專利名稱：熱塑性節(jié)流體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)用于內(nèi)燃機(jī)的空氣吸入裝置的節(jié)流體的方法，其包括注塑增強(qiáng)熱塑性組合物。本發(fā)明還涉及一種節(jié)流體，其包括至少由特定的熱塑性組合物制成的殼體，本發(fā)明還涉及包括這類節(jié)流體的空氣吸入裝置。
這種方法可見于EP 0926336A2。在該出版物中，節(jié)流體由具有高的(例如大于40％)玻璃/礦物含量的增強(qiáng)熱塑性材料形成，其可以承受連續(xù)的125℃的高溫，具有耐受普通汽車流體的化學(xué)性質(zhì)，通常是非-疏水性的，吸水率低于大約1.5％，是尺寸穩(wěn)定的，并且優(yōu)選具有較低的成本和與金屬相比重量較輕。優(yōu)選將聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯或聚苯硫醚用作所述熱塑性材料。
通常作為空氣吸入裝置的一部分的節(jié)流體和空氣吸入歧管由金屬例如鋁或鋼制成。這類金屬部件通常較重和較昂貴。因此考慮了塑料材料提供成本和性能益處的潛力。但是，雖然塑料的空氣吸入歧管已經(jīng)被廣泛地使用，但是節(jié)流體通常仍由金屬制成。
EP 0926336A2公開的熱塑性節(jié)流體的缺點(diǎn)是尺寸公差和穩(wěn)定性不夠。尺寸公差和穩(wěn)定性是這一應(yīng)用中必需的性能，因?yàn)樵谏a(chǎn)的一系列節(jié)流體之間的甚至微細(xì)的尺寸差別，或由于例如在使用期間變化的環(huán)境條件引起的節(jié)流體尺寸的小的變化，都可能妨礙發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間氣流的精確計(jì)量，或?qū)е略诠?jié)流體和空氣吸入歧管或通風(fēng)道之間的結(jié)合處滲入空氣濾清器。
因此，本發(fā)明的目的是提供生產(chǎn)熱塑性節(jié)流體的方法，該節(jié)流體沒有這些缺點(diǎn)或至少只在很小程度上具有這些缺點(diǎn)。
這一目的利用一種方法達(dá)到，其中節(jié)流體由作為增強(qiáng)熱塑性組合物的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物注射-模塑，該組合物包含成核劑和25-60質(zhì)量％的玻璃纖維。
由于已知聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物比例如聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯組合物更難以注射-模塑，因此本發(fā)明方法解決了上述問題是令人驚訝的。
本發(fā)明方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是與由金屬生產(chǎn)節(jié)流體相比具有更大的設(shè)計(jì)自由度。在使用類似于由金屬制成的部件的節(jié)流體設(shè)計(jì)時(shí)，本發(fā)明方法可以顯著地減輕重量，例如減輕大約60％。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以模塑具有很好的和光滑的表面外觀的部件。由本發(fā)明方法制造的節(jié)流體的令人驚奇和重要的優(yōu)點(diǎn)是可以明顯降低具有包括本發(fā)明節(jié)流體的空氣吸入裝置的客車的燃料消耗。
本發(fā)明的效果已經(jīng)由這樣一種節(jié)流體獲得，該節(jié)流體包括至少由聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物模塑的殼體，以及由其他材料如金屬制成的其他節(jié)流體部件，例如用于選擇性地控制氣流進(jìn)入空氣吸入歧管的閥元件和軸。更優(yōu)選，所述節(jié)流體殼體和所述閥元件由聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物制成，最優(yōu)選由相同的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物制造，所述組合物任選地包含潤滑劑。其優(yōu)點(diǎn)包括較低的造價(jià)、降低的部件之間的磨損和在變化的環(huán)境條件下更精確的操作?？梢允褂霉?jié)流體殼體和閥元件的不同設(shè)計(jì)或類型，包括常規(guī)殼體，其中可旋轉(zhuǎn)地裝配蝶型閥門。使用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物的優(yōu)點(diǎn)還在于較薄的模塑部件仍然具有高的強(qiáng)度和勁度。
用于本發(fā)明方法的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物包含作為基質(zhì)聚合物的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯聚合物，即基于作為主要單體的對(duì)苯二甲酸或其酯和乙二醇的聚酯。所述聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯還可以包含少量作為共聚單體的其他二酸，如間苯二酸，或其他二醇，如二乙二醇。優(yōu)選所述組合物包含至少聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯均聚物。在此聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯均聚物被理解為包含少于5mol％的不同于對(duì)苯二甲酸或其酯和乙二醇的單體。這類均聚物的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的熔點(diǎn)和較好的結(jié)晶行為。更優(yōu)選，所述聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯包含少于4mol％、甚至更優(yōu)選少于3mol％和最優(yōu)選少于2mol％的共聚單體。優(yōu)選組合物中至少50質(zhì)量％、最優(yōu)選至少75質(zhì)量％的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯是均聚物。所述組合物可以進(jìn)一步包含聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯共聚物，其包含多于5mol％的其他單體，如用于生產(chǎn)瓶子的類型的聚合物。這類聚合物可以純品級(jí)使用，但是也可以作為循環(huán)級(jí)使用，所述循環(huán)級(jí)聚合物是從使用后產(chǎn)品例如軟飲料瓶子回收的材料。
作為用于本發(fā)明方法的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物中的成核劑，可以使用任何已知的成核劑。優(yōu)選使用無機(jī)添加劑如微滑石或金屬羧酸鹽、特別是堿金屬羧酸鹽如苯甲酸鈉。更優(yōu)選，堿金屬羧酸鹽如苯甲酸鈉的用量為大約0.05到0.5質(zhì)量％(基于聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)。
用作本發(fā)明方法的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物中的增強(qiáng)劑的適合的玻璃纖維通常具有5到20μm、優(yōu)選8-15μm和最優(yōu)選9-11μm的纖維直徑，以便獲得機(jī)械性能、如勁度、強(qiáng)度和韌性和加工性能的最佳平衡。所述玻璃纖維在表面上具有膠料(sizing)，其與熱塑性聚酯相容并且通常包含環(huán)氧-或氨基-官能化合物。優(yōu)選所述膠料包含環(huán)氧官能化合物。其優(yōu)點(diǎn)是在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯中具有好的分散性和改進(jìn)的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物的長期機(jī)械性能、特別是改進(jìn)的疲勞行為。
在本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方案中，所述聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物包含28-50質(zhì)量％的玻璃纖維、更優(yōu)選30-45質(zhì)量％的玻璃纖維和甚至更優(yōu)選33-38質(zhì)量％玻璃纖維。其優(yōu)點(diǎn)是所述聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物具有更平衡的高強(qiáng)度和勁度、低的相對(duì)密度和容易的加工特性。
在本發(fā)明方法的特別的實(shí)施方案中，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物具有25和60質(zhì)量％之間的平均玻璃含量，該平均玻璃含量在不同批次的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物之間和在取自一批聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物的試樣之間具有不大于0.6％的標(biāo)準(zhǔn)偏差，并因此在用這些組合物模塑的不同部件之間具有不大于0.6％的標(biāo)準(zhǔn)偏差。典型的生產(chǎn)批量為大約5000到25000kg。優(yōu)選該標(biāo)準(zhǔn)偏差不超過0.5％、更優(yōu)選不超過0.4％和最優(yōu)選不超過0.3％。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，使用具有這樣窄的玻璃纖維含量分布的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物的方法，可以在節(jié)流體尺寸公差方面獲得很好的表現(xiàn)。除能夠得到恒定的和可重復(fù)的組合物和其模塑產(chǎn)品的相對(duì)密度之外，玻璃纖維含量的小的偏差還能夠使組合物熔體粘度具有較小的波動(dòng)，因此獲得了很穩(wěn)定的注塑工藝，即壓力、溫度等等的波動(dòng)很小。這不僅對(duì)于減少聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物在模塑工藝期間的降解有利，而且對(duì)于控制得到的模型制品的結(jié)晶度、密度、尺寸和殘余應(yīng)力有利。
通常，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物中的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的相對(duì)溶液粘度(RSV，在25℃下對(duì)1克聚合物在125克的7/10(m/m)三氯苯酚/苯酚混合物中的溶液進(jìn)行測(cè)定；所用方法按照ISO 1628-5)為1.50到2.00、優(yōu)選1.55-1.90、更優(yōu)選1.60-1.85和最優(yōu)選1.65-1.80。通常，較高的RSV將導(dǎo)致提高的模塑組合物的強(qiáng)度和韌性，而較低的RSV促進(jìn)組合物的熔體流動(dòng)和結(jié)晶速度。RSV處于該范圍時(shí)達(dá)到了最佳的性能，而不需要加入沖擊改性劑或流動(dòng)促進(jìn)劑。為了達(dá)到該RSV值，所述聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物可以在混合各種組合物組分之后在固態(tài)中后縮合，例如將粒狀形態(tài)的組合物在惰性氣氛中暴露到最高大約其熔點(diǎn)下10℃的高溫幾個(gè)小時(shí)。這樣的固態(tài)后縮合的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以基本上除去存在于所述組合物中的、可能影響組合物加工性能或其模塑部件性能的揮發(fā)物。
用于本發(fā)明方法的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物優(yōu)選基本上不含增塑劑，即其優(yōu)選不包含降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和發(fā)生自熔體結(jié)晶的溫度范圍的添加劑。其優(yōu)點(diǎn)是，在于高溫下連續(xù)使用期間，注射模型制品的性能不會(huì)由于增塑劑的損失而變化。
由于沒有增塑劑，所述聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物優(yōu)選被注射模塑到模具中，該模具保持恒定于較高的溫度，最高為大約170℃，以便獲得具有高的結(jié)晶度和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性的模塑部件。由于實(shí)用和工業(yè)方面的考慮，較低的模具溫度是優(yōu)選的。因此，在本發(fā)明方法中，優(yōu)選模具在110-170℃、更優(yōu)選125-160℃、甚至更優(yōu)選130-150℃和最優(yōu)選135-145℃之間的溫度下加熱。
用于本發(fā)明方法的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物還可以包含0-20質(zhì)量％的其他纖維的或顆粒的無機(jī)填料。優(yōu)選使用填料粒子，例如滑石或高嶺土，因?yàn)樗鼈冇兄谔岣呓M合物的勁度，而不不利地提高組合物性能的各向異性。
用于本發(fā)明方法的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物還可以包含少量的通常的添加劑，如穩(wěn)定劑和抗氧化劑、著色劑、加工助劑如脫模劑、粘度改性劑如增鏈劑、沖擊改性劑、潤滑劑、等等。適合的沖擊-改性劑的例子包括用活性基團(tuán)、環(huán)氧基團(tuán)官能化的橡膠狀的烯屬共聚物；烯烴和(甲基)丙烯酸酯的共聚物，例如乙烯/丙烯酸酯橡膠，其可以任選地被部分中和；或聚酯彈性體如聚醚酯嵌段共聚物。潤滑劑或減磨劑和降阻劑的適合的例子包括氟代烴，如聚(四氟乙烯)，石墨，或二硫化鉬。
用于本發(fā)明方法的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物可以使用技術(shù)人員眾所周知的方法通過混合各種組分來生產(chǎn)。適合的混合設(shè)備包括雙螺桿連續(xù)配混擠出機(jī)，其中各種組分分開地計(jì)量或作為預(yù)共混物計(jì)量。熔融混合物被擠出成為線料并造粒。造粒可以在干燥之后直接進(jìn)行，或進(jìn)行額外的固相后縮合步驟，以提高粘度。
在本發(fā)明方法最優(yōu)選的實(shí)施方案中，將包含作為成核劑的0.05-0.5質(zhì)量％(基于聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)苯甲酸鈉、35質(zhì)量％的玻璃纖維和具有1.60-1.85的RSV的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物注射-模塑到保持在1135-145℃的模具中。優(yōu)點(diǎn)是獲得的節(jié)流體顯示很好的尺寸公差和穩(wěn)定性、高的機(jī)械強(qiáng)度和勁度、在-40直至超過100℃的溫度范圍下的優(yōu)異的疲勞行為和很好的耐化學(xué)品性能和耐磨性能。
本發(fā)明還涉及用于內(nèi)燃機(jī)空氣吸入裝置的節(jié)流體，其包括至少由聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物注射-模塑的殼體，該組合物包含成核劑和25-60質(zhì)量％的玻璃纖維。該新型的節(jié)流體顯示如上所述的有利性能。優(yōu)選，該節(jié)流體的主要部分，至少殼體和閥元件，由所述組合物模塑。
本發(fā)明還涉及用于內(nèi)燃機(jī)空氣吸入裝置的節(jié)流體，其包括至少通過本發(fā)明方法制造的殼體。本發(fā)明方法的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物的注塑的優(yōu)點(diǎn)是模塑產(chǎn)品顯示很高的性能一致性。更優(yōu)選，該節(jié)流體的主要部分可以通過本發(fā)明方法制造，即至少節(jié)流體殼體和其閥元件可以通過本發(fā)明方法制造。
本發(fā)明還涉及內(nèi)燃機(jī)空氣吸入裝置，其包括本發(fā)明的節(jié)流體。其優(yōu)點(diǎn)是，由于該節(jié)流體具有較小的質(zhì)量，因此得到了具有較好平衡的通風(fēng)道、節(jié)流體和空氣吸入歧管的裝置。此外，配備有所述空氣吸入裝置的汽車顯示提高的燃油效率。優(yōu)選該通風(fēng)道和空氣吸入歧管也由熱塑性組合物制成。該通風(fēng)道可以由聚酰胺、例如聚酰胺6(PA6)、PA66或PA46組合物制造，或由嵌段共聚酯組合物、例如基于嵌段聚醚酯嵌段-共聚物的嵌段-共聚酯組合物制造。該空氣吸入歧管通常由玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺、例如PA6、PA66或PA46組合物制成。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這樣的全熱塑性空氣吸入裝置在用于汽車期間顯示較小的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，由此導(dǎo)致改善的空氣流動(dòng)。
現(xiàn)在將參考以下實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明。
實(shí)施例對(duì)常規(guī)的通常用鋁制造的節(jié)流體殼體設(shè)計(jì)進(jìn)行略微的改變，以適應(yīng)使用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物?？紤]到這類聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物與金屬比具有較低的熱導(dǎo)率，因此冷卻通道可以例如被省去。生產(chǎn)了注射-模塑工具，其裝在注射-模塑機(jī)上，并在140℃的恒溫下加熱。料筒溫度設(shè)定為285-280-280-285℃(從貯料斗到噴嘴)，將基于聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯均聚物的成核的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物進(jìn)行加工，所述組合物包含0.15質(zhì)量％(基于聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)的苯甲酸鈉，用35質(zhì)量％(基于組合物)的玻璃纖維增強(qiáng)，該玻璃纖維具有10μm的直徑并具有包含環(huán)氧化合物的膠料體系，預(yù)先干燥到含水量低于0.03質(zhì)量％的DSM Engineering Plastics(NL)的ArniteAV2370/B。RSV為1.73(在25℃下對(duì)1克聚合物在125克的7/10(m/m)三氯苯酚/苯酚混合物中的溶液進(jìn)行測(cè)定)。隨后將其他部件裝配到如此獲得的殼體上。該熱塑性節(jié)流體的重量為190克，而最初的金屬節(jié)流體為460克。因此在沒有針對(duì)使用的組合物的特定性能來優(yōu)化殼體設(shè)計(jì)的情況下，重量減少了大約60％。
將制造的節(jié)流體裝配在客車上的通風(fēng)道和空氣吸入歧管之間，經(jīng)受標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方案。尤其注意到，在空氣吸入歧管中風(fēng)壓為大約26.2MPa，而對(duì)于使用不具有本發(fā)明節(jié)流體的常規(guī)裝置的對(duì)照實(shí)驗(yàn)為26.8MPa。在該實(shí)驗(yàn)中，用一升燃料達(dá)到的平均行駛距離為19.0千米/升，而，而使用不具有本發(fā)明節(jié)流體的常規(guī)裝置的對(duì)照實(shí)驗(yàn)中平均距離為17.0千米/升。這說明，盡管沒有針對(duì)使用的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物的特定材料和加工性能對(duì)節(jié)流體和其部件如殼體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，燃料消耗仍幾乎降低了10％。
權(quán)利要求
1.生產(chǎn)節(jié)流體的方法，其包括注射模塑增強(qiáng)的熱塑性組合物，其特征在于，包含成核劑和25-60質(zhì)量％的玻璃纖維的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物被用作所述增強(qiáng)的熱塑性組合物。
2.權(quán)利要求1的方法，其中節(jié)流體殼體從所述聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物注射-模塑。
3.權(quán)利要求1的方法，其中節(jié)流體殼體和閥元件從相同的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物注射-模塑。
4.權(quán)利要求1-3任何一項(xiàng)的方法，其中所述聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物包含至少聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯均聚物。
5.權(quán)利要求1-4任何一項(xiàng)的方法，其中所述聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物包含30-45質(zhì)量％的玻璃纖維。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物包含33-38質(zhì)量％的玻璃纖維。
7.權(quán)利要求1-6任何一項(xiàng)的方法，其中所述聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物的相對(duì)溶液粘度為1.60-1.85。
8.權(quán)利要求1-7任何一項(xiàng)的方法，其中所述聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物基本上不含增塑劑。
9.權(quán)利要求1-8任何一項(xiàng)的方法，其中所述聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物被注射進(jìn)在135-145℃下加熱的模具。
10.用于內(nèi)燃機(jī)空氣吸入裝置的節(jié)流體，其包括至少由聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物注射模塑的殼體，該組合物包含成核劑和25-60質(zhì)量％的玻璃纖維。
11.內(nèi)燃機(jī)的空氣吸入裝置，其包括權(quán)利要求10的節(jié)流體。
全文摘要
本發(fā)明涉及生產(chǎn)節(jié)流體的方法，其包括注射－模塑一種增強(qiáng)熱塑性組合物，其中包含成核劑和25－60質(zhì)量％玻璃纖維的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組合物被用作所述增強(qiáng)熱塑性組合物。通過本發(fā)明方法制造的節(jié)流體具有以下優(yōu)點(diǎn)優(yōu)異的尺寸公差和穩(wěn)定性，節(jié)流體重量顯著減輕，并且配備有包括本發(fā)明節(jié)流體的空氣吸入裝置的內(nèi)燃機(jī)具有提高的燃油效率。
文檔編號(hào)C08J5/04GK1494634SQ02806043
公開日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2002年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月5日
發(fā)明者G·H·杜特默, J·－E·林, G H 杜特默, ち 申請(qǐng)人:Dsm Ip 財(cái)產(chǎn)有限公司