機動車用納米複合型塑料加油口管的製作方法

2023-10-11 22:39:34

專利名稱：機動車用納米複合型塑料加油口管的製作方法
技術領域：
本發明開發研製了一種與機動車輛的塑料加油口管的燃料透過性相關的產品，即優 質納米合成塑料加油口。通過降低塑料管類的滲透性，減少可變燃料車輛的廢氣的排出， 使其更適合法律法規和環保的要求。
背景技術：
眾所周知，機動車的燃料是由油罐提供的，油罐不僅僅可以存儲驅動車輛所需的燃 料，同時還為發動機提供燃料並操縱發動機。也就是說，油罐的表面上方接有塑料燃料 注入管，不過，這個燃料注入管是車輛的燃料裝置中的上油裝置，在完全密封的狀態下 燃料通過上油器被輸送至儲油罐，燃料注入管起到了輸送燃料的作用。塑料燃料注入管 由具有燃料注入管功能的加油口管的主要管道及排出注入燃料時流入到管內氣體的裝置 ——通氣管構成。
上述加油口管的管道和通氣管道是聚醯胺壓制或用3D充氣成形的產品，對烴煤氣滲 透的密封效果明顯高於其他同類高分子工程塑料產品。
同時，車輛的塑料加油口管的管道的主要原材料為聚醯胺、聚乙烯和其他一些高分 子工程塑料。現在，雖然汽油燃料的汽化後氣體的滲透性能可以滿足相關的排氣限制， 但由於可變燃料車輛的出現，在使用可變燃料時大大降低了構成管道的原材料——聚醯 胺、聚乙烯和其他高分子工程塑料的滲透性，不僅無法達到廢氣的排出標準，還由於被 滲透的汽化氣體，給環境造成了嚴重的汙染。採用高分子工程塑料為原材料時，為了使 其汽化後氣體滲透性能滿足法律法規的標準，須採用多層構造製做或進行氟表面塗層， 但由於使用這些昂貴的原材料而大大加大了成本，同時還因為使用這些原材料導致嚴重 的環境汙染。
不但如此，全世界對原油的依存度不斷下降，同時為了保護環境降低汙染物質的排 出， 一些使用乙醇和其他可代替燃料的可變燃料車輛也正在不斷的增加。由於使用可變 燃料車輛的增加，現有的塑料加油口管的成形原材料的汽化後氣體滲透性無法滿足相關 法規的標準的情況也日趨嚴重。針對上述問題，開發研製可降低塑料加油口管道的汽化 後氣體滲透性的代替材料是當務之急。
因此，將以上提到的本發明中的高分子工程塑料應用於機動車輛的塑料加油口管， 可減低汽化後氣體滲透性，並滿足有關機動車輛的排氣規定。為適用因防止環境汙染而
產生的多層構造和實施氟表面塗層所造成的成本增加，在製做加油口管的工序過程中排
除對環境產生汙染的因素，向工程塑料中添加納米粘土，製成納米合成材料，應用於機 動車輛的加油口管路。

發明內容
本發明不僅適用於根據採用原有技術針對可變燃料車輛的加油口管路滲透的燃料的 汽化廢氣所做的規定，同時也是為節省製造成本，解決環境汙染而研製的新產品。它的 目的在於向機動車輛的塑料加油口管的主要成形材料高分子工程塑料添加納米合成成 分，製造生產更為優化的機動車輛用塑料加油口管。
另外，通過添加納米合成材料，降低機動車輛加油口管路對汽化氣體的滲透性，不僅 可以大大降低生產成本，還可使使用可變燃料的車輛的排廢氣標準滿足不斷被強化完善 的法律法規的規定，同時還可以降低二氧化碳，廢氣，及其他會對環境有害物質的排出， 減少對環境的汙染。
為達到上述目的，本發明提供的解決問題的手段是本發明中使用了納米合成材料 的機動車輛加油口管，會在水中對綠粘土系列粘土產生破壞，或使其存在於被膨脹的狀 態下，並向粘土添加有機改質劑，替換具有交換性的陽離子的所在位置，通過使用有機 化過程中產生的有機化粘土生產製造高分子/粘土納米複合材料。並將這種材料應用於 機動車的塑料加油口管。
另外，本發明將層狀粘土和水的混合物調製成灰漿，將調製而成的灰漿通過高壓噴霧 後製成納米粘土，再將此納米粘土與高分子樹脂相混合，形成高分子/納米複合材料。形 成後的高分子/納米複合材料可應用於機動車輛的塑料加油口管。可從蒙脫石、矽酸鎂鋰、 膨潤土中選擇任何一種作為生產以上提到的層狀粘土的原料。 發明的效果
在本發明中，納米粘土分散於納米尺寸中的納米複合材料與通用高分子工程塑料相 比，在不損傷耐衝擊性和韌性的情況下可顯著增加強度，降低機動車輛燃料汽化氣體的 滲透性，提高高溫的穩定性，並能大幅度提高產品的耐摩耗性等。
而且，本發明中的納米複合材料可不使用有機化劑等粘土改質劑，只需將粘土與水混 合併攪拌，並通過噴霧乾燥法使粘土層間最終達到剝離的狀態。也就是說， 一般在乾燥 的時候，通過噴霧乾燥的方法來防止由於粘土各層間的引力而引起粘土還原成原有的狀 態。
同時，本發明中的納米複合材料不需要製造有機化粘土這一過程，製造工程更單純， 在有機化處理過程中還不會排出對環境有害的物質。而且，還能夠生產具有納米尺寸厚
度的板狀納米粘土粒子，高分子矩陣的種類還不會受到限制。
將通過以上方法製造的納米複合材料應用於機動車輛的加油口管，不僅可以大大降低 生產成本，還可使使用可變燃料的車輛的排廢氣標準滿足不斷被強化完善的法律法規的 規定，同時還可以降低二氧化碳，機動車輛燃料的汽化氣體，及其他對環境有害物質的 排出，減少對環境的汙染。
具體實施例方式
本發明的最佳實施例本發明中的有機、無機納米複合材料，是通過納米技術和以 高分子為代表的有機材料相結合而生成的。有機、無機納米複合材料可將納米尺寸的無 機填充物均質分散於高分子矩陣，從而提高高分子樹脂原有的物理性質，並賦予其前所 未有的新的性質。
決定納米複合材料特性的無機填充物可以是金屬納米粒子、納米尺寸的球形或板狀的 層積狀形態結構的陶瓷成分，或是球碳、碳納米管為代表的納米尺寸的新碳系材料等多 種物質。構成納米複合材料的無機填充物即使只向三維構造中任何一個方進行納米化,也 會給物性帶來巨大的變化。與以分子為單位的化學反應的有機成分不同，無機填充物很 難處於納米尺寸的穩定狀態，而且製做工序相當花費工夫。因此人們努力尋求天然條件
下具有納米尺寸構造的無機物，從1980年後半開始至今，人們都在苦心研究以粘土礦物
為代表的頁矽酸鹽。
平均每1克層狀頁矽酸鹽具有800平方米的極其廣闊的表面積，厚度大約有lnm，長度 位於30nm至1000nm之間，層狀頁矽酸鹽擁有數十到數百層非常薄的薄層，當這種層積構 造被破壞，不同的納米層作為一種納米填充物被均質分散到高分子矩陣時，無機填充物 在凝集於數"m以上的尺寸的狀態下，被導入到高分子介質內的高分子納米複合材料沒有 達到預期的效果。即使是極少的填充物含量與高分子樹脂的物性相對比，在數倍的機械 物性增加的同時，可產生耐熱性，電氣特性，氣體遮斷性等多種物性的變化。
同時，自然界中存在著多種具有層狀構造的無機化合物，頁矽酸鹽等粘土系列具有多 種反應性和空間擴張能力。層狀頁矽酸鹽是由四面體構造的矽石層和八面體構造的氧化 鋁層組合構成的。通過兩層之間的-OH官能基縮合反應，矽酸鋁可形成由其他礦物的變質 而生成的高嶺石構造。矽石層和氧化鋁層與以l:l的比例構成的高嶺石不同，比例為2:1 的頁矽酸鹽內部的負電荷數按程度的不同被分類為滑石、綠粘土、蛭石、伊利石、雲母 等類。特別是以蒙脫石、皂石、針鈉鈣石為代表的綠粘土系列材料具有優秀的插層反應。 本發明將納米複合材料充分應用於機動車輛的塑料加油口管。
綠粘土系列粘土由Si四面體和AI八面體按2: l的比例構成，並且每三層構造
(Si-AI-Si)構成一張簿板，每張簿板大約有lnm的厚度，板和板之間的距離也約為lnm 左右。簿板重疊後構成綠粘土系列粘土的層狀構造。同時，以上提到的綠粘土系列粘土 的板與板之間還存在著類似於Na+或Ca+的具有交換性的陽離子。如果向綠粘土系列粘土添 加水，水就會被具有交換性的陽離子吸收，陽離子膨脹變大，構成綠粘土系列粘土的板 就會崩潰，進而發生水合作用。
正因為具有以上提到的物性，人們致力於如何將綠粘土系列粘土應用到機動車輛零部 件的生產和建築材料，高分子/粘土納米複合材料的研製。但是，由於天然綠粘土系列 粘土的尺寸大約在10—20um左右，作用在粘土層和層之間的分子間力使高分子樹脂內部 的粘土層很難產生剝離作用，插入高分子進行插層反應的粘土層與層之間的間隔只有非 常狹小的lnm左右，很難將天然綠粘土系列粘土製成納米複合材料。
為解決上述問題，在水中對綠粘土系列粘土產生破壞,或使其存在於被膨脹的狀態下， 並向粘土添加有機改質劑，替換具有交換性的陽離子的所在位置，通過使用有機化過程 中產生的有機化粘土生產製造高分子/粘土納米複合材料。以上提到的有機化粘土的粒 子狀態的尺寸在5—10nm左右。使用上述有機化粘土製造高分子/納米複合材料時，當高 分子和納米混合時會發生類似剪切力的作用，在此作用下，有機改質會使高分子材料插 入到層間距離處於分離狀態的粘土層間，從而發生插層作用，再加上高分子材料與粘土 的混合作用，粘土的層與層被剝離，由於高分子內部分散的層間剝離作用的影響，粘土 在高分子材料的內部發生納米化，從而得到本發明中的高分子/納米複合材料。
另外，將層狀納米和水混合後製成灰漿，灰漿通過高壓噴霧後製成納米粘土，再將此 納米粘土與高分子樹脂相混合，也可製成本發明中提到的高分子/納米複合材料。
本發明中的高分子/納米複合材料即使不使用有機改質劑，也可製成納米粘土，並通 過使用製成的納米粘土製造高分子/納米複合材料。以上提到的不使用有機改質劑製成納 米粘土的製造方法，首先要將層狀粘土與水相混合製成灰槳。綠粘土系列中的蒙脫石、 矽酸鎂鋰、膨潤土均可製成層狀粘土，以上提到的層狀粘土的粒子的尺寸為"m。以上提 到的粘土吸收水分後灰漿便存在於層狀構造被破壞的狀態下。如果向以上提到的綠粘土 系列粘土中添加水分，水分子就會被鈉或鈣中的具有交換性的陽離子所吸附，該水分子 又會吸附其它的水分子，而形成水分子群，其表面的負電子也會增加。最終由於綠粘土 系列粘土層之間的間隔擴大，導致層狀構造被破壞。
通過高壓噴霧方法使上記層構造被破壞的灰漿乾燥。灰漿乾燥過程為，在175。C一185 。C的溫度下預熱後的噴霧管中，採用2. 5—3. 5kgf/cm3的壓力對灰漿進行噴霧，在此工程 中，層被分解的粘土和水一同分別或構成幾個層狀的狀態，此時其厚度為納米的粘土粒 子中包含的類似於霧的水分子在接觸到上述噴霧管的溫度時，瞬間就會被乾燥。其結果 導致粘土的面擁有O. 5—1. 0微米的大小，並可製成粘土厚度在100nm以下的納米粘土。
以上提到的噴霧乾燥方法在工程過程中極其簡單，而且也不會使用對環境有害的物 質，是最佳的環保方法。向製成的納米粘土中添加工程塑料後，即可製造本發明中的高 分子/納米複合材料。
高分子樹脂和納米粘土的混合比率可根據使用的高分子樹脂的種類或成形後物質的 種類的不同進行調節，各業者能夠充分地理解上述比率。
添加硬化劑也可以製成以上提到的納米複合材料的。這裡的硬化劑主要是指像聚氧丙 亞胺之類的胺系列硬化劑，硬化劑的添加量可按希望的硬化程度進行適當的調節。
向高分子工程塑料中添加納米粘土製成本發明中提到的納米複合材料,矽酸鹽層狀構 造的粘土礦物以納米尺寸板狀為基本單位進行剝離,使其分散到高分子樹脂內，包含將 聚乙烯、聚丙烯等通用性高分子的低機械的物性的界限提高到工程塑料水平的概念。
同時，在粒子狀態下將擁有納米尺寸(100nm以下)的層狀粘土通過親油性粘土進行 有機化，添加納米粘土製造高分子/納米複合材料。
通過上述方法製成的納米複合材料被應用到機動車輛的加油口管，不僅可以降低生產 加油口管的成本，還可使使用可變燃料的車輛的排廢氣標準滿足不斷被強化完善的法律 法規的規定，同時還可以降低二氧化碳，機動車輛燃料的汽化氣體，及其他會對環境有 害物質的排出，減少對環境的汙染。
權利要求
1、一種機動車用納米複合型塑料加油口管，其特徵是首先，在水中破壞掉綠色粘土的結構，使其存在於一個膨脹的狀態下，並向該粘土添加有機改質劑，利用有機改質劑來替換具有交換性的陽離子的所在位置，也就是通過使用有機化過程中產生的有機化粘土生產製造高分子/粘土納米複合材料，並將這種材料應用於機動車的塑料加油口管。
2. 根據權利要求l所述的機動車用納米複合型塑料加油口管，其特徵是高分子/粘 土的原料可從聚醯胺及聚烯烴構成的群體中選擇任何一種，利用其特性將其應用於機動 車用納米複合型塑料加油口管。
3.一種機動車用納米複合型塑料加油口管，其特徵是將層狀粘土和水的混合物調 製成灰漿，將調製而成的灰漿通過高壓噴霧後製成納米粘土，再將此納米粘土與高分子 樹脂混合而形成高分子/納米複合材料，將形成後的髙分子/納米複合材料應用於機動車 用納米複合型塑料加油口管。
4. 根據權利要求3所述的機動車用納米複合型塑料加油口管，其特徵是層狀粘土 的原料可從蒙脫石、矽酸鎂鋰、膨潤土中選擇任何一種，利用其特性將其應用於機動車 用納米複合型塑料加油口管。
全文摘要
一種機動車用納米複合型塑料加油口管，解決可變燃料車輛的加油管滲出的燃料的汽化氣體不僅要符合有關排氣的規定，同時為降低成本解決由排氣造成的環境汙染問題。本發明是在水中對綠粘土系列粘土產生破壞，或使其存在於被膨脹的狀態下，向粘土添加有機改質劑，替換陽離子的所在位置，通過使用有機化過程中產生的有機化粘土生產製造高分子/粘土納米複合材料。將這種材料用於塑料加油口管。此技術不僅大大降低生產成本，還使使用可變燃料的車輛的排廢氣標準滿足規定，同時還降低二氧化碳，廢氣及有害物質的排出，減少汙染。
文檔編號C08L77/00GK101386262SQ20081021351
公開日2009年3月18日 申請日期2008年9月5日 優先權日2007年9月10日
發明者金東圭, 金基弘 申請人:可附特汽車零部件製造有限公司