塑料在汽车油箱中的应用现状与发展趋势_兰小蓉

技术与应用

１塑料油箱取代金属油箱

由于金属油箱的阻隔性能差、在交通事故中容易导致燃油爆炸、汽车装备偏重等缺陷，塑料油箱的出现可以较好解决金属燃油箱出现的问题。另外，塑料油箱还具有如下优势：（１）生产成本低。与金属材料相比，塑料价格便宜。（２）设计空间灵活。可以根据需要加工成各种所需形状，从而节约汽车空间，因而增加燃油的载重量。例如ＰＡＳＳＡＴ塑料燃油箱容量５１Ｌ，同金属燃油箱相比容量大６Ｌ，重量却轻了１．５ｋｇ。（３）隔热性能好。在车辆着火时汽车燃油箱不会很快升温，可延迟爆炸时间而增加乘务员生存的希望。（４）成型加工性以及工艺改进性能优异。从而使得燃油箱易规模生产，简化生产制造工艺。（５）耐老化性能优异，使用寿命高。例如高分子量聚乙烯材料长期稳定性能好，从而可使燃油箱的使用寿命达１０年之久。

２塑料油箱的改性

十几年前，吹塑成型ＨＤＰＥ燃油箱的利用率已达５０％，也有用超高分子量聚乙烯制作。但是ＰＥ对油的阻隔性差，为了降低塑料油箱的漏油量，目前主要采用以下几种生产方法来提高和改善其阻隔性：

（１）乙烯与乙烯醇共聚物：

乙烯／乙烯醇共聚物（ＥＶ０Ｈ）这种材料可降低燃油泄漏，并提高油箱结构的完整性，抗冲击性和耐温性。

（２）ＨＭ－ＷＨＤＰＥ与ＥＶＯＨ的复合材料：

超高分子量高密度聚乙烯（ＨＭ－ＷＨＤＰＥ）的相对质量分子愈大，冲击强度愈大，密度也愈大。同时刚性及防止汽油的渗漏性也可以得到很好的改善。但是，单纯用ＨＭ－ＷＨＤＰＥ来制作燃油箱，其燃油透过率无法达到规定标准，所以可考虑在中间添加阻隔性能优良的ＥＶＯＨ树脂。

（３）对单层塑料燃油箱内壁进行表面处理：

环氧喷涂法。此法较落后，效果也差，现已基本被淘汰。

磺化（ＳＯ２气体）处理法。此技术先前是美国Ｄｏｗ化学公司率先开发成功，把油箱从模具上卸下移到别处进行的，目前由Ｄｏｗ和Ｊｏｎｎｓｏｎ公司共同开发研究的新技术是在模具上直接进行磺化处理工艺。磺化处理目前主要用于欧洲，世界上最大的ＨＤＰＥ模具制造商Ｋｕｂｌｍａｎ公司声称用此法处理过３兆个汽车油箱。Ｍｉｃｈ联合技术公司用无机钙溶液替代ＮＨ３，大大提高了油箱的阻透性和抗溶胀性。

氟气（Ｆ２）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。资料证实：将氟化处理的油箱与未氟化处理的油箱装入同量的燃油，在５０℃下放置２８天，氟化处理油箱的汽油损失约２％，而未处理的ＨＤＰＥ油箱汽油损失达一半以上。

等离子体处理。等离子体是一种全部或部分电离的气体，含有原子、分子、亚稳态离子和激发态离子。等离子体有高、低温之分，低温可用于高分子合成、界面反应。其基本原理是用电场加速电子成亚稳态离子，使其击断ＰＥ分子链上的键（如Ｃ－Ｈ，Ｃ－Ｃ和ＣＣ等），再接上单体或其他物质，使聚乙烯表面积附一层超密度（１．７ｇ／ｃｍ３）的阻透膜。目前，用该技术处理塑料油箱的公司有Ｈｕｅｌ公司、ＩＮＰＲＯ公司等。

（４）阻隔树脂在基体树脂中形成层状的方法——

—聚乙烯与阻隔树脂共混改性：

层状共混阻隔改性的机理：起阻隔作用的阻隔树脂（尼龙或乙烯－乙烯醇共聚物即ＥＶＯＨ）分散相呈层状分布于连续相机体树脂中，阻隔层与基体组成多层结构，使得容器中溶剂分子穿透途径变得迂回曲折，增加了途径的长度，因而增加了容器的阻隔性能。

为了得到这种层状结构，原料必须满足下列条件：

①基体树脂必须易于加工，并在特定的设备内加工，它必须具有较低的流动活化能，其粘弹特性应与阻隔树脂相匹配；②阻隔树脂应与基体树脂不相容，它在加工温度下有较高的熔点和粘度，并应具有足够的熔体拉伸性；③必须加一定量的相容剂，控制阻隔树脂与基体树脂间的界面张力。

为了使阻隔树脂能以层状分散于基体树脂中，还必须选择合适的加工工艺条件。

在加工过程中，如果流场较弱，阻隔树脂没有被足够拉伸，而以较大颗粒状分布于基体树脂中，共混物的阻隔性能不好；反之，流场过度，阻隔树脂由于受到过强的剪切而被破裂成微粒，不形成片状，共混物的阻隔效果同样得不到改善。

几种形成层状的方法：

塑料在汽车油箱中的应用现状与发展趋势

□兰小蓉

（四川大学高分子科学与工程学院四川・成都６１００６５）

摘要随着工业化的深入发展，汽车行业也得到了极大的发展。汽车的油箱部分不仅是整个汽车系统的动力所在，更是发生交通事故时，产生剧烈燃烧乃至发生爆炸的主要诱导部件。在早期的汽车油箱中，金属油箱得到了广泛的使用，但由于其阻隔性能差、交通事故中容易导致燃油爆炸、汽车装备偏重等缺陷，因而近年来，塑料油箱以其独特的优势，逐步取代着传统的金属油箱。

关键词汽车油箱塑料

中图分类号：ＴＰ３９３文献标识码：Ａ文章编号：１００７－３９７３（２００７）０７－２３－０２

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科协论坛・２００７年第７期（下）

技术与应用

①在高密度聚乙烯中加入７％阻隔尼龙片，可以使材料对燃油的渗透性比纯ＨＤＰＥ燃油箱减少９７％，该产品已用于ＬｏｕｓＥｌａｎ车上，但制备工艺复杂，成本高。

②Ｓｏｌｖａｙ公司开发出以聚亚烷基酰胺为阻隔层的层状掺混技术。

③日本昭和电工公司把耐乙醇溶胀和高度阻透含乙醇燃料的高腈树脂作阻隔层，运用层状掺混技术加工油箱。

④美国ＤｕＰｏｎｔ公司于８０年代初研究成功ＳｅｌａｒＲＢ层状掺混技术。其方法为将阻隔材料（改性ＰＡ或非晶尼龙）与ＨＤＰＥ、少量相容剂干混，再用挤出机挤出吹塑，从而得到由ＰＡ分散相颗粒伸展后形成的很多平行且不连续叠加的层状结构合金油箱。该技术对石油烃类的阻渗性能有极大提高，如ＨＤＰＥ中仅掺混４％的ＳｅｌａｒＲＢ就能减少７５％￣８５％的泄漏量。目前，ＤｕＰｏｎｔ公司还开发出适用于含甲醇燃料的ＳｅｌａｒＲＢ－Ⅲ型（聚乙烯醇）阻隔树脂。

总的来讲，由于层状掺混技术简便、安全、成本低阻隔效果较为明显，日本的三井、法国的ＰｌａｓｔｉｃＯｍｎｉｕｍ、德国的ＫａｕｔｅｘＳｏｌｖａｙ等公司已开始采用这种层状掺混技术，且福特、通用、大众、雷诺、雪铁龙、克莱斯勒等汽车公司都已使用该技术生产的油箱。

（５）另一种途径是采用多层共挤技术，即ＨＤＰＥ层、粘结层、阻隔层（ＰＡ或ＥＶＯＨ）、粘结层、ＨＤＰＥ层５层共挤出成型，见图１：

图１

主要层的作用：

其中阻隔层用的树脂有尼龙或乙烯－乙烯醇共聚物等，相对来说，它们具有很好的阻隔性；粘结层用的粘结剂对阻隔材料和ＨＤＰＥ有较强的粘结力、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、骨架等作用。

该方法的优缺点是：成品质量优良，特别是抗燃油渗透性能优异。但这一方法对设备要求高，工艺控制困难，要求专用的多层中空吹塑成型机。随着世界汽车工业的迅猛发展，以及防止大气污染等，美国环保局提供了新的严格的对烃的渗透极限，要求碳氢化合物的排放量低于０．２ｇ／２４ｈ，为达此要求必须采用具有高阻隔性的燃油箱，因此广泛使用多层复合塑料燃油箱替代金属燃油箱和单层塑料燃油箱将成为２１世纪世界汽车工业发展的趋势。

（６）油箱成型工艺采用双片热成型法：

德国机械制造企业—Ｃｄｔｎｎｏｎ公司最近成功开发出汽车塑料油箱成型系统和设备，油箱成型工艺采用双片热成型法。双片热成型的片材是ＨＤＰＥ（白色）／（Ｅ／ＶＡＬ）／ＬＬＤＰＥ／（Ｅ／ＶＡＬ）／回收料／ＨＤＰＥ（黑色）６层共挤片材，生产的油箱泄漏量小，低于美国加州制定的ＬＥＶ２（低泄漏汽车）和ＰＺＥＶ（局部零泄漏汽车）规定的汽油泄漏值。

与吹塑（中空成型）法汽车塑料油箱相比，双片成型油箱由上下两片组成，在连接前可以在片材内侧附装其它部件，因而能生产吹塑法难以成型的复杂结构油箱。目前，德国Ｖｉｓｔｅｏｎ公司采用Ｃａｎｎｏｎ公司的成型系统和设备，已向大众汽车公司供应７种双片热成型汽车塑料油箱。

美国Ｖｉｓｔｅｏｎ公司开发出的新结构油箱采用双片材技术将２种塑料片材通过热成型工艺，在其还处于熔融状态时沿夹紧线熔接在一起。这项技术与平常不同的是用扁平的多层片材代替了共挤出多层型坯并且在油箱上可设计配置燃料输送系统、过滤器蒸汽管道、液面探头、汽油蒸汽回收系统，从而减小燃油蒸汽可能逸出的途径。

３塑料的未来发展趋势

塑料燃油箱系统中主要组件的发展趋势是：外部管是多层结构，内部管是ＰＡ；加油管焊接；发送单元采用Ｈ型密封结构和Ｄ型密封结构。如何提高油箱的阻透性能成为塑料油箱存在和发展的关键。广泛使用多层共挤复合塑料燃油箱替代金属燃油箱和单层塑料燃油箱将成为２１世纪世界汽车工业发展的趋势。

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