Деталь топливной системы и способ изготовления детали топливной системы

ДЕТАЛЬ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ Данное изобретение относится к детали топливной системы, содержащей полимерную композицию, содержащую: i) полиамид А, у которого соотношение между концентрацией концевых карбоксигрупп и концентрацией концевых аминогрупп в полиамиде А равно 1 или более, и ii) микротальк в количестве в диапазоне от 0,001 до 1 мас.% по отношению к общему количеству полимерной композиции и iii) модификатор ударопрочности в количестве, составляющем по меньшей мере 1,0 мас.% по отношению к общему количеству полимерной композиции. Данное изобретение также относится к способу изготовления детали топливной системы. Томик Катарина, Дуллэрт Конрад,Вегте ван дер Эрик Виллем (NL) Воробьева Е.В. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ДСМ АйПи АССЕТС Б.В. (NL) Данное изобретение относится к детали топливной системы, содержащей полимерную композицию, и способу изготовления такой детали топливной системы. Уровень техники Детали топливной системы известны и, например, изготавливаются из полимерной композиции. В публикации WO 2009/119759 описывается деталь топливной системы, в которой используют композицию полиамидной смолы, состоящую из 85 мас.% и более алифатического полиамида, где концентрация концевых аминогрупп является большей, чем концентрация концевых карбоксигрупп, и 0,001-10 мас.% талька и 0,0001-1 мас.%) диспергатора, который диспергировали в алифатическом полиамиде. Детали топливной системы, соответствующие публикации WO 2009/119759, характеризуются хорошей стойкостью к проникновению топлива в сварных деталях таких топливных баков. В целях безопасности и защиты окружающей среды обычно требовалось уменьшить количество топлива, проникающего через деталь топливной системы. Деталям топливной системы, соответствующим публикации WO 2009/119759, свойственен недостаток, заключающийся во все еще высокой топливопроницаемости полимерной композиции и недостаточности механических свойств. Цель настоящего изобретения Одна цель настоящего изобретения заключается в предложении деталей топливной системы, у которых дополнительно уменьшают проникновение топлива в полимерную композицию у детали топливной системы, и у которых механические свойства остаются удовлетворительными. Настоящее изобретение Как в настоящее время, к удивлению, было установлено, деталь топливной системы, содержащая полимерную композицию, содержащую:i) полиамид А, у которого соотношение между концентрацией концевых карбоксигрупп и концентрацией концевых аминогрупп в полиамиде А равно 1 или более, иii) микротальк в количестве в диапазоне от 0,001 до 1 мас.% по отношению к общему количеству полимерной композиции иiii) модификатор ударопрочности в количестве, составляющем по меньшей мере 1 мас.% по отношению к общему количеству полимерной композиции, демонстрирует пониженную топливопроницаемость при одновременной демонстрации пониженной топливопроницаемости с сохранением механических свойств, таких как ударная вязкость на холоду при -30 С. Это может быть проиллюстрировано на примерах, которые перечисляются ниже. Термин "топливо" в настоящем документе понимается как включающий различные смеси углеводородов, использующихся в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания или двигателях с высокой степенью сжатия. Таким образом, данный термин, в частности, включает топочное масло, масло для дизельных двигателей и все категории бензина, а также смеси углеводородов и спиртов и тому подобное. Деталь топливной системы, соответствующая изобретению, демонстрирует на удивление низкую топливопроницаемость для этанолсодержащих топлив, также известных под наименованием биотоплив. Детали топливной системы в настоящем документе понимаются как детали, которые могут находиться в контакте с топливом, такие как топливные резервуары, топливные канистры, крышки заливной горловины топливного бака и топливные шланги. Топливные резервуары в настоящем документе понимаются как средства для вмещения топлива. В подходящем случае резервуар имеет одно или несколько отверстий, пригодных либо для раздельных, либо для объединенных заполнения топливом и/или высвобождения топлива. Полиамид А Полиамид А, присутствующий в детали топливной системы, содержащей полимерную композицию, включает все полукристаллические полиамиды, известные в настоящее время, у которых соотношение между концентрацией концевых карбоксигрупп и концентрацией концевых аминогрупп в полиамиде А равно 1 и более. Данное соотношение между концентрацией концевых карбоксигрупп и концентрацией концевых аминогрупп может быть выражено в виде:([концевые карбоксигруппы]/[концевые аминогруппы])1 (формула I),при этом [концевые карбоксигруппы] представляет собой концентрацию концевых карбоксигрупп в полимере в мэкв./кг, а [концевые аминогруппы] представляет собой концентрацию концевых аминогрупп в полимере в мэкв./кг. Концентрация концевых аминогрупп и концентрация концевых карбоксигрупп могут быть измерены в соответствии с методом, описанным в примерах. Предпочтительно соотношение между концентрацией концевых карбоксигрупп и концентрацией концевых аминогрупп в полиамиде А является большим чем 1, более предпочтительно составляющим по меньшей мере 1,1, а еще более предпочтительно по меньшей мере 1,2. Преимущество этого заключается в высокой термостойкости во время переработки в расплаве."Полукристаллический полиамид" в настоящем документе понимается как охватывающий полиамиды, имеющие кристаллические и аморфные области. Подходящие для использования полиамиды включают алифатические полиамиды, такие как РА 6, РА 66, РА 46, РА 410, РА 610, РАН, РА 12, РА 412, а также их смеси, но также и полуароматические полиамиды. Подходящие для использования полуароматические полиамиды включают полиамиды на основе терефталевой кислоты, подобные РА 6 Т, РА 9 Т,-1 023633 РА 4 Т и PA6T6I, а также PAMXD6 и PAMXDT, и их сополиамиды, а также их смеси, а также смеси алифатических и полуароматических полиамидов. Предпочтительно полиамид А в полимерной композиции выбирают из группы РА 6, РА 66 или их смесей, поскольку преимущество этого заключается в легкой доступности данных полиамидов и наличии у них хорошего базового уровня проникновения топлива в сочетании с хорошим уровнем пластичности или стойкости к ударным нагрузкам. Предпочтительно полиамид в полимерной композиции характеризуется повышенными молекулярной массой или относительной вязкостью раствора, поскольку в результате это приводит к пониженному проникновению топлива. Микротальк Микротальк, присутствующий в полимерной композиции, предпочтительно характеризуется медианным диаметром (срединным диаметром), меньшим чем 1 мкм, более предпочтительно меньшим чем 0,7 мкм, еще более предпочтительно меньшим чем 0,6 мкм. Распределение частиц по размерам у микроталька определяют при использовании высокоскоростного анализатора изображений. Данный анализатор проецирует все частицы в ограниченном образце в виде 2-мерных изображений и измеряет фактическую площадь поверхности всех захваченных отдельных частиц. Данную площадь поверхности впоследствии пересчитывают в круги, имеющие ту же самую площадь поверхности, для которых рассчитывают диаметр. После этого по известным методам определяют медианное значение для распределения частиц по размерам. Преимущество этого заключается в большей эффективности микроталька в отношении уменьшения уровня проникновения топлива в сопоставлении с частицами талька, имеющими более высокий медианный диаметр. Микротальк в полимерной композиции может присутствовать в очень малых количествах, таких как количество, составляющее по меньшей мере 0,001 мас.% по отношению к общему количеству полимерной композиции, предпочтительно по меньшей мере 0,01 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,02 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 0,04 мас.%. Предпочтительно микротальк в полимерной композиции может присутствовать в количестве, составляющем самое большее 0,8 мас.% по отношению к общему количеству полимерной композиции, более предпочтительно самое большее 0,5 мас.%, а еще более предпочтительно самое большее 0,2 мас.%. Количествам микроталька в соответствии с изобретением свойственно преимущество, заключающееся в сохранении достаточной ударной вязкости на холоду при -30 С. Модификатор ударопрочности Деталь топливной системы, соответствующая изобретению, содержит модификатор ударопрочности в количестве, составляющем по меньшей мере 1 мас.% по отношению к общему количеству полимерной композиции. Модификаторы ударопрочности как таковые известны и представляют собой каучукоподобные полимеры, которые включают не только аполярные мономеры, такие как олефины, но также и полярные или реакционно-способные мономеры, такие как, помимо прочего, акрилаты и мономеры, содержащие эпоксид, кислоту или ангидрид. Примеры включают сополимер этилена с (мет)акриловой кислотой или сополимер этилена/пропилена, функционализованный ангидридными группами. Преимущество модификаторов ударопрочности заключается в том, что они не только улучшают ударную вязкость полимерной композиции, но также и вносят свой вклад в увеличение вязкости. Предпочтительно количество модификаторов ударопрочности составляет по меньшей мере 5 мас.% по отношению к общему количеству полимерной композиции, более предпочтительно по меньшей мере 10 мас.%. Преимущество этого заключается в хорошей ударной вязкости. Предпочтительно количество модификаторов ударопрочности составляет самое большее 60 мас.% по отношению к общему количеству полимерной композиции, более предпочтительно самое большее 50 мас.%. Преимущество этого заключается в сохранении достаточных характеристик непроницаемости. Предпочтительно модификатор ударопрочности выбирают из группы полиолефина, функционализованного малеиновым ангидридом. Полиамид В Как, к удивлению, было продемонстрировано, дополнительное присутствие полиамида В, представляющего собой РА 410, в количестве, составляющем, по меньшей мере, 0,1 мас.% в расчете на общее количество полимерной композиции, в детали топливной системы, соответствующей изобретению, приводит к получению еще меньшей топливопроницаемости в сопоставлении с деталями топливной системы, не содержащими РА 410. РА 410 в настоящем документе понимается в качестве полиамида, содержащего мономерные звенья 1,4-диаминобутана и 1,10-октандикарбоновой (себациновой) кислоты. Предпочтительно РА 410 в полимерной композиции присутствует в количестве, составляющем, по меньшей мере, 0,2 мас.% по отношению к общему количеству в полимерной композиции. Более предпочтительно количество РА 410 составляет по меньшей мере 0,5 мас.%, еще более предпочтительно количество составляет по меньшей мере 1 мас.%. Предпочтительно РА 410 присутствует в количестве, составляющем самое большее 10 мас.%. Предпочтительно полимерная композиция содержит смесь из РА 6 и РА 410 или РА 66 и РА 410. Преимущество этого заключается в большом относительном приращении уменьшения проникновения топлива и хорошей пластичности детали топливной системы. Другие добавки Деталь топливной системы, соответствующая изобретению необязательно может содержать и другие добавки, такие как наполнители, красители, антиадгезионные составы и смазки. Подходящими для использования наполнителями являются минеральные наполнители, такие как глина, слюда, тальк, стеклянные шарики. Армирующими волокнами является, например, стекловолокно. В качестве армирующих волокон полиамидная композиция предпочтительно содержит от 5 до 60 мас.% стекловолокна по отношению к общему количеству полимерной композиции, более предпочтительно от 10 до 45 мас.%, а наиболее предпочтительно от 15 до 40 мас.% стекловолокна. Подходящее для использования стекловолокно в общем случае имеет диаметр 5-20 мкм, предпочтительно 8-15 мкм и снабжается покрытием, подходящим для использования в полиамиде. Одно преимущество полимерной композиции,содержащей стекловолокно, заключается в ее увеличенных прочности и жесткости, в частности, также и при более высоких температурах, что делает возможным использование при температурах, вплоть до близких к температуре плавления полимера в полимерной композиции. В качестве красителей, например, могут быть использованы технический углерод или нигрозин. Предпочтительно количество экстрагируемых веществ в детали топливной системы является небольшим во избежание загрязнения топливных магистралей и фильтров. Предпочтительно, таким образом, деталь топливной системы не содержит диспергатора. Способ изготовления детали топливной системы Изобретение также относится к способу изготовления детали топливной системы, соответствующей изобретению, в результате литьевого формования или раздувного формования или центробежного формования. Литьевое формование в настоящем документе понимается как включающее следующие стадии:a) нагревание полимерной композиции для получения вязкой жидкости;b) наполнение полости формы вязкой жидкостью;c) оставление вязкой жидкости в форме под давлением вплоть до ее охлаждения и затвердевания с образованием детали;e) извлечение детали. Полимерной композицией, использующейся на стадии а), является описанная выше полимерная композиция. Раздувное формование в настоящем документе понимается как включающее, по меньшей мере,следующие стадии:a) нагревание полимерной композиции для получения вязкой жидкости;b) формование заготовки из вязкой жидкости;c) расширение заготовки сжатым газом и прессование ее относительно полости формы вплоть до охлаждения и затвердевания заготовки с образованием детали;e) извлечение детали. Центробежное формование в настоящем документе понимается как включающее, по меньшей мере,следующие стадии:a) наполнение формы полимерной композицией;b) нагревание формы при одновременном ее вращении до температуры, при которой полимерная композиция расплавляется;c) диспергирование полимерной композиции на стенке формы;e) охлаждение формы вплоть до затвердевания полимерной композиции с образованием детали;g) извлечение детали. Полимерной композицией на стадии а) является описанная выше полимерная композиция. Предпочтительно деталь топливной системы, соответствующую изобретению, изготавливают в результате литьевого формования, поскольку получают детали топливной системы, демонстрирующие низкую топливопроницаемость при одновременном сохранении хороших механических свойств, таких как ударная вязкость на холоду при -30 С. Далее изобретение будет разъяснено в примерах, но не ограничивается этими примерами. Примеры Скорость проникновения топлива. Скорость проникновения топлива (Р) измеряли по методу потери массы в соответствии с документом ASTM E96BW, в котором воду заместили топливом ASTM fuel CE10 (образованным из 10 об.% этанола и 90 об.% топлива ASTM fuel С (смеси толуола и изооктана с составом 50/50 мас.%). Измерения проникновения топлива проводили при 40 С в сухих условиях. Среднеквадратическое отклонение в данном методе находится в диапазоне от 5 до 10%. Данные по ударной вязкости на холоду. Ударное воздействие с применением прибора Dynatup проводили при использовании руководства документов ASTM D 3763 и ISO 6603-2. Диски (2"1/8" (50,83,18 мм изготавливали в результате литьевого формования и подвергали испытанию при -30 С в сухом после формования состоянии. Диаметр бойка составлял 0,5 дюйма (12,7 мм) при диаметре опоры нижнего зажима в 1,5 дюйма (38,1 мм). Скорость испытания составляла 6,8 фут/с (2,07 м/с). Испытаниям подвергали, по меньшей мере, пять дисков. Диски из каждого материала размещали на ночь в морозилке при -30 С. Подвергаемые испытанию детали переводили из морозилки в камеру для испытаний по одному комплекту за раз. Диски подвергали испытаниям после достижения в камере равновесия на уровне заданной температуры. Концентрация концевых аминогрупп/концентрация концевых карбоксигрупп. Концевые карбоксильные группы определяли потенциометрически в о-крезоле в результате титрования при использовании гидроксида тетрабутиламмония. Концевые аминогруппы определяли потенциометрически в феноле в результате титрования при использовании хлористоводородной кислоты. Все массовые процентные содержания приведены по отношению к общему количеству полимерной композиции, если только не будет указано другого. Использующиеся полиамиды. РА 6 Микротальк. Медианный диаметр составлял 0,50 мкм, 99% были меньше, чем 5 мкм, 92% были меньше, чем 2 мкм и 75% были меньше, чем 1 мкм. Модификатор ударопрочности. В качестве модификатора ударопрочности использовали этиленовый сополимер, привитый малеиновым ангидридом (МАГ). Сравнительные примеры обозначают как С. Примеры, соответствующие изобретению, нумеруют I,II, III и так далее. Таблица 1. Данные по проникновению топлива и ударной вязкости на холоду (Т = 40 С) нм - не измерены. В табл. 1 представлены ясные примеры того, что комбинация из полиамида А, у которого соотношение между концентрацией концевых карбоксигрупп и концентрацией концевых аминогрупп в полиамиде А равно 1 и более, и содержания микроталька и модификатора ударопрочности в результате приводит к получению низких скоростей проникновения топлива при одновременном сохранении энергии при максимальной нагрузке при -30 С (примеры от I до V), в то время как сравнительные примеры, в которых микротальк отсутствует, характеризовались более высокой топливопроницаемостью (примеры С 1 и С 2). Кроме того, изучали эффект присутствия технического углерода. Табл. 2 демонстрирует результаты. Таблица 2. Воздействие технического углерода Табл. 2 ясно демонстрирует, что присутствие технического углерода практически не влияет на топливопроницаемость. Результаты измерения для топливных баков. Измерения проникновения проводили при 28 С и атмосферном давлении для предварительно пропитанных, герметизированных и изготовленных в результате раздувного формования баков, которые заполняли по меньшей мере на 40 об.% топливом СЕ 10. Баки изготавливали из полимерной композиции из 89 мас.% материала РА 6, характеризующегося соотношением между концентрацией концевых карбоксигрупп и концентрацией концевых аминогрупп, большим чем 1, 9,75 мас.% модификатора ударопрочности и 0,08 мас.% микроталька. Получали различные толщины. Скорость проникновения топлива представлена в табл. 3. Таблица 3 Как ясно демонстрируют результаты в табл. 3, деталь топливной системы, соответствующая изобретению, демонстрирует очень низкую скорость проникновения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Деталь топливной системы, содержащая полимерную композицию, содержащую:i) полиамид А, в котором соотношение между концентрацией концевых карбоксигрупп и концентрацией концевых аминогрупп в полиамиде А равно 1 или более, иii) микротальк в количестве от 0,001 до 1 мас.% по отношению к общему количеству полимерной композиции, где микротальк характеризуется медианным диаметром меньшим чем 1 мкм, иiii) модификатор ударопрочности в количестве, составляющем по меньшей мере 1,0 мас.% по отношению к общему количеству полимерной композиции. 2. Деталь топливной системы по п.1, отличающаяся тем, что количество микроталька находится в диапазоне от 0,01 до 0,5 мас.% по отношению к общему количеству полимерной композиции. 3. Деталь топливной системы по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что количество микроталька находится в диапазоне от 0,01 до 0,2 мас.% по отношению к общему количеству полимерной композиции. 4. Деталь топливной системы по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что соотношение между концентрацией концевых карбоксигрупп и концентрацией концевых аминогрупп в полиамиде А составляет по меньшей мере 1,1. 5. Деталь топливной системы по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что соотношение между концентрацией концевых карбоксигрупп и концентрацией концевых аминогрупп в полиамиде А составляет по меньшей мере 1,2. 6. Деталь топливной системы по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что модификатор ударопрочности выбирается из группы, состоящей из полиолефина, функционализованного малеиновым ангидридом. 7. Деталь топливной системы по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что полиамид А выбирается из группы РА 6, РА 66, РА 46, РА 410, РА 610, РА 11, РА 12, РА 412 или их смесей. 8. Деталь топливной системы по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что полиамид А выбирается из группы РА 6 и РА 66 или их смесей. 9. Деталь топливной системы по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что полимерная композиция дополнительно содержит полиамид В, который отличается от полиамида А и представляет собой РА 410, при этом полиамид В содержится в количестве, составляющем по меньшей мере 0,1 мас.% в расчете на общее количество полимерной композиции. 10. Деталь топливной системы по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что присутствует стекловолокно в количестве в диапазоне от 5 до 60 мас.% по отношению к общему количеству полимерной композиции. 11. Способ изготовления детали топливной системы по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что деталь топливной системы изготавливают путем литьевого формования.