CN110268015A - 机动车用流体循环管、其制造方法及其作为机动车发动机冷却液软管的用途 - Google Patents

机动车用流体循环管、其制造方法及其作为机动车发动机冷却液软管的用途 Download PDF

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Abstract

例如发动机冷却软管之类的机动车冷却液循环管，其特征在于，管壁由聚合物材料生产的单层制成，该聚合物材料含有至少两种不同性质的聚合物材料的混合物，其中一种被称为第一材料，该第一材料为聚烯烃，并且另一种被称为第二材料，该第二材料为热塑性聚合物弹性体(TPE)。制造该管的方法包括混合至少聚烯烃和热塑性聚合物弹性体(TPE)的操作步骤，通过螺杆挤出机挤出所述混合物的挤出步骤，随后为管的成型步骤，混合聚烯烃与热塑性聚合物弹性体(TPE)的操作在挤出机的上游或在挤出机的入口处进行。

Description

机动车用流体循环管、其制造方法及其作为机动车发动机冷 却液软管的用途
技术领域
本发明涉及流体流动管领域。更具体而言，本发明涉及一种用于机动车的流体流动管(例如发动机冷却液管)以及制造此类管的方法。
背景技术
例如在汽车工业中使用的管之类的流体流动管被特别用于在发动机的冷却回路中输送例如水和乙二醇的混合物之类的冷却液。这种管的主要限制取决于在发动机运行时承受高温和高压的能力，以及它们承受腐蚀(来自于被输送液体)的能力。特别地，避免聚氨酯的使用，因为其不适合与含有乙二醇的液体接触。
目前，这些例如用于发动机冷却液的管之类的流体流动管通常由一层或多层聚合物弹性体材料(例如橡胶)制成，这些流体流动管通过纺织材料的针织物或编织物、或者芳族聚酰胺或聚酯纤维的针织物或编织物来增强。举例来说，并且如文献GB 1 522 236中所述，一层围绕着另一层地挤出两层聚合物层，将增强材料插入到这两层之间。内层由聚乙烯制成，优选硅烷接枝的高密度聚乙烯制成，并且外层由聚丙烯制成。
包含至少一层增强层的那些类型的管的主要缺陷与它们的重量和它们的体积(特别是因为它们的厚度)有关。它们的制造周期(部分为手动的)持续时间太长。此外，由于它们的刚度，特别是在发动机振动的影响下，所述管将力传递给接口。
由于发动机罩下的空间变得越来越小并且目前的趋势通常是使机动车更轻，所以文献FR 2 797 673提出了由至少三层不同的层制成的用于冷却回路(特别是用于燃料燃烧发动机)的管，以减轻这种管的重量，并且减小体积。从内侧向外侧展开，这些层由固化聚乙烯制成的内层、聚丙烯制成的中间层和聚烯烃类热塑性弹性体材料(例如EPDM/聚丙烯弹性体合金)制成的外层构成。内层的聚乙烯可(例如)使用硅烷固化。
包含许多不同聚合物材料的这种多层结构仍然太复杂以至于不能实现在经济上有利的制造。此外，这种多层结构的材料难以分离以用于回收目的。
发明内容
发明目的
因此，本发明的第一个目的在于减少上述缺陷，并且提出一种保持必要的强度以(特别是)用作机动车发动机冷却液管的同时，壁厚仍然小的流体流动管。
此外，本发明的另一目的在于减轻冷却管的重量，以进一步减轻机动车的重量。
此外，本发明的另一目的在于提出一种具有较少种类的聚合物材料的流体流动管，以使其制造更简单，从而更快速并且更廉价。
此外，本发明的另一目的在于提出一种易于回收的流体流动管。
发明描述
为此，本发明提供了一种机动车冷却液流动管(例如发动机冷却液管)，其特征在于，管壁由聚合物材料制成的单层构成，该聚合物材料包含至少两种不同性质的聚合物材料形成的混合物，其中一种被称为第一材料，该第一材料为聚烯烃，其中另一种被称为第二材料，该第二材料为热塑性聚合物弹性体(TPE)。有利的是，管壁由聚合物材料制成的单层构成，该聚合物材料仅由所述第一材料和所述第二材料的混合物构成。
在整个本文中，术语“管”在下文中用于表示任何管路、管路系统、软管、管道，并且特别是发动机冷却液管。
令人惊讶的是，本发明人已经能够制作具有单层壁的管，该管通过聚烯烃和热塑性聚合物弹性体的混合物满足了在引言中陈述的标准，然而文献FR 2 797 673中使用了那两种类型的聚合物以形成发动机冷却液管的外层，与其他内层和/或中间层相结合。因此在该文献中，由聚烯烃和热塑性聚合物弹性体制成的层不与乙二醇类的冷却液接触。
这种具有单层壁的管比具有多层壁的管更容易制造。
此外，单层壁的厚度小，从而使得更容易将管安装在有限的空间(例如电池组或当今机动车的发动机舱)中。
此外，这种具有单层壁的管更易于回收。
有利的是，所述管的聚合物材料中的聚烯烃含量为至少30重量％，优选至少40重量％。
更特别的是，聚合物材料中的聚烯烃含量可在30重量％至70重量％的范围内，优选在40重量％至60重量％的范围内。特别地，在该范围内的重量比例要根据管所需的机械强度及其目的来选择。
在这些范围之外，管的性能可能会劣化：小于30重量％，性能(特别是在承受压力的能力方面)劣化，并且高于70重量％，材料变得太硬，因此更难以在机动车中安装，并且管向其接口传递太多的力。
特别是赋予所述管一定程度的柔韧性的热塑性聚合物弹性体优选为聚烯烃类聚合物弹性体(例如硫化弹性体)。
有利的是，所述聚烯烃类热塑性聚合物弹性体呈现的邵氏A级硬度在30至70的范围内，优选在35至65的范围内，更优选在40至65的范围内。
所述第一材料为选自聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)的聚烯烃，优选为高密度聚乙烯(HDPE)、交联聚乙烯(PEX)或它们的混合物。
本发明还提供一种制造如上所述的流体流动管的方法。该方法包括混合至少聚烯烃和热塑性聚合物弹性体(TPE)的操作步骤，通过螺杆挤出机挤出所述混合物的挤出步骤，随后为管的成型步骤，混合聚烯烃与热塑性聚合物弹性体(TPE)的操作在挤出机的上游或在挤出机的入口处进行。
实际上，这是挤出两种聚合物(聚烯烃和热塑性聚合物弹性体)的混合物的步骤，这形成了单层结构，而且这不是两种聚合物共挤出导致的双层结构。
因此，用于实施该方法的装置包括用于每种聚合物的进料斗，在螺杆挤出机上游或其入口具有混合区，或者是以所需比例(以预混物的形式)接受两种聚合物的单一进料斗。
有利的是，包含聚烯烃和热塑性聚合物弹性体的所述混合物在180℃至240℃的温度范围内，优选在200℃至220℃的温度范围内被挤出。这样的温度能够使两种不同的材料在挤出步骤期间的挤出机的汽缸内完全均匀。
成型步骤在加热外壳(heating enclosure)中进行。
本发明还提供如上所述的所述流体流动管作为用于燃油发动机、电动机、电力转换器或机动车电池的冷却液管的用途。
在以下对本发明的非限制性实施方案的描述中示出了其他特征和优势。
具体实施方式
制造用于冷却发动机的冷却液管的方法的实施方案包括：
-以40/60的重量比混合聚丙烯(PP)和硫化聚烯烃类热塑性聚合物弹性体(热塑性硫化橡胶(TPV))，例如，具有商标的热塑性硫化橡胶(由供应商ExxonMobile销售)；
-使用螺杆将所述聚合物混合物引入到挤出机中；
-以200℃至220℃范围内的温度，将所述聚合物混合物挤出，形成管状；
-在热风炉中对挤出的材料进行热成型，以使其获得最终形状；然后
-冷却；以及
-任选地，组装连接器元件。
管状管呈现单层壁，单层壁的厚度可以在2毫米(mm)至4mm的范围内。与具有相同机械性能并且由硫化橡胶(其比重通常在1.15至1.20的范围内)连同用纺织物增强而制成的、并且厚度在3mm至5mm范围内的管相比，这种小厚度以及比重为接近0.95使其可以在相同的机械性能下将管的重量减少约40％。
本发明的管可以承受的温度范围为-40℃至125℃，同时它可以承受的压力相对约为1巴至4巴。
在形成管壁的聚合物材料中热塑性聚合物弹性体的存在呈现出几个优势，包括：
-当发动机运行和机动车运转时减振；以及
-更强的柔韧性：因此，无论它们是平滑的还是锯齿状的，所述管的端部都能够被固定于连接器端部组件上，而不需要使用例如紧固环之类的组装系统。这简化了冷却管的组装，并且在初始组装期间和更换期间(如果有的话)两种情况下都使组装更快。
此外，由聚丙烯(PP)和硫化聚烯烃类热塑性聚合物弹性体(TPV)制成的单层壁适用于承受化学腐蚀(来自于被输送的冷却液，特别是当其含有乙二醇时)，并且用于承受高压和高温(特别是在发动机运行时)。

Claims (11)

1.一种机动车冷却液流动管，所述管例如为发动机冷却液管，其特征在于，所述管的管壁由聚合物材料制成的单层构成，所述聚合物材料包含至少两种不同性质的聚合物材料的混合物，其中一种被称为第一材料，该第一材料为聚烯烃，并且另一种被称为第二材料，该第二材料为热塑性聚合物弹性体(TPE)。
2.根据权利要求1所述的管，其特征在于，所述聚合物材料中的聚烯烃含量为至少30重量％，优选至少40重量％。
3.根据权利要求1或2所述的管，其特征在于，所述聚合物材料中的聚烯烃含量在30重量％至70重量％的范围内，优选在40重量％至60重量％的范围内。
4.根据前述权利要求中任一项所述的管，其特征在于，所述热塑性聚合物弹性体(TPE)为聚烯烃类聚合物弹性体。
5.根据前述权利要求中任一项所述的管，其特征在于，所述聚烯烃类热塑性聚合物弹性体(TPE)为硫化弹性体。
6.根据前述权利要求中任一项所述的管，其特征在于，所述聚烯烃类热塑性聚合物弹性体(TPE)呈现的邵氏A级硬度在30至70的范围内，优选在35至65的范围内，更优选在40至65的范围内。
7.根据前述权利要求中任一项所述的管，其特征在于，所述第一材料为选自聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)的聚烯烃，优选为高密度聚乙烯(HDPE)、交联聚乙烯(PEX)或它们的混合物。
8.根据前述权利要求中任一项所述的冷却液流动管，其特征在于，所述管的管壁由聚合物材料制成的单层构成，所述聚合物材料仅由两种不同性质的聚合物材料的混合物构成，其中一种被称为第一材料，该第一材料为聚烯烃，并且另一种被称为第二材料，该第二材料为热塑性聚合物弹性体(TPE)。
9.一种制造根据前述权利要求中任一项所述的管的方法，包括混合至少聚烯烃和热塑性聚合物弹性体(TPE)的操作步骤，通过螺杆挤出机挤出所述混合物的挤出步骤，随后为管的成型步骤，混合聚烯烃与热塑性聚合物弹性体(TPE)的操作在挤出机的上游或在挤出机的入口处进行。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，包含聚烯烃和热塑性聚合物弹性体(TPE)的所述混合物在180℃至240℃的温度范围内，优选在200℃至220℃的温度范围内被挤出。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的流体流动管作为用于燃油发动机、电动机、电力转换器或机动车电池的冷却液管的用途。
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