專利名稱：燃料系統(tǒng)的管道及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料系統(tǒng)的管道，特別涉及一種具有機(jī)械整體性、良好的耐化學(xué)腐蝕性和耐熱老化的性能及良好的防蒸汽泄漏特性的燃料系統(tǒng)的管道。
將燃料輸送到小汽車、公共汽車、船只、飛機(jī)之類的發(fā)動機(jī)中的管道是這些交通工具中燃料供應(yīng)系統(tǒng)的重要部件。同樣，輸送燃料蒸汽的管道也是這些燃料供應(yīng)系統(tǒng)中的重要部件。這些管道必須具有許多特性，其中包括防蒸汽泄漏及耐化學(xué)腐蝕。由于越來越嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)以及迅迎發(fā)展和大量采用燃料中的含氧化合物和燃料添加劑，對管道特性的要求也越來越高。很多這類含氧化合物可使燃料系統(tǒng)的管道嚴(yán)重腐蝕。
一種具有良好的耐化學(xué)腐蝕和防蒸汽泄漏特性的材料是聚四氟乙烯(PTFE)，因而，這種材料可被用作燃料供應(yīng)系統(tǒng)中的管道。但PTFE一類材料常常具有使它們難于用于這種管道的特性。例如，碳氟聚合物以“滑溜”而著稱，這使得難于用它構(gòu)成具有機(jī)械穩(wěn)定性的管道。
美國專利3050786(授權(quán)于St.John等人)公開了一種襯有PTFE的管道。該專利在揭示這種碳氟聚合物優(yōu)越特性的同時，也承認(rèn)它們的缺陷“盡管PTFE具有很高的柔性，并可在正常條件下耐受200°F以上的溫度，但它仍只是一種塑料，不具備金屬或其它非塑料材料所具備的機(jī)械強(qiáng)度。因此，需要研究一種將PTFE與其它具備一定機(jī)械強(qiáng)度的材料組合起來的適當(dāng)方法。”長期以來一直需要一種采用機(jī)械穩(wěn)定的碳氟內(nèi)襯或內(nèi)涂層的管道。如授權(quán)于St.John等人的上述專利所述“如果有人尋求一種具有鋼的強(qiáng)度和PTFE的化學(xué)惰性的管子，一個自然的方案是在一根鋼管中加樹脂內(nèi)襯。但說起來容易，做起來卻難。合乎要求的加襯應(yīng)使得在管道的預(yù)期壽命內(nèi)內(nèi)襯不會從管壁上脫落。作為襯里的材料應(yīng)具有足夠厚度以避免泄漏。在采用PTFE懸浮液作為管子內(nèi)涂層時會遇到很多困難。為了獲得足夠的壁厚，應(yīng)反復(fù)涂覆。同時，還沒有一種使涂層與其它材料結(jié)合得很理想的合適方法。而將一種直徑特別大的內(nèi)襯擠壓入管孔中的方法不適于長度超過幾英寸的管子?！笔跈?quán)于St.John等人的上述專利試圖克服這些缺點(diǎn)，它采用一種預(yù)壓燒結(jié)的PTFE樹脂的管子，該樹脂在常溫下尺寸保持穩(wěn)定而在加熱時周長改變。在該方法中，將PTFE管插入管道的外套中，再加熱使其膨脹而實(shí)現(xiàn)兩者緊密配合。
盡管St.John等人提出的方案在某些情況下可能具有優(yōu)點(diǎn)，但申請人也發(fā)現(xiàn)這種技術(shù)存在缺陷。例如，與PTFE接觸的外套本身在將PTFE樹脂膨脹和/或收縮以獲得緊密接觸的溫度下可能不具備熱穩(wěn)定性。此外重要的是，申請人發(fā)現(xiàn)管狀的PTFE產(chǎn)品特別是薄壁PTFE管狀產(chǎn)品對處理過程中的扭曲和變形非常敏感。這種扭曲和/或變形非常有害，因?yàn)樗鼤筆TFE材料的抗蒸汽泄漏的性能大大降低。由于此外加原因，St.John等人的上述專利所披露的方法因PTFE內(nèi)襯的變形或扭曲而不適用。
本發(fā)明的目的是提供一種既有機(jī)械整體性又抗化學(xué)腐蝕的燃料系統(tǒng)管道。
本發(fā)明的目的還在于提供一種既有機(jī)械整體性又防蒸汽泄漏的燃料系統(tǒng)管道。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種具有碳氟聚合物內(nèi)襯的燃料系統(tǒng)管道。
本發(fā)明的又一個目的在于提供一種管道成形方法，其中塑料內(nèi)襯在制造過程中不會受到有害的扭曲或變形。
本發(fā)明的申請人發(fā)現(xiàn)按照本發(fā)明構(gòu)成的燃料系統(tǒng)管道可以達(dá)到上述目的。特別是申請人發(fā)現(xiàn)包括下列構(gòu)件的機(jī)動車燃料管道性能良好，該管道包括一個內(nèi)管;一個大體包圍該內(nèi)管的外管;以及位于內(nèi)管外表面與外管內(nèi)表面界面的機(jī)械鎖定裝置，用以防止內(nèi)管和外管間的相互運(yùn)動。根據(jù)最佳實(shí)施例，該機(jī)械鎖定裝置包括一組位于外管內(nèi)表面和內(nèi)管外表面上的嚙合凸起和凹陷。例如，在某些實(shí)施例中，管道包括在至少一部分外表面上具有凹陷、例如槽或切口的內(nèi)管，以及具有凸起的外管，這些凸起至少部分地填入內(nèi)管外表面上的凹陷中。根據(jù)特別推薦的實(shí)施例，內(nèi)管和外管均由聚合物材料構(gòu)成，且均具有凸起和凹陷。
雖然不是必需的，但本發(fā)明的管道最好由本發(fā)明的方法構(gòu)成。本發(fā)明的方法包括制成第一管狀構(gòu)件，在其至少一部分外表面上具有凸起和/或凹陷，在該第一管狀構(gòu)件上熔融擠出第二聚合物管狀構(gòu)件，使得在擠壓過程中第二管狀構(gòu)件的聚合物材料流入凹陷中和/或圍繞在凸起周圍。因此，在內(nèi)管的凹陷和/或凸起上擠壓出的聚合物材料可在兩管間形成緊密而穩(wěn)固的機(jī)械結(jié)合，而內(nèi)管不會扭曲或變形。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的內(nèi)管透視圖;
圖1A是顯示圖1中管子上凹槽和凸起的放大透視圖;
圖2是采用圖1內(nèi)管的燃料管道的部分截面透視圖;
圖3是圖2燃料管道的截面圖。
Ⅰ.燃料系統(tǒng)管道本發(fā)明中改進(jìn)的燃料系統(tǒng)管道包括一個內(nèi)管。本領(lǐng)域技術(shù)人員都知道，本發(fā)明的內(nèi)管將容納燃料和/或蒸汽并與之接觸。這樣，該管道中的內(nèi)管或內(nèi)襯部分不僅應(yīng)當(dāng)具有柔韌性、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性，還應(yīng)當(dāng)具有很強(qiáng)的抗液體及蒸汽泄漏的特性。很多材料都可滿足這些要求，可被用于本發(fā)明的實(shí)施例中。但本發(fā)明的管道中內(nèi)管或內(nèi)襯最好包括由碳氟聚合物樹脂構(gòu)成的部件。眾所周知，碳氟聚合物是一類部分或全部氫原子由氟原子取代的鏈烴聚合物。本發(fā)明的內(nèi)管可由從下列包含碳氟樹脂的材料族中選擇的材料構(gòu)成，它們是聚四氟乙烯(PTFE)，氟化乙烯-丙烯共聚物(FEP)，全氟烷氧基樹脂(PFA)，聚氯三氟乙烯(PCTFE)，乙烯-三氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)，乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)，聚偏氟乙烯(PVDF)，聚氟乙烯(PVF)，以及一種或數(shù)種上述物質(zhì)的混合物。盡管上述碳氟聚合物，包括均聚物、共聚物、上述任一種嵌段和接枝共聚物都可被采用，但PTFE樹脂是最好的。
在最佳結(jié)構(gòu)中，內(nèi)管是一種復(fù)合管道，它包括一個PTFE樹脂構(gòu)成的外部構(gòu)件和一個由PTFE與半導(dǎo)體碳的混合物構(gòu)成的內(nèi)部構(gòu)件。
本發(fā)明的燃料管道還具有一個同軸的外管。一般外管最好有助于提高管道的強(qiáng)度和機(jī)械穩(wěn)定性。盡管許多材料都可被用來構(gòu)成外管，但本發(fā)明的實(shí)施例中外管最好由熱塑樹脂構(gòu)成。同樣，盡管許多熱塑樹脂可用于本發(fā)明，但目前看來聚酰胺樹脂可產(chǎn)生很好的結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的重要實(shí)質(zhì)特征，本發(fā)明的燃料管道包括機(jī)械鎖定裝置，例如包括相互作用的凸起和凹陷，使內(nèi)管和外管不能相互轉(zhuǎn)動，也不能沿縱向相互移動。在最佳實(shí)施例中，該鎖定裝置包括位于內(nèi)管外表面上的脊或谷，以及位于外管內(nèi)表面上的相嚙合的脊或谷。在特別推薦的實(shí)施例中，這種脊或谷在管子的外和/或內(nèi)表面上大體上沿縱向延伸。盡管可以想象在某些場合單一的脊或谷就具有所需的鎖定功能，但最好在內(nèi)管的外表面設(shè)置一組縱向脊，而每對脊之間由谷分開。當(dāng)然，該實(shí)施例中在外管內(nèi)表面應(yīng)具有與之嚙合的脊和谷?？v向脊的數(shù)目可多可少，但在內(nèi)管上最好每吋周長包含約20-約50條脊，而每吋周長約30-約40條脊更好。同樣，脊的準(zhǔn)確形狀和尺寸也可變化。但最好是脊包括尖蜂，而谷包括尖槽。在其它實(shí)施例中，谷部可在兩脊之間具有一個園形底部。由于管子內(nèi)徑約為0.3-約0.4吋，則從管子內(nèi)表面到谷底的壁厚最好約為10-約20密爾，而峰從谷底約平均升起5-約10密爾(約5-約8密爾更好)。這樣，本發(fā)明的內(nèi)管的實(shí)心壁厚最好約為10-約20密爾，而總厚度(包括凸起)約為15-約30密爾。
顯然，本發(fā)明的縱向脊和谷特別適用于防止或至少阻止外管和內(nèi)管之間的相互轉(zhuǎn)動。為了防止或阻止內(nèi)管和外管間的縱向移動，最佳實(shí)施例中包括一個凹槽或脊，它具有一個橫向于管軸的結(jié)構(gòu)部件。該部件最好是在內(nèi)管外表面上的螺旋凹槽、谷或切口。由于這種凹槽、谷或切口具有橫向于管軸的部分，所以借助于它與外管內(nèi)表面上的相應(yīng)螺旋形脊的嚙合，可以防止或阻止管子的縱向相互移動。當(dāng)然在本實(shí)施例中縱向鎖定的程度取決于、或至少部分地取決于螺旋形槽或脊的間距。盡管在本發(fā)明范圍內(nèi)間距可有較大變動，但本發(fā)明的內(nèi)管最好包括一個單一的大體上連續(xù)的凹槽或脊，其間距為沿縱向每吋管子約2-約4圈。
根據(jù)特別推薦的實(shí)施例，管子既有縱向的又有螺旋的凹槽/脊。這樣，本發(fā)明的鎖定裝置具有很好的效果。
下面參照圖1-3介紹本發(fā)明的一個最佳實(shí)施例。具體地說圖1-3以透視圖和截面圖形式示出一種改進(jìn)的燃料系統(tǒng)的管道(標(biāo)號為10)。管道10包括PTFE內(nèi)管12，和一個同軸的聚酰胺外管14。如圖1、2所示，內(nèi)管12包括一組由谷或凹槽17分開的平行脊16，它們沿內(nèi)管12的外表面縱向延伸。管子12的內(nèi)表面由半導(dǎo)體碳12A的內(nèi)層構(gòu)成。半導(dǎo)體碳層12A起電接地作用，用于防止在管內(nèi)產(chǎn)生有害的電火花。外管14覆蓋內(nèi)管12，最好是完全包圍內(nèi)管，并在內(nèi)部具有一組縱向延伸的脊18和谷19，它們與內(nèi)管12外表面上的谷17和脊16嚙合。脊16、18與谷19、17分別嚙合及鎖定，可防止或阻止內(nèi)管12與外管14間的相互轉(zhuǎn)動。
參照圖1和圖1A，管道10的內(nèi)管12還包括螺旋形溝槽20。如圖3所示，位于外管內(nèi)表面上的相應(yīng)螺旋形脊21填在溝槽20中?？梢钥吹郊购蜏喜?6-19在管子的長度方向不是連續(xù)的，而是由螺旋形脊/溝槽對21/20分成若干段。這樣在縱向的脊/溝槽對16-19鎖定管子相互的轉(zhuǎn)動位置的同時，脊/溝槽對21/20可鎖定內(nèi)管12和外管14的縱向位置。
這樣，申請人提出了一種復(fù)合內(nèi)管/外管的組合，其中外管的堅韌性和機(jī)械強(qiáng)度被有效地傳給內(nèi)管。盡管申請人不想受任何特定的運(yùn)行機(jī)理所限，但相信本發(fā)明所提供的內(nèi)部機(jī)械整體性使內(nèi)管很少受現(xiàn)有燃料系統(tǒng)管道的PTFE內(nèi)襯等所具有的缺陷的影響。這就是說，較薄的PTFE內(nèi)襯可有效地分離聚酰胺外管的物理強(qiáng)度。例如，在管道10被扭曲或彎折時，PTFE管子很少會扭曲或開裂。
Ⅱ.方法下面介紹制造本發(fā)明的燃料系統(tǒng)管道的一個最好方法。為敘述方便起見，本方法將涉及一種由PTFE內(nèi)管和聚酰胺外管構(gòu)成的圓管道的制造過程。但很顯然，下面介紹的方法并不是唯一的，其它材料和其它方法都可被用來制造本發(fā)明的管道。
燃料管道10最好這樣制造先制出一個內(nèi)管，在其外表面上具有前述的溝槽和/或脊。內(nèi)管可用任何一種可行的制造方法(包括各種已知的擠壓技術(shù))制成一個擠壓的PTFE管狀產(chǎn)品。例如，將粉末PTFE聚合物壓制成柱狀模塊。在需要半導(dǎo)體碳內(nèi)層的實(shí)施例中，在模塊的中部可含有半導(dǎo)體碳粉末。然后，以已知方式將PTFE模塊進(jìn)行擠壓成形，所不同的是在擠壓頭的內(nèi)部具有星形圖案，以在管子的外表面形成縱向的脊和槽。然后，用已知方式對管子進(jìn)行進(jìn)一步處理，例如燒結(jié)。
本方法還包括在其外表面形成螺旋形溝槽的步驟。根據(jù)最佳實(shí)施例，螺旋溝槽是在將已形成縱向槽的管子進(jìn)行燒結(jié)后而形成的。螺旋溝槽最好是以螺旋方式切割管子而形成。盡管本方法可采用各種技術(shù)，螺旋溝槽最好是使燒結(jié)的管子沿縱向通過一個旋轉(zhuǎn)刀具而形成。這樣，通過控制管子的速度、刀具的速度或兩者的結(jié)合可改變和調(diào)整溝槽的間距。
本方法還需要在內(nèi)管的縱向和螺旋槽/脊上擠壓外管，最好是擠壓一種熱塑樹脂外管。眾所周知，熱塑樹脂的擠壓一般是在熔融狀態(tài)下進(jìn)行，此時樹脂呈液體流動狀。這樣，通過在內(nèi)管上熔融擠壓熱塑樹脂，外管的樹脂就會流入內(nèi)管上的溝槽并圍繞其上的脊。在進(jìn)一步的一般處理后，外管材料就會在槽中及脊周圍結(jié)晶和/或硬化，從而在外管的內(nèi)表面形成相應(yīng)的槽和脊。
權(quán)利要求
1.一種用于在汽車中傳送燃料和/或燃料蒸汽的燃料系統(tǒng)管道包括一個內(nèi)管，它有一個內(nèi)表面，以容納燃料和/或燃料蒸汽并與之接觸，還有一個外表面，其上具有一組外脊和槽，所述內(nèi)管由碳氟聚合物材料構(gòu)成，一個外管，它圍繞內(nèi)管并與之同軸，該外管由熱塑聚合物材料構(gòu)成，其內(nèi)表面具有(a)至少部分地填入內(nèi)管外槽中的內(nèi)脊，(b)至少部分地圍繞內(nèi)管外脊的內(nèi)溝槽，由此，內(nèi)管與外管被機(jī)械地鎖在一起。
2.如權(quán)利要求1所述的管道，其特征在于碳氟聚合物材料是聚四氟乙烯。
3.如權(quán)利要求2所述的管道，其特征在于所述管道是蒸汽返回管。
4.如權(quán)利要求1所述的管道，其特征在于熱塑聚合物材料為聚酰胺。
5.如權(quán)利要求1所述的管道，其特征在于內(nèi)管上的外槽包括延伸于內(nèi)管外表面上的螺旋槽。
6.如權(quán)利要求5所述的管道，其特征在于內(nèi)管上的外槽還包括一組縱向槽。
7.如權(quán)利要求1所述的管道，其特征在于內(nèi)管上的外脊包括一組縱向脊。
8.一種改進(jìn)的燃料系統(tǒng)管道，包括(a)一個內(nèi)管，(b)一個大體圍繞該內(nèi)管的外管，(c)一個位于內(nèi)管外表面和外管內(nèi)表面之間的機(jī)械鎖定裝置，以防止內(nèi)管與外管間的相對運(yùn)動。
9.如權(quán)利要求8所述的管道，其特征在于該機(jī)械鎖定裝置包括位于外管內(nèi)表面的凸起或凹陷以及位于內(nèi)管外表面的與之相嚙合的凹陷或凸起。
10.如權(quán)利要求9所述的管道，其特征在于在外管內(nèi)表面的凸起或凹陷包括一組凸起或凹陷，而在內(nèi)管外表面上與之嚙合的凹陷或凸起也包括一組凹陷或凸起。
11.如權(quán)利要求9所述的管道，其特征在于內(nèi)管在其外表面具有溝槽，而外管包括至少部分地處于該溝槽之中的脊。
12.如權(quán)利要求8所述的管道，其特征在于內(nèi)管和外管均由聚合物材料構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求12所述的管道，其特征在于該機(jī)械鎖定裝置包括位于外管內(nèi)表面的一組凸起和凹陷，而在內(nèi)管外表面上具有與之嚙合的一組凹陷和凸起。
14.如權(quán)利要求9所述的管道，其特征在于內(nèi)管上每時周長約有20-約50條脊。
15.如權(quán)利要求14所述的管道，其特征在于該脊為尖頂形，其峰點(diǎn)從管子表面平均升起約5-約8密爾。
16.如權(quán)利要求14所述的管道，其特征在于內(nèi)管內(nèi)徑約為0.3-約0.4吋。
17.如權(quán)利要求16所述的管道，其特征在于內(nèi)管實(shí)心壁厚約為10-約20密爾。
18.如權(quán)利要求17所述的管道，其特征在于內(nèi)管在其外表面每吋周長約有30-約40條脊。
19.一種制造燃料系統(tǒng)管道的方法，包括(a)制成一個內(nèi)管，在其外表面具有一個凸起和/或凹陷，(b)在內(nèi)管上熔融擠壓一種熱塑聚合物，以制成一個圍繞該內(nèi)管的外管，使熱塑聚合物的至少一部分位于凹陷中或圍繞凸起。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于內(nèi)管是由碳氟樹脂構(gòu)成的擠壓管狀部件。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于該管狀部件由擠壓管狀部件構(gòu)成。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于凸起和/或凹陷為一組凸起或凹陷。
23.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于該凸起和/或凹陷包括位于內(nèi)管外表面的溝槽，而在該溝槽中進(jìn)行熱塑聚合物的成型，構(gòu)成了至少部分地處于該槽中的脊。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于內(nèi)管由碳氟聚合物構(gòu)成。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于該碳氟聚合物為聚四氟乙烯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種汽車燃料管道，包括內(nèi)管、圍繞該內(nèi)管的外管，及內(nèi)管與外管界面處的機(jī)械鎖定裝置，以防止內(nèi)管和外管之間產(chǎn)生相對運(yùn)動。該機(jī)械鎖定裝置最好包括位于外管內(nèi)表面和內(nèi)管外表面上的一組相互嚙合的凸起和凹陷。內(nèi)管和外管最好由聚合物材料構(gòu)成，且均有凸起及凹陷。本發(fā)明的方法包括制成第一聚合物管狀構(gòu)件，在其外表面至少一部分上具有凸起和/或凹陷；在第一管狀構(gòu)件上熔融擠壓出第二聚合物管狀構(gòu)件，以使第二管狀構(gòu)件的聚合物材料在擠壓過程中流入凹陷處和/或圍繞凸起。
文檔編號F16L11/04GK1080376SQ9211430
公開日1994年1月5日 申請日期1992年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1991年11月5日
發(fā)明者K·A·雷諾茲 申請人:馬克爾公司