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滚塑成型汽车燃油箱的生产

塑料燃油箱的优点

  1. 密度小。塑料相对密度仅为金属的1/8〜1/7,所以同规格的塑料燃油箱比金属燃油箱质量轻40~50%,从而有利于减轻车重,提高车速,节省燃料(据资料统计,车重每减轻1kg,则lL汽油可使汽车多行驶0.lkm)。
  2. 设计自由度大,空间利用率高。可以加工成各种复杂形状,有利于充分利用车体的空间,从而可以增加燃油的载重量,提高汽车的续航力(例如PASSAT塑料燃油箱重3.5kg,容量51L加安全系数7L,同金属燃油箱相比容量大6L重量轻1.5kg)。
  3. 工艺性好。塑料燃油箱的研制周期比金属燃油箱的研制周期短,费用低,成型加工性好,易规模化生产,简化制造工艺,方便了汽车的设计制造与改型。
  4. 耐疲劳性能好。金属材料的疲劳破坏常常是没有明显预兆的突发性的破坏。而聚合物基复合材料中,纤维和基体的界面能比较有效地阻止裂纹扩散,使破坏逐渐发展,因而破坏前有明显预兆,过载时安全性比较好,安全可靠性高。
  5. 减震性好。复合材料中纤维基体界面具有吸震能力,故振动阻尼比较高。
  6. 耐烧蚀性好。因为聚合物基复合材料的比热容比较大,熔化热和汽化热也比较大,在高温下能吸收大量的热能,是良好的耐烧蚀材料.在车辆着火时汽油、柴油不会很快升温,可延迟爆炸,使乘员在意外事故中增加生存的希望。
  7. 耐化学腐蚀性。抵御水、污物及其它介质的侵蚀,免去维修的麻烦。
  8. 耐久性能优异。具有优异的长期稳定性能,可使燃油箱的使用寿命达20年之久。
  9. 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力学性能。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10m高处坠落到水泥地面上,也不易损坏。而金属燃油箱仅在401m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。

 

成型方法

  1. 回转成型:轻的金属模可安装在回转成型机的机架上进行三维方向旋转,塑料粉加入热模具内,当旋转时,塑料粉不断熔融黏贴在热模具内壁,待完全塑化达到要求厚度后, 往模具夹套内注入冷水进行冷却,然后脱模得制品。该法不足之处是很难保证转角处和狭窄断面处壁厚的均匀性。
  2. 阳离子聚合(单体浇铸):阳离子聚合法是用己内酰胺单体注入受热回转模具内,阳离子聚合,冷却脱模,其优点是模具造价低,易于喷漆。由于此法只限于浇铸尼龙,不能完全满足汽车燃油箱要求的条件,故通常不采用此法。
  3. 注塑:由于脱模受到限制,采用注塑工艺生产燃油箱需分成两个半件,然后再用黏合剂或热熔焊接将两个半件黏合成整体。黏合强度往往随材料品种不同而有强弱。另外注塑模具要承受高压(60~130MPa)注射,模具结构复杂,制造费用昂贵。注塑的优点在于获得的成品壁厚易于控制,非常均匀,可在注塑模具内装配所需要的嵌件,将燃油箱箱体与附属零部件通过注射组成一体。
  4. 真空吸塑成型:将塑料板材加热,用真空吸塑成型制成两半件燃油箱,然后再用黏合剂或热熔焊接将两个半件黏合成一整体。它与注塑不同处是:前者不能制成形状结构复杂的箱体,而且无法在成型时装配各种嵌件。模具多为铝合金材料,强度要求相对低,结构简单,因而造价也低。缺点是存在黏合问题。
  5. 中空吹塑:中空吹塑成型是制造燃油箱最佳成型方法,目前塑料燃油箱主要采用此法。中空吹塑成型时,物料连续加热熔融挤出,通过模芯模套由上往下挤出型坯,用两半(哈夫)模具将型坯夹紧,然后往型坯内鼓气、吹胀、贴于模腔内成型,经冷却脱模得成品。该方法既可以大规模生产,又简化了生产工序,也不存在粘接问题,应用广泛。

本篇主要讨论中空吹塑成型:

树脂选择及加工工艺

常见的阻隔性树脂有:偏氯乙烯(PVDC)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、聚丙烯腈(PAN)、聚酰胺(PET)、新型尼龙(MXD6)、液晶(LCP)和含氟塑料等,其中液晶和含氟塑料不仅成本高而且加工业比较困难;聚偏氯乙烯熔点和分解温度相近,成型加工十分困难,经济价值不大;EVOH虽然在干态和常温有比PA和PVDC好的阻隔性,但由于其韧性不够而不具备单独作为包装材料或容器的物性,必须与其他塑料复合;考虑阻隔性、加工性及成本,通过一系列实验与尝试,高分子量、高密度聚乙烯非常适宜于制造汽车燃油箱,但其阻隔性不好,渗油率比尼龙高很多,其优点是:在低温甚至-40°C下仍不失其韧性,易于吹塑成型,易于摩擦焊接、热元件焊接、高频焊接、以及热空气焊接。

但汽油化学分子结构与HDPE类似,根据相似相容原理,采用普通聚乙烯容量储存这类溶剂时,其有效成分会湿润HDPE油箱表面,逐渐扩散到容器内部并渗透到外界而气化损失掉,这也就是HDPE燃油箱的缺点,即其对燃油有效成分的阻渗性能低,世界各国关于塑料燃油箱的研究焦点主要集中在解决这个问题上。常用聚乙烯塑料燃油箱主要采用以下生产方法来提高和改善中空容器阻隔性:

一、              内壁进行表面处理的单层塑料燃油箱的方法,常用方法:

  1. 环氧喷涂法,此种方法较为落后,效果也差,基本被淘汰。
  2. 磺化(SO3气体)处理法,该法工艺成熟,广泛使用。但此方法会造成公害。
  3. 氟化处理法,该方法是在吹塑成型过程中,同时向油箱内部吹入含有1%氟的氮气,使其油箱内层形成防燃油渗透的含氟层。经氟化处理后,油箱的汽油渗透量降低效果较为显著,可由16g/24h降至0.5g/24h。其中氟气需要回收处理,有一系列的环保问题,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。

二、              聚乙烯与阻隔树脂共混改性使阻隔树脂在基体树脂中形成层状的方法(层状掺混):

一般认为层状共混阻隔改性的机理是:阻隔性聚合物合金材料是HDPE/PA/相容剂体系。在此体系中,起阻隔作用的PA以层状分散于HDPE中。随PA含量的增加和PA分散相的层化,HDPE/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。PA添加量一般为5%〜18%,与HDPE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。层状分散形态的形成技术是制造塑料燃油箱的关键技术之一。为获得理想的阻隔形态,必须保证在加工温度下PA熔体黏度大于HDPE。为此,要选择恰当的加工温度。为了使PA相延展成为层片,挤出成型时的螺杆剪切速率应控制在20〜50S-1范围内。单层塑料燃油箱的第二种阻隔性聚合物合金材料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SE-LARRB-M,它以5%〜7%的EVOH代替尼龙与HDPE混合而制成,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汽油渗漏的作用,其阻隔性能比PA更好,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,对甲醇具有最理想的阻隔性能,可用于以甲醇作为燃料的燃油箱。

层状掺混技术在实际的生产操作时,对挤出机螺杆混炼性能要适度,非常难以把握;并且层状掺混塑料燃油箱的机械性能低,阻渗性相对较差而且不太稳定。

三、              另一种途径是多层共挤技术:

比较层状掺混,用多层共挤方法生产具有阻渗性汽车塑料燃油箱成为第一选择。从国内近几年新投用的汽车塑料燃油箱成型设备来看,多层共挤中空机占绝大多数也可证实这一点。

利用多层共挤出吹塑成型多层复合的塑料燃油箱由3种材质形成3层、5层或6 层复合的中空吹塑产品。3层复合塑料燃油箱的组成为:PA(内层)/粘接层/HDPE (外层);5层复合塑料燃油箱的组成为:HDPE (内层)/粘接层/PA/粘接层/HDPE (外层);6 层复合塑料燃油箱的组成为:HDPE(内层)/粘接层/阻隔层(PA或EVOH)/粘接层/回收料层/着色HDPE(外层),各层的厚度比为:46(内层):2.5(粘接层):3(阻隔层):2.5 (粘接层):40(回收料层):6(着色HDPE外层)。

多层复合结构的塑料燃油箱中,阻隔层为PA和 EVOH。粘接层用的粘接剂(如日本三井化学公司的AdmerGT-4,L-2100等)对阻隔材料和HDPE要有强的黏接力、良好的粘接耐久性能和加工性能。HDPE作为内层和外层,起成型、赋予强度等作用。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设备。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)和≤0.7〜1.2g/24h(对汽油-甲醇、汽油-乙醇燃料)。

表1-1为HDPE单层塑料燃油箱与多层塑料共挤燃油箱阻渗性能比较。由表中可以看出,多层塑料共挤燃油箱的阻渗性能要比HDPE单层燃油箱的阻渗性能高出2个数量级。

塑料多层共挤吹塑中空成型机SCJC500×6生产的多层吹塑汽车燃油箱(以下简称多层塑料油箱)由六层共挤结构组成,见图1-1,按其功能可分为基层、功能层、粘合层、回收料层和装饰层。每层的具体情况如下:

  1. 1.         基层 

基层是多层共挤结构的主体,厚度较大,主要确定制品的强度,刚度及尺寸稳定性,同时也起一定的功能作用,基层聚合物主要是HDPE新料。

  1. 功能层
         功能层,也称阻渗层,是多层共挤结构高阻渗作用的关键层,它不仅可以阻止燃油有效成份渗透至燃油箱外,而且可以阻止外界气体或湿气等向燃油箱内的渗透。

功能层聚合物主要是EVOH或PA6/66。一方面,EVOH或PA6/66的价格较高,另一方面,EVOH或PA6/66在很薄的情况下,其阻隔性能已很高(见表1—2)。因此,在满足阻渗性能要求的前提下,阻渗层应设计得尽量薄。常用的牌号:EVOH为EVALF101A、Soarnol DT2903(Nippon Gohsei);PA6/66为Ultramid C35(BASF)、Durethan C38(Bayer)。

 

  1. 粘合层   
         粘合层主要解决基层和功能之间的相互粘合不良的问题,多层燃油箱壁内各层之间的粘合是难点和要点,粘合不良会发生层问剥离现象,进而影响塑料油箱的强度和阻渗效果,粘合层聚合物一般用改性聚乙烯,粘合剂价格一般较高,故在满足性能要求的前提下,其厚度应尽量小些。

所用材料一般为马来酸酐接枝改性的LDPE或HDPE,常用牌号为Admer GT-5A(Mitsui)、Bynel4006(Du Pont)等。

  1. 回收料层   
         在共挤吹塑油箱的过程中,会产生一些飞边和废件,其回收再利用,可降低成本,同时,多次回收通常也不会影响HDPE的性能。单种聚合物油箱的回收料破碎后按一定比例加入挤出机即可,比较容易,多层共挤吹塑料油箱的回收料包含有多种聚合物,回收比较复杂,因此,在复合共挤结构中增加回收料层,以解决回收料的重复利用,回收料层主要为回收料和HDPE新料的混合物。
  2. 装饰层   
         装饰层也叫外基层。除具有一定强度、刚度外,也可以加入色母,以提供燃油箱不同的外部色彩,也可以加入抗紫外线剂等助剂,以改善燃油箱的外部适应性,装饰性聚合物主要为HDPE新料和各种助剂。

生产设备: 

SCJC500×6多层共挤中空机:

1、  该设备包括共挤机头、挤出机、成型机、吹胀机构、100点型坯壁厚控制装置、升降平台、电气液压与气动系统、集中供料系统等几大部分。基本参数如下:

设备型号:SCJC500×6
所属类别:塑料机械
详细分类:塑料注射成型机

备注:六层

螺杆直径/mm:100/60/45

口模尺寸/mm:ф300-500

塑化能力/(kg/h):620

螺杆转速/(r/min):5-75

锁模力/kN:1200

模板间距/mm:800-2000

最大制品容积/L:500

模板尺寸/mm:1500*1400

装机容量/kW:700

重量/t/净重:70

外形尺寸(长X宽X高)/mm:14000*9000*6800

2.SCJC500×6多层共挤中空机的关键技术:

挤出机系统由六台塑料挤出机组成,挤出机采用了国内技术领先的IKV结构及混炼性能优异的螺杆,塑化能力强,塑化质量高。多层共挤机头是该机最关键的部件,由它形成六层塑料坯料。该共挤机头采用了完全符合“先进先出”原则的心形包络曲线流道,主要流道表面镀铬处理。100点型坯壁厚控制装置必须确保型坯的精度稳定,并得到良好的壁厚分布。成型机采用国内首创新型闸块合模机构,成型机及吹胀机构是塑料坯料吹塑成型主要部件,移模、合模速度比例控制。

 


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