WO2010145795A2 - Verfahren zur herstellung eines formteils und derart hergestelltes formteil - Google Patents

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Norbert Honheiser
Karlheinz Winter
Andreas Seifert
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a molded part and a molded part produced in this way for receiving, conducting or storing a fluid, which has a hollow body, which is bounded by a wall, and at least one device for supplying or discharging the fluid to the hollow body.
  • the invention relates to a fluid supply system with at least one such molded part.
  • Molded parts for receiving, conducting or storing gaseous or liquid media which have a hollow body with a wall are known from the prior art.
  • Such moldings are used for example in the form of containers for supplying fluids in motor vehicles, wherein the container contains gaseous or liquid, sometimes combustible substances and provides.
  • the wall of the molded part consists of polymer material.
  • the invention has for its object to provide a method for producing a molded part and a molded part produced in this way, which is operable without damage by acting heat. Finally, it is an object of the invention to provide a fluid supply system with at least one such molded part.
  • the method for producing a molded part comprises the following steps:
  • the wall of the molding is produced in a blown process using polyethylene.
  • a tube is extruded in a per se known method, which is then enclosed by means of a molding tool and formed by blowing a fluid.
  • the polyethylene of the wall is crosslinked peroxide or silane or by the action of radiant energy.
  • the networking can take place immediately after the molding process or only after a longer period of time. The latter can be accomplished in such a way that initially a number of molded parts are produced and these are then cross-linked after an intermediate storage and suitable conditions - even over the period of several weeks.
  • the degree of crosslinking of the polyethylene can be controlled by selecting and using the amount of peroxide and further by the parameters of the crosslinking process.
  • the degree of crosslinking of the polyethylene according to the present invention can be 5 to 95%, preferably 15 to 90% and particularly preferably 50 to 85%. Crosslinking degrees of this magnitude cause the high stability of the wall to elevated temperature. The "creeping" of the material, as it is known from thermoplastics, is thereby prevented.
  • the polyethylene which is used as a polymer material for the production of the hollow body by blowing, is a so-called blowable polyethylene.
  • a corresponding low-viscosity polyethylene is selected, the MFI is 0.1 to 2 g / 10 min at 190 0 C, load 2.16 kg.
  • the density of such a blowable polyethylene is 0.93 to 0.965 g / cm 3 , preferably 0.948 to 0.960 g / cm 3 .
  • Such Phillips types are prepared by means of chromium catalyst on silicate carrier in a polymerization process.
  • polyethylene In addition to polyethylene, it is also possible to use a polyethylene copolymer for blowing, in which case a comonomer of a polyolefin based on a C3 to C8 brick is preferred.
  • a crosslinking agent in the present case an organic peroxide, is added to the polyethylene.
  • Organic peroxides are particularly suitable for crosslinking polyethylene.
  • organic peroxides are used for this purpose which have a typical crosslinking temperature of greater than or equal to 170 ° C.
  • the polyethylene can be added to other components.
  • stabilizers such as phenolic antioxidants, or processing aids, such as lubricants, or crosslinking enhancers, such as TAC (triallyl cyanurate) or TAIC (triallyl isocyanurate) or trimethylolpropane trimethacrylate or divinylbenzene or diallyl terephthalate or triallyl trimellitate or triallyl phosphate in concentrations of 0, 2 to 2.0 weight percent include.
  • the hollow body produced by the blowing process using polyethylene is exposed to a higher temperature over a certain period of time.
  • This may, for example, at a temperature of 180 0 C to 280 0 C include a period of 10 min.
  • the hollow body In order to avoid a collapse or a change in shape of the blown hollow body using polyethylene during the crosslinking process, it can be provided to subject the hollow body during crosslinking by means of sustained overpressure of the blown air (supporting air), which presses the hollow body into a shape defining the outer contour To put pressure.
  • sustained overpressure of the blown air supporting air
  • the so-called two-stage process should first be considered. This is also called the Sioplas process.
  • the polyethylene is first grafted with a silane with the aid of peroxides, this grafted polyethylene is then mixed with a catalyst and can thus be used for producing the hollow body in blow molding.
  • an organotin compound such as DOTL (Dioctylzinnlaurat)
  • other additives selected from heat stabilizers, UV stabilizers and processing aids may be included.
  • additives may be additionally included in this composition of grafted polyethylene and the catalyst batch.
  • a mixture of polyethylene, silane, peroxide and the catalyst is fed to an extruder.
  • Silane, peroxide and catalyst form a liquid phase, which is added to the polyethylene.
  • the crosslinking of the polyethylene is carried out in the presence of moisture at a higher temperature, usually this is accomplished in a steam atmosphere or in a water bath of 90 to 105 0 C over a period of 6 to 15 hours, depending on the wall thickness of the hollow body to be blown.
  • PE-Xc crosslink by exposure to radiation energy polyethylene
  • Support for networking can also be provided by TAC or TAIC.
  • crosslink polyethylene by UV light by adding so-called photoinitiators, for example substituted benzophenones and similar substances, to the polyethylene which initiate the crosslinking reaction under the action of UV light.
  • photoinitiators for example substituted benzophenones and similar substances
  • the inventively provided molding for receiving, conducting or storing a fluid has a hollow body, which is bounded by a wall.
  • the wall may have a multilayer structure.
  • at least one device for supplying or discharging the fluid to the hollow body is provided.
  • the molding for receiving, conducting or storing the fluid is inventively characterized in that the wall contains crosslinked polyethylene.
  • the molding according to the invention can be operated at a continuous use temperature of 150 ° C.
  • the molding may according to the invention in a development next to the wall of cross-linked polyethylene have an outer layer on the wall.
  • the outer layer on the wall contains a filament or a thread made, for example, of carbon or of aramid or of metal or of boron or of glass or of a silicate material or of aluminum oxide or of a high-tenacity and high-temperature-resistant polymer material or of a mixture the aforementioned exists.
  • the latter are also called hybrid yarns.
  • This fiber reinforcement of the outer layer on the wall furthermore contains a polymer material, preferably an epoxy resin.
  • the filaments or filaments contained in the outer layer on the wall are wound and / or braided.
  • it can be provided, in particular, that it is made stronger at particularly selected points of the molded part in order to achieve a particularly high stability there.
  • the wrapping in the region of the device for supplying or discharging the fluid or at other points is particularly strong in order to reinforce the molded part at this point.
  • a special braiding technique is used at selected locations of the molding and / or in the region of the device for supplying or discharging the fluid or at other locations, which are different from the braiding technique at other locations of the molding applied differs.
  • Such a special braiding technique can give the outer layer on the wall a particularly high strength.
  • the outer layer is not connected to the wall. This can bring advantages in the long-term stability of the molding with it.
  • the wall may also be connected to the outer layer.
  • a particularly resistant molded part can be created.
  • the molding further has at least one device for supplying or discharging the fluid to the hollow body.
  • This so-called “boss” represents an opening in the wall of the molding, which serves to fill or empty the molding with the fluid to be absorbed.
  • a means is provided which facilitates the application of the outer layer by winding and / or braiding.
  • the means may be a projection of the surface or a recess provided therein, in which, for example, an axis can be introduced, or comprise a similar configuration.
  • the molding can then be handled with the help of the agent then easier for the winding or Flechtarbeitsgang.
  • the agent can serve, for example, for centering the molded part in the winding and / or braiding operation. It can also be used advantageously as a winding receptacle to move the molding. Finally, the agent can also serve for fixing the molded part in later use.
  • the molded part is thus more resistant to manufacture.
  • the molded part has an outer protective layer which is applied to the outer layer of the wall.
  • the outer protective layer may include a thermoplastic or a coextrudate or a shrink tube, or a knit or knit or braid, or a combination of the foregoing.
  • Such an outer protective layer of the molded part is advantageous when it is exposed to mechanical stresses, such as impacts or similar force effects.
  • such an outer protective layer prevents damage, for example, to the outer wall, which may result in breakage of this wall.
  • the outer protective layer may also be configured to provide a fire-resistant layer that effectively protects the molded article from exposure to fire.
  • the fire-resistant layer contains so-called intumescent materials, which split off gases or water when exposed to an elevated temperature and thus cool the molded part or seal off the action of hot gases, and / or by forming a heat-insulating layer with lower Thermal conductivity to protect the molded part from the action of heat for a certain amount of time.
  • intumescent materials are, for example:
  • compositions comprising a "carbon” species (e.g., polyalcohols), an acid donor (e.g., ammonium polyphosphate), and a propellant (e.g., melamine) which then form a bulky, insulating protective layer by charring and foaming at the same time.
  • a "carbon” species e.g., polyalcohols
  • an acid donor e.g., ammonium polyphosphate
  • a propellant e.g., melamine
  • intumescent materials include, for example, hydrates that exert an endothermic effect when exposed to heat by releasing cooling vapor.
  • An example of this is hydrated alkali metal silicate.
  • Gas-splitting intumescent materials are also known which comprise, for example, melamine, methylolated melamine, hexamethoxymethylmelamine, melamine monophosphate, melamine biophosphate, melamine polyphosphate, melamine pyrophosphate, urea, dimethylurea, dicyandiamide, guanylurea phosphate, glycine or amine phosphate.
  • the foregoing materials release gaseous nitrogen as they decompose under the action of heat. Compounds that release carbon dioxide or water vapor upon exposure to heat could also be used.
  • the outer protective layer can also serve to identify the molded article by taking or imaging information that is expressed in alphanumeric form or as a bar code or as a bar code or as a color code.
  • the outer protective layer can also be provided to give the molded article an attractive appearance.
  • the metal layer may be disposed on the inner layer.
  • the metal layer is preferably designed such that it does not resist the diffusion of the fluid through the wall of the molded part.
  • the metal layer can be perforated, for example, or arranged only in sections.
  • the metal layer can also be provided on the reinforcing layer in another embodiment.
  • the metal layer can also be arranged on the outer layer of the molded part.
  • the molded part is then particularly protected against external influences such as impact or force.
  • the molded part has means for attachment, which are fastened to the outer wall. These means may include tabs or bands of metal or polymeric material.
  • the molded part may comprise means for attachment, which are formed on the outer layer of the wall. It can also be advantageously provided if means for attachment to the outer protective layer are formed.
  • the molding can be advantageously attached for example in a mounting situation in a vehicle.
  • the molded part has a sensor element in or on at least one layer of the wall.
  • the sensor element can be, for example, a strain gauge, which outputs information on a signal change over a change in length.
  • the molded part may also contain an identification element in a development of the invention, which uniquely characterizes the molded part and provides data. This may include data on its history (curriculum vitae during production and use), its operation and other conditions.
  • the identification element may be, for example, a barcode, an alphanumeric code, a raised or recessed element, a hologram, a color element or a RFID element (Radio Frequency Identification Device, identification by means of electromagnetic waves) or a comparable element.
  • An inventive fluid supply system with at least one molded part of the type described above is preferably used in a motor vehicle in the form of a container or a holding element or an air guide part or in a stationary or mobile, in particular decentralized power generating device.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a portion of a molded part according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of a section of a second molded part according to the invention.
  • Fig. 1 shows schematically a section of a molded part according to the invention in the form of a container in a sectional view.
  • the container 1 essentially has an elongated structure in the form of a cylindrical central section 11, which has molded-on pole caps 12 (only one is shown in the figure) at the two Zyiinderenden.
  • the device 4 is designed for the supply and discharge of the fluid.
  • the hollow body 2 of the container 1 is surrounded by a wall 3, which has a layer 31 containing crosslinked polyethylene.
  • the layer 31 is made in one piece in a blown process using polyethylene and then crosslinked.
  • the layer 31 is essentially the same wall thickness everywhere.
  • the externally attached layer 32 of the wall 3 is a reinforcing layer.
  • This reinforcing layer is produced by winding and / or braiding threads or fibers, it is reinforced by a thermoset, in the present case by an epoxy resin.
  • the layer 32 is different in thickness depending on the requirements of stability at different sections.
  • the FIG. Shows that the layer 32 in the region of the device 4 for the supply and removal of the fluid is thickened, since there occur forces to be absorbed by the layer 32.
  • the layer 32 is not connected to the layer 31.
  • a section of a second molded part according to the invention in the form of a container is shown schematically in a sectional view.
  • a device 4 for supplying and discharging the fluid is formed.
  • a protective layer 6 is arranged, which is designed in the form of a shrink tube, which largely envelops the container.
  • Blasectedes polyethylene having an MFI of 0.3 g / 10 min at 190 0 C 1 load 2.16 kg is processed by blow molding to form a molded part in the form of a container.
  • the density of the blowable polyethylene is 0.95 g / cm 3 .

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Abstract

Das erfindungsgemäße Formteil zur Aufnahme, Leitung oder Speicherung eines Fluids, das einen Hohlkörper aufweist, welcher von einer Wandung begrenzt ist, und wenigstens eine Einrichtung zur Zu- bzw. Abführung des Fluids zum Hohlkörper, zeichnet sich dadurch aus, dass die Wandung vernetztes Polyethylen enthält.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Formteils und derart hergestelltes Formteil
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils und ein derart hergestelltes Formteil zur Aufnahme, Leitung oder Speicherung eines Fluids, das einen Hohlkörper aufweist, welcher von einer Wandung begrenzt ist, und wenigstens eine Einrichtung zur Zu- bzw. Abführung des Fluids zum Hohlkörper.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Fluid-Versorgungssystem mit wenigstens einem solchen Formteil.
Formteile zur Aufnahme, Leitung oder Speicherung von gasförmigen oder flüssigen Medien, die einen Hohlkörper mit einer Wandung aufweisen, sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Derartige Formteile werden beispielsweise in Form von Behältern zur Versorgung mit Fluiden in Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei der Behälter gasförmige oder flüssige, mitunter auch brennbare Stoffe enthält und bereitstellt.
Bekannt ist aus dem Stand der Technik weiterhin, dass die Wandung des Formteils aus Polymermaterial besteht.
Nachteilig ist bei diesem bekannten Stand der Technik, dass beim Betrieb des Formteils in einer Umgebung mit erhöhter Temperatur, beispielsweise im Motorraum eines Kraftfahrzeuges, die dort herrschende Wärme die Festigkeit und Formbeständigkeit des Formteils deutlich herabsetzen kann. Dies kann zu Schädigungen des Formteils führen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils und ein derart hergestelltes Formteil anzugeben, der ohne Schädigung durch einwirkende Wärme betreibbar ist. Schließlich ist es noch Aufgabe der Erfindung, ein Fluid-Versorgungssystem mit wenigstens einem solchen Formteil zu nennen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Verfahren zur Herstellung eines Formteils folgende Schritte umfasst:
Die Wandung des Formteils wird in einem Blasverfahren unter Verwendung von Polyethy- len hergestellt.
Hierzu wird in einem an sich bekannten Verfahren ein Schlauch extrudiert, der dann mittels eines Formwerkzeuges umschlossen und durch Einblasen eines Fluids geformt wird.
Anschließend wird das Polyethylen der Wandung peroxidisch oder silanisch oder durch Einwirkung von Strahlungsenergie vernetzt.
Die Vernetzung kann dabei unmittelbar nach dem Formungsprozess stattfinden oder aber erst nach einer längeren Zeitspanne. Letzteres kann derart bewerkstelligt werden, dass zunächst eine Anzahl von Formteilen hergestellt wird und diese nach einer Zwischenlagerung und geeigneten Bedingungen - auch über den Zeitraum mehrerer Wochen - dann vernetzt werden.
Dabei ist besonders bevorzugt die peroxidische Vernetzung von Polyethylen, bei der sogenanntes PE-Xa gebildet wird, wobei die Vernetzung des Polyethylens unter erhöhter Temperatur durch radikalbildende Peroxide stattfindet.
Bei der Vernetzung von Polyethylen werden chemische Verbindungen zwischen benachbarten Polymerketten hergestellt, so dass ein hochzähes und insbesondere hochtempera- turstabiles Polymermaterial entsteht, das für den oben beschriebenen Einsatzzweck hervorragend geeignet ist.
Der Vernetzungsgrad des Polyethylens lässt sich durch Auswahl und Einsatzmenge des Peroxids und weiterhin durch die Parameter des Vernetzungsvorgangs kontrollieren. Der Vernetzungsgrad des Polyethylens kann gemäß vorliegender Erfindung 5 bis 95 %, bevorzugt 15 bis 90 % und besonders bevorzugt 50 bis 85 % betragen. Vernetzungsgrade dieser Größenordnung bewirken die hohe Stabilität der Wandung gegenüber erhöhter Temperatur. Das „Kriechen" des Materials, wie es von Thermoplasten her bekannt ist, wird dabei unterbunden.
Das Polyethylen, das als Polymermaterial für die Herstellung des Hohlkörpers im Blasverfahren eingesetzt wird, ist ein so genanntes blasfähiges Polyethylen. Hierzu wird ein entsprechend niederviskoses Polyethylen ausgewählt, der MFI beträgt 0,1 bis 2 g / 10 min bei 190 0C, Belastung 2,16 kg.
Die Dichte eines solchen blasfähigen Polyethylens beträgt 0,93 bis 0,965 g/cm3, bevorzugt 0,948 bis 0,960 g/cm3.
Zum Blasformen und anschließenden Vernetzen sind hierbei besonders so genannte „Phil- Iips"-Typen bevorzugt.
Derartige Phillips-Typen werden mittels Chromkatalysator auf Silikatträger in einem Polymerisationsverfahren hergestellt.
Neben Polyethylen kann auch ein Polyethylen-Copolymer zum Blasen eingesetzt werden, bevorzugt ist dabei ein Comonomer eines Polyolefins auf Basis eines C3- bis C8-Bau- steins.
Damit das Polyethylen vernetzt werden kann, wird dem Polyethylen ein Vemetzungsmittel, im vorliegenden Falle ein organisches Peroxid, zugefügt. Organische Peroxide sind besonders geeignet, Polyethylen zu vernetzen.
Erfindungsgemäß werden hierzu organische Peroxide eingesetzt, die eine typische Vernetzungstemperatur von größer/gleich 170 0C aufweisen.
Ganz besonders sind solche bevorzugt, die eine Vernetzungstemperatur von größer/gleich 175 0C aufweisen.
Auf diese Weise wird eine besonders gleichmäßige und hochgradige Vernetzung des Polyethylens erreicht.
Dem Polyethylen können noch weitere Komponenten zugegeben werden. Diese können beispielsweise Stabilisatoren, wie z.B. phenolische Antioxidantien, oder Verarbeitungshilfsmittel, wie beispielsweise Gleitmittel, oder Vernetzungsverstärker, wie beispielsweise TAC (Triallylcyanurat ) oder TAIC (Triallylisocyanurat) oder Trimethylolpropan- trimethacrylat oder Divinylbenzol oder Diallylterephthalat oder Triallyltrimellitat oder Triallyl- phosphat in Konzentrationen von 0,2 bis 2,0 Gewichtsprozent umfassen.
Zur Vernetzung wird der im Blasverfahren unter Verwendung von Polyethylen hergestellte Hohlkörper über einen gewissen Zeitraum einer höheren Temperatur ausgesetzt.
Dies kann beispielsweise bei einer Temperatur von 180 0C bis 280 0C eine Zeitdauer von 10 min umfassen.
Um beim Vernetzungsprozess ein Kollabieren oder eine Formveränderung des im Blasverfahren hergestellten Hohlkörpers unter Verwendung von Polyethylen zu vermeiden, kann vorgesehen sein, den Hohlkörper bei der Vernetzung mittels anhaltenden Überdruck der Blasluft (Stützluft), die den Hohlkörper in eine die Außenkontur festlegende Form drückt, unter Druck zu setzen.
Bei der Vernetzung des Polyethylens zu PE-Xb, das durch silanische Vernetzung gebildet wird, ist zunächst der so genannte Zweistufenprozess zu betrachten. Dieser wird auch Sioplas-Prozess genannt.
Hierzu wird das Polyethylen zunächst mit einem Silan unter Zuhilfenahme von Peroxiden gepfropft, dieses gepfropfte Polyethylen wird dann mit einem Katalysatorbatch vermengt und kann so zum Herstellen des Hohlkörpers im Blasformverfahren eingesetzt werden.
Als Komponente des Katalysatorbatchs eignet sich eine zinnorganische Verbindung wie beispielsweise DOTL (Dioctylzinnlaurat), daneben können auch weitere Additive, ausgewählt aus Thermostabilisatoren, UV-Stabilisatoren und Verarbeitungshilfsmitteln enthalten sein.
Weitere Additive können in dieser Zusammensetzung aus gepfropftem Polyethylen und dem Katalysatorbatch noch zusätzlich enthalten sein.
- A - Es ist ebenfalls möglich, die Pfropfung des Silans auf das Polyethylen in einem so genannten Einstufen verfahren vorzunehmen.
Hierzu wird eine Mischung aus Polyethylen, Silan, Peroxid und dem Katalysator einem Extruder zugeführt. Silan, Peroxid und Katalysator bilden eine flüssige Phase, die dem Po- lyethylen zudosiert werden.
Durch eine so genannte reaktive Extrusion erfolgt hierbei zunächst die Pfropfung des Silans auf das Polyethylen, wobei gleichzeitig eine homogene Vermengung mit dem Katalysator stattfindet.
Die Vernetzung des Polyethylens erfolgt in Gegenwart von Feuchtigkeit bei höherer Temperatur, üblicherweise wird dies in einer Wasserdampfatmosphäre oder in einem Wasserbad von 90 bis 105 0C über einen Zeitraum von 6 bis 15 Stunden je nach Wandstärke des zu blasenden Hohlkörpers bewerkstelligt.
Es ist auch möglich, durch Einwirkung von Strahlungsenergie Polyethylen zu vernetzen, man bezeichnet dies dann als PE-Xc.
Hierzu sind im Wesentlichen alle Polyethylene und dessen Copolymere geeignet.
Durch Einwirkung von Elektronenstrahlen oder Gammastrahlen wird die Vernetzung des Polyethylens erzielt.
Unterstützung bei der Vernetzung können hierbei auch TAC oder TAIC leisten.
Es ist schließlich auch möglich, Polyethylen durch UV-Licht zu vernetzen, indem so genannte Photoinitiatoren, beispielsweise substituierte Benzophenone und ähnliche Substanzen, dem Polyethylen beigegeben werden, die die Vernetzungsreaktion unter der Einwirkung von UV-Licht starten.
Das erfindungsgemäß bereitgestellte Formteil zur Aufnahme, Leitung oder Speicherung eines Fluids weist einen Hohlkörper auf, welcher von einer Wandung begrenzt ist. Die Wandung kann einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen. Darin ist wenigstens eine Einrichtung zur Zu- bzw. Abführung des Fluids zum Hohlkörper vorgesehen. Das Formteil zur Aufnahme, Leitung oder Speicherung des Fluids zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Wandung vernetztes Polyethylen enthält.
Mit der erfindungsgemäßen Auswahl von vernetztem Polyethylen für die Wandung wird ein Formteil zur Verfügung gestellt, der es gestattet, bei höherer Umgebungstemperatur betrieben zu werden.
Insbesondere findet dabei keine thermische Deformation des Formteils statt, das Material der Wandung kann nicht unter der Einwirkung der Wärme „wegfließen". Das erfindungsgemäße Formteil kann bei einer Dauergebrauchstemperatur von 150 0C betrieben werden.
Das Formteil kann erfindungsgemäß in einer Weiterbildung neben der Wandung aus vernetztem Polyethylen eine äußere Schicht auf der Wandung aufweisen. Die äußere Schicht auf der Wandung enthält ein Filament oder einen Faden, der beispielsweise aus Kohlen- Stoff oder aus Aramid oder aus Metall oder aus Bor oder aus Glas oder aus einem silikatischen Material oder aus Aluminiumoxid oder aus einem hochzähen und hochtemperaturbeständigen Polymermaterial oder aus einer Mischung der vorgenannten besteht. Letztere werden auch Hybridgarne genannt.
Diese Faserverstärkung der äußeren Schicht auf der Wandung enthält weiterhin ein Polymermaterial, bevorzugt ein Epoxidharz.
Die Filamente oder Fäden, die in der äußeren Schicht auf der Wandung enthalten sind, sind gewickelt und/oder geflochten. Bei der Umwicklung kann insbesondere vorgesehen sein, dass diese an besonders ausgewählten Stellen des Formteils stärker ausgebildet ist, um dort eine besonders hohe Stabilität zu erzielen.
Es kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Umwickelung im Bereich der Einrich- tung zur Zu- bzw. Abführung des Fluids oder an anderen Stellen besonders stark ausgebildet ist, um das Formteil an dieser Stelle zu verstärken. Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn an ausgewählten Stellen des Formteils und/oder im Bereich der Einrichtung zur Zu- bzw. Abführung des Fluids oder an anderen Stellen eine besondere Flechttechnik zum Einsatz kommt, die sich von der Flechttechnik, die an anderen Stellen des Formteils angewandt wird, unterscheidet. Eine solche besondere Flecht- technik kann der äußeren Schicht auf der Wandung eine besonders hohe Festigkeit verleihen.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die äußere Schicht nicht mit der Wandung verbunden ist. Dies kann Vorteile bei der Langzeitstabilität des Formteils mit sich bringen.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Wandung auch mit der äußeren Schicht verbunden sein. Hierdurch kann ein besonders widerstandsfähiges Formteil geschaffen werden.
Das Formteil weist weiterhin wenigstens eine Einrichtung zur Zu- bzw. Abführung des Fluids zum Hohlkörper auf. Dieser sogenannte „Boss" stellt eine Öffnung in der Wandung des Formteils dar, der dazu dient, das Formteil mit dem aufzunehmenden Fluid zu füllen oder zu leeren.
Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass an einem Ort der Oberfläche des Formteils, der in etwa dem „Boss" gegenüber liegt, ein Mittel vorgesehen ist, das die Aufbringung der äußeren Schicht durch Wickeln und / oder Flechten erleichtert.
Das Mittel kann dabei ein Vorsprung der Oberfläche sein oder eine darin vorgesehene Vertiefung, in der beispielsweise eine Achse einbringbar ist, oder eine ähnliche Ausgestaltung umfassen.
Das Formteil lässt sich mit Hilfe des Mittels dann einfacher für den Wickel- bzw. Flechtarbeitsgang handhaben. Das Mittel kann dabei beispielsweise zur Zentrierung des Formteils beim Wickel- und / oder Flechtarbeitsgang dienen. Es kann auch vorteilhaft als Wickelaufnahme genutzt werden, um das Formteil zu bewegen. Schließlich kann das Mittel auch zur Fixierung des Formteils im späteren Einsatz dienen.
Es resultiert so eine bessere Qualität der aufzubringenden äußeren Schicht. Das Formteil ist so widerstandsfähiger herzustellen. In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Formteil eine äußere Schutzschicht aufweist, die auf die äußere Schicht der Wandung aufgebracht ist.
Die äußere Schutzschicht kann einen Thermoplasten oder ein Coextrudat oder einen Schrumpfschlauch oder ein Gestrick oder ein Gewirk oder ein Geflecht oder eine Kombination der vorstehend genannten enthalten.
Eine solche äußere Schutzschicht des Formteils ist vorteilhaft, wenn dieses mechanischen Belastungen, wie beispielsweise Stößen oder ähnlichen Krafteinwirkungen, ausgesetzt ist.
Insbesondere verhindert eine solche äußere Schutzschicht, dass Schädigungen beispielsweise der äußeren Wandung auftreten können, die einen Bruch dieser Wandung nach sich ziehen können.
Die äußere Schutzschicht kann auch so ausgestaltet sein, dass sie eine Feuerschutzschicht darstellt, die das Formteil wirkungsvoll vor dem Einwirken von Feuer schützt. Hierzu kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Feuerschutzschicht sogenannte intumeszieren- de Materialien enthält, die bei Einwirken einer erhöhten Temperatur Gase oder Wasser abspalten und so das Formteil kühlen bzw. von der Einwirkung heißer Gase abschotten, und/oder durch Ausbilden einer wärmedämmenden Schicht mit niedriger Wärmeleitfähigkeit das Formteil vor der Einwirkung der Hitze eine gewisse Zeit schützen. Derartige intumeszierende Materialien sind beispielsweise:
Zusammensetzungen, umfassend einen "Kohle'-Speπder (z.B. Polyalkohole), einen Säurespender (z.B. Ammoniumpolyphosphat) und ein Treibmittel (z.B. Melamin). Diese bilden dann eine voluminöse, isolierende Schutzschicht durch Verkohlung und gleichzeitiges Aufschäumen.
Andere intumeszierende Materialien umfassen beispielsweise Hydrate, die unter Hitzeinwirkung eine endotherme Wirkung entfalten, indem kühlender Dampf abgegeben wird. Ein Beispiel dafür ist hydratisiertes Alkalimetallsilikat. Es sind auch gasabspaltende intumeszierende Materialien bekannt, die zum Beispiel Melamin, methylolisiertes Melamin, Hexamethoxymethylmelamin, Melaminmonophosphat, Me- laminbiphosphat, Melaminpolyphosphat, Melaminpyrophosphat, Harnstoff, Dimethylharn- stoff, Dicyandiamid, Guanylharnstoffphosphat, Glycin oder Aminphosphat umfassen. Die vorangehenden Materialien setzen gasförmigen Stickstoff frei, wenn sie sich unter Einwirkung von Hitze zersetzen. Verbindungen, die Kohlenstoffdioxyd oder Wasserdampf beim Einwirken von Hitze freigeben, könnten ebenfalls verwendet werden.
Die äußere Schutzschicht kann auch dazu dienen, das Formteil durch Aufnahme oder Abbildung von Informationen, die in alphanumerischer Form oder als Strichcode oder als Barcode oder als Farbcode ausgeprägt sind, zu identifizieren.
Schließlich kann die äußere Schutzschicht auch dazu vorgesehen sein, dem Formteil ein attraktives Aussehen zu vermitteln.
Es kann in einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass eine Metallschicht vorhanden ist.
Die Metallschicht kann auf der inneren Schicht angeordnet sein. Die Metallschicht ist dabei vorzugsweise derart ausgeführt, dass sie der Diffusion des Fluids durch die Wandung des Formteils keinen Widerstand entgegensetzt.
Die Metallschicht kann dazu beispielsweise perforiert ausgeführt sein oder nur abschnittsweise angeordnet sein.
Es gelingt dadurch ein besonders widerstandsfähiges Formteil herzustellen.
Die Metallschicht kann in einer anderen Ausführungsform auch auf der Armierungsschicht vorgesehen sein.
Dadurch wird ein Formteil erhalten, das eine besonders feste Wandung aufweist. Schließlich kann die Metallschicht auch auf der äußeren Schicht des Formteils angeordnet sein.
Das Formteil ist dann besonders geschützt gegen äußere Einflüsse wie Stöße oder Krafteinwirkungen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Formteil Mittel zur Befestigung aufweist, die an der äußeren Wandung befestigt sind. Diese Mittel können Laschen oder Bänder aus Metall oder aus Polymermaterial umfassen. Insbesondere kann das Formteil Mittel zu Befestigung aufweisen, die an der außen angeordneten Schicht der Wandung ausgebildet sind. Es kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, wenn Mittel zur Befestigung an der äußeren Schutzschicht ausgebildet sind. Damit kann das Formteil vorteilhaft beispielsweise in einer Einbausituation in einem Fahrzeug befestigt sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Formteil in oder an wenigstens einer Schicht der Wandung ein Sensorelement aufweist. Das Sensorelement kann beispielsweise ein Dehnungsmessstreifen sein, der bei einer Längenänderung über eine Signalverbindung eine Information abgibt.
Damit kann in einem Schädigungsfall, wenn beispielsweise durch eine Fehlfunktion oder Fehlbedienung das Formteil überdehnt oder mechanisch beschädigt wird, eine Anzeige ausgelöst werden, die einen weiteren Betrieb des Formteils verhindert und damit Gefahren abwehrt.
Das Formteil kann auch in einer Weiterbildung der Erfindung ein Identifikationselement enthalten, das das Formteil eindeutig charakterisiert und Daten bereitstellt. Dies kann Daten zu seiner Entstehungsgeschichte (Lebenslauf während Herstellung und Verwendung), zu seinem Betrieb und zu anderen Zuständen umfassen. Das Identifikationselement kann dazu beispielsweise ein Barcode, ein alphanumerischer Code, ein erhaben oder vertieft ausgeführtes Element, ein Hologramm, ein Farbelement oder ein RFID-Element (Radio Frequency Identification Device, Identifizierung mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen) oder ein vergleichbares Element sein.
Damit ist es möglich, die Qualitätssicherung des Formteils ebenso wie eine Verfolgung seines Betriebes zu ermöglichen bzw. zu gewährleisten.
Ein erfindungsgemäßes Fluidversorgungssystem mit wenigstens einem Formteil der vor- stehend beschriebenen Art findet bevorzugt Anwendung bei einem Kraftfahrzeug in Form eines Behälters oder eines Halteelements oder eines Luftführungsteils oder bei einer stationären oder mobilen, insbesondere dezentralen Energieerzeugungsvorrichtung.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der Fig. näher beschrieben.
Fig.1 schematische Schnittdarstellung eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen Formteils;
Fig. 2 schematische Schnittdarstellung eines Abschnitts eines zweiten erfindungsge- mäßen Formteils. Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Formteils in Form eines Behälters in einer Schnittdarstellung.
Der Behälter 1 weist im Wesentlichen einen langgestreckten Aufbau in Form eines zylindri- sehen Mittelabschnitts 11 auf, der angeformte Polkappen 12 (in der Fig. ist nur eine gezeigt) an den beiden Zyiinderenden aufweist.
An einer Polkappe 12 ist die Einrichtung 4 zur Zu- bzw. Abführung des Fluids ausgebildet. Der Hohlkörper 2 des Behälters 1 wird von einer Wandung 3 umgeben, die eine Schicht 31 aufweist, die vernetztes Polyethylen enthält. Die Schicht 31 ist einstückig in einem Blasverfahren unter Verwendung von Polyethylen hergestellt und anschließend vernetzt.
Die Schicht 31 ist im Wesentlichen überall von gleicher Wandstärke. Die außen angebrachte Schicht 32 der Wandung 3 ist eine Armierungsschicht. Diese Armierungsschicht ist durch Wickeln und / oder Flechten von Fäden oder Fasern erzeugt, sie ist durch einen Duroplasten verstärkt, im vorliegenden Fall durch ein Epoxidharz.
Die Schicht 32 ist je nach den Erfordernissen der Stabilität an unterschiedlichen Abschnitten unterschiedlich dick. In der Fig. ist dargestellt, dass die Schicht 32 im Bereich der Einrichtung 4 zur Zu- bzw. Abführung des Fluids verdickt ist, da dort Kräfte auftreten, die von der Schicht 32 aufzunehmen sind.
Die Schicht 32 ist nicht mit der Schicht 31 verbunden.
In der Fig. 2 ist schematisch ein Abschnitt eines zweiten erfindungsgemäßen Formteils in Form eines Behälters in einer Schnittdarstellung gezeigt. An einer Polkappe 12 ist eine Einrichtung 4 zur Zu- bzw. Abführung des Fluids ausgebildet. Auf der Schicht 32 ist eine Schutzschicht 6 angeordnet, die in Form eines Schrumpfschlauches ausgebildet ist, der den Behälter weitgehend umhüllt.
Ausführungsbeispiel:
Blasfähiges Polyethylen, das einen MFI von 0,3 g / 10 min bei 190 0C1 Belastung 2,16 kg aufweist, wird im Blasverfahren zu einem Formteil in Form eines Behälters verarbeitet.
Die Dichte des blasfähigen Polyethylens beträgt 0,95 g/cm3.
Das blasfähige Polyethylen enthält ein organisches Peroxid, das eine Vernetzungstempera- tur von 175 0C aufweist. Nach der Formgebung wird der geblasene Hohlkörper zur Vernetzung einer Temperatur von 240 0C über einen Zeitraum von 5 min ausgesetzt. Der Hohlkörper wird dazu durch Stützluft in der Form vor einer etwaigen Formänderung bewahrt. Nach dem Abkühlen des Hohlkörpers wird dieser mit Kohlefasern, die mit einem Epoxidharz getränkt sind, umwickelt, bis eine Schichtdicke von 15 bis 45 mm erreicht ist. Der Behälter ist bei einer Dauertemperatur von 150 0C dauerhaft beständig.
- Patentansprüche -
Bezugszeichenliste
1 Behälter
11 Mittelabschnitt
12 Polkappe
2 Hohlkörper
3 Wandung
31 Schicht
32 Schicht
4 Einrichtung zur Zu- bzw. Abführung des Fluids
6 Schutzschicht

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Formteils zur Aufnahme, Leitung oder Speicherung eines Fluids, der einen Hohlkörper aufweist, welcher von einer Wandung begrenzt ist, und wenigstens eine Einrichtung zur Zu- bzw. Abführung des Fluids zum Hohlkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper in einem Blasverfahren unter Verwen- düng von Polyethylen hergestellt und das Polyethylen vernetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyethylen peroxidisch oder silanisch oder durch Einwirkung von Strahlungsenergie vernetzt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vernetzungsgrad des Polyethylens zu 5 bis 95 %, bevorzugt zu 15 bis 90 %, und besonders bevorzugt zu 50 bis 85 % gewählt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Wandung eine äußere Schicht als Armierungsschicht ausgebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Armierungsschicht ein Filament oder einen Faden aus Kohlenstoff oder aus Aramid oder aus Metall oder aus Bor oder aus Glas oder aus einem silikatischen Material oder aus Aluminiumoxid oder aus einem hochzähen und hochtemperaturbeständigen Polymermaterial oder aus einer Mischung der vorgenannten eingesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierungsschicht aus dem Filament oder dem Faden gewickelt und / oder geflochten wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die äußere Schicht ein Polymermaterial, bevorzugt ein Epoxidharz, eingesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Schutzschicht auf der äußeren Schicht der Wandung aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als äußere Schutzschicht ein Thermoplast oder ein Coextrudat oder ein Schrumpfschlauch oder ein Gestrick oder ein Gewirk oder ein Geflecht oder eine Kombination der vorstehend genannten vorgesehen wird.
10. Formteil zur Aufnahme, Leitung oder Speicherung eines Fluids, das einen Hohlkörper aufweist, welcher von einer Wandung begrenzt ist, und wenigstens eine Einrichtung zur Zu- bzw. Abführung des Fluids zum Hohlkörper, hergestellt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung, welche Polyethy- len enthält, im Blasverfahren hergestellt und nach der Formgebung vernetzt ist.
11. Formteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Wandung eine äußere Schicht als Armierungsschicht ausgebildet ist.
12. Fluidversorgungssystem mit wenigstens einem Formteil nach Anspruch 10 oder 11 , bevorzugt in der Anwendung bei einem Kraftfahrzeug oder einer stationären oder mobilen, insbesondere dezentralen Energieerzeugungsvorrichtung.
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