中空箱體的制作方法

本發明涉及一種中空箱體及其成型方法，具體的說是一種帶有發泡層的中空箱體及其成型方法，屬于。

背景技術：

汽車塑料燃油箱相對于金屬燃油箱具有突出的優勢，特別是輕量化、更高的產品外形設計自由度等方面，已基本取代金屬燃油箱。隨著社會環境保護意識的加強，人們對汽車行業節能、環保的要求也越來越高，近年來，插電式混合動力汽車和增程式電動汽車逐漸成為各主機廠的研究熱點。但是，一般情況下，插電式混合動力汽車和增程式電動汽車僅由電動機驅動，發動機長期處于不工作狀態，隨著晝夜溫差變化和燃油箱內部熱量的交換，燃油箱中的燃料，如汽油，會產生較大的溫差，從而導致較高的燃油蒸汽壓，某些情況下甚至高達35KPa。此時，塑料燃油箱相對于金屬燃油箱的耐壓能力，表現尤為不足，處于劣勢。同時，由于插電式混合動力汽車和增程式電動汽車長期不啟動發動機，背景噪音降低，導致燃油在油箱內晃動產生的噪音很容易通過油箱壁傳遞到車身上，被乘客感知，進而降低顧客駕車體驗。因此，研究出一種隔熱、隔音、耐壓，且輕量化的塑料燃油箱迫在眉睫。

目前，各塑料燃油箱生產商主要的解決方案有：

1）通過在燃油箱內部插入加強桿件，來提高燃油箱的內部抗壓能力，但是該方法無法同時滿足燃油箱的跌落試驗和PV性能試驗；

2）通過制造出多壁油箱，來提高燃油箱的剛性、隔熱、隔音等性能。如：

(a)、TI公司申請的US20110215102A1專利，描述了一種帶有內、外壁的燃油箱，內壁與外壁部分連接，以提供內、外壁之間的間隙，外壁和內壁先后由筒狀型坯成型。該方法生產周期很長，且由筒狀型坯很難達到預期的構想，內壁形狀也較難控制。

(b)、KAUTEX公司申請的DE102011113845A1專利，描述了一種帶有保護套的燃油箱，該保護套是預先成型好的，其必須含有外層（纖維增強層）和硬質發泡層，保護套在型坯下料完成前通過機器人放入模具半模中。該方法增加了燃油箱本體的制造成本，且燃油箱的重量也大大提高。另外，由于保護套是預先制備好的，與燃油箱殼體粘結時，無法保證較好的層間粘結力；保護套放入模具半模中，會阻擋模具半模上的排氣孔，導致保護套與型坯之間氣體難以排出，在保護套和燃油箱殼體粘結處留有大量氣泡；保護套無法實現對燃油箱的全包裹，在燃油箱Half線處必會留有間隙，導致該處仍有熱量交換現象，無法達到很好的隔熱效果。

技術實現要素：

本發明正是針對現有技術中存在的技術問題，提供一種共擠發泡中空箱體及其成型方法，克服了上述技術中存在的不足，制備出一種具有隔熱、隔音、耐壓、輕量化等特點的塑料燃油箱。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種中空箱體，其特征在于，所述中空箱體從外到內包括：高密度聚乙烯（HDPE）層、回料層、粘結層、阻隔層、粘結層以及高密度聚乙烯層，所述中空箱體還包括至少一層發泡層，所述發泡層設置在高密度聚乙烯（HDPE）層、回料層、粘結層、阻隔層、粘結層以及高密度聚乙烯層這六層中的任意兩層之間。通過發泡層中間的密閉氣孔結構，可以達到隔熱隔音的效果，同時，隔熱的目的達到后，油箱的內部溫差減小，從而油箱內的壓差變小，相當于又起到了耐壓的作用。

作為本發明的一種改進，所述回料發泡層或者發泡層通過多層共擠發泡。

作為本發明的一種改進，所述發泡層的厚度為0.5mm-10mm。該厚度發泡材料隔熱效果較佳，理論上，發泡層夾在型坯中間，隔熱效果會更好。

作為本發明的一種改進，所述發泡層的基體材料為熱塑性塑料，優選增強性熱塑性塑料，目的是為改善發泡材料強度相對降低的缺點，從而提高或不降低中空箱體的剛度。所述熱塑性塑料為高密度聚乙烯、聚丙烯；增強性熱塑性塑料采用的增強方法是纖維增強、無機粒子增強、納米材料增強中的一種或多種。

作為本發明的一種改進，所述發泡層在中空箱體殼體中是連續分布的。

一種中空箱體，其特征在于，所述中空箱體從外到內包括：高密度聚乙烯（HDPE）層、回料發泡層、粘結層、阻隔層、粘結層以及高密度聚乙烯層，所述發泡層通過多層共擠發泡，所述發泡層的厚度為0.5mm-10mm。所述發泡層通過多層共擠發泡，其與各層之間具有較好的粘結力。所述發泡層在中空箱體殼體中是連續分布的。所述發泡層具有密閉的氣孔結構，且孔的大小、數量和分布可以根據中空箱體所需的性能要求進行調節；發泡材料形成氣孔密度、和大小，主要是根據發泡劑用量，發泡劑加入速率，擠出機擠出速率，螺桿結構，主體材料熔體強度等調節而調節的。

一種共擠發泡中空箱體的成型方法，其特征在于，所述方法如下：

1）共擠發泡：各層獨立擠出，發泡層在擠出過程中發泡，并與熔融塑化好的各層熔體在吹塑機模頭處匯聚，形成帶有發泡層的多層型坯；

2）預成型和組件內置，

片狀型坯，借助預成型模板對型坯進行預成型；借助機器人或組件內置裝置將內置組件連接到預成型好的型坯上；

筒狀型坯，無預成型步驟，組件內置步驟可視情況而定；

3）吹塑成型。

作為本發明的一種改進，所述步驟1）中，將擠出發泡與中空箱體吹塑成型相結合，很好地使發泡層與中空箱體其它壁層融為一體。所述擠出發泡的發泡方法，首先將所需助劑與發泡基體材料通過雙螺桿擠出機共混造粒，然后將造粒好的塑料粒子通過吹塑機平臺上的單螺桿擠出機擠出發泡。

作為本發明的一種改進，所述步驟1）中，發泡，選用的發泡劑為固體或者氣體（包括該氣體超零界流體狀態）發泡劑。固體發泡劑通過與造粒好的塑料粒子混合均勻后，加入到吹塑機平臺上的單螺桿擠出機中；氣體發泡劑通過在單螺桿擠出機熔融段加裝氣體注入裝置，將氣體注入到聚合物熔體中。從環境友好性和再回收利用角度考慮，優選CO₂、N₂等與發泡層基體材料不發生反應的氣體發泡劑。

作為本發明的一種改進，所述助劑是增強發泡層剛性的纖維材料、無機粒子、納米材料等；改善聚合物加工性能的增塑劑等；促進異相成核，提高成核密度的成核劑中的一種或者幾種混合。

作為本發明的一種改進，片狀型坯預成型，借助預成型模板，對型坯進行預拉伸，從而解決部分中空箱體局部壁厚不足且工藝參數難調節的問題。

相對于現有技術，本發明的優點如下：整個技術方案設計新穎，該技術方案首次將發泡成型與中空箱體的吹塑成型相結合，實現了帶有發泡層的中空箱體的一步成型。該技術方案所述發泡層具有N個封閉且獨立的氣孔結構，提高了中空箱體的隔熱、隔音性能，且由于隔熱，內部溫差減小，油箱內部壓差也會減小，相當于也增加了油箱的抗壓能力；同時，其隔音性能，還可以省去油箱中內置的防浪板。該技術方案所述發泡層的基體材料為熱塑性塑料，優選增強性熱塑性塑料，如碳纖維增強高密度聚乙烯材料等，其不僅可以提高中空箱體的剛性，使其耐壓能力得到很大程度的提升，還有利于調試中報廢的中空箱體的回收再利用，降低了中空箱體的制造成本。該技術方案所述發泡層與中空箱體其它壁層通過共擠發泡成型，保證了發泡層與中空箱體其它壁層之間的粘結力，且制造過程簡單，生產周期短，設備改造成本低。

附圖說明

圖1兩片型坯示意圖；

圖2筒狀型坯示意圖；

圖3采用回料作為發泡基體材料各層分布示意圖；

圖4發泡層位于外層（高密度聚乙烯層）和回料層之間，各層分布示意圖；

其中：1、高密度聚乙烯層， 2、回料層， 3、粘結層，4、阻隔層， 5、粘結層， 6、高密度聚乙烯層， 7、發泡層（包括回料發泡層）， 8、下料模頭， 9a、片狀型坯，9b、筒狀型坯。

具體實施方式

為了加深對本發明的理解和認識，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步描述和介紹。

實施例1：參見圖4，一種中空箱體，所述中空箱體從外到內包括：高密度聚乙烯（HDPE）層1、回料層2、粘結層3、阻隔層4、粘結層5以及高密度聚乙烯層6，所述中空箱體還包括至少一層發泡層7，所述發泡層7設置在高密度聚乙烯（HDPE）層1和回料發泡層2之間。該技術方案中，將發泡層設置在最外層的高密度聚乙烯層1和回料層2之間，除此之外，也可以將發泡層設置在高密度聚乙烯（HDPE）層1、回料發泡層2、粘結層3、阻隔層4、粘結層5以及高密度聚乙烯層6這六層中的任意兩層之間，通過發泡層中間的密閉氣孔結構，可以達到隔熱隔音的效果，同時，隔熱的目的達到后，油箱的內部溫差減小，從而油箱內的壓差變小，相當于又起到了耐壓的作用。該技術方案首次提出在現有的六層基礎上增加一層發泡層，具有更好的隔熱、隔音的技術效果。

實施例2：參見圖4，作為本發明的一種改進，所述發泡層7通過多層共擠發泡；所述發泡層的厚度為0.5mm-10mm，該厚度發泡材料隔熱效果較佳，理論上，發泡層夾在型坯中間，隔熱效果會更好。所述發泡層在中空箱體殼體中是連續分布的。其余結構和優點與實施例1完全相同。

實施例3：參見圖4，作為本發明的一種改進，所述發泡層7的基體材料為熱塑性塑料，優選增強性熱塑性塑料，目的是為改善發泡材料強度相對降低的缺點，從而提高或不降低中空箱體的剛度。所述熱塑性塑料為高密度聚乙烯、聚丙烯；增強性熱塑性塑料采用的增強方法是纖維增強、無機粒子增強、納米材料增強中的一種或多種。其余結構和優點與實施例1完全相同。

實施例4：參見圖3，一種中空箱體，所述中空箱體從外到內包括：高密度聚乙烯（HDPE）層1、回料發泡層7、粘結層3、阻隔層4、粘結層5以及高密度聚乙烯層6，所述發泡層通過多層共擠發泡，所述回料發泡層的厚度為0.5mm-10mm。所述發泡層通過多層共擠發泡，其與各層之間具有較好的粘結力。所述發泡層在中空箱體殼體中是連續分布的。所述發泡層具有密閉的氣孔結構，且孔的大小、數量和分布可以根據中空箱體所需的性能要求進行調節，該技術方案中，回料作為發泡層的基本材料，替換了傳統的回料層。該技術方案所述發泡層具有N個封閉且獨立的氣孔結構，提高了中空箱體的隔熱、隔音性能。

實施例5：參見圖1、圖2，一種共擠發泡中空箱體的成型方法，所述方法如下：

1）共擠發泡：各層獨立擠出，發泡層在擠出過程中發泡，并與熔融塑化好的各層熔體在吹塑機模頭處匯聚，形成帶有發泡層的多層型坯；

2）預成型和組件內置，

參見圖1，片狀型坯，借助預成型模板對型坯進行預成型；借助機器人或組件內置裝置將內置組件連接到預成型好的型坯上；

參見圖2，筒狀型坯，無預成型步驟，組件內置步驟可視情況而定；

3）吹塑成型。

所述步驟1）中，將擠出發泡與中空箱體吹塑成型相結合，很好地使發泡層與中空箱體其它壁層融為一體。所述擠出發泡的發泡方法，首先將所需助劑與發泡基體材料通過雙螺桿擠出機共混造粒，然后將造粒好的塑料粒子通過吹塑機平臺上的單螺桿擠出機擠出發泡。

所述步驟1）中，發泡，選用的發泡劑為固體或者氣體（包括該氣體超零界流體狀態）。固體發泡劑通過與造粒好的塑料粒子混合均勻后，加入到吹塑機平臺上的單螺桿擠出機中；氣體發泡劑通過在單螺桿擠出機熔融段加裝氣體注入裝置，將氣體注入到聚合物熔體中。從環境友好性和再回收利用角度考慮，優選CO₂、N₂等與發泡層基體材料不發生反應的氣體發泡劑發泡劑。

所述助劑是增強發泡層剛性的纖維材料、無機粒子、納米材料等；改善聚合物加工性能的增塑劑；促進異相成核，提高成核密度的成核劑等。

片狀型坯預成型，借助預成型模板，對型坯進行預拉伸，從而解決部分中空箱體局部壁厚不足且工藝參數難調節的問題。

需要說明的是，上述實施例僅僅是本發明的較佳實施例，并沒有用來限定本發明的保護范圍，在上述技術方案技術上做出的等同替換或者替代，均屬于本發明的保護范圍。