CN1568411A - 具有铝隔离层的低渗透尼龙管 - Google Patents

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Abstract

提供一种燃料蒸汽渗透得到改进的燃料输送管道和制造该燃料输送管道的方法，所述燃料输送管道包括：内部导热尼龙管状结构(12，22)、在该尼龙内部管状层的外表面上的铝隔离层(14，24)，和在该铝层外表面上的非导热的尼龙层(16，26)。

Description

具有铝隔离层的低渗透尼龙管
技术领域
本发明涉及管道领域，和特别地涉及汽车燃料和蒸汽输送管道领域，这些管道对这种燃料和蒸汽具有降低的渗透率。更特别地，本发明涉及多层尼龙燃料运输管道，它在内部导热(conductive)尼龙管道和外部的非导热尼龙管道之间具有薄的铝隔离层，和涉及这种燃料运输管道的用途，以降低从机动车向大气释放的燃料蒸汽量。
背景技术
对汽车和对燃料输送工业颁发的最新环境条例严格限制了可从机动车的燃料系统和从运输这些燃料所使用的燃料输送软管中渗透的燃料蒸汽量。例如，这些条例要求在该条例生效的状态下所有销售的新车必须通过指定为S.H.E.D TEST的机动车渗透试验，该试验测量在发动机不运行情况下机动车的排放，即燃料蒸汽。根据该条例，可允许每24小时最大2g蒸汽排放。这一排放是从燃料软管和燃料供应系统的任何其它部件中渗透的那些。
典型地，在过去，由天然或合成橡胶材料如丁二烯-丙烯腈橡胶等制造燃料输送软管。已使用氟弹性体作为软管的内壁表层和其它材料作为外层制造其它软管。这些软管对燃料蒸汽具有高的渗透率。生产对燃料蒸汽具有降低渗透率的燃料运输软管的尝试包括使用波纹聚酰胺和碳氟热塑性管道。然而，目前，认为这些结构对降低燃料蒸汽的渗透率仅仅在一定程度上有效，同时相对昂贵。
其它文献已尝试通过使用四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物或其它合适的弹性体作为管道的导热内部件，生产对燃料蒸汽具有降低渗透率的燃料软管。例如，在Sugimoto的美国专利Nos.4606952和Albino等的5430603中讨论了这种软管。但这种软管结构在成形中心轴(mandrel)或管脚(pin)的内径上倾向于收缩，从而引起令人讨厌且可察觉的缺陷，这一缺陷也可在软管内显示出变弱的区域。
许多现有技术的专利揭示了掺有一类或另一类金属层的挠性软管，以降低各种材料的渗透率。这些披露的内容例如在Fletcher的美国专利No.318458中出现，其中揭示了由天然橡胶制造且具有锡箔衬里的多层管状结构。其它现有技术的专利如Hane等的美国专利Nos.4559793、Campbell等的4758455、Davis的5182147、Yoshikawa等的5271977、Lindstrom的5360037和Spurgat的5398729已尝试类似的方法降低流体和/或气体透过各种管道的渗透率。典型地，通过用粘合剂在两侧上包覆金属条，制造这些现有技术的软管，所述粘合剂可以是例如由乙烯和具有反应性羧基的单体的共聚物制造的粘合剂。Little等的共同委托的美国专利No.6074717和Chiles等的美国专利No.4779673和5488975揭示了合成橡胶软管，用于在家庭和商业中在辐射热系统内的流体循环。Chiles的5488975揭示了具有氧气隔离层(它可以是铝)的挠性加热系统软管。Yoshikawa等的美国专利No.5476121教导了具有银或银合金隔离层的低渗透橡胶软管，其中通过用离子电镀或溅射湿镀或干镀形成所述隔离层。这些现有技术的参考文献无一教导了挠性燃料软管，所述挠性燃料软管具有被粘结到导热NBR内管和弹性体粘合层上的铝隔离层，所述隔离层可能充当覆盖层，其中硫化橡胶层以防止脱层。
选择在燃料软管(如燃料加油管和燃料加油弯管)的结构中使用的材料的正确组合变得愈加困难。因此，尤其在汽车和燃料输送工业中，迫切需要燃料软管，该燃料软管防止燃料和蒸汽的渗透，并在长时间内在应力下抗脱层，同时维持可接受水平的制造成本。
发明公开
本发明提供在燃料系统中使用的燃料管道，它被制造成防止燃料蒸汽渗透到环境中且防止在长时间应力下脱层。根据本发明，燃料软管具有夹在导热尼龙内部管状结构和外部非导热尼龙管状结构之间的铝层，其中所述外部非导热尼龙管状结构可以充当燃料软管的覆盖层。
尼龙是一族特征通常在于存在酰胺基，-CONH的聚酰胺的统称。并非所有尼龙是聚酰胺树脂，也并不是所有聚酰胺树脂是尼龙。典型地，在过去，通过缩合二羧酸和二胺来制备尼龙。例如，通过6-碳的二羧酸、己二酸和6-碳的二胺、己二胺的缩合反应制备尼龙66。通常通过癸二酸，一种10-碳二羧酸与己二胺的缩合反应制备尼龙610。分别通过聚合丁内酰胺、己内酰胺和9-氨基壬酸来获得其它尼龙如尼龙4、尼龙6和尼龙9。尼龙通常具有良好的电阻，但容易累积静电荷。
本发明可用的尼龙包括尼龙4、尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙9、尼龙11、尼龙12等。制造内部导热管状结构和外部非导热层所使用的尼龙可以相同或不同。优选在本发明中使用尼龙12制造内部导热管状结构和外部非导热层二者。制备内部导热管道所使用的尼龙将含有赋予尼龙导热性的试剂。典型地，导热试剂是炭黑，但可以是在工业中通常已知的任何导热剂或导热剂的混合物，以提供橡胶或塑料材料导热性。这种导热剂的实例包括元素碳、铜、银、金、镍和这些金属的合金。优选导热剂是元素碳，在本领域中它通常被称为炭黑。
由橡胶或热塑性材料如尼龙、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、丁苯橡胶、丁腈橡胶、丁腈-聚氯乙烯、EPDM、氯丁橡胶、乙烯基乙烯-丙烯酸橡胶、丙烯酸橡胶、表氯醇橡胶、表氯醇与环氧乙烷的共聚物、聚氯丁二烯橡胶、聚氯乙烯、乙烯-丙烯共聚物、超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、氯丁橡胶及其共混物制造外部非导热的热塑性层。优选由尼龙，和最优选由尼龙12形成外部非导热的热塑性层。
除了导热尼龙内部管道、铝层和非导热的尼龙外部管道之外，本发明的软管还可含有在内部导热的尼龙管状结构和铝隔离层之间的第一粘结(tie)层，以及在铝隔离层和外部非导热层之间的第二粘结层。这些粘结层典型地是本领域已知的任何粘结层，它将粘结到尼龙导热层上和将形成非导热层所使用的尼龙或其它材料粘结到铝隔离层上。可要求或至少希望粘结层防止内部尼龙层和外部尼龙或热塑性层从铝隔离层中脱层。
附图的简要说明
可根据优选实施方案的详细说明连同权利要求和附图，看出本发明的特征及其技术优点，其中：
图1是包括夹在导热的尼龙内部管道和非导热的尼龙外部管道之间的铝层的本发明的透视图；
图2是图1所示的燃料管道的端视图；
图3是本发明另一实施方案的透视图；
图4是图3所示的燃料管道的端视图；
图5是本发明再一实施方案的透视图；
图6是图5所示的燃料管道的端视图；
图7是本发明又一实施方案的透视图；
图8是图7所示的燃料管道的端视图。
根据本发明，提供燃料输送管道，它不仅满足目前的低渗透率标准，而且在长期使用过程中显示出提高的抗脱层性。图1和2示出了根据本发明制造的燃料软管，其中燃料管道10具有包括导热尼龙的内部管状结构12，环绕导热尼龙管12的最外表面的铝隔离层14，和与铝隔离层14的最外表面相邻且环绕它的非导热尼龙外部管状结构16。
已发现，本发明的软管由于独特的组合和管状结构导致显著降低燃料蒸汽的渗透以及提供延长的管道寿命，其中铝层14夹在由导热尼龙制造的内部管状结构12和由非导热尼龙制造的外部管状结构16之间。内部导热尼龙管状结构12可具有0.2-2mm的壁厚。优选内部导热尼龙管状结构12的壁厚为约0.2-1.5mm，和最优选约0.5-1.25mm。内部导热尼龙管状结构12的尼龙组分认为不是关键的，和同时可在本发明中使用其它尼龙，优选尼龙12。
典型地，在形成内部管状结构12之前，通过引入导热剂到尼龙材料内使得内部导热尼龙管道12导热。导热剂18可以是本领域已知的任何导热剂，如元素碳、铜、银、金、镍和这些金属的合金或将提供内部尼龙管道12必需的导热特征的导热剂的任何组合。在本发明的优选方面中，导热剂18是元素碳，在本领域中通常称为炭黑。在尼龙材料内，制造内部尼龙管道12所使用的导热剂18的用量应当足以提供有效的导热性，但不过量，过量将倾向于使尼龙难以加工，和范围可以最多约20％重量；然而，导热剂18的最有效量可随所使用的特定导热剂18的变化而变化。在本发明的特定方面中，已发现，在进行本发明中，用量为约2-20％重量的炭黑特别有用。
典型地，铝隔离层14是厚度为0.02-1.5mm，和优选约0.02-1mm的铝的薄层。在本发明的优选方面中，用铝箔层14缠绕内部尼龙管状结构12。这可通过螺旋缠绕或通过张紧的径向卷曲来实现。或者，可在内部尼龙管状结构12的外表面周围通过电解设置来设置铝的薄层14。
根据本发明，用非导热的尼龙管道16包覆铝隔离层14的外表面。形成非导热尼龙管道16所使用的尼龙材料可以是与形成导热尼龙管道12所使用的相同的尼龙材料，或者它可以是不同的尼龙。典型地，非导热的尼龙管道16将具有约0.25-1.5mm的厚度。优选非导热尼龙管道16的壁厚为约0.4-0.8mm。
图3和4示出了本发明的另一实施方案，其中软管20包括内部导热尼龙管道22、铝隔离层24、在内部导热尼龙层22与铝隔离层24之间的第一粘结层23、外部非导热尼龙管道26，和在铝隔离层24与外部非导热尼龙层26之间的第二粘结层25。正如在第一个实施方案中一样，第二实施方案的内部导热尼龙管道同样含有导热剂18，所述导热剂18优选炭黑。第二实施方案的管状元件和铝隔离层的壁厚与第一实施方案的管状元件和铝隔离层的厚度基本上相同。
图5-8示出了本发明的另一方面，其中第一实施方案和第二实施方案二者的管道也可包括与管道10的非导热的尼龙管状结构16或26相邻或环绕它的外部覆盖层28，由橡胶或热塑性材料如尼龙、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、丁苯橡胶、丁腈橡胶、丁腈-聚氯乙烯、EPDM、氯丁橡胶、乙烯基乙烯-丙烯酸橡胶、丙烯酸橡胶、表氯醇橡胶、表氯醇与环氧乙烷的共聚物、聚氯丁二烯橡胶、聚氯乙烯、乙烯-丙烯共聚物、超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、氯丁橡胶及其共混物形成覆盖层28。优选由氯化聚乙烯(CPE)形成覆盖层。选择作为外部覆盖层的特定材料应当根据预计软管将要遇到的环境条件来选择。典型地，对于覆盖层，约0.25-1.25mm的厚度是足够的。
本发明所使用的特定粘结层可以是本领域通常已知的任何粘合剂粘结层，和它将粘结到尼龙管道和铝层上。已发现，例如，酸酐-改性的线性低密度聚乙烯(如以名称Bynel获自Du Pont或以名称Admer获自Mitsui的那些)对于本发明的材料来说是有效的。
在内部导热尼龙管道和铝隔离层之间所使用的粘合剂粘结层可以不同于在其它非导热尼龙管道和铝隔离层之间所使用的粘合剂。一些粘合剂粘结层对烃燃料而言比对其它粘合剂显示出更好的稳定性，和一些粘合剂比其它粘合剂具有更好的粘结性能。因此，可希望使用在内部导热层和铝隔离层之间具有良好烃燃料稳定性的粘合剂粘结层，即使其它粘合剂粘结层可能会更好地粘结到尼龙和铝上，另一方面，人们可选择具有更好粘结特征和对烃燃料具有较低稳定性的粘合剂粘结层，将外部非导热尼龙粘结到铝层上，因为该粘合剂将位于铝隔离层的相反侧，因此将不会遭受烃燃料蒸汽。
本发明第一实施方案生产燃料输送软管的方法包括以下步骤：
形成第一非导热尼龙管道；
围绕尼龙管状结构的外表面缠绕铝箔薄层；和
围绕铝隔离层形成外部非导热管道。
典型地，通过本领域已知的挤出技术形成内部导热尼龙管道和外部非导热尼龙管道。通过螺旋缠绕或通过张紧的径向卷曲或通过可围绕尼龙管状结构施涂铝箔的任何方法来实现在内部导热管道上施涂铝隔离层。施涂铝层或尼龙管状结构的另一方法是通过电解设置。
可通过本领域已知的挤出技术，围绕铝涂布的尼龙管状结构来施涂非导热尼龙层。
可以按照本领域已知的用量和方法使用其它添加剂如抗氧剂、加工助剂等。
已详细地并通过参考其优选实施方案描述了本发明，对于本领域的技术人员来说，显而易见的是，各种改性和变化是可能的，而没有背离所附权利要求所定义的本发明范围。
因此，本发明当然无论如何不限制到说明书和附图的具体公开内容，但包括在所附权利要求的范围内定义的任何改性。

Claims (11)

1.一种燃料蒸汽渗透性得到改进的燃料输送管道，其特征在于：
具有内表面和外表面的内部导热尼龙管状结构(12，22)；
具有内表面和外表面且设置在所述内部尼龙管状结构(12，22)外表面上的铝隔离层(14，24)；和
具有内表面和外表面且设置在所述铝层(14，24)外表面上的非导热的热塑性管状结构(16，26)。
2.权利要求1的管道，其特征在于所述内部导热尼龙管状结构(12，22)的厚度可以是约0.2-2mm，例如约0.2-1.5mm，所述铝隔离层(14，24)的厚度可以是约0.02-1.5mm，和所述非导热的热塑性管状结构(16，26)的壁厚可以是约0.25-1.5mm。
3.权利要求1的管道，其特征在于由尼龙4、尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙9、尼龙11或尼龙12，特别地尼龙12形成所述内部导热尼龙管状结构(12，22)。
4.权利要求1的管道，其特征在于所述内部导热尼龙管状结构(12，22)含有导热剂，如(a)炭黑或(b)选自铜、银、金、镍及其合金中的金属，其存在量可以是约2-20重量份。
5.权利要求1的管道，其特征在于通过螺旋缠绕或通过张紧的径向卷曲将所述铝隔离层(14，24)施涂到所述内部导热尼龙管状结构(12，22)的所述外表面上。
6.权利要求1的管道，其特征在于由尼龙、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、丁苯橡胶、丁腈橡胶、丁腈-聚氯乙烯、EPDM、氯丁橡胶、乙烯基乙烯-丙烯酸橡胶、丙烯酸橡胶、表氯醇橡胶、表氯醇与环氧乙烷的共聚物、聚氯丁二烯橡胶、聚氯乙烯、乙烯-丙烯共聚物、超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、氯丁橡胶及其共混物，特别地由尼龙4、尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙9、尼龙11或尼龙12，和更特别地尼龙12制造所述非导热的热塑性管状结构。
7.权利要求1的管道，其特征进一步在于在所述内部导热尼龙管状结构(12，22)的外表面与所述铝隔离层(14，24)的内表面之间设置的粘结层(23，25)，如酸酐改性的线性低密度聚乙烯的粘结层，和/或在所述铝隔离层(14，24)的外表面与所述非导热的热塑性管状结构(16，26)的内表面之间设置的粘结层(23，25)，如酸酐改性的线性低密度聚乙烯的粘结层。
8.权利要求1的管道，其特征进一步在于围绕所述管道的保护覆盖层(28)，所述保护覆盖层包括：尼龙、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、丁苯橡胶、丁腈橡胶、丁腈-聚氯乙烯、EPDM、氯丁橡胶、乙烯基乙烯-丙烯酸橡胶、丙烯酸橡胶、表氯醇橡胶、表氯醇与环氧乙烷的共聚物、聚氯丁二烯橡胶、聚氯乙烯、乙烯-丙烯共聚物、超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、氯丁橡胶及其共混物。
9.一种制造燃料蒸汽渗透性得到改进的挠性燃料输送管道的方法，所述方法的特征在于以下步骤：
提供具有导热内表面和外表面的内部导热尼龙管状结构(12，22)；
在所述内部尼龙管状结构外表面上施涂铝隔离层(14，24)，所述铝隔离层具有内表面和外表面；和
在所述铝层的外表面上施涂非导热的热塑性层(16，26)。
10.权利要求9的方法，其特征在于通过向其中添加导热剂，如炭黑使所述内部导热尼龙管状结构(12，22)导热。
11.权利要求9的方法，其特征进一步在于围绕所述管道施涂保护覆盖层(28)的步骤，所述保护覆盖层如厚度为约0.25-1.25mm的保护覆盖层，且由氯化聚乙烯(CPE)、尼龙、丁腈-PVC、EPDM、氯丁橡胶、氯丁基橡胶、丁苯橡胶(SBR)、丁腈橡胶、氯磺化聚乙烯、乙烯基乙烯-丙烯酸橡胶、丙烯酸橡胶、表氯醇橡胶、表氯醇与环氧乙烷的共聚物、聚氯丁二烯橡胶、聚氯乙烯(PVC)、乙烯-丙烯共聚物、高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯及其共混物。
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