[發明專利]多層聚合物結構的汽油滲透的建模方法

有效

• 申請號: 201380018743.5
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN104395726B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: B.布呂萊;J.趙;A.容基埃;R.克萊門特
• 申請（專利權）人: 阿肯馬法國公司;法國國家科學研究中心;洛林大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;B01D65/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 黃念,林森

技術領域

本發明涉及多層聚合物結構的溶劑混合物滲透的領域。“滲透”表示流體如溶劑混合物穿過膜的傳遞。更確切地說，它是溶劑混合物的每種組分穿過多層聚合物結構的量。

更特別地，本發明涉及多層聚合物結構的溶劑混合物，尤其汽油(essence)，更特別地燃料類型汽油滲透的建模方法。本發明進一步地涉及包含多層聚合物結構的任何容器，該多層聚合物結構的滲透根據建模方法進行模型化，特別地涉及燃料罐，最后涉及實施這種建模方法的計算機程序。

背景技術

歷史上，用于儲存或者運輸化學制品的容器或者罐是用金屬制成的。這些金屬制品已經逐步地用單層塑料替換，塑料是更輕的并且更容易使用，允許罐被制成為復雜的幾何形狀，并且對腐蝕不是敏感的。然而，這些單層塑料罐不再滿足關于排放物的規定并因此需要開發在阻隔性質方面具有比單層解決方案更好性能的塑料解決方案。當今在工業上使用的一個途徑是結合不同材料的多層塑料結構，這些不同材料審慎地進行選擇以提高所述結構的阻隔性質。運輸部門尤其不斷地設法降低交通工具的重量以降低它們的排放物和它們的能量消耗。然而，這些輕的材料必須滿足更嚴格的密封性標準。因此，燃油罐的聚合物壁必須具有優良的阻隔性質以限制燃料在環境中的傳質。術語“阻擋層”在說明書中用于描述對汽油的阻擋材料。為了最好地實施它的阻擋層作用，該罐的壁尤其由多層聚合物結構形成，每一層執行對在該燃料中的至少一種化合物的阻擋層作用。

環境標準是越來越嚴格的以最大降低進入環境中的烴排放物。因此，自從2009年9月生效的歐洲標準Euro V將排放物限制至2.0g/測試，測試可以持續直至36個小時。美國標準PZEV(對于“Partial Zero Emission Vehicle”的英文縮寫)對于全部交通工具將排放物限制至0.35g每次3天測試。因此，在這種背景下，需要通過優化它們對于汽油的滲透來優化燃料罐的壁以最大限制在環境中的任何燃料損失。

汽油是芳族、脂肪族化合物和含氧化合物(經常是醇)的混合物。然而，聚合物不是對在汽油中包含的所有化合物的阻擋層，而且并不是所有聚合物是對在汽油中包含的相同化合物的阻擋層。因此，聚乙烯例如是醇的阻擋層，而不是甲苯的阻擋層，甲苯是汽油的組分芳族化合物。

在阻擋結構中使用的關鍵材料特征為當它們與汽油接觸時低的膨脹水平，和降低的擴散到聚合物基質中的小分子的遷移性。這要求，對于多層罐的工業結構，非常長的平衡時間，典型地以年的量級。此外，這些現象的試驗研究需要積累許多測量。這些考慮已經引起申請人使用比在罐中使用的的壁更薄得多的膜來實現這些表征。實際上，每次膜的厚度被減半，它的用于半吸收/解吸的時間是大約除以四和物質流量被放大為兩倍。實驗測量仍然是非常耗時的，因為對于具有1mm厚度的汽油管線它們平均花費1至3個月，和對于具有3mm最小厚度的罐平均花費至少一年。

鑒于用于獲得允許證實(或者非證實)用于制備罐壁的多層聚合物結構測量的極其長的時間，明顯地需要開發模型以預選擇可用的滿足標準的結構。這種建模允許在一天中證實結構，而實驗花費數月。

存在用于預測穿過多層結構的滲透性的模型，但是這些模型用于在研究簡單氣體(如二氧化碳CO₂、氧氣O₂或者氮氣N₂或者水蒸汽)的滲透性的背景中而獲得的。這些模型允許例如通過估算包圍食品的多層膜的氧滲透性來預測食品的保存期限。然而，這些模型不允許預測多層結構的汽油滲透性。實際上，汽油是溶劑混合物和汽油的組成在該多層結構的厚度上根據穿過的層的性質和厚度而變化。因此必須考慮不同的參數，例如汽油/聚合物類型的互相作用(吸收)，在兩個聚合物層之間的界面處的阻力和汽油和它的組分中每種在每個層中的擴散。

基于對于每個單層定義的擴散定律(例如菲克定律)和吸收定律(例如UNIQUAC模型)，預測結合了不同材料的多層結構的性能，并因此證實罐的結構面對日益更嚴格的環境標準是否有效。

還從在2011年四月由Benrabah、Thibault和DiRaddo發表的標題"Modeling of fuel permeation in multilayer automotive plastic fuel tanks"的文件已知罐類型多層材料的汽油滲透的建模方法，但是在這種方法中采用的假設是非常限制性的，不適用于所描述的罐的全部層并因此不允許獲得可靠的結果。

發明內容