ITTO20120926A1 - Tubo multistrato per sistemi aria condizionata di veicoli - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
“TUBO MULTISTRATO PER SISTEMI ARIA CONDIZIONATA DI VEICOLIâ€
SETTORE TECNICO
La presente invenzione à ̈ relativa ad un tubo multistrato per il trasporto di un refrigerante in sistemi aria condizionata di un veicolo.
STATO DELL’ARTE ANTERIORE
Nei sistemi aria condizionata dei veicoli à ̈ attualmente utilizzato quale fluido refrigerante il cosiddetto R-134a o 1,1,1,2-Tetrafluoroethane.
A causa delle più recenti normative per l’abbattimento gas ad effetto serra si à ̈ sempre alla ricerca di soluzioni che abbiano un minore impatto ambientale. In particolare tale impatto ambientale viene spesso misurato come “potenziale di riscaldamento globale†anche noto come GWP (acronimo inglese di global warming potential).
Nei sistemi aria condizionata dei veicoli à ̈ stato quindi proposto di sostituire il fluido refrigerante R134 con nuove soluzioni che presentano un GWP molto inferiore come ad esempio HFO-1234yf o 2,3,3,3-Tetrafluoropropene o più in generale dei vari isomeri del tetrafluoropropene, nel seguito identificati e designati genericamente come tetrafluoropropeni.
In alternativa à ̈ stato anche proposto di utilizzare ad esempio il 1,3,3,3-Tetrafluoropropene anche noto come HFO-1234ze.
Nello specifico la formula del HFO-1234yf à ̈ la seguente:
Il GWP del HFO-1234yf à ̈ di 335 volte inferiore del R-134a ed à ̈ quindi molto vantaggioso in termini ambientali la sostituzione del R134a con tale fluido refrigerante.
I fluidi refrigeranti vengono generalmente utilizzati in combinazione con oli per il compressore noti come oli PAG acronimo per polialchilenglicoli, i quali vengono utilizzati per lubrificare il sistema dell’aria condizionata ed in particolare il compressore.
I tubi oggi in uso negli impianti di aria condizionata dei veicoli sono generalmente realizzati in più strati per assolvere alle differenti funzioni quali, ad esempio resistenza agli attacchi chimici, barriera alla penetrazione del fluido refrigerante, resistenza meccanica ed, in particolare, alle alte pressioni.
L’uso dei tetrafluoropropeni ed, in particolare, il loro uso unitamente agli oli PAG comporta un’aggressione chimica maggiore sui materiali che formano i tubi che trasportano tali fluidi nel sistema aria condizionata.
Inoltre spesso nel sistema aria condizionata vi sono percentuali minime di acqua che però in aggiunta a al fluido refrigerante e a agli oli PAG rendono particolarmente difficile la resistenza del materiale nelle prove di invecchiamento ad alta temperatura.
Si à ̈ quindi alla ricerca di nuovo materiali e nuove combinazioni di materiali per formare i relativi strati per un tubo che permetta di raggiungere risultati ottimali con i nuovi fluidi refrigeranti.
OGGETTO DELL’INVENZIONE
Un primo scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di ottenere un tubo multistrato per un sistema aria condizionata di un veicolo che permetta di resistere all’aggressione chimica anche di tutti gli oli PAG e che abbia proprietà barriera ottimali, che sia economico da realizzare, che presenti una resistenza ottimale alle basse e alle alte temperature e che resista alle pressioni molto elevate di funzionamento di tali sistemi di aria condizionata.
Un secondo scopo della presente invenzione à ̈ realizzare un sistema di aria condizionata di un veicolo comprendente almeno un isomero di un tetrafluoropropene come fluido refrigerante e almeno un tubo multistrato per il trasporto del tetrafluoropropene, in cui il tubo resista all’aggressione chimica anche degli oli PAG e abbia proprietà barriera ottimali, inoltre sia economico da realizzare e presenti una resistenza ottimale alle basse e alle alte temperature e che resista alle pressioni molto elevate di funzionamento di tali sistemi di aria condizionata.
Secondo la presente invenzione tali scopi vengono raggiunti da un tubo multistrato secondo la rivendicazione 1.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Per una migliore comprensione della presente invenzione, essa viene ora descritta anche con riferimento alle figure allegate che illustrano:
- la Figura 1 mostra una rappresentazione schematica di un sistema aria condizionata di un autoveicolo;
- la Figura 2 mostra una vista in prospettiva di un tubo di trasporto di un fluido refrigerante;
- la Figura 3 mostra una vista prospettica parziale e schematica di un tubo multistrato secondo la presente invenzione;
- la Figura 4 Ã ̈ un tabella che illustra prove di invecchiamento a caldo di un materiale da utilizzarsi come strato interno di un tubo secondo la presente invenzione.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
Nell’ambito della presente invenzione si intende per “PPA†una poliamide semiaromatica o poliftalamide o poliamide ad alta performance, che comprenda come unità ripetitiva generale la seguente:
Le PPA della presente invenzione sono anche descritte nell’ASTM D5336.
Esempi di PPA possono ad esempio avere vantaggiosamente la seguente unità ripetitiva:
Esempi di PPA sono venduti sotto i marchi Amodel, Grivory, Ultramid T, VESTAMID HTplus and Zytel(r) HTN, Rilsan HT e Radipol XT.
Tra le PPA risulta particolarmente vantaggioso utilizzare le PPA con un origine vegetale e quindi da materiale riciclabile grazie ai notevoli benefici ambientali, quali ad esempio le PPA in cui la porzione poliamminica presenta catene di 10 o 12 CH2.
In Figura 1 viene indicato nel suo complesso con 1 un sistema aria condizionata per un autoveicolo, comprendente un condensatore 2, un serbatoio essiccatore 3, un sistema di espansione 4, un evaporatore 5, un compressore 6. Una sezione di bassa pressione BP viene individuata in Figura 1 da una linea tratto-punto. Una linea continua indica invece una sezione di alta pressione AP, individuabile sostanzialmente tra il compressore 6 e il sistema di espansione 4. I componenti del sistema aria condizionata schematizzati in Figura 1 sono collegati da almeno un tubo 8 di cui un esempio à ̈ illustrato in Figura 2.
Il sistema aria condizionata secondo la presente invenzione utilizza come fluido refrigerante almeno un isomero di un tetrafluoropropene, nel seguito designato per semplicità come “tetrafluoropropene†.
Il sistema aria condizionata comprende almeno un tubo 7 per il trasporto del tetrafluoropropone, il quale tubo 7 comprende almeno uno strato interno 8 comprendente PPA. Vantaggiosamente lo strato interno 8 comprende più del 50% in peso di PPA, ancor più vantaggiosamente lo strato interno 8comprende più del 80% in peso di PPA. In una forma di realizzazione ancor più vantaggiosa lo strato interno 8 à ̈ realizzato interamente in PPA.
Quali PPA si sono rivelati particolarmente vantaggiosi il Rilsan HT della Arkema, i Radipol XT.
Particolarmente resistente all’aggressione chimica di alcuni PAG à ̈ risultato il PPA elastomerizzato ovvero additivato con un elastomero in una quantità preferibilmente compresa tra 5 e 30%.
Secondo la presente invenzione il tubo 7 comprende inoltre almeno un secondo strato 9 comprendente un primo materiale elastomerico. Vantaggiosamente il primo materiale elastomerico comprende come elastomero principale, ovvero presente per più del 50% in peso, un elastomero scelto nel gruppo costituito da gomma naturale, policloroprene, acrilonitrilebutadiene (NBR) e relativi elastomeri idrogenati noti come acrilonitrilebutadiene idrogenato (HNBR) o sali di zinco di acrilonitrilebutadiene idrogenato graffato con esteri dell’acido carbossilico insaturo, poliisoprene, gomme stirene-butadiene, elastomeri etilenalfa-olefine, EPDM, poliuretano, fluoro elastomeri, elastomeri etilen-acrilici (AEM), bromo butile, politene clorosolfonato (CSM) oppure alchil-clorosolfonato, politene clorurato, gomma naturale epossidata, SBR, NBR carbossilati , HNBR carbossilati , ACM e miscele di questi composti.
Risulta particolarmente preferito un secondo strato 9 comprendente come primo materiale elastomerico un elastomero a base di etilen alfa olefine ed in particolare ancor più preferito l’EPDM.
L’EPDM utilizzato può ad esempio essere scelto tra Dow Nordel 3720, Dow Nordel 4520, Versalis Dutral 4038.
Particolarmente vantaggiosi sono risultati strati comprendenti resine comprendenti miscele di EPDM con Bromobutile.
Vantaggiosamente l’EPDM à ̈ presente nel secondo strato 9 in una quantità compresa 50 e 100 phr ed il bromobutile à ̈ presente in una quantità compresa 0 e 50 phr.
Quale bromo butile può ad esempio essere utilizzato Bromobutyl X2 Lanxess.
Alternativamente o in combinazione con il bromobutile à ̈ anche vantaggioso utilizzare una miscela comprendente anche CSM, in particolare aggiungendo da 0 a 50 phr.
Ad esempio possono essere utilizzati quali CSM: CSM Tosoh 530, CSM Tosoh 830, CSM Hailon 3570, CM Tyrin 3630.
Il CSM presenta il vantaggio di incrementare la stabilità all’invecchiamento e ha mostrato rulstati ottimale anche come promotore di adesione fra gli strati.
È chiaro che in aggiunta ai materiali elastomerici che costituiscono il secondo strato 9, esso può comprendere ulteriori additivi.
Ad esempio può essere aggiunto polibutadiene maleizzato vantaggiosamente in una quantità compresa tra 1 e 30 phr.
Alternativamente à ̈ possibile aggiungere un altro coagente costituito da un polimero dienico con gruppi vinilici.
Quale ulteriore additivo à ̈ vantaggioso aggiungere una resina donatrice di metiloli, in modo particolarmente vantaggioso in una quantità compresa tra 0,5 e 20 phr. Inoltre à ̈ vantaggioso anche aggiungere composizione a base di resorcina formaldeide, più vantaggiosamente in quantità comprese tra 0,5 e 20 phr.
Chiaramente il primo materiale elastomerico può comprendere anche ulteriori componenti quali nerofumo, il quale viene vantaggiosamente aggiunto in quantità compresa tra 5 e 150 phr, o plasticizzanti, i quali vengono vantaggiosamente aggiunti in quantità compresa tra 5 e 150 phr. Quale elasticizzante si può ad esempio utilizzare olio paraffinico.
Inoltre il secondo strato 9 comprendente un primo materiale elastomerico comprende anche agenti di vulcanizzazione quali ad esempio composti perossidici che vengono vantaggiosamente aggiunti in quantità compresa tra 1 e 15 phr. Quale agente di vulcanizzazione può ad esempi essere aggiunto dicumil perossido.
L'adesione tra lo strato interno 8 comprendete PPA e il secondo 9 strato comprendente un materiale elastomerico può anche essere favorita mediante l’impiego di appositi sistemi adesivi applicati sulle superfici degli strati tramite immersione, spraying, verniciatura oppure tramite trattamenti al plasma superficiali.
È da notare che secondo la presente invenzione l’adesivo non à ̈ considerato uno strato, ma solo un materiale atto a favorire l’adesione tra due strati.
Vantaggiosamente come adesivo possono essere ad esempio utilizzati i prodotti venduti come HPC®, Chemlok®, Chemosil®. In particolare sono risultati particolarmente vantaggiosi i Chelok 205, 207, 6253, 6254 o i Chemosil 211, 411, 256.
Al di sopra e quindi all’esterno del secondo strato 9 comprendente un primo materiale elastomerico viene disposto un materiale di rinforzo 10, il quale preferibilmente comprende fili ad alta resistenza termica e meccanica per resistere in modo ottimale alle alte pressioni a cui à ̈ soggetto il sistema aria condizionata durante l’uso con tetrafluoropropene. Tale materiale di rinforzo 10 à ̈ anche noto come filato di rinforzo 10. Quale materiale di rinforzo comprendente fili ad alta resistenza termica e meccanica viene preferibilmente utilizzato un tessuto intessuto o un tessuto a maglia.
Quali fili ad alta resistenza termica e meccanica vengono preferibilmente utilizzati fili comprendenti fibre di poliamide, più vantaggiosamente di poliamide aromatica, oppure fili di poliestere, PVA, rayon, ma à ̈ anche alternativamente possibile utilizzare altri fili che sono generalmente noti come rinforzi per tubi o altri prodotti in gomma quali cinghie. Ad esempio à ̈ possibile anche utilizzare fibre in vetro, in carbonio o PBO. È anche possibile utilizzare fili ibridi comprendenti almeno due dei materiali sopra citati.
Il tubo secondo la presente invenzione comprende inoltre al di sopra e quindi all’esterno del materiale di rinforzo un quarto strato 11 di copertura.
Il quarto strato 11 di copertura comprende vantaggiosamente un secondo materiale elastomerico.
Il secondo materiale elastomerico à ̈ preferibilmente uguale o almeno simile a quella utilizzato per formare il primo materiale elastomerico
Il secondo materiale elastomerico, presente come elastomero principale, ovvero presente per più del 50% in peso, à ̈ vantaggiosamente un elastomero scelto nel gruppo costituito da gomma naturale, policloroprene, acrilonitrilebutadiene (NBR) e relativi elastomeri idrogenati noti come acrilonitrilebutadiene idrogenato (HNBR) o sali di zinco di acrilonitrilebutadiene idrogenato graffato con esteri dell’acido carbossilico insaturo, poliisoprene, gomme stirene-butadiene, elastomeri etilenalfa-olefine, EPDM, poliuretano, fluoro elastomeri, elastomeri etilen-acrilici (AEM), bromo butile, politene clorosolfonato (CSM) oppure alchil-clorosolfonato, politene clorurato, gomma naturale epossidata, SBR, NBR carbossilati , HNBR carbossilati , ACM e miscele di questi composti.
Risultano particolarmente preferiti quarti strati 11 esterni comprendenti elastomeri a base di etilen alfa olefine ed in particolare ancor più preferito l’EPDM.
Ancor più vantaggioso per gli effetti sulla resistenza alla permeazione risulta l’utilizzo di polimeri comprendenti unità butile all’interno del quarto strato 11.
È vantaggioso trattare lo strato di copertura 11 con trattamenti di protezione, in particolare vernici quali ad esempio HNBR caricati con metalli quali alluminio, ad esempio à ̈ possibile utilizzare i prodotti venduti con il marchio Enduralast.
Vantaggiosamente il secondo strato 9 à ̈ più spesso del primo strato 9.
Vantaggiosamente il secondo strato 9 à ̈ più spesso del quarto strato 11.
Vantaggiosamente il secondo strato 9 ha uno spessore superiore a 1 mm.
Per gli strati sopra descritti risultano preferiti i seguenti spessori: per lo strato interno 8 tra 0,25 e 0,35 mm, per il secondo strato 9 tra 1 e 2 mm, per il materiale di rinforzo 10 tra 0,5 e 0,7 mm e per il quarto strato 11 tra 0,8 e 1,5 mm.
I tubi 7 realizzati secondo quanto sopra descritto sono stati gli unici a superare le prove previste dalle case automobilistiche per i tubi del sistema aria condizionata.
In particolare à ̈ da notare che solo la specifica combinazione di uno strato interno comprendente PPA che resiste alle aggressioni chimiche insieme ad un secondo strato 9 esterno al primo strato comprendente un primo materiale elastomerico, un terzo strato 10 esterno al secondo strato comprendente un filato di rinforzo ed un quarto strato 11 esterno al filato di rinforzo comprendente un secondo materiale elastomerico, permette di avere tutte le caratteristiche di resistenza alla pressione, di resistenza meccanica e di resistenza alle aggressioni chimiche per poter essere utilizzato in un sistema aria condizionata comprendente tetrafluoropropene.
La presente invenzione verrà nel seguito descritta tramite esempi, ma tali esempi sono meramente illustrativi dell’invenzione ed à ̈ chiaro che il tecnico del ramo può effettuare modifiche ai materiali degli strati o aggiungere strati senza uscire dallo scopo della presente invenzione.
Esempio 1
È stato valutata la resistenza di campioni di PPA agli oli PAG e agli oli PAG combinati con acqua.
Sono state misurate piastrine di PPA e di PA6 dello spessore di 1 mm e ne à ̈ stata misurata la resistenza ad alte temperature ovvero sono state disposte in forno a 150° C per 168 ore.
Le misure sono state effettuate per semplice immersione della piastrina in un bagno di oli PAG e di oli PAG con 2000 ppm di acqua per simulare le impurezze di acqua presente nel sistema aria condizionata.
Tale ultima prova à ̈ quella più critica per la resistenza nel tempo di tubi aria condizionata in sistemi aria condizionata che usano il tetrafluoropropene come fluido refrigerante.
Per poter superare le prove di invecchiamento richieste dai costruttori auto il materiale da utilizzarsi nel primo strato deve superare la prova con tutti i possibili PAG.
I risultati del test di invecchiamento sono riportati nella figura 4.
Nella tabella per ND 12 si intende l’olio PAG venduto da Denso come Denso NB12, per SP-A2 si intende l’olio PAG venduto da Sanden come Sanden SP-A2 e per 46A si intende l’olio PAG venduto da Sunoco come Suniso 46A.
Il test si considera superato se con tutti e tre i tipi di oli PAG si ha un invecchiamento accettabile. IN particolare il PPA permette di avere valori delta dell’allungamento a rottura dopo 168 ore a 150°C anche in presenza di acqua (2000 ppm) superiore al -70% ed in due casi su tre superiori al -50%.
È da notare che i risultati migliori vengono ottenuti con Radipol LX02201 ovvero con una PPA caricata con elastomeri.
Gli esempi di confronto sono stati effettuati con piastrine di Poliamide 6 ed à ̈ stato verificato che in questi casi si ha un delta di allungamento a rottura anche inferiore al -90%, rendendo quindi tale materiale inutilizzabile nell’applicazione specifica.
Tale risultato risulta del tutto inatteso in quanto la combinazione di oli PAG e di impurezza di acqua risulta in una aggressione chimica del tutto nuova e sulla quale non vi sono dati noti.
Claims (19)
- RIVENDICAZIONI 1. Tubo (7) multistrato per il trasporto di tetrafluoropropene comprendente almeno: - un primo strato interno (8) comprendente PPA; - un secondo strato (9) esterno al primo strato comprendente un primo materiale elastomerico; - un terzo strato (10) esterno al secondo strato comprendente un filato di rinforzo; - un quarto strato (11) esterno al filato di rinforzo comprendente un secondo materiale elastomerico.
- 2. Tubo (7) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta PPA comprende una porzione poliamminica presentante catene di 10 o 12 CH2.
- 3. Tubo (7) secondo le rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto strato interno (8) comprende più del 50 % in peso di PPA.
- 4. Tubo (7) secondo uno qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto primo materiale elastomerico comprende un polimero scelto nel gruppo costituito da gomma naturale, policloroprene, acrilonitrilebutadiene (NBR) e relativi elastomeri idrogenati noti come acrilonitrilebutadiene idrogenato (HNBR) o sali di zinco di acrilonitrilebutadiene idrogenato graffato con esteri dell’acido carbossilico insaturo, poliisoprene, gomme stirene-butadiene, elastomeri etilen-alfa-olefine, EPDM, poliuretano, fluoro elastomeri, elastomeri etilen-acrilici (AEM), bromo butile, politene clorosolfonato (CSM) oppure alchil-clorosolfonato, politene clorurato, gomma naturale epossidata, SBR, NBR carbossilati, HNBR carbossilati, ACM e miscele di questi composti.
- 5. Tubo (7) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto primo materiale elastomerico comprende EPDM.
- 6. Tubo (7) secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto primo materiale elastomerico comprende bromobutile.
- 7. Tubo (7) secondo le rivendicazioni 5 o 6, caratterizzato dal fatto che detto primo materiale elastomerico comprende CSM.
- 8. Tubo (7) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 7, caratterizzato dal fatto che detto primo materiale elastomerico comprende un agente di vulcanizzazione.
- 9. Tubo (7) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che tra detto primo strato interno (8) e detto secondo strato (9) Ã ̈ presente un materiale adesivo.
- 10. Tubo (7) secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto materiale adesivo à ̈ scelto nel gruppo costituito da Chemolok®, Chemosil®, HPC®.
- 11. Tubo (7) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto materiale di rinforzo (10) Ã ̈ un filato di rinforzo (10).
- 12. Tubo (7) secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detto filato di rinforzo (10) comprende fibre di un materiale scelto nel gruppo costituito da poliamide aromatica, poliestere, PVA, rayon.
- 13. Tubo (7) secondo la rivendicazioni 11 o 12, caratterizzato dal fatto che all’esterno di detto filato di rinforzo (10) comprende uno strato di copertura (11).
- 14. Tubo (7) secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detto quarto strato (11) di copertura comprende un secondo materiale elastomerico comprendente un polimero scelto nel gruppo costituito da gomma naturale, policloroprene, acrilonitrilebutadiene (NBR) e relativi elastomeri idrogenati noti come acrilonitrilebutadiene idrogenato (HNBR) o sali di zinco di acrilonitrilebutadiene idrogenato graffato con esteri dell’acido carbossilico insaturo, poliisoprene, gomme stirene-butadiene, elastomeri etilen-alfa-olefine, EPDM, poliuretano, fluoro elastomeri, elastomeri etilen-acrilici (AEM), bromo butile, politene clorosolfonato (CSM) oppure alchil-clorosolfonato, politene clorurato, gomma naturale epossidata, SBR, NBR carbossilati, HNBR carbossilati , ACM e miscele di questi composti.
- 15. Tubo (7) secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detto secondo materiale elastomerico comprende EPDM.
- 16. Tubo (7) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto secondo strato à ̈ più spesso di detto primo strato.
- 17. Tubo (7) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto secondo strato ha uno spessore superiore ad 1 mm.
- 18. Tubo (7) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto secondo strato ha uno spessore superiore compreso tra 1 e 2 mm.
- 19. Sistema aria condizionata di un veicolo comprendente tetrafluoropropene quale fluido di raffreddamento, detto sistema comprendendo un tubo secondo una qualsiasi della rivendicazioni da 1 a 15.
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