DE60005657T2

DE60005657T2 - Rohr zum handhaben von kohlenwasserstoff-materialen mit daran anhaftender aussenmantelschicht

Info

Publication number: DE60005657T2
Application number: DE60005657T
Authority: DE
Inventors: E. James OSTRANDER; Rick Kalinowski; A. David BENSKO; J. Peter STUDDERS; H. David CZARNIK
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2020-04-01
Also published as: WO2000059706A3; US6240970B1; DE60005657D1; EP1169169B1; WO2000059706A2; EP1169169A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leitung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine mehrlagige Leitung, die für den Transport von Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fluiden verwendet werden kann. Beispielsweise kann die mehrlagige Leitung als Kraftstoffleitung und/oder Dampfrückführleitung eines Kraftfahrzeuges verwendet werden.
Einlagige Kraftstoffleitungen und Dampfrückführleitungen aus Kunststoffmaterialien, wie z. B. Polyamiden, wurden in der Vergangenheit vorgeschlagen und verwendet. Kraftstoffleitungen aus diesen Materialien haben im allgemeinen eine Länge von mindestens einigen Metern. Es ist wesentlich, dass sich das Material der Leitung nach dem Einbau während ihrer Betriebsdauer nicht verändert, sei es durch Schrumpfung oder Dehnung als Folge der Belastungen, den die Leitung während ihrer Verwendung ausgesetzt sein kann.
Ferner wird es zunehmend wichtiger, dass die verwendeten Leitungen im wesentlichen undurchdringlich für Kohlenwasserstoffemissionen auf Grund der Permeation durch die Leitungen sind. Es ist vorhersehbar, dass künftige Bundes- und Landesgesetze den Grenzwert für zulässige Kohlenwasserstoffemissionen auf Grund von Permeation durch derartige Leitungen festlegen werden. Ferner ist es von wesentlicher Bedeutung, dass die verwendete Kraftstoffleitung undurchdringlich für die Wechselwirkung mit im Kraftstoff vorhandenen korrodierenden Materialien ist, beispielsweise Oxidationsmittel und oberflächenaktive Stoffe, sowie für Additive, wie z. B. Ethanol und Methanol.
Verschiedene Arten von Leitungen wurden vorgeschlagen, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Im allgemeinen waren dabei coextrudierte mehrlagige Leitungen am erfolgreichsten, die eine relativ dicke äußere Lage verwenden, die aus einem gegen die äußere Umgebung beständigen Material aufgebaut ist. Die innerste Lage ist dünner und aus einem Material zusammengesetzt, das auf Grund seiner Fähigkeit gewählt wurde, die Diffusion von Materialien zu der äußeren Lage zu blockieren, wie z. B. aliphatische Kohlenwasserstoffe, alkoholische und andere in Kraftstoffmischungen vorhandenen Materia lien. Die für die innere Lage gewählten Materialien sind Polyamide, wie z. B. Nylon 6, Nylon 6.6, Nylon 11 und Nylon 12.
Ein Beispiel für eine derartige Leitung ist in der US-A-S 865 218 beschrieben, die eine radial innerste Lage aufweist, die zum langdauernden Kontakt mit einem Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fluid befähigt ist und im wesentlichen aus einem extrudierbaren, schmelzverarbeitbaren thermoplastischen Kunststoff besteht, der gegen die Permeation von Kohlenwasserstoffen beständig ist, eine äußere Mantellage, die im wesentlichen aus einem extrudierbaren schmelzverarbeitbaren thermoplastischen Kunststoff besteht, und eine thermoplastische Zwischenlage, die die innerste Lage mit der äußeren Mantellage verklebt, wobei mindestens eine Lage befähigt ist, elektrostatische Energie abzuleiten.
Alkohol und Aromaten in dem durch die Leitung beförderten Fluid diffundieren mit von den aliphatischen Bestandteilen verschiedenen Geschwindigkeiten durch die Leitungswand. Die resultierende Veränderung der Zusammensetzung der Flüssigkeit in der Leitung kann die Löslichkeitsschwellenwerte des Materials verändern, so dass beispielsweise die Kristallisation von Monomeren und Oligomeren von Materialien wie z. B. Nylon 11 und Nylon 12, in der Flüssigkeit möglich ist. Die Gegenwart von Kupferionen, die aus der Kraftstoffpumpe aufgenommen werden können, beschleunigt diese Kristallisation. Der kristallisierte Niederschlag kann Filter und Kraftstoffeinspritzanlagen verstopfen und sich ansammeln und dabei den Hub der Kraftstoffpumpe beschränken ünd sich auf kritischen Steuerflächen der Kraftstoffpumpe aufbauen.
Bisher war es äußerst schwierig, zufriedenstellende Laminiermerkmale zwischen Polymerlagen zu erzielen, die ein inneres Leitungssubstrat und eine äußere Mantellage umfassen. Diese Laminierung oder Verbindung kann sehr wichtig sein, um während der Montage von Anschlussstücken oder dergleichen an dem inneren Leitungssubstrat das Verrutschen einer äußeren Mantellage relativ zu der inneren Lage zu verhindern. In der Industrie werden mit Widerhaken versehene Anschlussstücke für Kraftstoff- und/oder Dampfleitungen fest in die innere Öffnung des inneren Leitungssubstrats eingeführt. Wenn jedoch das Anschlussstück nicht ordnungsgemäß eingesetzt wird, kann es während des Einsetzens an dem radialen Umfang des inneren Leitungssubstrats anschlagen. Gelegentlich wurde festgestellt, dass unter diesen Umständen das innere Leitungssubstrat innerhalb des äußeren Mantels unbemerkt von dem Montagepersonal zurückrutschen kann. Somit kann der Überstand des äußeren Mantels über das Endstück des inneren Leitungssubstrats eine fehlerhafte und/oder unvollständige Montage des Anschlussstücks in das Ende des inneren Leitungssubstrats überdecken oder verstecken. Wie ohne weiteres verständlich ist, kann eine derartige fehlerhafte Montage des Anschlussstücks an eine Kraftstoff- und/oder Dampfleitung zum unerwünschten Austreten von Kraftstoff und/oder Dämpfen führen.
Um dieses mögliche Problem zu vermeiden, wurden Versuche unternommen, einen äußeren Mantel mit einem inneren Leitungssubstrat zu verkleben und/oder daran anzuhaften. Während der Extrusion im Querspritzkopf eines äußeren Polymermantels auf ein inneres Leitungssubstrat kann die Temperatur etwa 177 °C (350 °F) oder mehr erreichen. Bei dieser Temperatur werden herkömmliche Klebemassen, Klebstoffe und dergleichen verbrannt, verdampft und/oder anderweitig in unerwünschter Weise zersetzt. Neben der Tatsache, dass die geeignete Verbindung zwischen einem äußeren Mantel und einem inneren Leitungssubstrat nicht geschaffen wird, kann die Verwendung von herkömmlichen Klebemassen, Klebstoffen und dergleichen einen nachteiligen Einfluss auf das innere Leitungssubstrat und/oder die Ausrüstung während des Prozesses haben.
Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leitung zu schaffen, die vorteilhaft in Kraftfahrzeugen verwendet werden kann, wobei die Leitung aus mindestens einer inneren Leitungssubstratlage und einer äußeren Mantellage zusammengesetzt ist, wobei die beiden Lagen ausreichend miteinander verbunden sind, um in vorteilhafter Weise im wesentlichen ein Verrutschen zwischen ihnen zu verhindern. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen extrudierbaren Klebstoff zwischen den beiden Lagen zu schaffen, welcher Klebstoff vorteilhafterweise während der Extrusion im Querspritzkopf der Mantellage auf diese klebrig wird, ohne dass er abfließt, ver brennt oder verdampft. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leitung zu schaffen, die dauerhaft ist, und die Permeation von organischen Materialien durch diese zu reduzieren oder zu verhindern. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leitung zu schaffen, die mit den Bestandteilen der darin geförderten Flüssigkeit im wesentlichen nicht reagiert. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leitung zu schaffen, die in vorteilhafter Weise in der Lage ist, den Aufbau einer elektrostatischen Ladung darin zu verhindern und/oder in der Lage ist, eine darin induzierte elektrostatische Ladung sicher abzuleiten.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung greift die vorstehend genannten Probleme auf und löst diese und erfüllt die aufgezählten Aufgaben und Vorteile sowie weitere nicht aufgezählte, indem eine längliche mehrlagige Leitung zum Anschluss an ein Kraftfahrzeugsystem zur Handhabung von Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fluiden geschaffen wird. Die mehrlagige Leitung gemäß vorliegender Erfindung ist zum Anschluss an ein Kraftfahrzeugsystem zum Transport von Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fluiden geeignet, wie z. B. in einer Kraftstoffleitung, einer Dampfrückführleitung oder einer Dampfrückgewinnungsleitung. Die Leitung enthält eine innere Lage, die radial ganz innen angeordnet ist und eine innere Oberfläche hat, die für den längeren Kontakt mit einem Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fluid befähigt ist, welche innere Lage aus einem extrudierbaren, schmelzverarbeitbaren thermoplastischen Material gebildet ist. Eine äußere Mantellage ist aus einem extrudierbaren, schmelzverarbeitbaren thermoplastischen Material geformt. Die Leitung enthält ferner eine Zwischenlage, die zwischen der inneren Lage und der äußeren Mantellage extrudiert ist, wobei die Zwischenlage die innere Lage ausreichend an den äußeren Mantel anhaftet, um im wesentlichen ein Verrutschen zwischen diesen zu verhindern. Mindestens eine der inneren Lage und der Zwischenlage ist gegen die Permeation von Kohlenwasserstoffen beständig ist. Die Leitung gemäß vorliegender Erfindung enthält ferner mindestens eine Lage der Leitung, die in der Lage ist, elektrostatische Energie in einem Bereich zwischen etwa 10⁴ bis 10⁹ Ohm/cm² abzuleiten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen deutlich.
1 ist eine Querschnittsansicht durch ein Leitungsstück, das gemäß vorliegender Erfindung drei Lagen hat;
2 ist eine Querschnittsansicht durch ein Leitungsstück, das gemäß vorliegender Erfindung vier Lagen hat;
3 ist eine Querschnittsansicht durch ein Leitungsstück, das gemäß vorliegender Erfindung fünf Lagen hat; und
4 ist eine schematische Darstellungen, die den Herstellungsprozess der vorliegenden Erfindung zeigt,
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS-FORMEN
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um einen mehrlagigen Kraftstoffschlauch bzw. eine mehrlagige Kraftstoffleitung und/oder Dampfleitung 10, die mindestens eine innere oder erste Lage 14, mindestens eine Verbindungs- oder zweite Lage 24 und mindestens eine äußere Mantellage 18 enthält. Die Leitung 10 gemäß vorliegender Erfindung wird vorzugsweise durch Coextrusion von gegebenen thermoplastischen Materialien in einem herkömmlichen Coextrusionsprozess hergestellt. Die Leitung TO kann entweder mit einer geeigneten Länge coextrudiert werden oder kann in endloser Länge coextrudiert werden und nachfolgend für die gegebene Anwendung passend zugeschnitten werden. Die Leitung 10 gemäß vorliegender Erfindung kann einen Außendurchmesser bis zu etwa 50 mm haben. Bei Anwendungen wie etwa Kraftstoffleitungen und Dampfrückgewinnungssystemen können Außendurchmesser bis zu etwa 63,5 mm (2,5 Zoll) bevorzugt sein.
In jeder der hier aufgezeigten Ausführungsformen kann die Leitung 10 gemäß vorliegender Erfindung die äußere Mantellage 18 enthalten, die das innere Leitungssubstrat umgibt, wie in 1-3 gezeigt. Der Mantel 18 kann entweder mit den anderen Lagen während des Extrusionsprozesses coextrudiert werden oder in einem nachfolgenden Prozess, wie etwa einem Querspritzkopf-Extrusionsprozess, aufgetragen werden. Der äußere Mantel 18 kann aus einem beliebigen Material hergestellt sein, das auf Grund seiner strukturellen (beispielsweise Abriebfestigkeit) und isolierenden Eigenschaften ausgewählt wird, und kann jede geeignete Wandstärke haben. In der bevorzugten Ausführungsform kann der äußere Mantel 18 aus einem thermoplastischen Material hergestellt sein, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zinkchlorid-beständigem Nylon 6, Nylon 11, Nylon 12, Polyether-Blockamiden, Polypropylen und thermoplastischen Elastomeren, wie z. B.: SANTOPRENE^®, einer thermoplastischen Kautschukzusammensetzung, die von Advanced Elastomer Systems, St. Louis, Missouri im Handel erhältlich ist; KRATON^®, einer thermoplastischen Kautschukzusammensetzung, die , aus einem Styrol-Ethylen/Butylen- Styrol-Blockcopolymer aufgebaut ist, das von Shell Chemical, Houston, Texas im Handel erhältlich ist; VICHEM, einer Familie von Polyvinylchloridverbindungen, die von Vichem Corporation, Allendale, Michigan im Handel erhältlich ist; SARLINK, einer ölbeständigen thermoplastischen Zusammensetzung, die von Novacor Chemicals, Leominster, Massachusetts im Handel erhältlich ist; und UNIPRENE, einem thermoplastischen Elastomer, das von Teknor Apex, Pawtucket, Richmond im Handel erhältlich ist. Eine bevorzugte Qualität von SANTOPRENE^® ist #101–73. Nach Wunsch können diese Materialien modifiziert werden, so dass sie Flammverzögerungsmittel, Weichmacher und dergleichen enthalten.
Die Leitung 10 kann nach Wunsch jede geeignete Wandstärke haben. In Kraftfahrzeugsystemen wie dem vorstehend beschriebenen werden jedoch allgemein Wandstärken zwischen etwa 0,5 mm und etwa 2,0 mm verwendet, wobei Wandstärken von annähernd 0,8 mm bis annähernd 1,5 mm bevorzugt sind, und Wandstärken zwischen etwa 0,8 mm und etwa 1,25 mm bevorzugter sind. Während es innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung liegt, ein Leitungs material mit einer Vielzahl von übereinanderliegenden Lagen aus verschiedenen thermoplastischen Materialien herzustellen, hat die Leitung 10 gemäß vorliegender Erfindung allgemein maximal fünf Lagen einschließlich der Bindungslagen. In der bevorzugten Ausführungsform hat das Leitungsmaterial drei oder vier Lagen.
Die Leitung 10 gemäß vorliegender Erfindung ist für die Verwendung in Kraftfahrzeugen geeignet und kann eine relativ dicke äußere Lage 12 (wie in 2 und 3 gezeigt) enthalten, die mit der äußeren Umgebung nicht reagiert und verschiedenen Stößen, Vibrationsermüdung, Temperaturveränderungen sowie dem Kontakt mit verschiedenen korrodierenden oder zersetzenden Verbindungen widerstehen kann, welchen sie im Verlauf des normalen Betriebes von Kraftfahrzeugen ausgesetzt wird. Geeignete Materialien zur Verwendung in vorliegender Erfindung können aus jedem schmelzverarbeitbaren extrudierbaren thermoplastischen Material zusammengesetzt sein, das gegen Zersetzung durch Ultraviolettlicht, extreme Temperaturveränderungen und den Kontakt mit Benzin und dessen Zusatzstoffen beständig ist. Das gewählte Material kann ferner Beständigkeit gegen Umweltgefahren, wie z. B. den Kontakt mit Zinkchlorid, aufweisen, sowie die Beständigkeit gegen die Zersetzung bei Kontakt mit Materialien wie etwa Motoröl und Bremsflüssigkeit.
Es wird erwartet, dass die äußere Lage 12 und/oder alle inneren Lagen zur Verwendung bei einem äußeren Betriebstemperaturbereich zwischen etwa –40 °C und etwa 150 °C geeignet sind, wobei ein Bereich von etwa –20 °C bis 120 °C bevorzugt ist. Die verschiedenen Lagen 12, 14, 16, 20 und 22 der Leitung 10 sind ausreichend aneinander laminiert und allgemein über die Lebensdauer der Leitung beständig gegen Delaminierung.
Die auf diese Weise gebildete Leitung 10 hat eine Zugfestigkeit von nicht weniger als etwa 25 N/mm² und einen Bruchdehnungswert von mindestens 150%. Die Leitung 10 hat eine Berstfestigkeit bei 23 °C und 120 °C von mindestens 2000 Kilopascal (20 bar). Die mehrlagige Leitung 10 gemäß vorliegender Endung ist gegen die Exposition gegenüber Bremsflüssigkeit, Motoröl und Peroxiden, beispielsweise den in Benzin vorkommenden, ausreichend bestän dig. Die mehrlagige Leitung 10 kann Stößen von mindestens 2,714 Nm (2 footpound) bei Temperaturen unter etwa –20 °C widerstehen.
Wie in 1 gezeigt, ist die innere Lage 14 mit der inneren Oberfläche der äußeren Mantellage 18 ausreichend verbunden/verklebt. Diese Verbindung kann dadurch stattfinden, dass die äußere Mantellage 18 selbst chemische Eigenschaften hat, die zur Verbindung mit der inneren Lage 14 ausreichend sind. Wenn als beispielhafte Darstellung die innere Lage 14 aus Nylon 6 bestünde, könnte eine äußere Mantellage 18 aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) ausreichend an dieser anhaften, ohne dass die Zwischenlage 24 erforderlich wäre. Zwei solche geeigneten thermoplastischen Elastomere sind SAN-TOPRENE^® #191-55PA und SANTOPRENE^® #191-85PA, thermoplastische Kautschukmaterialien, die von Advanced Elastomer Systems, St. Louis, Missouri im Handel erhältlich sind. Es wird erwartet, dass geeignete TPEs ebenfalls an einer andere Materialien enthalten den inneren Lage 14 anhaften könnten.
Das in der inneren Lage 14 der vorliegenden Erfindung verwendete thermoplastische Material ist ein schmelzverarbeitbares extrudierbares thermoplastisches Material, das gegen extreme Temperaturveränderungen und den Kontakt mit chemischen Komponenten, wie sie in Motoröl und Bremsflüssigkeit vorkommen, beständig ist. Das thermoplastische Material der Wahl kann vorzugsweise aus einer Gruppe ausgewählt sein, die aus 12 Kohlenstoff-Blockpolyamiden, 11 Kohlenstoff-Blockpolyamiden, Zinkchlorid-beständigen 6 Kohlenstoff-Blockpolyamiden, thermoplastischen Elastomeren und Mischungen daraus besteht. Die Zinkchlorid-beständigen 6 Kohlenstoff-Blockpolyamide zeigen vorzugsweise ein Niveau der Beständigkeit gegen Zinkchlorid, das größer oder gleich dem durch die Leistungsanforderungen 9.6 gemäß der Darstellung in der SAE-Norm J844 geforderten ist, das heißt Reaktionsunfähigkeit nach 200 Stunden Eintauchen in einer 50 Gew. % Zinkchloridlösung. Ein geeignetes 6 Kohlenstoff-Blockpolyamidmaterial ist vorzugsweise ein Mehrkomponentensystem, das aus einem Nylon-6-Copolymer besteht, das mit anderen Nylonmateria-lien und Olefinverbindungen gemischt ist. Das ausgewählte Zinkchlorid-beständige Nylon 6 hat eine Schmelztemperatur zwischen etwa 220 °C und 240 °C. Beispiele für Nylonmaterialien (PA), die zur Verwendung in der Leitung 10 gemäß vorliegender Erfindung geeignet sind, sind Materialien, die unter den Handelsnamen M-7551 von NYCOA Corporation und ALLIED 1779 von Allied Chemical erhältlich sind.
Die thermoplastischen Elastomere, die in der Leitung 10 gemäß vorliegender Erfindung erfolgreich verwendet werden können, sind unter folgenden Handelsnamen im Handel erhältlich, wie etwa SANTOPRENE^®, eine thermoplastische Kautschukzusammensetzung, die von Advanced Elastomer Systems, St. Louis, Missouri erhältlich ist; KRATON^®, eine thermoplastische Kautschukzusammensetzung, die aus einem Styrol-Ethylen/Butylen-Styrol-Blockcopolymer aufgebaut ist, das von Shell Chemical, Houston, Texas im Handel erhältlich ist; SARLINK, eine ölbeständige thermoplastische Zusammensetzung, die von Novacor Chemicals, Leominster, Massachusetts im Handel erhältlich ist; VICHEM, eine Familie von Polyvinylchloridverbindungen, die von Vichem Corporation, Allendale, Michigan im Handel erhältlich ist; und UNIPRENE, ein thermoplastisches Elastomer, das von Teknor Apex, Pawtucket, Richmond im Handel erhältlich ist.
Das in der inneren Lage 14 der Leitung 10 verwendete thermoplastische Material kann entweder mit dem in der dicken äußeren Mantellage 18 verwendeten Material identisch sein oder kann ein unterschiedliches Thermoplast sein, das aus den vorstehend aufgelisteten ausgewählt ist, um die spezifischen Eigenschaften der verschiedenen thermoplastischen Kunststoffe vorteilhaft zu nutzen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die innere Lage 14 aus einem Polyamid, wie z. B. Nylon 12, zusammengesetzt, und die äußere Lage 18 ist aus einem thermoplastischen Elastomer zusammengesetzt.
Das in der inneren Lage 14 verwendete thermoplastische Material kann entweder modifiziert oder nicht modifiziert sein. Wenn es modifiziert ist, wird angenommen, dass das Material verschiedene Weichmacher enthält, die nach dem Stand der Technik bekannt sind. In der bevorzugten Ausführungsform enthält das Polyamid bis zu etwa 17% Zusammensetzungsgewicht Weichmacher, wobei Mengen zwischen etwa 1 % und etwa 13% bevorzugt sind.
Die innere Lage 14 kann eine Stärke haben, die ausreicht, der mehrlagigen Leitung 10 die Eigenschaften der Festigkeit und der chemischen Beständigkeit zu verleihen. Genauer ausgedrückt ist die Dicke der inneren Lage 14 ausreichend, um die Permeation von aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffmolekülen und die Migration dieser Moleküle durch die dicke äußere Lage zu behindern. In der vorliegenden Erfindung hat die innere Lage eine Wandstärke, die kleiner ist als diejenige der dicken äußeren Lage. In der bevorzugten Ausführungsform hat die innere Lage eine Wandstärke zwischen etwa 10% und 25% derjenigen der äußeren Lage, vorzugsweise weniger als zwischen etwa 0,05 mm und etwa 0,4 mm, wobei eine Wandstärke zwischen etwa 0,1 mm und etwa 0,3 mm bevorzugt ist.
Um eine effektive Laminierung der beiden thermoplastischen Materialien zu erreichen, welche die innere Lage 14 und die äußere Lage 12 bilden, kann die Leitung 10 gemäß vorliegender Erfindung ferner mindestens eine Zwischenlage 16 enthalten, die zwischen die beiden zuvor beschriebenen Lagen gelegt ist und in der Lage ist, eine geeignete homogene Verbindung zwischen sich selbst und den beiden Lagen 14, 12 jeweils zu erzielen.
Obgleich es sich in der vorliegenden Erfindung versteht, dass jede geeignete extrudierbaren Klebelage 24 (sofern erforderlich) zwischen dem äußeren Mantel 18 und dem inneren Leitungssubstrat (das eine einlagige Konfiguration wie in 1 und/oder eine mehrlagige Konfiguration wie in 2 und 3 umfassen kann) verwendet werden kann, enthält in der bevorzugten Ausführungsform diese Zwischenklebelage 24 ein geeignetes Polyethylenmaterial. Ein derartiges Polyethylenmaterial ist ein lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE). Unerwartet und zufällig wurde festgestellt, dass ein LLDPE erfolgreich als eine Klebe-/Verbindungslage 24 bei Temperaturen von 177 °C (350 °F) während der Extrusion mit einem Querspritzkopf verwendet werden kann, ohne dass das LLDPE herabrinnt, verbrennt und/oder verdampft.
Ein derartiges LLDPE-Material ist von E.I. DuPont de Nemours and Company, Wilmington, Delaware unter dem Handelsnamen BYNEL^® Klebeharz im Handel erhältlich. Dabei handelt es sich um ein Anhydrid-modifiziertes linea res Polyethylen niedriger Dichte. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Serie 4100 verwendet, und noch bevorzugter ist BYNEL^® Grade Nr. 413558. Diese BYNEL^® Harze sind in Pelletform zur Verwendung in Extrusions- u. Coextrusionsgeräten erhältlich, die zur Verarbeitung von Polyethylenharzen konstruiert sind.
Nachfolgend werden einige typische Eigenschaften des BYNEL^® 413558 Harzes angeführt. Der Schmelzindex ist unter Verwendung des ASTM-Testverfahrens D1238, 190/2.16 1,1 dg/min. Die Dichte beträgt unter Verwendung des ASTM-Testverfahrens D1505 0,90 g/cm³. Der Schmelzpunkt beträgt unter Verwendung des ASTM-Testverfahrens DSC, D3418 121 °C (250 °F). Der Erstarrungspunkt ist unter Verwendung des ASTM-Testverfahrens DSC,D3418 105°C (221 °F). Der Vicat-Erweichungspunkt beträgt unter Verwendung des ASTM-Testverfahrens D1525 86 °C (187 °F). Die BYNEL 410p Serie enthält ein behindertes Phenolantioxidans-Additiv.
Für die Coextrusion mit Polyamiden oder anderen thermisch stabilen Harzen kann die Schmelztemperatur von BYNEL bis zu etwa 250 °C (482 °F) betragen. Wenn die Klebeergebnisse ausreichend sind, können die Schmelztemperaturen gesenkt werden. Während es möglich ist, Harze der BYNEL 4100 Serie mit bis zu 300 °C (572 °F zu extrudieren, können derartig hohe Extrusionstemperaturen zu einigen Fehlstellen des Films führen.
Es versteht sich, dass die Zwischenklebelage 24 auf das innere Leitungssubstrat, d.h. auf die Lage 14, in jeder gewünschten Form und/oder Konfiguration extrudiert werden kann, darunter um den gesamten Umfang der Leitung, wie in 1 gezeigt. In der bevorzugten Ausführungsform werden jedoch zwei Streifen (deren Querschnitt in 2 gezeigt ist) des Klebematerials 24 auf das innere Leitungssubstrat, beispielsweise auf die äußere Lage 12, extrudiert , wobei die Streifen 180° voneinander entfernt, d. h. auf entgegengesetzten Oberflächen der inneren Lage 14, angeordnet sind. Ferner hat in der bevorzugten Ausführungsform jeder Streifen einer Breite von annähernd 1,27 mm (0,050 Zoll) und eine Dicke von annähernd 0,15 bis 0,20 mm (0,006 bis 0,008 Zoll). Es versteht sich, dass jede Anzahl von Streifen (der Querschnitt von vier Streifen ist zur Veranschaulichung in 3 gezeigt) des Klebematerials 24 auf das innere Leitungssubstrat, beispielsweise auf die äußere Schicht 12, nach Wunsch extrudiert werden kann. Die Streifen aus dem Material 24 sind in 3 ist symmetrisch angeordnet dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass diese Anordnung nur der Veranschaulichung dient.
In einer alternativen Ausführungsform kann die innere Lage 14 ein permeationsbeständiges, chemikalienbeständiges, kraftstoffbeständiges thermoplastisches Material sein, das in den normalen Extrusionsbereichen schmelzverarbeitbar ist, d. h. zwischen etwa 175 °C bis etwa 250 °C. Somit kann die innere Lage 14 alternativ aus einem Nicht-Polyamidmaterial bestehen, das zur Anhaftung an einer Verbindungslage 16 befähigt ist, die in einer nachfolgend beschriebenen Weise zwischen die dicke äußere Lage 12 und die innere Lage 14 zwischengelegt ist. So kann das thermoplastische Material, das die alternative innere Lage 14 umfasst, ein Fluorkunststoffmaterial sein, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylidinfluorid, Polyvinylfluorid, Polychlorfrifluorethylen, Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymeren, einem Propfcopolymer der vorstehend genannten Materialien mit einem Fluor enthaltenden Polymer, wie etwa Copoylmeren aus Vinylidinfluorid und Chlortrifluorethan, und Mischungen daraus.
In der alternativen Ausführungsform hat die innere Lage 14 eine Mindestwandstärke, die ausreicht, um die gewünschte Permeationsbeständigkeit zu erreichen. Im allgemeinen ist die innere Lage 14 dünner als die äußere Lage 12, wobei die Dicke der äußeren Lage 12 zwischen etwa 50% und 60% der Gesamtwandstärke der mehrlagigen Leitung 10 beträgt. Vorzugsweise beträgt die innere Wandstärke zwischen etwa 0,01 mm und etwa 0,2 mm, wobei eine Stärke von etwa 0,05 mm und etwa 0,2 mm bevorzugt ist und eine Stärke zwischen etwa 0,05 mm und etwa 0,17 mm bevorzugter ist. Die Verbindungszwischenlage 16 kann allgemein eine Stärke haben, die kleiner oder gleich der Stärke der inneren Lage 14 ist.
Das in der inneren Lage 14 der alternativen Ausführungsform verwendete thermoplastische Material ist in der Lage, als Kohlenwasserstoffbarriere zu die nen, um eine nennenswerte Permeation der aromatischen und aliphatischen Komponenten von Benzin durch eine alternative, aus Polyamid zusammengesetzte äußere Lage 12 und damit in die nähere Umgebung zu verhindern.
Zu den geeigneten Fluorkunststoffmaterialien zählt Polyvinylidinfluoridkunststoff, der durch die thermische Dehalogenierung von Chlordifluorethan hergeleitet wird, unter den Handelsnamen "FLORAFON" und "KYNAR" von Atochem Inc. elf Aquitaine Group, Philadelphia, Pennsylvania im Handel erhältlich. Ein geeignetes Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer, das hierin verwendet wird, wird aus der Copolymerisation von Ethylen mit Tetrafluorethylen erhalten. Das bevorzugte Polymermaterial hat einen von Ethylen hergeleiteten Inhalt zwischen etwa 40% und etwa 70% und einen Tetrafluorethylengehalt zwischen etwa 30% und etwa 60% Gesamtpolymergewicht, wobei kleinere Mengen von Eigenmaterialien optional vorhanden sind. Geeignete Materialien sind unter den Handelsnamen "TEFZEL 210", "TEFZEL 200" und "TEFZEL 280" von I.E. Du-Pont de Nemours, Co., Wilmington, Delaware im Handel erhältlich.
Elektrostatische Entladung kann als die Freisetzung von elektrischer Ladung definiert werden, die durch den Durchtritt von geladenen Teilchen durch ein Medium oder eine Leitung aufgebaut oder erzeugt wurde, das aus im wesentlichen nicht leitfähigen Materialien zusammengesetzt ist. Die elektrostatische Ladung wird mit dem Durchtritt von zusätzlichen Kraftstoffvolumina durch die Leitung wiederholt aufgefrischt. Die Entladung tritt wiederholt in dem gleichen örtlich begrenzten Bereich auf, wodurch der Bereich allmählich erodiert wird, was schließlich zum Bruch der Leitung führt. Ein derartiger Bruch der Leitung kann zur Gefahr des Brandes und der Explosion der brennbaren Leitungsinhalte führen.
Wie 3 zeigt, kann die innere Lage 14 gemäß vorliegender Erfindung eine innerste Teillage 22 zur elektrostatischen Dissipation enthalten, die ferner in der Lage ist, als eine Kohlenwasserstoffbarriere zu dienen, um die Permeation von aromatischen und aliphatischen Verbindungen, die in Benzin zu finden sind, durch die äußere Lage 12 der Leitung 10 und somit in die umliegende Umgebung verhindern zu helfen.
Die Teillage 22 zur elektrostatischen Dissipation der inneren Lage 14 kann einstöckig mit der inneren Oberfläche einer optionalen Teillage 20 verbunden sein, die zwischen der Teillage 22 und der Verbindungszwischenlage 16 angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Teillagen 20 und 22 hinsichtlich Struktur und Zusammensetzung chemische ähnliche Materialien. Der Begriff "chemisch ähnliches Material" in seiner Verwendung hierin ist definiert als ein thermoplastisches Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylidinfluorid, Polyvinylfluorid, einem Propfcopolymer der vorstehenden Materialien mit einem Fluor enthaltenden Polymer, wie etwa Copoylmeren aus Vinylidinfluorid und Chlortrifluorethan, einem Copolymer aus einem Vinylfluorid und Chlortrifluorethylen, wobei das Vinylfluoridmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylidinfluorid, Polyvinylfluorid und Mischungen daraus; einem Copolymer aus Vinylfluoridmaterial und Ethylentetrafluorethylen; und einem nicht fluorierten Elastomer und Mischungen daraus. Vorzugsweise sind die Teillagen 20 und 22 aus dem gleichen Material zusammengesetzt, mit der Ausnahme, dass die Teillage 22 zur elektrostatischen Dissipation zusätzlich leitfähiges Material enthält, wie nachfolgend beschrieben wird. Die Teillagen 20 und 22, die Verbindungszwischenlage 16, die äußere Lage 12 und der Mantel 18 bilden eine fünflagige Leitung 10.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Teillage 22 leitfähiges Nylon 12 (PA 12); die Teillage 20 enthält Nylon 12 (PA 12); die Zwischentage 16 enthält Polyvinylidinfluorid (PVDF); die äußere Lage 12 enthält Nylon 12 (PA 12); und der äußere Mantel 18 enthält ein thermoplastisches Elastomer (beispielsweise SANTOPRENE^® #101-73).
Das thermoplastische Material, das die Teillage 22 zur elektrostatischen Dissipation der inneren Lage 14 umfasst, ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Copolymer aus einem Vinylfluorid und Chlortrifluorethylen, wobei das Vinylfluoridmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylidinfluorid, Polyvinylfluorid und Mischungen daraus; einem Copolymer aus Vinylfluoridmaterial und Ethylentetrafluorethylen; und einem nicht fluorierten Elastomer. Das thermoplastische Material der Teillage 22, das in der vorliegenden Ertindung verwendet wird, enthält vorzugsweise zwischen etwa 10 Gew. % und etwa 18 Gew.-% eines Vinylidinfluorid-Chlortrifluorethylen-Copolymers, das selbst wiederum einen Vinylidinfluoridgehalt zwischen etwa 40% und 60% Copolymergewicht hat. Das Material enthält ferner vorzugsweise zwischen etwa 50 Gew. % und etwa 70 Gew. % eines Vinylidinfluorid-Tetrafluorethylen-Copolymers. Das nicht fluorierte Elastomer ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanen und Mischungen daraus. Das thermoplastische Material der Teillage 22 kann zwischen etwa 10 Gew. % und etwa 25 Gew.-% Polyurethan enthalten.
Das thermoplastische Material der Teillage 22 enthält vorzugsweise ferner leitfähige Medien in Mengen, die ausreichen, elektrostatische Dissipation in einem gewünschten Bereich zu erlauben. Die elektrostatische Dissipations-Teillage 22 der inneren Lage 14 zeigt elektrostatisch ableitende Eigenschaften, die zur Dissipation von elektrostatischen Ladungen im Bereich zwischen etwa 10⁴ und 10⁹ Ohm/cm befähigen. Ein geeignetes Material ist unter dem Handelsnamen XPV-504KRC CEFRAL SOFT CONDUCTIVE im Handel erhältlich.
Die elektrostatische Dissipations-Teillage 22 der inneren Lage 14 wird auf Stärken gehalten, die zum Erzielen einer statischen Dissipation beziehungsweise einer geeigneten laminaren Anhaftung geeignet sind; allgemein zwischen etwa 10% und 20% der dicken äußeren Lage 12. Die Stärke der elektrostatischen Dissipations-Teillage 22 der inneren Lage 14 ist vorzugsweise zwischen etwa 0,1 mm und etwa 0,2 mm. Die Verbindungszwischenlage 16 hat vorzugsweise eine Stärke, die annähernd gleich der Stärke der elektrostatischen Dissipations-Teillage 22 ist, vorzugsweise zwischen etwa 0,05 mm und etwa 0,15 mm.
In jeder der aufgezeigten Ausführungsformen kann mindestens eine Lage, vorzugsweise die innere Lage 14 und/oder die Verbindungszwischenlage 16, ableitende Eigenschaften zeigen, womit sie zur Dissipation von elektrostatischer Ladung im Bereich von 10⁴ bis 10⁹ Ohm/cm2 befähigt wird. Das in der leitfähigen Lage gemäß vorliegender Ertindung verwendete Fluorkunststoffmaterial kann in diesem Bereich eine inhärente Leitfähigkeit zeigen oder vorzugsweise in seiner Zusammensetzung leitfähige Medien in ausreichender Menge enthal ten, um die elektrostatische Dissipation in dem definierten Bereich zu erlauben. Die leitfähigen Medien können jedes geeignete Material mit einer Zusammensetzung und Form sein, die zum Bewirken dieser statischen Dissipation befähigt. Das leitfähige Material kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus elementarem Kohlenstoff, rostfreiem Stahl, hoch leitfähigen Metallen, wie z. B. Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Silizium, und Mischungen daraus. Der Begriff "elementarer Kohlenstoff' in seiner Verwendung hierin wird so gebraucht, dass er Materialien beschreibt und einschließt, die allgemein als "Rußschwarz" bezeichnet werden. Rußschwarz kann in Form von Kohlenstofffasern, Pulvern, Kugeln und dergleichen vorliegen.
Die Menge des in dem Fluorkunststoff vorhandenen leitfähigen Materials ist allgemein durch die Berücksichtigung der niedrigen Temperaturfestigkeit und Beständigkeit gegen die zersetzenden Auswirkungen des durch die Leitung 10 tretenden Benzins oder Kraftstoffs beschränkt. In der bevorzugten Ausführungsform enthält das Fluorkunststoftmaterial Leitfähiges Material in einer Menge, die ausreichend ist, elektrostatische Dissipation zu bewirken. Die maximal darin verwendete Menge ist jedoch weniger als 5 Vol.-%, wobei eine Konzentration von etwa 2% bis 4% bevorzugt ist.
Das leitfähige Material kann entweder in das schmelzverarbeitbare Fluorkunststoftmaterial gemischt werden, so dass es interstitiell in die kristalline Struktur des Polymers integriert ist, oder kann während der Polymerisation der Monomere, die das Fluorkunststoffmaterial bilden, inkorporiert werden. Ohne Bindung an eine Theorie wird angenommen, dass Kohlenstoff enthaltende Materialien, wie z. B. Rußschwarz, während der Copolymerisation des umgebenden Fluorkunststoffmaterials inkorporiert werden können. Material, wie etwa rostfreier Stahl, kann wahrscheinlicher in die kristalline Struktur des Polymers gemischt werden.
In jeder der Ausführungsformen ist die Verbindungszwischeniage 16 aus einem thermoplastischen Material zusammengesetzt, das auch Eigenschaften der Beständigkeit gegen die Permeation von aliphatischen und aromatischen Materialien, wie sie in Kraftstoffen gefunden werden, zeigt. Das hier verwendete thermoplastische Material ist vorzugsweise ein schmelzverarbeitbares, coextrudierbares Thermoplast, das verschiedene Weichmacher und andere Modifiziermittel enthalten kann oder nicht enthält.
Die Verbindungszwischenlage 16 kann zusätzlich dazu, dass sie eine homogene Verbindung zwischen der inneren Lage 14 und der äußeren Lage 12 erlaubt und Beständigkeit gegen die Permeation von Kraftstoffkomponenten zeigt, leitfähige oder Ladung ableitende Eigenschaften wie die vorstehend beschriebenen zeigen. So kann die Verbindungszwischenlage 16 optional ausreichende Mengen von leitfähigen Medien enthalten, um eine elektrostatische Dissipation im Bereich von 10⁴ bis 10⁹ Ohm/cm² zu bewirken. Wie auch die innere Lage 14 kann die Verbindungszwischenlage 16 an sich elektrostatisch ableitende Eigenschaften haben oder kann durch das Einschließen von bestimmten leitfähigen Materialien so gestaltet werden, beispielsweise denjenigen, die aus der Gruppe bestehend aus elementarem Kohlenstoff, rostfreiem Stahl, Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Silizium und Mischungen daraus ausgewählt sind.
Es ist bevorzugt, dass die innere Lage 14 und die Verbindungslage 16 auf der kleinsten Stärke gehalten werden, die zum Verhindern der Permeation des Kraftstoffs durch das Leitungsmaterial erforderlich ist. Es ist bevorzugt, dass die Menge der Kohlenwasserstoffpermeation durch die Leitung 10 nicht größer als 0,5 gm/m² in 24 Stunden ist. Die Stärke der inneren Lage 14 kann so variiert werden, dass dieses Ziel erreicht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindungszwischenlage 16 ein Fluorkunststoffmaterial, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylidinfluorid, Polyvinylfluorid, Polyvinylacetat-Urethanmischungen und Mischungen daraus. Ein bevorzugtes Fluorkunststoffmaterial ist ein Polyvinylidin, das aus der thermischen Dehalogenierung von Chlordifluorethan erhalten wird. Ein bevorzugtes Nicht-Fluorkohlenwasserstoffmaterial ist eine Polyvinylacetat/Urethanmischung. Das Material der Wahl zeigt eine Affinität für Polymere, die in der äußeren Lage verwendet werden, wie z. B. Nylon 12 oder Ny-lon 6. Geeignete Fluorkunststoffmaterialien sind unter dem Handelsnamen "A-DEFLON A" im Handel erhältlich, während geeignete Nicht-Fluorkunststoff materialien unter dem Handelsnamen "ADEFLON D" im Handel erhältlich sind, und zwar beide von Atochem Inc. elf Aquitaine Group, Philadelphia, Pennsylvania.
Die Verbindungszwischenlage 16 kann ferner aus einem thermoplastischen Material zusammengesetzt sein, das Eigenschaften der Beständigkeit gegen die Permeation von aliphatischen und aromatischen Materialien, wie sie in Kraftstoff zu finden sind, neben dem Vorhandensein von geeigneten Verbindungseigenschaften zeigt. Ein derartiges hier verwendetes, für die Lage 16 geeignetes Material ist vorzugsweise eine schmelzverarbeitbare, coextrudierbare Fluorkunststaffmischung, die eine Affinität für herkömmliche Polymere, wie z. B. Nylon 12, zeigt, und kann optional verschiedene Weichmacher und andere Modifizierungsmittel enthalten. Der Flurkunststoff, den die Verbindungszwischenlage 16 in der alternativen Ausführungsform enthält, ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Polyvinylfluoridverbindung, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylidinfluoridpolymeren, Polyvinylfluoridpolymeren und Mischungen daraus; einem Vinylidinfluorid-Chlortrifluorethylen-Copolymer; und einem Polyamidmaterial, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 12 Kohlenstoff-Blockpolyamiden, 11 Kohlenstoff-Blockpolyamiden, 6 Kohlenstoff Blockpolyamiden und Mischungen daraus. Das Vinylidinfluorid-Chlortrifluorethylen-Copolymer enthält vorzugsweise zwischen etwa 60 Gew.-% und etwa 80 Gew.-% Polyvinylidindifluorid. Die Verbindungszwischenlage 16 besteht im wesentlichen aus zwischen etwa 35 Gew.% und etwa 45 Gew.% eines Copolymers aus Vinylidinfluorid und Chlortrifluorethylen; zwischen 25 Gew.-% und etwa 35 Gew.% Polyvinylidinfluorid; und zwischen etwa 25 Gew. % und etwa 35 Gew.% eines Polyamids, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 12 Kohlenstoff-Blockpolyamiden, 11 Kohlenstoff Blockpolyamiden und Mischungen daraus. Ein derartiges Polymermaterial, das zur Verwendung in der mehrlagigen Leitung 10 gemäß vorliegender Erfindung geeignet ist, ist von Central Glass, Ube City, Japan unter der Handelsbezeichnung CEFRAL SOFT XUA-2U im Handel erhältlich. Dieses Material ist ein Propf-Copolymer eines Fluor enthaltenden Elastomer-Polymers mit einem Fluor enthaltenden kristallinen Polymer. Das Elastomer-Polymer ist vorzugsweise ein Material, das aus einem Alkyldifluorid, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Vinyldifluorid, Vinylidindifluorid und Mischungen daraus, und einem Chlorfluoralken, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ethylench-lortrifluorethylen, copolymerisiert ist. Das kristalline Polymer ist vorzugsweise ein Haloalken, wie z. B. Ethylenchlortrifluorethylen.
Das thermoplastische Material, das die Verbindungszwischenlage 16 enthält, kann alternativ ein thermoplastisches Material sein, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Copolymeren von substituierten oder nicht substituierten Alkenen, die weniger als vier Kohlenstoffatome haben, und Vinylalkohol, Alkenen, die weniger als vier Kohlenstoffatome haben, und Vinylacetat, und Mischungen daraus. Dieses thermoplastische Material ist gegen die Permeation von und die Wechselwirkung mit kurzkettigen aromatischen und aliphatischen Verbindungen beständig, wie etwa solchen, die in Benzin gefunden werden. Das bevorzugte Material ist ein Copolymer aus Ethylen und Vinylalkohol; das einen Ethylengehalt zwischen etwa 27 Gew. % und etwa 35 Gew.% hat, wobei ein Ethylengehalt zwischen etwa 27% und etwa 32% bevorzugt ist. Zu den Beispielen für geeignete Materialien, die in der Leitung gemäß vorliegender Ertindung verwendet werden können, zählen: Ethylen-Vinylalkohol, der im Handel von EVA/LA erhältlich ist.
Der äußere Mantel 18 kann vorzugsweise Leitfähigkeitseigenschaften zeigen, so dass er in der Lage ist, eine elektrostatische Ladung im Bereich von 10⁴ bis 10⁹ Ohm/cm² abzuleiten. Das Material, das den äußeren Mantel 18 bildet, kann an sich in diesem Bereich leitfähig sein, oder vorzugsweise in seiner Zusammensetzung ein leitfähiges Medium in ausreichender Menge enthalten, um die elektrostatische Dissipation in dem definierten Bereich zu erlauben. Geeignete leitfähige Medien wurden vorstehend genannt.
Die Menge des in dem äußeren Mantel 18 enthaltenen leitfähigen Materials ist allgemein durch die Berücksichtigung der niedrigen Temperaturbeständigkeit und Beständigkeit gegen die zersetzenden Effekte von Benzin oder Kraftstoff, der durch die Leitung fließt, beschränkt. Der Mantel 18 enthält leitfähiges Material in einer ausreichenden Menge, um elektrostatische Dissipation zu bewirken. Die darin verwendete maximale Menge ist jedoch vorzugsweise weniger als 5 Vol.-%.
In 4 ist eine schematische Darstellung 100 des erfindungsgemäßen Prozesses gezeigt. Der Prozess gemäß vorliegender Erfindung enthält den Schritt des Extrudierens mindestens eines Polymermaterials in eine geeignete Leitungskonfiguration, die mindestens eine Lage enthält (beispielsweise nach Wunsch die Lage 14, 22, 20 und/oder 121). Diese Extrusion wird durch den Extruder 102 ausgeführt. Wenn mehr als ein Material extrudiert wird (wie beispielsweise in 3), werden diese Materialien über mindestens zwei der Extruder 104, 106, 108 und/oder 110 extrudiert. Es versteht sich, dass weniger bzw. jede beliebige Anzahl von Extrudern nach Wunsch verwendet werden kann. Wenn mehr als ein Extruder verwendet wird, werden die Materialien durch einen Coextrusionskopf 112 geführt. Der Prozess enthält dann den Schritt des Abschreckens, beispielsweise durch einen Wassertank 114. Die (co)extrudierte Leitung 10 wird dann zu einer Zieheinrichtung 116 geführt, worauf sie durch einen Klebstoffextruder 118 läuft, um eine Zwischenklebelage 24 aufzutragen.
Der Prozess gemäß vorliegender Erfindung enthält ferner den Schritt des Extrudierens einer geeigneten thermoplastischen Materialtage 18 bei einer Temperatur von etwa 177 °C (350 °F) durch einen Querspritzkopfextruder 120 und eine Querspritzkopfform 122 um den gesamten Umfang des inneren Leitungssubstrats mit der dazwischenliegenden Klebelage 24. Die Lage 18, beispielsweise TPE, wird dadurch an dem darunter liegenden Leitungssubstrat, beispielsweise einer Nylon 12-Leitung, angehaftet. Wie vorstehend angeführt versteht es sich, dass die Lage 24 über einer einlagigen Leitung 14 (wie etwa in 1) und/oder über einer mehrlagigen Leitung (beispielsweise in 2 und 3) aufgebracht werden kann.
Der Prozess gemäß vorliegender Erfindung enthält ferner den Schritt des Abschreckens der mehrlagigen Leitung durch ein geeignetes Wasserbecken 124. Die Leitung wird anschließend durch eine zweite Zieheinrichtung 126 ge leitet und anschließend durch eine Schneideeinrichtung 128 auf eine geeignete Länge geschnitten, falls erwünscht, oder aufgewickelt (nicht dargestellt).
Es folgt eine kurze Beschreibung der verschiedenen beispielhaften, im Handel erhältlichen Verbindungen, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind. Es versteht sich, dass dies Beispiele von geeigneten Verbindungen zum Zweck der Veranschaulichung sind. Somit versteht sich ferner, dass weitere geeignete Verbindungen in Betracht gezogen werden und innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
SANTOPRENE^®, im Handel erhältlich von Advanced Elastomer Systems, L.P., St. Louis, Missouri, ist eine thermoplastische Kautschukzusammensetzung der Qualität FR. Neben dem thermoplastischen Kautschuk enthält es ferner Antimontrioxid-Flammverzögerer und kann Rußschwarz, CAS Nr. 1333-86-4 enthalten. SANTOPRENE^® thermoplastischer Kautschuk kann mit stark oxidierenden Chemikalien reagieren und reagiert auch mit Acetalharzen bei Temperaturen von 218 °C (425 °F) unter Herbeiführung einer Zersetzung der Acetalharze und Erzeugung von Formaldehyd als Zersetzungsprodukt. Die Zersetzung von halogenierten Polymeren und Phenolharzen kann ebenfalls bei Kontakt mit dem thermoplastischen Kautschuk SANTOPRENE^® bei Verarbeitungstemperaturen beschleunigt werden. Die physikalischen Eigenschaften von SANTOPRENE^® umfassen einen leicht kautschukartigen Geruch und das Aussehen von schwarzen oder natürlichen (färbbaren) Pellets. Es ist thermisch bis 260 °C (500 °F) stabil. Die Fremdentzündungstemperatur ist nach dem Verfahren ASTM-D 1929-77 größer als 343 °C (650 °F), und die Selbstentzündungstemperatur liegt nach dem gleichen Verfahren über 371 °C (700 °F). Das typische spezifische Gewicht beträgt 0,90 bis 1,28. Das Material weist verschiedene, bei der vorliegenden Erfindung geeignete Härten auf, wobei jedoch in der bevorzugten Ausführungsform SANTOPRENE^® thermoplastischer Kautschuk mit einer Shore A-Härte von 80 verwendet wird. SANTOPRENE^® thermoplastischer Kautschuk ist zur Bereitstellung einer Fluid- und Ölbeständigkeit ausgelegt, die derjenigen herkömmlicher warmgehärteter Kautschuke, wie etwa Neoprenen, entspricht. Die Beständigkeit von SANTOPRENE^® Kautschukqualitäten gegen über Ölen kann unter Anwendung des SAE J200/ASTM D2000 Standardklassifizierungssystems für Kautschuk klassifiziert werden.
UNIPRENE, von Teknor Apex, Pawtucket, Rhode Island im Handel erhältlich, ist ein thermoplastisches Vulkanisat, das sich wie gehärteter EPDM-Kautschuk verhält, sich jedoch mit der Einfachheit und Geschwindigkeit von thermoplastischen Olefinen verarbeiten lässt. UNIPRENE thermoplastische Vulkanisate haben mechanische Eigenschaften und Rückverformungseigenschaften, die mit den meisten vulkanisierten Elastomeren vergleichbar sind, und können vielen TPEs überlegen sein.
ADEFLON A ist ein Polyvinylidenfluorid, das von von Afochem Inc. elf Aquitaine Group, Philadelphia, Pennsylvania im Handel erhältlich ist. Seine typische Verwendung findet es als Bindematerial für Polyamide/Polyvinylidenfluorid. Das Produkt ist unter normalen Nutzungsbedingungen stabil und über 230 °C tritt eine Freisetzung von Monomerspuren auf. Hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften ist das Material bei 20 °C ein granulierter Feststoff mit einer weißen/leicht gelben Farbe und ohne Geruch. Der Kristallschmelzpunkt ist 175 °C und der Beginn der Zersetzung liegt bei 230 °C. In Wasser von 20 °C ist das Produkt unlöslich. Die Dichte bei 20 °C Schüttgut liegt zwischen 1 bis 1,1 g/cm³.
Die Vinylverbindungen der Vichem Corporation sind Polyvinylchloridverbindungen; die aus einem Vinylharz und funktionellen Additiven zusammengesetzt sind. Die Inhaltsstoffe schließen einen Stabilisator, ein Harz CAS Nr. 75-01-4, einen Weichmacher CAS Nr. 68515-49-1, ein Epoxysojaöl CAS Nr. 8013-07-8, einen Füller CAS Nr. 1317-65-3 und Rußschwarz CAS Nr. 1333-85-4 ein. Das spezifische Gewicht ist 1,35 und die Verbindung hat die Erscheinungsform von Pellets und einen charakteristisch dumpfen Geruch.
KRATON^®, von Shell Chemical, Houston, Texas im Handel erhältlich, ist ein thermoplastischer Kautschuk mit einem spezifischen Gewicht von 0,90 bis 1,50 und einer Härte von 15A bis 60D. Die Zugfestigkeit beträgt bis zu 17237 kN/m². Die Dehnung beträgt bis zu 750% und die Reißfestigkeit bis zu 130 kN/m (750 pli). Der Biege-Elastizitätsmodul ist 5171 bis 689475 kN/m² (750 bis 100.000 psi). Die Betriebstemperatur ist –70 °C bis 150 °C. Die Ozonbeständigkeit ist hervorragend, die UV-Beständigkeit ist hervorragend, die Fluidbesiändigkeit ist gut bis hervorragend und die Flammbeständigkeit ist gut bis hervorragend.
SARLINK ist ein thermoplastisches Elastomer, das von Novacor Chemicals, Leominster, Massachusetts im Handel erhältlich ist. Das spezifische Gewicht liegt in einem Bereich von 1,13 bis 1,22. Der Modul bei 100% liegt im Bereich zwischen 1792 und 3930 kN/m² (260 und 570 psi). Die Zugfestigkeit liegt im Bereich zwischen 5378 und 14203 kN/m² (780 und 2060 psi). Die höchste Dehnung liegt im Bereich zwischen etwa 345 und 395%. Die Reißfestigkeit liegt zwischen etwa 14 und 34 kN/m (81 und etwa 196 pli). Die Zugverformung liegt im Bereich zwischen etwa 4 und 6%. Es weist eine hervorragende Fluidbeständigkeit gegen Säuren und Laugen, wässrige Lösungen, organische Lösemittel, petrochemische Öle und Kraftstoffe, Kraftfahrzeugfluide, wie z. B. für Automatikgetriebe und Servolenkungen etc., und Industriefluide auf. Es hat eine gute Beständigkeit gegen Kraftfahrzeugfluide, beispielsweise für hydraulische Bremsen, Lithiumfett, Frostschutzmittel etc., und eine schlechte Beständigkeit gegen organische Lösemittel. Das Produkt SARLINK ist ein festes, schwarzes Pelletmaterial mit einem leicht stechenden Geruch. Es ist in Wasser bei 20 °C unlöslich.
KYNAR, von Atochem Inc. elf Aquitaine Group, Philadelphia, Pennsylvania im Handel erhältlich, ist ein Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer. Seine chemische Bezeichnung ist 1-Propen,1,1,2,3,3,3-hexafluor-1,1-difluorethenpolymer. Sein Schmelzpunkt ist 155 bis 160 °C. Das spezifische Gewicht ist 1,77–1,79 bei 23 °C. Es ist durchscheinend und hat keinen Geruch.
Ein geeignetes leitfähiges KYNAR-Material, bekannt unter dem Namen KYNAR RC 10,098, ist ebenfalls von Atochem Inc. elf Aquitaine Group, Philadelphia, Pennsylvania im Handel erhältlich. Diese Verbindung ist als ein Hexafluorpropylen-Vinylidinfluorid-Copolymer, CAS Nr. 9011-17-0 bezeichnet. Der Schmelzpunkt liegt zwischen etwa 155 °C und etwa 160 °C. Es ist nicht in Was ser nicht löslich. Es liegt als durchscheinende Pellets ohne Geruch vor. Es ist unter 300 °C stabil.
CEFRAL SOFT XUA-2U, von Central Glass Company, Ltd., Chiyodaku, Tokio, Japan im Handel erhältlich, ist ein Copolymer, das 40% Vinylidenfluorid-Chlortrifluorethylen-Copolymer, 30% Polyvinylidenfluorid und 30% Nylon 12 enthält. Das Material hat ein spezifisches Gewicht von 1,45 bei 23 °C, einen Schmelzpunkt von 173 °C und eine Formungstemperatur von 104 °C (220 °F). Das Material hat eine Bruchdehnung von 478% und eine Zugfestigkeit von 42168 kN/m² (430 Kgf/cm²).
XPV-504 KRC CEFRAL SOFT CONDUCTIVE ist von Central Glass Company, Ltd., Chiyodaku, Tokio, Japan im Handel erhältlich und ist eine Polymerzusammensetzung, die 14% Vinylidenfluorid-Chlortrifluorethylen-Copolymer, 63% Vinylidenfluorid-Tetrafluorethylen-Copolymer, 20% Polyurethanelastomer und 3% Rußschwarz enthält. Das Material hat einen Schmelzpunkt von 165 °C und ein spezifisches Gewicht von 1,80 bei 23 °C.
TEFZEL ist von DuPont Polymers, Specialty Polymer Division, Wilmington, Delaware im Handel erhältlich. Das Material bezeichnet eine Familie von Ethylen-Tetrafluorethylen-Fluorpolymeren, die verschiedene Handelsqualitäten haben. Das Material hat einen Schmelzpunkt zwischen 255 °C und 280 °C, bestimmt gemäß dem ASTM-Verfahren D3418. Das spezifische Gewicht des Materials liegt zwischen 1,70 und 1,72, bestimmt gemäß dem ASTM-Verfahren D792. Die Schlagzähigkeit des Materials bei –54 °C (–65 °F) liegt zwischen 103 J/m und 180 J/m (2,0 ft-Ibs/inch und 3,5 ft-Ibs/inch), bestimmt gemäß dem ASTM-Verfahren D256, allgemein als Izod-Kerbschlagfestigkeit bezeichnet. Die Durometerhärte, bestimmt gemäß dem ASTM-Verfahren D2240 für alle Qualitäten von TEFZEL ist D70. Die Zugfestigkeit bei 23 °C (73 °F) ist zwischen 37921 und 48263 kN/mz (5500 psi und 7000 psi). TEFZEL wurde erstmals 1970 eingeführt und hatte eine herausragende mechanische Festigkeit, und eine hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit. Das Material ist in drei Herstellungsqualitäten, TEFZEL 200, TEFZEL 210 und TEFZEL 280 erhältlich, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Die maximale Bruchdeh nung ist je nach Qualität zwischen 150% und 300%, bestimmt gemäß dem ASTM-Verfahren D638.
Während bevorzugte Ausführungsformen, Formen und Anordnungen von Teilen der Ertindung im Detail beschrieben wurden, ist es für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass die aufgezeigten Ausführungsformen modifiziert werden können. Die vorstehende Beschreibung ist daher vielmehr als beispielhaft denn als einschränkend zu betrachten und der tatsächliche Schutzumfang der Erfindung ist durch die folgenden Patentansprüche definiert.

Claims

Längliche mehrlagige Leitung (10) zum Anschluß an ein Kraftfahrzeugsystem, das mit Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fluiden arbeitet, welche Leitung enthält: eine innere Lage (14), die radial ganz innen angeordnet ist und eine innere Oberfläche hat, die für den längeren Kontakt mit einem Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fluid befähigt ist, welche innere Lage in wesentlichen aus einem extrudierbaren, schmelzverarbeitbaren thermoplastischen Material besteht, das gegen die Permeation von Kohlenwasserstoffen beständig ist; eine äußere Mantellage (18), die im wesentlichen aus einem extrudierbaren, schmelzverarbeitbaren thermoplastischen Material besteht; und eine Zwischenlage (24), die zwischen der inneren Lage und der äußeren Mantellage extrudiert wird, wobei die Zwischenlage die innere Lage ausreichend an die äußere Lage anhaftet, und wobei mindestens eine Lage der Leitung in der Lage ist, elektrostatische Energie abzuleiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage aus einem anhydrid-modifizierten, linearen Polyethylen niedriger Dichte gebildet ist.
Leitung nach Anspruch 1, bei welcher die Leitung eine passive Kohlenwasserstoff-Permeationsrate von weniger als 0,5 g/m² in einem 24-Stunden-Intervall hat.
Leitung nach Anspruch 1, bei welcher die mindestens eine Lage ausreichende Mengen eines leitfähigen Materials enthält, um eine elektrostati sche Ableitungsfähigkeit in einem Bereich zwischen etwa 10⁴ bis 10⁹ Ohm/cm² zu gewährleisten.
Leitung nach Anspruch 3, bei welcher das leitfähige Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus elementarem Kohlenstoff, Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Silicium und Mischungen daraus.
Leitung nach Anspruch 4, bei welcher das leitfähige Material in einer Menge von weniger als 5 Volumenprozent der mindestens einen Lage vorhanden ist.
Leitung nach Anspruch 5, bei welcher das leitfähige Material in die mindestens eine Lage gemischt ist.
Leitung nach Anspruch 4, bei welcher das leitfähige Material elementarer Kohlenstoff ist und während der Polymerisierung von Monomeren, welche die mindestens eine Schicht bilden, integriert wird.
Leitung nach Anspruch 1, bei welcher das schmelzverarbeitbare thermoplastische Material der inneren Schicht (14) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Nylon 11, Nylon 12, Zinkchlorid-beständigem Nylon 6, thermoplastischen Elastomeren und Mischungen daraus.
Leitung nach Anspruch 1, bei welcher das schmelzverarbeitbare thermoplastische Material der inneren Schicht (14) als einen Hauptbestandteil ein Fluorkunststoffmaterial enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylidinfluorid, Polyvinylfluorid, Polychlortrifluorethylen, Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymeren, einem Propfcopolymer mit einem Fluor enthaltenden Polymer, wie etwa Copoylmeren aus Vinyli dinfluorid und Chlortrifluorethan, einem Copolymer aus einem Vinylfluorid und Chlortrifluorethylen, wobei das Vinylfluoridmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylidinfluorid, Polyvinylfluorid und Mischungen daraus; einem Copolymer aus Vinylfluoridmaterial und Ethylentetrafluorethylen; und einem nicht fluorierten Elastomer und Mischungen daraus.
Leitung nach Anspruch 1, bei welcher das schmelzverarbeitbare thermoplastische Material der äußeren Mantelschicht (18) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Nylon 11, Nylon 12, Zinkchlorid-beständigem Nylon 6, Polyetherblockamiden, thermoplastischen Elastomeren und Mischungen daraus.
Leitung nach Anspruch 1, bei welcher die innere Lage (14) aus Nylon 12 gebildet ist und die äußere Mantellage aus einem thermoplastischen Elastomer gebildet ist.
Leitung nach Anspruch 1, bei welcher die Zwischenlage (24) in der Lage ist, einer Temperatur von mindestens etwa 177 °C (350 °F) zu widerstehen, während sie ausreichende Anhaftungseigenschaften zwischen der inneren Lage und dem äußeren Mantel verleiht.
Längliche mehrlagige Leitung (10) zum Anschluß an ein Kraftfahrzeugsystem, das mit Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fluiden arbeitet, welche Leitung enthält: eine innere Lage (14), die radial ganz innen angeordnet ist und eine innere Oberfläche hat, die für den längeren Kontakt mit einem Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fluid befähigt ist, welche innere Lage in wesentlichen aus einem extrudierbaren, schmelzverarbeitbaren thermoplastischen Material besteht; eine äußere Lage (12), die im wesentlichen aus einem extrudierbaren, schmelzverarbeitbaren thermoplastischen Material besteht, das gegen Ultraviolett-Abbau, extreme Temperaturänderungen und den Kontakt mit Benzin und dessen Zusatzstoffen beständig ist; eine erste Zwischenlage (16), die zwischen die innere Lage und die äußere Lage gelegt ist und mit diesen gleichmäßig verbunden ist und im wesentlichen aus einem extrudierbaren, schmelzverarbeitbaren thermoplastischen Material besteht, das zur ausreichend dauerhaften laminaren Anhaftung an der inneren und der äußeren Lage befähigt ist, um im wesentlichen eine Delaminierung während einer gewünschten Lebensdauer der Leitung zu verhindern, wobei mindestens eine der inneren Lage und der Zwischenlage gegen die Permeation von Kohlenwasserstoffen beständig ist; eine äußere Mantellage (18), die über der äußeren Lage liegt und im wesentlichen aus einem extrudierbaren, schmelzverarbeitbaren thermoplastischen Material besteht; und bei welcher mindestens eine Lage der Leitungen in der Lage ist, elektrostatische Energie abzuleiten, gekennzeichnet durch eine zweite Zwischenlage (24), die aus einem anhydridmodifizierten, linearen Polyethylen niedriger Dichte gebildet ist und zwischen die äußere Lage (12) und den äußeren Mantel (18) extrudiert wird, wobei die zweite Zwischenlage die äußere Lage ausreichend an der äußeren Mantellage anhaftet, wobei mindestens eine der inneren und der ersten Zwischenlage gegen die Permeation von Kohlenwasserstoffen beständig ist.
Leitung nach Anspruch 13, bei welcher die zweite Zwischenlage (24) in der Lage ist, einer Temperatur von mindestens etwa 177 °C (350 °F) zu widerstehen, während sie ausreichende Anhaftungseigenschaften zwischen der inneren Lage und dem äußeren Mantel verleiht.
Leitung nach Anspruch 14, ferner enthaltend eine elektrostatische Ableitungsschicht (22), die einstöckig mit der inneren Oberfläche der inneren Schicht verbunden ist.
Leitung nach Anspruch 15, bei welcher die elektrostatische Ableitungsschicht (22) im wesentlichen aus leitfähigem Nylon 12 besteht; die innere Lage (14) im wesentlichen aus Nylon 12 besteht; die erste Zwischenlage (16) im wesentlichen aus Polyvinylidenfluorid (PVDE) besteht; die äußere Lage (12) im wesentlichen aus Nylon 12 besteht; und die äußeren Mantellage (18) im wesentlichen aus einem thermoplastischen Elastomer besteht.