專利名稱：用于燃料電池中的液體和氣體的管道系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于燃料電池的與液體和氣體接觸的管道系統(tǒng)的部件。
背景技術(shù)：
越來越嚴格的環(huán)境立法迫使汽車制造商去考慮一種新型驅(qū)動原理，因為NOx排放一直也是立法機構(gòu)越發(fā)注視的問題。一種可能選用的驅(qū)動原理是燃料電池。
在現(xiàn)有技術(shù)中長期以來存在各種各樣的燃料電池方案。其共同點是，向陽極室供入燃料和向陰極室供入空氣或氧。這些反應(yīng)物在電極上發(fā)生催化反應(yīng)。作為燃料可使用氫、甲醇、乙二醇、甲烷、丁烷、高級烴等，但僅第一種燃料可產(chǎn)生如此高的電流密度，以使其能用于驅(qū)動汽車的在近室溫下工作的燃料電池。其余的燃料僅在中溫燃料電池或高溫燃料電池中才能發(fā)生良好反應(yīng)，但主要適于靜態(tài)裝置中。在從以甲醇或烴運行的燃料電池裝置中取得電流的電驅(qū)動汽車中，該燃料通常要在轉(zhuǎn)化裝置中于較高溫度下與水蒸汽反應(yīng)以生成氫和二氧化碳，該反應(yīng)氣不含副產(chǎn)物一氧化碳，并將氫-CO2混合物導(dǎo)入陽極室。目前該“質(zhì)子交換膜燃料電池”對此目的是有利的，在此電池中在含催化劑的多孔電極之間存在經(jīng)水飽和的酸性離子交換膜。但為在移動式裝置中應(yīng)用還需對不用轉(zhuǎn)化裝置的甲醇的直接氧化進行研究。
至今，用于送入燃料的管道通常由不銹鋼制造。但這類管道是昂貴的。
從JP 2002-213659中己知一種用于氫的管道，其由聚烯烴內(nèi)層、EVOH中間層和聚酰胺外層組成。在這類層之間還己知存在有通常欠缺粘結(jié)的問題，其中涉及應(yīng)用未經(jīng)詳述的粘合劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于燃料電池的管道系統(tǒng)的部件，其對烴類、醇類和氫有改進的阻擋作用，且各層之間能相互牢固粘合。
此外還絕對確?；旧喜粫墓艿老到y(tǒng)的材料中浸出能與電解質(zhì)或陽極材料起反應(yīng)的成分，從而防止催化劑中毒或有害的極化反應(yīng)。
該目的是通過一種燃料電池管道系統(tǒng)的部件解決的，在該部件中·與所輸送的介質(zhì)相接觸的最內(nèi)層I是由聚烯烴模塑組合物制成，·此外還存在至少一層選自下列的其它層a)由其它聚酰胺模塑組合物制成的層II，b)由經(jīng)官能化的聚烯烴組成的模塑組合物制成的層III，c)由其中聚烯烴未經(jīng)官能化的聚烯烴模塑組合物制成的層IV，以及d)由EVOH模塑組合物制成的層V。
這類部件例如是管或管狀模制件，其可以是多層管，這時其最內(nèi)層由聚酰胺模塑組合物制成。這類管或管狀模制件可制成需要時可接著熱成型的光滑管或制成波紋管。此外還有其中貯存有液體的這類構(gòu)件如貯料罐。其它的部件例如是連結(jié)部件如所謂快速連接件、適配件、過濾件、泵的構(gòu)件或閥的構(gòu)件。
本發(fā)明的部件可借助于塑料加工的常規(guī)方法制備，例如通過共擠壓(如多層管)、吹模成形或其特殊形式如負壓吹模成形或其中預(yù)塑塑坯經(jīng)共擠壓的3D擠管制造、注塑及其特殊形式如流體注入技術(shù)或旋轉(zhuǎn)燒結(jié)。
本發(fā)明的部件例如可具有從外向內(nèi)的下列層結(jié)構(gòu)II/III/粘附劑/IIII/II/粘附劑/IIV/III/II/粘附劑/IIV/粘附劑/III/V/II/粘附劑/III/III/V/III/II/粘附劑/IIII/III/III/IIV/III/IIV/III/VI/III/III/V/粘附劑/I適用的聚酰胺是本領(lǐng)域技術(shù)人員己知的，并可以多種類型從市售購得。例如可應(yīng)用PA 46、PA 66、PA 68、PA 610、PA 612、PA 88、PA 810、PA 1010、PA 1012、PA 1212、PA 6、PA 7、PA 8、PA 9、PA10、PA 11、PA 12、基于它們的共聚酰胺、分支的聚胺-聚酰胺共聚物以及它們的混合物。關(guān)于適用的均聚酰胺和共聚酰胺以及適用的聚胺-聚酰胺共聚物可參閱EP-A-1 216826以及EP-A-1 216823，其內(nèi)容引此作為參考。
所使用的聚酰胺模塑組合物可含最大量約50重量％的添加劑，該添加劑選自沖擊韌性橡膠和/或通常的助劑或附加料。
適于聚酰胺模塑組合物的沖擊韌性橡膠屬現(xiàn)有技術(shù)。該橡膠含從不飽和官能化合物衍生的官能基團，這些化合物或是共聚進主鏈中或接枝在主鏈上。最常用的是EPM橡膠或EPDM橡膠，其與馬來酸酐呈徑向接枝。這類橡膠也可與非官能化的聚烯烴如全同立構(gòu)聚丙烯一起使用，如在EP-A-0683210中描述的。
此外，該模塑組合物還可含少量用以調(diào)節(jié)某些性能的助劑或附加料。例如顏料或填料如炭黑、二氧化鈦、硫化鋅、硅酸鹽如全同立構(gòu)的或?qū)与x的片狀硅酸鹽或碳酸鹽；加工助劑如蠟、硬脂酸鋅或硬脂酸鈣；防火劑如氫氧化鎂、氫氧化鋁或蜜胺氰脲酸酯；玻璃纖維；抗氧化劑；UV穩(wěn)定劑以及賦于產(chǎn)物抗靜電特性或?qū)щ娦缘奶砑觿┤缣祭w維、石墨原纖、不銹鋼制成的纖維或?qū)щ娞亢?。后者對層I的模塑組合物是優(yōu)選的。
在一種可能的實施方案中，該模塑組合物可含1-25重量％的增塑劑，優(yōu)選2-20重量％，特別優(yōu)選3-15重量％。
在聚酰胺中的增塑劑及其使用是己知的。適用于聚酰胺的增塑劑的概述可參看Gchter/Müller，Kunststoffadditive，C.HanserVerlag，第2版，第296頁。
適合作為增塑劑的通常的化合物例如是在醇組分中含2-20碳原子的對羥基苯甲酸的酯或在胺組分中含2-12碳原子的芳基磺酸的酰胺，優(yōu)選苯磺酸的酰胺。
在一種優(yōu)選的實施方案中，層II的模塑組合物含增塑劑，但層I的模塑組合物不含增塑劑。
可能的增塑劑特別是對羥基苯甲酸乙酯、對羥基苯甲酸辛酯、對羥基苯甲酸異十六酯、甲苯磺酸正辛酰胺、苯磺酸正丁酰胺或苯磺酸-2-乙基己酰胺。
層III或?qū)覫V的聚烯烴例如是聚乙烯或聚丙烯。原則上可使用各種市售類的聚烯烴。如可便用高密度的、中密度的或低密度的線性聚乙烯、LDPE、全同立構(gòu)的或無規(guī)立構(gòu)的均聚丙烯、丙烯與乙烯和/或丁烯-1的無規(guī)共聚物、乙烯-丙烯嵌段共聚物等。該聚烯烴也可含沖擊韌性成分如EPM橡膠或EPDM橡膠或SEBS。此外還可含通常的助劑和附加物。該聚烯烴也可按各種已知方法制備，如Ziegler-Natta法、Phillips法、可借助于金屬茂或自由基機制。
可對層IV的模塑組合物相應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)進行交聯(lián)，以改進機械特性如冷沖擊韌性、耐熱變形性或易蠕變性、或可滲透性。該交聯(lián)如可通過輻射交聯(lián)或借助于含硅烷基的聚烯烴模塑組合物的濕交聯(lián)進行。
適于層III的聚烯烴中所含的官能基例如是酸酐基、N-?；鶅?nèi)酰胺基、羧酸基、環(huán)氧基、噁唑啉基、三烷氧硅烷基或羥基。該官能基可通過合適單體與烯烴的共聚合引入或通過接枝反應(yīng)引入。在接枝反應(yīng)時，預(yù)先形成的聚烯烴以已知方式與不飽和的官能單體并優(yōu)選與自由基給體在高溫下反應(yīng)。
EVOH是早就已知。它是由乙烯和乙烯基醇形成的共聚物，并有時也稱為EVAL。共聚物中的乙烯含量通常為25-60摩爾％，特別是28-45摩爾％。從市售可得各種類型的這種共聚物。例如可參閱KurarayEVAL Europe公司的小冊子“Introdction to Kuraray EVALTMResins”，Version 1.2/9810。
EVOH通常經(jīng)乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的皂化而制備。由于較好的可加工性，也可按本發(fā)明使用部分皂化的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物作為EVOH，這時皂化進行到至少60％，優(yōu)選至少80％，特別優(yōu)選至少90％。較好的可加工性也可通過混合聚乙酸乙烯酯、乙烯-聚乙酸乙烯酯共聚物或聚酰胺實現(xiàn)。此外該EVOH模塑組合物還可含現(xiàn)有技術(shù)已知的所有其它添加劑如片狀硅酸鹽。在模塑組合物中的EVOH的含量應(yīng)至少為50重量％，優(yōu)選至少60重量％，特別優(yōu)選至少75重量％，更特別優(yōu)選至少90重量％。
適用于層I與層II粘結(jié)的粘附劑例如是由EP-A-1 216825中所知的，其內(nèi)容引此作為參考。
適用于層I與層IV粘結(jié)的粘附劑例如是聚酰胺和聚烯烴或官能化的聚烯烴的混合物，需要時加有增容劑如聚胺/聚酰胺共聚物(EP-A-1 216823)。
適用于層I與層V粘結(jié)的粘附劑例如是由EP-A-1 216826中所知的，其內(nèi)容引此作為參考。
所有這些粘附劑作為單獨層存在，該層例如經(jīng)與其余層共擠壓而形成。
本發(fā)明的管道系統(tǒng)或其各部件可低成本制備。此外其重量輕，這對移動性應(yīng)用是有利的。
本發(fā)明還涉及一種含本發(fā)明部件的例如適于汽車驅(qū)動的燃料電池系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池管道系統(tǒng)的部件，其特征在于，與所輸送的介質(zhì)相接觸的最內(nèi)層I是由聚酰胺模塑組合物制成，此外還存在至少一層選自下列的其它層a)由其它聚酰胺模塑組合物制成的層II，b)由其中聚烯烴未經(jīng)官能化的模塑組合物制成的層III，c)由未經(jīng)官能化的聚烯烴組成的聚烯烴模塑組合物制成的層IV，以及d)由EVOH模塑組合物制成的層V。
2.權(quán)利要求1的燃料電池管道系統(tǒng)的部件，其特征在于，其是多層管、貯料罐、連結(jié)部件、適配件、過濾件、泵的構(gòu)件或閥的構(gòu)件。
3.前述權(quán)利要求之一的燃料電池管道系統(tǒng)的部件，其特征在于，所述聚酰胺模塑組合物基于選自下列的聚酰胺PA 46、PA 66、PA 68、PA 610、PA 612、PA 88、PA 810、PA 1010、PA 1012、PA 1212、PA 6、PA 7、PA 8、PA 9、PA 10、PA 11、PA 12、基于此的共聚酰胺、分支的聚胺-聚酰胺共聚物以及它們的混合物。
4.前述權(quán)利要求之一的燃料電池管道系統(tǒng)的部件，其特征在于，將層I的聚酰胺模塑組合物作成抗靜電的。
5.一種燃料電池系統(tǒng)，其含有上述權(quán)利要求之一的部件。
6.一種用于驅(qū)動汽車的燃料電池系統(tǒng)，其含有權(quán)利要求1-4之一的部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于燃料電池的管道系統(tǒng)的部件，其特征在于，與所輸送的介質(zhì)相接觸的最內(nèi)層I是由聚酰胺模塑組合物制成，此外還存在至少一層選自下列的其它層a)由其它聚酰胺模塑組合物制成的層II，b)由其中聚烯烴經(jīng)官能化的模塑組合物制成的層III，c)由未經(jīng)官能化的聚烯烴組成的聚烯烴模塑組合物制成的層IV，以及d)由EVOH模塑組合物制成的層V，該部件可低成本制備，并對所輸送介質(zhì)具有優(yōu)良的阻擋作用。
文檔編號H01M8/04GK1760579SQ20051010864
公開日2006年4月19日 申請日期2005年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月11日
發(fā)明者G·施米茨, H·黑格爾, H·里斯, O·法格斯 申請人:德古薩公司