专利名称：机动车用纳米复合型塑料加油口管的制作方法
技术领域：
本发明开发研制了一种与机动车辆的塑料加油口管的燃料透过性相关的产品，即优 质纳米合成塑料加油口。通过降低塑料管类的渗透性，减少可变燃料车辆的废气的排出， 使其更适合法律法规和环保的要求。
背景技术：
众所周知，机动车的燃料是由油罐提供的，油罐不仅仅可以存储驱动车辆所需的燃 料，同时还为发动机提供燃料并操纵发动机。也就是说，油罐的表面上方接有塑料燃料 注入管，不过，这个燃料注入管是车辆的燃料装置中的上油装置，在完全密封的状态下 燃料通过上油器被输送至储油罐，燃料注入管起到了输送燃料的作用。塑料燃料注入管 由具有燃料注入管功能的加油口管的主要管道及排出注入燃料时流入到管内气体的装置 ——通气管构成。
上述加油口管的管道和通气管道是聚酰胺压制或用3D充气成形的产品，对烃煤气渗 透的密封效果明显高于其他同类高分子工程塑料产品。
同时，车辆的塑料加油口管的管道的主要原材料为聚酰胺、聚乙烯和其他一些高分 子工程塑料。现在，虽然汽油燃料的汽化后气体的渗透性能可以满足相关的排气限制， 但由于可变燃料车辆的出现，在使用可变燃料时大大降低了构成管道的原材料——聚酰 胺、聚乙烯和其他高分子工程塑料的渗透性，不仅无法达到废气的排出标准，还由于被 渗透的汽化气体，给环境造成了严重的污染。采用高分子工程塑料为原材料时，为了使 其汽化后气体渗透性能满足法律法规的标准，须采用多层构造制做或进行氟表面涂层， 但由于使用这些昂贵的原材料而大大加大了成本，同时还因为使用这些原材料导致严重 的环境污染。
不但如此，全世界对原油的依存度不断下降，同时为了保护环境降低污染物质的排 出， 一些使用乙醇和其他可代替燃料的可变燃料车辆也正在不断的增加。由于使用可变 燃料车辆的增加，现有的塑料加油口管的成形原材料的汽化后气体渗透性无法满足相关 法规的标准的情况也日趋严重。针对上述问题，开发研制可降低塑料加油口管道的汽化 后气体渗透性的代替材料是当务之急。
因此，将以上提到的本发明中的高分子工程塑料应用于机动车辆的塑料加油口管， 可减低汽化后气体渗透性，并满足有关机动车辆的排气规定。为适用因防止环境污染而
产生的多层构造和实施氟表面涂层所造成的成本增加，在制做加油口管的工序过程中排
除对环境产生污染的因素，向工程塑料中添加纳米粘土，制成纳米合成材料，应用于机 动车辆的加油口管路。
发明内容
本发明不仅适用于根据采用原有技术针对可变燃料车辆的加油口管路渗透的燃料的 汽化废气所做的规定，同时也是为节省制造成本，解决环境污染而研制的新产品。它的 目的在于向机动车辆的塑料加油口管的主要成形材料高分子工程塑料添加纳米合成成 分，制造生产更为优化的机动车辆用塑料加油口管。
另外，通过添加纳米合成材料，降低机动车辆加油口管路对汽化气体的渗透性，不仅 可以大大降低生产成本，还可使使用可变燃料的车辆的排废气标准满足不断被强化完善 的法律法规的规定，同时还可以降低二氧化碳，废气，及其他会对环境有害物质的排出， 减少对环境的污染。
为达到上述目的，本发明提供的解决问题的手段是本发明中使用了纳米合成材料 的机动车辆加油口管，会在水中对绿粘土系列粘土产生破坏，或使其存在于被膨胀的状 态下，并向粘土添加有机改质剂，替换具有交换性的阳离子的所在位置，通过使用有机 化过程中产生的有机化粘土生产制造高分子/粘土纳米复合材料。并将这种材料应用于 机动车的塑料加油口管。
另外，本发明将层状粘土和水的混合物调制成灰浆，将调制而成的灰浆通过高压喷雾 后制成纳米粘土，再将此纳米粘土与高分子树脂相混合，形成高分子/纳米复合材料。形 成后的高分子/纳米复合材料可应用于机动车辆的塑料加油口管。可从蒙脱石、硅酸镁锂、 膨润土中选择任何一种作为生产以上提到的层状粘土的原料。 发明的效果
在本发明中，纳米粘土分散于纳米尺寸中的纳米复合材料与通用高分子工程塑料相 比，在不损伤耐冲击性和韧性的情况下可显著增加强度，降低机动车辆燃料汽化气体的 渗透性，提高高温的稳定性，并能大幅度提高产品的耐摩耗性等。
而且，本发明中的纳米复合材料可不使用有机化剂等粘土改质剂，只需将粘土与水混 合并搅拌，并通过喷雾干燥法使粘土层间最终达到剥离的状态。也就是说， 一般在干燥 的时候，通过喷雾干燥的方法来防止由于粘土各层间的引力而引起粘土还原成原有的状 态。
同时，本发明中的纳米复合材料不需要制造有机化粘土这一过程，制造工程更单纯， 在有机化处理过程中还不会排出对环境有害的物质。而且，还能够生产具有纳米尺寸厚
度的板状纳米粘土粒子，高分子矩阵的种类还不会受到限制。
将通过以上方法制造的纳米复合材料应用于机动车辆的加油口管，不仅可以大大降低 生产成本，还可使使用可变燃料的车辆的排废气标准满足不断被强化完善的法律法规的 规定，同时还可以降低二氧化碳，机动车辆燃料的汽化气体，及其他对环境有害物质的 排出，减少对环境的污染。
具体实施例方式
本发明的最佳实施例本发明中的有机、无机纳米复合材料，是通过纳米技术和以 高分子为代表的有机材料相结合而生成的。有机、无机纳米复合材料可将纳米尺寸的无 机填充物均质分散于高分子矩阵，从而提高高分子树脂原有的物理性质，并赋予其前所 未有的新的性质。
决定纳米复合材料特性的无机填充物可以是金属纳米粒子、纳米尺寸的球形或板状的 层积状形态结构的陶瓷成分，或是球碳、碳纳米管为代表的纳米尺寸的新碳系材料等多 种物质。构成纳米复合材料的无机填充物即使只向三维构造中任何一个方进行纳米化,也 会给物性带来巨大的变化。与以分子为单位的化学反应的有机成分不同，无机填充物很 难处于纳米尺寸的稳定状态，而且制做工序相当花费工夫。因此人们努力寻求天然条件
下具有纳米尺寸构造的无机物，从1980年后半开始至今，人们都在苦心研究以粘土矿物
为代表的页硅酸盐。
平均每1克层状页硅酸盐具有800平方米的极其广阔的表面积，厚度大约有lnm，长度 位于30nm至1000nm之间，层状页硅酸盐拥有数十到数百层非常薄的薄层，当这种层积构 造被破坏，不同的纳米层作为一种纳米填充物被均质分散到高分子矩阵时，无机填充物 在凝集于数"m以上的尺寸的状态下，被导入到高分子介质内的高分子纳米复合材料没有 达到预期的效果。即使是极少的填充物含量与高分子树脂的物性相对比，在数倍的机械 物性增加的同时，可产生耐热性，电气特性，气体遮断性等多种物性的变化。
同时，自然界中存在着多种具有层状构造的无机化合物，页硅酸盐等粘土系列具有多 种反应性和空间扩张能力。层状页硅酸盐是由四面体构造的硅石层和八面体构造的氧化 铝层组合构成的。通过两层之间的-OH官能基縮合反应，硅酸铝可形成由其他矿物的变质 而生成的高岭石构造。硅石层和氧化铝层与以l:l的比例构成的高岭石不同，比例为2:1 的页硅酸盐内部的负电荷数按程度的不同被分类为滑石、绿粘土、蛭石、伊利石、云母 等类。特别是以蒙脱石、皂石、针钠钙石为代表的绿粘土系列材料具有优秀的插层反应。 本发明将纳米复合材料充分应用于机动车辆的塑料加油口管。
绿粘土系列粘土由Si四面体和AI八面体按2: l的比例构成，并且每三层构造
(Si-AI-Si)构成一张簿板，每张簿板大约有lnm的厚度，板和板之间的距离也约为lnm 左右。簿板重叠后构成绿粘土系列粘土的层状构造。同时，以上提到的绿粘土系列粘土 的板与板之间还存在着类似于Na+或Ca+的具有交换性的阳离子。如果向绿粘土系列粘土添 加水，水就会被具有交换性的阳离子吸收，阳离子膨胀变大，构成绿粘土系列粘土的板 就会崩溃，进而发生水合作用。
正因为具有以上提到的物性，人们致力于如何将绿粘土系列粘土应用到机动车辆零部 件的生产和建筑材料，高分子/粘土纳米复合材料的研制。但是，由于天然绿粘土系列 粘土的尺寸大约在10—20um左右，作用在粘土层和层之间的分子间力使高分子树脂内部 的粘土层很难产生剥离作用，插入高分子进行插层反应的粘土层与层之间的间隔只有非 常狭小的lnm左右，很难将天然绿粘土系列粘土制成纳米复合材料。
为解决上述问题，在水中对绿粘土系列粘土产生破坏,或使其存在于被膨胀的状态下， 并向粘土添加有机改质剂，替换具有交换性的阳离子的所在位置，通过使用有机化过程 中产生的有机化粘土生产制造高分子/粘土纳米复合材料。以上提到的有机化粘土的粒 子状态的尺寸在5—10nm左右。使用上述有机化粘土制造高分子/纳米复合材料时，当高 分子和纳米混合时会发生类似剪切力的作用，在此作用下，有机改质会使高分子材料插 入到层间距离处于分离状态的粘土层间，从而发生插层作用，再加上高分子材料与粘土 的混合作用，粘土的层与层被剥离，由于高分子内部分散的层间剥离作用的影响，粘土 在高分子材料的内部发生纳米化，从而得到本发明中的高分子/纳米复合材料。
另外，将层状纳米和水混合后制成灰浆，灰浆通过高压喷雾后制成纳米粘土，再将此 纳米粘土与高分子树脂相混合，也可制成本发明中提到的高分子/纳米复合材料。
本发明中的高分子/纳米复合材料即使不使用有机改质剂，也可制成纳米粘土，并通 过使用制成的纳米粘土制造高分子/纳米复合材料。以上提到的不使用有机改质剂制成纳 米粘土的制造方法，首先要将层状粘土与水相混合制成灰桨。绿粘土系列中的蒙脱石、 硅酸镁锂、膨润土均可制成层状粘土，以上提到的层状粘土的粒子的尺寸为"m。以上提 到的粘土吸收水分后灰浆便存在于层状构造被破坏的状态下。如果向以上提到的绿粘土 系列粘土中添加水分，水分子就会被钠或钙中的具有交换性的阳离子所吸附，该水分子 又会吸附其它的水分子，而形成水分子群，其表面的负电子也会增加。最终由于绿粘土 系列粘土层之间的间隔扩大，导致层状构造被破坏。
通过高压喷雾方法使上记层构造被破坏的灰浆干燥。灰浆干燥过程为，在175。C一185 。C的温度下预热后的喷雾管中，采用2. 5—3. 5kgf/cm3的压力对灰浆进行喷雾，在此工程 中，层被分解的粘土和水一同分别或构成几个层状的状态，此时其厚度为纳米的粘土粒 子中包含的类似于雾的水分子在接触到上述喷雾管的温度时，瞬间就会被干燥。其结果 导致粘土的面拥有O. 5—1. 0微米的大小，并可制成粘土厚度在100nm以下的纳米粘土。
以上提到的喷雾干燥方法在工程过程中极其简单，而且也不会使用对环境有害的物 质，是最佳的环保方法。向制成的纳米粘土中添加工程塑料后，即可制造本发明中的高 分子/纳米复合材料。
高分子树脂和纳米粘土的混合比率可根据使用的高分子树脂的种类或成形后物质的 种类的不同进行调节，各业者能够充分地理解上述比率。
添加硬化剂也可以制成以上提到的纳米复合材料的。这里的硬化剂主要是指像聚氧丙 亚胺之类的胺系列硬化剂，硬化剂的添加量可按希望的硬化程度进行适当的调节。
向高分子工程塑料中添加纳米粘土制成本发明中提到的纳米复合材料,硅酸盐层状构 造的粘土矿物以纳米尺寸板状为基本单位进行剥离,使其分散到高分子树脂内，包含将 聚乙烯、聚丙烯等通用性高分子的低机械的物性的界限提高到工程塑料水平的概念。
同时，在粒子状态下将拥有纳米尺寸(100nm以下)的层状粘土通过亲油性粘土进行 有机化，添加纳米粘土制造高分子/纳米复合材料。
通过上述方法制成的纳米复合材料被应用到机动车辆的加油口管，不仅可以降低生产 加油口管的成本，还可使使用可变燃料的车辆的排废气标准满足不断被强化完善的法律 法规的规定，同时还可以降低二氧化碳，机动车辆燃料的汽化气体，及其他会对环境有 害物质的排出，减少对环境的污染。
权利要求
1、一种机动车用纳米复合型塑料加油口管，其特征是首先，在水中破坏掉绿色粘土的结构，使其存在于一个膨胀的状态下，并向该粘土添加有机改质剂，利用有机改质剂来替换具有交换性的阳离子的所在位置，也就是通过使用有机化过程中产生的有机化粘土生产制造高分子/粘土纳米复合材料，并将这种材料应用于机动车的塑料加油口管。
2. 根据权利要求l所述的机动车用纳米复合型塑料加油口管，其特征是高分子/粘 土的原料可从聚酰胺及聚烯烃构成的群体中选择任何一种，利用其特性将其应用于机动 车用纳米复合型塑料加油口管。
3.一种机动车用纳米复合型塑料加油口管，其特征是将层状粘土和水的混合物调 制成灰浆，将调制而成的灰浆通过高压喷雾后制成纳米粘土，再将此纳米粘土与高分子 树脂混合而形成高分子/纳米复合材料，将形成后的髙分子/纳米复合材料应用于机动车 用纳米复合型塑料加油口管。
4. 根据权利要求3所述的机动车用纳米复合型塑料加油口管，其特征是层状粘土 的原料可从蒙脱石、硅酸镁锂、膨润土中选择任何一种，利用其特性将其应用于机动车 用纳米复合型塑料加油口管。
全文摘要
一种机动车用纳米复合型塑料加油口管，解决可变燃料车辆的加油管渗出的燃料的汽化气体不仅要符合有关排气的规定，同时为降低成本解决由排气造成的环境污染问题。本发明是在水中对绿粘土系列粘土产生破坏，或使其存在于被膨胀的状态下，向粘土添加有机改质剂，替换阳离子的所在位置，通过使用有机化过程中产生的有机化粘土生产制造高分子/粘土纳米复合材料。将这种材料用于塑料加油口管。此技术不仅大大降低生产成本，还使使用可变燃料的车辆的排废气标准满足规定，同时还降低二氧化碳，废气及有害物质的排出，减少污染。
文档编号C08L77/00GK101386262SQ20081021351
公开日2009年3月18日 申请日期2008年9月5日 优先权日2007年9月10日
发明者金东圭, 金基弘 申请人:可附特汽车零部件制造有限公司