TWI647107B - Rubber composite fuel tank - Google Patents

Abstract

一種橡膠複材油箱，包括一油箱本體，該油箱本體具有一內部容置空間；該內部容置空間的表面貼合有一橡膠薄膠片，其中該油箱本體由一複合材料層所組成。

Description

橡膠複材油箱

本發明屬於複合油箱技術領域，具體涉及一種具有橡膠材質的複材油箱及整體成型的製作方法。

複合材料以其輕量化具備優異之比強度與比剛性特性，已大量應用於對重量錙銖必較之工業結構上，近年來纖維技術與相關複合材料技術之長足進步，應用於主結構之項目與量皆大幅成長，複合材料亦日漸普及至各層面。

複合材料方面大多使用纖維/Epoxy複合材料，纖維一般有碳纖維、玻璃纖維、硼纖維；樹脂則有不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂等。樹脂的基本功能是為纖維提供一種支撐並將纖維在材料中預定的位置和方向固定下來，使構件具有結構整體性。結構件工作時樹脂起著傳遞載荷的作用，低模量的樹脂基體將承擔較小的負荷，而大部分負荷由高模量的纖維承擔。在複合材料中纖維是主承載部分，有增強作用，樹脂將纖維粘接成一個整體賦於複合材料各種優良的性能。

目前的油箱(包括汽油箱、柴油箱和液壓油箱)材料有：碳鋼、不銹鋼、鋁合金、PE塑膠等，這些材料生產的油箱均存在某些缺陷：碳鋼重量大且需作防腐處理，內防腐層易脫落，堵塞油 路；不銹鋼、鋁合金油箱存在焊接品質隱患，隔熱性差，且造價高；PE塑膠油箱(包括多層結構)存在強度低、易燃燒等缺陷。

鋼塑複合油箱，其強度依靠外層的碳鋼材料，防腐蝕、抗滲漏依靠內層的PE塑膠，二者結合，強度更高，抗滲漏性更強；同時不燃燒；隔熱性能好；安全性更高，能延緩油箱受熱爆炸時間(油箱周圍的燃燒高溫通過金屬導熱到內部，必須先熔融內層PE塑膠，塑膠熔融吸熱量大，有效延緩了對內部的油料加熱)，但存在外層鋼材重量大之缺點。

使用複合材料製作油箱目有高強度的優點，可作為儲油容器，但複材本體無法阻油，內層複合材料需考量耐油性問題。且複材本體在低溫時易脆化，不耐外力震動。習知技術會在油箱內部會噴塗一層漆作為密封阻油，但是噴塗阻油漆時塗層沒有延展性，本身會隱含針孔(pitting)，阻油效果往往不耐久，以致於發生滲油的問題。以上原因導致結構受到外力震動阻油漆產生破壞龜裂(crack)，容易引起油漏。

有鑑於上述問題，本發明提出一種橡膠材質和異質材料的結合，不使用一般的界面接著劑來促進界面結合強度，本發明在低溫高壓下，讓未成化(cured)之橡膠高分子與未成化之樹脂高分子在界面處產生滲透纏繞。然後，階段式加熱昇溫，讓橡膠高分子與樹脂高分子同時成化，形成良好的接著。

本發明提出一種橡膠複材油箱，包括一油箱本體，該油箱本 體具有一內部容置空間；該內部容置空間的表面貼合有一複合材料層；該複合材料層的表面貼合有一橡膠薄膠片。

進一步，所述之橡膠複材油箱，其中該複合材料層包含纖維和樹脂預浸布。

進一步，所述之橡膠複材油箱，其中該樹脂為環氧樹脂。

進一步，所述之橡膠複材油箱，其中該纖維為碳纖、玻纖和聚酯纖維所構成的群組之一。

進一步，所述之橡膠複材油箱，其中該橡膠薄膠片為丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、氯丁橡膠、環氧氯丙烷橡膠、氟碳橡膠、聚胺基甲酸酯橡膠和海吧隆橡膠所構成的群組之一。

進一步，所述之橡膠複材油箱，其中該橡膠薄膠片小於1mm。

本發明提出一種橡膠複材油箱之製造方法，包括提供一油箱本體，該油箱本體具有一內部容置空間；貼合一複合材料層在該內部容置空間的表面；再貼合一橡膠薄膠片在該複合材料層的表面；進行一封袋抽真空的製程；再置入一密閉壓力烤箱階段式加熱；脫模取出成品。

進一步，所述之橡膠複材油箱之製造方法，其中貼合該複合材料層係由碳纖維/環氧樹脂預浸布貼合在該油箱本體的內部容置空間。

進一步，所述之橡膠複材油箱之製造方法，再貼合一橡膠薄膠片在該複合材料層的表面，係將丙烯腈-丁二烯橡膠薄膠片貼合 在該碳纖維/環氧樹脂預浸布上。本發明將複材油箱容器內部貼附一層厚度小於1mm耐油橡膠，耐油橡膠層具有平面連續性，不會有像噴漆產生的針孔滲油疑慮，有效提升儲油壽期。

本發明之橡膠層具有彈性與延展性，不怕震動破壞橡膠層而滲油，若是複材本體有細小龜裂，也不會立即產生滲油。

本發明利用高溫高壓共成化一體成型橡膠複材油箱，可以簡化製作程序。

11‧‧‧油箱本體

15‧‧‧橡膠薄膠片

圖1所示為本發明本橡膠複材油箱的剖面結構示意圖；圖2所示為本發明一實施方式中，橡膠複材油箱的製作方法流程圖；圖3所示為本發明一實施方式中耐油橡膠層材質之物理性質；圖4所示為本發明一實施方式中，橡膠複材油箱中橡膠與複材之界面剝離強度示意圖。

以下實施方式所揭露之方法及裝置為代表性應用。在以下詳細描述中，請參看各圖所示，儘管此等實施例經足夠詳細地描述以使得熟習此項技術者能夠實踐所描述之實施例，但應理解的，此等實例並非限制性的；可使用其他實施例，且可在不偏離所描述實施例的精神及範疇的情況下進行改變。

本發明利用橡膠材質結合纖維/樹脂複合材料，橡膠材質例 如丁腈橡膠(丙烯腈-丁二烯橡膠)等，屬於彈性材料，耐震不龜裂，並且具有優異的阻油功能。纖維/樹脂複合材料具有輕量化高強度、高耐性，作為容器本體不易變形。橡膠材質結合纖維/樹脂複合材料所製作之油箱，即使在低溫，也耐震不龜裂漏油，達到長期儲油的功能。

習知橡膠與異質材料的結合，一般以界面接著劑促進界面結合強度，本發明不使用接著劑，在低溫高壓下，讓未成化(cured)之橡膠高分子與樹脂高分子在界面處產生滲透纏繞。然後，階段式加熱昇溫，讓橡膠高分子與樹脂高分子同時成化，形成良好的接著。

請參考圖1所示，為本發明本橡膠複材油箱的剖面結構示意圖，油箱本體11接觸儲油的表面貼合一橡膠薄膠片15。所述油箱本體11為一複合材料層。橡膠薄膠片15為厚度小於1mm耐油橡膠，耐油橡膠層具有平面連續性，不像噴漆會有針孔滲油疑慮，有效提升儲油壽期。耐油橡膠層具有彈性與延展性，不怕震動破壞橡膠層而滲油，若是複合材料層有細小龜裂，也不會立即產生滲油。橡膠薄膠片15厚度可以控制在小於1mm，對於整體油箱加重不大。

上述複合材料層為纖維/樹脂複合材料可由一纖維材料、多層預浸漬纖維或預浸材組裝而成，纖維/樹脂複合材料為疊層結構，再合併基質材料，經受熱、真空及壓力以使疊層加固及成形成纖維強化複合材料。

本發明使用樹脂或橡膠在模具內通過熱引發交鏈反應完成固化，得到成型的製品。整個過程可以分解成兩個平行的子過程，一為樹脂或橡膠流動、浸潤、滲透、充模等物理過程；一為樹脂或橡膠由低黏度液態樹脂轉變成固體材料的化學反應過程。

本發明在複合材料層上再貼合橡膠薄膠片15，橡膠薄膠片15為耐油橡膠層材質，上述耐油橡膠層材質含丁腈橡膠(丙烯腈-丁二烯橡膠)、氫化丁腈橡膠(氫化丙烯腈-丁二烯橡膠)、氯丁橡膠、環氧氯丙烷橡膠、氟碳橡膠、聚胺基甲酸酯橡膠、海吧隆橡膠等，屬於彈性材料。

請參考圖2所示，為本發明一實施方式中，橡膠複材油箱的製作方法流程圖，在模具表面貼合一複合材料層，在所述複合材料層表面貼合一橡膠薄膠片15。步驟1：丙烯腈-丁二烯橡膠生料與交聯劑、促進劑、碳黑等填充劑混練並壓延成0.4mm厚度的薄膠片；步驟2：先行將碳纖維/環氧樹脂預浸布貼合在成型模具內部空間表面，再將丙烯腈-丁二烯橡膠薄膠片貼合在碳纖維/環氧樹脂預浸布上；步驟3：封袋抽真空至0.04大氣壓，置入密閉烘箱，烘箱內加壓至3大氣壓以上；步驟4：烘箱階段式昇溫加熱，室溫加熱至60℃持續30分鐘，再加熱至90℃持續60分鐘，再加熱至120℃持續30分鐘，再加熱至130℃持續120分鐘；步驟5：脫模取出成品。

常用耐油橡膠作業成化條件是在165℃持續15分鐘，碳纖/環氧樹脂複材成化條件是130℃持續2小時。溫度每降10℃，化學 反應時間增加一倍，本發明計算130℃持續2小時可以使耐油橡膠與碳纖/環氧樹脂複材同時成化。如圖3所示，為本發明一實施方式中耐油橡膠層材質之物理性質。

如圖4所示，本發明一實施方式中，橡膠複材油箱中橡膠與複材之界面剝離強度，由圖可知，浸泡燃油至150小時後強度變化小已達平衡。

本發明結合複合材料與橡膠的特性，以輕量化、高強度、高耐油的觀點，不需使用接著劑，藉一體成型共成化的製程，開發出橡膠複合材料儲油容器，可應用於工業用儲油槽、飛行載具油箱、或是民生用途儲油裝置等，此容器也可以應用在儲水、食品等其它領域，在軍、民工業均有市場。

Claims (6)

1. 一種橡膠複材油箱，包括一油箱本體，該油箱本體具有一內部容置空間；該內部容置空間的表面貼合有一橡膠薄膠片，該橡膠薄膠片為丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、氯丁橡膠、環氧氯丙烷橡膠、氟碳橡膠、聚胺基甲酸酯橡膠和海吧隆橡膠所構成的群組之一，該油箱本體由一複合材料層所組成，該複合材料層包含纖維和環氧樹脂預浸布。
2. 如申請專利範圍第1項所述之橡膠複材油箱，其中該纖維為碳纖、玻纖和聚酯纖維所構成的群組之一。
3. 如申請專利範圍第1項所述之橡膠複材油箱，其中該橡膠薄膠片小於1mm。
4. 一種橡膠複材油箱之製造方法，包括提供一模具當外模，該模具形成一內部容置空間；貼合一複合材料層在該內部容置空間的表面；再貼合一橡膠薄膠片在該複合材料層的表面；進行一封袋抽真空的製程；再置入一密閉烤箱階段式加熱，且該密閉烘箱內加壓至約3大氣壓；脫模取出成品；其中，該階段式加熱係為從室溫加熱至60℃持續30分鐘，再加熱至90℃持續60分鐘，再加熱至120℃持續30分鐘，再加熱至130℃持續120分鐘。
5. 如申請專利範圍第7項所述之橡膠複材油箱之製造方法，其中貼合該複合材料層係由碳纖維/環氧樹脂預浸布貼合在該油箱本體的內部容置空間。
6. 如申請專利範圍第8項所述之橡膠複材油箱之製造方法，再貼合一橡膠薄膠片在該複合材料層的表面，係將丙烯腈-丁二烯橡膠薄膠片貼合在該碳纖維/環氧樹脂預浸布上。