CN103108765A - 用于收容燃料的储槽及相关制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于收容燃料的储槽，包含一塑性材料制成的容纳主体(11)，其中，至少在所述容纳主体(11)的一外部表面(13)或一内部表面(12)上具有一金属填充材料层(15)，所述金属填充材料层(15)是通过分子键联的方法而被限制于所述塑性材料，而能够使得所述燃料无法渗透过所述容纳主体(11)。

Description

用于收容燃料的储槽及相关制造方法
技术领域
本发明是有关于一种由塑性材料制成的储槽，其用于至少暂时收容燃料。
本发明的该储槽可以具有任何形状或尺寸，特别是适用于汽车或卡车、工程及农用车以及摩托车或用于森林用及园艺的设备，譬如链锯或割草机、或用于如IBC箱之工业的溶剂或航海工具的容器。
背景技术
用于收容燃料的金属材料制成的储槽应用在汽车或卡车、工程及农用车以及摩托车或用于森林用及园艺的设备(譬如链锯或割草机、或用于如IBC箱之工业的溶剂或航海工具的容器)是已知的。
然而，金属储槽具有的缺点，除了具有较高的工作成本以外，更有着沉重的缺点，且有点不适合于更复杂的形状(为了适合于车辆的容隙中)。
塑料制成的储槽也是已知的，譬如聚合物材料，所述聚合物材料允许以合理的工作成本得到复杂的型态和形状。
然而，塑性材料制成的储槽具有燃料渗透的问题，随之扩散到环境中，而增加大气污染。
为了克服这个缺点，并遵守现行的法规，现行的法规总是限制更多，在燃料从塑料储槽的渗透上，众所周知，是共挤压(co-extrude)很多相互重迭的聚合物材料层(七层或更多)，譬如通过共挤压后而氟化处理的方法。
这种公知技术是应用重迭层且增加聚合物的量以制造出所述储槽，故其生产成本随聚合物增加而增加，另外，所述燃料渗透的问题并没有完全解决。
从文件DE-A1-102005060246得知的储槽也是由塑性材料制成的，其是通过物理或化学沉积技术的方法(在气相步骤中，也被称为“物理气相沉积”或“化学汽相沉积”)将金属填充层沉积至其内部表面及外部表面上，或内部表面及外部表面的至少一表面。所述金属填充层实现减少燃料渗透过其厚度的功能。沉积所述金属填充层的厚度被大大的降低到例如约0.1微米至8微米。
这些储槽的一个缺点是，于使用过程中，所述金属填充层被设置于储槽的内侧时，其将与包含在储槽的所述燃料直接接触；或者，所述金属填充层被设置于储槽的外侧时，其将与环境直接接触。由于氧化作用或例如所述金属和所述燃料之间的化学反应(也由于极为有限的厚度)，将会导致所述金属填充层随着时间的推移而迅速恶化。
本发明的一目的为制造一种用于收容燃料的储槽，其中后者通过所述储槽的墙的渗透程度降低到零或几乎为零。
本发明的另一目的为制造一种用于收容燃料的储槽，其可以容易地具有任何形状，且同时是可靠、牢固和便宜的。
本发明的再一目的为制造一种用于收容燃料的储槽，其抗渗透的特性是长期持久的，且不会随着时间的推移而恶化。
再一目的是为了改善一种用于收容燃料的储槽的制造方法，其可简单的结束而有助于经济效益。
本案申请人已设计、试验及具体实作出本发明以克服先前技术的缺点以及获致上述及其他的目标与优点。
发明内容
在独立权利要求中列出本发明且描述其特征，而附属权利要求描述本发明的其他特征或主要发明思想的变体。
根据以上目的，本发明提供一种用于收容燃料的储槽，其包含一塑性材料制成的容纳主体，且至少在所述容纳主体的一外部表面或一内部表面上具有一金属填充材料层，所述金属填充材料层是被限制(constrained)于所述塑性材料，而能够使得所述燃料无法渗透过所述容纳主体。此外，直接或间接地在前述至少一第一金属填充材料层上均匀的分布一保护层，所述保护层至少适用于保护所述第一金属填充材料层免于氧化。
在本发明的一实施例中，所述金属填充材料层具有环氧清漆(epoxyvarnish)基底。
根据本发明的另一个特征，所述第一金属填充材料层是通过分子键联(molecular bindings)的方法而被限制于所述塑性材料。所述分子键联有利地是通过阴极聚合沉积(cathodic polymerization deposition)的技术而获得的，其也被称为溅射沉积(sputtering deposition)技术。特别是所述分子键联创造出一所述第一金属填充材料层至所述塑性材料制成的容纳主体的表面的强附着力，使得所述第一金属填充材料层牢固地锚定于所述后者。所述溅射沉积技术是属于物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)类型的沉积技术，特别地，其是经过物理雾化(physical pulverization)程序沉积由一表面气化的颗粒的方法。所述物理雾化是一种非热能的气化程序，于其中是通过具有能量的粒子轰击(bombardment)的方法以瞬间转移物理地驱逐所述表面的原子，所述粒子通常是以等离子体(plasma)加速一程序气体(process gas)的气体离子。
进一步的沉积程序是使用等离子体增强化学气相沉积(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，PECVD)来沉积涂层，其中是通过前驱物(precursors)的分解而还原成含有所述材料(亦即要被沉迹的材料)的化学蒸气的方法来沉积原子或分子。此技术，即使它可以用来实现本发明的目的，但其不是非常有效率的，因为它需要较长的沉积时间。
根据一变体实施例，所述第一金属填充材料层是通过不使用电源的金属化技术的方法而被限制于所述塑性材料，例如提供Jet MetalTM类型的直接喷涂一金属溶液及一还原溶液的压缩空气的金属化技术。
在本发明的一实施例中，如同所述第一金属填充材料层，提供一第二金属填充材料层，所述第二金属填充材料层是直接接触于所述第一金属填充材料层，且所述第二金属填充材料层是通过阴极聚合沉积技术或通过提供JetMetalTM类型的直接喷涂金属溶液及还原溶液的压缩空气的金属化技术而获得的。所述保护层是直接或间接地沉积在所述第二金属填充材料层上。
在本发明的一实施例中，将另一金属填充材料层沉积于所述保护层上，所述另一金属填充材料层是以阴极聚合沉积技术或以提供直接喷涂金属溶液及还原溶液的压缩空气的金属化技术(例如Jet MetalTM)而获得的，并将另一保护层合适地设置于所述另一金属填充材料层上。根据本发明的另一特征，所述塑性材料包含高密度聚乙烯(high density polyethylene，HDPE)，其具有良好的机械阻力(mechanical resistance)特性。
根据本发明的另一特征，添加物被任意地添加至所述塑性材料，所述添加物是选自包含碳纳米黏土、碳纳米球及碳纳米管(或诸如此类的)的群组，其可同时增加所述储槽的所述机械阻力以及所述屏障效应(barrier effect)。
所述金属填充材料层是选自包含不锈钢、铝、镉、铬或过渡金属之碳化物或氮化物(例如钛及锆)的群组中的材料所制成的。
根据本发明的另一特征，所述金属填充材料层是被制造于所述容纳主体的所述外部表面上，而将一含氟聚合物层均匀地分布于所述内部表面上，其进一步包含所述屏障效应，因而减少所述燃料的渗透。
本发明也关于一种用于收容燃料的储槽的制造方法，其包含以下步骤：一第一步骤，用以制造一由塑性材料制成的容纳主体；一第二步骤，用以至少于所述容纳主体的一外部表面或一内部表面上一屏障效应沉积至少一金属填充材料层；以及一第三步骤，用以直接或间接地在所述至少一金属填充材料层上沉积一保护层，以保护所述金属填充材料层免于氧化。
在本发明的一实施例中，优选是以阴极雾化沉积(cathodic pulverizationdeposition)技术来沉积所述金属填充材料层。
根据一变体，以提供直接喷涂金属溶液及还原溶液的压缩空气的金属化技术(例如Jet MetalTM)来沉积所述金属填充材料层。
附图说明
由以下作为不具限定性例子、用下列附图所描述的优选具体实施例可明白本发明以上及其他的特征。
图1是本发明中用于收容燃料的储槽的部份示意图。
图2是图1的细部放大图。
图3是本发明第一变体实施例中储槽的细部放大图。
图4是本发明所述储槽的制造方法的第一阶段的示意图。
图5是本发明所述储槽的制造方法的第二阶段的示意图。
图6是本发明第二变体实施例中储槽的细部放大图。
图7是本发明第三变体实施例中储槽的细部放大图。
为了便于理解，在该等附图中，相同或近似的部件将用相同参考编号标识。可以理解的是，本发明具体实施例的部件和特征能够方便地并入于其他具体实施例中，因此没有被进一步的说明。
具体实施方式
请参照图1，本发明的一种用于收容燃料的储槽10包含一容纳主体11，其具有一内部表面12及一外部表面13。一金属填充材料层15(如图2)是位于所述外部表面13上，且在其上沉积一保护层16，所述保护层16至少保护所述金属填充材料层15免于氧化。在这个案例中，所述保护层16具有一环氧清漆基底，并可能还具有纳米球。
所述容纳主体11是由塑性材料制成，有利地是由HDPE制成，且其具有一能在几毫米到约1厘米之间变化的厚度。
所述塑性材料可以具有一个添加于其中之已知类型的添加物，例如碳纳米黏土、碳纳米球及碳纳米管，或者是具有一高屏障效应的塑料，其既能提高机械特性又能减少所述燃料的渗透。
所述金属填充材料层15是使用阴极雾化沉积技术而沉积于所述外部表面13上，也称为溅射沉积技术。以这种方法，所述金属填充材料层15紧抓于所述外部表面13上，所述金属填充材料层15是于分子水平上与所述容纳主体11的所述塑性材料形成键。
所述金属填充材料层15可以是由不锈钢、铝、镉、铬或例如为钛或锆的过渡金属之碳化物或氮化物所制成的，且其厚度可以是介于几纳米至几百微米之间，优选是从10纳米至10微米。
所述金属填充材料层15不仅实现了一几乎完全的屏障效应而反对所述燃料的渗透，而且具有高的硬度、抗磨性及耐化学性。
在本发明的一实施例中，所述金属填充材料层15不是以阴极雾化沉积技术制造的，而是以不使用电源的金属化技术沉积于所述容纳主体11的所述外部表面13上，例如通过金属化技术的方法，其是提供直接喷涂金属溶液及还原溶液的压缩空气(例如Jet MetalTM)。
根据本发明的一实施例，首要步骤是使用所述Jet MetalTM或类似的技术沉积一底漆(primer)，所述底漆例如是一聚氨酯清漆(polyurethane varnish)层，接续则是以喷涂技术施用一悬浮于液体中的溶液，所述溶液例如为去离子水。
如果使用所述Jet MetalTM或类似的技术获得所述金属填充材料层15，因此其将会包含一金属粉末的均质薄膜，所述金属粉末至少部分地合并入所述底漆中。
所述金属填充材料层15不管它是使用阴极雾化沉积技术或Jet MetalTM技术或类似的技术制造，所述保护层16将被设置于所述金属填充材料层15上。
所述保护层16不管是以溅射沉积技术或以Jet MetalTM技术或类似的技术沉积，其功能是为了保护由外部因素或由与化学物质的反应所造成的所述金属填充材料层15免于氧化。再者，所述保护层16的功能是为了限制静电效应的影响，因而使得所述储槽10更可靠。
在本发明的一实施例中(如图3)，一含氟聚合物层19被均匀地分布于所述容纳主体11的所述内部表面12上，且所述保护层16被均匀地分布于所述金属填充材料层15上。
所述含氟聚合物层19创造出一进一步的屏障效应而反对所述燃料的渗透。在本发明的一实施例中(如图6)，其可能提供的是将一第一金属填充材料层(在本案例中所表示的参考编号是45)设置于所述外部表面13上，所述第一金属填充材料层45是使用Jet MetalTM技术或类似的技术来沉积的，而后将一第二金属填充材料层46设置于所述第一金属填充材料层45上，所述第二金属填充材料层46是以溅射沉积技术沉积的。所述保护层16被设置于所述第二金属填充材料层46上。相同于此实施例，其可以进一步的减少所述燃料于所述储槽10中的渗透性。
很明显的是，在本发明的另一变体实施例中，其能够颠倒上面描述的配置，亦即，所述第二金属填充材料层46可以被制造而直接地设置接触于所述容纳主体11的所述外部表面13上，而后依次设置所述第一金属填充材料层45及所述保护层16于其上。
在本发明的一实施例中(如图7)，其能够被提供的是将一第一金属填充材料层(在本案例中所表示的参考编号是51)、所述保护层16、一第二金属填充材料层(在本案例中所表示的参考编号是52)及另一保护层47(例如一环氧清漆基底)依续地设置于所述容纳主体11的所述外部表面13上。所述第一金属填充材料层51及所述第二金属填充材料层52各自是通过溅射沉积技术的方法及通过Jet MetalTM或类似技术的方法(反之亦然)而制造的。
在本发明的一实施例中，在所述外部表面13上，于分布所述金属填充材料层15之前，可以分布其他的涂层，所述其他涂层的获得例如可通过与铝和/或氧化硅的聚合作用的方法，或通过聚合物的氟化作用的方法。
同样地，其他涂层也可以被应用于所述内部表面12上，例如一金属填充材料层，如上所述，一无定形碳的涂层，或一涂层的获得可通过与铝的聚合作用的方法。
一实现迄今为止所描述的所述储槽10的方法包括：一第一步骤，用以制造所述容纳主体11，其基本上是使用一成型装置20(如图4)；以及一第二步骤，用以沉积所述金属填充材料层15，其是使用一溅射装置32(如图5)。
用于制造所述容纳主体11的所述成型装置20(如图4)主要是由一或多个配料装置21、一或多个挤出机22、一挤出头29及一成型模具23组成的。
所述配料装置21被直接连接至所述挤出机22且允许得到一制造所述储槽10的所述塑性材料的均质混合物。所述塑性材料可能来自混合不同的成分，例如纯树脂、由回收的边角料(过程废渣)及如上所述的添加物所制成的基底树脂。
在本发明的一实施例中，能够提供挤出的塑性材料是包含于颗粒内部的形式或颗粒与金属材料的粉末混合的形式。相较于颗粒，所述粉末是具有限定尺寸，且甚至可以达到几纳米的尺寸。
所述金属粉末的目的是为了进一步增加所述屏障效应而反对所述燃料的渗透。
所述挤出机22包含一缸体25，在所述缸体25中软化来自于所述配料装置21的所述塑性材料，且一塑化螺杆26允许软化的所述塑性材料通过所述挤出头29而挤出于一所述容纳主体11的预模板27(也称为型坯)。
所述挤出头29与可变形环(deformable ring)连接在一起，所述可变形环是取决于所述储槽10的最终形状和尺寸，而以已知的方式控制来改变所述塑性材料通过所述挤出头29的挤出截面。
如此得到的所述预模板27设置在所述成型模具23内，所述成型模具23是由一专用压阀关闭的。
一个已知类型的吹气装置30直接与所述成型模具23结合在一起，且提供吹气至所述预模板27中，使得扩大而获得所述成型模具23的形状，因此得到所述储槽10的所述容纳主体11。
其他辅助装置也是与所述成型模具23连接在一起，例如用于所述预模板27冷却的吹针、用于熔接连接区域的溢料剪切刀、用于所述模具的冷却回路，以及用于扩孔、旋转装卸口及熔接可能透气孔的设备，或使用于装配所述储槽10的其他辅助设备的零件。
所述溅射装置32(如图5)包含一镀膜室33、一选择性开启的门体34、设置于所述镀膜室33的两板材(称为靶材)、一泵装置37及一指令装置39。
所述靶材36是由构成所述金属填充材料层15的相同材料制成。
所述泵装置37提供从所述镀膜室33中抽出空气，而得到一高真空的条件。
所述指令装置39提供控制整个溅射工序，且特别是提供施加一高电压至所述靶材36。
所述镀膜室33还包括一部件承载装置40，将要涂敷的所述容纳主体装配于所述部件承载装置40上，并在一通道41引入一程序气体。
所述部件承载装置40是经过一个已知类型的传动部件(未显示于图标中)而转动的，使得所述容纳主体11基于自身旋转。
在本发明的一实施例中，所述部件承载装置40包含一行星系统(未显示于图标中)，在所述行星系统上可以装配多个容纳主体11，所述多个容纳主体11是基于它们自身旋转，并且围绕所述部件承载装置40。
在此，虽然可以使用其它惰性气体或反应性气体，例如氮、氩、乙炔、氧气或仅为空气等，但最常使用的程序气体为氩气(鉴于高原子量)。
所述金属填充材料层15的沉积步骤需要将各个容纳主体11连接安置于所述镀膜室33中的所述部件承载装置40上，而后沉积所述金属填充材料层15。
关闭所述镀膜室33且形成一介于10-3至10-7毫巴(mbar)之间的压力，亦即一高真空的条件。
在这种情况下，所述靶材36承受高电压，因此其功能是作为一阴极，而将所述程序气体引入至所述镀膜室33中。
经过于这些条件下产生的等离子体，所述程序气体的正离子受到一加速的过程而朝向所述靶材36并冲击其表面，使得所述靶材36的原子喷出。
而后在所述镀膜室33中获取一气体状态的原子，且凝结在所述多个储槽10的容纳主体11上。
再者，给予所述镀膜室33所述高真空的条件，从所述靶材36喷出的所述原子没有受到影响(无论是所述靶材36喷出的所述原子或所述程序气体的离子)，且以这种方法将其均匀地沉积在所述容纳主体11的所述外部表面13上，以形成一均匀厚度的金属填充材料层。
所述溅射周期具有一持续时间，其功能为获得所述金属填充材料层15的厚度。
如果使用所述Jet MetalTM或类似的技术沉积所述金属填充材料层15，其首先是将一底漆施用于所述容纳主体11的所述外部表面13上(第一子步骤)，接续再喷涂一雾化于液体介质(例如去离子水)中金属粉末的溶液(第二子步骤)，而非使用如上所述的溅射装置32。
特别地，在本发明的一特定实施例中，于所述第一子步骤期间，沉积一聚氨酯清漆，且在它干之前，执行所述第二子步骤，使所述金属粉末至少部分地渗透到所述聚氨酯清漆中，而定义成一基本上连续的金属填充材料膜。
接续，再进行一后续步骤，以使用涂胶技术或喷涂技术将所述保护层16沉积于上述金属填充材料层15上(如图3)，如果需要审美效果，所述保护层16可以由丙烯酸酯组成；如果其用于一非审美、工业用途，所述保护层16可以由环氧树脂组成。
显然对于上述用于收容燃料的储槽及相关制造方法可做出修改及/或添加部件而不脱离本发明的领域与范畴。
例如其可以提供另一步骤，以利用一已知类型的等离子体来进行预处理，所述预处理是在所述溅射装置32的所述镀膜室33中执行的，在沉积所述金属填充材料层15的步骤之前，所述预处理不仅可以清洁所述外部表面13可能具有的杂质，而且还可以增强所述金属填充材料层15的附着力。
也显而易见的是，尽管已用一些特定的实施例来描述本发明，熟谙此艺者必然能够实现用于收容燃料的储槽及相关制造方法的许多其他等价形式而仍具有在申请专利范围中提及的特征，因此这些都是落在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种用于收容燃料的储槽，包含一塑性材料制成的容纳主体(11)，至少在所述容纳主体(11)的一外部表面(13)或一内部表面(12)上具有一第一金属填充材料层(15、45、51)，且所述第一金属填充材料层(15、45、51)被限制于所述塑性材料，而能够使得所述燃料无法渗透过所述容纳主体(11)，其特征在于：直接或间接地在前述至少一第一金属填充材料层(15、45、51)上均匀的分布一保护层(16)，所述保护层(16)至少适用于保护所述第一金属填充材料层(15、45、51)免于氧化。
2.根据权利要求1所述的储槽，其特征在于，所述保护层(16)是基于环氧清漆。
3.根据权利要求1或2所述的储槽，其特征在于，所述第一金属填充材料层(15、51)是通过阴极聚合沉积获得的分子键联的方法而被限制于所述塑性材料。
4.根据权利要求1或2所述的储槽，其特征在于，所述第一金属填充材料层(15、45)是通过提供直接喷涂一金属溶液及一还原溶液的压缩空气的金属化技术(例如Jet MetalTM)而获得的。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的储槽，其特征在于，如同所述第一金属填充材料层(45)，提供一第二金属填充材料层(46)，所述第二金属填充材料层(46)是直接接触于所述第一金属填充材料层(45)，且所述第二金属填充材料层(46)是通过阴极聚合沉积的技术或通过提供直接喷涂一金属溶液及一还原溶液的压缩空气的金属化技术(例如Jet MetalTM)的方法而获得的，并将所述保护层(16)直接或间接地设置于所述第二金属填充材料层(46)上。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的储槽，其特征在于，另一金属填充材料层(52)设置于所述保护层(16)上，且所述另一金属填充材料层(52)是以阴极聚合沉积技术或以提供直接喷涂一金属溶液及一还原溶液的压缩空气的金属化技术(例如Jet MetalTM)而获得的，并将另一保护层(47)合适地设置于所述另一金属填充材料层(52)上。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的储槽，其特征在于，所述塑性材料包含高密度聚乙烯。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的储槽，其特征在于，所述塑性材料包含添加物，所述添加物是选自包含碳纳米黏土、碳纳米球及碳纳米管的群组。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的用于收容燃料的储槽，其特征在于，所述第一金属填充材料层(15)是选自包含不锈钢、铝、镉、铬或过渡金属之碳化物或氮化物的群组中的材料所制成的。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的储槽，其特征在于，所述第一金属填充材料层(15)是位于所述外部表面(13)上，且在所述容纳主体(11)的内部表面(12)上均匀的分布一含氟聚合物层(19)。
11.一种用于收容燃料的储槽的制造方法，包含以下步骤：一第一步骤，用以制造一由塑性材料制成的容纳主体(11)；以及一第二步骤，用以至少于所述容纳主体(11)的一外部表面或一内部表面上沉积一金属填充材料层(15、45、51)，以创造出一屏障效应，
其特征在于，所述方法更包括以下步骤：
一第三步骤，用以沉积一保护层(16)于所述金属填充材料层(15、45、51)上，以保护所述金属填充材料层(15、45、51)免于氧化。
12.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，以阴极聚合沉积技术沉积所述金属填充材料层(15、45、51)。
13.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，以提供直接喷涂一金属溶液及一还原溶液的压缩空气的金属化技术(例如Jet MetalTM)沉积所述金属填充材料层(15、45)。
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