[发明专利]多层聚合物结构的汽油渗透的建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及多层聚合物结构的溶剂混合物渗透的领域。“渗透”表示流体如溶剂混合物穿过膜的传递。更确切地说，它是溶剂混合物的每种组分穿过多层聚合物结构的量。

更特别地，本发明涉及多层聚合物结构的溶剂混合物，尤其汽油(essence)，更特别地燃料类型汽油渗透的建模方法。本发明进一步地涉及包含多层聚合物结构的任何容器，该多层聚合物结构的渗透根据建模方法进行模型化，特别地涉及燃料罐，最后涉及实施这种建模方法的计算机程序。

背景技术

历史上，用于储存或者运输化学制品的容器或者罐是用金属制成的。这些金属制品已经逐步地用单层塑料替换，塑料是更轻的并且更容易使用，允许罐被制成为复杂的几何形状，并且对腐蚀不是敏感的。然而，这些单层塑料罐不再满足关于排放物的规定并因此需要开发在阻隔性质方面具有比单层解决方案更好性能的塑料解决方案。当今在工业上使用的一个途径是结合不同材料的多层塑料结构，这些不同材料审慎地进行选择以提高所述结构的阻隔性质。运输部门尤其不断地设法降低交通工具的重量以降低它们的排放物和它们的能量消耗。然而，这些轻的材料必须满足更严格的密封性标准。因此，燃油罐的聚合物壁必须具有优良的阻隔性质以限制燃料在环境中的传质。术语“阻挡层”在说明书中用于描述对汽油的阻挡材料。为了最好地实施它的阻挡层作用，该罐的壁尤其由多层聚合物结构形成，每一层执行对在该燃料中的至少一种化合物的阻挡层作用。

环境标准是越来越严格的以最大降低进入环境中的烃排放物。因此，自从2009年9月生效的欧洲标准Euro V将排放物限制至2.0g/测试，测试可以持续直至36个小时。美国标准PZEV(对于“Partial Zero Emission Vehicle”的英文缩写)对于全部交通工具将排放物限制至0.35g每次3天测试。因此，在这种背景下，需要通过优化它们对于汽油的渗透来优化燃料罐的壁以最大限制在环境中的任何燃料损失。

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

在阻挡结构中使用的关键材料特征为当它们与汽油接触时低的膨胀水平，和降低的扩散到聚合物基质中的小分子的迁移性。这要求，对于多层罐的工业结构，非常长的平衡时间，典型地以年的量级。此外，这些现象的试验研究需要积累许多测量。这些考虑已经引起申请人使用比在罐中使用的的壁更薄得多的膜来实现这些表征。实际上，每次膜的厚度被减半，它的用于半吸收/解吸的时间是大约除以四和物质流量被放大为两倍。实验测量仍然是非常耗时的，因为对于具有1mm厚度的汽油管线它们平均花费1至3个月，和对于具有3mm最小厚度的罐平均花费至少一年。

鉴于用于获得允许证实(或者非证实)用于制备罐壁的多层聚合物结构测量的极其长的时间，明显地需要开发模型以预选择可用的满足标准的结构。这种建模允许在一天中证实结构，而实验花费数月。

存在用于预测穿过多层结构的渗透性的模型，但是这些模型用于在研究简单气体(如二氧化碳CO₂、氧气O₂或者氮气N₂或者水蒸汽)的渗透性的背景中而获得的。这些模型允许例如通过估算包围食品的多层膜的氧渗透性来预测食品的保存期限。然而，这些模型不允许预测多层结构的汽油渗透性。实际上，汽油是溶剂混合物和汽油的组成在该多层结构的厚度上根据穿过的层的性质和厚度而变化。因此必须考虑不同的参数，例如汽油/聚合物类型的互相作用(吸收)，在两个聚合物层之间的界面处的阻力和汽油和它的组分中每种在每个层中的扩散。

基于对于每个单层定义的扩散定律(例如菲克定律)和吸收定律(例如UNIQUAC模型)，预测结合了不同材料的多层结构的性能，并因此证实罐的结构面对日益更严格的环境标准是否有效。

还从在2011年四月由Benrabah、Thibault和DiRaddo发表的标题"Modeling of fuel permeation in multilayer automotive plastic fuel tanks"的文件已知罐类型多层材料的汽油渗透的建模方法，但是在这种方法中采用的假设是非常限制性的，不适用于所描述的罐的全部层并因此不允许获得可靠的结果。

发明内容