KR101824272B1 - 연료 탱크 제조 방법 및 하이브리드 차량에서의 사용 - Google Patents

연료 탱크 제조 방법 및 하이브리드 차량에서의 사용 Download PDF

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세르게이 듀퐁
욘 크리엘
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플라스틱 옴니엄 어드벤스드 이노베이션 앤드 리서치
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Abstract

열가소성 플라스틱 벽 및 바깥 표면의 적어도 한 부분에 위치한 섬유형 강화재를 포함하는 연료 탱크를 제조하는 방법으로서, 용융된 열가소성 플라스틱 패리슨이 몰드에서 성형되고 탱크벽을 획득하기 위해 냉각되며, 섬유형 강화재가 선택되어 탱크 벽과 유사하거나 호환가능한 열가소성 플라스틱을 포함하며 강화재는 가열되어 강화재의 열가소성 플라스틱이 부드러워지거나 녹는다. 그리고 강화재는 두 요소를 접합하도록 가해지는 압력에 의해 탱크의 바깥 표면에 적용된다

Description

연료 탱크 제조 방법 및 하이브리드 차량에서의 사용{PROCESS FOR MANUFACTURING A FUEL TANK AND USE THEREOF IN A HYBRID VEHICLE}
본 발명은 연료 탱크 제조 방법에 관한 것이며, 또한 하이브리드 엔진 차량에서 존재하는 탱크의 사용에 관한 것이다.
하이브리드 엔진은 일반적으로 연소 기관과 전동기의 결합을 가리킨다.
하이브리드 엔진에 대한 일반적인 가동 원칙은 전동기나 연소 기관 중 둘 중의 하나 혹은 둘을 동시에 가동시키는데 특징이 있으며 모델에 따라 다르다.
특이한 원칙 중 하나는 다음과 같다.
- 정지 단계 동안(차량이 정지할 때), 엔진은 둘 다 정지한다;
- 시동시, 차를 움직이게 하는 것은 전동기이며, 더 높은 속도까지 끌어올린다(25 or 30 km/h);
- 더 높은 속도에 도달하면, 연소 기관이 대신한다.
- 빠른 가속 순간, 두 개의 엔진은 동시에 가동하여, 동일한 동력의 엔진과 동등하거나 더 큰 가속을 갖는 것이 가능하다.
- 감속과 제동 단계에서, 운동 에너지가 배터리를 재충전하는데 사용된다(이 기능이 현재 상용화된 모든 하이브리드 엔진에서 이용 가능한 것은 아니라는 점에 주의해야 한다).
이것은 연소 기관이 끊임없이 작동하지 않는다는 원칙에 기인하는데, 결과적으로, 캐니스터(연료 증기가 대기로 방출되는 것을 예방하는 활성화된 카본 필터)의 퍼지 단계가 정상적으로 실행될 수 없는데, 이 퍼지 단계동안 선택적으로 예열된 공기가 캐니스터를 통해 재생산을 위해 순환되기 때문이며(즉, 흡수된 연료 증기를 제거하기 위해), 이 공기는 연소 되기 위해 엔진으로 들어간다. 게다가, 하이브리드 차량은 연료 소비와 배기 가스 방출을 줄이기 위해 개발되었는데, 이것은 캐니스터로부터 발생하는 연료 증기를 연소시키기 위한 엔진 운영을 더욱 복잡하게 만들거나, 심지어는 엔진 성능을 손상시키지 않고서는 불가능하게 만든다.
따라서 이와 같은 엔진의 연료 탱크는 일반적으로 캐니스터 적재를 제한하기 위해 압력을 받는데(전형적으로 300-400 mbar 근처의 압력까지), 일반적으로 FTIV(Fuel Tank Isolation Valve)로 알려진 환기 밸브 이후에 위치하는 기능적 부재에 의해 수행된다. 이 부재는 안전 밸브(탱크의 최대 작동 압력에 조정된)와 충진전 탱크를 대기압력 상태로 만드는 전기적 제어를 포함한다. 그 결과, 기존의 연소 엔진의 연료 탱크와 비교하여, 이 탱크들은 특히 플라스틱 탱크의 경우, 향상된 기계적 강도를 가져야만 한다.
시장에서 현재의 해결책은 상당한 두께의 금속 탱크로 구성되는데, 상당히 탱크 무게를 증가시키고 따라서 연료 소비와 배기가스 방출을 증가시킨다.
기 언급된 압력문제에 대한 다른 알려진 해결책들은 플라스틱 탱크의 벽두께의 증가 및/또는 두 벽을 연결하는 내부 강화재(막대, 파티션 등) 사용으로 구성될 수 있으나, 이 해결책들은 일반적으로 불리하게 무게에 영향을 주고 탱크의 작업량을 줄이고 탱크의 비용을 증가시킨다. 또 다른 해결책은 탱크에 키스 포인트(즉 하부 벽과 상부 벽의 국지적 접합)를 제공하는 것에 특징이 있으나, 이 해결책은 탱크의 작업량을 줄이는 결과를 가져온다.
또 다른 해결책은 강화 패브릭을 탱크의 바깥 벽에 부착하는 미국 특허 US 5,020,687에 개시되어 있는데, 이 부착은 압출 블로우 성형(extrusion-blow moulding)으로 탱크가 제조되는 동안 상기 패브릭을 오버 몰딩하여 발생하며, 블로우 성형 이후 탱크를 형성할 패리슨(parison)의 도입 이전에 패브릭은 몰드로 도입된다.
그러나 이 해결책은 탱크 벽과 강화 패브릭간의 열 수축(냉각시)에서의 편차로 인해, 상기 패브릭에 주름이 생성된다는 중요한 결점이 있는데, 이 현상은 응력 집중 영역을 생성할 수 있을 뿐만 아니라 탱크가 차량 몸체에 더 가까워지는 영역을 만들 수 있으며, 탱크의 차량 부착을 위해 더 큰 공간을 제공해야만 하는 특정경우를 초래한다. 상기 해결책의 또 다른 흠결은 패브릭이 몰드의 차가운 벽에 접촉해 있다는 것이다. 이것은 패리슨과 접촉한 패브릭 벽의 융합을 더욱 어렵게 하여 오버몰딩 혹은 심지어 냉용접(본딩)의 효율이 떨어진다.
따라서 본 발명의 목적은 기 언급된 흠결 없이 훌륭한 장기간의 기계적 강도를 가지는 연료 탱크를 획득할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.
따라서, 본 발명은 바깥 표면 중 적어도 하나의 부분에서 섬유형 강화재 및 열가소성 플라스틱을 포함하는 연료 탱크를 제조하는 방법에 관한 것으로:
- 용융된 열가소성 플라스틱 패리슨이 몰드에서 성형되고 탱크 벽을 획득하기 위해 냉각되며;
- 섬유형 강화재가 선택되어 탱크 벽과 유사한 혹은 호환가능한 열가소성 플라스틱을 포함하며 강화재는 가열되어 강화재의 열가소성 플라스틱을 부드럽게 하거나 심지어 녹인다; 그리고
- 강화재는 두 가지 부재가 접합할 수 있도록 가해지는 힘에 의해 탱크의 바깥 표면에 적용된다.
따라서 본 발명에 따르면 훌륭한 장기간의 기계적 강도를 가지는 연료 탱크를 획득할 수 있다.
본 발명은 비제한적으로, 도식적으로 나타내는 첨부된 도면 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명되었으며,
도 1은 탱크와 강화재를 갖춘 적외선 방사 혹은 레이저 접합 툴;
도 2는 툴에 의한 접합;
도 3은 접합의 결과에 대한 평면도;
도 4 내지 도 6은 다이어프램과 함께 그리핑 툴을 이용하는 본 발명에 따르는 방법의 실시예;
도 7은 폼과 함께 그리핑 툴을 이용하는 본 발명에 따르는 방법의 실시예이다.
본 발명에 따르는 탱크에 의도되는 연료는 휘발유, 디젤, 바이오 연료 등이 가능하며 알콜 함유량은 0 에서 100%까지 가능하다.
본 발명에 따르면 탱크는 열가소성 플라스틱으로 만들어진다.
열가소성 플라스틱이란 용어는 열가소성 엘라스토머를 포함하여 임의의 열가소성 중합체 및 그 혼합물을 의미하는 것으로 이해된다. 중합체라는 용어는 동중합체와 공중합체(특히 이성분계 혹은 삼성분계 공중합체들)를 둘 다 의미한다. 상기 공중합체의 예시로, 제한없이 랜덤 공중합체, 비선형 블록 공중합체 및 그래프트 공중합체가 있다.
용융점이 분해 온도 이하인 임의의 열가소성 중합체 혹은 공중합체가 적합하다. 용융범위가 적어도 10 ℃ 이상 걸쳐 있는 합성 열가소성 플라스틱이 특히 적합하다. 상기 재료의 예시들은 분자량이 다분산성을 보이는 재료들을 포함한다.
특히, 폴리올레핀, 열가소성 폴리에스터, 폴리케톤, 폴리아미드 및 그 공중합체가 사용될 수 있다. 중합체 혼합물 또는 공중합체 또한 사용될 수 있으며, 무기물 혹은 유기물 및/또는 예를 들면 제한 없이 카본, 클레이, 소금 및 다른 무기 부산물, 천연 섬유 또는 고분자 섬유와 같은 천연 충진재와 중합체 혼합물일 수 있다. 서로 결합되어 적층되고 기술한 공중합체 혹은 중합체 중 적어도 하나를 포함하는 다층 구조를 사용하는 것도 가능하다.
종종 사용되는 중합체는 폴리에틸렌이다. 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene,HDPE)으로부터 훌륭한 결과가 도출되어왔다.
탱크의 벽은 하나의 열가소성 플라스틱 층으로 구성될 수 있고 혹은 두 개 층으로도 가능하다. 하나 혹은 그 이상의 가능한 추가적인 층은, 유리하게는 리퀴드 및/또는 가스에 대한 장벽이 되는 재료로 만들어진 층으로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 장벽층의 특질과 두께는 탱크 내피와 접촉하는 리퀴드와 가스의 투과성을 최소화하기 위해 선택된다. 바람직하게, 상기 층은 예를 들어 EVOH(부분적으로 가수분해된 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체)와 같은 연료에 대해 불침투성을 가지는 수지를 의미하는 장벽 수지에 기반한다. 대안적으로, 탱크는 연료에 대해 불침투성이 되도록 표면 처리(플루오르처리(fluorination) 혹은 설폰화 (sulphonation)) 될 수 있다.
본 발명에 따르는 탱크는 바람직하게는 HDPE 기반의 바깥 층 사이에 위치한 EVOH 기반의 장벽층을 포함한다.
섬유형 강화재는 다양한 형태를 가질 수 있으며, 일반적으로 단섬유 또는 장섬유 또는 연속 섬유를 포함하는 시트이며, 상기 섬유는 직조될 수도 있고 아닐수도 있다. 일반적으로 단섬유는 겨우 수십/수백 마이크론의 최종 길이를 가진다. 장섬유의 경우 잔여길이가 수 밀리미터이다. 섬유 길이가 수십 센티미터로 사용되면 이 섬유들은 연속 섬유 혹은 연속 필라멘트로 언급된다. 연속 섬유, 특히 직조되지 않고 임의 분산된(다방향성 섬유로 참조됨) 연속 섬유가 선호된다. 상기 섬유는 직조의 장섬유보다 비싸지 않으면서, 응력을 더욱 균일하게 분산시키는 장점을 갖는다. 또한 본 발명의 맥락 내에서, 섬유 밀도가 낮아 즉 공동(VOID)의 비율이 더 높아 접합할 때 유리하게 열가소성 플라스틱으로 채울 수 있다는 장점을 갖는다.
이 섬유들은 유리, 카본, 중합체(폴리아미드, 예를 들면 아라미드와 같은 원자 폴리아미드)에 기반할 수 있고, 심지어 대마나 사이잘 같은 천연섬유도 가능하다. 바람직하게는 유리 섬유이다(E-글라스, S-글라스 혹은 다른 글라스 형). 본 발명에 따라 섬유형 강화재의 섬유는 바람직하게 열가소성 플라스틱과 호환되므로, 일반적으로 폴리올레핀 특히 HDPE와 호환된다. 상기 호환성을 획득하기 위해서, 섬유들은 실란과 같은 호환가능한 물질로 처리 된다(표면처리된다). 반응성의 HPDE 타입 바인더가 사용될 수 있다. 이와 같은 맥락에서, 무수 말레인산 타입의 반응성 기능 그룹이 유리하게 사용될 수도 있다.
본 발명에 따르면 섬유형 강화재는 탱크와 호환가능하거나 심지어 동일한 열가소성 플라스틱을 포함한다. 연료 탱크의 경우, 일반적으로 폴리에틸렌이며 특히 HDPE이다. 강화재에서 섬유 함유량은 바람직하게 적어도 30%, 바람직하게 적어도 40% 또는 심지어 적어도 45%이다. 열가소성 플라스틱은 바람직하게는 섬유 벌크 주변/내에서 녹아 표면의 적어도 한 부분에서 열가소성 플라스틱을 가지는 균일 시트/플레이트를 형성하여 접합을 가능하게 한다. 실제 이것은 압축 성형, 사출 성형, 스프레이 성형, 진공 성형 혹은 기타 캘린더 가공을 통해 달성가능하다. 바람직하게 강화재를 생산하는 프로세스는 압축 성형이나 스프레이 성형이 될 것이다. 임의 분산 연속 섬유 매트는 상기 방법에 따라 훌륭한 결과를 제시한다. 특히 어드밴텍스(advantex) 유리 섬유를 포함하는 3B 회사의 CFM(continous filament mat, 연속 필라멘트 매트) 제품이 훌륭한 결과를 제시한다. 이와 같은 유형의 매트는 하나 혹은 그 이상의 상기 섬유층을 포함하며, 이 섬유층들은 임의 분산되고 실란으로 표면처리 되어 있으며, 바인더를 사용하여 결합 되어 있다.
특히 바람직한 하나의 실시예에 따르면, 강화재는 부품이 부착(예를 들면, 필러 파이프가 부착되는 필러 넥)되는 영역의 적어도 한 부분을 덮고, 장벽층을 포함하여 강화 기능(주로 취약 영역에서)과 불침투성 기능을 둘 다 수행한다. 본 실시예에서, 강화재는 유리하게는 장벽층(바람직하게, 두 개의 HDPE층 사이의 EVOH층을 포함하는 시트), 섬유 매트(바람직하게, 임의 분산된 부직 연속 유리 섬유) 및 HDPE 시트를 포함하는 압축 성형 다층 시트에 의해 획득된다.
본 발명에서 사용되는 강화재의 크기는 예열과 탱크 벽에 대한 접합이 가능하도록 채택되며, 고성능의 강화 효과를 보장한다. 표면 영역은 바람직하게는 수십 제곱센티미터 범위(전형적으로 50㎠과 500㎠ 사이, 또는 100㎠과 300㎠사이) 또는 대안적으로, 이후 상세히 설명할 본 발명의 하나의 유리한 실시예에 따라, 강화재는 탱크의 전체 외부 표면을 덮어 어떤 면에서는 뒤덮어 버릴 수 있다. 이 강화재의 두께는 바람직하게는 0.1과 2 mm 사이이며, 또는 0.2와 1 mm 사이이다. 기계적으로 효과있는 강화재를 위해서, 그 인장 강도는 바람직하게 적어도 2000MPa 또는 적어도 3000MPa이며; 어떤 경우에는, 적어도 5000MPa 또는 심지어 10,000MPa의 강도를 가지는 것이 유리하다.
본 발명의 한가지 유리한 실시예에 따르면, 강화재는 개구(구멍)을 포함하여 기언급된 강화재와 탱크 벽 사이의 공기 흡장을 피할 수 있다. 상기 개구의 치수는 전형적으로 밀리미터 범위일 수 있다.
본 발명에 따르는 탱크 제조에 사용되는 성형 작업은 탱크 형태를 패리슨(일반적으로 압출 성형되고 원통형 및/또는 원통형 패리슨의 절반 형태 및/또는 시트 형태의 녹아있는 열가소성 프리폼)에 제공하는 몰드 사용을 포함하기만 하면 어떤 유형도 가능하다.
성형 공정은 또한 특히 블로우 성형 및/또는 열성형 공정에 결합될 수 있다. 또한 연속하는 조립 공정, 특히 접합이 뒤따를 수도 있다. 성형 공정이 패리슨으로부터 출발하여 실행된다면, 해당 패리슨은 특히 공압출 혹은 동시사출 성형에 의해 획득될 수 있다.
공압출 블로우 성형, 동시사출 성형 접합 또는 기타 열성형에 의해 매우 훌륭한 결과들이 획득되었다.
바람직하게, 탱크는 공압출 블로우 성형에 의해 생산된다. 이 경우 연속 압출 기술, 적층 압출 기술 또는 순차 압출 기술을 동일하게 잘 사용하는 것이 가능하며 모두 당업자들에게 잘 알려진 기술들이다.
본 발명에 따르면 패리슨이 탱크 형태로 성형되고 냉각시키는 경우, 바람직하게 벽의 치수 안전성에 도달하는 온도로 내려간다. 일반적으로, 상기 온도는 실질적으로 주변 온도이며, 특별한 조건은 필요 없다(아마 냉각을 가속화하는 경우만 제외하고). 실제 이것을 달성하는 한가지 방법은 치수 안정화 형틀에서 탱크가 냉각되도록 두는 것이며, 이것은 후 블로우(post-blowing) 형틀로 알려져 있으며, 일반적으로 수분 범위의 기간 동안(전형적으로 2분에서 6분) 변형을 예방한다.
게다가, 탱크 벽에 대한 강화재 접합은 탱크 성형과 긴밀하게 연결되어 발생할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 다시 말해서, 성형된 탱크는 강화재 접합 이전에 보관될 수 있다. 상기 실시예는 치수 안정성과 충분한 벽 경도를 보장하는 장점을 가진다.
바람직하게는, 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 탱크 벽을 성형하는 동안 혹은 그 이후에, 해당 벽에 적어도 하나의 내압축성 영역(크게 변형(진공 및/또는 압력하에 있을 때)되는 탱크의 적어도 하나의 영역을 포함한다)이 제공되고, 상기 영역은 강화재의 접합 영역에 포함되고(적어도 부분적으로), 혹은 그 주변에 위치하여 접합시 가해지는 압력에 연결된 힘을 견뎌낼 수 있다. 일반적으로, 상기 영역은 훨씬 두껍고/두껍거나 탱크의 하부와 상부 벽 부분(즉, 탱크가 차량에 장착될 때, 각각 탱크의 바닥과 윗면을 구성하는)을 연결하는 적어도 두 개의 부재(부대 용품들)사이에 있는 벽 부분으로 구성된다. 상기 부재들은 예를 들어, 탱크가 차량에 장착될 때 실질적으로 탱크의 수직벽 부분; 펌프 게이지 모듈; 키스 포인트(또는 탱크의 하부 및 상부 벽의 국지적 접합)를 포함할 수 있고, 특히 출원인 이름의 유럽특허출원 EP 09175263에 개시되어 본 출원에 참고로 포함되어 있는 포인트 중 하나; 그리고/또는 출원인 이름의 프랑스 특허출원 FR 0952651에서 기술되고 본 특허 출원에 참고적으로 포함된 활성 기능을 선택적으로 통합하는 중공 강화 기둥 또한 포함할 수 있다
적어도 하나의 강화 기둥을 포함하는 영역에서 강화재가 접합되는 것을 따르는 부실시예가 선호된다. 선호되는 또 다른 부실시예로, 매트 사용을 리브 존재와 결합하여 강화 기능을 증가시킬 수 있다. 각형 리브의 사용은 매트가 표면 윤곽을 따를 것을 보장하기 위해 회피될 것이다.
또한 바람직하게, 본 발명의 제 2 실시예(선택적으로 제 1 실시예와 결합가능한)에 따르면, 섬유형 강화재가 장력을 받게 되고 장력하에서 탱크 표면에 적용된다. 본 실시예는 탱크 표면의 상당 부분(반 이상) 또는 전체가 섬유형 강화재 또는 복수의 섬유형 강화재로 덮였을 때 좋은 결과를 제시한다. 강화재에 장력을 가하기 위해, 드로잉에서 사용되는 것과 유사한 홀딩 클램프 또는 열성형에 사용된 것과 유사한 클램핑 프레임을 사용하는 것이 가능하다. 본 실시예에서, 탱크에 섬유형 강화재를 적용하는 것은 바람직하게는 강화재에 대한 가열 이후 일어나며, 이로 인해 바람직하게는 가열 이전에 장력을 받게 된다.
또한 바람직하게, 본 발명의 제 3 실시예(선택적으로 다른 실시예중 하나 혹은 둘과 결합 가능한)에 따르면, 탱크는 강화재에 압력을 가하는 데 사용되어 압축 접합을 수행할 수 있다. 상기 아이디어는 미리 가열되거나 녹은 섬유형 강화재가 접합될 표면에 대해 탱크를 열성형 몰드로 사용하는 것이다. 상기 프로세스는 바람직하게 다양한 단계로 일어나는데: i) 섬유형 강화재를 지주에 혹은 클램프에 고정하고; ii)섬유형 강화재의 열가소성 플라스틱을 가열/용융하고; iii)탱크를 캐비티로 이용하여 강화재를 열성형하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 강화재 및/또는 탱크 표면 접합 영역이 접합 이전 예열된다. 현존하는 가열 기술중 제한없이 언급 가능한 것으로:
- 회전 가열;
- 진동 가열;
- 초음파 가열;
- 전자 유도 가열;
- 초단파 가열;
- 발열 저항체를 이용한 가열;
- 가열된 금속 블록을 이용한 가열;
- 고온 가스 가열;
- 적외선 가열;
- 레이저 가열이 있다.
상기 기술들은 접합 공정 이후 과다한 변형을 초래하는 결함이 되는 중심부의 과열을 피하면서 표면에서 탱크 벽을 가열시키는 것이 가능하므로 매우 적합하다. 예열 공정동안 강화재를 탱크 접합 표면에 근접시켜, 상기 타입의 열원이 강화재를 통해 적용되어, 강화재와 탱크 표면을 둘 다 가열하는 것이 가능하게 된다.
예열 온도는 사용되는 기술에 따라 다르다. 온도는 HDPE의 용융을 보장할 수 있을 만큼 충분히 높은 것이 바람직하다. 따라서 HDPE를 135℃ 이상으로 끌어올리고 바람직하게는 150℃이상 또는 심지어 180℃이상이 필요하다.
본 발명에 따르면, 강화재는 예열 이후 탱크의 바깥 표면의 부분에 접합된다. 본 접합은 접합 툴 사용에 의해 수행될 수 있다. 상기 툴은 바람직하게는 열원과 접합시 압력을 가하고/가하거나 강화재에 장력을 가하는 수단을 포함한다. 열원은 접합될 부재를 예열하는데 사용된 것과 동일할 수 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면, 탱크의 표면 부분과 강화재를 예열하고 접합하기 위해 이하의 절차가 따른다:
- 강화재가 예열 및 접합 툴에 혹은 툴로 고정된다;
- 조립체가 탱크 접합 영역에 수직하여 위치된다;
- 강화재와 선택적으로는 상기 영역의 표면이 툴을 통해 예열 된다;
- 툴(예를 들면, 툴로서 다이어프램(diaphragm) 또는 폼(foam)을 사용할 수 있다)을 이용한 압력을 적용하고/적용하거나 탱크 내부로부터 상기 영역에 압력을 가하여 강화재가 상기 표면에 접합된다. 이 압력은 접합 동안 혹은 이후의 직접적인 기계적 접촉(접촉 압력)에 의해 그리고/또는 압축공기를 사용하여 가해질 수 있다.
다이어프램이나 폼을 사용하면 일반적으로 블로우 성형 프로세스 이후에 일어나는 탱크 표면의 치수 변동성(전형적으로 3mm에서 5mm의 범위)을 보정하는 것이 가능하며, 변동성에도 불구하고 이 표면에 균일한 압력을 가할 수 있다. 다이어프램의 경우, 다이어프램과 강화재 사이의 공기가 배출되어 접합 압력의 균일성을 보장하는 것 또한 확실할 것이다. 이 공기는 통합 진공 흡입에 의해 강화재 끝단 밖의 강화재 그립핑 툴로 배출될 수 있다. 블로우 성형 탱크에서 획득된 치수 변동성을 보정하기 위해, 유연 부재를 이용하여 상기 흡입에 대한 밀봉이 만들어진다. 유연 부재로는 폼, 실리콘 시트 등이 가능하다.
일반적으로, 직시되는 본 발명의 실시예에 관계 없이, 강화재와 탱크 사이에 억류되는 공기를 배출하여, 정확하게는 힘의 균일성을 보장하는 것이 유리하다.
본 발명의 하나의 특징적인 실시예에 따르면, 탱크에 강화재를 적용하기 위해 이하의 절차가 뒤따르며:
- 강화재가 뜨거운 플레이트 상에 놓이고;
- 동시에, 탱크벽이 강화재 적용 영역에서 적외선 가열을 통해 예열되고;
- 강화재는 적합한 툴에 의해 고정되고;
- 강화재는 탱크의 적용 영역으로 이동하여 위치하고;
- 힘(바람직하게는 동종의 힘)이 접합 영역 전체 또는 순차적으로 강화재의 접합 영역의 다양한 부분에 적용된다.
마지막 실시예는 접합 표면이 크고 한꺼번에 그리고 그 전체에서 접합을 위해 요구되는 힘의 영향을 받는 경우 탱크가 크게 변형되는 결과를 가져올 때 유리하다.
게다가, 탱크에 강화재를 접합하는 것은 표면 전체에 대해 실행될 필요는 없다. 예를 들면 가장자리와 몇몇 중심 영역만 접합하는 것도 가능하다. 그러나, 유리하게는 접합은 실질적으로 전 영역에 대해 일어나며, 즉 적어도 표면의 90%, 또는 이상적으로는 100%에 대해서이다. 상기 목적상, 주기 시간을 줄이기 위해 복수의 열원(다중 레이저 또는 적외선 헤드, 복수의 고온 공기 제트 등)을 제공하는 것이 바람직하며, 동일한 속성일 필요는 없다.
본 발명의 한가지 유리한 실시예에 따르면, 강화재가 접합되고 재료가 냉각되기 전에, 탱크는 냉각시 접합 영역이 변형되는 것을 방지하기 위해 기언급된 치수 안정화 형틀에 들어가게(돌아가게) 된다.
본 발명은 또한 기언급된 프로세스에 의해 획득 가능하고 열가소성 플라스틱 벽과 바깥 표면의 적어도 한 부분에 접합된 섬유형 강화재를 포함하는 탱크와 관련 있고, 상기 섬유형 강화재는 동일한 속성 혹은 탱크의 바깥 표면과 호환 가능한 플라스틱을 포함하며, 임의 분산 연속 섬유이다. 바람직하게는 이미 설명된 바와 같이 유리 섬유이다. 본 발명에 따르는 방법의 맥락내에서 기언급된 바람직한 실시예가 본 발명에 따르는 탱크에 적용된다.
본 발명은 또한 기언급된 대로 탱크(프로세스에 의해 획득된)를 하이브리드 차량 연료 탱크로 사용하는 것과 관련 있다. 상기 탱크는 기존 차량에도 사용될 수 있으며, 강화 효과를 획득하여 탱크가 차량 몸체 바닥에 고정되어 있을 때 일반적으로 탱크 하부벽의 크리프를 예방하기 위해 이용되는 메탈 스트랩의 사용을 피할 수 있다. 강화재의 존재는 또한 탱크 두께를 줄이는 것을 가능하게 하여, 무게를 줄이고 작업량을 증가시킨다.
또한 본 발명의 주제에 의해 획득된 강화 효과는 스트랩, 키스 포인트, 내부 강화재(막대, 파티션), 오버몰드 패브릭 등 이미 언급된 것들과 임의의 내부와 외부 강화재(더욱이 첫번째 유형이 내압축영역을 획득하는데 기여하는 것을 가능하게 하므로) 둘 다처럼 알려진 다른 강화재의 사용과 결합될 수 있다는 점을 주목해야 한다. 상기 알려진 기술들과 본 발명의 결합은 키스 포인트, 내부 강화재(막대, 파티션), 오버몰드 패브릭 등의 크기 및/또는 양을 줄일 수 있도록 한다. 따라서 최종적인 실시예의 무게는 최소화되고 탱크의 작업량은 극대화된다.
도 1은 섬유형 강화재(2)를 갖추고 적외선 가열 부재(4)를 포함하는 접합 및 예열 툴(5)이 탱크(1) 벽의 표면 영역에 수직하게 위치하는 방법을 보여주고, 표면 영역은 두 개의 강화 기둥(3) 사이에 위치한다.
도 2에서 상기 부재(4)에 의해 방사선이 강화재(2)로 방출되는 것을 볼 수 있으며, 그 두께는 상기 방사선의 일부분이 통과하는 것을 가능하게 하며, 그리고 그렇게 함으로써 탱크(1) 벽의 접합 표면을 가열하는 것도 가능하다. 툴은 동시에 압력을 가하여 서서히 접합을 수행한다.
도 3에서 다양하고 적합하게 분산된 방사선원을 사용하여 획득된 접합 선을 보는 것이 가능하다.
도 4 내지 도 6은 각각:
도 4는 그리핑 툴(5)이 라인 시스템(8)을 통한 진공 흡입에 의해 다이어프램(9)과 함께 강화재(2)를 잡는 방법을 보여 주는데, 다음 단계(도 5)에서 접합 압력의 균일성을 보장하기 위해 다이어프램과 강화재 사이의 공기를 배출시킨다(화살표로 지시된 방향으로). 상기 흡입에 대한 밀봉이 유연 부재(10)를 이용하여 조성되었다.
도 5는 파이프(7)를 통해 압축 공기를 불어서 접합력이 적용되는 방법을 보여준다.
도 6은 모든 압력을 방출하고 진공 상태에서 툴(5)을 제거할 수 있는 방법을 보여준다.
1 : 탱크 2 : 강화재
3 : 강화 기둥 5 : 툴
7 : 파이프 8 : 라인 시스템
9 : 다이어프램 10 : 유연 부재

Claims (21)

  1. 바깥 표면의 적어도 한 부분에서 섬유형 강화재 및 열가소성 플라스틱 벽을 포함하는 연료 탱크를 제조하는 방법에 있어서,
    용융된 열가소성 플라스틱 패리슨이 몰드에서 성형되고 탱크벽을 획득하기 위해 냉각되는 단계;
    섬유형 강화재가 선택되어 상기 탱크 벽과 호환가능한 열가소성 플라스틱을 포함하고 상기 강화재는 상기 강화재의 열가소성 플라스틱이 부드러워지거나 용융되도록 가열되는 단계; 및
    상기 강화재는 두 부재가 접합하도록 가해지는 힘에 의해 상기 탱크의 바깥 표면에 적용되는 단계;를 포함하고,
    상기 섬유형 강화재는 적어도 30% 함유량의 섬유를 포함하며,
    상기 섬유형 강화재는 상기 탱크의 바깥 표면에 상기 섬유형 강화재의 적어도 90% 이상이 접합되는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    탱크 벽을 성형하는 동안 혹은 탱크 벽 성형 이후, 상기 벽에 적어도 하나의 내압축성 영역이 제공되고, 상기 영역은 상기 강화재의 접합 영역에 포함되거나 적어도 부분적으로 그 주변에 위치하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내압축성 영역은 상기 탱크의 하부와 상부 벽 부분을 연결하는 적어도 두 개 부재 사이에 있는 벽 부분으로 구성되는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 강화재는 적어도 하나의 강화 기둥을 포함하는 영역에 접합 되는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유형 강화재는 장력을 받고 장력하에서 상기 탱크 표면에 적용되는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 탱크 표면의 절반 이상이 상기 섬유형 강화재에 의해 혹은 복수의 섬유형 강화재에 의해 덮이는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 탱크는 상기 강화재에 압력을 가하여 압축 접합을 수행하는데 사용되는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    접합 및 예열 툴을 사용하여,
    상기 강화재는 상기 툴에 혹은 툴로 고정되는 단계;
    상기 강화재와 상기 툴로 구성되는 조립체가 탱크 접합 영역에 대해 수직으로 위치되는 단계;
    상기 강화재 및 선택적으로는 상기 영역의 표면이 상기 툴을 통해 예열되는 단계;
    상기 강화재가 툴을 이용한 압력에 의해 그리고/또는 상기 탱크의 내부로부터 상기 영역에 가해지는 압력에 의해 상기 표면에 접합되는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 탱크 벽 및 상기 강화재의 플라스틱은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)인 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 강화재의 섬유는 임의 분산 연속 섬유인 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 강화재의 섬유는 유리 섬유인 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 강화재는 부품이 부착되는 영역의 적어도 한 부분을 덮고 두 개의 HDPE 층 사이에서 EVOH 층; 임의 분산의 부직 연속 유리 섬유 매트; 및 HDPE 시트를 포함하는 압축 성형 다층 시트에 의해 획득되는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 강화재와 상기 탱크 사이에 억류된 공기를 배출시키는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 강화재는 개구 또는 구멍을 포함하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 강화재가 접합되면, 상기 탱크는 치수 안정화 형틀로 들어가는 또는 돌아가는 방법.
  16. 제 10 항을 따르는 방법에 의해 획득될 수 있고 열가소성 플라스틱 벽과 바깥 표면의 적어도 한 영역에 접합 된 섬유형 강화재를 포함하는 탱크에 있어서,
    상기 섬유형 강화재는 상기 탱크의 바깥 표면과 동일한 속성이거나 호환 가능한 플라스틱을 포함하고 임의 분산 연속 섬유이며,
    상기 섬유형 강화재는 적어도 30% 함유량의 섬유를 포함하며,
    상기 섬유형 강화재는 상기 탱크의 바깥 표면에 상기 섬유형 강화재의 적어도 90% 이상이 접합되어 배치되는 탱크.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 강화재의 섬유는 유리 섬유인 탱크.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 강화재는 부품이 부착되는 영역의 적어도 한 부분을 덮고 두 개의 HDPE 층 사이에서 EVOH 층; 임의 분산의 부직 연속 유리 섬유 매트; 및 HDPE 시트을 포함하는 압축 성형 다층 시트에 의해 획득되는 탱크.
  19. 제 16 항 내지 제 18항 중 어느 한 항을 따르거나 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항을 따르는 방법에 의해 획득된 탱크에 있어서,
    상기 탱크는 하이브리드 차량 연료 탱크인 탱크.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유형 강화재의 인장 강도는 적어도 2000 MPa인 방법.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 강화재의 두께는 0.1 mm 내지 2mm 범위인 방법.
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