DE2236564A1

DE2236564A1 - Kraftstoffbehaelter aus thermoplastischem kunststoff

Info

Publication number: DE2236564A1
Application number: DE19722236564
Authority: DE
Inventors: Franz Guebitz
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1972-07-26
Filing date: 1972-07-26
Publication date: 1974-02-07
Also published as: AT329387B; NL7310143A; AU5840773A; JPS4958412A; DD105184A5; ATA655173A; IT991377B; FR2194187A5; GB1443170A

Description

·, FARBWERKE HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT 2236564

¹ vormals Meister Lucius & Brüning

Aktenzeichen: _{H0E 72}/f 220 u. H.

Datum: 18. Juli 1972 ' Dr.MD/CK

Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff

Es ist bekannt, daß für die Werkstoffauswahl und die Konstruktion von Kraftstoffbehältern eine Reihe von Empfehlungen zu beachten sind. Bezüglich der Werkstoffauswahl wird aus Sicherheitsgründen gefordert, daß der Kraftstoffbehälter den chemischen, mechanischen und' thermischen Beanspruchungen standhält, daß er ausreichend gegen Kraftstoff undurchlässig ist und-eine hinreichende Alterungsbeständigkeit aufweist. Er darf sich nicht gefährlich elektrostatisch aufladen und er muß sich in eingebautem Zustand als hinreichend brandsicher erweisen« Bei betriebsüblicher Beanspruchung muß die Ansammlung von zündbaren Kraftstoff-Luft-Gemischen im Fahrzeugbau ausgeschlossen sein.

Kraftstoffbehälter werden bislang vorwiegend aus Stahlblech hergestellt. Auf Grund der Festigkeit und Leitfähigkeit von metallischen Werkstoffen erfüllen diese Kraftstoff-. Behälter aus Stahlblech eine Reihe der erhobenen Forderungen zufriedenstellend. Nachteilig ist jedoch die bekannte Korrosionsanfälligkeit, das Deformationsverhalten und das Verhalten im Brandfalle. Aus Sicherheitsgründen ist es erwünscht, daß der Kraftstoffbehälter beim Unfallgeschehen einen möglichst großen Knautscheffekt, erleidet

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ohne zu reißen. Kraftstoffbehälter aus Stahlblech erfüllen diese Forderung nicht zufriedenstellend, da sie nur eine begrenzte Schlag- und Stoßbruchfestigkeit haben. Auch bezüglich des Brandverhaltens erweist sich der Kraftstoffbehälter aus Stahlblech unter Umständen als nachteilig oder sogar als gefährlich. Die hohe Festigkeit bedingt, daß der Behälter erst reißt, wenn der Kraftstoff bereits unter sehr hohem Innendruck steht. Der Kraftstoff kann dadurch in Form einer gefährlichen Feuerlanze abbrennen.

Kraftstoffbehälter aus Stahlblech werden üblicherweise aus Zuschnitten durch Tiefziehen und Zusammenschweißen hergestellt. Diese Herstellungsweise hat zur Folge, daß nur geometrisch einfache Ausführungen wirtschaftlich hergestellt werden können. Beim Behälter aus Stahlblech ist daher in vielen Fällen die optimale Raumausnutzung nicht zu erzielen.

Kraftstoffbehälter aus anderen Werkstoffen werden bislang nur für die Motoren kleinerer Arbeitsmaschinen sowie für Kleinserien von Automobilen und Testfahrzeugen hergestellt.

Im Vordergrund stehen dabei thermoplastische Kunststoffe, die nach den verschiedenen Warmformungsverfahren, z. B. Blasformen, Pressen, Rotationsschmelzen, Spritzgießen und Tiefziehen verarbeitet werden können. Es ist auch bekannt, Kunststoffbehälter durch Polymerisieren von Monomeren, z. B. Caprolactam, in einem Formwerkzeug herzustellen. Für die thermoplastische Verarbeitung wird vorwiegend Niederdruokpolyäthylen und Polyamid verwendet.

Die Kunststoffe gestatten es, die Geometrie des Kraftstoffbehälters weitestgehend der des Fahrzeuges anzupassen. Dadurch wird eine optimale Raumausnutzung und demzufolge auch ein größtmögliches Füllvolumen erzielt. Weitere Vorteile der Kunst-

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stoffe sind die Korrosionsbeständigkeit unter Witterungseinfliissen, das günstige Brandverhalten und die gute Nachgiebigkeit bei Schlag- und Stoßbelastungen. Im Brandfall schmilzt der Kraftstoffbehälter in einem Temperaturbereich, in dem noch kein sehr hoher Innendruck vorhanden ist. Der Kraftstoff läuft dabei aus und verbrennt ohne Verpuffung. Weiterhin ist es sehr wesentlich, daß bei der Ausführung in Kunststoff die Herstellungskosten, insbesondere die Werkzeugkosten, vergleichsweise niedrig sind. Auf Grund der niedrigen Dichte der Kunststoffe, die nur etwa 1/7 der von Eisenwerkstoffen beträgt, ergeben sich ferner erhebliche Gewxchtseinsparungen.

Bei den Polyamiden, die sich durch eine relativ geringe Durchlässigkeit für Kraftstoff auszeichnen, ist die bekannte Temperatur- und Feuchtigkeitsabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften ein nachteiliger Faktor, insbesondere im Temperaturbereich unterhalb des Gefrierpunktes. Diesen Nachteil weist Niederdruckpolyäthylen nicht auf. Es hat jedoch eine relativ hohe,Durchlässigkeit für Kraftstoff, wodurch den eingangs aufgestellten Richtlinien nicht genügt wird.

Auf Grund des bekannten Zusammenhangs zwischen der Diffusionsgeschwindigkeit und der Wanddicke ist es zwar möglich, die Diffusion durch Erhöhung der Wanddicke in gewissem Umfang zu verlangsamen. Eine Verminderung um etwa eine Größenordnung ist jedoch aus naheliegenden Gründen nicht möglich.

Es ist versucht worden, diesen Nachteil carch Lackieren zu beseitigen. Dabei zeigte es sich, daß eine zu dünn aufgetragene Lackschicht eine nicht, hinreichende Diffusionsshhicht ist und bei hinreichender Dicke der Lackierung die Schlag- und Stoßbruchfestigkeit unverhältnismäßig stark vermindert wird.

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Es wurde nun gefunden, daß Kraftstoffbehälter aus Niederdruckpolyolefinen vorzugsweise aus Niederdruckpolyäthylen, Polypropylen oder Copolymerisaten aus Äthylen und Propylen ausgezeichnete Eigenschaften aufweisen, wenn man 75 bis 100 % der Oberfläche des Kraftstoffbehälters mit einer 10 bis 100 um dicken Kunststoff-Folie, die eine Gasdurchlässigkeit für Methan, gemessen nach DIN 53 380

3 „2 -1
von höchstens 150 cm .m , d , atm und kraftstoffbeständig beschichtet.

3 „2 -1 -I von höchstens 150 cm .m , d , atm aufweist, festhaftend

Die Ausprüfung solcher Kraftstoffbehälter ergab, daß sie weitgehend gegen Kraftstoff undurchlässig sind und daß durch diesen Verbund überraschenderweise auch das Schlag- und Stoßbruchverhalten verbessert wird. Schließlich ist es möglich, für die Außenbeschichtung des Behälters Folien vorzusehen, die eine elektrisch leitende Oberfläche, z. B. eine Metallschicht oder eine Außenschicht mit einem hinreichenden Gehalt an elektrisch leitenden Füllstoffen, wie Graphit und/oder bestimmte Rußsorten, aufweisen. Dadurch wird eine gefährliche elektrostatische Aufladung des Kraftstoffbehälters verhindert.

Aus den Daten in Tabelle 1 ist ersichtlich, daß dazu beispielsweise Folien aus Polyacetal, Polyamid und Polyterephthalsäureestern, vorzugsweise Polyäthylenglykolterephthalat, und insbesondere Verbundfolien aus diesen Kunststoffen und Polyvinylidenchlorid geeignet sind, jedoch nicht Hochdruckpolyäthylenfolien. Um einen kraftstoffbeständigen Verbund zwischen der Kunststoff-Folie und der Behälterwandung zu erhalten, kann man Verbundfolien auf Polyamid, Polyacetal oder Polyterephthalsäureester mit Hochdruck- oder Niederdruckpolyäthylen verwenden, wobei darauf zu achten ist, daß die Polyäthylenschicht verbundseitig angeordnet ist.

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Tabelle I

Kunststoff

Schichtdicke

oder

Foliendicke

um

Gasdurchlässigkeit

für Methan nach DIN 53 -380 3 -2 .-1 . -I

cm . m .d .atm

Polyacetal
Polyamid

Hochdruckpolyäthylen Dichte 0,92 g/cnT Polyäthylenterephthalat Verbundfolie aus: Polyvinylidenchlorid Polyäthylenterephthalat HochdruckpoIyäthyle n

40 40

.5 12 50

67

33 80

3500 22

Die als Diffusionssperre wirkende Folienbeschichtung wird am vorteilhaftesten auf die äußere Oberfläche des Kraftstoffbehälters aufgebracht. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, die innere Oberfläche des Behälters zu beschichten. Der Behälter sollte möglichst vollständig.beschichtet werden, was jedoch nicht immer durchführbar ist. Durch Vergleichsbestimmungen hat sich gezeigt, daß schon bei einer Oberflächenbeschichtung von 85 % die Kraftstoffdurchlässigkeit gegenüber dem unbeschichteten Behälter um fast eine Größenordnung vermindert werden kann. Die Verwendung von Verbundfolien mit einer

OUI

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Hochdruck- oder Niederdruckpolyäthylenschicht ermöglicht den festhaftenden und kraftstoffbeständigen Verbund, da diese Schicht bei der Herstellung unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur im Formwerkzeug mit dem Behälter verschweißt. Entsprechende Verbundfolien aus PoIyterephthalsäureester und Polyäthylen sind handelsüblich und preisgünstig.

Es ist von besonderem Vorteil, daß für die Herstellung des erfindungsgemäßen Kraftstoffbehälters übliche Werkzeuge, z. B. Blas-, Spritzgieß- oder Tiefziehwerkzeuge, zum Einsatz kommen. Es bestehen mehrere Möglichkeiten der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung. So kann z. B. eine konturengleiche Folie mit verbundseitiger Polyäthylenschicht in ein für die Herstellung einer Behälterhalbschale konzipiertes Spritzgießoder Tiefziehwerkzeug eingelegt und daran durch Saughaftung, Haftmittel oder durch elektrostatische Aufladung hinreichend gehalten werden. Die konturengleiche Folie läßt sich durch Tiefziehen im gleichen oder einem geeigneten Werkzeug herstellen.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mehrere der Werkzeuggeometrie entsprechende Folienzuschnitte mit verbundseitiger Polyäthylenschicht, die gegebenenfalls auch profiliert sein können, ins Werkzeug einzulegen. Hierbei wird die Oberfläche des Kraftstoffbehälters zwar nicht ganz, jedoch im erforderlichen Ausmaß (mindestens 75 %) bedeckt, wodurch die relative Kraftstoffdurchlässigkeit entsprechend verringert wird. Derart hergestellte Behälterhalbschalen, bei denen die Einfüll-, Entlüftungs- und Entnahmeöffnungen bereits mit ausgeformt sind, können beispielsweise durch Schweißen miteinander verbunden werden.

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Für die Herstellung erfindungsgemäßer Kraftstoffbehälter kommt auch das Extrusionsblasformen in Betracht. Hierbei wird die Folie mit verbundseitiger Polyäthylenschicht oder das Zuschnittmaterial in die Hohlform eingelegt und wie bereits beschrieben am Werkzeug gehalten. Das Blasformen des Kraftstoffbehälters erfolgt dann in an sich bekannter Weise, wobei gleichzeitig das Kalibrieren der Anschlußstutzen möglich ist. Sofern man von extrudierten, bänderförmigen Vorformlingen ausgeht, können durch Einschub·zwischen die Bänder nach diesem Verfahren auch Schwallwände eingeformt werden.

Figur 1 zeigt eine beispielsweise Ausführung des erfindungsgemäßen Kraftstoffbehälters,

Figur 2 zeigt eine Einzelheit "Z" der Figur 1.

Bezugsziffer 1 deutet die Wandung aus thermoplastischem Kunststoff, die Bezugsziffer 2 die diffusionshemmende Folie mit verbundseitiger Haftschicht an.

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Beispiel

Aus Niederdruckpolyäthylen Dichte 0,95 g/cm , wurden durch Extrusionsblasformen Behälter mit einem Füllvolumen von

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3100 cm und einer äußeren Oberfläche von 1100 cm hergestellt.

Die mittlere Wanddicke des Behälters betrug 0,35 cm. Die erfindungsgemäße Außenbeschichtung mit einer 62 um dicken Verbundfolie aus Polyäthylenterephthalat (12yUm) und Hochdruckpolyäthylen (50 um) wurde durch Einlegen von Zuschnitten in das Blaswerkzeug und Blasformen in an sich bekannter Weise erzielt. Es ergab sich eine äußere Oberflächenabdeckung von 85 %.

Eine Testserie von 5 Behältern wurde mit 60 Volumen-% Superkraftstoff gefüllt, dicht verschlossen und bei 40 C in einem Umluftschrank gelagert. Ih gewissen Zeitabständen wurde der Gewichtsverlust bestimmt. Die Angabe sind in Tabelle 2 enthalten. Der Verbund erwies sich als festhafend und kraftstoffbeständig.

Vergleichsversuch

Zum Vergleich wurden die im vorausgegangenen Beispiel beschriebenen Behälter ohne Außenbeschichtung hergestellt und unter den gleichen Bedingungen geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.

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Tabelle 2	Gewichtsverlust	g	■Superkraftstoff	g
Lagerungsdauer	erf xndungsgemäße	1	Vergleichsversuche	7
bei 40°C im	Behälter	8	-	57
Umluftschrank	14	109
Tage	28	236
10	37	302
: 30
50
80
100

G Uf

Claims

Schutzansprüche

Kraftstoffbehälter aus Niederdruckpolyolefinen für' Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß 75 - 100 % der Oberfläche des Kraftstoffbehälters mit einer 10 bis 100 um dicken Kunststoff-Folie, die eine Gasdurchlässigkeit für Methan gemessen nach

ο O -I "·

DIN 53 380, von höchstens 150 cm . m~ . d . atm" aufweist, festhaftend und kraftstoffbeständig beschichtet ist.
2. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn daß mindestens 85 % der Oberfläche des Kraftstoffbehälters beschichtet ist.
3. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1 und 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des Kraftstoffbehälters beschichtet ist.
4. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche des Kraftstoffbehälters beschichtet ist.
5. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Folie eine Verbundfolie aus Polyäthylen und Polyterephthalsäureester ist.
6. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Folie eine Verbundfolie aus Polyäthylen, Polyterephthalsäureester und Polyvinylidenchlorid ist.
7. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er eine elektrisch leitende Oberfläche aufweist.

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