多層塑料油箱用膠粘劑粘接性能和耐油性研究

王明輝，唐舫成，汪加勝

（廣州鹿山新材料股份有限公司，廣東 廣州 510530）

多層塑料油箱用膠粘劑粘接性能和耐油性研究

王明輝，唐舫成，汪加勝

（廣州鹿山新材料股份有限公司，廣東 廣州 510530）

本文闡述了多層塑料油箱的結(jié)構(gòu)，并研制了新型膠粘劑．對(duì)膠粘劑的長(zhǎng)期耐燃油浸泡特性及粘接效果的長(zhǎng)期穩(wěn)定性進(jìn)行研究，著重介紹了汽車多層共擠油箱在外界惡劣氣候條件下粘合強(qiáng)度的老化性能．結(jié)果表明，多層塑料油箱不同部位粘接強(qiáng)度不同，膠粘劑的耐燃油浸泡特性呈現(xiàn)出先快速下降后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)．

多層塑料油箱；耐油性；膠粘劑

近年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)的汽車工業(yè)得到大幅度發(fā)展，中國(guó)汽車產(chǎn)量從2002年的300萬輛左右上升到2009年的1300萬輛左右，預(yù)計(jì)2010年銷量達(dá)到1800萬輛，其產(chǎn)量的增加幅度也創(chuàng)了歷史新高［1］．燃油箱是汽車重要的安全部件，它必須牢固、密封、阻燃、耐沖擊、不易滲漏．傳統(tǒng)油箱通常由金屬制造，塑料油箱因其質(zhì)量輕、造型隨意、加工方便、安全防爆的諸多優(yōu)點(diǎn)正得到越來越廣泛地普及［2］．

國(guó)際上日益嚴(yán)格的環(huán)保法律和對(duì)節(jié)能減排要求，以及人們對(duì)低碳生活的追求，汽車作為人們出行必不可少的交通工具，在世界各國(guó)都成為環(huán)境污染的一個(gè)挑戰(zhàn)．世界上許多國(guó)家采取措施來降低污染，其中包括對(duì)汽車尾氣排放量和燃油泄漏量的限制．美國(guó)加州PZEV標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，從2005年起，每輛汽車在24 h內(nèi)的燃油泄漏量必須小于54 mg．因此，環(huán)保和節(jié)能減排要求汽車油箱的低燃油泄漏量，對(duì)汽車油箱的材料提出了新的要求，多層復(fù)合材料成為解決該問題的首選材料．

多層汽車塑料油箱由不同功能的塑料共擠吹塑而成，不同層之間的粘合強(qiáng)度是生產(chǎn)高阻隔、高性能耐用油箱的關(guān)鍵，而多層材料在燃油浸泡及長(zhǎng)期環(huán)境變化中不脫層，安全穩(wěn)定性高成為汽車油箱最重要的性能．本文分析了粘合劑的粘接效果、加工工藝、燃油長(zhǎng)期浸泡等因素對(duì)多層共擠油箱綜合性能的影響．

1 多層共擠汽車油箱的結(jié)構(gòu)

圖1為多層共擠汽車塑料油箱的6層結(jié)構(gòu)［3］．6層復(fù)合塑料燃油箱由 HDPE（內(nèi)層）、粘接層、EVOH、粘接層、HDPE回收料及裝飾層組成．多層塑料油箱的基層是多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的主體，厚度較大，主要提供制品的硬度、剛度和尺寸穩(wěn)定性；功能層為阻透層；回收料層可以降低成本．

圖1 多層共擠汽車塑料油箱的結(jié)構(gòu)

2 塑料油箱用膠粘劑的粘接性能

多層中空吹塑得到的汽車油箱形狀不規(guī)則，各個(gè)部位的厚度不相同，多層結(jié)構(gòu)各個(gè)組分層的厚度比例也不相同，其橫截面示意圖見圖2．

圖2 多層塑料油箱橫截面示意圖（1～6分別表示油箱橫截面不同部位）

在油箱制品的拐角處和形狀變化較大的部位，各層所占比例變化大，厚度不易控制，對(duì)膠粘劑的要求較高，本文研究了不同部位的粘接強(qiáng)度，結(jié)果見圖3．內(nèi)層強(qiáng)度指HDPE（內(nèi)層）與EVOH功能之間的剝離強(qiáng)度，外層強(qiáng)度指EVOH與HDPE回收料之間的剝離強(qiáng)度．從圖中結(jié)果可以看出，在實(shí)際中空吹塑過程中，在油箱的形狀拐角處和形狀變化較大的部位，層間的粘接效果較差，比油箱形狀平滑區(qū)域部位要低，成為多層塑料油箱的薄弱環(huán)節(jié)．因此，多層塑料油箱用膠粘劑必須適應(yīng)中空吹塑生產(chǎn)工藝，保證油箱各個(gè)部位的粘接強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求．

圖3 油箱不同部位剝離強(qiáng)度

3 多層汽車油箱的耐燃油浸泡性能

汽車是耐用消費(fèi)品，對(duì)油箱來說，最重要的是使用過程中的性能保證．對(duì)于6層塑料油箱，其粘合強(qiáng)度隨著使用時(shí)間、燃油的浸泡、惡劣氣候條件等因素的變化尤其重要．本文研究了了廣州鹿山新材料股份有限公司的開發(fā)的膠粘劑M－1的耐油性能，討論了膠粘劑的吸油率和燃油浸泡剝離強(qiáng)度隨時(shí)間的變化．吸油率是塑料在燃油的長(zhǎng)期浸泡后重量的增加比例．

圖4 吸油率與浸泡時(shí)間關(guān)系

圖5 剝離強(qiáng)度與燃油浸泡時(shí)間關(guān)系

圖4和圖5分別為吸油率和燃油浸泡剝離強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線．從圖4和圖5可以看出，膠粘劑具有長(zhǎng)期耐油性．膠粘劑在燃油浸泡初始階段重量增加，后期變化較小，這是因?yàn)楦呔畚镏蟹肿渔溨g有一定的間隙或者空洞，燃油小分子能夠進(jìn)入造成重量增加．多層油箱內(nèi)層的剝離強(qiáng)度在燃油浸泡后呈現(xiàn)出初始階段下降較大而后趨于平緩的現(xiàn)象，這是因?yàn)楣δ軐覧VOH和HDPE之間的粘接機(jī)理是氫鍵、化學(xué)鍵、分子間作用力和分子鏈的物理纏繞等綜合作用，燃油浸泡會(huì)使分子間作用力以及物理纏繞等作用減小造成剝離強(qiáng)度的下降，而形成的化學(xué)鍵就不會(huì)受燃油浸泡的影響．

4 結(jié) 論

隨著汽車業(yè)在中國(guó)的快速發(fā)展、環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)和法規(guī)的提高，多層汽車油箱產(chǎn)業(yè)會(huì)朝著技術(shù)含量更高、長(zhǎng)期安全性更好的方向發(fā)展．膠粘劑劑成為生產(chǎn)高阻隔、高性能耐用多層汽車塑料油箱的關(guān)鍵．汽車多層塑料油箱在長(zhǎng)期使用時(shí)的性能尤其重要，在燃油及外界惡劣氣候條件下多層塑料油箱粘合強(qiáng)度隨燃油浸泡時(shí)的老化性能應(yīng)成為衡量膠粘劑的性能的重要因素．

［1］張超．HDPE汽車燃油箱專用樹脂現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］．塑料包裝，2009，19（6）：21－23．

［2］顧永安．多層共擠汽車塑料油箱的生產(chǎn)及粘合強(qiáng)度的探討［J］．塑料工業(yè)，2006，34（6）：64－67．

［3］夏潔，肖敏，張勇．車用塑料燃油箱技術(shù)及其專用樹脂情況調(diào)研［J］．塑料制造，2007，6：118－122．

The stability of multi－layer plastic fuel tank soaked in fuel

WANG Ming－h(huán)ui，TANG Fang－cheng，WANG Jia－sheng
（Guangzhou Lushan New Materials Co．，Ltd．，Guangzhou 510530，China）

The structures of multi－layer plastics fuel tanks were briefly introduced．A new type of adhesive with long－term resistance to fuel was developed．The results show that the petrol and diesel made the different effect on the adhesive．The long－term bonding effect decline sharply at the first days，then the adhesive strength was stabilized．

multi－layer plastics fuel；tank stability；adhesive

TQ437．9

A

1673－9981（2010）04－0418－03

2010－10－21

王明輝（1982—），男，河南人，博士．