DE10322026B4

DE10322026B4 - Mehrschichtiger Schlauch

Info

Publication number: DE10322026B4
Application number: DE10322026A
Authority: DE
Inventors: Marc Van Hooren; Andreas Seyler; Wilfried ZÜLCH
Original assignee: Veritas AG
Current assignee: Veritas AG
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2023-05-17
Also published as: DE10322026A1

Abstract

Mehrschichtiger Schlauch, insbesondere zur Beförderung von Kraftstoffen, mit mindestens einer Polyamidschicht, einer fluorhaltigen Sperrschicht aus PVDF und einer weiteren Schicht, wobei die Sperrschicht zwischen der Polyamidschicht und der weiteren Schicht angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schicht eine Elastomerschicht ist, welche einen Haftvermittler enthält und dass die Schichten unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrschichtigen Schlauch, insbesondere zur Beförderung von Kraftstoffen.
Verschiedenste Arten von Schläuchen sind zum Einsatz in einer Kraftstoffleitungsanlage eines Kraftfahrzeuges oder eines anderen Fahrzeuges bekannt, die aus verschiedensten Materialien hergestellt werden können.
Ein solcher Schlauch kann als Kraftstoffleitung selbst oder auch als Verbindungsstück zum Verbinden einer Kraftstoffleitung verwendet werden und flexibel oder starr ausgebildet sein. Im allgemeinen werden die Leitungen Benzin- oder Dieselkraftstoff zum Motor gefördert.
Hierbei weisen diese Schläuche häufig eine Vielzahl von Schichten aus Materialien unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung auf. Aus Sicherheitsgründen, und im Hinblick auf die gängigen Umweltschutz- und Sicherheitsüberlegungen ist hierbei eine Anforderung an die Rohre bzw. Schläuche, dass die Permeation der gebräuchlichen Kraftstoffen durch Wandungen möglichst stark unterdrückt wird. Darüber hinaus sollten die Schläuche gegenüber hohen und niedrigen Temperaturen beständig sowie flammbeständig oder selbstverlöschend sein. Um diese Anforderungen zu erfüllen hat es sich z. B. bewehrt eine Barriere- oder Sperrschicht in dem Schlauch anzuordnen, um die Permeation der Kraftstoffe zu unterdrücken, sowie weitere Schichten, z. B. eine Schutzschicht oder ein Verstärkungsschicht vorzusehen, um den Schlauch die notwendige Festigkeit und Beständigkeit zu verleihen.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedenste Schläuche mit verschiedensten Materialzusammensetzungen bekannt. Ein wesentliches Problem, dass sich bei mehrschichtigen Schläuchen stellt, ist die Haftung der einzelnen Schichten aneinander, die oft aufwändige zusätzliche Oberflächenbehandlungen der einzel nen Schichten erfordert, um die Haftfestigkeit zwischen den einzelnen Schichten zu steigern. Diese zusätzlichen Behandlungen sind jedoch sehr kompliziert und teuer, so dass die Gesamtkosten des Schlauches beträchtlich gesteigert werden.
Aus der US-4 330 017 ist ein Treibstoffschlauch bekannt, umfassend einen zweischichtigen Gummischlauch, eine Verstärkungsschicht und des weiteren eine Schutzschicht. Die Innenschicht besteht hierbei aus Fluorgummi (FPM), Die Schutzschicht aus Epichlohydrin (ECO) oder Ethylen-Acrylgummi (AEM). Derartige Schläuche zeichnen sich durch gute Beständigkeit gegenüber Verformungen und Entflammbarkeit, Beständigkeit gegenüber saurem Benzin, Benzinundurchlässigkeit, verschleiß- und Crashbeständigkeit aus.
Schläuche, die hinsichtlich der Kältebeständigkeit und der Permeationsanforderungen, d. h. chemische Beständigkeit und Kraftstoffundurchlässigkeit optimiert sind, sind z. B. in der EP 0 582 302 sowie in der EP 0 582 301 beschrieben. Aus der EP 0 582 302 ist ein Treibstoffbeförderungsschlauch bekannt, mit einer inneren Schicht aus einem fluorhaltigen Harz, wie PVDF, CTFE, ECTFE etc., und einer Außenschicht aus einem Gummimaterial, z. B. ECO, CSM. In der EP 0 582 301 ist ferner ein Kraftstoffschlauch beschrieben mit einer Innenschicht aus einem Fluorthermoplast, PVDF, CTFE, ECTFE, einer Zwischenschicht aus einem Gummimaterial, Verstärkungsgarn und einer Deckenschicht aus einem Gummimaterial. Hierbei wird vorgeschlagen zur Verbesserung der Haftung zwischen der Innenschicht und der Zwischenschicht eine zusätzliche Klebeschicht auszubilden.
Aus der EP 1 054 202 ist ein mehrschichtiges Rohr bekannt, umfassend wenigstens eine Innenschicht aus einem Elastomer, z. B. NBR, HNBR, einer Sperrschicht, einer Verstärkungsschicht und einer Schutzschicht aus einem Elastomer, wobei die Sperrschicht ein Polyamid enthält. Dieser Schlauch zeichnet sich durch die Verwendung von Polyamid anstelle des Fluorthermoplast aus, bietet also eine kostengünstigere Lösung. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die Innenschicht aus NBR bzw. HNBR nur eine moderate Kraftstoffbeständigkeit aufweist, insbesondere Beständigkeit gegenüber methanolhaltigen Kraftstoffen und RME ist bei höheren Temperaturen unzureichend. Hierbei kann insbesondere durch Extraktion löslicher Bestandteile aus der NBR Schicht zu Verschmutzung des Kraftstoffsystems führen.
Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass die bekannten Materialien immer mit Problemen behaftet sind, die es notwendig machen einen Kompromiss zu finden. Diese Probleme äußern sich durch

– Verschmutzungen des Kraftstoffsystems durch lösliche Anteile, wie z. B. Weichmacher, Alterungsschutzmittel, Fragmente des Vulkanisationssystems, d. h. es können Bestandteile aus der NBR-Schicht durch Kraftstoff herausgelöst werden. Die Kontamination von metallischen Anaschlüssen und Verbindungen bzw. kristalline Ablagerungen auf Kupfer oder anderen metallischen Anschlüssen durch NBR in Kraftstoffleitungen ist bekannt;
– einer merklichen Quellung dieser Materialien im Kontakt mit den Kraftstoffen führen zu veränderten Werkstoffeigenschaften und haben Auswirkungen auf das gesamte Verbundsystem;
– definierte Konditionierung der innenliegenden Polyamid-Sperrschicht bei vorgeschlagenem Aufbau und Fertigungsweise nicht möglich, d. h. in Abhängigkeit von dem sich mit der Zeit einstellenden Wassergehalt resultieren variierende Werkstoffeigenschaften der Sperrschicht, z. B. Sprödigkeit, Streckspannung insbesondere bei PA6/6.6;
– hinsichtlich der Permeationseigenschaften Verbesserung zu konventionellen Schlauch mit FPM-Sperrschicht (Fluorelastomer wie in US 4 330 017 ), im Vergleich zu Aufbauten mit Fluorthermoplast als Barriereschicht ist die vorgeschlagenen Lösung hingegen nicht optimal.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen mehrschichtigen Schlauch, insbesondere Kraftstoffschlauch zur Verfügung zu stellen, der im Bezug auf seine Beständigkeit gegen Kraftstoffe ausgezeichnete Eigenschaften hat und kostengünstig herzustellen ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, durch einen mehrschichtigen Schlauch, insbesondere zur Beförderung von Kraftstoffen, mit mindestens einer Polymerschicht, vorzugsweise PA12, eine fluorhaltigen Sperrschicht und einer Elastomerschicht, vorzugsweise NBR, wobei die Sperrschicht zwischen der Polyamidschicht und der Elastomerschicht angeordnet ist.
Es hat sich gezeigt, dass ein mehrschichtiger Schlauch umfassend eine Polyamidschicht, eine fluorhaltige Sperrschicht und eine Elastomerschicht, ausgezeichnete Sperreigenschaften gegen Motorkraftstoffe besitzen, wie auch durch die nachfolgenden Diffusionsprüfungen deutlich wird. Tabelle 1: Diffusionsprüfung (PSA D 4516552) FAM B, 60°C

Material THV PA12 PVDF PVDF + PA12

g/h·m² 1,68 3,44 1,12 1,41

Flüssigphase

Material	THV	PA12	PVDF	PVDF + PA12	FPM (70% F)
g/h·m²	0,019	0,041	0,003	0,010	0,15

Flüssigphase

Die hierbei verwendeten Folien waren folgende:

THV THV 500G × 4, Dyneon GmbH

PA12 Vestamid LX 9002, Degussa-Hüls AG

PVDF Dyflor X 7394, Degussa-Hüls AG

FPM P959, Solvay Advanced Polymers Gmbh
Aus den Tabellen wird deutlich, dass PVDF + PA12 im Vergleich mit FPM, THV, PA12 optimale Permeationseigenschaften aufweisen. Das heißt die Verbindung zwischen dem Polyamid und der fluorhaltigen Sperrschicht stellt hierbei eine ausgezeichnete Haftung aneinander zur Verfügung, und auch die aufeinanderfolgende Sperrschicht und Elastomerschicht kann eine ausreichende Verbindung bereitstellen, so dass hier eine kostengünstige Herstellung ermöglicht wird.
Ferner zeichnet sich das erfindungsgemäße Rohr durch optimierte Permeationseigenschaften aus, wie auch durch reduzierte Materialkosten und ein vergleichsweise kostengünstiges Herstellungsverfahren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Elastomerschicht einen Haftvermittler enthalten. Bei Zeonet PB handelt es sich um: Tetra-n.butyl phosphonium benzotriazolate CAS 109 348-55-2 (2 bis 3 phr) in Kombination mit 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]-undec-en (0,2 bis 0,5 phr) CAS 6674-22-2. Hierbei hat sich Zeonet-PB als Haftvermittler als besonders geeignet erwiesen. Durch den in der Elastomerschicht bereitgestellten Haftvermittler kann eine nicht trennbare Verbindung zwischen der Elastomerschicht und der Sperrschicht ohne externe Haftvermittler erzielt werden, und so zur Sicherheit des Kraftstoffschlauches, wie auch dessen kostengünstige Herstellungsweise beitragen, da keine zusätzliche Oberflächenbehandlung noch weitere Klebschicht notwendig ist.
Vorteilhafterweise kann die Polyamidschicht die Innenschicht des Schlauches bilden. Dieses Material zeichnet sich durch eine guten Undurchlässigkeit für Kraftstoffe aus. Ferner wird durch die Polyamidschicht die empfindlichere Fluorthermoplastschicht geschützt und eine antistatische Ausrüstung der Innenschicht (PA) führt nicht zu einem vergleichbaren Abfall der mechanischen bzw. dynamischen Eigenschaften wie bei einem Fluorthermoplast.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Sperrschicht einem Fluorthermoplast, vorzugsweise aus Polyvenylidenfluorid bestehen. Andere geeignete Fluorthermoplaste sind hierbei THV, ECTFE, CTFE, ETFE. Dieses Material hat sich insbesondere hinsichtlich seiner sperrenden Eigenschaften für Kohlenwasserstoffe als besonders geeignet erwiesen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass auf der Elastomerschicht eine Verstärkungsschicht angeordnet ist. Hierbei kann die Verstärkungsschicht aus Baumwolle-, Zellulose-, Rayon-, Nylon-, Polyester- oder Aramidfasern bestehen, die durch umwinkeln, umstricken oder umflechten auf der Elastomerschicht aufgebracht sind. Die zusätzliche Aufbringung einer Verstärkungsschicht dient der verbesserten Stabilität des Schlauches.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform kann auf der Verstärkungsschicht eine Schutzschicht angeordnet sein. Die Schutzschicht kann hierbei aus einem Material bestehen, gewählt aus der Gruppe bestehend aus CM, ECO, ACM, CSM, AEM, CR, EVM. Zusätzliche Schutzschicht verleiht dem Schlauch eine zu sätzliche Festigkeit wobei die genannten Materialien einerseits kostengünstig sind, und sich andererseits sehr gut an Elementen der Tankeinfüllsysteme, Kraftstoffleitungen und an Anschlussstutzen befestigen lassen, da diese Materialien sich gut verschweißen lassen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Polyamidschicht des weiteren leitfähige Partikel und/oder Fasern zum Schutz vor elektrostatischer Aufladung enthält. Auch dieses Merkmal tritt wiederum zur Verbesserung der Anforderungen an dem Schlauch bei.
Hierbei kann die Innenschicht aus Polyamid eine dicke 0,1 bis 0,3 mm aufweisen, die Sperrschicht eine Dicke von 0,06 bis 0,1 mm, die Elastomerschicht eine Dicke von 1,4 bis 2,2 mm und die Schutzschicht eine Dicke von 1,3 bis 3,1 mm. Besonders bevorzugt hierbei ist, wenn die Polyamidschicht eine Dicke von 0,2 mm aufweist, die Sperrschicht eine Dicke von 0,08 mm, die Elastomerschicht eine Dicke von 1,8 und die Schutzschicht eine Dicke von 1,7 mm. Hierbei wird deutlich, dass die Sperrschicht möglichst dünn ausgeführt wird, so dass die Kosten für dieses Material möglichst gering gehalten werden, da die aus einem Fluorthermoplast hergestellte Sperrschicht aufgrund der hohen Materialkosten wesentlich zu den Gesamtkosten des gesamten Schlauches beiträgt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigt:
1 eine Erstausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung;
2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
In 1 ist die erfindungsgemäße Kraftstoffleitung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform schematisch dargestellt. Die Innenwand der Kraftstoffleitung 1 wird hierbei durch eine Innenschicht 2 aus Polyamid 12 gebildet. Die Polyamidschicht 2 wird von einer fluorhaltigen Sperrschicht 3 aus PVDF 2 wird von einer fluorhaltigen Sperrschicht 3 aus PVDF umgeben. Um die Sperrschicht 3 herum befindet sich eine Elastomerschicht 4 aus NBR. Hierbei weist die Elastomerschicht 4 zusätzlich einen internen Haftvermittler auf, um die Haftung an der Sperrschicht 3 deutlich zu verbessern.
Die Sperrschicht 3 verhindert hierbei die Permeation des Kraftstoffes, der durch die Leitung hindurch gefördert wird. Da dieses Material entsprecht wiederstandfähig ist, kann die Sperrschicht 3 relativ dünn ausgebildet werden. Zwischen der Polyamidschicht 2 und der Sperrschicht 3 erfolgt eine feste Verbindung insbesondere, da das Polyamidmaterial auch haftvermittelnde Eigenschaften aufweist. Der Haftvermittler in der Elastomerschicht 4 ist notwendig, um eine feste Verbindung zwischen der Sperrschicht 3 und der Elastomerschicht 4 sicher zu stellen.
Bei der Herstellung können die Polyamidschicht 2 und die Sperrschicht 3 koextrudiert werden, anschließend erfolgt die Extrusion der Haftschicht. Die neuartige Kraftstoffleitung kann somit relativ günstig verwirklicht werden. Hierbei können die Herstellungskosten zur Herstellung der Kraftstoffleitung selbst so niedrig wie möglich gehalten werden. Die neuartige Kraftstoffleitung kann dabei entweder starr als Rohr oder auch flexibel ausgebildet sein.
In 2 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffleitung dargestellt. Zusätzlich zu der Polyamidschicht 2, der Sperrschicht 3 und der Elastomerschicht 4 weist die Ausführungsform an der Außenseite der Elastomerschicht 4 eine zusätzliche Verstärkungsschicht 5 aus Gewebefasern auf, welche durch Umflechten des Elastomermaterials hergestellt wird. Ferner ist eine zusätzliche Schutzschicht 6 auf der Verstärkungsschicht 5 ausgebildet, welche vorzugsweise aus chlorierten Polyethylen besteht. Ansonsten ist die Wirkungsweise der zweiten Ausführungsform der Erfindung die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung.

Claims

Mehrschichtiger Schlauch, insbesondere zur Beförderung von Kraftstoffen, mit mindestens einer Polyamidschicht, einer fluorhaltigen Sperrschicht aus PVDF und einer weiteren Schicht, wobei die Sperrschicht zwischen der Polyamidschicht und der weiteren Schicht angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schicht eine Elastomerschicht ist, welche einen Haftvermittler enthält und dass die Schichten unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Mehrschichtiger Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyamidschicht PA12 ist.
Mehrschichtiger Schlauch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht NBR ist.
Mehrschichtiger Schlauch nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht Tetra-n.bytyl phosphonium benzotriazolate CAS 109 348-55-2 (2 bis 3 phr) in Kombination mit 1,8-Diazabicylo[5.4.0]-undec-en (0,2 bis 0,5 phr) CAS 6674-22-2 als Haftvermittler enthält.
Mehrschichtiger Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyamidschicht die Innenschicht des Schlauches bildet.
Mehrschichtiger Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Elastomerschicht eine Schutzschicht angeordnet ist.
Mehrschichtiger Schlauch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht aus einem Material besteht gewählt aus der Gruppe bestehend aus CM, ECO, ACM, CSM, Ethylen-Acrylgummi, CR, EVM.
Mehrschichtiger Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, dass zwischen der Elastomerschicht und der Schutzschicht eine Verstärkungsschicht angeordnet ist.
Mehrschichtiger Schlauch nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsschicht aus Baumwolle-, Cellulose-, Rayon-, Nylon-, Polyester-, oder Aramidfasern besteht, die durch Umwickeln, Umstricken oder Umflechten auf der Elastomerschicht aufgebracht sind.
Mehrschichtiger Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyamidschicht des weiteren leitfähige Partikel und/oder Fasern enthält.
Mehrschichtiger Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschicht aus Polyamid eine Dicke von 0,1 bis 0,3 mm aufweist, die Sperrschicht eine Dicke von 0,06 bis 0,1 mm, die Elastomerschicht eine Dicke von 1,0 bis 3,0 mm, und die Schutzschicht eine Dicke von 1,3 bis 3,2 mm.
Mehrschichtiger Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyamidschicht eine Dicke von 0,15 bis 0,25 mm aufweist, die Sperrschicht eine Dicke von 0,06 bis 0,1 mm und die Elastomerschicht eine Dicke von 2,2 bis 3,2 mm.
Mehrschichtiger Schlauch nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyamidschicht eine Dicke von 0,2 mm aufweist, die Sperrschicht eine Dicke von 0,08 mm und die Elastomerschicht eine Dicke von 2,7 mm.
Mehrschichtiger Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyamidschicht eine Dicke von 0,15 bis 0,25 mm aufweist, die Sperrschicht eine Dicke von 0,06 bis 0,1 mm, die Elastomerschicht eine Dicke von 1,0 bis 1,6 mm und die Schutzschicht eine Dicke von 2,0 bis 2,8 mm.
Mehrschichtiger Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyamidschicht eine Dicke von 0,2 mm aufweist, die Sperrschicht eine Dicke von 0,08 mm, die Elastomerschicht eine Dicke von 1,3 mm und die Schutzschicht eine Dicke von 2,4 mm.
Mehrschichtiger Schlauch nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyamidschicht eine Dicke von 0,15 bis 2,5 mm aufweist, die Sperrschicht eine Dicke von 0,06 bis 1,0 mm, die Elastomerschicht eine Dicke von 1,4 bis 2,2 mm und die Schutzschicht eine Dicke von 1,3 bis 2,1 mm.
Mehrschichtiger Schlauch nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyamidschicht eine Dicke von 0,2 mm aufweist, die Sperrschicht eine Dicke von 0,08 mm, die Elastomerschicht eine Dicke von 1,8 mm und die Schutzschicht eine Dicke von 1,7 mm aufweist.