CN101332768A - 机动车辆用燃料箱 - Google Patents

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山口惠弘
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Abstract

本发明涉及一种机动车辆用燃料箱，其具有如下结构。燃料箱主体的总厚度为3mm至8mm，并且由按照从外到内的顺序形成的表面层、外部主体层、外部粘结层、阻挡层、内部粘结层和内部主体层形成。所述表面层和所述内部主体层均由高密度聚乙烯形成。所述外部主体层是通过使用高密度聚乙烯的再生材料作为主要材料而形成的，其含有粒径为10μm或更小的无机填料，该无机填料的含量为所述外部主体层的总重量的10重量％至35重量％，并且所述外部主体层的厚度为所述主体的总厚度的25％至50％。所述外部粘结层和所述内部粘结层都是由对所述高密度聚乙烯和所述阻挡层均具有粘结性的合成树脂形成的，并且所述阻挡层由几乎不使或完全不使燃料渗透的合成树脂形成。

Description

机动车辆用燃料箱
技术领域
本发明涉及一种由热塑性合成树脂制成的燃料箱，具体地说，本发明涉及一种具有这样的主体的燃料箱，该主体是通过对具有多层结构的合成树脂层的合成树脂部件进行吹塑成型而形成的。
背景技术
对于机动车辆等的燃料箱的结构而言，一直以来使用的是由金属制成的燃料箱。然而，由于热塑性合成树脂不会生锈，并且容易形成所需的形状，因此近年来人们开始使用由热塑性合成树脂制成的燃料箱。
由于吹塑成型法容易形成中空体，因此人们常常使用该方法来制备机动车辆用的合成树脂燃料箱。使用吹塑成型法，通过下述步骤获得机动车辆用燃料箱：将熔融的热塑性合成树脂部件的型坯挤出，同时使该型坯形成圆柱状，然后将空气注入置于模具之间的型坯中。
在吹塑成型过程中，为了确保燃料箱的强度并防止燃油渗透，型坯具有多层结构。即，该多层结构具有下列的各层：由耐冲击的树脂形成的层，用于确保燃料箱的强度；由具有阻挡性能的树脂形成的层，用于防止燃料渗透；以及用于将这两种层相互粘结在一起的层(例如，参见专利文献JP-A-9-29904)。
在这种情况中，燃料箱主体的外部主体层和内部主体层均由具有耐燃料性、并可保持燃料箱所需强度的高密度聚乙烯(HDPE)形成，在所述外部主体层和所述内部主体层之间形成有由中间层形成的热塑性合成树脂部件，该中间层起到用于防止燃料渗透的阻挡层的作用(例如，参见专利文献JP-A-2003-220840)。
此外，基于环境保护的目的，近年来关于循环使用的要求日渐加强，在合成树脂制成的机动车辆用燃料箱中，人们也在研究机动车辆用燃料箱主体的循环使用。在这种情况中，由于燃料箱主体的主要成分是高密度聚乙烯(HDPE)，因此再生材料主要含有高密度聚乙烯(HDPE)。因此为了确保刚性，再生材料用于不直接暴露于燃油的燃料箱主体的外部主体层中。
新的高密度聚乙烯(HDPE)材料用于燃料箱主体的内部主体层，在某些情况中，由于在使用过程中燃油引起轻微膨胀，因此这种新材料的刚性可能降低。因此，通过在燃料箱的内部主体层上形成加强肋(reinforcing rib)或者通过增加燃料箱的内部主体层的厚度，刚性得到提高。然而，这种情况中，燃料箱的容量减小，并且燃料箱的重量增加。
此外，人们担心在燃料箱的使用过程中，环境温度的升高引起燃料箱内部压力的增加，进而使燃料箱膨胀。因此，为了增加燃料箱的刚性，在一些情况中，将无机填料与高密度聚乙烯混合(例如，参见专利文献JP-A-2001-179901或JP-A-2004-299737)。然而，在混合有无机填料时，燃料箱的耐冲击性发生劣化。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料箱，该燃料箱可容易地循环使用，并且具有高的刚性和优良的耐冲击性。
为了解决上述问题，本发明的第一方面提供具有这样的主体的机动车辆用燃料箱，该主体由具有多层结构的合成树脂层形成，其中：
所述主体的总厚度为3mm至8mm，并且至少由按照从外到内的顺序形成的表面层、外部主体层、外部粘结层、阻挡层、内部粘结层和内部主体层所形成；
所述表面层和所述内部主体层均由高密度聚乙烯(HDPE)形成；
所述外部主体层是通过使用主要含有高密度聚乙烯的再生材料作为主要材料而形成的，其含有粒径为10μm或更小的无机填料，该无机填料的含量为所述外部主体层的总重量的10重量％至35重量％，并且所述外部主体层的厚度为所述主体的总厚度的25％至50％；
所述外部粘结层和所述内部粘结层都是由对所述高密度聚乙烯(HDPE)和所述阻挡层均具有粘结性的合成树脂形成的；并且
所述阻挡层由几乎不使或完全不使燃料渗透的合成树脂形成。
根据本发明，所述主体的总厚度为3mm至8mm，并且至少由按照从外到内的顺序形成的表面层、外部主体层、外部粘结层、阻挡层、内部粘结层和内部主体层所形成。因此，通过这些层叠的层，可满足燃料箱的性能，如防燃料渗透性、刚性和耐冲击性，并且通过相邻层间的强的粘附力可使厚度降低，进而可确保燃料箱的容量并抑制重量的增加。
表面层和内部主体层由高密度聚乙烯(HDPE)形成。因此，通过用表面层来覆盖含有无机填料的外部主体层的表面，可使表面平滑，并且通过弥补外部主体层(本发明下文所述)的耐冲击性的降低，可改善燃料箱的耐冲击性。
所述外部主体层是通过使用主要含有高密度聚乙烯的再生材料作为主要材料而形成的，其含有粒径为10μm或更小的无机填料，该无机填料的含量为所述外部主体层的总重量的10重量％至35重量％，并且所述外部主体层的厚度为所述主体的总厚度的25％至50％。因此，可以实现使主要由高密度聚乙烯(HDPE)形成的燃料箱得到循环使用。
通过含有无机填料并将厚度设定为主体的总厚度的25％至50％，使燃料箱的刚性得到改善，从而即使在燃料箱的内部压力增加时，也可抑制燃料箱的膨胀，并且通过抑制燃料箱厚度的增加，可以防止燃料箱容量的减小。此外，由于含有预定量的无机填料，因此可增加外部主体层的刚性，同时确保燃料箱具有刚性和耐冲击性。
所述外部粘结层和所述内部粘结层都是由对所述高密度聚乙烯(HDPE)和所述阻挡层均具有粘结性的合成树脂形成的。因此，阻挡层通过外部粘结层和内部粘结层牢固地粘结在外部主体层和内部主体层上，使得燃料箱的各层彼此牢固地粘结成一个整体，进而可确保燃料箱具有防燃料渗透性和强度。
由于所述阻挡层是由几乎不使或完全不使燃料渗透的合成树脂形成的，因此可防止已经渗透过内部主体层的燃料继续透过外部主体层而蒸发到车辆的外部。
本发明的第二方面提供一种机动车辆用燃料箱，其中所述外部主体层含有改性聚乙烯或软质聚乙烯。
根据本发明的第二方面，由于所述外部主体层含有改性聚乙烯或软质聚乙烯，因此可以改善乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)(其为高密度聚乙烯(HDPE)等再生材料中所含有的阻挡层的成分)与高密度聚乙烯(HDPE)之间的相容性，从而提高外部主体层的耐冲击性。
本发明的第三方面提供一种机动车辆用燃料箱，其中所述无机填料为板状填料。
根据本发明的第三方面，由于所述无机填料为板状填料，与具有其他形状的无机填料相比，使用少量的无机填料即可提高加强效果，并提高外部主体层的刚性。
本发明的第四方面提供一种机动车辆用燃料箱，其中所述无机填料是经过表面处理的无机填料。
根据本发明的第四方面，由于所述无机填料经过表面处理，因此可以改善其与待混合的高密度聚乙烯(HDPE)的相容性，从而获得在高密度聚乙烯(HDPE)中具有良好的分散性，并提高加强效果和燃料箱的刚性。
本发明的第五方面提供一种机动车辆用燃料箱，其中所述无机填料为滑石或云母。
根据本发明的第五方面，由于所述无机填料为滑石或云母，因此可提高外部主体层的刚性和耐火性。
本发明的第六方面提供一种机动车辆用燃料箱，其中所述阻挡层由乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)形成。
根据本发明的第六方面，由于所述阻挡层由乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)形成，因此所述阻挡层具有优良的防汽油渗透性，并且由于所述阻挡层能够熔融成型，因此具有良好的加工性。此外，所述阻挡层在高湿度条件下，或对于含有醇类的汽油均表现出优良的防渗透性。
本发明的第七方面提供一种机动车辆用燃料箱，其中所述内部主体层的厚度为所述主体的总厚度的15％至67％。
根据本发明的第七方面，由于所述内部主体层的厚度为所述主体的总厚度的15％至67％，因此在因燃料而引发燃料箱膨胀时，所述内部主体层具有足够的强度，并且能确保耐冲击性。
本发明的第八方面提供一种机动车辆用燃料箱，其中所述燃料箱的主体是通过吹塑成型而形成的。
根据本发明的第八方面，由于所述燃料箱的主体是通过吹塑成型而形成的，因此可以通过一次成型法来形成具有多层结构的合成树脂层的中空燃料箱，并可以自由地选择其形状。
由于表面层和内部主体层由高密度聚乙烯(HDPE)形成，因此，通过使用表面层来覆盖含有无机填料的外部主体层的表面，可使表面平滑，并通过所述内部主体层来确保燃料箱具有刚性，从而提高耐冲击性。
由于外部主体层主要由高密度聚乙烯(HDPE)的再生材料形成，并且含有粒径为10μm或更小的无机填料，该无机填料的含量为所述外部主体层的总重量的10重量％至35重量％，因此可实现使主要由高密度聚乙烯(HDPE)制成的燃料箱得到循环使用，并通过含有无机填料而确保燃料箱具有刚性和耐冲击性。
由于阻挡层是由几乎不使或完全不使燃料渗透的合成树脂形成的，因此可抑制已透过所述内部主体层的燃料的继续渗透。
附图说明
图1为示出本发明一个实施方案的燃料箱的立体图。
图2为示出本发明燃料箱主体(外壁)的结构的部分放大剖视图。
具体实施方式
基于图1和图2对本发明一个实施方案的机动车辆用燃料箱1进行描述。图1是示出本发明一个实施方案的燃料箱1的立体图，图2是示出由合成树脂制成的燃料箱1的外壁(主体)10的部分剖视图，并示出所述主体10的多层结构。
根据本发明的实施方案，燃料箱1具有泵单元连接孔4，所述泵单元连接孔4形成在燃料箱1的上表面上，其用于将燃料泵(未示出)插入到燃料箱1中和将燃料泵从燃料箱1中取出。此外，在燃料箱1的侧面或上表面形成有燃料注入孔5，用于将来自进口管(未示出)的燃料注入到燃料箱1中。
在燃料箱1的周围形成有外周肋2，在若干个预定的位置(如外周肋2的拐角)处形成有连接孔3，使得通过将连接孔3与机动车体用螺栓进行固定而将燃料箱安装在机动车体上。
另外，在燃料箱1的上表面形成有连接孔6，用于将燃料箱1与收集内部燃料蒸汽等用的软管相连。
在该实施方案中，燃料箱1是通过吹塑成型而形成的，如图2所示，主体10是由按照从外到内的顺序形成的表面层11、外部主体层12、外部粘结层13、阻挡层14、内部粘结层15和内部主体层16构成的。在吹塑成型过程中使用由上述六个层形成的型坯。也可以使用具有这样的结构的型坯，该结构的层数多于六层。
表面层11由高密度聚乙烯(HDPE)形成，高密度聚乙烯为具有高的耐冲击性、并且对于燃油能够保持刚性的热塑性合成树脂。由于表面层11覆盖在含有无机填料的外部主体层12(如本发明下文所述)的表面上，因此可以防止无机填料暴露到表面上，从而使表面平滑。另外，由于表面层11不含无机填料，因此其与下文中描述的内部主体层16一起来提高燃料箱1的耐冲击性。
作为在表面层11和内部主体层16(下文中描述)中使用的高密度聚乙烯(HDPE)，例如可使用下述聚乙烯。
可使用的高密度聚乙烯的熔体流动速率(MFR：21.6kg/10min)为5至7，密度(g/cm3)为0.944至0.950。
表面层11的厚度为燃料箱1的主体10的总厚度的5％至20％。由于主体10的总厚度为3mm至8mm，因此表面层11的厚度为0.15mm至1.6mm。通过具有这样的构造，可有效地覆盖主体10的表面，并且与外部主体层12紧密接触，从而可以抑制燃料箱1的耐冲击性的降低，而如果不具有这样的构造，燃料箱1的耐冲击性会因为无机填料混入到外部主体层12中而降低。由于表面层11和外部主体层12的主要材料均为高密度聚乙烯(HDPE)，因此可容易地使表面层11与外部主体层12紧密接触。
所述外部主体层12是通过使用主要含有高密度聚乙烯的再生材料作为主要材料而形成的。主要含有高密度聚乙烯(HDPE)的再生材料是通过下述步骤获得的：将使用后并收集的燃料箱1粉碎以循环使用，或者将在制备燃料箱1的过程中产生的碎片和残品粉碎以循环使用。由于燃料箱1主要由高密度聚乙烯(HDPE)形成，因此通过将燃料箱1粉碎而获得的再生材料主要含有高密度聚乙烯(HDPE)。
可以100％地使用所述再生材料，也可以与新的高密度聚乙烯材料混合使用。
在外部主体层12中可包含作为相容性试剂的改性聚乙烯或软质聚乙烯。再生材料(如通过对使用后并收集的燃料箱1或在制造过程中所产生的废料等进行循环使用而得到的那些再生材料)中含有乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)，该乙烯-乙烯醇共聚物为再生材料中所含有的阻挡层的成分等。当含有改性聚乙烯或软质聚乙烯时，乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)被微细化并分散于高密度聚乙烯(HDPE)中，从而提高了相容性并可以达到充分地共混。因此，可提高耐冲击性。
作为相容性试剂的改性聚乙烯或软质聚乙烯，可使用下述物质。
可使用的改性聚乙烯或软质聚乙烯的熔体流动速率(MFR：21.6kg/10min)为0.4至0.7，密度(g/cm3)为0.930至0.960。
可使用经马来酸酐改性的、且改性量为0.1％至0.5％的改性聚乙烯。通过使用改性聚乙烯，提高了其与所包含的填料之间的共混性，从而抑制了填料暴露到表面上。
向主要含有高密度聚乙烯(HDPE)的再生材料中加入粒径为10μm或更小的无机填料，该无机填料的含量为所述外部主体层12的总重量的10重量％至35重量％。由于含有无机填料时刚性会提高，因此即使在燃料箱1的内部压力增大时，也可以抑制燃料箱1的膨胀，同时由于可以减小燃料箱1的厚度，从而可以使燃料箱的重量降低，并防止燃料箱的容量减小。此外，还可以提高耐火性。
滑石、云母、粘土、二氧化硅、碳酸钙、氢氧化镁、硫酸钙等均可用作无机填料，优选滑石和云母。由于滑石或云母为板状二氧化硅，因此与具有其他形状的无机填料相比，滑石或云母具有更高的加强效果，并且使用较少的量就能够充分地提高外部主体层12的刚性。
优选使用平均粒径为2.0μm至8.0μm、长径比为15、比重为2.7至2.8的滑石。
优选使用平均粒径为20μm至30μm、长径比为10、比重为2.7至3.0的云母。
当外部主体层12中所含的无机填料的量为外部主体层12的总重量的10重量％至35重量％时，可获得足够的加强效果。在其含量为10重量％或更低时，则刚性不足，使得当燃料箱1的内部压力因高温等而增大时，抑制膨胀的效果不够。当其含量为外部主体层12的总重量的35重量％或更高时，燃料箱1的耐冲击性变得不足，并且外部主体层与表面层的粘附力变小。
按照如下方法测定燃料箱1的膨胀性。将装有试验燃料的燃料箱1以预定的角度悬挂，并于65℃下静置，测量基准点至燃料箱上的若干个点的距离并将这些距离用作零点距离。对燃料箱1施加内部压力并静置5分钟，然后测量基准点至所述若干个点的距离。这样测得的距离与零点距离之差被认为是变形量。含有上述特定比例的无机填料的燃料箱1具有较小的变形量，并且满足实际应用的需要。
按照如下方法测定燃料箱1的耐冲击性。将燃料箱1固定在平板上，将前端连接有圆筒、且具有预定重量的台车(carriage)与燃料箱1碰撞，接着测定所述圆筒部分进入燃料箱1中的量。当所含的无机填料的量为外部主体层的总重量的10重量％至35重量％时，所测定的进入量与不含无机填料时所测定的进入量彼此相似，对于实际应用来说都没有问题。
表1中所示的为实施例1到实施例5(其中外部主体层12均含有滑石作为无机填料)以及对比例1到2(均不含滑石)的评价结果。
[表1]
Figure A20081012613300121
实施例1到3中滑石的含量为外部主体层重量的10重量％，实施例4和实施例5中滑石的含量为外部主体层重量的15重量％，而对比例1和对比例2中不含滑石。实施例1的燃料箱的厚度为5.4mm，实施例2到5的燃料箱的厚度降低(如上所述)。表1中的构成比是指外部主体层12的厚度与燃料箱的总厚度的比值。
进行侧面冲击试验作为用于上述燃料箱1的耐冲击性试验，以测定圆筒部分的进入量。将对比例1的值设为100，各个例子的值示于表1中。在侧面冲击试验中，进入量随着燃料箱的厚度的减少而增加，但这种进入只是局部的变形，对于实际应用来说没有问题。
按照上述方法测定最大加压变形量。按照与侧面冲击试验相同的方式，将对比例1的值设为100，各个例子的值示于表1中。将含有滑石的实施例1与燃料箱的厚度相同但不含滑石的对比例1进行比较，实施例1的最大变形量为88，低于对比例1的最大变形量。此外，与对比例1相比，厚度为4.8mm的实施例2具有较低的变形量。另外，厚度为4.2mm的实施例3的变形量低于不含滑石的对比例2的变形量。
另外，含有15重量％的滑石的实施例4的变形量大大低于具有相同厚度的对比例2的变形量，并且含有15重量％的滑石、且厚度进一步减小的实施例5的变形量低于对比例2的变形量。
此外，可以使用经过表面处理的无机填料。在这种情况中，可提高所含无机填料与高密度聚乙烯(HDPE)之间的相容性，从而使该无机填料在高密度聚乙烯中具有良好的分散性，并提高加强效果，从而提高了燃料箱1的刚性，进而抑制燃料箱1的膨胀。
对于无机填料的表面处理，可使用硅烷偶联剂、钛偶联剂、铝偶联剂等。优选联合使用两种或多种偶联剂。可通过下述方法进行表面处理：将无机填料浸渍于含有偶联剂的溶剂中，随后通过煮沸来除去溶剂。
外部主体层12含有直径为10μm或更小的无机填料，该无机填料的含量为外部主体层12的总重量的10重量％至35重量％，并且外部主体层12的厚度为主体10的总厚度的25％至50％。因此，可以实现使主要由高密度聚乙烯(HDPE)形成的燃料箱得到循环使用，并且由于通过使用无机填料，燃料箱1的刚性得到提高，因此即使在燃料箱的内部压力增大时，也可以抑制燃料箱1的膨胀。此外，由于含有预定量的无机填料，因此可确保燃料箱1同时具有刚性和耐冲击性。
阻挡层14由燃料渗透性显著降低的热塑性树脂形成。作为形成阻挡层14的热塑性合成树脂，例如可使用乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)或半芳香族尼龙，其中优选乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)。由于具有阻挡层14，所以可通过阻挡层14来抑制已经透过内部主体层16(下文中所述)的燃油(如汽油)继续渗透，并抑制燃油蒸发到大气中。
在使用乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)作为阻挡层14的情况中，阻挡层14具有优良的防汽油渗透性，并且由于能够进行熔融成型，因此具有良好的加工性。此外，阻挡层14在高湿度条件下具有优良的防汽油渗透性。另外，阻挡层14对于含有醇类的汽油也具有优良的防渗透性。
外部粘结层13设置于外部主体层12和阻挡层14之间，使得这两层相互粘附在一起，而内部粘结层15设置于内部主体层16和阻挡层14之间，使得这两层相互粘附在一起。外部粘结层13和内部粘结层15由相同的材料制成，该材料为对高密度聚乙烯(HDPE)和阻挡层14均具有粘结性的合成树脂。因此，通过外部粘结层13和内部粘结层15，阻挡层14牢固地粘结在外部主体层12和内部主体层16上，使得这些层紧密接触形成一个整体，从而确保燃料箱1具有防燃料渗透性和强度。
作为用于外部粘结层13和内部粘结层15的具有粘结性的合成树脂，例如可使用改性聚烯烃树脂，其中优选不饱和羧酸改性的聚烯烃树脂、特别是不饱和羧酸改性的聚乙烯树脂。可以通过将不饱和羧酸共聚到或接枝共聚到聚烯烃树脂上来制备改性聚烯烃树脂。
对于内部主体层16，可使用高密度聚乙烯(HDPE)，其为在表面层11的描述中所述的用于表面层11的材料。
内部主体层16的厚度为燃料箱1的主体10的总厚度的15％至67％。由于主体10的总厚度为3mm至8mm，因此内部主体层16的厚度为0.45mm至5.36mm。通过具有这样的结构，内部主体层16具有足够的厚度，因此即使在由于燃料而产生膨胀时，燃料箱1的主体10也可保持刚性并确保具有耐冲击性。

Claims (8)

1.一种机动车辆用燃料箱，其具有这样的主体，该主体由具有多层结构的合成树脂层形成，其中
所述主体的总厚度为3mm至8mm，并且至少由按照从外到内的顺序形成的表面层、外部主体层、外部粘结层、阻挡层、内部粘结层和内部主体层形成；
所述表面层和所述内部主体层均由高密度聚乙烯形成；
所述外部主体层是通过使用主要含有高密度聚乙烯的再生材料作为主要材料而形成的，其含有粒径为10μm或更小的无机填料，该无机填料的含量为所述外部主体层的总重量的10重量％至35重量％，并且所述外部主体层的厚度为所述主体的总厚度的25％至50％；
所述外部粘结层和所述内部粘结层都是由对所述高密度聚乙烯和所述阻挡层均具有粘结性的合成树脂形成的；并且
所述阻挡层是由几乎不使或完全不使燃料渗透的合成树脂形成的。
2.根据权利要求1所述的机动车辆用燃料箱，其中所述外部主体层含有改性聚乙烯或软质聚乙烯。
3.根据权利要求1所述的机动车辆用燃料箱，其中所述无机填料为板状填料。
4.根据权利要求1所述的机动车辆用燃料箱，其中所述无机填料经过表面处理。
5.根据权利要求1所述的机动车辆用燃料箱，其中所述无机填料为滑石或云母。
6.根据权利要求1所述的机动车辆用燃料箱，其中所述阻挡层由乙烯-乙烯醇共聚物形成。
7.根据权利要求1所述的机动车辆用燃料箱，其中所述内部主体层的厚度为所述主体的总厚度的15％至67％。
8.根据权利要求1所述的机动车辆用燃料箱，其中所述燃料箱的主体是通过吹塑成型而形成的。
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