DE102018251759A1

DE102018251759A1 - Mehrschichtverbund sowie Fluidleitung

Info

Publication number: DE102018251759A1
Application number: DE102018251759.2A
Authority: DE
Inventors: Dirk Kramer; Thomas May
Original assignee: AFT Automotive GmbH
Current assignee: AFT Automotive GmbH
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2020-07-02
Anticipated expiration: 2038-12-29
Also published as: WO2020136030A1; DE102018251759B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mehrschichtverbund, insbesondere für eine Fluidleitung (1). Dieser zeichnet sich durch eine erste Schicht (5) aus einem Fluorpolymer, eine unmittelbar auf die erste Schicht (5) folgende zweite Schicht (6) aus einem Polyamid sowie wenigstens eine dritte Schicht (7) aus, wobei sowohl die erste Schicht (5) als auch die zweite Schicht (6) elektrostatisch leitend modifiziert sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Fluidleitung (1) aus einem Mehrschichtverbund.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrschichtverbund, insbesondere für eine Fluidleitung, sowie eine entsprechende Fluidleitung aus einem Mehrschichtverbund.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift EP 1 162 061 A1 bekannt. Diese betrifft einen thermoplastischen Mehrschichtverbund, insbesondere in Form eines Mehrschichtschlauchs, eines Mehrschichtrohrs oder eines Mehrschichtbehälters, enthaltend mindestens eine Zwischenschicht aus einer Formmasse auf Basis von Ethylen-Vinylalkohol-Copolymeren zwischen Schichten aus Formmassen auf Basis von Polyamid, wobei die Zwischenschicht über mindestens eine haftvermittelnde Schicht aus einer Formmasse auf Basis von Polyamid, ausgewählt aus der Gruppe Copolyamid 6/12, Block-Copolyamid 6/12, Polyamid 612, Polyamid 610, Mischung aus Polyamid 6 und Polyamid 12 mit Verträglichkeitsvermittler, Mischung aus Polyamid 6 und Polyamid 11 mit Verträglichkeitsvermittler, mit mindestens einer Nebenschicht aus einer Formmasse auf Basis von Polyamid 12, Polyamid 11, Polyamid 10/10, Polyamid 10/12 oder Polyamid 12/12 verbunden ist.
Weiterhin zeigt die Druckschrift WO 2006/040206 A1 einen Mehrschichtverbund, der folgende Schichten enthält: Eine innere Schicht, ausgewählt aus einer Fluorpolymerformmasse und einer Polyolefin-Formmasse; eine Haftvermittlerschicht, die folgende Zusammensetzung aufweist: a) 0 bis 80 Gewichtsanteile eines Polyamin-Polyamid-Pfropfcopolymers, b) 0 bis 100 Gewichtsanteile Polyamid, c) 0 bis 85 Gewichtsanteile eines Polymeren, ausgewählt aus Fluorpolymeren und Polyolefinen, wobei die Summe der Gewichtsanteile von a), b) und c) 100 ergibt, und wobei zusätzlich in der Summe der Komponenten a) und b) mindestens 20 Gewichtsanteile aus Monomereinheiten bestehen, die sich von Caprolactam und/oder der Kombination Hexamethylendiamin/Adipinsäure, Hexamethylendiamin/Korksäure, Hexamethylendiamin/Sebacinsäure, Hexamethylendiamin/Dodecandisäure, Hexamethylendiamin/Isophthalsäure oder Hexamethylendiamin/Terephthalsäure herleiten; d) maximal 50 Gewichtsanteile Zusatzstoffe, ausgewählt aus schlag zähmachendem Kautschuk und/oder üblichen Hilfs- beziehungsweise Zuschlagsstoffen; eine Schicht aus einer EVOH-Formmasse.
Aus der Druckschrift WO 2007/019921 ist zudem ein Hohlkörper bekannt, umfassend eine Innenschicht und eine Außenschicht, jeweils aus einem thermoplastischen Material, und zwei Sperrschichten, vorgesehen zwischen der Innenschicht und der Außenschicht. Die beiden Sperrschichten sollen direkt miteinander verbunden sein.
Schließlich zeigt die Druckschrift EP 3 069 876 A1 einen Mehrschichtverbund, der folgende Schichten enthält: Eine erste Schicht aus einer Formmasse, die zu mindestens 40 Gew.-% ein aliphatisches Polyamid enthält sowie eine zweite Schicht aus einer Formmasse, die zu mindestens 60 % folgende Komponenten enthält: 60 bis 100 Gewichtsteile eines teilaromatischen Copolyamids, das aus Monomereinheiten besteht, die sich herleiten von 30 bis 90 Mol.-% einer Kombination von Hexamethylendiamin und Terephthalsäure sowie 70 bis 10 Mol.-% einer Kombination von Hexamethylendiamin und einer linearen aliphatischen Dicarbonsäure mit 8 bis 19 C-Atomen und 40 bis 0 Gewichtsteile eines olephinischen Copolymers als Schlagzähmodifier, wobei die Summe der Gewichtsteile des teilaromatischen Copolyamids und der Kombination von Hexamethylendiamin und Terephthalsäure 100 ergibt. Ein solcher Mehrschichtverbund soll eine hohe Wärmeformbeständigkeit, eine sehr gute Schlagfestigkeit, eine hohe Reißdehnung sowie eine gute Schichtanhaftung aufweisen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Mehrschichtverbund vorzuschlagen, welcher gegenüber bekannten Mehrschichtverbünden Vorteile aufweist, insbesondere günstig herstellbar und zudem äußerst beständig ist, wobei gleichzeitig eine hervorragende elektrostatische Leitfähigkeit sichergestellt ist.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Mehrschichtverbund mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dieser zeichnet sich durch eine erste Schicht aus einem Fluorpolymer, eine unmittelbar auf die erste Schicht folgende zweite Schicht aus einem Polyamid sowie wenigstens eine dritte Schicht aus, wobei sowohl die erste Schicht als auch die zweite Schicht elektrostatisch leitend modifiziert sind.
Der Mehrschichtverbund, welcher besonders bevorzugt zum Herstellen beziehungsweise Ausbilden der Fluidleitung dient, verfügt insoweit über wenigstens drei Schichten, verfügt insoweit über wenigstens drei Schichten, nämlich die erste Schicht, die zweite Schicht und die dritte Schicht. Die genannten Schichten folgen jeweils unmittelbar aufeinander, sodass also die zweite Schicht unmittelbar an der ersten Schicht und die dritte Schicht unmittelbar an der zweiten Schicht anliegen. In anderen Worten ist die zweite Schicht zwischen der ersten Schicht und der dritten Schicht angeordnet und liegt einerseits an der ersten Schicht und andererseits an der dritten Schicht an. Vorzugsweise ist die erste Schicht und/oder die zweite Schicht und/oder die dritte Schicht jeweils für sich genommen materialeinheitlich ausgestaltet, sodass die jeweilige Schicht vollständig und durchgehend aus dem jeweils bezeichneten Material besteht.
Die erste Schicht besteht zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig, aus dem Fluorpolymer. Unter dem Fluorpolymer ist ein fluoriertes Polymer zu verstehen. Es zeichnet sich durch eine hohe Beständigkeit gegenüber Chemikalien und hohen Temperaturen, in anderen Worten also durch eine hohe Chemikalienbeständigkeit und/oder hohe Temperaturbeständigkeit aus. Das Fluorpolymer kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein. Beispielsweise liegt es in Form von Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE), Polytetrafluorethylen (PTFE), Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer (FEP), Polychlortrifluorethylen (PCTFE) oder Ethylen-Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen (EFEP) vor.
Die zweite Schicht besteht aus dem Polyamid, also einem linearen Polymer. Das Polyamid kann beispielsweise als aliphatisches Polyamid, teilaromatisches Polyamid oder als aromatisches Polyamid vorliegen. Zusätzlich oder alternativ kann es teilkristallin oder amorph sein. Als Beispiel für das Polyamid seien PA6, PA612, PA6/66 oder PA616 genannt. Die zweite Schicht kann aus einem teilaromatischen Polyamid bestehen. Hierunter ist vorzugsweise ein teilweise kristallines aromatisches Polyamid zu verstehen, welches auch als Polyphthalamid (PPA) bezeichnet werden kann. Das teilaromatische Polyamid kann zur Verbesserung seiner mechanischen Festigkeit verstärkt sein und hierzu einen Zusatzstoff oder eine Faserverstärkung aufweisen. Als Zusatzstoff kommt beispielsweise gemahlenes Glas beziehungsweise gemahlenes Siliziumdioxid zum Einsatz. Die Faserverstärkung liegt beispielsweise in Form einer Glasfaserverstärkung, einer Kohlenstofffaserverstärkung oder einer Aramidfaserverstärkung vor. Die zweite Schicht beziehungsweise das Polyamid kann jedoch auch verstärkungsfrei ausgestaltet sein.
Die Vielfalt an verfügbaren Polyamiden ist enorm. Zahlreiche Werkstoffmodifikationen bezüglich Stabilisierung, Elastizität, Haftungsmodifikation und dergleichen sind verfügbar. Mittels einer geeigneten Modifizierung beziehungsweise Additivierung lässt sich die Schichthaftung des Polyamids zu dem Fluorpolymer und/oder dem Material der dritten Schicht verbessern. Somit stellt das Polyamid der zweiten Schicht quasi einen elektrisch leitfähigen Haftvermittler dar, welcher für eine hervorragende Verbindung der ersten Schicht mit der dritten Schicht dient. Das Polyamid ist zudem preisgünstig. Auch seine mechanischen Eigenschaften sind gut modifizierbar. Die Elastizität des Polyamids wird vorzugsweise abgestimmt, um zum Beispiel einer Kriechneigung der ersten Schicht bei eingeschlagenen Konnektoren zu begrenzen. Das Polyamid ist vorzugsweise oligomerfrei ausgeführt, um Auswaschungen durch die Fluorpolymer-Barriere zu vermeiden. Zudem ist weiter bevorzugt das Polymer hitzestabilisiert ausgeführt, beispielsweise durch Zusatz eines kupferbasierten Hitzestabilisators. Es ist grundsätzlich gut thermoverfügbar. Die Schichtstärke der zweiten Schicht ergibt sich beispielsweise aus der erforderlichen radialen Elastizität eines Verbunds aus der ersten Schicht und der zweiten Schicht, insbesondere für eingeschlagene Konnektoren, sowie aus der notwendigen Leitfähigkeit des Mehrschichtverbunds, die mithilfe der ersten Schicht und der zweiten Schicht realisiert ist.
Die dritte Schicht weist vorzugsweise ebenfalls Polyamid und/oder ein Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer auf oder besteht aus diesem. Als Beispiele für das Polyamid der dritten Schicht seien PA6, PA612, PA6/66, PA616 oder PPA genannt. Das Polyamid kann ein aliphatisches Polyamid, ein teilaromatisches Polyamid oder ein aromatisches Polyamid sein. Zusätzlich oder alternativ ist das Polyamid der dritten Schicht teilkristallin oder amorph. Das aliphatische Polyamid kann ein Monomer aufweisen, das sich von aliphatischen Grundkörpern ableitet, beispielsweise aus einem Laktam, insbesondere einem Epsilon-Caprolactam, oder aus Hexamethylendiamin und Adipinsäure. Zusätzlich oder alternativ zu dem Polyamid weist die dritte Schicht das Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer auf oder besteht aus diesem. Unter dem Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (auch abgekürzt als EVAL oder EVOH bezeichnet) ist ein Copolymer zu verstehen, das formal aus den Monomeren Ethylen und Vinylalkohol aufgebaut ist. Das Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer ist ein preiswerter Sperrschichtwerkstoff mit guter Sperrwirkung gegenüber flüchtigen organischen Verbindungen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Mehrschichtverbund ausschließlich aus den drei genannten Schichten besteht, sodass die erste und die dritte Schicht jeweils als Außenschicht vorliegen beziehungsweise im Falle der Fluidleitung die erste Schicht als Innenschicht und die dritte Schicht als Außenschicht vorliegt. Insbesondere in letztem Fall dient also die erste Schicht der Führung eines Fluids in der Fluidleitung, wobei die hervorragende Beständigkeit des Fluorpolymers genutzt wird.
Der beschriebene Mehrschichtverbund, bestehend aus den drei Schichten, weist hervorragende Festigkeitseigenschaften sowie eine hohe Beständigkeit auf. Es kann jedoch vorgesehen sein, zusätzlich zu den bereits genannten drei Schichten wenigstens eine weitere Schicht dem Mehrschichtverbund zuzuschlagen. Bevorzugt stellt jedoch die erste Schicht stets die Außenschicht oder - im Falle der Fluidleitung - die Innenschicht dar. An die erste Schicht schließen sich stets die zweite Schicht und die dritte Schicht an, wobei die zweite Schicht unmittelbar an die erste Schicht und die dritte Schicht unmittelbar an die zweite Schicht angrenzt.
Ein beispielhafter Mehrschichtverbund aus der ersten Schicht, der zweiten Schicht und der dritten Schicht, welche vorzugsweise aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer besteht oder dieses zumindest aufweist, kann auch als Dreischicht-Sperrsystem bezeichnet werden, welches beständig gegenüber Permeation, Oligomerauswaschungen und Wasser ist. Der Mehrschichtverbund dient unabhängig von seiner Ausgestaltung bevorzugt der Herstellung der Fluidleitung. Er kann jedoch auch zur Ausbildung beliebiger anderer Hohlkörper herangezogen werden, beispielsweise eines Fluidbehälters oder dergleichen.
Insbesondere bei einer Verwendung des Mehrschichtverbunds beziehungsweise der Fluidleitung im Kraftfahrzeugbereich ist es notwendig, den Mehrschichtverbund beziehungsweise die Fluidleitung elektrostatisch leitend auszugestalten. Hierzu kann beispielsweise das Fluorpolymer der ersten Schicht zur Verbesserung der elektrostatischen Leitfähigkeit der ersten Schicht entsprechend modifiziert sein. Beispielsweise wird das Fluorpolymer hierzu mit Kohlenstoff angereichert. Die elektrostatische Leitfähigkeit dient der Realisierung eines Potentialausgleichs. Dies ist insbesondere im Falle der Fluidleitung von Bedeutung, falls diese für organische Verbindungen, insbesondere kohlenstoffhaltige Verbindungen, Verwendung findet. In diesem Fall ist eine Funkenbildung aufgrund eines zu hohen Potentialunterschieds zu vermeiden. Dies kann mittels einer entsprechenden Ausgestaltung der ersten Schicht erzielt werden. Hierzu wird das Fluorpolymer beispielsweise mit Kohlenstoff angereichert, sodass das Fluorpolymer beziehungsweise die erste Schicht die gewünschte Leitfähigkeit aufweist. Beispielsweise soll das Fluorpolymer derart mit Kohlenstoff angereichert sein, dass ein Flächenwiderstand von höchstens 10⁵ Ω/square, höchstens 5 × 10⁶ Ω/square oder höchstens 10⁶ Ω/square vorliegt. In letzterem Fall sind insbesondere die Vorschriften der Norm SAE J 2260 erfüllt.
Je stärker jedoch das Fluorpolymer leitfähig modifiziert wird, desto ungünstiger entwickeln sich seine Barriereeigenschaften. Zudem ist das elektrostatisch leitend modifizierte Fluidpolymer vergleichsweise teuer, sodass seine Materialmasse pro Flächeneinheit des Mehrschichtverbunds gering gehalten werden soll. Beispielsweise weist die erste Schicht eine Schichtstärke von höchstens 0,2 mm, höchstens 0,15 mm, höchstens 0,12 mm oder höchstens 0,1 mm auf. Diese geringe Schichtstärke kann bei einem Anschließen des Mehrschichtverbunds beziehungsweise der Fluidleitung zu Problemen führen, weil die geringe Schichtstärke zu einer geringen Kontaktfläche führt. Zudem ändert sich durch die elektrostatisch leitende Modifizierung der Schmelzpunkt des Fluorpolymers, sodass es bei einer Verschweißung des Mehrschichtverbunds nicht oder nicht intensiv genug an einer Verschweißung teilnimmt. Es wäre insoweit notwendig, das Fluorpolymer entweder relativ stark elektrostatisch leitend zu modifizieren, oder aber die Schichtstärke der ersten Schicht sehr groß zu wählen. Ersteres führt zu einer eingeschränkten Barrierewirkung der ersten Schicht, letzteres zu hohen Kosten des Mehrschichtverbunds.
Aus diesem Grund ist es vorgesehen, nicht nur die erste Schicht, sondern zusätzlich auch die zweite Schicht elektrostatisch leitend zu modifizieren. Weil die zweite Schicht aus einem Material besteht, welches deutlich kostengünstiger ist als das Fluorpolymer der ersten Schicht, kann die Schichtstärke der zweiten Schicht ohne weiteres vergleichsweise groß gewählt werden. Weil somit die elektrostatisch leitend modifizierte zweite Schicht eine vergleichsweise hohe Leitfähigkeit aufweist, muss die erste Schicht deutlich schwächer elektrostatisch leitend modifiziert werden, als bei anderen Ausgestaltungen, bei welcher lediglich die erste Schicht elektrostatisch leitend modifiziert ist. Insoweit ist beispielsweise die erste Schicht beziehungsweise das Fluorpolymer der ersten Schicht derart modifiziert, dass es einen Flächenwiderstand von höchstens 10⁶ Ω/square, höchstens 5 × 10⁶ Ω/square, höchstens 2,5 × 10⁶ Ω/square oder höchstens 10⁵ Ω/square aufweist. Durch die elektrostatisch leitende Modifizierung sowohl der ersten Schicht als auch der zweiten Schicht beziehungsweise der entsprechenden Materialien lässt sich trotz hoher Beständigkeit und guter Leitfähigkeit eine kostengünstige Herstellung sicherstellen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die zweite Schicht eine höhere Leitfähigkeit aufweist als die erste Schicht. Das bedeutet beispielsweise, dass das Material der ersten Schicht eine niedrigere Leitfähigkeit beziehungsweise einen niedrigeren Flächenwiderstand aufweist als das Material der zweiten Schicht. Zusätzlich oder alternativ kann die höhere Leitfähigkeit der zweiten Schicht jedoch auch durch eine Schichtstärke erzielt werden, die größer ist als eine Schichtstärke der ersten Schicht. Beispielsweise beträgt der Flächenwiderstand des Polyamids der zweiten Schicht höchstens 10⁵ Ω/square, höchstens 2,5 × 10⁶ Ω/square, höchstens 5 × 10⁶ Ω/square oder höchstens 10⁶ Ω/square. Beispielsweise ist die Leitfähigkeit der zweiten Schicht um einen Faktor von mindestens 1,1, mindestens 1,25, mindestens 1,5, mindestens 1,75 oder mindestens 2,0 größer als die Leitfähigkeit der ersten Schicht. Hierdurch wird eine besonders kostengünstige Ausgestaltung des Mehrschichtverbunds realisiert.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die zweite Schicht eine größere Schichtstärke aufweist als die erste Schicht. Falls das Material der ersten Schicht und das Material der zweiten Schicht denselben Flächenwiderstand aufweisen, wird insoweit durch die Wahl der Schichtstärke die höhere Leitfähigkeit der zweiten Schicht im Vergleich mit der ersten Schicht sichergestellt. Vorzugsweise ist die Schichtstärke der zweiten Schicht um einen Faktor von mindestens 1,5, mindestens 2, mindestens 2,5, mindestens 3, mindestens 4 oder mindestens 5 größer als die Schichtstärke der ersten Schicht. Beispielsweise beträgt die Schichtstärke der zweiten Schicht mindestens 0,15 mm, mindestens 0,2 mm, mindestens 0,25 mm, mindestens 0,3 mm, mindestens 0,4 mm oder mindestens 0,5 mm. Weil das Polyamid der zweiten Schicht äußerst kostengünstig ist, können insoweit die mechanischen und elektrostatischen Eigenschaften des Mehrschichtverbunds auf kostengünstige Art und Weise mithilfe der zweiten Schicht beziehungsweise dem Polyamid der zweiten Schicht erzielt werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Fluorpolymer der ersten Schicht ETFE oder EFEP ist. Hierauf wurde vorstehend bereits eingegangen. Beide Werkstoffe beziehungsweise Materialien sind gut verarbeitbar und zudem weitgehend inert gegen Medien, welche üblicherweise im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt werden. Die Permeationseigenschaften gegenüber flüchtigen organischen Verbindung (VOC) und Wasser sind sehr gut, insbesondere im Falle des ETFE. Das EFEP hat zwar etwas schlechtere Permeationseigenschaften, verfügt im Vergleich mit ETFE jedoch über nochmals bessere Haftungs- und Verarbeitungseigenschaften. Die Verwendung von ETFE oder EFEP als das Fluorpolymer der ersten Schicht ermöglicht besonders gute Eigenschaften des Mehrschichtverbunds.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Polyamid der zweiten Schicht PA6, PA612, PA6/66 oder PA616 ist. Auf die Vorteile des Polyamids wurde grundsätzlich bereits eingegangen. Es ermöglicht eine besonders kostengünstige Ausbildung des Mehrschichtverbunds bei gleichzeitiger Realisierung einer hohen Leitfähigkeit.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die dritte Schicht Polyamid, insbesondere PA6, PA612, PA616 oder PPA, und/oder Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer aufweist. Hinsichtlich des Polyamids wird auf die weiteren Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung hingewiesen. Das Polyphthalamid (PPA) zeichnet sich durch eine gute thermische Beständigkeit und eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme auf. Die chemische Beständigkeit sowie die Korrosionsbeständigkeit sind sehr gut. Aufgrund einer geringen Quellneigung des Polyphthalamids treten nur geringe Kräfte an Schichtgrenzen zu anderen Werkstoffen auf.
Das Polyphthalamid weist lediglich geringe Oligomerauswaschungen auf. Die Kälte-Schlagfestigkeit ist üblicherweise besser als die von anderen Polyamiden. Es haftet auf einer Vielzahl von Elastomeren und Thermoplasten ohne Haftvermittler. Die Haftung kann durch eine geeignete Modifizierung beziehungsweise Additivierung noch verstärkt werden. Polyphthalamide haben sich seit Jahren in automobilen Anwendungen, speziell auch im Kraftstoffbereich, bewährt. Das für die dritte Schicht verwendete Polyphthalamid weist beispielsweise das Basispolymer PA10T/X auf.
Das Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer ist ein preiswerter Sperrschichtwerkstoff mit guter Sperrwirkung, insbesondere gegen flüchtige organische Verbindungen, besonders Kohlenwasserstoffe. Es hat sich herausgestellt, dass die durch gute Prozessführung und geschickte Werkstoffauswahl herstellbare Schichthaftung zwischen dem Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer und dem Polyamid, insbesondere dem Polyphthalamid, gut und auch dauerhaft beständig ist, sodass auf Haftvermittler zwischen dem Polyamid der zweiten Schicht und dem Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer der dritten Schicht verzichtet werden kann beziehungsweise verzichtet wird. Vor einer schädlichen Wasseraufnahme wird das Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer von innen durch das Fluorpolymer und das Polyamid geschützt. Zum Schutz aus der der ersten Schicht und der zweiten Schicht entgegengesetzten Richtung kann eine weitere Schicht vorgesehen sein, welche als Außenschicht vorliegt. Diese weitere Schicht besteht beispielsweise aus Polyamid, beispielsweise PA612.
Vorzugsweise weist die dritte Schicht eine Schichtstärke auf, welche höchstens der Schichtstärke der zweiten Schicht entspricht, vorzugsweise kleiner ist. Beispielsweise beträgt die Schichtstärke der dritten Schicht höchstens 0,4 mm, höchstens 0,3 mm, höchstens 0,25 mm, höchstens 0,2 mm, höchstens 0,15 mm oder höchstens 0,1 mm. Hierdurch ist eine besonders kostengünstige Ausgestaltung des Mehrschichtverbunds mit guten Eigenschaften realisiert.
Schließlich kann eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vorsehen, dass die dritte Schicht mehrere Teilschichten aufweist und/oder als Außenschicht ausgebildet ist. Die dritte Schicht kann insoweit die mehreren Teilschichten aufweisen, welche jeweils unmittelbar aneinander anliegen. Beispielsweise verfügt die dritte Schicht über eine erste Teilschicht und eine zweite Teilschicht. Zusätzlich kann - optional - auch eine dritte Teilschicht vorliegen. Die jeweils äußerste der Teilschichten bildet insoweit die Außenschicht des Mehrschichtverbunds. Vorzugsweise bestehen alle Teilschichten der dritten Schicht aus einem Polyamid, insbesondere aus unterschiedlichen Polyamiden. Wenigstens eine der Teilschichten kann auch in Form einer Haftvermittlerschicht vorliegen.
Beispielsweise besteht die erste Teilschicht aus Polyphthalamid und die zweite Teilschicht aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer oder umgekehrt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zwischen den Teilschichten eine Haftvermittlerschicht vorliegt, sodass die erste Teilschicht aus Polyphthalamid, die zweite Teilschicht aus Haftvermittler und die dritte Teilschicht aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer besteht. Auch hier ist wiederum die umgekehrte Ausgestaltung möglich, sodass die erste Teilschicht aus dem Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer und die dritte Teilschicht aus dem Polyphthalamid bestehen. Ebenso kann es vorgesehen sein, dass die erste Teilschicht aus PA6 und die zweite Teilschicht aus PA612 besteht. Ein weiterer Aufbau sieht vor, dass die erste Teilschicht aus Polyphthalamid, die zweite Teilschicht aus PA6 und die dritte Teilschicht aus PA612 besteht. Wiederum eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die erste Teilschicht aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, die zweite Teilschicht aus PA6 und die dritte Teilschicht aus PA612 besteht.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Fluidleitung aus einem Mehrschichtverbund, insbesondere aus einem Mehrschichtverbund gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung. Dabei liegen eine erste Schicht aus einem Fluorpolymer, eine unmittelbar auf die erste Schicht folgende zweite Schicht aus einem Polyamid sowie wenigstens eine dritte Schicht vor, wobei sowohl die erste Schicht als auch die zweite Schicht elektrostatisch leitend modifiziert sind.
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Fluidleitung beziehungsweise des Mehrschichtverbunds wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Fluidleitung als auch der Mehrschichtverbund können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste Schicht eine einen Fluidströmungsraum begrenzende Innenschicht der Fluidleitung ist. Das Fluorpolymer ist besonders beständig gegenüber zahlreichen Chemikalien, welche beispielsweise im Automobilbereich Anwendung finden. Aus diesem Grund soll die erste Schicht unmittelbar den Fluidströmungsraum begrenzen. Hierzu liegt sie als Innenschicht der Fluidleitung vor.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Fluidleitung als Fluidwellrohr vorliegt. Ein Fluidwellrohr ist ein Rohr aus einem Material mit einer gewissen Festigkeit, das mit einer bestimmten Ausgestaltung, nämlich einer Wellung, eine höhere Flexibilität aufweist als eine Ausgestaltung mit einer ungewellten Form. Die Wellung ist durch einen in Richtung einer Längsmittelachse der Fluidleitung wellenförmig wechselnden Durchmesser ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine besonders gute Biegsamkeit der Fluidleitung realisiert ist.
Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Innenschicht und/oder eine als Außenschicht vorliegende der Schichten wenigstens eine Beschichtung aufweist, insbesondere eine Flamm- und/oder Scheuerschutzbeschichtung und/oder eine Isolationsbeschichtung. Die Beschichtung stellt einen Bestandteil der jeweiligen Schicht dar. Alternativ kann die Beschichtung auf die jeweilige Schicht aufgebracht sein. Die Beschichtung kann von den Schichten durch eine wesentlich geringere Schichtstärke abgegrenzt werden. Beispielsweise beträgt die Schichtstärke jeder der Schichten mindestens 0,1 mm, wohingegen die Schichtstärke der Beschichtung kleiner ist als 0,1 mm, insbesondere höchstens 0,5 mm oder höchstens 0,01 mm beträgt.
Die Beschichtung kann eine beliebige Funktionalität aufweisen. Beispielsweise dient sie als Flammschutzbeschichtung, stellt also eine thermische Barriere gegenüber thermischen Einflüssen dar. Zusätzlich oder alternativ kann sie als Feuerschutzbeschichtung ausgestaltet sein, welche einen Schutz gegenüber mechanischen Einflüssen bietet. Auch kann die Beschichtung als Isolationsbeschichtung ausgestaltet sein, welche elektrisch isoliert, also zumindest einen höheren elektrischen Widerstand aufweist als die Fluidleitung beziehungsweise der Mehrschichtverbund selbst.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige

Figur eine schematische Schnittdarstellung durch eine Fluidleitung aus einem Mehrschichtverbund.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Fluidleitung 1, die aus einem Mehrschichtverbund 2 besteht. Der Mehrschichtverbund 2 umgreift zur Ausbildung eines Fluidströmungsraums 3 der Fluidleitung 1 eine Längsmittelachse 4 der Fluidleitung 1 in Umfangsrichtung vollständig. Im Querschnitt gesehen besteht der Mehrschichtverbund 2 aus einer ersten Schicht 5, einer zweiten Schicht 6 sowie einer dritten Schicht 7, die in radialer Richtung nach außen gesehen aufeinanderfolgen. Jede der Schichten 5, 6 und 7 ist in Umfangsrichtung durchgehend ausgebildet und weist bevorzugt in Umfangsrichtung eine konstante Schichtstärke auf.
Die dritte Schicht 7 setzt sich aus einer ersten Teilschicht 8, einer zweiten Teilschicht 9 und einer dritten Teilschicht 10 zusammen. Für diese gelten vorzugsweise dieselben Ausführungen wie für die Schichten 5, 6 und 7. In jedem Fall sind die Teilschichten 8, 9 und 10 in Umfangsrichtung durchgehend ausgebildet, umgreifen also die Längsmittelachse 4 in Umfangsrichtung vollständig. Auch weisen die Teilschichten 8, 9 und 10 in Umfangsrichtung eine konstante Schichtstärke auf. Einzelne der Schichten 5, 6 und 7 und/oder der Teilschichten 8, 9 und 10 können entfallen. Es müssen also nicht notwendigerweise alle der hier dargestellten Schichten beziehungsweise Teilschichten realisiert sein.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die erste Schicht 5 aus einem Fluorpolymer, die zweite Schicht 6 aus Polyamid und die dritte Schicht 7 aus unterschiedlichen Materialien. Konkret ist das Fluorpolymer der ersten Schicht 5 ein Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE) oder ein Ethylen-Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen (EFEP). Das Polyamid der zweiten Schicht 6 ist vorzugsweise PA6, PA612, PA6/66 oder PA616. Die erste Teilschicht 8 besteht beispielsweise aus Polyphthalamid oder Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, die zweite Teilschicht 9 aus PA6 und die dritte Teilschicht 10 aus PA612.
Grundsätzlich können die Schichtstärken der hier dargestellten Schichten 5, 6 und 7 sowie der Teilschichten 8, 9 und 10 identisch sein. Vorzugsweise nimmt die Schichtstärke der Schichten 5, 6 und 7 sowie der Teilschichten 8, 9 und 10 in radialer Richtung nach außen ausgehend von der ersten Schicht 5 für zumindest einige der aufeinanderfolgenden Schichten zu. Es kann vorgesehen sein, dass die dritte Schicht 7, also die Teilschichten 8, 9 und 10 in Summe, dieselbe oder eine kleinere Schichtstärke aufweisen als die erste Schicht 5 und/oder die zweite Schicht 6. Vorzugsweise ist die Schichtstärke der dritten Schicht 7 jedoch größer, insbesondere ist die Schichtstärke wenigstens einer der Teilschichten 8, 9 und 10, insbesondere mehrerer oder aller der Teilschichten 8, 9 und 10 größer als die Schichtstärke der ersten Schicht 5 oder die Schichtstärke der zweiten Schicht 6.
Die Fluidleitung 1 wird bevorzugt im Kraftfahrzeugbereich verwendet, beispielsweise als kraftstoffführende Fluidleitung 1, welche auch als Kraftstoffleitung bezeichnet werden kann. Die Anforderungen an eine solche Kraftstoffleitung haben sich in den letzten Jahren als direkte und indirekte Folge vor allem von wachsenden Sicherheits- und Umweltanforderungen stetig erhöht.
Hinzu kommen gestiegene Erwartungen an die Produktqualität. Gleichzeitig müssen aber auch ökonomische Anforderungen in der Herstellung in immer stärkerem Maße erfüllt werden.
Kraftstoffleitungen aus metallischen Werkstoffen sind zumindest im Niederdruckkreislauf heute bereits nahezu ausnahmslos durch Kraftstoffleitungen aus Elastomeren oder Kunststoffrohre verdrängt worden. Gründe hierfür sind unter anderem ein besseres Verhalten gegen innere und/oder äußere Korrosion, bessere Resistenz gegen Schwingungen, bessere Pulsationsdämpfungseigenschaften, bessere Verarbeitungseigenschaften, geringeres Bauteilgewicht und geringere Kosten. Aus ökonomischen Gründen, aber auch aus Gründen einer permeationsarmen Verbindungstechnologie werden zunehmend metallische Kraftstoffleitungen, die in Motorraumanwendungen noch anzutreffen sind, durch Kunststoffleitungen ersetzt. Zu beachten ist, dass es sich aufgrund des Brandverhaltens und der Bildungsfähigkeit zündfähiger Gemische des Fördermediums bei Komponenten des Kraftstoffkreislaufs um sicherheitsrelevante Bauteile handelt.
Die Variantenvielfalt an Kraftstoffen, die weltweit regional zum Einsatz kommen, steigt immer weiter an. Die Qualität und Zusammensetzung der raffinierten Kraftstoffe ist unterschiedlich. Bestimmte Fremdstoffe, wie zum Beispiel Schwefel oder Wasseranteile, werden unterschiedlich limitiert. Regional je nach Verfügbarkeit, Gesetzesvorgaben oder steuerlichem Anreiz werden zunehmend Biokraftstoffanteile besonders den Kraftstoffen für ottomotorische Verbrennung zugemischt. Dies können zum Beispiel Methanol oder Ethanol in verschiedenen Anteilen zwischen 0 % und 100 % sein. Methanol- oder Ethanolgehalte von 15 bis 20 % in klassischem Benzin haben sich als chemisch kritisch erwiesen. Zudem befinden sich diverse synthetisch gewonnene Kraftstoffe in der Entwicklung und Erprobung.
Es muss davon ausgegangen werden, dass verschiedene Kraftstoffe im Wechsel getankt werden. Die Komponenten des Kraftstoffsystems sollen dabei möglichst weltweit einheitlich sein, um eine kostengünstige Produktion umsetzen zu können. In den kommenden Jahren ist ein Anwachsen der Vielfalt der Flüssigkraftstoffe, insbesondere der synthetischen Kraftstoffe, zu erwarten. Ferner wird der Einsatz gasförmiger Kraftstoffe voraussichtlich zunehmen. In der Praxis hat sich erwiesen, dass Elastomer- oder Kunststoffrohre auf einige dieser Kraftstoffe mit Quellung und/oder dem Herauslösen von Stoffen aus den Kraftstoffleitungen reagieren, zum Beispiel von Weichmachern, Stabilisatoren, und so weiter.
Die Kraftstoffeinspritzsysteme der Motoren werden für immer präzisere Kraftstoffzumessungen weiterentwickelt. In der Regel nimmt deren Komplexität und Präzision dabei stark zu. Eine Folge davon ist, dass die Einspritzsysteme empfindlicher gegen nicht vorgesehene Fremdstoffe werden. Diese Entwicklung wird technisch zum Beispiel mit verbesserten Filtersystemen im Kraftstoffkreislauf begegnet. Für Kraftstoffleitungen gelten zum Beispiel verschärfte Anforderungen an den zulässigen Restschmutz der Bauteile. Hervorzuheben ist aber auch eine starke Limitierung von festen oder flüssigen Oligomeren, die aus herkömmlichen Elastomer- oder Kunststoffrohren ausgewaschen werden können und zu schädlichen Ablagerungen in Teilen des Einspritzsystems führen können. Diese Ablagerungen können zum Beispiel Strahlbilder von Einspritzdüsen verändern und somit über die Motorlaufzeit zu leistungs- oder emissionsrelevanten Veränderungen der Verbrennung führen. Daher ist die Auswaschung von Oligomeren aus den großflächigen Wandungen der Kraftstoffleitungen zu minimieren.
Aus Gründen des Umweltschutzes wird auch die Permeation von organischen Verbindungen beziehungsweise flüchtigen Kohlenwasserstoffen aus Fahrzeugen immer weiter limitiert. Aufgrund der hohen Konzentration flüchtiger Kohlenwasserstoffe im Kraftstoff, des Konzentrations- und Druckgefälles nach außen und der großen Wandungsoberfläche kommt hierbei den Kraftstoffleitungen ein hoher Stellenwert bei der Permeationsvermeidung zu. Dabei neigen viele thermoplastische Werkstoffe sowohl zu einer Eigenemission, zum Beispiel von Weichmachern, als auch zu einer Durchlässigkeit für Kohlenwasserstoffe aus dem Kraftstoff durch die Leitung hindurch. Eine Zumischung von kurzkettigen Alkoholen zu Ottokraftstoffen kann konzentrationsabhängig diesen Durchgang von Kohlenwasserstoffen noch fördern.
Zu Kraftstoffsystemen an heutigen Kraftfahrzeugen gehört nicht nur das System der Niederdruckkraftstoffversorgung selbst, sondern gegebenenfalls auch Kraftstoffrücklaufleitungen, Leitungen im Bereich der Tankbefüllung und im Bereich der Tankentlüftung sowie der Aktivkohleregeneration. Für diese Leitungen gelten meist die gleichen Anforderungen. An die Kraftstoffleitungen wird jedoch auch eine Vielzahl anderer Anforderungen gestellt, von denen nur eine unvollständige Auswahl auszugsweise erwähnt werden soll. Beispielsweise müssen eine hohe Innendruckfestigkeit, hohe Kälteflexibilität und Hochtemperaturbeständigkeit, hohe Schlagzähigkeit, hohe Schwingfestigkeit, hohe Elastizität, hohe Formbeständigkeit, Knickfestigkeit, zeitliche Beflammungsresistenz, elektrostatische Ableitfähigkeit und so weiter realisiert sein.
Selbstverständlich müssen die Eigenschaften über die gesamte Fahrzeuglebensdauer trotz innerer und äußerer chemischer Beanspruchung sowie thermische Beanspruchung (einschließlich Hydrolyse- und Spannungsrissbeständigkeit) erhalten bleiben. Eine besondere Bedeutung kommt dabei auch einer sicheren Leitungsverbindungstechnik zu, die natürlich ebenfalls die genannten gestellten thermischen und mechanischen Anforderungen, aber auch Anforderungen an Oligomerfreiheit, Sauberkeit und Permeation erfüllen muss. Die genannten Anforderungen gelten im Übrigen sinngemäß auch für andere Fluidkreisläufe in Kraftfahrzeugen, zum Beispiel SCR-Leitungen, Leitungen für Klimaanlagen, Leitungen für Blow-by und Kühlmittelleitungen sowie Hydraulikleitungen.
Die gestellten Anforderungen können nicht mehr durch Einschichtrohre, sogenannte Monorohre, erfüllt werden. Aus diesem Grund werden üblicherweise sogenannte Mehrschichtrohre verwendet, in denen mehrere funktionale Werkstoffe in bestimmten Schichtanordnungen mit bestimmten Schichtstärken angeordnet werden. Diese Rohre können zum Beispiel in Coextrusionsverfahren oder in Ummantelungsverfahren hergestellt werden. Jede Schicht in dem Verbund leistet einen definierten Beitrag zur Erfüllung der Anforderungen an das Gesamtrohr und bringt dabei für eine Einzelfunktion positive Eigenschaften ein. So können die Schichten in derartigen Mehrschichtaufbauten zum Beispiel Innenschichten, Barriereschichten, Lösungsinhibitorschichten, Schutzschichten, Haftvermittelschichten, Stützschichten, Füllschichten, Außenschichten, Isolationsschichten, Markierungsschichten oder Verschleißschutzschichten sein. Die Schichten werden im Interesse einer einfachen Herstellbarkeit und Weiterverarbeitbarkeit aus thermoplastisch verarbeitbaren Werkstoffen hergestellt.
Die vorstehend beschriebene Fluidleitung 1 aus dem Mehrschichtverbund 2 erfüllt die Anforderungen in besonderem Maße. Insbesondere werden die Permeationsanforderungen in Verbindung mit hohen Temperaturanforderungen erfüllt. Die Fluidleitung 1 hat beispielsweise die Dimensionen 10x1,6 mm bis 10x2 mm, vorzugsweise 10x1,8 mm, wobei die erste Zahl den Außen- oder Innendurchmesser und die zweite Zahl die Wandstärke beschreibt. Auch andere Abmessungen der Fluidleitung 1 sind jedoch selbstverständlich realisierbar. Ein Beispiel für konkrete Materialien der Schichten beziehungsweise Teilschichten 5, 6, 7, 8, 9 und 10 wurde bereits wiedergegeben. Die beschriebene Fluidleitung 1 hat genauso wie der Mehrschichtverbund 2, aus welchem die Fluidleitung 1 besteht, den Vorteil einer hohen Beständigkeit bei einer gleichzeitigen sehr guten Verfügbarkeit der Materialien. Zudem ermöglicht der Aufbau des Mehrschichtverbunds 1 eine kostengünstige Herstellung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1162061 A1 [0002]
WO 2006/040206 A1 [0003]
WO 2007/019921 [0004]
EP 3069876 A1 [0005]

Claims

Mehrschichtverbund (2), insbesondere für eine Fluidleitung (1), gekennzeichnet durch eine erste Schicht (5) aus einem Fluorpolymer, eine unmittelbar auf die erste Schicht (5) folgende zweite Schicht (6) aus einem Polyamid sowie wenigstens eine dritte Schicht (7), wobei sowohl die erste Schicht (5) als auch die zweite Schicht (6) elektrostatisch leitend modifiziert sind.
Mehrschichtverbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (6) eine höhere Leitfähigkeit aufweist als die erste Schicht (5).
Mehrschichtverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (6) eine größere Schichtstärke aufweist als die erste Schicht (5).
Mehrschichtverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluorpolymer der ersten Schicht (5) ETFE oder EFEP ist.
Mehrschichtverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyamid der zweiten Schicht (6) PA6, PA612, PA6/66 oder PA616 ist.
Mehrschichtverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schicht (7) Polyamid, insbesondere PA6, PA612, PA616 oder PPA und/oder Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer aufweist.
Mehrschichtverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schicht (7) mehrere Teilschichten (8,9,10) aufweist oder als Außenschicht ausgebildet ist.
Fluidleitung (1) aus einem Mehrschichtverbund (2), insbesondere aus einem Mehrschichtverbund (2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine erste Schicht (5) aus einem Fluorpolymer, eine unmittelbar auf die erste Schicht (4) folgende zweite Schicht (6) aus einem Polyamid sowie wenigstens eine dritte Schicht (7), wobei sowohl die erste Schicht (5) als auch die zweite Schicht (6) elektrostatisch leitend modifiziert sind.
Fluidleitung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (5) eine einen Fluidströmungsraum (3) begrenzende Innenschicht der Fluidleitung (1) ist.
Fluidleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschicht und/oder eine als Außenschicht vorliegende der Schichten (5,6,7) wenigstens eine Beschichtung aufweist, insbesondere eine Flamm- und/oder Scheuerschutzbeschichtung und/oder eine Isolationsbeschichtung.