DE69332799T2

DE69332799T2 - Mehrschichtiger kraftstoff- und dampfschlauch

Info

Publication number: DE69332799T2
Application number: DE69332799T
Authority: DE
Inventors: L. Mitchell; L. Noone; Peter Wenig
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Priority date: 1992-04-14
Filing date: 1993-04-13
Publication date: 2003-11-20
Anticipated expiration: 2013-04-14
Also published as: EP1120594A3; WO1993021466A1; EP0636225A1; DE9321566U1; EP1122059A2; DE69332799D1; EP0636225B1; EP1002977B1; EP1120594A2; EP1122479A3; EP1120595A2; DE69331071D1; DE69331071T2; EP1120595A3; EP1002977A3; EP1122479A2; EP1002977A2; EP1122059A3

Description

I. Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schlauch zur Verwendung in einem Motorfahrzeug. Mehr im einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung einen Mehrschichtschlauch, welcher als Brennstoffleitung oder Dampfrückgewinnungsleitung in einem Motorfahrzeug verwendet werden kann.

II. Hintergrund der Erfindung

Einschicht-Brennstoffleitungen und -dampfrückführleitungen aus synthetischen Materialien, wie etwa Polyamiden, sind in der Vergangenheit vorgeschlagen und verwendet worden. Derartige Materialien verwendende Brennstoffleitungen haben im allgemeinen Längen von wenigstens einigen Metern. Es ist von Bedeutung, daß die Leitung, wenn sie einmal installiert ist, sich während der Dauer des Betriebes in Bezug auf das Material nicht ändert, d. h. entweder durch Schrumpfung oder Längsausdehnung oder als Ergebnis der Belastungen, denen die Leitung während des Einsatzes ausgesetzt sein kann.
Es wird auch zunehmend wichtig, daß die verwendeten Leitungen im wesentlichen undurchlässig für Kohlenwasserstoffemissionen infolge eines Durchtrittes durch das Schlauchmaterial sind. Es wird erwartet, daß zukünftige Bundes- und Staatsverordnungen die Grenze für erlaubte Kohlenwasserstoffemissionen infolge eines Durchtrittes durch solche Leitungen festlegen werden. Verordnungen, welche in Staaten wie etwa Kalifornien in Kraft gesetzt werden, werden die totale passive Kohlenwasserstoffemission für ein Fahrzeug mit 2 g/m² für einen Zeitraum von 24 Stunden festlegen, bestimmt durch Dampfemissions-Prüfverfahren wie etwa denjenigen, die in Title 13 of the California Code of Regulations, section 1976, vorgeschlagene Änderung vom 26. September 1991 in Umrissen vorgeschlagen wurden. Um die gewünschten Gesamt-Fahrzeugemissionsniveau zu erreichen, wäre eine Kohlenwasserstoff-Durchtrittsrate für die Leitungen entsprechend oder unterhalb 0,5 g/m² für einen Zeitraum von 24 Stunden erforderlich.
Schließlich ist es auch zwingend, daß die verwendete Brennstoffleitung unzugänglich für eine Wechselwirkung mit korrosiven Materialien ist, die in dem Brennstoff vorhanden sind, wie etwa Oxidationsmittel und oberflächenaktive Stoffe ebenso wie Additive, wie etwa Ethanol und Methanol.
Verschiedene Arten eines Schlauchmaterials sind vorgeschlagen worden, um diesen Belangen zu entsprechen. Im allgemeinen sind die erfolgreichsten derselben coextrudierte Mehrschicht-Schlauchmaterialien gewesen, welche eine relativ dicke äußere Schicht einsetzen, die aus einem gegen die äußere Umwelt resistenten Material besteht. Die am weitesten innen liegende Schicht ist dünner, und sie ist aus einem Material zusammengesetzt, welches gemäß seiner Fähigkeit ausgesucht wird, eine Diffusion von Materialien, wie etwa aliphatischen Kohlenwasserstoffen, Alkoholen und anderen in Brennstoffgemischen vorhandenen Materialien, zu der äußeren Schicht hin zu blockieren. Die Materialien der Wahl für die innere Schicht sind Polyamide, wie etwa Nylon 6, Nylon 6.6, Nylon 11 und Nylon 12.
Alkohol und aromatische Substanzen in der durch den Schlauch geleiteten Flüssigkeit diffundieren mit unterschiedlichen Raten von den aliphatischen Komponenten durch die Schlauchmaterialwand. Die sich daraus ergebene Änderung in der Zusammensetzung der Flüssigkeit in dem Schlauchmaterial kann die Löslichkeitsschwellen des Materials so ändern, daß diese beispielsweise fähig ist, Monomere und Oligomere von Materialien wie etwa Nylon 11 und Nylon 12 in die Flüssigkeit hinein kristallisieren zulassen. Das Vorhandensein Von Kupferionen, welche von der Brennstoffpumpe aufenommen werden können, beschleunigt diese Kristallisation. Der kristallisierte Niederschlag kann Filter und Brennstoffeinspritzvorrichtungen blockieren und sich ansammeln und so den Gang der Brennstoffpumpe oder des Vergaserschwimmers begrenzen, und er kann sich an kritischen Steuerflächen der Brennstoffpumpe aufbauen.
Im US-Patent Nummer 5,076, 329 für Brunnhofer ist eine Fünfschicht-Brennstoffleitung vorgeschlagen worden, die zusammengesetzt ist aus einer aus Nylon 11 oder Nylon 12 gebildeten dicken äußeren Schicht, einer dicken Zwischenschicht aus Nylon 6 und einer dünnen Zwischenklebeschicht zwischen und verklebt mit der Zwischenschicht sowie äußeren Schichten, die aus einem Polyethylen oder einem Polypropylen gebildet ist. Auf der Innenseite des Schlauches ist eine innere Schicht aus Nylon 6 vorgesehen, wobei eine dünne Zwischen-Lösungsmittel-Blockierschicht dazwischen angeordnet ist, die aus einem Ethylenvinylalkohol-Copolymer gebildet ist. Die Verwendung von Nylon 6 in der inneren, mit dem Fluid in Berührung stehenden Fläche ist bei der Auslegung vorgesehen worden, um wenigstens einen Teil der Monomer- und Oligomerauflösung auszuschalten, die mit Nylon 6 oder Nylon 12 auftritt.
In dem US-Patent Nummer 5,038,833 für Brunnhofer ist eine Dreischicht-Brennstoffleitung vorgeschlagen worden, bei welcher ein Schlauch gebildet wird mit einer coextrudierten äußeren Wand aus Nylon 11 oder Nylon 12, einer Zwischen- Alkoholsperrwand, die aus einem Ethylenvinylalkohol-Copolymer gebildet ist, und einer inneren wasserblockierenden Wand, die aus einem Polyamid, wie etwa Nylon 11 oder Nylon 12, gebildet ist. In der DE 40 06 870 ist eine Brennstoffleitung vorgeschlagen worden, bei welcher eine Zwischen-Lösungsmittel-Sperrschicht aus unmodifiziertem Nylon 6.6 entweder getrennt oder in Kombination mit Gemischen aus Polyamid-Elastomeren ausgebildet ist. Die Innenschicht ist auch aus Polyamiden zusammengesetzt, und zwar vorzugsweise modifiziertem oder nicht-modifiziertem Nylon 6, während die äußere Schicht entweder aus Nylon 6 oder Nylon 12 zusammengesetzt ist.
Ein anderes Schlauchmaterial, welches dazu ausgelegt ist, gegen alkoholische Mittel resistent zu sein, ist in der UK- Patentanmeldung Nummer 2 204 376 A offenbart worden, bei welcher ein Schlauch hergestellt wird, der eine dicke äußere Schicht hat, die aus Polyamiden wie etwa Nylon 6 oder 6.6 und/oder Nylon 11 oder 12 zusammengesetzt ist, die mit einem alkoholresistenten Polyolefin, einem Copolymer von Propylen und Maleinsäure coextrudiert werden.
Bis jetzt ist es extrem schwierig gewesen, zufriedenstellende Laminierungseigenschaften zwischen ungleichartigen Polymerschichten zu erzielen. Deshalb haben alle die früher vorgeschlagenen Mehrschicht-Schlauchmaterialien in den meisten oder allen Mehrfachschichten Materialien auf Polyamidbasis verwendet. Wenn auch sehr viel mehr wirkungsvolle lösungsmittelresistente Chemikalien existieren, ist deren Verwendung in diesem Bereich infolge beschränkter Längsdehnungseigenschaften, Festigkeit und Kompatibilität mit Nylon 11 und Nylon 12 beschränkt. Zusätzlich versagen die früheren Offenbarungen im Hinblick darauf, das Phänomen der elektrostatischen Entladung anzusprechen oder zu berücksichtigen.
Eine elektrostatische Entladung kann definiert werden als die Freigabe von elektrischer Ladung, die durch die Passage geladener Partikel durch ein Medium oder eine Leitung aufgebaut oder abgeleitet wird, die aus im wesentlichen nichtleitfähigen Materialien zusammengesetzt ist. Die elektrostatische Ladung wird mit der Passage zusätzlicher Brennstoffmengen durch die Leitung wiederholt neu aufgebaut. Eine Entladung erfolgt wiederholt in dem gleichen, örtlich festgelegten Bereich, was zu einer allmählichen Erosion dieses Bereiches und eventuellem Bruch führt, was wiederum die Gefahr von Feuer und Explosion der brennbaren Inhalte des Schlauchmaterials zur Folge hat.
Es wäre deshalb erwünscht, ein Schlauchmaterial zur Verfügung zu stellen, welches in Motorfahrzeugen verwendet werden könnte, welches dauerhaft wäre und welches einen Durchtritt von organischen Materialien durch dasselbe verhindern oder reduzieren könnte. Es wäre auch erwünscht, ein Schlauchmaterial zur Verfügung zu stellen, welches im wesentlichen mit Komponenten der darin geführten Flüssigkeit nichtreaktiv wäre. Schließlich wäre es erwünscht, ein Schlauchmaterial zur Verfügung zu stellen, welches in der Lage wäre, den Aufbau einer elektrostatischen Entladung in demselben zu verhindern, oder welches in der Lage wäre, jede darin induzierte elektrostatische Ladung sicher abzuleiten.
Die US-A-3 473 087 offenbart einen Schichtschlauch, dessen innere Lage aus einem Tetrafluoroethylen-Polymer besteht, das eingelagert Partikel eines leitenden Material enthält, um das Problem der statischen Aufladung zu lösen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist ein Mehrschichtschlauch, welcher bei Motorfahrzeugen für Anwendungen wie etwa bei einer Brennstoffleitung oder einer Dampfrückführ- bzw. -wiedergewinnungsleitung verwendet werden kann. Der Schlauch der vorliegenden Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser aus der folgenden Beschreibung offenbar, wobei auf die folgende Zeichnung Bezug genommen wird, in der die Figur eine Ansicht eines Querschnittes durch ein Schlauchmaterialstück gemäß der vorliegenden Erfindung ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNG

Die vorliegende Erfindung ist eine Mehrschicht-Brennstoffleitung und -dampfleitung, welche wenigstens eine Klebeschicht und wenigstens eine äußere sowie eine innere Schlauchmaterialschicht umfaßt. Das Schlauchmaterial der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise durch Coextrudieren vorgegebener thermoplastischer Materialien in einem herkömmlichen Coextrusionsverfahren hergestellt. Das Schlauchmaterial kann entweder zu einer geeigneten. Länge coextrudiert werden, oder es kann in einer kontinuierlichen Länge coextrudiert und so geschnitten werden, daß es anschließend der vorgegebenen Anwendung entspricht. Das Schlauchmaterial der vorliegenden Erfindung kann einen äußeren Durchmesser bis zu 50 mm haben. Allerdings werden bei Anwendungen wie etwa Brennstoffleitungen und Dampf-Wiedergewinnungssystemen äußere Durchmesser von bis zu 63,5 mm (2,5 Zoll) bevorzugt.
Das Material kann jede gewünschte, geeignete Wanddicke haben. Allerdings werden in Fahrzeugsystemen wie den hier beschriebenen im allgemeinen Wanddicken zwischen 0,5 mm und 2 mm verwendet, wobei Wanddicken von annähernd 0,8 mm bis annähernd 1,5 mm bevorzugt werden, und Wanddicken zwischen etwa 0,8 mm und etwa 1,25 mm am meisten bevorzugt werden.
Wenn es auch innerhalb des Umfanges dieser Erfindung liegt, ein Schlauchmaterial herzustellen, welches eine Vielzahl von übereinanderliegenden Schichten verschiedener thermoplastischer Materialien aufweist, so hat das Schlauchmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung im allgemeinen maximal fünf Schichten, einschließlich der Klebeschichten. In der bevorzugten Ausgestaltung hat das Schlauchmaterial drei oder vier Schichten.
Das Schlauchmaterial 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Material, welches für eine Verwendung in Motorfahrzeugen geeignet ist, und es umfaßt eine relativ dicke äußere Schicht 12, welche mit der äußeren Umgebung nichtreaktiv ist und Verschiedenen Schlägen, einer Vibrationsermüdung und Änderungen in der Temperatur ebenso wie einer Einwirkung von verschiedenen korrosiven oder zersetzenden Zusammensetzungen widerstehen kann, denen es durch den normalen Betriebsverlauf des Motorfahrzeuges ausgesetzt wäre.
Es wird erwartet, daß sowohl die äußere Schlauchmaterialschicht 12 als auch irgendwelche damit verklebten Innenschichten für eine Verwendung bei einem äußeren Einsatztemperaturbereich zwischen etwa -40ºC und etwa 150ºC geeignet wäre, wobei ein Bereich von -20ºC bis 120ºC bevorzugt wird. Die verschiedenen Schichten des Schlauchmaterials sind integral miteinander laminiert und über die gesamte Einsatzlebensdauer des Schlauchmaterials gegen Entlaminieren beständig. Das so ausgebildete Schlauchmaterial hat eine Zugfestigkeit von nicht weniger als 25 N/mm² und einen Längsdehnungswert von wenigstens 150%. Das Schlauchmaterial hat eine Berstfestigkeit bei 23ºC und 120ºC von wenigstens 20 bar. Das Mehrschicht-Schlauchmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung ist ausreichend resistent gegen eine Einwirkung von Bremsflüssigkeit, Maschinenöl und Peroxiden wie denjenigen, die man im Benzin vorfindet.
In der ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfaßt das Mehrschicht-Schlauchmaterial eine äußere Schicht, die im wesentlichen aus einem thermoplastischen Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus 12- Kohlenstoff-Block-Polyamiden, 11-Kohlenstoff-Block-Polyamiden, thermoplastischen Elastomeren und Gemischen davon besteht; ferner eine innere Schicht, die im wesentlichen aus einem thermoplastischen Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die im wesentlichen aus Polyvinyliden-Fluorid, Polyvinyl-Fluorid und Gemischen davon besteht, und Zwischenklebeschicht, die im wesentlichen aus einem extrudierbaren Thermoplast besteht, welcher zu einer ausreichend permamenten laminaren Adhäsion an dem äußeren Schlauchmaterial aus Polyamid fähig ist und aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Polyvinyliden-Fluorid, Polyvinyl-Fluorid und Gemischen davon besteht.
In der zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfaßt das Mehrschicht-Schlauchmaterial eine äußere Schicht, die im wesentlichen aus einem thermoplastischen Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus 12- Kohlenstoff-Block-Polyamiden, 11-Kohlenstoff-Block-Polyamiden, thermoplastischen Elastomeren und Gemischen davon besteht; ferner eine innere Schicht, die im wesentlichen aus einem thermoplastischen Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die im wesentlichen aus Polychlortrifluorethylen, Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymeren und Gemischen davon besteht; und eine Zwischenklebeschicht, die im wesentlichen aus einem extrudierbaren Thermoplast besteht, welcher zu einer ausreichend permanenten laminaren Adhäsion an dem äußeren Schlauchmaterial aus Polyamid fähig ist und aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Polyvinyliden-Fluorid, Polyvinyl-Fluorid, Mischungen aus Polyvinylacetat und Urethan sowie Gemischen davon besteht.
In der dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfaßt das Mehrschicht-Schlauchmaterial eine äußere Schicht, die im wesentlichen aus einem thermoplastischen 6-Kohlenstoff-Block-Polyamid besteht; ferner eine innere Schicht, die im wesentlichen aus einem thermoplastischen Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die im wesentlichen aus Polychlortrifluorethylen, Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymeren und Gemischen davon besteht; und eine Zwischenklebeschicht, die im wesentlichen aus einem extrudierbaren Thermoplast besteht, welcher zu einer ausreichend permanenten laminaren Adhäsion an dem äußeren Schlauchmaterial aus Polyamid fähig ist und aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Polyvinyliden-Fluorid, Polyvinyl-Fluorid, Mischungen aus Polyvinylacetat und Urethan sowie Gemischen davon besteht.
Im allgemeinen kann die äußere Schicht 12 aus jedem schmelzverarbeitbaren, extrudierbaren, thermoplastischen Material zusammengesetzt sein, welches gegen eine Ultraviolett-Zersetzung, extreme Änderungen der Wärme und eine Einwirkung von Umweltgefahren, wie etwa Zinkchlorid resistent ist, und außerdem gegen eine Zersetzung beim Kontakt mit Maschinenöl und Bremsflüssigkeit. Bei der ersten und zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die äußere Schicht aus der Gruppe ausgewählt, die aus 12-Kohlenstoff-Block-Polyamiden, 11-Kohlenstoff-Block-Polyamiden, thermoplastischen Elastomeren und Gemischen davon besteht. Wo thermoplastische Elastomere verwendet werden, wird erwartet, daß das Elastomer ein eigentumsgeschütztes Material ist, welches im Handel unter Handelsnamen wie etwa SANTOPRENE, VICHEM, KRATON oder SARLINK erhältlich ist, oder Gemische dieses Materials. Die Materialien, welche die äußere Schicht bilden, können in ihrem nicht-modifizierten Zustand vorhanden sein oder sie können mit verschiedenen Weichmachern, Flammenhemmern und dergleichen auf eine Weise modifiziert sein, die dem auf diesem technischen Gebiet bewanderten Fachmann hinreichend bekannt ist.
In der ersten und zweiten Ausgestaltung kann ein Polyamid, wie etwa Nylon 12, wirksam verwendet werden. Wenn es modifiziert ist, dann wird erwartet, daß das Material verschiedene Weichmacher enthält, die im Stand der Technik hinreichend bekannt sind. Das verwendete Polyamidmaterial ist vorzugsweise ein hinsichtlich der Schlagfestigkeit modifiziertes Material, welches in der Lage ist, Schlägen von 2,72 J (2 ft·lbs) bei Temperaturen unterhalb etwa -20ºC zu widerstehen.
In der dritten bevorzugten Ausgestaltung ist die äußere Schicht aus einem Polyamid-Thermoplast zusammengesetzt, welcher aus der Kondensationspolymerisation von Caprolactam abgeleitet ist. Solche Materialien werden gemeinhin als ein 6-Kohlenstoff-Block-Polyamid oder Nylon 6 bezeichnet. In dieser dritten Ausgestaltung weist das 6-Kohlenstöff-Block- Polyamid entweder von Haus aus eine Zinkchloridbeständig- keit auf oder es enthält ausreichende Mengen an modifizierenden Mitteln, um diesem einen Grad an Zinkchloridbeständigkeit zu geben, der größer als oder gleich dem ist, der durch das Prüfverfahren SAE J844 gefördert wird, nämlich eine Nicht-Reaktivität nach einem Eintauchen in eine 50 Gew.-% Zinkchloridlösung für 200 Stunden. Das Nylon 6, welches die äußere Schicht des Schlauchmaterials dieser Ausgestaltung bildet, kann auch mit verschiedenen Weichmachern, Flammenhemmern und dergleichen auf eine Weise modifiziert sein, die einem auf diesem Gebiet bewanderten Fachmann hinreichend bekannt ist. In dieser Ausgestaltung ist das 6-Kohlenstoff-Block-Polyamid-Material vorzugsweise ein Multikomponentensystem, bestehend aus einem Nylon-6-Copolymer, gemischt mit anderen Nylons und Olefinverbindungen. Das zinkchloridbeständige Nylon 6 der Wahl hät eine Schmelztemperatur zwischen etwa 220ºC und 240ºC. Beispiele für thermoplastische Materialien, die für eine Verwendung bei dem Schlauchmaterial der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind eigentumsgeschützte Materialien, die man im Handel unter den Handelsnamen M-7551 von NYCOA Corporation sowie ALLIED 1779 von Allied Chemical erhalten kann.
Das 6-Kohlenstoff-Block-Polyamid kann nach Wunsch andere modifizierende Mittel umfassen, wie etwa verschiedene weichmachende Mittel, die im allgemeinen in Mengen zwischen etwa 1,0% und etwa 13%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Thermoplast-Zusammensetzung, vorhanden sind, wie im Stand der Technik hinreichend bekannt ist. Das verwendete Polyamid-Material ist vorzugsweise ein hinsichtlich der Schlagfestigkeit modifiziertes Material, welches in der Lage ist, Schlägen von wenigstens 2,72 J (2 ft·lbs) bei Temperaturen unter etwa -20ºC zu widerstehen.
Die äußere Schicht 16 hat eine Wanddicke, die ausreicht, um dem Mehrschicht-Wandmaterial der vorliegenden Erfindung eine ausreichende Festigkeit und Dauerhaftigkeit zu verleihen. In Anwendungen, bei denen Fahrzeuge beteiligt sind, umfaßt die äußere Schicht 12 zwischen etwa 50% und etwa 70% der gesamten Wanddicke. Im allgemeinen hat die äußere Schicht eine Wanddicke zwischen etwa 0,6 mm und etwa 0,9 mm, mit einer bevorzugten Wanddicke zwischen etwa 0,7 mm und etwa 0,8 mm und einer am meisten bevorzugten Wanddicke zwischen etwa 0,7 und etwa 0,75 mm. Wie zuvor dargelegt wurde, kann das Material durch herkömmliche Coextrusionsverfahren zu jeder gewünschten kontinuierlichen Länge extrudiert werden.
Die innere Schicht 14 ist integral an die innere Fläche der dicken äußeren Polyamidschicht 12 geklebt. In der vorliegenden Erfindung ist die innere Schicht 14 ein chemisch ungleichartiges, gegen Durchtritt resistentes, chemisch resistentes, gegen Brennstoff resistentes thermoplastisches Material, welches in normalen Extrusionsbereichen, d. h. etwa 175ºC bis etwa 250ºC, schmelzverarbeitbar ist. Mit dem Begriff "chemisch ungleichartig" ist gemeint, daß die innere Schicht 14 im wesentlichen aus einem Nicht-Polyamid-Material besteht, welches zu einer Adhäsion an einer Klebeschicht fähig ist, die zwischen der dicken äußeren Schicht und der inneren Schicht in einer Weise angeordnet ist, die nachfolgend beschrieben wird.
In jeder der bevorzugten Ausgestaltungen ist das thermoplastische Material, welches die innere Schicht bildet, ein Fluorkunststoff-Material, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Polyvinyliden-Fluorid, Polyvinyl-Fluorid, Polychlortrifluorethylen, Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymeren und Gemischen davon besteht. In der ersten Ausgestaltung wird bevorzugt, daß das Fluorkunststoff-Material aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Polyvinyliden-Fluorid, Polyvinyl-Fluorid und Gemischen davon besteht. In der zweiten und dritten Ausgestaltung wird bevorzugt, daß das Fluorkunststoff-Material aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Polychlortrifluorethylen, Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymeren und Gemischen davon besteht.
In der ersten Ausgestaltung ist das thermoplastische Material, welches die innere Schicht bildet, vorzugsweise ein Polyvinyliden-Fluorkunststoff, welcher von der thermischen Dehalogenierung von Chlordifluorethan abgeleitet ist, das im Handel unter den Handelsnamen "FLORAFLON" und "KYNAR" von Atochem Inc. Elf-Aquitaine-Gruppe aus Philadelphia, Pennsylvania, erhältlich ist.
In der zweiten Ausgestaltung ist das bevorzugte Material ein Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer mit einer Schmelztemperatur zwischen etwa 270ºC und 560ºC und einem spezifischen Gewicht von 1,7. Das Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer, welches hier verwendet wird, wird von der Copolymerisation von Ethylen mit Tetrafluorethylen abgeleitet. Das bevorzugte polymere Material hat einen von Ethylen abgeleiteten Gehalt zwischen etwa 40% und etwa 70%, sowie einen Tetrafluorethylen-Gehalt zwischen etwa 30% und etwa 60%, bezogen auf das gesamte Polymergewicht, wobei kleinere Mengen von eigentumsgeschützten Materialien wahlweise vorhanden sind. Geeignete Materialien sind im Handel erhältlich unter den Handelsnamen "TEFZEL 210", "TEFZEL 200" und "TEFZEL 280" von I. G. duPont de Nemours, Inc. aus Wilmington, Delaware.
In der dritten Ausgestaltung ist das thermoplastische Material, welches die innere Schicht bildet, ein Fluorkunststoff-Material, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Polychlortrifluorethylen, Ethylen-Tetrafluorethylen- Copolymeren und Gemischen davon besteht. Das verwendete Material hat vorzugsweise eine Schmelztemperatur zwischen etwa 270ºC und 560ºC und eine Dichtezahl von 1,7. Geeignete Polychlortrifluorethylen-Fluorkunststoff-Materialien können von der Pyrolyse von Chlordifluormethan abgeleitet werden. Geeignete Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymere sind eigentumsgeschützte Materialien. Man erwartet, daß derartige Materialien in weitem Umfang von Ethylen abgeleitete Gehalte zwischen etwa 40% und etwa 70% aufweisen, ferner Tetrafluorethylen-Gehalte zwischen etwa 30% und etwa 60%, bezogen auf das gesamte Polymergewicht, und kleinere Mengen von eigentumsgeschützten Materialien. Geeignete Materialien sind im Handel erhältlich unter den Handelsnamen "TEFZEL 210", "TEFZEL 200" und "TEFZEL 280" von I. G. DuPont de Nemours, Inc. aus Wilmington, Delaware.
Das in der inneren Schicht 14 verwendete thermoplastische Material ist in der Lage, als eine Kohlenwasserstoff-Sperre zu dienen, um einen signifikanten Durchtritt der aromatischen und aliphatischen Komponenten von Benzin bis zu der aus Polyamid bestehenden äußeren Schicht 12 des Schlauchmaterials 10 und damit hinaus in die umgebende Umwelt zu verhindern.
Die innere Schicht 14 hat leitende Eigenschaften, welche diese in die Lage versetzt, eine elektrische Ladung in dem Bereich von 10&spplus;&sup4; bis 10&spplus;&sup9; ohm/cm² abzuleiten. Das in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Fluorkunststoff-Material kann von Haus aus in diesen Bereichen leitfähig sein, oder es umfaßt vorzugsweise in seiner Zusammensetzung ein leitfähiges Mittel in ausreichender Menge, um eine Elektrostatik-Dissipation in dem definierten Bereich zu ermöglichen. Das leitfähige Mittel kann jedes geeignete Material von einer Zusammensetzung und Form sein, das in der Lage ist, diese statische Dissipation durchzuführen. Das leitfähige Material kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Elementarkohlenstoff, rostfreiem Stahl und hochleitfähigen Metallen wie etwa Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Silicium und Gemischen davon besteht. Der Begriff "Elementarkohlenstoff", wie er hier verwendet wird, wird gebraucht, um Materialien zu beschreiben und zu umfassen, die im allgemeinen als "Ruß" bezeichnet werden. Der Ruß kann in der Form von Kohlenstoffasern, Pulvern, Kugeln und dergleichen vorhanden sein.
Die Menge an in dem Fluorkunststoff enthaltenen leitfähigen Material ist im allgemeinen durch Betrachtungen hinsichtlich einer Tieftemperaturbeständigkeit und einer Resistenz gegen die zersetzenden Effekte des Benzins oder des Brennstoffes, die durch das Schlauchmaterial hindurchströmen, beschränkt. In der bevorzugten Ausgestaltung enthält das Fluorkunststoff-Material leitfähiges Material in einer Menge, die ausreicht, eine Elektrostatik-Dissipation durchzuführen. Allerdings ist die hier maximal verwendete Menge kleiner als 5 Vol.-%.
Das leitfähige Material kann entweder interstitiell in die kristalline Struktur des Polymers integriert sein, oder es kann damit copolymerisiert sein. Ohne an irgendeine Theorie gebunden zu sein, glaubt man, daß kohlenstoffhaltige Materialien wie etwa Ruß einer Kohlenstoff-Copolymerisation mit dem umgebenen Fluorkunststoff-Material unterworfen sind. Materialien wie etwa rostfreier Stahl sind mit größerer Wahrscheinlichkeit interstitiell in die kristalline Struktur des Polymers integriert.
Das in der inneren Schicht 14 der vorliegenden Erfindung verwendete Fluorkunststoff-Material ist vorzugsweise hinsichtlich seiner Struktur und Zusammensetzung zu der äußeren. Schicht chemisch ungleichartig. Um eine wirkungsvolle Laminierung der beiden ungleichartigen Materialien zu erreichen, umfaßt das Schlauchmaterial der vorliegenden Erfindung auch wenigstens eine Zwischenschicht 16, die zwischen die beiden zuvor beschriebenen Schichten eingefügt und mit diesen coextrudiert wird, und die in der Lage ist, eine geeignete homogene Klebung zwischen dieser selbst und den beiden jeweiligen Schichten zu erreichen. Die Zwischenklebeschicht 16 ist im allgemeinen aus einem elastischeren Material zusammengesetzt als das bei der inneren Schicht verwendete Material.
In der bevorzugten Ausgestaltung ist die Zwischenklebeschicht 16 aus einem thermoplastischen Material zusammengesetzt, das auch Eigenschaften einer Resistenz gegen den Durchtritt von aliphatischen und aromatischen Materialien bietet, wie sie im Brennstoff vorgefunden werden. Das hier verwendete thermoplastische Material ist vorzugsweise ein schmelzverarbeitbarer, extrudierbarer Thermoplast, welcher verschiedene Weichmacher und andere mödifizierende Mittel enthalten kann oder auch nicht enthalten kann. Die Zwischenklebeschicht 16 besteht im wesentlichen aus einem Fluo rkunststoff-Material, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Polyvinyliden-Fluorid, Polyvinyl-Fluorid, Polyvinylacetat-Urethan-Mischungen und Gemischen davon besteht. Ein bevorzugtes Fluorkunststoff-Material ist ein Polyvinyliden, welches von der thermischen Dehalogenierung von Chlordifluorethan abgeleitet ist. Ein bevorzugtes Nicht-Fluorkohlenstoff-Material ist eine Polyvinylacetat/Urethan-Mischung. Das Material der Wahl hat eine Affinität zu in der äußeren Schicht verwendeten Polymeren, wie etwa Nylon 12 oder Nylon 6. Geeignete Fluorkunststoff- Materialien sind im Handel unter dem Handelsnamen "ADEFLON A" erhältlich, während geeignete Nicht-Fluorkunststoff- Materialien im Handel unter dem Handelsnamen "ADEFLON D" von Atochem Inc. Elf-Aquitaine-Gruppe aus Philadelphia, Pennsylvania, erhältlich sind.
Die Zwischenklebeschicht 16 kann zusätzlich dazu, daß sie eine homogene Verklebung zwischen der inneren und der äußeren Schicht ermöglicht und eine Resistenz gegen den. Durchtritt von Brennstoffkomponenten bietet, auch leitfähige oder statische dissipative Eigenschaften haben, wie sie zuvor beschrieben wurden. Die Zwischenklebeschicht kann demnach nach Wunsch ausreichende Mengen eines leitfähigen Mitteis aufweisen, um eine Elektrostatik-Dissipation in dem Bereich von 10&spplus;&sup4; bis 10&spplus;&sup9; ohm/cm² zu bewirken. Wie bei der inneren Schicht so kann auch die Zwischenklebeschicht von Haus aus elektrostatisch dissipativ sein, oder sie kann durch den Einschluß von gewissen leitfähigen Materialien wie denen, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Elementarkohlenstoff, rostfreiem Stahl, Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Silicium und Gemischen davon besteht, dazu gebracht werden.
Es wird bevorzugt, daß die innere Schicht 14 und die Klebeschicht 16 auf der minimalen Dicke gehalten werden, die nötig ist, um einen Durchtritt des Brennstoffs durch das Schlauchmaterial zu verhindern. Es wird bevorzugt, daß der Grad des Kohlenwasserstoff-Durchtrittes durch das Schlauchmaterial 10 nicht größer als 0,5 gm/m² in einem Zeitraum von 24 Stunden ist. Die Dicke der inneren Schicht kann variiert werden, um dieses Ziel zu erreichen.
In der bevorzugten Ausgestaltung hat die innere Schicht die minimale Wanddicke, die ausreicht, die gewünschte Durchtrittsresistenz zu erreichen. Im allgemeinen ist die innere Schicht dünner als die äußere Schicht, wobei die Dicke der äußeren Schicht zwischen etwa 50% und etwa 60% der gesamten Wanddicke des Mehrschicht-Schlauchmaterials liegt. Vorzugsweise ist die Dicke der inneren Wand zwischen etwa 0,01 mm und etwa 0,2 mm, wobei eine Dicke von etwa 0,05 mm und etwa 0,2 mm bevorzugt wird, und eine Dicke zwischen etwa 0,05 mm und etwa 0,17 mm am meisten bevorzugt wird.
Die Zwischenklebeschicht 16 ist von ausreichender Dicke, um eine im wesentlichen homogene Verklebung zwischen der inneren und äußeren Schicht zu ermöglichen. Im allgemeinen kann die Zwischenklebeschicht dünner als die anderen beiden Schichten sein, und sie kann zwischen etwa 10% und etwa 20% der gesamten Wanddicke des Mehrschicht-Schlauches ausmachen. In der bevorzugten Ausgestaltung ist die Dicke der Zwischenklebeschicht zwischen etwa 0,01 mm und etwa 0,2 mm, wobei eine Dicke zwischen etwa 0,05 mm und etwa 0,2 mm bevorzugt wird, und eine Dicke zwischen etwa 0,05 mm und etwa 0,15 mm am meisten bevorzugt wird.
Die gesamte Wanddicke des Schlauchmaterials der vorliegenden Erfindung ist im allgemeinen zwischen etwa 0,5 mm und etwa 2,0 mm, wobei eine Wanddicke zwischen etwa 0,8 mm und etwa 1,25 mm bevorzugt wird.
Das Schlauchmaterial der vorliegenden Erfindung kann auch nach Wunsch eine (nicht gezeigte) äußere Hülle umfassen, die die äußere Schicht umgibt. Die vierte äußere Hülle kann entweder mit den anderen Schichten während des Extrusionsprozesses coextrudiert werden, oder sie kann in einem nachfolgenden Prozeß, wie etwa einer Querextrusion, aufgelegt werden. Die äußere Hülle kann aus irgendeinem Material hergestellt sein, das wegen seiner strukturellen oder isolierenden Eigenschaften ausgesucht wird, und sie kann von jeder geeigneten Wanddicke sein. In der bevorzugten Ausgestaltung kann die äußere Hülle aus einem thermoplastischen Material hergestellt sein, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus zinkchloridbeständigem Nylon 6, Nylon 11, Nylon 12, Polypropylen und thermoplastischen Elastomeren wie etwa SANTOPRENE, KRATON, VICHEM und SARLINK besteht. Wenn gewünscht, dann können diese Materialien so modifiziert sein, daß sie Flammenhemmer, Weichmacher und dergleichen umfassen.

Claims

1. Geschichtetes Schlauchmaterial (10) zur Verwendung in einem Motorfahrzeug, wobei das Schlauchmaterial (10) umfaßt:

eine flexible äußere Schicht (12) mit einer Wanddicke im Bereich zwischen 50% und 70% der gesamten Wanddicke des Schlauchmaterials (10), und mit einer inneren und einer äußeren Fläche, wobei die äußere Schicht (12) im wesentlichen aus einem extrudierbaren, schmelzverarbeitbaren Thermoplast besteht, welcher aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Nylon 11, Nylon 12, zinkchloridbeständigem Nylon 6 und Gemischen davon besteht;

eine Zwischen-Klebeschicht (16), welche eine Wanddicke im Bereich zwischen 10% und 20% der gesamten Wanddicke des Schlauchmaterials (10) hat und an die innere Fläche der äußeren Schicht (12) angeklebt ist, wobei die Klebeschicht (16) im wesentlichen aus einem extrudierbaren, schmelzverarbeitbaren Thermoplast besteht, welcher die Fähigkeit zu einer ausreichend permanenten laminaren Adhäsion an der inneren Fläche der äußeren Schicht (12) hat; und

eine innere Kohlenwasserstoff-Sperrschicht (14), weiche an die Zwischen-Klebeschicht (16) angeklebt ist, wobei die innere Schicht (14) aus einem extrudierbaren, schmelzverarbeitbaren Thermoplast besteht, welcher die Fähigkeit einer ausreichend permanenten laminaren Adhäsion mit der Zwischen-Klebeschicht (16) hat, wobei der schmelzverarbeitbare Thermoplast der inneren Kohlenwasserstoff-Sperrschicht (14) im wesentlichen aus einem Fluorkunststoff-Material besteht, welcher aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Polychlortrifluorethylen, Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymeren, Polyvinyl-Fluorid, Polyvinyliden-Fluorid und Gemischen davon besteht,

dadurch gekennzeichnet, daß die innere Kohlenwasserstoff- Sperrschicht (14) die Fähigkeit hat, elektrostatische Energie abzuleiten (dissipate), wobei die Elektrostatik- Dissipationskapazität in einem Bereich zwischen 10&sup4; bis 10&sup9; ohm/cm² liegt.

2. Schlauchmaterial nach Anspruch 1, bei welchem die innere Kohlenwasserstoff-Schicht (14) Mengen eines leitfähigen Materials enthält.

3. Schlauchmaterial nach Anspruch 2, bei welchem das leitfähige Material aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Elementarkohlenstoff, Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Silicium und Gemischen davon besteht.

4. Schlauchmaterial nach Anspruch 3, bei welchem das leitfähige Material in einer Menge vorhanden ist, die weniger als etwa 5 Vol.-% des Polymermaterials ausmacht.

5. Schlauchmaterial nach Anspruch 3, bei welchem das leitfähige Material in das Fluorkunststoff-Material gemischt wird.

6. Schlauchmaterial nach Anspruch 3, bei welchem das leitfähige Material Elementarkohlenstoff ist und während der Polymerisation von Monomeren eingelagert wird, welche das extrudierbare Fluorkunststoff-Material bilden.

7. Schlauchmaterial nach Anspruch 1, bei welchem das in der Zwischenklebeschicht (16) verwendete thermoplastische Material wenigstens einige Restistenz gegen eine Wechselwirkung mit kurzkettigen Köhlenwasserstoffmolekülen aufweist, welche in dem durch das Schlauchmaterial (10) geleiteten Material vorhanden sind.

8. Schlauchmaterial nach Anspruch 7, bei welchem das in der Zwischenklebeschicht (16) verwendete thermoplastische Material als einen größeren Bestandteil einen extrudierbaren, schmelzverarbeitbaren Thermoplast umfaßt, welcher aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Polyvinyliden-Fluorid, Polyvinyl-Fluorid, Mischungen aus Polyvinyl-Acetat und Urethan sowie Gemischen davon besteht.

9. Schlauchmaterial nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Außenhülle, welche über der dicken äußeren Schicht (12) liegt, wobei die Außenhülle aus einem Material zusammengesetzt ist, das im wesentlichen aus einem thermoplastischen Material besteht, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Nylon 11, Nylon 12, zinkchloridbeständigem Nylon 6 und Gemischen davon besteht.

10. Schlauchmaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei

die Zwischenklebeschicht (16) eine Dicke zwischen etwa 0,05 mm und etwa 0,2 mm hat; und

die innere Kohlenwasserstoff-Spetrschicht (14) eine Dicke zwischen etwa 0,05 mm und etwa 0,2 mm hat.

11. Schlauchmaterial nach Anspruch 10, bei welchem der extrudierbare Thermoplast der dicken äußeren Schicht (12) durch die Kondensations-Polymerisation von Caprolactam abgeleitet wird.

12. Schlauchmaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem

die erste innere Schicht (14) radial am weitesten innen angeordnet und aus einem Fluorkunststoff hergestellt ist; die zweite Zwischenschicht (16) auf die erste innere Schicht (14) in einer Position radial außerhalb der ersten inneren. Schicht (14), und die dritte äußere Schicht (12) radial außerhalb der zweiten Schicht (16) aufgeklebt ist, wobei die äußere Schicht (12) aus einem Polyamid-Harz gebildet ist,

wobei die dritte äußere Schicht (12) im wesentlichen aus einem Material besteht, welches einen Längsdehnungswert beim Bruch von wenigstens 150% hat, sowie eine Fähigkeit, Schlägen von wenigstens 2,72 J (2 foot pounds) bei Temperaturen unterhalb etwa -20ºC zu widerstehen;

wobei der Schlauch eine passive Kohlenwasserstoff- Durchtrittsrate von weniger als 0,5 g/m² für einen Zeitraum von 24 Stunden hat.