DE19731771A1 - Abdichtungsverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abdichten der Wenden eines Behälters, die insbesondere aus Kunststoffen oder einem anderem porösen Werkstoffen hergestellt ist, ein nach diesem Verfahren behandeltes Behälter gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 9 einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Werkstück gemäß Patentanspruch 10, ein Benzin- oder Dieseltank gemäß Patentanspruch 9 eines Verbrennungsmotors eines PKWs.

Insbesondere in der Automobil- und Luftfahrtindustrie ist man zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauches bestrebt, möglichst eine Vielzahl von Bauelementen aus Leichtstoffen herzustellen, um somit Gewicht zu sparen. In den letzten Jahren wurden dabei erhebliche Anstrengungen unternommen, auch Teile von Verbrennungsmotoren beispielsweise Kraftstoffbehälter aus Kunststoffen oder Einsaugrohr herzustellen. Besondere Schwierigkeiten beim Einsatz der Kunststoffen treten beim Abdichten der Tankwänden auf, bei denen das Verdunsten von Brennstoff durch das Wand vorkommt.

Bei den bisher für derartige Anwendungszwecke eingesetzten Abdichtungsverfahren durch Nachfühlen des Tanks beim Herstellprozeß mit einem Fluor hältigen Gas, wie beispielsweise F₂ oder durch Aufbringen einer in der Plasmaathmosphere hergestellte Kunststoff-Flourverbindungsschicht treten entweder enormen Herstell- oder Entsorgungskosten auf.

Auch das Aufbringen sonstiger Plasmaschichten bedarf eines erheblichen fertigungstechnischen und vorrichtungstechnischen Aufwandes, so daß derartige Be­ schichtungen lediglich bei den Autos eingesetzt werden können, die für Exportländer bestimmt sind, während sich derartige Lösungen in der Großserienproduktion für Eigenland aus Kostengründen nicht durchsetzen lassen.

Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abdichten der Oberflächen von Kunststoffbehälter, sowie nach diesem Verfahren behandelten Brennstoffback eines PKWs und ein Werkstück - ein Motorenkomponent aus einem porösem Werkstoff für derartige Zwecke zu schaffen, mit denen bei minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand ein Verdunsten bzw. Austreten von Brennstoff verhinderbar ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, hinsichtlich der nach diesem Verfahren behandelten Behälter durch die Merkmale der nebengeordneten Patentansprüche 9, und hinsichtlich des Motorenkomponents durch die Merkmale des Patentanspruchs 10 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, an der Matrix des Grundwerkstoffes, aus dem das Behälter hergestellt ist, Fluorkohlenwasserstoffmoleküle, insbesondere die Ionen von Polyfluorethermolekülen physikalisch anzulagern, wird eine lonen- oder Molekülschicht auf der mindestens Innere der Behältersoberfläche ausgebildet, die verhindert, daß bei einer Lagerung des Brennstoffes in dem Behälter ein Direktkontakt zwischen dem Behältermaterial sowie dessen Poren und dem Brennstoff zustande kommt dadurch wird es auch verhindert, daß die Kapillareffekte stattfinden, die das Brennstoff durch die Wände des Behälters beschleunigt nach Außen befördern.

Es handelt sich dabei um eine molekulare Oberflächenbelegung, so daß die Poren und die Kapillare des Behälters in sicherste Weise abgedichtet werden. Bei den Voruntersuchungen im Rahmen der Entwicklung der vorliegenden Erfindung zeigte es sich, daß die Moleküle oder Ionen sich mit dem Brennstoff nicht vermischen, sondern eine dichte Belegung bzw. Schicht ausbilden, so daß das Austreten des Brennstoffes unmöglich wird, ebenfalls werden die Verdunstungsgasen des Brennstoffes festgehalten. Die Anlagerung der Moleküle und/oder Ionen kann dabei in Abhängigkeit von den eingesetzten Materialien (Werkstoff des Behälters, Molekülart) durch Kapillareffekt-Bindung oder durch Adhäsion erfolgen.

Als besonders gut geeignet haben sich Ionen des Types CF⁺, C₂F⁺, CF₃⁺, C₂F₄⁺, C₂F₅⁺, C₃F₅⁺, C₃F₆⁺, C₃F₇⁺, CFO⁻, CF₃O⁻, C₂F₃O₂⁻, C₃F₅O⁻, C₃F₅O₂⁻ (allgemein: C_mF_n⁺ (m, n ≧ 1); C_aF_bO_c⁻, (a,b,c ≧ 1)) herausgestellt.

Die Polyfluorethermoleküle können an Seitenketten auch Sauerstoff- oder Wasserstoffgruppen aufweisen.

Zur Vergleichmäßigung der Ionen-/Molekülbelegung kann das oberflächenbehandelte Werkstück bei der Anlagerung der Ionen/Moleküle mit einer Lösung der Molekülen oder Ionen beaufschlagt werden, beispielsweise indem der Behälter einer Bespülung mit der Lösung unterzogen wird, so daß sich die lonen in der bereits vorstehend beschriebenen Weise gleichmäßig über die Innere der Oberfläche verteilen.

Eine besonders gute Anhaftung der Ionen/Molekülschicht erhält man, wenn dem Anlagerungsschritt ein Reinigungsschritt vorgeht und/oder Trocknungsschritt nachgeht, durch den die Innere der Behälteroberfläche konditioniert wird.

Eine besonders gleichmäßige Verteilung der Ionen/Molekülschicht mit minimaler Schichtdicke erhält man, wenn die Fluorkohlenwasserstoffmoleküle in verdünnter Form angewendet werden.

Die Oberflächenbehandlung des Werkstückes läßt sich besonders vorteilhafter Weise in einem Bespülungs- oder Nachfüllschritt des Behälters mit der oben beschriebener Lösung der Ionen oder Molekülen durchführen, in der ein Trägerlösemittel und die Fluorkohlenwasserstoffmoleküle in den Behälter nachgefüllt werden können. Besonders geeignet für die Verwendung als Trägerlösungsmittel zur Behandlung des Behälters ist Alkohol oder eine polare in Normalbedingungen flüssige, schnell austrocknende chemische Verbindung, die die o.g. Molekülen und lonen auflöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders vorteilhaft bei Werkstücken aus Polyethylen (PE) oder Polypropilen (PP), beispielsweise bei Kunststofftanks einsetzen.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht bei Schläuchen, insbesondere den Einsaugrohren von Brennstoffgemisch, bei denen die Innere der Oberfläche mit einer erfindungsgemäßen Molekül-/lonen-Schicht versehen wird, so daß ein Austreten bzw. Durchdringen von Brennstoffmolekülen durch das Wand verhinderbar ist.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Im folgenden werden einige Anwendungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 - ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens erstreckt sich auf die Behandlung von Behälters, beispielsweise aus Polyethilen (PE) - ein Brennstoffbehälter eines PKWs, wobei sich gezeigt hat, daß durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Austreten (Verlust) von Brennstoff durch die Wand des Behälters auf ein Bruchteil gegenüber eines unbehandelten Behälters reduzierbar ist.

Bei dem im folgenden beschriebenen Verfahren wird der aus einem Kunststoff hergestellte Benzin- bzw. Dieseltank in einem Nachfüllschritt, in dem die Oberflächenbehandlung vorgenommen wird. Die zu behandelnde Innere des Behälters muß dabei möglichst so besprüht oder befühlt werden, daß die gelösten lonen oder Molekülen die Innere des Behälters ohne Behinderung durchsetzen bzw. erreichen können.

Die Zuführung der Lösung erfolgt über Öffnung des Behälters, wobei der Zuführöffnung beispielsweise erfindungsgemäße Fluorkohlenwasserstoff zuführbar sind. Über die Zuführöffnung wird der erfindungsgemäße Fluorkohlenwasserstoff eingebracht.

In Fig. 1 ist ein Ablaufschema eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abdichten des Behälters von Brennstoff eines PKWs dargestellt. Demgemäß wird der Behälter zunächst im Schrift S1 mit der Lösung von der erfindungsgemäßen Lösungen von Ionen oder Molekülen nachgefühlt oder besprüht.

Nach der Nachfüllung des Behälters wird dieser einigen Sekunden ausgehalten und abschließend wird die Lösung ausgespült.

Nach der vorbestimmten Einwirkzeit, die je nach Kunststoff 1-60 Sekunden betragen kann, werden die Lösungen abgepumpt oder aus dem Behälter entleert.

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegangen, daß die Ionen/Molekülkettenbestandteile die Kunstoffporen mit Hilfe von Kapillareffekt auffüllen und sich entsprechend anlagern. Da jedoch Kunststoffstruktur und Oberflächen in der Regel inhomogen ausgebildet sind und je nach Zusammensetzung auch Poren mit der Größe zwischen 0,1 bis 10 pm in der Werkstoffmatrix besitzen, kann das erfindungsgemäße Verfahren bei den Tanks und Backs problemlos und prozeßsicher eingesetzt werden.

Wie bereits vorstehend erwähnt, ist das erfindungsgemäße Verfahren keinesfalls auf die Anwendung bei Kunststoffen für Brennstoffbehälter beschränkt.

Vorversuche des Erfinders zeigten, daß sich auch mit Erfolg anderen porösen Werkstoffe (silicatkeramische Werkstoffe, oxidkeramische Werkstoffe, nicht-oxidische keramische Werkstoffe oder Gummi - Elastomere Werkstoffe) mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorbehandeln lassen, um beispielsweise die Durchlässigkeit für die Wasser oder Wasserdampf zu verhindern und damit das Innere (zum Beispiel Stromleitung) von der Korrosion oder Kurzschluß zu schützen.

Ein weiterer Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in dem Schützen der Strommleitungen, die mit einem Kunststoffisolator belegt sind, so daß diese auch zur Anwendung in der nasser Umgebung nicht oder nur sehr schwer anwendbaren Materialien, wie beispielsweise in Jungel oder Mehr, etc. geeignet sind bzw. werden.

Weitere Anwendungsbereiche der Erfindung liegen in der Behandlung von Stromleitungen mit Isolator aus dem Kunststoff, dabei können die lsolatorschichte aus üblichen Materialien, wie beispielsweise Gummi oder einem Polymer bestehen, die nach der Behandlung die Krichstromme gesenkt bekommen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Abdichten von Wenden eines Behälters, das insbesondere aus Kunststoff oder einem anderem porösen Material hergestellt ist, mit dem Schritt:
chemische oder physikalische Anlagerung von Ionen von Fluorkohlenwasser­ stoff-Molekülen, insbesondere von Polyfluorether-Molekülen des Typs - (CF₂CF₂)O(CF₂CF₂)- mindestens von der Innere des Behälters Oberfläche.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ionen des Types C_nF_m⁺ (m, n ≧ 1) und C_aF_bO_c⁻ (a, b, c ≧ 1), vorzugsweise C₂F⁺, CF₃⁺, C₂F₄⁺, C₂F₅⁺, C₃F₅⁺, C₃F₆⁺, C₃F₇⁺ sowie CFO⁻, CF₃O⁻, C₂F₃O₂⁻, C₃F₅ und C₃FO₂⁻ angelagert werden.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyfluorether-Moleküle an Seitenketten O- und/oder H-Gruppen aufweisen.

4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagerung durch Adhäsion an den Wänden des Behälters erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die behandelte Behältersoberfläche nach der Anlagerung der Io­ nen bzw. Molekülen mit einem Kapillareffekt, das die Moleküle in die Kunststoff­ poren befördert beaufschlagt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Anlagerungsschritt ein Auflösungsschritt der Molekülen in ei­ ner Lösungsmittel vorgeschalltet ist, und/oder ein Trocknungsschritt nachge­ schalltet ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Polyfluorether-Moleküle verdünnt angelagert werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Fluorkohlenwasserstoff-Molekül nicht in Brennstoff eines Benzin- bzw. Diesel- Back löslich ist.

9. Brennstoffbehälter mit einer nach dem Verfahren gemäß den vorhergehenden Patentansprüchen vorbehandelten Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter aus einem Polyethylen (PE) oder Polypropilen (PP) hergestellt ist und als ein Tankbehälter, vorzugsweise eines Verbrennungsmotors dient.

10. Werkstück mit einer nach dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 bis 9 vorbehandelten Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück ein weiteres porenhältigen Motorenkomponent ist, dessen Oberflächen nach dem Verfahren behandelt ist.