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guojun8606铁杆木虫 (正式写手)
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车用塑料燃油箱的应用与发展趋势
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汽车燃油箱是汽车部件中重要的功能件和安全件之一。随着塑料在 汽车上应用范围的逐年增大，金属燃油箱终将被塑料燃油箱全部取代。 一、塑料燃油箱的特点 1.形状设计自由度大，空间利用率高 随着汽车设计的复杂化、高科技化，汽车底盘的空间相当有限。如果采用塑料 燃油箱，便可充分利用车身结构设计中剩余的空间，尤其对形状复杂的异形燃油箱 更为适合。利用汽车总体的合理布置，使其燃油箱容量增大，大约可使容积增加4 0%。对于当今路面的高速化、全封闭化、加油站的远距离化，提高燃油的储存量， 增大汽车的行驶里程，具有重大的实用意义。 2.轻量化 因塑料的相对密度仅为金属的1/8～1/7，所以与同容积的金属燃油箱相比较， 其重量可降低30%～50%。如原来为8.5kg的金属燃油箱，采用塑料燃油箱代替后可 降至5.6kg，从而减轻了汽车整备质量，降低了燃油耗。据资料介绍，一般汽车整 备质量每减轻1kg，则1L汽油可使汽车多行驶0.1km。 3.耐腐蚀 塑料燃油箱有抵御水、污物及其它介质的侵蚀作用并不用维修。很多地区为了 防止结冰，在寒冷地区的道路上撒盐，金属燃油箱遇此路况就容易被腐蚀，而塑料 燃油箱则不会发生锈蚀。 4.耐冲击、强度好 当遇到碰撞时，塑料燃油箱在-40℃～60℃的情况下，仍具有优良的抗冲击性 能及其它机械性能。常温下，无论是单层或多层结构的塑料燃油箱即使从8m甚至1 0m高处坠落到水泥地面上也不易损坏，而金属燃油箱仅在4m高处落下就会破损。可 见塑料燃油箱抗冲击性能是金属燃油箱的2－4倍。 5.燃烧时不引起爆炸 由于塑料燃油箱采用了高分子量聚乙烯（HMWHDPE）材料制造，热传导性能仅 为金属的1%，比金属燃油箱热传导慢，又富有弹性和耐石子的撞击且具有较高的刚 性。尤其是当撞击与摩擦时，不易发生火星与爆炸。即使汽车着火了，也不会因塑 料燃油箱受热膨胀而发生爆炸，乘员有充分的时间转移，从而避免了二次事故的产 生，提高了安全性。反之，金属燃油箱遇火灾发生时，极易引起爆炸，十分危险。 6.燃油渗漏量小 按ECE法规NO.34燃油箱标准要求，在40±2℃的环境中放置56天，最大平均燃 油渗漏损失量为20g/24h。由于燃油渗漏量小，排放到大气中的燃油蒸发污染物少 ，有利于减少环境污染。多层复合结构的塑料燃油箱的燃油渗漏量更小，最大平均 燃油渗漏损失量小于2g/24h，完全能满足美国FMVSS标准的要求。 7.耐久性能优异 由于高分子量聚乙烯材料长期稳定性能良好，从而可使燃油箱的使用寿命达1 0年之久。 8.生产效率高、经济效益好 与金属燃油箱生产相比，塑料燃油箱的生产工艺简便、生产效率高、成本低（ 成本可降低30%）、周期短、见效快，大规模生产时，具有显著的经济效益。产品 的附加值高。塑料燃油箱包括其附件可采用一次一体成型，实现附件一体化。而金 属燃油箱的制造则需冲压、焊接、喷漆等繁杂工序，所以塑料燃油箱简化了工序、 节省了喷漆，降低了成本。 二、塑料燃油箱的材质及类型 由于燃油箱属于汽车的结构件、功能件，又是汽车的重要安全部件之一，因此 燃油箱的材质应具有耐寒、耐热、耐蠕变、耐应力开裂、耐大气老化、耐溶剂及化 学药品等性能，而耐冲击、抗渗漏、阻燃、防爆等特性又尤为重要。为此，塑料燃 油箱的材料通常采用高分子量聚乙烯作为基材，辅以粘接和阻隔材料（尼龙或乙烯 -乙烯醇共聚物即EVOH）。 塑料燃油箱材料大体有两种类型：一种是分子量为50～80万的HMWHDPE，经吹 塑成型的单层结构的塑料燃油箱，其箱体内壁进行不同方法的表面处理，以提高其 抗燃油的渗漏性。另一种是以HMWHDPE为基材辅以阻隔材料或粘接材料，吹塑成型 的单层及多层复合结构的塑料燃油箱。 1.内壁进行表面处理的单层塑料燃油箱 为提高塑料燃油箱抗燃油渗透性能，可在单层油箱吹塑成型后，对其内壁进行 表面处理，其方法有3种。第一种是环氧喷涂法，此种方法较为落后，效果也差， 现已基本被淘汰。第二种是磺化（SO3气体）处理法，到目前为止，该法属比较成 熟的工艺，美国、日本等国家迄今尚还在使用。第三种是氟化（F2）处理法，该方 法是在吹塑成型过程中，同时向油箱内部加入含有1%氟的氮气，使其油箱内层形成 防燃油渗透的含氟层。氟化处理是在整个正常吹塑成型周期内施行的，通过由氟原 子取代聚合物链上的氢而使容器的内表面发生化学变化，即在极性、内聚能、密度 和表面张力方面发生变化。这种变化降低了湿润、扩散和最终的非极性液体的挥发 。由于这种变化仅发生在表面（深度为50～100A），所以抗张、冲击强度均没有发 生明显变化。经氟化处理后，油箱的渗透汽油量降低效果比较显著，可由16g/24h 降至0.5g/24h。但是，上述三种方法中的后两种方法，均要造成公害，不宜采用。 日本禁止采用氟化法，究其原因，不仅易造成二次污染，危害人体健康，而且设备 投资大、气源困难、工艺复杂、难度大、成本较高。 2.阻隔功能聚合物合金材料的单层塑料燃油箱 (1)制作单层塑料燃油箱的第一种阻隔功能聚合物合金材料HDPE/PA/相容剂） 在此体系中，PA层状分散于HDPE中，随PA含量的增加和PA分散相的层化，HDP E/PA共混物的阻隔性明显提高。其阻隔烃化合物气体性能比一般HDPE高20倍，且拉 伸强度和抗冲击强度等性能也明显增高。美国杜邦公司用于阻隔功能聚合物合金中 的PA实际上是加有相容剂的特种改性PA，商品名称为SELAE-RB。改性PA填加量为5 %～18%。改性PA与HDPE粒状掺合后，直接吹塑，这种成型工艺使得油箱壁形成不连 续的防渗透层来达到阻隔燃油渗漏的目的。根据HDPE/PA中添加SELAR-RB数量的不 同，可以方便地调节此合金的阻隔性。为获得理想的阻隔形态的HDHE/PA，必须保 证在加工温度下PA熔体粘度大于HDPE。为此，要选择恰当的加工温度。为了使PA分 相延展成为层片状，挤出成型时，其螺杆的剪切速率应控制在20～50s-1的范围内 。制备层状分散形态聚合物合金技术是制造功能聚合物合金材料的关键技术之一， 已引起各国科技界的特别关注。此法可在一台挤出机上利用现有的吹塑设备生产， 投资少，产品可按对产品性能的要求（如渗透性）进行设计，因此是当今世界上很 有竞争力、很有发展前景的成型工艺方法。 (2)制作单层塑料燃油箱的第二种阻隔功能聚合物合金材料 它是杜邦公司研制成功的新型阻隔功能聚合物合金材料，商品名称为SELAR R B-M。它以5%～7%的EVOH代替尼龙与HDPE混合，制成母料。EVOH呈盘状分散于HDPE 中，使燃油箱形成不连续的防渗透层而起到阻隔渗漏作用。其阻隔性能比PA更好， 且无污染、安全、成本最低，并可使燃油箱的热变形温度和尺寸稳定性得到提高， 是一种理想的阻隔材料，也是甲醇被推荐替代汽油用的新燃料的理想的阻隔材料。 3.多层复合的塑料燃料箱 利用多个喷嘴同步供应流体材料，并分层次组成材胚进行的共挤出吹塑成型。 由3种材质形成3层或5层或6层复合的中空吹塑成型产品。3层复合塑料燃油箱的组 成为：PA（内层）/粘结层/HDPE（外层）。5层复合塑料燃油箱的组成为：HDPE（ 内层）/PA/粘结层/HDPE（外层）。6层复合塑料燃油箱的组成为：HDPE（内层）/ 粘结层/阻隔层（PA或EVOH）粘结层/回收料层/着色HDPE（外层）。 各层的厚度比（占总壁厚的%）为：内层46%；粘结层2.5%；阻隔层3%；回收料 层40%；着色HDPE外层6%。 多层复合结构的塑料燃油箱中，尼龙（PA）和EVOH作中间层，起阻隔燃油渗透 作用。粘结层用的粘结剂（如日本三井化学公司的admer GT-4,L-2100等）对阻隔 材料和HDPE有强的粘结力、良好的粘结耐久性能和加工性能。HDPE作为内层和外层 ，起成型、强度等作用。 多层复合塑料燃油箱成型工艺较复杂，要求专用的多层中空吹塑成型机。但成 品质量优良。特别是抗燃油渗透性能优异，其燃油渗漏量可降至≤0.2g/24h（对汽 油）；≤0.7～1.2g/24h（对汽油-甲醇、乙醇燃料）。 |
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