CN102458808B - 用于制造成型件的方法和这样制造的成型件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于容纳、输送和贮藏流体的成型件，它具有一个空心体和至少一个用于向空心体供给流体或从其中排出流体的装置，所述空心体由一个壁界定，其特征在于，所述壁包含交联的聚乙烯。

Description

用于制造成型件的方法和这样制造的成型件
技术领域
本发明涉及一种方法用于制造成型件和一种这样制造的成型件，用于容纳、输送或贮藏流体，它具有一个空心体和至少一个用于向空心体供给流体或从其中排出流体的装置，所述空心体由一个壁界定。
最后本发明涉及一种流体供应系统，包括至少一个这样的成型件。
背景技术
由现有技术已知一些用于容纳、输送或贮藏气态的或液态的介质的成型件，它们都具有一个空心体，空心体具有一个壁。
这样的成型件例如以容器的形式用于在汽车中供应流体，其中容器包含和提供气态的或液态的有时也可燃的材料。
由现有技术还已知，成型件的壁由聚合物材料构成。
在该已知的现有技术中不利的是，在成型件在具有提高的温度的环境中例如在汽车的发动机舱中运行时，在那里主控的热量可能明显降低成型件的强度和形状稳定性。这可能导致成型件的损坏。
发明内容
从该现有技术出发，本发明的目的在于，提供一种用于制造成型件的方法和一种这样制造的成型件，它可运行而不会受到作用的热的损坏。
最后本发明的目的还在于，列举一种流体供应系统，它包括至少一个这样的成型件。
该目的这样达到，即用于制造成型件的方法包括以下步骤：
按吹塑法在使用聚乙烯制造成型件的壁。
为此按本身已知的方法挤出一个软管，然后将其借助模具将其包围并通过吹进流体进行成形。
紧接着，壁的聚乙烯用过氧化物或用硅烷或通过辐射能的作用进 行交联。
交联在此可以直接在成型过程以后发生或只在一个较长的时间间隔以后才发生。后者可以这样实现，以致首先制造一定数量的成型件并且然后使它们按照中间储存和适合的条件，也就是在数周的时段上进行交联。
在此特别优选的是聚乙烯的用过氧化物的交联，在其中形成所谓的PE-Xa，其中聚乙烯在提高的温度下通过形成自由基的过氧化物发生交联。
在聚乙烯的交联时，在邻接的聚合物链之间产生化学键接，从而产生高韧性和特别高温稳定性的聚合物材料，它突出地适用于上述的使用目的。
可以通过选择过氧化物的使用量的和另外通过交联过程的参数控制聚乙烯的交联度。按照本发明，聚乙烯的交联度可以为5至95％，优选15至90％和特别优选50％至85％。
这一数量级的交联度导致壁相对提高的温度的高的稳定性。如由热塑性塑料已知的材料的“蠕变”在此补阻止。
作为聚合物材料用于按吹塑法制造空心体的聚乙烯是所谓的可吹塑的聚乙烯。
为此选择相应低粘性的聚乙烯，其MFI在190℃、负荷2.16kg时为0.1至2g/10min。
这样的可吹塑的聚乙烯的密度为0.93至0.965g/cm3，优选0.948至0.960g/cm3。
为了吹塑成型和紧接着的交联，在这方面特别是所谓的“Phillips”型是优选的。
这类的Phillips型借助负载在硅酸盐载体上的铬催化剂在聚合方法中产生。
除聚乙烯外，也可以将聚乙烯共聚物用于吹塑，在此优选的是基于C3至C8结构单元的聚烯烃的共聚单体。
为了可以交联聚乙烯，给聚乙烯添加交联剂，在当前情况下添加 有机过氧化物。
有机过氧化物特别适合交联聚乙烯。
为此按照本发明，使用典型的交联温度大于/等于170℃的有机过氧化物。
十分特别的是，交联温度大于/等于175℃的有机过氧化物是优选的。
按这种方式达到聚乙烯的特别均匀的和高等级的交联。
还可以给聚乙烯添加其他的组分。
这些可以例如包括稳定剂如例如酚类抗氧化剂，或加工助剂如例如润滑剂，或交联加强剂如例如TAC(氰脲酸三烯丙基酯)或TAIC(异氰脲酸三烯丙基酯)或三羟甲基丙烷-三甲基丙烯酸酯或二乙烯苯或对苯二甲酸二烯丙基酯或偏苯三酸三烯丙基酯或磷酸三烯丙基酯，浓度为0.2至2.0重量百分比。
为了交联，按吹塑法在使用聚乙烯情况下制成的空心体在一定的时段上遭受较高的温度。
这可以例如在180℃至280℃温度时包括10min的延续时间。 
为了避免在使用聚乙烯情况下按吹塑法制成的空心体在交联过程中萎陷或变形，可以设定，在交联时借助吹气(支持空气)的持续的超压使空心体置于压力下，吹气将空心体压到一个确定外形的形状。
在将聚乙烯交联成用硅烷交联形成的PE-Xb时，首先考虑所谓的两级过程。这也被称为Sioplas过程。
为此聚乙烯首先用硅烷借助过氧化物进行接枝，然后接枝的聚乙烯与催化剂批料混合并且可以这样用于按吹塑法制造空心体。
有机锡化合物例如DOTL(月桂酸二辛基锡)适合用作催化剂批料的组分，此外还可以包含选自热稳定剂、UV稳定剂和加工助剂的其他添加剂。
在这种包括接枝的聚乙烯和催化剂批料的组合物中还可以附加地包括其他的添加剂。
同样有可能，在所谓的单级方法中实施将硅烷接枝到聚乙烯上。
为此将由聚乙烯、硅烷、过氧化物和催化剂构成的混合物供给一台挤塑机。硅烷、过氧化物和催化剂形成液态相，它们被计量添加给聚乙烯。
在这种情况下，通过所谓的反应性挤出，首先实现将硅烷接枝到聚乙烯上，其中同时与催化剂的进行均质的混合。
聚乙烯的交联在湿气参与的情况下在较高的温度时实现，按照待吹塑的空心体的壁厚，这通常在水蒸汽气氛中或在90℃至105℃的水浴中在6至15小时的时段上实现。
也有可能，通过辐射能的作用交联聚乙烯，人们则将这称作PE-Xc。
为此基本上全部的聚乙烯及其共聚物都是适合的。
通过电子射线或γ射线的作用达到聚乙烯的交联。
在这种情况下，TAC或TAIC在交联时也可以提供支持。
最后也有可能，通过UV光交联聚乙烯，通过将所谓的光引发剂，例如取代的二苯甲酮和类似材料附加给聚乙烯，它们在UV光的作用下开始交联反应。
按照本发明提供的用于容纳、输送或贮藏流体的成型件具有一个空心体，它由一个壁界定。壁可以具有一个多层的结构。在其中设置至少一个用于向空心体供给流体或从其中排出流体的装置。
按照本发明，用于容纳、输送或贮藏流体的成型件的特征在于，壁包含交联的聚乙烯。
利用按照本发明选择交联的聚乙烯用于所述壁，提供一种成型件，它允许在较高的环境温度时运行。
特别是在此不发生成型件的热变形，壁的材料可以不在热作用下“流走”。
按照本发明的成型件可以在150℃的持续使用温度时运行。
按照本发明，在一种进一步构成中，成型件除由交联的聚乙烯构成的壁外在壁上还可以具有一个外层。在壁上的外层包括例如由碳或由芳族聚酰胺或由金属或由硼或由玻璃或由硅酸盐材料或由氧化铝或 由高韧性和耐高温的聚合物材料或由上述材料的混合物构成的长丝或纱线。后者也称为混合线。
在壁上的外层的纤维增强还包括聚合物材料，优选环氧树脂。
缠绕和/或编织包含在壁上的外层中的长丝或纱线。
在缠绕时可以特别设定，它在成型件的特别选择的部位上构成为较厚的，以便在那里达到一种特别高的稳定性。
还可以有利地设定，缠绕在用于供给或排出流体的装置的区域内或在其他的部位构成特别厚的，以便在这些部位加强成型件。
同样有利可以的是，在成型件的选择的部位上和/或在用于供给或排出流体的装置的区域内或在其他的部位上使用特别的编织技术，它不同于在成型件的其他部位上使用的编织技术。这样的特别的编织技术可以给予在壁上的外层特别高的强度。
按照本发明可以设定，外层不与壁连接。这在成型件的长期稳定性方面可以带来优点。
在本发明的另一种实施形式中，壁也可以与外层连接。借此可以构成特别牢固的成型件。
成型件还具有至少一个用于向空心体供给流体或从其中排出流体的装置。这个所谓“凸头”是一个在成型件的壁中的开口，它用于用待容纳的流体注满成型件或将其排空。
可以有利地设定，在成型件的表面的一个大致对置于“凸头”的位置，设置一个装置，它便于通过缠绕和/或编织加装外层。
该装置在此可以是表面的突出部或包括一个设置在其中的凹槽，在其中例如可装入一个轴，或一种类似的实施形式。
然后简单地为了缠绕或编织工作过程，借助该装置可以操纵成型件。该装置在此可以例如用于成型件在缠绕和/或编织工作过程中的定心。它也可以有利地用作为缠绕座，以便使成型件运动。最后该装置也可以用于在以后的使用中固定成型件。
这样产生待加装的外层的一种改善的质量。这样结实地制造成型件。
在本发明的一种进一步构成中可以设定，成型件具有一个外保护层，它涂覆到壁的外层上。
外保护层可以包含热塑性塑料或共挤出物或收缩软管或编结物或针织物或编织物或上述的组合。
成型件的这样的外保护层在成型件遭受机械负荷例如撞击等力作用时是有利的。
这样的外保护层特别阻止，例如可能产生的可能导致该壁破裂的外壁损坏。
外保护层也可以这样构成，以致它构成一个很有成效地保护成型件免受火作用的防火层。为此可以有利地设定，防火层包含所谓的膨胀材料，它们在提高的温度作用时分离出气体或水并且因此冷却成型件或与热气体的作用隔离，和/或通过构成具有低热导率的热防护层，在一定的时间内保护成型件免受热作用。
这样的膨胀材料是例如：包括“碳”供体(例如多元醇)、酸供体(例如聚磷酸铵)和发泡剂(三聚氰胺)的组合物。它们然后通过碳化和同时发泡形成一个体积大的、绝缘的保护层。
其他的膨胀材料包括例如在热作用下通过发出冷却蒸汽发挥吸热作用的水合物。对此的实例是水合的碱金属硅酸盐。
还已知分解出气体的膨胀材料，例如包括三聚氰胺、羟甲基化的三聚氰胺、六甲氧基甲基三聚氰胺、三聚氰胺单磷酸酯、三聚氰胺二磷酸酯、三聚氰胺多磷酸酯、三聚氰胺焦磷酸酯、尿素、二甲基脲、双氰胺、脒基脲磷酸酯、甘氨酸或氨基磷酸酯。上述材料当它们在热作用下分解时释放气态的氮。也可以采用在热作用时释放二氧化碳或水蒸汽的化合物。
外保护层也可以用于，通过信息的接收或成像识别成型件，信息以包括文字和数字的形式或作为条码或作为条形码或作为颜色码显示出来。
最后外保护层也可以设定用于促成成型件能吸引人的外观。
在本发明的一种进一步构成中也可以设定，存在一个金属层。
金属层可以设置在内层上。金属层在此优选这样构成，以致它阻碍流体通过成型件的壁无阻力的扩散。
金属层为此可以例如构成为穿孔的或只部分地设置。
由此实现制造一种特别结实的成型件。
金属层在另一种实施形式中也可以设置在加固层上。
由此得到一种成型件，它具有特别坚固的壁。
最后金属层也可以设置在成型件的外层上。
于是特别保护成型件以防外部影响如撞击或力作用。
在本发明的一种进一步构成中可以设定，成型件具有用于固定的装置，这些装置固定在外壁上。这些装置可以包括由金属或聚合物材料构成的连接板或带。特别是成型件可以具有用于固定的装置，它们构成在壁的在外设置的层上。也可以有利地设定，将用于固定的装置构成在外保护层上。
借此成型件可以有利地在安装情况下固定在一辆汽车中。
在本发明的一种进一步构成中可以设定，成型件在壁的至少一层中或上具有一个传感器元件。传感器元件可以例如是一个电阻应变片，它在长度变化时经由一个信号连接线发出一条信息。
借此在损坏情况下，当例如因发生故障或错误操作而过度拉伸或机械损坏成型件时，可以触发一个指示，它阻止成型件的继续运行继而防止危险。
在本发明的一种进一步构成中，成型件也可以包括一个识别元件，它明确地表明成型件的特征并且提供数据。
这可以包括用于其形成历史(在制造和使用过程中的经历)、用于其运行和用于其他的状态的数据。
识别元件为此可以例如是一个条码、一个包括文字和数字的编码、一个构成为凸出的或凹进的元件、一个全息照片、一个彩色元件或一个RFID元件(无线电频率识别装置，借助电磁波的标识)或一个可对比的元件。
借此有可能，能够实现或确保成型件的质量保证与遵循其运行一样。
一种按照本发明的流体供应系统包括至少一个上述类型的成型件，优选以一个容器或一个保持元件或一个空气供给件的形式应用在一辆汽车中或应用在一个固定的或可移动的特别是分散的能量产生装置中。
附图说明
借助附图更详细地描述本发明。
图1按照本发明的成型件的一部分的示意剖视图；
图2第二种按照本发明的成型件的一部分的示意剖视图。
具体实施方式
图1示意示出按照本发明以一个容器形式存在的成型件的一部分的剖视图。
容器1具有一个以圆筒形中心部分11形式存在的基本上为伸长的结构，它在两个圆筒端部上具有成型的端盖12(在图中只示出一个)。
用于供给或排出流体的装置4构成在一个端盖12上。容器1的空心体2由一个壁3包围，它具有一个包含交联的聚乙烯的层31。
层31在使用聚乙烯情况下一件式地按吹塑法进行制造并且紧接着进行交联。
层31基本上到处具有相同的壁厚。
壁3的在外加装的层32是一个加固层。
该加固层通过缠绕和/或编织纱线或纤维的产生，它通过热固性塑料在当前的情况下通过环氧树脂加强。
层32按照稳定性需要在不同的部分上具有不同的厚度。在图中示出的是，层32在用于供给或排出流体的装置4的区域内是变厚的，因为在那里产生力，这些力要由层32承受。
层32不与层31连接。
在图2中示意示出第二种按照本发明以一个容器形式存在的成型件的一部分的剖视图。
一个用于供给或排出流体的装置4构成在一个端盖12上。在层32上设置一个保护层6，它构成为一种收缩软管的形式，它尽可能地包封容器。
实施例：
将在190℃、负荷2.16kg时MFI为0.3g/10min的可吹塑的聚乙烯按吹塑法加工成一个以容器形式存在的成型件。
可吹塑的聚乙烯的密度为0.95g/cm3。
可吹塑的聚乙烯包含有机过氧化物，它具有一个175℃的交联温度。
在成型之后，为了进行交联，使吹塑的空心体在5min的时段上遭受240℃的温度。为此空心体通过支持空气保持形状以免意外的变形。
在空心体冷却以后，用碳纤维缠绕空心体直到达到一个15至45mm的层厚度，所述碳纤维用环氧树脂浸湿。
容器在150℃的持续温度情况下是持久稳定的。
附图标记清单
1 容器
11 中心部分
12 端盖
2 空心体
3 壁
31 层
32 层
4 用于供给或排出流体的装置
 6 保护层

Claims (20)

1.用于制造一种用于贮藏流体的容器（1）形式的成型件的方法，所述成型件具有一个空心体（2）和至少一个用于向空心体（2）供给流体或从其中排出流体的装置（4），所述空心体（2）由一个壁（3）界定，按吹塑法在使用聚乙烯情况下制造空心体（2）并且交联聚乙烯，所述容器（1）具有以圆筒形中心部分（11）形式存在的基本上为伸长的结构，其特征在于，所述容器（1）在两个圆筒端部具有成型的端盖（12），在壁（3）上构成一个外层作为加固层（32），加固层（32）由长丝或纱线缠绕和/或编织而成。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，用过氧化物或用硅烷或通过辐射能的作用交联聚乙烯。
3. 按照权利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，将聚乙烯的交联度选择为5至95%。
4. 按照权利要求3所述的方法，其特征在于，将聚乙烯的交联度选择为15至90%。
5. 按照权利要求4所述的方法，其特征在于，将聚乙烯的交联度选择为50至85%。
6. 按照上述权利要求1、2、4或5所述的方法，其特征在于，将由碳或由芳族聚酰胺或由金属或由硼或由玻璃或由硅酸盐材料或由氧化铝或由高韧性和耐高温的聚合物材料或由上述材料的混合构成的长丝或纱线用于加固层（32）。
7. 按照上述权利要求3所述的方法，其特征在于，将由碳或由芳族聚酰胺或由金属或由硼或由玻璃或由硅酸盐材料或由氧化铝或由高韧性和耐高温的聚合物材料或由上述材料的混合构成的长丝或纱线用于加固层（32）。
8. 按照上述权利要求1、2、4或5所述的方法，其特征在于，将聚合物材料用于加固层（32）。
9. 按照上述权利要求3所述的方法，其特征在于，将聚合物材料用于加固层（32）。
10.按照上述权利要求8所述的方法，其特征在于，所述聚合物为环氧树脂。
11.按照上述权利要求9所述的方法，其特征在于，所述聚合物为环氧树脂。
12.按照上述权利要求1、2、4、5、7、9~11之一所述的方法，其特征在于，在壁的加固层（32）上涂覆一个外保护层（6）。
13.按照上述权利要求3所述的方法，其特征在于，在壁的加固层（32）上涂覆一个外保护层（6）。
14.按照上述权利要求6所述的方法，其特征在于，在壁的加固层（32）上涂覆一个外保护层（6）。
15.按照上述权利要求8所述的方法，其特征在于，在壁的加固层（32）上涂覆一个外保护层（6）。
16.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，将热塑性塑料或共挤出物或收缩软管或编结物或针织物或编织物或上述的组合设置为外保护层（6）。
17.按照权利要求13~15之一所述的方法，其特征在于，将热塑性塑料或共挤出物或收缩软管或编结物或针织物或编织物或上述的组合设置为外保护层（6）。
18.用于贮藏流体的成型件，该成型件按照上述权利要求之一进行制造，成型件具有一个空心体（2）和至少一个用于向空心体（2）供给流体或从其中排出流体的装置（4），所述空心体由一个壁（3）界定，其特征在于，包含聚乙烯的壁（3）按吹塑法进行制造并且在成型之后进行交联，在壁上构成一个外层作为加固层（32）。
19.流体供应系统，包括至少一个按照权利要求18所述的成型件，应用在一辆汽车或一个固定的或可移动的能量产生装置中。
20.按照权利要求19所述的流体供应系统，所述能量产生装置是分散的能量产生装置。
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