CN113637320A - 一种集成式油箱和尿素箱总成及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种集成式油箱和尿素箱总成及其制备方法,属于汽车零部件领域。其中,用于制备集成式油箱和尿素箱总成的复合材料,包括尼龙665‑75份,聚乙烯5‑10份,POE 10‑15份,相容剂10‑15份和助剂1.5‑4.5份。该材料大大提高了油箱和尿素箱总成的耐低温冲击韧性,可以确保产品在寒冷地区受到碰撞后,也不会出现开裂现象;此外,该材料具有良好的阻隔性能,可以阻隔氧、二氧化碳等气体及多烃燃油等液体,耐油性能优异。

Description

一种集成式油箱和尿素箱总成及其制备方法
技术领域
本申请涉及一种集成式油箱和尿素箱总成及其制备方法,属于汽车零部件领域。
背景技术
随着汽车工业的快速发展和汽车环保要求的提高,汽车燃油箱和尿素箱作为汽车部件中重要的安全件和法规件,对其进行结构优化和性能提高成为各大汽车制造商竞相探讨和解决的问题。早先的汽车燃油箱大多以金属材料如ST12/ST14冷轧钢板制造,其特点是体积较大,价格便宜,成型容易,模具成本相对较低,一般卡车上多数仍然使用这种大容量、刚度和强度较好的金属油箱。但随着国IV、国V排放指标的提高,加上共轨系统对燃油系统材料提出了新的要求(由于铜元素会加速柴油的老化,辞、铅、锡等元素会被燃油中的酸性物质所腐蚀,燃油系统应避免含有铜、锌、铅、锡等成分),由此诞生了铝合金油箱。铝合金材料如3303、5052的铝镁合金以其质量轻、强度高、耐腐蚀、外观美观等优点,代替钢铁材料进入汽车零部件己成为一种趋势,但铝合金油箱成本较高,焊接难度较大,这些特点都使得铝合金油箱的普及和发展受到了一定的限制。
随着塑料在汽车上应用范围的逐年增大,金属燃油箱逐渐被塑料燃油箱取代。与金属燃油箱相比,塑料燃油箱具有以下优点:重量轻40~50%,形状有更大的自由度,可最大限度地利用汽车座位底下的有效空间,增加了油箱的体积,提高了汽车空间利用性;模具研制周期短,约为金属油箱的1/3:安全性不亚于金属油箱。
然而塑料油箱、尿素箱一般是通过吹塑或滚塑工艺成型。吹塑成型工艺生产的箱体成本较高、容积较小;且不容易控制箱体的壁厚,通常会导致壁厚过大,浪费原材料。滚塑成型的费用相对较高,且适合于滚塑的原料有限,生产效率低、能耗较大。虽然,注塑可以解决油箱的壁厚不均匀性的问题,但是注塑后由于脱模工艺的限制,不会生成一体成的箱体,需要注塑后焊接,注塑要求材料具有较好的流动性,而焊接工艺中热熔化易产生拉丝,存在焊接强度不够及相容性不好的问题,因此,在受到燃油或尿素液的“浪涌”冲击力时,易发生变形或开裂现象。
申请人的中国专利申请CN110483987A提供了一种改性尼龙复合材料及其在制备一体化燃油尿素箱中的应用,复合材料包括尼龙6 35~70份、乙烯-辛烯共聚物10~20份、相容剂10~25份、阻燃剂10~20份、助剂4~2份。将熔融后的材料注入模具、完成注模后,将成品从模具中取出后立即放入蒸汽恒温箱中冷却成型;然后进行焊接。而该尼龙材料制备的燃油尿素箱长期使用后,尤其是在低温条件下长期使用后,冲击韧性可能降低,从而存在强度下降及漏油量升高的问题,如何进一步完善提供一种壁厚均匀、冲击韧性强度高、无开裂、使用寿命长的壳体如作为油箱和/或尿素箱是现在进一步探索的方向。
发明内容
为了解决上述问题,提供了一种集成式油箱和尿素箱总成及其制备方法,该制备方法制得的集成式油箱和尿素箱总成具有较强的耐低温冲击韧性,可以确保产品在寒冷地区受到碰撞后,也不会出现开裂现象;且注塑和焊接工艺可以防止产品出现变形或开裂现象,保证产品的强度。
根据本申请的一个方面,提供了一种用于制备集成式油箱和尿素箱总成的复合材料,其包括尼龙6 65-75份,聚乙烯5-10份,POE 10-15份,相容剂10-15份和助剂1.5-4.5份。
优选的,所述复合材料包括尼龙6 60份,聚乙烯8份,POE 12份,相容剂12份和助剂2.8份
可选地,所述助剂包括抗氧剂1-3份,耐热老化剂0.3~0.6份和耐光老化剂0.3~0.6份。
优选的,所述助剂包括抗氧剂2份,耐热老化剂0.4份,耐光老化剂0.4份。
可选地,所述相容剂选自马来酸酐型相容剂、环状酸酐型相容剂、环氧型相容剂、羧酸型相容剂、酰亚胺型相容剂和异氰酸酯型相容剂中的至少一种;和/或
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂,所述受阻酚类抗氧剂选自1010、1076和1024中的至少一种;和/或
所述耐热老化剂选自亚磷酸三苯脂、硫二代丙酸酯和(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯的至少一种;和/或
所述耐光老化剂为受阻胺类耐光老化剂,所述受阻胺类耐光老化剂选自3808、5590和5585中的至少一种。
可选地,所述相容剂为马来酸酐型相容剂,所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010,所述耐热老化剂为亚磷酸三苯脂,所述耐光老化剂为受阻胺类耐光老化剂3808。
根据本申请的另一方面,提供了一种集成式油箱和尿素箱总成的制备方法,其包括以下步骤:
1)原料熔融;
2)注塑形成壳体,使用注塑成型设备将熔融的材料注入模具,保压后冷却成型,得到壳体,将熔融的材料注入所述模具时的注射位置分为三段,其中,第一段位置的注射压力不小于第二段位置的注射压力,第二段位置的注射压力不小于第三段位置的注射压力;第一段位置的注射速度大于第二段位置的注射速度,第二段位置的注射速度大于第三段位置的注射速度;
3)使用焊接设备将所述壳体的边缘热熔,合模后固化,以将壳体焊接到一起,所述壳体的热熔深度不小于1.8mm,合模深度不小于1.3mm;
其中,所述原料选自上述任一项所述的复合材料。
可选地,步骤2)中,所述注塑成型设备的料筒温度为190-250℃,且所述料筒的温度至少分为五段;和/或
步骤2)中,所述壳体的注塑过程中,所述模具包括前模和后模,所述前模的温度为40-60℃,所述后模的温度为40-50℃;和/或
步骤2)中,所述模具为热流道模具,所述模具的热流道温度为210-250℃,优选为230-250℃;和/或
步骤2)中,保压时间为不少于5s;优选为8-12s;更优选为10s;和/或
步骤2)中,冷却时间为不少于70s;优选为85-95s,更优选为90s。
通过控制保压时间及冷却时间,从而减小产品出模后的应力变形量,保证产品在模具内冷却定型。
可选地,所述壳体包括上壳体、中壳体和下壳体,
所述上壳体的注塑过程为:第一段位置为80-100mm,注射压力为90-110MPa,注射速度为80-100mm/s;第二段位置为50-70mm,注射压力为90-110MPa,注射速度为55-75mm/s;第三段位置为48-68mm,注射压力为85-105MPa,注射速度为35-55mm/s;所述料筒的温度分为六段,第一段温度为233-237℃,第二段温度为238-242℃,第三段温度为238-242℃,第四段温度为243-247℃,第五段温度为198-202℃,第六段温度为233-237℃;和/或
所述中壳体的注塑过程为:第一段位置为90-120mm,注射压力为90-110MPa,注射速度为90-110mm/s;第二段位置为60-80mm mm,注射压力为90-110MPa,注射速度为50-75mm/s;第三段位置为48-68mm,注射压力为60-80MPa,注射速度为30-50mm/s;所述料筒的温度分为五段,第一段温度为233-237℃,第二段温度为238-242℃,第三段温度为238-242℃,第四段温度为243-247℃,第五段温度为198-202℃;和/或
所述下壳体的注塑过程为:第一段位置为110-130mm,注射压力为90-110MPa,注射速度为75-95mm/s;第二段位置为60-80mm,注射压力为90-110MPa,注射速度为40-60mm/s;第三段位置为48-68mm,注射压力为60-80MPa,注射速度为30-50mm/s;所述料筒的温度分为五段,第一段温度为233-237℃,第二段温度为238-242℃,第三段温度为238-242℃,第四段温度为243-247℃,第五段温度为198-202℃。
优选的,所述上壳体的注塑过程为:第一段位置为90mm,注射压力为100MPa,注射速度为90mm/s;第二段位置为60mm,注射压力为100MPa,注射速度为65mm/s;第三段位置为58mm,注射压力为95MPa,注射速度为45mm/s;所述料筒的温度分为六段,第一段温度为235℃,第二段温度为240℃,第三段温度为240℃,第四段温度为245℃,第五段温度为200℃,第六段温度为235℃;所述模具的热流道温度为220-240℃。
优选的,所述中壳体的注塑过程为:第一段位置为105mm,注射压力为100MPa,注射速度为100mm/s;第二段位置为70mm,注射压力为100MPa,注射速度为60mm/s;第三段位置为58mm,注射压力为70MPa,注射速度为40mm/s;所述料筒的温度分为五段,第一段温度为235℃,第二段温度为240℃,第三段温度为240℃,第四段温度为245℃,第五段温度为200℃;和/或
优选的,所述下壳体的注塑过程为:第一段位置为120mm,注射压力为100MPa,注射速度为85mm/s;第二段位置为70mm,注射压力为100MPa,注射速度为50mm/s;第三段位置为58mm,注射压力为70MPa,注射速度为40mm/s;所述料筒的温度分为五段,第一段温度为235℃,第二段温度为240℃,第三段温度为240℃,第四段温度为245℃,第五段温度为200℃,所述模具的热流道温度为220-240℃。
由于上壳体的结构特殊,流程比大,走胶不顺畅,因此需要严格控制上壳体的注塑条件,例如压力、温度等,以保证上壳体注塑过程中原料的流动性,进而保证上壳体的厚度均匀;由于中壳体质量较大,且在使用过程中受到的应力较大,因此需要控制中壳体的注塑条件,以保证其力学性能;此外,通过控制下壳体的注塑条件,保证下壳体没有异形,走胶顺畅。
可选地,所述壳体包括上壳体、中壳体和下壳体,所述上壳体和/或中壳体和/或下壳体的热熔深度为1.8-2.2mm,热熔时间为20-30s,热熔温度为270-290℃;
合模深度为2.5-3.5mm,固化时间为37-43s。
优选的,所述上壳体和/或中壳体和/或下壳体的热熔深度为2mm,热熔时间为25s,热熔温度为280℃;
合模深度为1.5mm,固化时间为40s。
根据本申请的又一方面,提供了一种由上述任一项所述的复合材料或上述任一项所述的制备方法制得的集成式油箱和尿素箱总成,其特征在于,其包括壳体,所述壳体包括上壳体、中壳体和下壳体,所述上壳体、中壳体和下壳体分别焊接后,形成包括燃油腔的腔体。
可选地,其包括油箱和尿素箱,所述尿素箱内的尿素传感器采用电磁加热方式加热。传统的加热方式为防冻液或水循环加热,通过使尿素传感器采用电磁加热方式加热,更加环保节能,同时防止防冻液或水漏液对尿素液产生污染。
可选地,所述中壳体的高度占所述壳体总高度的大于1/3;
优选地,所述上壳体、所述中壳体和所述下壳体的高度之比为(0.8-1.2):(4-6):(0.8-1.2);
更优选的,所述上壳体、所述中壳体和所述下壳体的高度之比为1:5:1,所述上壳体和所述下壳体的高度均为50-80mm。通过设置中壳体的高度占壳体总高度的大于1/3,从而将中壳体与上壳体的焊缝、中壳体与下壳体的焊缝设置在壳体的上下两端,使焊缝远离壳体受冲击力最大的区域,从而将焊接的应力分散在壳体的上下两端,避免焊接的焊缝处应力集中而导致的开裂现象。通过设置上壳体、中壳体和下壳体之间的高度比,便于控制因注塑特性而发生的产品变形量,此外,由于箱体的应力主要集中在中壳体,因此需要控制中壳体的高度适中,保证应力分散在壳体的各个区域提高壳体的整体强度,延长油箱的使用寿命。
可选地,所述上壳体和所述下壳体的厚度大于所述中壳体的厚度,以使得所述上壳体和所述下壳体的焊接面宽度大于所述中壳体的焊接面宽度。通过设置上壳体的厚度大于中壳体的厚度,使上壳体的焊接面宽度大于中壳体的焊接面宽度,从而能够增加上壳体和中壳体之间的焊接面积,使中壳体的焊接面和上壳体的焊接面完全焊接在一起,防止中壳体和下壳体之间出现漏焊等现象,此外,上壳体加厚还可以提高上壳体的承载力,防止上壳体因承载电器元器件而出现变形现象;通过设置下壳体的厚度大于中壳体的厚度,使下壳体的焊接面宽度大于中壳体的焊接面宽度,增加了下壳体和中壳体之间的焊接面积,提高了下壳体和中壳体之间的焊接强度,此外,下壳体位于壳体的底部,因此设置下壳体底部加厚可以提高下壳体的承重能力,防止下壳体出现变形;设置中壳体的厚度小于上壳体和下壳体的厚度,还可以减轻壳体的重量,使车辆更加轻量化。
可选地,所述上壳体和所述下壳体的厚度相同,所述中壳体的厚度为壳体目标厚度值;
优选地,所述中壳体厚度为不大于4mm,所述上壳体和所述下壳体的厚度为不小于5mm;
优选地,所述中壳体厚度为4mm,所述上壳体和所述下壳体的厚度为5mm。通过设置上壳体、中壳体和下壳体的厚度可以提高中壳体和上壳体或中壳体和下壳体焊接面积,提高壳体的焊接强度,防止焊缝处因受到冲击力而开裂,同时,防止壳体过重,使车辆更加轻量化。
可选地,焊接前的,所述上壳体下端焊接面和与所述上壳体下端焊接面对应的中壳体上端焊接面中至少一个设置焊材凸台环,以热熔加宽形成的焊接面;和/或
焊接前的,所述下壳体上端焊接面和与所述下壳体上端焊接面对应的中壳体下端焊接面中至少一个设置焊材凸台环,以加宽形成的焊接面。通过在焊接前的中壳体上端焊接面上设置至少一个焊材凸台环,焊材凸台环在焊接时受热熔化从而加宽形成的焊接面,使中壳体上端焊接面形成向外的翻边结构,进一步提高上壳体和中壳体之间的焊接强度。通过在焊接前的中壳体下端焊接面上设置至少一个焊材凸台环,焊材凸台环在焊接时受热熔化从而加宽形成的焊接面,使中壳体下端焊接面形成向外的翻边结构,进一步提高下壳体和中壳体之间的焊接强度。
可选地,所述腔体内对应所述中壳体高度区域内设置中网格筋结构,所述中网格筋结构将所述腔体中部分隔成若干个中网格腔,所述中网格腔之间在径向上不连通,所述中网格筋结构包括互不连通的第一中网格腔组和第二中网格腔组,所述第一中网格腔组的底端设置第一通油口以相互连通形成第一燃油箱,所述第二中网格腔组的底端设置第二通油口以相互连通形成第二燃油箱,所述第一燃油箱和所述第二燃油箱通过转向阀相连;
所述第一燃油箱用于盛放低温燃油,所述第二燃油箱用于盛放高温燃油。
通过设置盛放低温燃油的第一燃油箱和用于盛放高温燃油的第二燃油箱,以保证车辆在不同的气温环境下都能顺利点火,当外界环境气温较低时,可以先使用低温燃油进行点火,由于柴油的回油温度为50~60℃,因此可以利用低温燃油的回油温度加热高温燃油,车辆点火启动后,利用转向阀使第二燃油腔内的出油管工作,从而节省了大量燃油费,降低了中大型运输车辆的物流运输费用,刺激物流的活跃度;另外,由于第一燃油腔内的低温燃油仅供点火使用,因此使用量较低,可以减少炼油企业的精炼过程,起到环保作用。通过设置中网格筋结构将腔体中部分隔成若干个中网格腔,中网格腔之间在径向上不连通,第一中网格腔组内的每个第一中网格腔内均装有低温燃油,第二中网格腔组内的每个第二中网格腔内均装有高温燃油,从而使每个中网格腔的侧壁共同分担燃油流动的冲击力,因此无需单独设计防浪涌隔板,且能够显著降低燃油的浪涌现象;此外,中网格筋可以增加了油箱的整体刚性,防止箱体受到冲击外力时出现变形或开裂现象;此外,由于汽车在行驶过程中,燃油冲击频次最高、冲击力最大的区域主要集中在油箱中部,因此通过在第一中网格腔组的底端设置第一通油口以互相连通形成第一燃油箱,使第二中网格腔组的底端设置第二通油口以互相连通形成第二燃油箱,使低温燃油和高温燃油分别在下壳体区域内流动,从而大大减小了燃油流动的冲击力,减弱了燃油的“浪涌”现象。
可选地,所述中网格腔结构包括第三中网格腔组,所述第三中网格腔组内的中网格筋围成第三中网格腔,第三中网格腔之间互相连通形成所述尿素箱。通过设置尿素箱位于油箱壳体围成的腔体内,从而实现燃油箱和尿素箱的一体设置,减小了集成式油箱的体积,减轻了二者的重量综合,使得车辆更加轻量化;此外,通过将燃油箱和尿素箱一体设置,利用第一燃油箱和/或第二燃油箱的回油温度对尿素箱内的尿素液加热,防止尿素液在低温环境下结晶,实现热量的再利用,简化车辆的热管理系统。
所述中网格腔还包括第二中网格腔组,所述第一中网格腔组和第二中网格腔组相互之间不连通,所述第二中网格腔组中的第二中网格腔之间相互连通形成尿素腔,所述尿素腔设置尿素入口与设置在所述壳体的尿素加料口连通;
优选地,所述中壳体与所述中网格筋一次注塑成型。通过设置第二中网格腔组,且第二中网格腔组与第一中网格腔组不连通,从而实现燃油腔和尿素腔的一体设置,减小了集成式油箱的体积,减轻了二者的重量综合,使得车辆更加轻量化;此外,通过将燃油腔和尿素腔一体设置,使燃油腔的热量对尿素腔内加热,实现热量的再利用,避免尿素腔内的尿素液结晶。
可选地,所述下壳体内连接下网格筋结构,所述下述网格筋结构与所述中网格筋结构对合焊接;
所述下网格筋结构将所述腔体下部分隔成若干个下网格腔,所述下网格腔包括与所述第一中网格腔组对合的第一下网格腔组,所述第一中网格腔组中的第一网格腔的通过通油口与所述第一下网格腔组中的第一下网格腔连通;
所述第一下网格腔之间的第一网格筋设置的油流动口连通,所述第一中网格腔组和所述第一下网格腔组形成的燃油腔;
优选地,所述下壳体与所述下网格筋一次注塑成型。通过在下壳体内设置下网格筋结构,进一步减小了油箱下壳体受到的燃油冲击力,且提高了油箱下壳体的强度,防止其出现变形现象;通过使第一下网格腔之间的下网格筋设置的油流动口连通,使燃油在下壳体内流动,不仅可以实现燃油在每个第一下网格腔之间的流动,进而实现燃油在每个第一中网格腔内的流动,而且可以减少中隔板受到的燃油冲击力,防止油箱因冲击力过大而出现变形或开裂现象。
可选地,所述上壳体内连接与所述中网格筋对合设置的上网格筋,所述上网格筋与所述中网格筋焊接,所述上网格筋和所述下网格筋的厚度大于所述中网格筋的厚度;
优选的,所述中网格筋的厚度不大于4mm,所述上网格筋和所述下网格筋的厚度不小于5mm;
更优选的,所述中网格筋的厚度为4mm,所述上网格筋和所述下网格筋的厚度均为5mm。通过在上壳体内设置下网格筋,减小了油箱上壳体受到的燃油冲击力,且提高了油箱上壳体的强度,防止其出现变形现象;通过设置上网格筋和下网格筋的厚度大于中网格筋的厚度,使上网格筋和下网格筋的焊接面宽度大于中壳体的焊接面宽度,从而增加上壳体与中壳体、下壳体与中壳体之间的焊接面积,提高上壳体与中壳体、下壳体与中壳体之间的焊接强度,此外,能够提高下网格筋和下网格筋的承重能力,提高下网格筋对下壳体的支撑力及上网格筋对上壳体的支撑力,进一步防止下壳体和上壳体变形;此外,设置中网格筋的厚度小于上网格筋和下网格筋的厚度,可以减轻壳体的重量,使壳体更加轻量化。
本发明的复合材料的主要材料为尼龙6,分子量适中,尼龙6中聚酰胺分子链的极性强,分子间具有强氢键,在高温高湿度下仍对多烃燃油具有优良的阻隔性,且对氧、二氧化碳具有良好的阻隔性能,且其具有优良的力学性能、耐热性、耐磨性、耐化学药品性、自润滑性及耐穿刺性,此外,尼龙6的摩擦系数低,具有一定的阻燃性,易于加工。
本发明通过加入聚乙烯,聚乙烯在低温环境下仍具有较强的韧性,且易于焊接成型,焊接强度高,避免焊缝处出现开裂现象,耐腐蚀性强。
本发明通过加入适量的POE,将POE嫁接在尼龙6上,改善了尼龙6的低温冲击韧性;另外,由于尼龙6熔化后流动性好,且粘度低,易凝固,因此加入POE,从而显著改善焊接过程中壳体热熔化产生的拉丝现象,防止壳体的焊接区产生飞边而影响箱体内部的清洁度,同时防止因飞边而影响焊缝处的焊接强度;此外,POE还能够提高材料的阻隔性,防止燃油和尿素液发生渗透。
由于尼龙6和POE之间的相容性较差,因此本发明加入适量的相容剂,使POE接枝到相容剂上,然后使POE接枝相容剂产生的共聚物与尼龙6结合在一起,从而提高了材料的韧性、拉伸强度及弯曲强度。
本发明中抗氧剂能够抵抗材料氧化分解,有效提高耐老化强度;另外,由于燃油回油后油温会升高,因此加入耐热老化剂以保证箱体的耐热老化性;耐光老化剂能够抵抗紫外线或阻隔组外线,保证复合材料中的分子链不被紫外线破坏,抑制光氧降解反应。
本发明在注塑过程中,将注射位置分为三段,且严格控制每段注射位置的注塑压力及注塑速度,防止压力过高导致产品的内部应力过高,同时防止压力过低而使壳体中存在波纹或气泡等缺陷。
由于本申请中的原料组成对注射压力及速度较为敏感,因此必须严格控制合适的注射速度,从而保证产品的注塑质量。若注射速度过快,熔融的原料会夹杂部分气体,从而使产品中存在气泡,导致产品的致密度下降,使制得的集成式油箱和尿素箱易缩瘪而出现变形;若注射速度过慢,熔融的原料会在注塑后期受到阻碍出现缺料或缩瘪现象,同时产品应力相对集中在浇口附近,后期应力释放可能会造成局部变形,影响产品的使用寿命。
通过使用热流道模具,并控制热流道的温度,防止复合材料冷凝速度过快,保证材料具有较高的结晶度,增加其耐磨性,同时保证该材料的韧性。
本申请的有益效果包括但不限于:
1.根据本申请的用于制备集成式油箱和尿素箱总成的复合材料,通过在尼龙6中配合加入聚乙烯及相容剂,使得尼龙6与聚乙烯结合在一起,大大提高了油箱和尿素箱总成的耐低温冲击韧性,可以确保产品在寒冷地区受到碰撞后,也不会出现开裂现象;此外,该材料具有良好的阻隔性能,可以阻隔氧、二氧化碳等气体及多烃燃油等液体,耐油性能优异。
2.根据本申请的集成式油箱和尿素箱总成的制备方法,通过选择合适的复合材料,该复合材料熔融后流动性好,且改善了拉丝性能,适用于注塑和焊接工艺;通过严格控制注塑参数,壳体壁厚均匀,防止壳体内部出现气泡等缺陷,同时防止壳体的应力过大而使箱体出现变形现象;另外,焊缝处无飞边,焊缝强度大,显著提高了箱体的抗变形能力。
3.根据本申请的集成式油箱和尿素箱总成,通过设置上壳体、中壳体和下壳体三个壳体分别焊接的方式,将焊接的应力分散在壳体的上下两端,一方面降低了壳体的焊接部分应力集中,避免了焊接部分开裂的情况;另一方面壳体因中部区域承受液体如燃油的晃动的流动冲击力最大,避免在壳体中间部位设置焊接缝,不仅提高壳体的整体强度,并且避免了壳体焊接部分受到冲击力而开裂的情况,提高油箱的使用寿命。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请,但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明,本申请的实施例中的原料和催化剂均通过商业途径购买。
如表1所示为本发明实施例1-9、对比例D1-D4的制得的油箱和尿素箱总成的原料中各组分及其含量。
表1
Figure BDA0003246108420000121
Figure BDA0003246108420000131
实施例1-9、对比例D1-D4的制得的油箱和尿素箱总成的制造工艺为:
(1)原料熔融;
(2)注塑形成壳体,使用注塑成型设备将熔融的材料注入模具,保压后冷却成型,得到壳体;壳体的注塑过程中,模具包括前模和后模,前模的温度为40-60℃,后模的温度为40-50℃,模具为热流道模具,模具的热流道温度为210-250℃;保压时间为不少于5s;冷却时间为不少于70s;
其中,上壳体的注塑过程为:第一段位置为90mm,注射压力为100MPa,注射速度为90mm/s;第二段位置为60mm,注射压力为100MPa,注射速度为65mm/s;第三段位置为58mm,注射压力为95MPa,注射速度为45mm/s;注塑成型设备的料筒温度分为六段,第一段温度为235℃,第二段温度为240℃,第三段温度为240℃,第四段温度为245℃,第五段温度为200℃,第六段温度为235℃;模具为热流道模具,热流道温度为230-250℃,前模温度为50℃,后模温度为45℃,保压10s,冷却90s;
中壳体的注塑过程为:第一段位置为105mm,注射压力为100MPa,注射速度为100mm/s;第二段位置为70mm,注射压力为100MPa,注射速度为60mm/s;第三段位置为58mm,注射压力为70MPa,注射速度为40mm/s;注塑成型设备的料筒温度分为五段,第一段温度为235℃,第二段温度为240℃,第三段温度为240℃,第四段温度为245℃,第五段温度为200℃;模具为热流道模具,热流道温度为230-250℃,前模温度为50℃,后模温度为45℃,保压10s,冷却90s;
下壳体的注塑过程为:第一段位置为120mm,注射压力为100MPa,注射速度为85mm/s;第二段位置为70mm,注射压力为100MPa,注射速度为50mm/s;第三段位置为58mm,注射压力为70MPa,注射速度为40mm/s;注塑成型设备的料筒温度分为五段,第一段温度为235℃,第二段温度为240℃,第三段温度为240℃,第四段温度为245℃,第五段温度为200℃;模具为热流道模具,热流道温度为230-250℃,前模温度为50℃,后模温度为45℃,保压10s,冷却90s;。
(3)使用红外焊接设备将上壳体、中壳体和下壳体的边缘热熔,合模后固化,以将壳体焊接到一起,使之成为一个壳体,其中,上壳体、中壳体及下壳体的热熔深度均为2mm,热熔时间均为20-30s,热熔温度均为270-290℃;合模深度均为3mm,固化时间均为40s。
另外,改变注塑工艺参数及焊接工艺参数,分别制得实施例1-(1)、实施例1-(2)及实施例1-(3),其中,实施例1-(1)与实施例1的不同之处在于实施例1-(1)中上壳体、中壳体及下壳体的注塑过程为一段注塑,其余条件相同;
实施例1-(2)与实施例1的不同之处在于实施例1-(2)中上壳体、中壳体及下壳体的注塑过程中,注塑设备的料筒不同位置处温度相同,其余条件相同;
实施例1-(3)与实施例1的不同之处在于实施例1-(3)采用滚塑方式加工而成。
实验例
实施例1-9、1-(1)-1-(3)、对比例D1-D4的集成式油箱与尿素箱总成的性能参数如表2所示。
其中,熔体流动速率按照国标GB/T3682-2000进行测试,测试条件为250℃,2.16kg。
拉伸强度按GB/T 1040标准进行检验。试样类型为I型,样条尺寸(mm):170(长)×(10±0.2)(窄部宽度)×(4±0.2)(厚度),拉伸速度为50mm/min。
弯曲强度和弯曲模量按GB 9341/T标准进行检验。试样类型为试样尺寸(mm):(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2),弯曲速度为2mm/min。
缺口冲击强度按GB/T 1043标准进行检验。试样类型为I型,试样尺寸(mm):(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2):缺口类型为A类,缺口剩余厚度为3.2mm。
焊接件的拉伸断口按照按GB/T 1040标准进行检验。样条总长度170mm,上壳85mm,下壳85mm;样条总宽度是l0mm,样条厚度4mm。将样条放在电子拉力机上做拉伸试验,拉伸速度为50mm/min,施加拉力以样条断裂为停止,试验完成后判定样条断裂处不在焊接面上为合格。
密封性按照GB 18296-2019标准进行检验,将集成式油箱和尿素箱总成模拟装车形式固定在试验装置上,保持53℃±2℃的环境温度,让油箱和尿素箱中加入53℃±2℃的水,达到额定容量,盖好燃油箱盖和尿素箱盖,密封所有进出口,向油箱和尿素箱施加0.03MPa压力,保持压力5h,检查油箱和尿素箱总成不应出现裂纹或泄漏,无变形。
燃油渗透量(g/m2·24h)按照GB 18296-2019标准进行检验,第一阶段:试验前预处理:往油箱体内注入燃油,达到额定容量的50%,不密封,存放在温度为40℃±2℃的环境下,直到单位时间内的燃油损失量达到稳定状态,但不超过4周时间。第二阶段:清空燃油箱,注入新的燃油,达到额定容量的50%,密封燃油箱,存放在温度为40℃±2℃的环境下,当燃油箱的内部温度达到试验温度时,释放燃油箱内部压力,试验周期为8周,测量燃油蒸发量。确定每24h的平均燃油蒸发量。燃油蒸发量不应大于20g/24h。
低温耐撞击性能按照GB 18296-2019标准进行实验:把水和乙二醇混合溶液注入油箱和尿素箱至额定容量;实验期间,油箱和尿素箱内溶液的温度保持在-40℃±2℃;采用摆锤实验装置进行实验,摆锤要求为:1)摆锤的总质量(包含角锤)为15kg,2)角锤的材料为钢质,形状为角锥形,正方形基座,等边三角形侧面,顶部和各个棱边圆角半径为3mm,3)摆锤的撞击中心与角锤的重心重合,撞击中心与回转轴之间的距离为1m,4)在实验过程中,角锤的撞击能量约为30J,并尽可能地接近该值;选择油箱和尿素箱上易受撞击的部位进行实验,试验前选择的撞击部位都应做标记,并在实验报告中标示;实验过程中,应在燃油箱被撞击面的对面一侧用固定装置将燃油箱固定住;检查记录燃油箱的泄漏情况。
表2
Figure BDA0003246108420000161
Figure BDA0003246108420000171
Figure BDA0003246108420000181
如表2所示,本发明实施例1-9中的复合材料具有优异的注塑和焊接性能,且通过控制注塑条件与焊接工艺,制得的集成式油箱和尿素箱总成低温韧性强,且阻隔性好,燃油渗透量少,具有较好的耐燃油性。
以上所述,仅为本申请的实施例而已,本申请的保护范围并不受这些具体实施例的限制,而是由本申请的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于制备集成式油箱和尿素箱总成的复合材料,其特征在于,其包括尼龙6 65-75份,聚乙烯5-10份,POE 10-15份,相容剂10-15份和助剂1.5-4.5份。
2.根据权利要求1所述的复合材料,其特征在于,所述助剂包括抗氧剂1-3份,耐热老化剂0.3~0.6份和耐光老化剂0.3~0.6份。
3.根据权利要求2所述的复合材料,其特征在于,所述相容剂选自马来酸酐型相容剂、环状酸酐型相容剂、环氧型相容剂、羧酸型相容剂、酰亚胺型相容剂和异氰酸酯型相容剂中的至少一种;和/或
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂,所述受阻酚类抗氧剂选自1010、1076和1024中的至少一种;和/或
所述耐热老化剂选自亚磷酸三苯脂、硫二代丙酸酯和(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯的至少一种;和/或
所述耐光老化剂为受阻胺类耐光老化剂,所述受阻胺类耐光老化剂选自3808、5590和5585中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的复合材料,其特征在于,所述相容剂为马来酸酐型相容剂,所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010,所述耐热老化剂为亚磷酸三苯脂,所述耐光老化剂为受阻胺类耐光老化剂3808。
5.一种集成式油箱和尿素箱总成的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)原料熔融;
2)注塑形成壳体,使用注塑成型设备将熔融的材料注入模具,保压后冷却成型,得到壳体,将熔融的材料注入所述模具时的注射位置分为三段,其中,第一段位置的注射压力不小于第二段位置的注射压力,第二段位置的注射压力不小于第三段位置的注射压力;第一段位置的注射速度大于第二段位置的注射速度,第二段位置的注射速度大于第三段位置的注射速度;
3)使用焊接设备将所述壳体的边缘热熔,合模后固化,以将壳体焊接到一起,所述壳体的热熔深度不小于1.8mm,合模深度不小于1.3mm;
其中,所述原料选自权利要求1-4任一项所述的复合材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中,所述注塑成型设备的料筒温度为190-250℃,且所述料筒的温度至少分为五段;和/或
步骤2)中,所述壳体的注塑过程中,所述模具包括前模和后模,所述前模的温度为40-60℃,所述后模的温度为40-50℃;和/或
步骤2)中,所述模具为热流道模具,所述模具的热流道温度为210-250℃;和/或
步骤2)中,保压时间为不少于5s;和/或
步骤2)中,冷却时间为不少于70s。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述壳体包括上壳体、中壳体和下壳体,
所述上壳体的注塑过程为:第一段位置为80-100mm,注射压力为90-110MPa,注射速度为80-100mm/s;第二段位置为50-70mm,注射压力为90-110MPa,注射速度为55-75mm/s;第三段位置为48-68mm,注射压力为85-105MPa,注射速度为35-55mm/s;所述料筒的温度分为六段,第一段温度为233-237℃,第二段温度为238-242℃,第三段温度为238-242℃,第四段温度为243-247℃,第五段温度为198-202℃,第六段温度为233-237℃;和/或
所述中壳体的注塑过程为:第一段位置为90-120mm,注射压力为90-110MPa,注射速度为90-110mm/s;第二段位置为60-80mm,注射压力为90-110MPa,注射速度为50-75mm/s;第三段位置为48-68mm,注射压力为60-80MPa,注射速度为30-50mm/s;所述料筒的温度分为五段,第一段温度为233-237℃,第二段温度为238-242℃,第三段温度为238-242℃,第四段温度为243-247℃,第五段温度为198-202℃;和/或
所述下壳体的注塑过程为:第一段位置为110-130mm,注射压力为90-110MPa,注射速度为75-95mm/s;第二段位置为60-80mm,注射压力为90-110MPa,注射速度为40-60mm/s;第三段位置为48-68mm,注射压力为60-80MPa,注射速度为30-50mm/s;所述料筒的温度分为五段,第一段温度为233-237℃,第二段温度为238-242℃,第三段温度为238-242℃,第四段温度为243-247℃,第五段温度为198-202℃。
8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法,其特征在于,所述壳体包括上壳体、中壳体和下壳体,所述上壳体和/或中壳体和/或下壳体的热熔深度为1.8-2.2mm,热熔时间为20-30s,热熔温度为270-290℃;
合模深度为2.5-3.5mm,固化时间为37-43s。
9.一种由权利要求1-4任一项所述的复合材料或权利要求5-8任一项所述的制备方法制得的集成式油箱和尿素箱总成,其特征在于,其包括壳体,所述壳体包括上壳体、中壳体和下壳体,所述上壳体、中壳体和下壳体分别焊接后,形成包括燃油腔的腔体。
10.根据权利要求9所述的集成式油箱和尿素箱总成,其特征在于,其包括油箱和尿素箱,所述尿素箱内的尿素传感器采用电磁加热方式加热。
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