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JP2006118669A - 樹脂チューブ - Google Patents

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Abstract

【課題】 多層樹脂チューブの低透過性能を格段に向上させることができる燃料配管用の樹脂チューブを提供する。
【解決手段】 熱可塑性樹脂を材料とする樹脂チューブにおいて、複数の樹脂層からなる多層構造を有し、最外層の樹脂層の表面をケイ素酸化物の被膜で被覆する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車の燃料配管に用いられる樹脂チューブに係り、特に、樹脂チューブの表面にケイ素被膜をコーティングした樹脂チューブに関する。
従来、自動車の燃料配管に用いられるチューブとしては、金属製のチューブの外周面をメッキ被膜や樹脂被膜で被覆したものが一般に用いられ、被膜材料や被膜層構造の改良により耐食性や耐薬品性などの性質を強化している。
近年、この種の燃料配管用のチューブとしては、上記の金属製のチューブに代わって、樹脂チューブが用いられるようになってきている。樹脂チューブは、金属チューブと違って錆びることがなく、また、加工が容易な上に、設計上の自由度が大きく、軽量であるなどの数々の利点がある。
他方、樹脂チューブを燃料配管に用いる場合に一番の問題となる点は、樹脂には燃料を透過する性質があるということである。近時、欧米では、環境問題との関係から、燃料配管について燃料透過性の規制が強化されてきており、従来の樹脂チューブでは、要求される低透過性能をクリアできない。
ここで、低透過性樹脂とは、次のような技術的な意味で用いられている。
樹脂の低透過性を試験する方法には、様々な方法があるが、燃料用チューブに用いる樹脂について低透過性を試験する方法の代表例には、ＳＨＥＤ試験機を用いて行うＣＡＲＢ ＤＢＬ法がある。
図６に示すように、試験には、内径６mm、外径８mmで５メートル以上のチューブが用いられ、このチューブ２は、まず前処理を行うために、試験用の燃料が溜まっているステンレス製の密封容器４に密閉シールジョイント５を介してループ状に接続される。そしてチューブ２の内部に試験用の燃料を満たしたまま温度４０℃の状態を５０日間以上保持する。
次に、前処理の終わったチューブ２をＳＨＥＤ試験機（図示せず）に接続し、このＳＨＥＤ試験機にて試験燃料に含まれるハイドロカーボン（ＨＣ）がチューブ２を透過した量を測定する。
ＳＨＥＤ試験機で透過量を測定した結果、ハイドロカーボンの透過量が５０ｍｇ／ｍ・Ｄａｙ以下である樹脂を低透過性樹脂と称する。
従来の樹脂チューブでは、低透過性樹脂を材料にして低透過性の機能層を形成することが行われている。しかし、低透過性機能層の材料となる樹脂の低透過性能に依存しているために、その樹脂の低透過性能以上の効果を得られないという限界がある。
本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、多層樹脂チューブの低透過性能を格段に向上させるために、多層樹脂チューブの最外層の表面をケイ素被膜で被覆するようにした樹脂チューブを提供することにある。
前記の目的を達成するために、本発明は、熱可塑性樹脂を材料とする樹脂チューブにおいて、複数の樹脂層からなる多層構造を有し、最外層の樹脂層の表面をケイ素酸化物の被膜で被覆したことを特徴とするものである。
また、本発明は、熱可塑性樹脂を材料とする樹脂チューブにおいて、複数の樹脂層からなる多層構造を有し、樹脂層と樹脂層の間にケイ素酸化物の被膜を有することを特徴とするものである。
本発明では、前記ケイ素酸化物被膜を保護するためゴムまたは熱可塑性エラストマーからなる保護層を前記ケイ素酸化物被膜の外側に形成するようにしてもよい。
前記ケイ素酸化物の被膜としては、有機ケイ素化合物を火炎中での燃焼反応により形成した一酸化ケイ素や二酸化ケイ素からなる被膜が好適である。
本発明によれば、樹脂チューブの最外層の表面をケイ素被膜で被覆するようにしたので、樹脂層を透過した燃料をケイ素被膜で遮断できるので、樹脂チューブの低透過性能を格段に向上させることが可能となる。
以下、本発明による樹脂チューブの一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態による樹脂チューブの横断面を示す。この樹脂チューブは３層の樹脂層からなり、この樹脂層は内側から順に内層の第１層と、中間の接着層である第２層と、外層の第３層からなる。この第１実施形態では、さらに第３層の表面にはケイ素酸化物の被膜が形成されている。第１層および第３層の材料樹脂には、この種の燃料配管用チューブの材料に一般的に用いられる樹脂、例えば、ポリアミド樹脂、具体的には、ＰＡ１１、ＰＡ１２、ＰＡ６が用いられている。
図２は、共押出成形法により樹脂チューブを製造するラインの構成を示す。この製造ラインでは、ライン上流から順に、押出装置１０、冷却装置１１、引取装置１２、ケイ素コーティング装置１３、冷却装置１４、引取装置１５が配置されている。
まず、押出装置１０からは、第１層から第３層をそれぞれ形成する溶融樹脂が押し出されると、冷却装置１１の水槽を通過する間に冷却されることで樹脂チューブの形状に賦形される。第１層から第３層までの形状が固まった樹脂チューブは、引取装置１２を介してケイ素コーティング装置１３に供給される。このケイ素コーティング装置１３では、チューブの表面に有機ケイ素化合物の原料と一緒に液化石油ガスを燃焼させケイ素酸化物の被膜を形成する。
ここで、図３は、ケイ素コーティング装置１３の備える燃焼器を示す。図３において、参照番号１６は、燃焼器を示し、参照番号３０は、引取装置１２から送られてくる樹脂チューブを示す。
燃焼器１６は、樹脂チューブ３０を間において両側からはす向かいに対向するように２つ一組で配置されている。２つの燃焼器１６、１６をはす向かいに対向配置したのは、樹脂チューブ３０にむらなくケイ素酸化物の被膜を形成するためである。このような燃焼器１６には、液化石油ガスを供給するための供給管３１と、有機ケイ素化合物（例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ））を含むケイ素添加剤を供給するための供給管３２が接続されている。燃焼器１６の内部には燃焼室が形成されており、この燃焼室で液化石油ガスと有機ケイ素化合物とを燃焼させることにより、（１）、（２）のような火炎内で有機ケイ素化合物と炭化水素の反応が起こり、火炎３４を燃焼口から樹脂チューブ３０に向けて吐き出すことにより、二酸化ケイ素や一酸化ケイ素が火炎３４の中を通過する樹脂チューブ３０の表面に被膜を形成するようになっている。
ＳｉＣ＋Ｃ3Ｈ8＋７Ｏ2 → ＳｉＯ2＋４Ｈ2Ｏ＋４ＣＯ2…（１）
２ＳｉＣ＋Ｃ3Ｈ8＋７Ｏ2 → ２ＳｉＯ＋４Ｈ2Ｏ＋４ＣＯ2…（２）
本実施形態によれば、樹脂チューブの外層表面に、二酸化ケイ素や一酸化ケイ素の被膜を形成しているので、この樹脂チューブを自動車の燃料配管に利用した場合、次のような効果が得られる。
自動車の燃料配管に使用された場合、樹脂チューブを流れる燃料のうち、一部がごく微量でありながら樹脂を透過して外部に放出されるという現象が発生する。燃料を透過する性質は、程度差の大小はあってもどの種類の樹脂にもみられる。
例えば、樹脂チューブの材料として用いられている機能性樹脂にエチレンビニルアルコール樹脂（ＥｖＯＨ）がある。このＥｖＯＨは、ガスバリア性に優れた機能性樹脂として利用され、燃料に対する低透過性樹脂層を材料として利用される樹脂である。
表１は、ケイ素被膜とＥｖＯＨ樹脂の透過性能試験の結果を対比して示す。
Figure 2006118669
樹脂の中でも、透過性能の低いとされるＥｖＯＨと較べても、ケイ素被膜は、はるかに透過性能が低いことがわかる。
したがって、本実施形態の樹脂チューブのように、樹脂チューブの本体を形成する樹脂の材料としては、ポリアミド樹脂のように、低透過性能は劣るけれども、安価で加工性にすぐれた樹脂を用い、外層の表面をケイ素被膜で被覆するというハイブリッドな多層構造を採用することにより、樹脂層を透過した燃料をケイ素被膜で遮断できるので、従来の低透過性樹脂を材料としている樹脂チューブに較べて低透過性能を格段に向上させることができる。
ケイ素被膜は、一酸化ケイ素を主体とする被膜と、二酸化ケイ素を主体とする被膜の二種類がある。いずれも、樹脂に較べてはるかに燃料の透過を遮断する性能が高いのは同じであるが、両者を較べると、図４に示すように、気体（酸素）を透過する性質に差がみられる。
図４では、温度と酸素の透過量の関係について一酸化ケイ素の被膜と二酸化ケイ素の被膜を対比して示す。
透過量が温度が高くなるにつれて増加する点は、一酸化ケイ素と二酸化ケイ素の被膜とも同じであるが、一酸化ケイ素の被膜よりも二酸化ケイ素の被膜の方が格段に気体を透過させにくい性質をもっていることがわかる。
本実施形態の樹脂チューブでは、ケイ素コーティング装置の燃焼器での燃焼温度を変えることにより、樹脂チューブの表面には二酸化ケイ素の被膜と二酸化ケイ素のうち、選択的に一方を形成することができる。すなわち、ＬＰＧの供給量を多くして燃焼器内での燃焼温度を高くすれば（１３００〜１６００℃）、樹脂チューブの表面は二酸化ケイ素の被膜で被覆することができ、ＬＰＧの供給量を控えめにして燃焼温度を低くすれば（８００℃前後）、樹脂チューブの表面は一酸化ケイ素の被膜が形成される。
このように燃焼器の燃焼温度を調整し被膜を形成するケイ素酸化物の種類を変えられるので、高い低透過性能の要求される樹脂チューブには二酸化ケイ素の被膜を被覆し、それほどは要求されない樹脂チューブには一酸化ケイ素の被膜を被覆するというような使い分けが可能である。
第２実施形態
次に、図５は、本発明の第２の実施形態による樹脂チューブの横断面図である。
この第２実施形態の樹脂チューブでは、燃料に直接触れる内層の第１層、第２層の接着層、外層の第３層が樹脂層であり、第３層の表面がケイ素酸化物の被膜で被覆されている点は、第１実施形態と同様である。そして、第１実施形態のチューブとの違いは、ケイ素酸化物の被膜に重ねて、表層の第４層を設けた点にある。
この第４層は、ケイ素酸化物の被膜を保護するための保護層として機能するもので、その材料には、好ましくは、熱可塑性エラストマーや、ＥＰＤＭなどのゴムが用いられる。
この第２実施形態によれば、ケイ素酸化物の被膜を第４層により保護すると同時にチューブ自体の対衝撃強度を高める機能を発揮するので、外因による損傷からケイ素酸化物被膜を保護し、チューブの低透過性能を長期間にわたって維持することができる。
本発明の第１実施形態による樹脂チューブの横断面図 同樹脂チューブの製造ラインの説明図。 樹脂チューブにケイ素酸化物被膜を形成する工程の説明図。 二酸化ケイ素被膜と一酸化ケイ素被膜の透過性能の比較を表すグラフ。 本発明の第２実施形態による樹脂チューブの横断面図 樹脂チューブの低透過性の試験方法の説明図。
符号の説明
１０ 押出装置
１１ 冷却装置
１２ 引取装置
１３ ケイ素コーティング装置
１４ 冷却装置
１５ 引取装置
１６ 燃焼器
３０ 樹脂チューブ
３４ 火炎

Claims (5)

  1. 熱可塑性樹脂を材料とする樹脂チューブにおいて、複数の樹脂層からなる多層構造を有し、最外層の樹脂層の表面をケイ素酸化物の被膜で被覆したことを特徴とする樹脂チューブ。
  2. 熱可塑性樹脂を材料とする樹脂チューブにおいて、複数の樹脂層からなる多層構造を有し、樹脂層と樹脂層の間にケイ素酸化物の被膜を有することを特徴とする樹脂チューブ。
  3. 前記ケイ素酸化物被膜を保護する保護層を前記ケイ素酸化物被膜の外側に形成したことを特徴とする請求項２に記載の樹脂チューブ。
  4. 前記保護樹脂層は、ゴムまたは熱可塑性エラストマーからなること特徴とする請求項３に記載の樹脂チューブ。
  5. 前記ケイ素酸化物の被膜は、有機ケイ素化合物を火炎中での燃焼反応により形成した被膜であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の樹脂チューブ。
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