DE102005060246A1

DE102005060246A1 - Kunststoff-Tank

Info

Publication number: DE102005060246A1
Application number: DE200510060246
Authority: DE
Inventors: Eberhard Flammer
Original assignee: Elkamet Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: Elkamet Kunststofftechnik GmbH
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2007-06-21

Abstract

Ein metallisierter Kunststofftank besteht aus einem bei tiefen Temperaturen schlagzähen Material, vorzugsweise aus vernetztem Polyethylen (d. h. XPE), und ist mit einer metallischen Zweifach- oder Mehrfach-Beschichtung versehen, die am Tank innen und außen oder nur innen oder nur außen und/oder zwischen zwei Kunststoffschichten vorhanden ist. Die Metallbeschichtung wird bevorzugt durch Lichtbogen-Abscheidung aufgebracht, wobei z. B. Aluminium, Kupfer, Silber, Zinn, Zink, Chrom, Nickel o. dgl. auf dem Kunststoffkörper physikalisch (durch PVD) oder chemisch (durch CVD) niedergeschlagen wird, vorzugsweise mit einer Schichtdicke im Bereich von 0,1 mum bis 3,0 mum. Die aufgebrachte Beschichtung ist mit dem Kunststoffkörper innig verbunden, der insbesondere aus plasmabehandeltem XPE-Pulver durch Rotationsschmelzen, Blasformen o. dgl. hergestellt sein kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kunststoff-Tank gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Speziell für Fahrzeuge sind Kunststofftanks üblich, die zum Befördern von Kraftstoff dienen und entsprechend beständig sein müssen. Staatliche Auflagen verlangen, daß Probleme durch elektrostatische Aufladung vermieden werden. Außerdem muß man verhindern, daß Kraftstoffmengen durch den Kunststoff nach außen diffundieren.

In DE 2 236 564 A1 sind aus Niederdruck-Polyolefinen wie Polyethylen, Polypropylen oder Copolymerisaten gefertigte Kraftstoffbehälter beschrieben, die außen und/oder innen z.B. mit Verbundfolien beschichtet sind, welche als Diffusionssperre wirken und eine elektrisch leitende Oberfläche aufweisen. Laut DE 34 36 709 wurde vorgesehen, vorzugsweise auf die innere Oberfläche eines Kunststoffkörpers eine dünne Metallschicht aufzubringen, wobei als Metall neben Aluminium und Zink eine Blei-Zinn-Legierung 50/50 und eine Kupfer-Zinn-Legierung 53/47 als besonders geeignet angesehen wurden. Speziell um vorgegebene Permeations-Grenzwerte einzuhalten, wurde in DE 100 14 240 A1 vorgeschlagen, Kunststoffbehälter durch Metallisieren im Hochvakuum mit einer Innenbeschichtung von 0,1 μm bis 1,0 μm Dicke zu versehen, die gegenüber den Kraftstoff-Bestandteilen eine Sperrwirkung ausübt. Für die Beschichtung wurden außer Eisenmetallen Aluminium, Kupfer, Nickel oder deren Legierungen in Betracht gezogen.

Gemäß DE 100 53 050 A1 kann man Kraftstofftanks in Teil- oder Vollschalenbauweise mittels Formhälften erzeugen, von denen man zumindest eine vor dem Einspritzen von Kunststoffmasse in den Formraum mit einer Diffusionssperrschicht versieht, die sich anschließend mit dem Kunststoff verbindet. Dieser ist bevorzugt mit Metallocen-Katalysatoren hergestelltes Polyethylen (PE-Me), alternativ auch Kunststoff mit metallisierter Folie.

Ein antistatischer Behälter laut DE 602 01 125 T2 ist als Kunststofftank aus hochdichtem Polyethylen (HDPE) ausgebildet und an der Außenfläche durch eine Plasmabehandlung modifiziert, um gute Haftung einer Metallbeschichtung zu erzielen. Letztere erfolgt mit einer Hochvakuum-Bedampfung (durch PVD = physical vapour deposition). Die aufgebrachte Schicht hat vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,1 μm; sie besteht namentlich aus Aluminium, Silber, Chrom oder einer Legierung, z.B. Edelstahl.

Die bekannten Behälter bestehen aus unterschiedlichen Materialien, deren Eigenschaften verschärften Anforderungen an die mechanische Festigkeit – insbesondere auch bei höheren und tiefen Temperaturen – nur bedingt genügen. Auch gewährleisten die konventionellen Metallisierungen nur teilweise eine zuverlässige Diffusions-Sperre und die notwendige elektrische Sicherheit.

Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik mit möglichst wirtschaftlichen Mitteln zu überwinden. Insbesondere soll ein Kunststoff-Tank von einfachem Aufbau geschaffen werden, der dauerhaft weder störend elektrostatisch aufladbar ist noch eine nennenswerte Kraftstoff-Permeation zuläßt.

Hauptmerkmale der Erfindung sind in Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 9.

Die Erfindung sieht einen durch Rotationsschmelzen, Blasformen o.dgl. hergestellten Kunststofftank vor, der insbesondere aus vernetztem Polyethylen (d.h. XPE) besteht und mit einer metallischen Zweifach- oder Mehrfach-Beschichtung versehen ist, die innen und außen oder auch nur auf einer Behälteroberfläche angebracht sein kann. Auch zwischen zwei Kunststoffschichten kann wenigstens eine metallische, bevorzugt durch Lichtbogen-Abscheidung aufgebrachte Metallschicht von jeweils z.B. 0,1 μm bis 3 μm Dicke vorhanden sein. Dabei wird das Metall – etwa Aluminium oder Kupfer – bei höheren Temperaturen, typisch zwischen 400°C und 1000°C, von einer Kathode unter elektrischer Spannung abgetragen und in gasförmigen Zustand versetzt, aus dem es sich auf dem Kunststoffkörper physikalisch (durch PVD = physical vapour deposition) oder chemisch (durch CVD = chemical vapour deposition) niederschlägt. Die solcherart aufgebrachte Beschichtung kann rauh oder glatt sein; sie haftet sehr gut und hat vorzügliche Barriere-Eigenschaft. Überaus vorteilhaft ist die beachtlich hohe Festigkeit des Tanks gegen Erschütterungen und Druck-Wechselbeanspruchungen.
Die Erfindung geht auch über die frühere Technik hinaus, rotationsgeformte Tanks mit ein- oder mehrschichtigem Aufbau aus Polyethylen (PE) oder Polyamid (PA) zu fertigen. PE genügt den Permeationsanforderungen allgemein nicht; diese werden zwar von Polyamid erfüllt, doch mangelt es diesem Werkstoff an der ebenfalls notwendigen Tieftemperatur-Schlagfestigkeit. Versuche eines Aufbaues aus zwei Schichten, nämlich einer äußeren aus PE und einer inneren aus PA, erbrachten zum Teil unbefriedigende Ergebnisse, weil die an sich guten Kälteschlageigenschaften einer äußeren Polyethylen-Schicht durch die Polyamid-Barriereschicht beeinträchtigt werden können.
Diese Nachteile treten bei den erfindungsgemäßen Tanks aus vernetztem Polyethylen mit metallischer Zweifach- oder Mehrfach-Beschichtung nicht auf. Das Polyethylen-Basismaterial (XPE) kann chemisch vernetzt oder strahlenvernetzt sein, so daß es eine ähnlich hohe Steifigkeit wie Duroplaste besitzt. Mit besonderem Vorteil stellt man die Tanks aus plasmabehandeltem XPE-Pulver im Rotationsschmelzverfahren her, so daß eine feste, innige Verbindung mit der anschließend aufgebrachten Metallisierung schon am Ausgangs-Formkörper vorbereitet ist. Die bevorzugt im Lichtbogen-Verfahren aufgebrachte Metallbeschichtung haftet außerordentlich gut auf dem Kunststoff, ohne daß störende Dampf- bzw. Luftpolster oder sonstige Trennschichten vorhanden wären.
Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Als Basiskunststoff kommt bei ausreichender Kälte-Schlagzähigkeit auch Polypropylen (PP) oder Metallocen-Polyethylen in Betracht. Für das Metall eignen sich neben Eisenmetallen, Zink, Nickel, Chrom u.dgl. vor allem hochleitfähige Werkstoffe wie Aluminium, Kupfer und Silber, ferner Legierungen, z.B. Blei-Zinn- oder Kupfer-Zinn-Legierungen.
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Claims

Kraftstoffbehälter, insbesondere durch Rotationsschmelzen, Blasformen o.dgl. hergestellter Kunststofftank, der aus einem bei tiefen Temperaturen schlagzähen Material besteht, vorzugsweise aus vernetztem Polyethylen (d.h. XPE), und mit einer metallischen Zweifach- oder Mehrfach-Beschichtung versehen ist.
Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Beschichtung am Tank innen und außen vorhanden ist.
Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Beschichtung am Tank nur außen vorhanden ist.
Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Beschichtung am Tank nur innen vorhanden ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Kunststoffschichten wenigstens eine metallische Schicht aufgebracht ist, bevorzugt mit einer Schichtdicke im Bereich von 0,1 μm bis 3,0 μm.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Bechichtung durch Lichtbogen-Abscheidung aufgebracht ist.
Behälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall – z.B. Aluminium oder Kupfer – auf dem Kunststoffkörper physikalisch (durch PVD = physical vapour deposition) oder chemisch (durch CVD = chemical vapour deposition) niedergeschlagen ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte Beschichtung mit dem Kunststoffkörper derart innig verbunden ist, daß sie zuzüglich zu ihrer Barriere-Eigenschaft die Elastizität des Kunststoffbehälters steigert.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung Eisenmetalle, Zink, Nickel, Chrom, Aluminium, Kupfer, Silber und/oder Legierungen aufweist, z.B. Blei-Zinn- oder Kupfer-Zinn-Legierungen.