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車両に適用するための芳香族ポリアミド管状材料
説明

車両に適用するための芳香族ポリアミド管状材料

車両用の管(14)は、芳香族ポリアミドの層(22)を含む。一例では、芳香族ポリアミドの外層(24)は、層状芳香族ポリアミド(22)に接合されている。別の例では、芳香族ポリアミドの層(22)は、フィラーおよび改質剤(34)を含んでおり、導電性である。フィラーおよび改質剤(34)の例には、炭素粉末、カーボンナノチューブ、金属繊維、熱安定剤、衝撃緩和剤、またはこれらの混合物が含まれる。別の例では、芳香族ポリアミドの外層(24)は、管(14)にたわみ性を付与する波形外表面部分(70)を含む。例示的方法は、芳香族ポリアミドのバリア層(22)を押出成形すること、第2の芳香族ポリアミドバリア層(24)を第1の芳香族ポリアミド層(22)と同軸上に押出成形すること、および第2の芳香族ポリアミドバリア層(24)を第1の芳香族ポリアミドバリア層(22)に接合することを含む。

【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
本発明は、一般に、車両において使用される芳香族ポリアミド管状材料に関する。
【0002】
車両は、さまざまな種類の管を利用している。管の種類は、車両システムの機能および動作環境によって決まる。
【0003】
例えば、ゴム管は、エンジンの吸気マニホルドから真空ブレーキブースタまでの真空ブレーキシステムにおいて通常使用されている。この管が伝える真空は、ブレーキを掛けることを支援するパワーを提供する。真空ブレーキ管状材料は、真空ブレーキシステムの温度上昇に耐える性能がなければならず、エンジンが停止した後、燃料蒸気は吸気マニホルドから外に移動するので、燃料蒸気に対する耐性がなければならない。また、車両エンジンの冷却システムでは、水−グリコール冷却液を取り扱うためのゴム管が利用されている。エンジン冷却システムにおけるゴム管は、水−グリコール冷却液に接触しながら、エンジン冷却システムの温度上昇に耐えることができなければならない。
【0004】
従来のゴム管は、強度および耐久性を付与するために、各層間に繊維強化されたゴムの層を通常いくつか含む。ゴム管は、マンドレルの上に内側のゴム層を押出成形することにより、通常製造される。しかし、ゴム管は、マンドレルを使用することなく製造することもできる。繊維強化材は、内層の外面の回りに編まれ、外側のゴム層は、繊維強化材の上に押出成形される。繊維強化材およびゴム層は、必要に応じて追加できる。次いで、管全体は、原料のポリマー材料を架橋エラストマーに変える硬化工程において硬化される。この工程の欠点は、骨が折れ、費用が掛かることである。
【0005】
熱可塑性の管は、燃料システムにおいて使用され、燃料と接触している間、燃料システムに関連した温度上昇に耐えることができなければならない。燃料管は通常、普通品質のポリアミド(例えば、PA12、PA66、PA612、PA6など)、フルオロポリマー、またはエチレンビニルアルコールなどの材料から製造される熱可塑性の層を含む。ポリアミド管の欠点は、多くの非燃料車両に適用するための十分な耐熱性または耐薬品性を有し得ないことである。その結果、ポリアミド管は、極端な高温下で、または長時間高温に曝される条件下では劣化しうる。フルオロポリマーは、通常、ポリアミドおよびエチレンビニルアルコールより優れた耐熱性を有するが、より高価であり、加工がより困難である。
【0006】
したがって、エラストマーの耐熱性および耐薬品性に加えて熱可塑性材料のすべての利点を提供する熱可塑性の管は、現代の車両システムで必要とされている。
【0007】
発明の概要
車両用の管は、芳香族ポリアミドの層を含む。一例では、管は、熱安定性添加剤を含む単層の芳香族ポリアミドを含む。
【0008】
別の例では、芳香族ポリアミドの層は、熱可塑性材料の別の層に接合されている。熱可塑性材料の層は、芳香族ポリアミドの層、またはポリプロピレン、ポリエチレン、フルオロポリマー、もしくはポリアミドの層でありうる。
【0009】
別の例では、芳香族ポリアミドの外層は、芳香族ポリアミドの内層に接合され、芳香族ポリアミドの外層は、管にたわみ性を付与する波形外表面部分を含む。
【0010】
例示的方法には、芳香族ポリアミドバリア層を押出成形することが含まれる。別の例では、第2の芳香族ポリアミドバリア層は、芳香族ポリアミドバリア層と同軸上に押出成形され、芳香族ポリアミドバリア層と第2芳香族ポリアミドバリア層との間にある熱可塑性中間層を用いて、芳香族ポリアミドバリア層に接合される。
【0011】
好ましい実施形態の詳細な説明
図1は、管14を有する車両システム12を含む車両10を示す。車両システム12は、エンジン冷却システム、空調システム、トランスミッションオイル冷却システム、燃料システム、または真空ブレーキシステムでありうる。しかし、車両システムのこのリストは非排他的であり、他の種類の車両システムも使用できることを理解すべきである。管14は、化学薬品(すなわち、車両用流体)と接触すること、および/または高温に曝されることを含む、車両システム12のさまざまな条件下で動作する。
【0012】
示された例において、管14の主要な機能は、車両システム12において、例えば燃料などの車両用流体を運搬および輸送することである。管14の所望の寿命の間、適切な機能を維持するために、管14は、その用途に要求される、車両用液体に対する耐薬品性および高温に対する耐熱性を有する。
【0013】
図2は、単層22を有する管14の実施形態の第1の例を示す。層22は、車両用液体を運搬および輸送できる導管28を画定する内表面26を含む。層22は、芳香族ポリアミドから作製され、アミド基(化学基CNOHを指す)および芳香環を含む。アミド基の少なくとも一部は芳香環と結合している。本明細書において使用される芳香環は、環状構造(通常、ベンゼン環と呼ばれる)内に配置された6個の炭素原子を含む芳香族ポリアミドの分子構造の一部を指す。
【0014】
管14において芳香族ポリアミドを使用すると、以前から知られている管と比べて、高温耐熱性の向上、耐薬品性の向上、および管14内を通る車両用流体に対する耐浸透性の向上という利益がもたらされる。
【0015】
一例では、芳香族ポリアミドは、少なくとも50%の、芳香環に結合しているアミド基を有する。これによって、耐熱性および耐薬品性の望ましい釣り合いが実現できる。別の例では、芳香族ポリアミドは、化学的繰返し構成単位が、芳香環と結合しているアミド基を含んでいることを特徴とする、化学的繰返し構成単位によって表すことができる。
【0016】
別の例では、管14を形成するのに、デュポン(DuPont;商標)(ウィルミントン、デラウェア州)から市販されているZytel(商標)HTN(High Temperature Nylon:高融点ナイロン)が用いられている。Solvay(商標)Engineered Polymers(オーバンヒルズ、ミシガン州)から市販されているポリフタルアミド、または(株)クラレから市販されているポリアミド9Tが、管14を形成するのに代替として使用できる。しかし、芳香族または半芳香族ポリアミドの代替原料も使用できることを理解すべきである。
【0017】
示された例において、層22は、芳香族ポリアミドおよびフィラーまたは改質剤34の複合材料から製造されている。芳香族ポリアミド複合材料を形成するのに使用されるフィラーおよび改質剤34の例には、炭素粉末、炭素繊維、カーボンナノチューブ、金属繊維、熱安定剤、衝撃緩和剤、顔料、およびこれらの組合せが含まれる。フィラーおよび改質剤34は、例えば、管14の電気伝導率、強度、耐衝撃性、外観、伸長、および/または耐熱性を向上させる。
【0018】
一例では、層22の芳香族ポリアミドは、0.1wt%から10wt%の酸化防止熱安定剤、1wt%から50wt%のエラストマーまたは熱可塑性オレフィン衝撃緩和剤、および0.01wt%から15wt%の粉末または染料タイプの顔料を含む。酸化防止熱安定剤は、管14を成形する間、管14を使用する間、またはこれらの両方の間の芳香族ポリアミドの耐熱性を高める。エラストマーまたは熱可塑性オレフィン衝撃緩和剤は、管14の耐衝撃性を増大させる。粉末または染料タイプの顔料は、層22の美的外観を高める。知られているように、粉末または染料タイプの顔料は、主として外観のために添加されるが、粉末または染料を添加することによって、層22の電気的、機械的、またはその他の性質を若干変化させることができる。
【0019】
管14の一例では、フィラーおよび改質剤34は、層22の電気的性質を高めるために使用され、層22の表面電気抵抗は、およそ10から10Ω/sq.の間にある。例えば、燃料を輸送する車両システム12(図1)においては、静電気が電気的に散逸することは望ましい特徴でありうる。管14の電気抵抗率を高めるための望ましいフィラーおよび改質剤34には、芳香族ポリアミド材料に有効量で添加された炭素粉末、炭素繊維、カーボンナノチューブ、金属繊維、およびこれらの混合物が含まれる。フィラーおよび改質剤34の量は、フィラーおよび改質剤34が全く含まれていない芳香族ポリアミドと比べて、芳香族ポリアミド複合材料の特性を変化させるのに十分な量である。一例では、カーボンブラックを芳香族ポリアミドに添加して、芳香族ポリアミド層の電気抵抗率を変化させる。
【0020】
図3は、層22および内表面30を有する外層24を含む、管14の実施形態の第2の例を示す。外層24は、層22の外表面32に接合されている。一例では、層22および外層24のそれぞれは、芳香族ポリアミドから作製されている。別の例では、外層24は、他の熱可塑性材料、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、フルオロポリマー、およびポリアミドなどから作製されている。芳香族ポリアミドは、上述の如く、アミド基および芳香環を含み、アミド基の少なくとも一部は芳香環と結合している。以前から知られている管は単一のバリア層(例えば、フルオロポリマー)のみを含んでいるのに対して、層22および外層24の両方に芳香族ポリアミドを使用することにより、少なくとも燃料の一部が管14を通って浸透することを阻止する2つのバリア層を有するという利益がもたらされる。
【0021】
一例では、層22および外層24の少なくとも1つの芳香族ポリアミドは、上述の如く、少なくとも50%の、芳香環と結合しているアミド基を有する。これにより、耐熱性および耐薬品性の望ましい釣り合いを実現することができる。
【0022】
別の例では、層22は、上述の如く、フィラーおよび改質剤34を含む。他の例では、外層24もまた、フィラーおよび改質剤34を含み、例えば、管14の電気伝導率、強度、耐衝撃性、伸長、および/または耐熱性を高める。
【0023】
管14は、対応する全厚さを有し、層22および外層24のそれぞれは、対応する厚さを有する。一例では、外層の厚さは、管14の全厚さの50%から95%である。これにより、より高価なフィラーおよび改質剤34を使用して、例えば層22を導電性にし、管14の費用を削減するという利益をもたらすことができる。
【0024】
層22および外層24は、既知の共押出し法により成形される。当業者であれば、芳香族ポリアミド層を共押出しするために必要な技術を理解することであろう。
【0025】
図4は、層22、外層24、および層22と外層24との間に挿入された中間層48を含む管14の実施形態の第3の例を示す。中間層48は、外層24の内表面32を層22の外表面30に接合する、接着剤としての役割を果たす。
【0026】
一例では、層22および外層24のそれぞれは、芳香族ポリアミドから作製されている。外層24はまた、他の熱可塑性材料、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、フルオロポリマー、およびポリアミドなどから作製できる。一例では、層22は、上述の如く、フィラーおよび改質剤34を含む。他の例では、外層24もまた、フィラーおよび改質剤34を含み、例えば、管14の電気伝導率、強度、耐衝撃性、伸長、および/または耐熱性を向上させる。
【0027】
中間層48は、例えば、フッ化ポリビニリデン、エチレンクロロトリフルオロエチレン、エチレンテトラフルオロエチレン、ポリアミド、改質ポリアミド、ポリオレフィン、エチレンビニルアルコール、ポリエステル、ポリブチレンナフタレート、その他の熱可塑性材料、またはこれらの組合せなどの、熱可塑性材料から作製されている。一例では、中間層48は、層22および外層24を互いに接合すること、および車両用流体が管14を通って浸透することに対する追加のバリア層としての役割を果たすこと、という二重の機能を提供する。
【0028】
図5は、波形配置の層22および外層24を含む管14の第4の例を示す。層22および外層24は、上述の如く、芳香族ポリアミドから作製されている。一例では、層22は、上述の如く、フィラーおよび改質剤34を含む。他の例では、外層24もまた、フィラーおよび改質剤34を含み、例えば、管14の電気伝導率、強度、耐衝撃性、伸長、および/または耐熱性を向上させる。
【0029】
外層24は、管14にたわみ性を付与する、少なくとも1つの波形70を有する波形の外側部分68を含む。波形70は、他の形状も可能であるが、一般にU字形であり、高さ72、長さ74、半径73、および厚さ78aを有する。この例では、波形70は、管14の全厚さ78の至る所に広がっている。すなわち、層22および外層24のそれぞれの厚さは、管14の全長にわたって本質的に一定である。別法として、第5の実施形態では、層22は、図6で示した如く、同様の波形配置で厚さ78bを有する単層として利用できる。
【0030】
図7は、層22および波形配置の外層24を含む管14の第6の例を示す。層22および外層24は、上述の如く、芳香族ポリアミドから作製されている。一例では、層22は上述の如く、フィラーおよび改質剤34を含む。他の例では、外層24はまた、フィラーおよび改質剤34を含み、例えば、管14の電気伝導率、強度、耐衝撃性、伸長、および/または耐熱性を向上させる。
【0031】
外層24は、たわみ性を付与する、少なくとも1つの波形96を有する波形の外側部分94を含む。波形96は、他の形状も可能であるが、一般にU字形であり、高さ98、長さ100、半径102、および厚さ104aを有する。この例では、波形96は、管14の全厚さ104にわたっては延在していない。すなわち、層22は、波形の外表面部分106および非波形の内表面部分108を含んでいる。別法として、層22は、図8に示された第7の実施形態で例示されているように、層22および対応する厚さ104bのみを有する、類似の波形配置において利用できる。
【0032】
図9は、層22および層22に接合された外層24を含む管14の第8の例を示す。層22および外層24は、上述の如く、芳香族ポリアミドから作製されている。一例では、層22は、上述の如く、フィラーおよび改質剤34を含む。他の例では、外層24もまた、フィラーおよび改質剤34を含み、例えば、管14の電気伝導率、強度、耐衝撃性、伸長、および/または耐熱性を向上させる。
【0033】
外層24は、交互に波形外表面部分114および非波形外表面部分116を含む。示された例では、波形外表面部分114は、3つの波形118を含むが、追加のまたはより少数の波形118もまた使用できることを理解すべきである。交互に波形になっている外表面部分114および非波形外表面部分116は、管14のたわみ性を調整するという利益をもたらすことができる。すなわち、交互に波形になっている外表面部分114および非波形外表面部分116は、完全に波形になっている管のたわみ性と、全く波形になっていない管のたわみ性との中間のたわみ性をもたらすことができる。図6および8に示された例と同様に、交互に波形になっている外表面部分114および非波形外表面部分116はまた、単層配置においても利用できる。
【0034】
図5〜9の例は、例えば、車両10における障害物の周囲において管14を組み立てるかまたは曲げるためにたわみ性が望ましい車両システム12(図1)において、利益をもたらすことができる。
【0035】
本発明の芳香族ポリアミド管14に対するいくつかのその他の利点がある。1つは、管は、耐薬品性、耐熱性、および車両用流体の耐浸透性をもたらし、車両のボンネット下の過酷な環境に耐えることができる。管はまた、リサイクルすることができ、ゴムまたはその他のプラスチック管よりも費用が掛からず、重量が軽くなりうる。
【0036】
本発明を例示的に記述してきたが、使用された術語は、限定的性質ではなく、記載された単語の性質を持つように意図されていることを理解すべきである。開示された実施例のさまざまな変更形態および変形形態が、上述の教示に照らして可能である。したがって、添付の特許請求の範囲内で、本発明は、具体的に記述されたやり方とは別のやり方で実施できることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】図1は、管を有する車両を略図的に示す図である。
【図2】図2は、芳香族ポリアミド管状材料の第1の例の断面図を略図的に示す図である。
【図3】図3は、芳香族ポリアミド管の例の第2実施形態の断面図を略図的に示す図である。
【図4】図4は、芳香族ポリアミド管の例の第3実施形態の断面図を略図的に示す図である。
【図5】図5は、波形芳香族ポリアミド管の第4の例の断面図を略図的に示す図である。
【図6】図6は、波形芳香族ポリアミド管の第5実施形態の断面図を略図的に示す図である。
【図7】図7は、波形芳香族ポリアミド管の第6実施形態の断面図を略図的に示す図である。
【図8】図8は、波形芳香族ポリアミド管の第7実施形態の断面図を略図的に示す図である。
【図9】図9は、波形芳香族ポリアミド管の第8実施形態の断面図を略図的に示す図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
導管を画定する芳香族ポリアミド層を含む管状材料を備える車両用管状材料。
【請求項2】
芳香族ポリアミド層に接合された熱可塑性材料の第2層を含む、請求項1に記載の車両用管状材料。
【請求項3】
熱可塑性材料の第2層は、芳香族ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、フルオロポリマー、ポリアミド、およびこれらの組合せの少なくとも1種を含む、請求項2に記載の車両用管状材料。
【請求項4】
熱可塑性材料の第2層は、外層の厚さを有する外層であり、管状材料は全厚さを有し、外層の厚さは全厚さの約50%から約95%を有する、請求項2に記載の車両用管状材料。
【請求項5】
芳香族ポリアミド層と熱可塑性材料の第2層との間に配置された熱可塑性中間層を含む、請求項2に記載の車両用管状材料。
【請求項6】
芳香族ポリアミド層は外表面を含み、熱可塑性材料の第2層は内表面を含み、熱可塑性材料の第2層の外表面は芳香族ポリアミド層の内表面に接触している、請求項2に記載の車両用管状材料。
【請求項7】
芳香族ポリアミド層の芳香族ポリアミドは、アミド基および芳香環を有する化学的な繰返し構成単位を含み、前記アミド基は前記芳香環と結合している、請求項1に記載の車両用管状材料。
【請求項8】
芳香族ポリアミド層の芳香族ポリアミドは、アミド基および芳香環を含み、前記アミド基の少なくとも一部は芳香環と結合している、請求項1に記載の車両用管状材料。
【請求項9】
アミド基の少なくとも50%は芳香環と結合している、請求項8に記載の車両用管状材料。
【請求項10】
芳香族ポリアミド層の芳香族ポリアミドは、衝撃緩和剤、熱安定剤、および着色顔料の少なくとも1種を含む、請求項8に記載の車両用管状材料。
【請求項11】
芳香族ポリアミド層は、導電性材料を含み、約10から10Ω/sq.の間の表面電気抵抗率を有する、請求項1に記載の車両用管状材料。
【請求項12】
導電性材料は、炭素粉末、炭素繊維、カーボンナノチューブ、金属繊維、金属粉末、およびこれらの混合物の少なくとも1種を含む、請求項11に記載の車両用管状材料。
【請求項13】
芳香族ポリアミド層は波形外表面を含む、請求項1に記載の車両用管状材料。
【請求項14】
波形外表面部分を含む第1の熱可塑性材料の第1層と、
第1層に接合された、第2の熱可塑性材料の第2層
とを備え、第1の熱可塑性材料および第2の熱可塑性材料の少なくとも1つは芳香族ポリアミドを含む車両用管状材料。
【請求項15】
第2層は第1層の波形外表面部分に対応する波形内表面部分および波形外表面部分を含む、請求項14に記載の車両用管状材料。
【請求項16】
第2層は非波形内表面部分および第1層の波形外表面部分に対応する波形外表面部分を含む、請求項14に記載の車両用管状材料。
【請求項17】
管状材料は長さを有し、第1層は第1の肉厚を有し、第2層は第2の肉厚を有し、第1の肉厚および第2の肉厚の一方は、管状材料の長さの全体にわたって本質的に一定であり、第1の肉厚および第2の肉厚の他方は、管状材料の長さ全体にわたって変化する、請求項16に記載の車両用管状材料。
【請求項18】
第1層は波形外表面部分に隣接する非波形外表面部分を含む、請求項16に記載の車両用管状材料。
【請求項19】
管状材料は長さを有し、前記長さは交互に非波形外表面部分および波形外表面部分を含む、請求項18に記載の車両用管状材料。
【請求項20】
第1層および第2層は両方とも芳香族ポリアミドを含む、請求項14に記載の車両用管状材料。
【請求項21】
芳香族ポリアミドを押出成形して導管を形成する芳香族ポリアミド層とするステップを含む、流体が管状材料の壁を通って浸透することを阻止するための方法。
【請求項22】
第2芳香族ポリアミド層を芳香族ポリアミド層と同軸上に押出成形するステップと、前記第2芳香族ポリアミド層を前記芳香族ポリアミド層に接合するステップとを含む、請求項21に記載の方法。
【請求項23】
第2芳香族ポリアミド層と芳香族ポリアミド層との間に配置された熱可塑性中間層によって、第2芳香族ポリアミド層を芳香族ポリアミド層に接合するステップを含む、請求項22に記載の方法。
【請求項24】
芳香族ポリアミド層の上に波形外表面を形成するステップを含む、請求項21に記載の方法。
【請求項25】
芳香族ポリアミド層を押出成形する前に、炭素粉末、炭素繊維、カーボンナノチューブ、金属繊維、金属粉末、熱安定剤、衝撃緩和剤、およびこれらの混合物の少なくとも1種を芳香族ポリアミドに添加するステップを含む、請求項21に記載の方法。
【請求項26】
芳香族ポリアミドの第1層、および
芳香族ポリアミドの第1層に接合された芳香族ポリアミドの第2層
を備える車両用管状材料。
【請求項27】
芳香族ポリアミドの第1層と芳香族ポリアミドの第2層との間に熱可塑性中間層を有する、請求項26に記載の管状材料。
【請求項28】
芳香族ポリアミドの第1層および芳香族ポリアミドの第2層の少なくとも1つは、衝撃緩和剤、熱安定剤、着色顔料、およびこれらの混合物の少なくとも1種を含む、請求項26に記載の管状材料。
【請求項29】
芳香族ポリアミドの第1層は芳香族ポリアミドの第2層に対する内層であり、芳香族ポリアミドの第1層は導電性材料を含み、約10から10Ω/sq.の間の表面電気抵抗率を有する、請求項26に記載の車両用管状材料。
【請求項30】
導電性材料は、炭素粉末、炭素繊維、カーボンナノチューブ、金属繊維、金属粉末、およびこれらの混合物の少なくとも1種を含む、請求項29に記載の車両用管状材料。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公表番号】特表2007−524531(P2007−524531A)
【公表日】平成19年8月30日(2007.8.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−552347(P2006−552347)
【出願日】平成17年2月4日(2005.2.4)
【国際出願番号】PCT/US2005/003942
【国際公開番号】WO2005/078327
【国際公開日】平成17年8月25日(2005.8.25)
【出願人】(502393914)クーパー−スタンダード オートモーティブ、 インコーポレイテッド (3)
【Fターム(参考)】