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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil eines Kraftfahrzeugkühlsystems,
welches zum Beispiel durch einen Kühler, einen Reservetank,
einen Heizkern, einen Wärmespeichertank, ein Wasserventil
oder eine Wasserpumpe veranschaulicht ist.
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HINTERGRUND-STAND-DER-TECHNIK
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Kunststoffbauteile,
welche in Kraftfahrzeugkühlsystemen verwendet werden, durch
welche ein Motorkühlfluid strömt, verlangen das
Verwenden eines Kunststoffs, welcher eine zufriedenstellende Produktivität, eine
Widerstandsfähigkeit gegen Hydrolyse, eine zufriedenstellende
Widerstandsfähigkeit gegen Calciumchlorid in Bezug auf
Brüche, welche durch eine Aussetzung an Calciumchlorid
verursacht werden, und eine zufriedenstellende bzw. ausreichende
Belastbarkeit und ähnliches aufweist.
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Im
Stand der Technik wurden daher glasfaserverstärkte Polyamid
6.6-Zusammensetzungen, welche mit Glasfaser verstärkt sind,
und glasfaserverstärkte Polyamid-Zusammensetzungen verwendet,
welche eine Mischung von Polyamid 6.6 und Polyamid 6.12 enthalten,
welches eine bessere Widerstandsfähigkeit gegenüber
Brüchen aufweist, die zum Beispiel durch eine Aussetzung
an Calciumchlorid verursacht werden, um Bauteile von Kraftfahrzeugkühlsystemen
herzustellen.
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Auf
der anderen Seite beschreibt die ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung
Nr. 10-219107 einen Kunststoff, welcher für den
Zweck eines Verwendens in Gebieten wie zum Beispiel Kraftfahrzeugen
und mechanischen Bauteilen verwendet wird, und noch genauer eine
glasfaserverstärkte Polyamid-Zusammensetzung, welche verschiedene
Polyamid-Granulate verwendet, welche herkömmlicherweise
als Kunststoffkonstruktionen verwendet werden.
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Im Übrigen
wird von Motorkühlfluiden erwartet, bei höheren
Temperaturen in Abhängigkeit von dem Bedarf für
Kraftfahrzeuge zu funktionieren, welche eine bessere Kraftstoffeffizienz
aufweisen. In Bauteilen von Kraftfahrzeugkühlsystemen jedoch,
in welchen glasfaserverstärkte Polyamid-Zusammensetzungen
verwendet werden, können Erhöhungen in der Temperatur
des Motorkühlfluids die Verfallsrate der Polyamid-Zusammensetzung
aufgrund von Hydrolyse beschleunigen, wobei dadurch eine höhere
Widerstandsfähigkeit gegen Hydrolyse als im Stand der Technik
erforderlich wird. Zusätzlich kann eine langfristige Aussetzung
von Polyamid-Zusammensetzungen an Fluid von hoher Temperatur zu
einem Kriechen und anderen unerwünschten Verformungen der
Bauteile von Kraftfahrzeugkühlsystemen führen,
wobei dies in der Erfordernis für höhere Level
an Belastbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Hochtemperaturkriechen
als im Stand der Technik resultiert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben daher die Zusammensetzung
von einem Bauteil eines Kraftfahrzeugkühlsystems mit einer
glasfaserverstärkten Polyamid-Zusammensetzung untersucht,
welche Polyamid 6.10 enthält.
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Gemäß den
Ergebnissen von Studien, welche durch die Erfinder der vorliegenden
Anmeldung durchgeführt wurden, wurde jedoch in dem Fall
eines einfachen Aufbauens eines Bauteils eines Kraftfahrzeugkühlsystems
mit einer glasfaserverstärkten Polyamid-Zusammensetzung
unter Verwenden von Polyamid 6.10 zum Bauen von Kunststoffanwendungen,
wie es in der ungeprüften
japanischen
Patentveröffentlichung Nr. 10-219107 beschrieben
ist, der Leistungslevel, welcher für Bauteile eines Kraftfahrzeugkühlsystems
erforderlich ist, als nicht zufriedenstellend gefunden.
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Im
Hinblick auf das Vorangegangene ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Bauteil eines Kraftfahrzeugkühlsystems bereitzustellen,
welches eine Polyamid 6.10-Zusammensetzung enthält, welche eine
zufriedenstellende Produktivität, eine Widerstandsfähigkeit
gegen Calciumchlorid, eine Widerstandsfähigkeit gegen Hydrolyse,
eine Belastbarkeit und eine Widerstandsfähigkeit gegen
ein Hochtemperaturkriechen aufweist.
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Um
die vorgenannte Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende
Erfindung in einem ersten Aspekt von ihr ein Bauteil eines Kraftfahrzeugkühlsystems
bereit, welches eine Polyamid-Zusammensetzung aufweist, die Polyamid
6.10, Glasfaser, Kupfer und zumindest eine Art eines Nukleierungsmittels
enthält, wobei die Polyamid-Zusammensetzung basierend auf
dem Gesamtgewicht des Polyamids 6.10, der Glasfaser, des Kupfers und
des Nukleierungsmittels enthält:
- (a)
48,9 bis 79,988 Gewichtsprozent von Polyamid 6.10,
- (b) 20 bis 50 Gewichtsprozent von Glasfaser,
- (c) 0,002 bis 0,1 Gewichtsprozent von Kupfer und
- (d) 0,01 bis 1,5 Gewichtsprozent von Nukleierungsmittel,
wobei
die Halbkristallisationszeit der Polyamid-Zusammensetzung 5 Minuten
oder weniger beträgt und wobei das verwendete Polyamid
6.10 eine relative Viskosität, gemessen in 98 Prozent Schwefelsäure,
von 2,3 bis 2,9 aufweist.
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Als
ein Ergebnis, dass es aus solch einer Polyamid 6.10-Zusammensetzung
aufgebaut ist, kann ein Bauteil eines Kraftfahrzeugkühlsystems
bereitgestellt werden, welches eine zufriedenstellende Produktivität, eine
Widerstandsfähigkeit gegen Calciumchlorid, eine Widerstandsfähigkeit
gegen Hydrolyse, eine Belastbarkeit und eine Widerstandsfähigkeit
gegen ein Hochtemperaturkriechen aufweist.
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Zusätzlich
kann gemäß der vorliegenden Erfindung, da ein
Polyamid 6.10, welches eine relative Viskosität von 2,3
bis 2,9 und eine Halbkristallisationszeit von 5 Minuten oder weniger
aufweist, für das Polyamid 6.10 in der Polyamid-Zusammensetzung
verwendet wird, im Vergleich mit dem Fall eines Verwendens eines herkömmlichen
Polyamids 6.10 für die Konstruktion von Kunststoffanwendungen,
ein Bauteil eines Kraftfahrzeugkühlsystems bereitgestellt
werden, welches eine hohe Produktivität, eine Belastbarkeit
und eine Widerstandsfähigkeit gegen Hochtemperaturkriechen
aufweist.
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Bei
der vorliegenden Erfindung umfassen Beispiele von Nukleierungsmitteln,
welche verwendet werden können, Ruß und Talkum.
Zusätzlich umfassen Beispiele von Kupfer, das verwendet
werden kann, einwertige Kupferverbindungen und mehrwertige Kupferverbindungen.
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Die
vorliegende Erfindung kann zusätzlich auf ein Bauteil angewendet
werden, welches in einem Kraftfahrzeugkühlsystem verwendet
wird, welches zumindest als ein Abschnitt eines Tanks dient, durch
welchen Motorkühlwasser zirkuliert.
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Die
vorliegende Erfindung kann zusätzlich auf zum Beispiel
einen Kühler, einen Heizkern, einen Reservetank, einen
Wärmespeichertank, ein Wasserventil oder eine Wasserpumpe
angewendet werden und kann auch auf Bauteile angewendet werden,
welche einen Abschnitt davon bilden. Zum Beispiel kann die vorliegende
Erfindung auch auf einen Kühlertank oder einen Kühlerdeckel
angewendet werden, welcher einen Abschnitt davon bildet.
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Bei
dem Bauteil des Kraftfahrzeugkühlsystems nach der vorliegenden
Erfindung weist die Querschnittsform eines Abschnitts, durch welchen
Fluid zirkuliert, des Weiteren zum Beispiel ein Paar von gegenseitig
gegenüberliegenden Seitenwänden (131, 132)
und einen Boden (133) auf, der das Paar von Seitenwänden
(131, 132) verbindet unter einem Verbundensein
mit dem Paar von Seitenwänden (131, 132)
durch Verbindungen (134, 135), welche in einem
vorgeschriebenen Krümmungsradius gekrümmt sind,
und der Formfaktor S/RT des Abschnitts, durch welchen ein Fluid
zirkuliert, wenn der Krümmungsradius, die Plattendicke und
der Querschnittsbereich des Strömungspfades als R, T und
S jeweils genommen werden, ist vorzugsweise 110 oder weniger.
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Als
ein Ergebnis hiervon kann die Haltbarkeit eines Bauteils eines Kraftfahrzeugkühlsystems,
welches die Polyamid-Zusammensetzung enthält, zu einem
größeren Ausmaß verbessert werden als
die Bauteile von Kraftfahrzeugkühlsystemen im Stand der
Technik.
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Die
vorliegende Erfindung stellt zusätzlich in einem zweiten
Aspekt von ihr einen Wärmetauscher zum Abgeben von Wärme
von einem Fluid bereit, welches einen exothermischen Körper
kühlt, aufweisend:
eine Mehrzahl von Rohren (111),
durch welche ein Fluid zirkuliert, und Wasserkästen (120),
welche an beiden Enden in der Längsrichtung der Rohre (111)
angeordnet sind, die mit der Mehrzahl an Rohren (111) kommunizieren
unter einem Sich-Erstrecken in einer senkrechten Richtung zu der
Längsrichtung der Rohre (111), und wobei die Wasserkästen
(120) eine Kernplatte (123) aufweisen, an welcher
die Mehrzahl an Rohren (111) verbunden ist, und einen Kunststofftankkörper
(125), welcher einen inneren Tankraum (124) zusammen
mit der Kernplatte (123) bildet, und wobei der Tankkörper
(125) aus einer Polyamid-Zusammensetzung zusammengesetzt
ist, welche Polyamid 6.10, Glasfaser, Kupfer und zumindest eine
Art eines Nukleierungsmittels enthält, wobei die Polyamid-Zusammensetzung
basierend auf dem Gesamtgewicht des Polyamids 6.10, der Glasfaser, des
Kupfers und des Nukleierungsmittels enthält:
- (a) 48,9 bis 79,988 Gewichtsprozent von Polyamid 6.10,
- (b) 20 bis 50 Gewichtsprozent von Glasfaser,
- (c) 0,002 bis 0,1 Gewichtsprozent von Kupfer und
- (d) 0,01 bis 1,5 Gewichtsprozent von Nukleierungsmittel,
wobei
die Halbkristallisationszeit der Polyamid-Zusammensetzung 5 Minuten
oder weniger beträgt und wobei das Polyamid 6.10, welches
verwendet wird, eine relative Viskosität gemessen in 98
Prozent Schwefelsäure von 2,3 bis 2,9 aufweist.
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Zusätzlich
weist in diesem Fall die Querschnittsform des Tankkörpers
(125) ein Paar von gegenseitig gegenüberliegenden
Seitenwänden (131, 132) und einen Boden
(133) auf, welcher das Paar von Seitenwänden (131, 132)
verbindet unter einem Verbundensein mit dem Paar von Seitenwänden
(131, 132) durch Verbindungen (134, 135),
welche in einem vorgeschriebenen Krümmungsradius gekrümmt
sind, und der Formfaktor S/RT des Tankkörpers (125),
wenn der Krümmungsradius des Abschnitts, durch welchen
das Fluid zirkuliert, die Platte und der Querschnittsbereich des
Strömungspfades als R, T und S jeweils genommen werden, ist
vorzugsweise 110 oder weniger.
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Des
Weiteren sind die Bezugszeichen in Klammern für jedes der
in den Ansprüchen und in diesem Abschnitt beschriebenen
Mittel Beispiele, welche eine entsprechende Beziehung zu spezifischen
Mitteln angeben, die in den Ausführungsformen beschrieben
sind, welche später beschrieben werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Vorderansicht eines Kühlers 100 in einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in der 1.
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3 zeigt
ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem Tank-Formfaktor
und der Tankhaltbarkeit gegen Bruch in dem Tankkörper zeigt,
der in der 2 gezeigt ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Erste Ausführungsform
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Die
vorliegende Ausführungsform ist ein Beispiel des Bauteils
eines Kraftfahrzeugkühlsystems, wie es in der vorliegenden
Erfindung beansprucht ist, das als ein Abschnitt eines Kühlers
zum Abführen von Wärme von einem Kühlfluid
dient, welches zum Kühlen eines exothermen bzw. wärmeabgebenden
Körpers in der Form eines Motors während des Betriebs
des Fahrzeugs verwendet wird. Die 1 zeigt
eine Vorderansicht des Kühlers in der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, während die 2 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in der 1 zeigt.
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Ein
Kühler 100 der vorliegenden Ausführungsform
ist ein solcher, welcher einen Wärmeaustausch zwischen
einem Kühlfluid in der Form von Wasser und Luft ausführt
und, wie es in der 1 gezeigt ist, mit einer Mehrzahl
von Rohren 111, durch welche Kühlwasser zirkuliert,
und Wasserkästen 120 versehen ist, welche an beiden
Enden in der Längsrichtung der Rohre 111 angeordnet
sind, welche mit der Mehrzahl von Rohren 111 kommunizieren
unter einem Sich-Erstrecken in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung
der Rohre 111.
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Die
Rohre 111 sind in Reihen derart angeordnet, dass deren
Längsrichtung mit der vertikalen Richtung zusammenfällt.
Zusätzlich sind Rippen 112 in der Form von dünnen
Streifen, welche eine gewellte Form aufweisen, zwischen der Mehrzahl
von Rohren 111 angeordnet, und die Rippen 112 und
die Rohre 111 sind verbunden. Die Rippen 112 und
die Rohre 111 sind aus einem Metall wie zum Beispiel Aluminium
hergestellt und werden durch Löten verbunden. Ein Kernabschnitt 110 zum
Austauschen von Wärme zwischen Kühlwasser und
Luft ist durch diese Rippen 112 und Rohre 111 zusammengesetzt.
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Die
Wasserkästen 120 sind zusammengesetzt aus einem
ersten Wasserkasten 120a, der auf der oberen Seite der
Rohre 111 angeordnet ist, und einem zweiten Wasserkasten 120b,
welcher an der unteren Seite der Rohre 111 angeordnet ist,
und der erste Wasserkasten 120a und der zweite Wasserkasten 120b weisen eine
Form auf, die sich in der horizontalen Richtung erstreckt.
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Ein
Einlassabschnitt 121, in welchen Kühlwasser strömt,
ist in dem ersten Wasserkasten 120a vorgesehen, und ein
Auslassabschnitt 122, von welchem Kühlwasser herausströmt,
ist in dem zweiten Wasserkasten 120b vorgesehen. Kühlwasser
bei hoher Temperatur, welches aus dem Motor herausgeströmt
ist, strömt in den ersten Wasserkasten 120a von
dem Einlassabschnitt 121 und wird dann unter jedem der
Rohre 111 verteilt. Kühlwasser bei einer niedrigen
Temperatur, welches damit abgeschlossen hat, einem Wärmeaustausch unterzogen
zu sein, wird in dem zweiten Wasserkasten 120b gesammelt
und wird dann zu der Motorseite von dem Auslassabschnitt 122 zurückgebracht.
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Wie
es in der 2 gezeigt ist, ist der erste
Wasserkasten 120a zusammengesetzt, um eine Kernplatte 123 aufzuweisen,
an welcher die Mehrzahl an Rohren 111 verbunden ist, und
einen Tankkörper 125, der zusammen mit der Kernplatte 123 einen
Tankinnenraum 124 bildet. Der zweite Wasserkasten 120b ist
des Weiteren auch in der gleichen Art und Weise wie der erste Wasserkasten 120a zusammengesetzt.
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Der
Tankkörper 125 weist einen ersten Wandabschnitt 131 und
einen zweiten Wandabschnitt 132 auf, deren Querschnittsformen
zwei gegenseitig gegenüberliegende parallele Seiten ausmachen,
und einen dritten Wandabschnitt 133, welcher mit den zwei
Seiten verbunden ist und eine Seite senkrecht zu den zwei Seiten bildet,
und Verbindungen 134 und 135 von ihnen weisen
eine gekrümmte Form bei einem vorgeschriebenen Krümmungsradius
R auf. In anderen Worten weist der Tankkörper 125 eine
Querschnittsform auf, bei welcher ein U-förmiger Boden 133 flach
anstatt kreisförmig ist. Wie es in der 2 gezeigt
ist, weist der Tankkörper 125 der vorliegenden
Ausführungsform die gleiche Länge auf wie der
erste Seitenabschnitt 131 und der zweite Seitenabschnitt 132,
und wenn eine gedachte Linie 136 senkrecht zu dem dritten
Wandabschnitt 133 durch die Mitte des dritten Wandabschnitts 133 gezogen
wird, ist die Form des Tankkörpers 125 seitlich
symmetrisch in Bezug auf diese gedachte Linie 136. Zusätzlich
ist eine Plattendicke T des Abschnitts, welcher die Kühlwasserströmungspfade
von dem ersten zu dem dritten Wandabschnitt 131 bis 133 bildet,
konstant. Des Weiteren bilden in der vorliegenden Ausführungsform
der erste Wandabschnitt 131 und der zweite Wandabschnitt 132 ein
Paar von gegenseitig gegenüberliegenden Seitenwandabschnitten,
während der dritte Wandabschnitt 133 einen Bodenabschnitt
bildet, welcher das Paar von Seitenwandabschnitten verbindet unter
einem Verbundensein mit dem Paar von Seitenwandabschnitten durch
die Verbindungen 134 und 135.
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Der
Tankkörper 125 ist aus Kunststoffhergestellt,
welcher aus einer glasverstärkten bzw. glasfaserverstärkten
Polyamid-Zusammensetzung zusammengesetzt ist, und die Kernplatte 123 ist
aus einem Metall wie zum Beispiel Aluminium hergestellt. Die Kernplatte 123 und
der Tankkörper 125 sind mit einer dort dazwischengesetzten
Gummidichtung 126 in Position verstemmt, und die Kernplatte 123 und
die Rohre 111 sind zum Beispiel durch Schweißen
oder Löten befestigt.
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Das
Polyamidharz bzw. Polyamidgranulat, welches den Tankkörper 125 bildet,
enthält Polymaid 6.10, Glasfaser, Kupfer und ein Nukleierungsmittel.
Des Weiteren bezieht sich Polyamid 6.10 auf Poly(hexamethylenesebacamide).
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Das
Polyamid 6.10, welches in dieser Polyamid-Zusammensetzung verwendet
wird, unterscheidet sich vom herkömmlichen Polyamid 6.10,
das in anderen Anwendungen verwendet wird, dadurch, dass es, wie es
von den später beschriebenen Beispielen verstanden werden
wird, ein höheres molekulares Gewicht aufweist als das
herkömmliche Polyamid und die relative Viskosität,
gemessen in 98 Prozent Schwefelsäure, 2,3 bis 2,9 beträgt.
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Zusätzlich
weist die Glasfaser einen mittleren Faserdurchmesser von zum Beispiel
5 bis 15 μm auf, wobei es keine besonderen Beschränkungen
für die Faserlänge gibt und Glasfasern von verschiedenen
Faserlängen innerhalb eines Bereichs, der ein Gießen
des Tankkörpers 125 erlaubt, verwendet werden
können.
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Das
Kupfer wirkt als ein Wärmestabilisierer, und in der Herstellung
der Polyamid-Zusammensetzung wird eine Kupferverbindung, wie zum
Beispiel eine Halogenverbindung, verwendet. Eine einwertige Kupferverbindung,
eine zweiwertige Kupferverbindung oder beides kann für
die Kupferverbindung eingesetzt werden.
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Beispiele
für das einwertige Kupfer umfassen Kupferiodid, Kupferbromid,
Kupferchlorid, Kupferfluorid, Kupferthiocyanurat, Kupfernitrat,
Kupferacetat, Kupfernaphthalin, Kupfercaproat, Kupferlaurat, Kupferstearat, Kupferacetylacetat,
Kupferoxid und ähnliches. Kupferiodide sind bevorzugt für
die Kupferzusammensetzungen, und Kupfer-(I)-Iodid ist besonders
bevorzugt.
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Zusätzlich
können zusätzlich zu der Kupferverbindung die
folgenden Additive zu der Polyamid-Zusammensetzung hinzugefügt
werden. Beispiele der Additive umfassen ein Metall-Halogenidsalz,
welches ausgewählt ist von Lithiumiodid, Natriumiodid,
Magnesiumiodid, Kaliumbromid und Calciumiodid. Der Gehalt der Additive
ist vorzugsweise 0,01 bis 5,0 Gewichtsprozent.
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Das
Nukleierungsmittel weist eine Funktion eines Begünstigens
der Kristallisation des Polyamids 6.10 während der Herstellung
der Polyamid-Zusammensetzung auf, und in der vorliegenden Ausführungsform
wird es verwendet, um die Halbkristallisationszeit, welche einer
der Parameter ist, welche verwendet werden zum Auswerten der gegossenen
Polyamid-Zusammensetzung, auf 5 Minuten oder weniger einzustellen
bzw. anzupassen. Beispiele für das Nukleierungsmittel,
welches verwendet werden kann, umfassen Ruß, eine Substanz vom
anorganischen Typ und eine Substanz vom organischen Typ. Beispiele
für die Substanz vom anorganischen Typ umfassen Talkum,
Kaolin, Bornitrid, Quarz-Aluminiumoxid usw., und Beispiele für
die Substanz vom organischen Typ umfassen eine organische Phosphorzusammensetzung,
wie zum Beispiel phenylphosphinische Säure und Metallphenylphosphinat
und ein Nylonoligomer. Ruß alleine oder Talkum, welches
zu dem Ruß hinzugefügt wird, wird bevorzugt für
das Nukleierungsmittel verwendet. Auf diese Art und Weise muss,
obwohl eine Mehrzahl von Nukleierungsmitteln verwendet werden kann,
zumindest eine Art von einem Nukleierungsmittel verwendet werden.
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Zusätzlich
wird, wenn Ruß verwendet wird, der Ruß, welcher
einen durchschnittlichen Durchmesser von 10 bis 100 nm aufweist,
bevorzugt verwendet. Wenn Talkum verwendet wird, wird Talkum, welches
einen durchschnittlichen Durchmesser von 1 bis 10 μm aufweist,
bevorzugt verwendet. Der durchschnittliche Durchmesser von Ruß wird
basierend auf ASTM D-3849 gemessen, und der durchschnittliche
Durchmesser von Talkum wird durch eine Laserlichtdiffraktion gemessen.
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Die
Polyamid-Zusammensetzung der vorliegenden Ausführungsform
enthält: (a) 48,9 bis 78,988 Gewichtsprozent von Polyamid
6.10, (b) 20 bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise 25 bis 40 Gewichtsprozent
von Glasfaser, (c) 0,002 bis 0,1 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,005
bis 0,032 Gewichtsprozent von Kupfer und (d) 0,01 bis 1,5 Gewichtsprozent,
vorzugsweise 0,1 bis 1,0 Gewichtsprozent von dem Nukleierungsmittel,
basierend auf dem Gesamtgewicht des Polyamids 6.10, der Glasfaser,
des Kupfers und des Nukleierungsmittels. Des Weiteren basiert in
Bezug auf das Kupfer das Gesamtgewicht nur auf der Menge an Kupfer,
welches in der Polyamid-Zusammensetzung vorhanden ist, und das Gewichtsprozent
des Kupfers gibt den Prozentanteil von Kupfer alleine an und nicht
der Kupferverbindungen.
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Des
Weiteren können andere Additive als die zuvor erwähnten
Additive zu den Polyamid-Zusammensetzungen der vorliegenden Ausführungsform
hinzugefügt werden. Zum Beispiel können ein Gleitmittel,
ein Plastifikator, ein Antioxidans, ein Ultraviolettstabilisierer,
ein Stoßwiderstandsfähigkeit verleihendes Mittel,
ein anorganisches Füllmittel oder ein anderes Faserverstärkungsmittel
als Glasfaser zu den Polyamid-Zusammensetzungen hinzugefügt
werden. Typische Beispiele für das Gleitmittel umfassen
Metallsalzfettsäure, Fettsäure, Fettsäureester,
Fettsäureether, Glycerinester, organische Mono- oder Biamidverbindung,
oxidiertes oder nichtoxidiertes Polyethylenwachs und eine Mischung
davon.
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Zusätzlich
kann als ein Beispiel für die Abmessungen des Tankkörpers 125 der
vorliegenden Ausführungsform der Tankkörper 125 einen
inneren Oberflächenbereich S von 1145 mm2,
eine Plattendicke T von 3,3 mm und einen Krümmungsradius
R von 12 mm aufweisen, wie in der 2 gezeigt.
Dieser innere Oberflächenbereich S bezieht sich auf den
Querschnittsbereich des Strömungspfads des Kühlwassers,
welches durch die Wasserkästen 120 strömt,
während die Plattendicke T die Dicke von dem Abschnitt
ist, welcher den Kühlwasserströmungspfad des Tankkörpers 125 umfasst.
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In
diesem Zeitpunkt ist ein Tank-Formfaktor S/(T·R), wie er
angegeben ist unter Verwenden des inneren Oberflächenbereichs
S, der Plattendicke T und des Krümmungsradius R, derart,
dass S/(T·R) = 1145/(3,3 × 12) = 28,9.
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Die
Beziehung zwischen dem Tank-Formfaktor und der Bruchhaltbarkeit
des Tanks von dem Tankkörper 125 der vorliegenden
Ausführungsform ist in der 3 gezeigt.
In der 3 ist der zuvor erwähnte Tank-Formfaktor
S/(T·R) auf der vertikalen Achse aufgetragen, während
die Haltbarkeit des Tanks gegen Bruch auf der horizontalen Achse
aufgetragen ist. Diese Haltbarkeit des Tanks gegen Bruch wird bestimmt durch
Messung der Zeitdauer, bis ein Bruch des Tankkörpers 125 auftritt,
wenn langlebiges Kühlmittel (LLC) in einer Konzentration
von 50% abgedichtet ist bei einer Atmosphäre von 130°C
in verschiedenen Formen von dem Tankkörper 125.
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In
dem Fall des Tankkörpers 125 der vorliegenden
Ausführungsform ist die Haltbarkeit des Tanks gegen Bruch,
wenn der Tank-Formfaktor 28,9 ist, die Zeitdauer, welche mit dem
Stern in der 3 angegeben ist, und kann gesehen
werden, länger zu sein als die Haltbarkeit des Tanks gegen
Bruch eines Tankkörpers, der aus einer glasfaserverstärkten
Polyamid 6.6-Zusammensetzung aus dem Stand der Technik aufgebaut
ist, welcher den gleichen Tank-Formfaktor aufweist, wie es mit dem
schwarzen Punkt in der 3 angegeben ist.
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Als
ein Ergebnis von einem Untersuchen der Beziehung zwischen dem Tank-Formfaktor
und der Haltbarkeit des Tanks gegen Bruch, wenn der Krümmungsradius
R, die Plattendicke T und der innere Oberflächenbereich
S des Tankkörpers 125 der vorliegenden Ausführungsform
geändert werden, wurde zusätzlich festgestellt,
dass im Gegensatz zum Erhalten der Beziehung der Kurve, welche mit
der durchgezogenen Linie in der 3 angegeben
ist, in dem Fall eines Tankkörpers, welcher aus einer glasfaserverstärkten
Polymaid 6.6-Zusammensetzung aus dem Stand der Technik aufgebaut
ist, die Beziehung der Kurve, welche mit der doppelt gepunkteten
Linie in der 3 angegeben ist, in dem Fall
des Tankkörpers 125 erhalten wurde, welcher aus der
glasfaserverstärkten Polyamid 6.10-Zusammensetzung der
vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
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Wie
es aus diesen Ergebnissen gesehen werden kann, war in dem Fall eines
Tankkörpers, welcher aus einer glasfaserverstärkten
Polyamid 6.6-Zusammensetzung aus dem Stand der Technik gebildet
war, der Tank-Formfaktor auf 60 oder weniger gestellt (man nehme
Bezug auf die gerade Linie, welche mit der einfach gepunkteten Linie
in der 3 angegeben ist), so dass die Haltbarkeit des
Tanks gegen Bruch länger ist als die Haltbarkeit des Tanks
gegen Bruch L1, welche von Kühler-Wasserkästen
gefordert wird. Bei dem Tankkörper 125 der vorliegenden
Ausführungsform hingegen kann gesehen werden, dass es erforderlich
ist, den Tank-Formfaktor auf 110 oder weniger einzustellen, um die
Haltbarkeit gegen Bruch länger zu machen als die Haltbarkeit
des Tanks gegen Bruch L1 (man nehme Bezug auf die gerade Linie,
welche mit der doppelt gepunkteten Linie in der 3 angegeben
ist). Es ist somit bevorzugt, den Tank-Formfaktor in der vorliegenden Ausführungsform
auf 110 oder weniger einzustellen.
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Wie
es oben beschrieben wurde, kann der Tankkörper 125,
welcher die zuvor erwähnte Konfiguration aufweist, hergestellt
werden unter Verwenden eines Herstellungsprozesses ähnlich
zu dem Fall eines Verwendens einer glasfaserverstärkten
Polyamid 6.6-Zusammensetzung aus dem Stand der Technik, mit der
Ausnahme eines Verwendens von Polyamid 6.10, welches einen Polymerisationsgrad
derart aufweist, dass seine relative Viskosität 2,3 bis
2,9 beträgt. Die Polyamid 6.10-Zusammensetzung der vorliegenden
Ausführungsform ist eine geschmolzene, gemischte Mischung,
und die Polyamid 6.10-Zusammensetzung kann eingestellt bzw. angepasst
werden unter Verwenden von verschiedenen Schmelz-Mischungsverfahren.
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Eine
Polymerkomponente und eine Nichtpolymerkomponente können
zum Beispiel in einen Schmelzmischer wie zum Beispiel einen Einfachschrauben-
oder einen Doppelschraubenextruder, einen Mixer, eine Knetmaschine
oder einen Banbury-Mischapparat in einem einzigen Schritt oder in
einer schrittweisen Art hinzugefügt werden und gefolgt
von einem Schmelzen und Mischen. In dem Fall, in dem die Polymerkomponente und
die Nichtpolymerkomponente in einer schrittweisen Art hinzugefügt
werden, kann ein Teil der Polymerkomponente und/oder der Nichtpolymerkomponente
als erstes hinzugefügt werden, gefolgt von einem Mischen und
Schmelzen mit der verbleibenden Polymerkomponente und/oder der Nichtpolymerkomponente,
welche hinzugefügt wird, und dann einem weiteren Schmelzen
und Mischen, bis eine zulänglich gemischte Zusammensetzung
erhalten wird. Diese Mischung kann dann in die Form des Tankkörpers 125 gegossen
werden unter Verwenden eines Verfahrens, welches unter Personen
mit normalen Fachkenntnissen auf dem Gebiet bekannt ist, wie zum
Beispiel Spritzgießen, Spritzblasgießen, Blasgießen,
Extrudieren, Thermoformen, Schmelzgießen oder Rotationsgießen.
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Wie
es oben erläutert worden ist, kann bei der vorliegenden
Ausführungsform, da der Tankkörper 125 zusammengesetzt
ist aus einer Polyamid 6.10-Zusammensetzung, welche die oben beschriebene
Konfiguration aufweist, ein Kunststofftankkörper 125 bereitgestellt
werden, welcher eine zufriedenstellende Produktivität,
eine Calciumchloridwiderstandsfähigkeit, eine Hydrolysewiderstandsfähigkeit,
eine Robustheit und eine Widerstandsfähigkeit gegen Hochtemperaturkriechen
aufweist.
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Zusätzlich
können als ein Ergebnis des Zusammensetzens des Tankkörpers 125 mit
der Polyamid 6.10-Zusammensetzung, welche in der oben beschriebenen
Art und Weise ausgestaltet ist, die Hydrolysewiderstandsfähigkeit,
die Robustheit und die Widerstandsfähigkeit gegen Hochtemperaturkriechen
verbessert werden im Vergleich mit herkömmlichen Tankkörpern,
welche aus einer Polyamid 6.6-Zusammensetzung und ähnlichem
bestehen, wobei es dadurch möglich gemacht wird, einen
Kunststofftankkörper 125 bereitzustellen, der
fähig ist, selbst in Fällen von einem Motorkühlfluid
verwendet zu werden, das bei einer höheren Temperatur als
der Stand der Technik betrieben wird, in Antwort auf die Nachfrage
nach Kraftfahrzeugen, welche eine bessere Kraftstoffeffizienz aufweisen.
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Andere Ausführungsformen
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Obwohl
die Ausführungsform, welche oben beschrieben ist, ein Kühler
ist, welcher gewellte Rippen 112 aufweist, ist die vorliegende
Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann auch angewendet
werden auf zum Beispiel einen Kühler, in welchem die Rippen
in der Form von dünnen Streifen und Rohre mechanisch verbunden
werden durch ein Expandieren bzw. Aufweiten der Rohre.
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Zusätzlich
ist, obwohl die Rohre 111 derart angeordnet wurden, dass
deren Längsrichtung mit der vertikalen Richtung in der
oben beschriebenen Ausführungsform zusammenfiel, die vorliegende
Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern die Längsrichtung
der Rohre 111 kann vielmehr ebenfalls mit der horizontalen Richtung
zum Beispiel zusammenfallen.
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Obwohl
der Tankkörper 125 aus der Polyamid 6.10-Zusammensetzung
gebildet wurde, welche die zuvor erwähnte Konfiguration
in der oben beschriebenen Ausführungsform aufweist, kann
zusätzlich ein Kühlerdeckel auch mit der Polyamid
6.10-Zusammensetzung gebildet werden, welche die obige Konfiguration
aufweist. In anderen Worten, zumindest ein Abschnitt des Kühlers
kann mit der Polyamid 6.10-Zusammensetzung gebildet werden, welche
die zuvor erwähnte Konfiguration bzw. Ausgestaltung aufweist.
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Obwohl
das Bauteil des Kraftfahrzeugkühlsystems, wie es in der
vorliegenden Erfindung beansprucht wird, als ein Tankkörper
eines Fahrzeugkühlers bei der oben beschriebenen Ausführungsform
diente, ist zusätzlich diese Komponente nicht auf einen
Wärmetauscher für die Kühlung eines Hochtemperaturfluids
in der Art und Weise eines Kühlers beschränkt,
sondern kann vielmehr auch als ein Reservetank, ein Heizkern, ein Wärmespeichertank,
ein Wasserventil, eine Wasserpumpe und ähnliches dienen,
durch welche ein Fluid von hoher Temperatur, wie zum Beispiel ein
Motorkühlfluid, strömt, oder kann als ein Abschnitt
eines Reservetanks, ein Abschnitt eines Heizkerns, ein Abschnitt
eines Wärmespeichertanks, ein Abschnitt eines Wasserventils,
ein Abschnitt einer Wasserpumpe und ähnliches dienen.
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In
diesem Fall weist die Querschnittsform des Abschnitts, durch welchen
das Fluid zirkuliert, zumindest ein Paar von gegenseitig gegenüberliegenden
Seitenwänden und einen Boden auf, der das Paar von Seitenwänden
verbindet unter einem Verbundensein mit dem Paar von Seitenwänden
durch Verbindungen, welche in einem vorbestimmten Krümmungsradius
gekrümmt sind, und der Formfaktor S/RT des Abschnitts,
durch welchen das Fluid zirkuliert, wenn der Krümmungsradius,
die Plattendicke und der Querschnittsbereich des Strömungspfades
als R, T und S jeweils genommen werden, ist gleich zu dem Tank-Formfaktor,
welcher in der zuvor erwähnten Ausführungsform
erläutert ist, und ist vorzugsweise 110 oder weniger.
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Obwohl
die Polyamid-Zusammensetzung, welche in der oben beschriebenen Ausführungsform
eingesetzt wird, enthält (a) 48,9 bis 79,988 Gewichtsprozent
von dem Polyamid 6.10, (b) 20 bis 50 Gewichtsprozent von der Glasfaser,
(c) 0,002 bis 0,1 Gewichtsprozent von dem Kupfer, (d) 0,01 bis 1,5
Gewichtsprozent von dem Nukleierungsmittel basierend auf dem Gesamtgewicht
des Polyamids 6.10, der Glasfaser, des Kupfers und des Nukleierungsmittels,
die Halbkristallisationszeit der Polyamid-Zusammensetzung 5 Minuten
oder weniger ist und das Polyamid 6.10 eine relative Viskosität
gemessen in 98 Prozent Schwefelsäure von 2,3 bis 2,9 aufweist,
kann des Weiteren eine Mischung von Polyamid 6.10 und Polyamid 6.12
oder Polyamid 6.12 anstatt von Polyamid 6.10 für die Polyamid-Zusammensetzung
verwendet werden, welche solch eine Konfiguration aufweist.
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BEISPIELE
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Das
Nachfolgende gibt eine Erläuterung von Beispielen für
die Polyamid 6.10-Zusammensetzung.
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Die
Tabelle 1 zeigt die Materialien und Mengen von Komponenten, welche
in den Beispielen 1 bis 15 und den vergleichenden Beispielen 1 bis
6 verwendet werden. Die Mengen von Komponenten bzw. Bestandteilen,
welche in der Tabelle 1 gezeigt sind, werden in Gewichtsprozent
basierend auf dem Gesamtgewicht von dem Polyamid, der Glasfaser,
dem Ruß und dem Kupfer (Cu) angegeben.
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Probenvorbereitung:
Die Zusammensetzungen der Beispiele (bezeichnet als „Beispiele” (Bsp.)
in Tabelle 1) und vergleichenden Beispiele (bezeichnet als „vergleichende
Beispiele” (vgl. Bsp.) in Tabelle 1) wurden vorbereitet
durch Schmelzen und Mischen der Komponenten, welche in Tabelle 1
angegeben sind, mit einem Doppelschraubenextruder. Kupfer wurde
hinzugefügt in der Form von CuI. Die Mengen, welche in
der Tabelle 1 gezeigt sind, sind äquivalent zu dem tatsächlichen
Gewicht des vorhandenen Kupfers.
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Fünf
Arten von Polyamid 6.10, welche verschiedene relative Viskositäten
aufweisen (bezeichnet als „A” bis „E” in
der Spalte von PA 6.10 in Tabelle 1), wurden in den Beispielen 1
bis 15 und den vergleichenden Beispielen 1 und 2 verwendet. Die
relativen Viskositäten davon waren wie unten angegeben.
Polyamid
6.10A: | 2,9 |
Polyamid
6.10B: | 2,8 |
Polyamid
6.10C: | 2,6 |
Polyamid
6.10D: | 2,5 |
Polyamid
6.10E: | 2,3 |
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Die
Ergebnisse für die relative Viskosität wurden
erhalten durch Messen bei 45°C in 98% Schwefelsäure
in Übereinstimmung mit JIS K9620. Zusätzlich
wurde Polyamid 6.6 (bezeichnet als PA 6.6 in Tabelle 1) in den vergleichenden
Beispielen 3, 4 und 6 verwendet, wohingegen eine Mischung von Polyamid
6.6 und Polyamid 6.12 (bezeichnet als PA 6.6/6.12 in Tabelle 1)
in dem vergleichenden Beispiel 5 verwendet wurde.
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Die
Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse von jedem Test für die Beispiele
1 bis 15 und die vergleichenden Beispiele 1 bis 6. Die Testverfahren
waren wie unten beschrieben.
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Die
Kerbschlagbiegefestigkeit wurde gemessen basierend auf ISO
179 unter Verwendung von Teststücken, welche eine
Kerbe aufweisen.
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Eintauchtest – Zugfestigkeit:
Probestücke wurden in eine flache Platte spritzgegossen,
welche die Abmessungen 120 × 140 × 2,5 mm aufweist,
gefolgt von einem mechanischen Formen in die Form von einem ASTM
Nr. 1-Zugfestigkeitsteststück in der Richtung
senkrecht zu der Richtung, in welcher die Glasfasern von der Mitte
der flachen Platte ausgerichtet sind. Die Teststücke wurden
dann in eine 50/50 v/v-Mischung von Wasser und Original-Toyota-LLC
bei 130°C für 888 Stunden oder für 1800
Stunden eingetaucht. Die Zugfestigkeit der Teststücke wurde
dann gemessen.
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Eintauchtest – Verformungswiderstandsfähigkeit:
Probestücke wurden in eine flache Platte spritzgegossen,
welche die Abmessungen 120 × 140 × 2,5 mm aufweist,
gefolgt von einem mechanischen Formen in eine flache Platte, welche
die Abmessungen 120 × 40 × 2,5 mm in der Richtung
senkrecht zu der Richtung aufweist, in welcher die Glasfasern von
der Mitte der flachen Platte ausgerichtet sind. Die Teststücke
wurden dann in eine 50/50 v/v-Mischung von Wasser und Original-Toyota-LLC
bei 130°C für 888 Stunden oder 1800 Stunden eingetaucht.
Die Verformungswiderstandsfähigkeit wurde gemessen durch
Biegen der flachen Platte um eine gekrümmte Aufspannrichtung
herum und ein Messen des Prozentanteils der Verformung, bei welcher sich
Brüche bilden. Ein höherer Wert deutet eine größere
Widerstandsfähigkeit gegen Verformung an.
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Luftofen-Alterungstest
(AOA): Probestücke wurden in eine flache Platte spritzgegossen,
welche die Abmessungen 120 × 140 × 2,5 mm aufweist,
gefolgt von einem mechanischen Formen in die Form von einem ASTM
Nr. 1-Zugteststück in der Richtung senkrecht zu
der Richtung, in welcher die Glasfasern von der Mitte der flachen
Platte ausgerichtet sind. Die Teststücke wurden dann über
1000 Stunden bei 160°C in einem Trockenofen gealtert, gefolgt
von einem Messen der Zugfestigkeit.
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Calciumchlorid-Widerstandsfähigkeitstest:
Probestücke wurden spritzgegossen in eine flache Platte, welche
die Abmessungen 120 × 140 × 2,5 mm aufweist, gefolgt
von einem mechanischen Formen in eine flache Platte, welche die
Abmessungen 120 × 12,7 × 2,5 mm in der Richtung
senkrecht zu der Richtung aufweist, in welcher die Glasfasern von
der Mitte der flachen Platte aus ausgerichtet sind. Die Teststücke
wurden angepasst, um in einem wasserabsorbierenden Zustand zu sein,
welcher eine relative Feuchtigkeit von 50% bei 23°C aufweist.
Die Teststücke wurden in ein Stück Gaze eingeschlagen,
die in geeigneter Weise mit einer 35%-Lösung von Calciumchlorid
getränkt war, gefolgt von einem Aufhängen eines
Gewichts von einem Ende davon, so dass die Last 20 MPa betrug, während
das andere Ende befestigt wurde und es ihm erlaubt wurde, bei Raumtemperatur
für 1 Stunde zu stehen. In Fortsetzung wurden die Teststücke
in einem Ofen bei 100°C für 2 Stunden platziert
und dann für 1 Stunde bei Raumtemperatur abgekühlt.
Dieser Zyklus wurde wiederholt, bis Brüche an der Oberfläche
des Teststücks festgestellt wurden.
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Kristallisationsrate:
Probestücke wurden erhitzt auf eine Temperatur von 40°C
höher als der Schmelzpunkt des Polymers bei der Rate von
20°C/Minute, gefolgt von einem Abkühlen auf eine
Temperatur von 20°C niedriger als der Schmelzpunkt davon
bei der Rate von 100°C/Minute. Nachfolgend wurde es den
Probestücken erlaubt, zu kristallisieren, während
sie bei der Temperatur gehalten wurden. Die Halbkristallisationszeit wurde
gemessen, um die Polyamid-Zusammensetzungen auszuwerten.
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Wenn
jedoch die Kristallisationsrate, wenn die Probestücke auf
eine Temperatur 20°C niedriger als der Schmelzpunkt davon
bei einer Rate von 100°C/Minute abgekühlt wurden,
zu groß war, wurde die Halbkristallisationszeit während
des Abkühlens des Probestücks auf eine Temperatur
von 10°C niedriger als der Schmelzpunkt davon bei der Rate
von 100°C/Minute gemessen. In Tabelle 2 ist die Halbkristallisationszeit, welche
erhalten wurde durch Abkühlen eines Probestücks
auf eine Temperatur von 20°C niedriger als der Schmelzpunkt
davon, in einer Spalte der Messbedingung 1 angegeben, und die Halbkristallisationszeit,
welche erhalten wurde durch ein Abkühlen eines Probestücks
auf eine Temperatur von 10°C niedriger als der Schmelzpunkt
davon, wurde in der Spalte der Messbedingung 2 angegeben.
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Wie
es in der Tabelle 2 gezeigt ist, waren in einem Vergleich der Testergebnisse
für die Zugfestigkeit und die Verformungswiderstandsfähigkeit
zwischen den Beispielen 1 bis 15 und den Vergleichsbeispielen 3
bis 6 die Ergebnisse für die Beispiele 1 bis 15 größer
als die Vergleichsbeispiele 3 bis 6. Als ein Ergebnis kann gesagt
werden, dass die Polyamid-Zusammensetzung der vorliegenden Beispiele
eine höhere Robustheit und eine höhere Widerstandsfähigkeit
gegen Hochtemperaturkriechen aufweist als eine Zusammensetzung unter Verwenden
von Polyamid 6.6, wenn die relative Viskosität des Polyamids
6.10 ist wie angegeben für A bis E.
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Zusätzlich
scheint es bei einem Vergleichen der Ergebnisse der Beispiele 1
bis 15 eine Tendenz zu geben, dass das Polyamid 6.10 mit niedrigerer
relativer Viskosität (siehe Polyamide 6.10 A bis E in Tabelle
1) eine niedrigere Verformungswiderstandsfähigkeit aufweist.
Das Polyamid 6.10 mit einer relativen Viskosität von 2,3
oder mehr ist weiterhin vorzuziehen, da die Verformungswiderstandsfähigkeit
im Beispiel 10 ein Minimalwert war, welcher für Bauteile
von Kraftfahrzeugkühlsystemen erfordert wird (z. B. ein
Tankkörper von einem Kühler).
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Zusätzlich
ist für das Nukleierungsmittel ein Verwenden von Ruß und
Talkum zusammen mehr vorzuziehen als ein Verwenden von Ruß oder
Talkum alleine, da die Halbkristallisationszeit in jedem von den
Beispielen 13 bis 15 kürzer war als in anderen Beispielen.
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Zusammenfassung
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Ein
Tankkörper 125, aufweisend Wasserkästen 120 eines
Kühlers ist zusammengesetzt aus einer Polyamid-Zusammensetzung,
welche Polyamid 6.10, Glasfaser, Kupfer und ein Nukleierungsmittel
enthält. Die Polyamid-Zusammensetzung enthält
in diesem Zeitpunkt basierend auf dem Gesamtgewicht des Polyamids 6.10,
der Glasfaser, des Kupfers und des Nukleierungsmittels (a) 48,9
bis 79,988 Gewichtsprozent des Polyamids 6.10, (b) 20 bis 50 Gewichtsprozent
der Glasfaser, (c) 0,002 bis 0,1 Gewichtsprozent des Kupfers und (d)
0,01 bis 1,5 Gewichtsprozent des Nukleierungsmittels, und das Ergebnis
der Messung der Halbkristallisationszeit der Polyamid-Zusammensetzung
ist 5 Minuten oder weniger. Zusätzlich weist das Polyamid
6.10, welches verwendet wird, eine relative Viskosität,
gemessen in 98 Prozent Schwefelsäure, von 2,3 bis 2,9 auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 10-219107 [0004, 0007]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - ASTM D-3849 [0038]
- - JIS K9620 [0061]
- - ISO 179 [0063]
- - ASTM Nr. 1-Zugfestigkeitsteststück [0064]
- - ASTM Nr. 1-Zugteststück [0066]