＝1∶4)；
(G)质量百分比0.1％的流平剂。
上述组分通过以下工艺方法制得滚塑柴油油箱材料：
1、原材料处理
在转速为5000转/分，磨盘温度为65℃的工艺条件下，将高密度聚乙烯在塑料磨粉机中研磨成35目以上的粉体，放在密闭容器中，加温到60℃，同时通以臭氧置换容器中的空气，打开紫外辐照装置处理20min，得辐照高密度聚乙烯。
2、母粒制造
将按上述比例称取的辐照高密度聚乙烯和电气石粉、负离子粉、抗静电剂(204P∶501P＝2∶1)、抗氧剂(1010∶168＝1∶4)、流平剂倒在塑料混合机中，在混合时间10min，转速60转/分钟的工艺条件下充分混合后放料得混合物。
将混合物用双螺杆挤出机熔融共混，挤出造成填充母粒。挤出工艺参数为：熔体温度200℃，螺杆转速500rpm，混炼时间10min。
3、产品制造
将填充母粒和按上述比例称取的线性低密度聚乙烯按1∶1比例放入塑料混合机中，在混合时间5min，转速60转/分钟的工艺条件下混合，将混合物用双螺杆挤出机再次熔融共混，挤出造成粒。挤出工艺参数为：熔体温度200℃，螺杆转速500rpm，混炼时间10min。
在转速为5000转/分，磨盘温度为65℃的工艺下，将造粒得到的粒料在塑料磨粉机中研磨成35目以上的粉体。
其性能测试结果见表1。
实施例3
配方：
(A)质量百分比50％的线性低密度聚乙烯；
(B)质量百分比38.6％的辐照高密度聚乙烯；
(C)质量百分比5％的电气石粉；
(D)质量百分比3％的负离子粉；
(E)质量百分比2％的抗静电剂(204P∶501P＝3∶1)；
(F)质量百分比0.6％的抗氧剂(1010∶168＝1∶2)；
(G)质量百分比0.8％的流平剂。
上述组分通过以下工艺方法制得滚塑柴油油箱材料：
1、原材料处理
在转速为3200转/分，磨盘温度为50℃的工艺条件下，将高密度聚乙烯在塑料磨粉机中研磨成35目以上的粉体，放在密闭容器中，加温到40℃，同时通以臭氧置换容器中的空气，打开紫外辐照装置处理10min，得辐照高密度聚乙烯。
2、母粒制造
将按上述比例称取的辐照高密度聚乙烯和电气石粉、负离子粉、抗静电剂(204P∶501P＝3∶1)、抗氧剂(1010∶168＝1∶2)、流平剂倒在塑料混合机中，在混合时间3min，转速10转/分钟的工艺条件下充分混合后放料得混合物。
将混合物用双螺杆挤出机熔融共混，挤出造成填充母粒。挤出工艺参数为：熔体温度160℃，螺杆转速100rpm，混炼时间2min。
3、产品制造
将填充母粒和按上述比例称取的线性低密度聚乙烯按1∶1比例放入塑料混合机中，在混合时间2min，转速10转/分钟的工艺条件下混合，将混合物用双螺杆挤出机再次熔融共混，挤出造成粒。挤出工艺参数为：熔体温度160℃，螺杆转速100rpm，混炼时间2min。
在转速为3200转/分，磨盘温度为50℃的工艺下，将造粒得到的粒料在塑料磨粉机中研磨成35目以上的粉体。
其性能测试结果见表1。
表1节油型滚塑柴油油箱材料性能测试结果
| 测试项目 | 单位 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 粉体流动性 | s/100g | 25 | 32 | 27 |
| 熔体流动速率 | g/10min | 4.2 | 2.8 | 4.0 |
| 拉伸强度 | Mpa | 21 | 17 | 19.5 |
| 弯曲模量 | Mpa | 960 | 740 | 850 |
| 悬臂梁缺口冲击强度 | KJ/m2 | 26.3 | 35 | 33 |
| 表面电阻率 | Ω | 108 | 1015 | 108 |
| 粉体目数 | ％ | 97.5 | 97.3 | 96.4 |
| 节油率 | ％ | 4.6 | 2.6 | 2.5 |
Claims (8)
1.一种节油型滚塑柴油油箱材料，其特征在于由下列各组分组成：
(A)质量百分比50％的线性低密度聚乙烯；
(B)质量百分比21-47.7％的辐照高密度聚乙烯；
(C)质量百分比1-10％的电气石粉；
(D)质量百分比1-10％的负离子粉；
(E)质量百分比0.1-5％的抗静电剂；
(F)质量百分比0.1-2％的抗氧剂；
(G)质量百分比0.1-2％的流平剂；
其中，所述的电气石粉是由远红外辐照率≥90％，负离子释放量在200-1200个/cm3的电气石矿石研磨而成，其颗粒大小为300-3000目；所述负离子粉是负离子释放量10000-40000个/cm3，辐射功率大于0.04W/cm2的负离子矿石研磨而成，其颗粒大小为300-3000目。
2.根据权利要求1所述的节油型滚塑柴油油箱材料，其特征在于所述的线性低密度聚乙烯是由乙烯和丁烯、乙烯和己烯或乙烯和辛烯共聚而得，根据GB/T3682在190℃，2.16Kg下的熔体流动速率为2-10g/10min，密度为0.930-0.940g/cm3，耐环境应力开裂性能大于400h。
3.根据权利要求1所述的节油型滚塑柴油油箱材料，其特征在于所述的高密度聚乙烯根据GB/T3682在190℃，2.16Kg下熔体流动速率为2-10g/10min，密度为0.940-0.960g/cm3。
4.根据权利要求1所述的节油型滚塑柴油油箱材料，其特征在于所述的辐照高密度聚乙烯是高密度聚乙烯经过紫外线或臭氧辐照。
5.根据权利要求1所述的节油型滚塑柴油油箱材料，所述抗静电剂是N，N-二羟乙基十八胺和脂肪酸聚乙二醇酯的混合物，其混合比例为4∶1-2∶1。
6.根据权利要求1所述的节油型滚塑柴油油箱材料，其特征在于所述抗氧剂是抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，混合比例为1∶1-1∶4。
7.根据权利要求1所述的节油型滚塑柴油油箱材料，其特征在于所述流平剂是亲水性气相法二氧化硅，其比表面积为150-500m2/g。
8.权利要求1所述的节油型滚塑柴油油箱材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤一：将高密度聚乙烯在塑料磨粉机中研磨成35目以上的粉体，研磨工艺为：转速：3200-5000转/分钟，磨盘温度：50-65℃；
步骤二：将经步骤一处理的高密度聚乙烯放在密闭容器中，加温到40-60℃，同时通以臭氧置换容器中的空气，打开紫外辐照装置处理10-20min，得辐照高密度聚乙烯；
步骤三：按配方取辐照高密度聚乙烯、电气石粉、负离子粉、抗静电剂、抗氧剂和流平剂在塑料混合机中充分混合得到混合物，混合工艺为：混合时间2-10min，转速5-60转/分钟；
步骤四：将经步骤三处理得到的混合物用双螺杆挤出机熔融共混，挤出造成填充母粒，挤出工艺参数为：熔体温度160-200℃，螺杆转速100-500转/分钟，混炼时间1-10min；
步骤五：按配方取线性低密度聚乙烯和经步骤四处理所得母粒按1∶1比例在塑料混合机中混合，混合时间：2-5min，转速：5-60转/分钟；
步骤六：将通过步骤五得到的混合物用双螺杆挤出机再次熔融共混，挤出造成粒，挤出工艺参数为：熔体温度160-200℃，螺杆转速100-500转/分钟，混炼时间1-10min；
步骤七：将步骤六得到的粒料在塑料磨粉机中研磨成35目以上的粉体，研磨工艺为：转速：3200-5000转/分钟，磨盘温度：50-65℃。
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