Технологии

Положения нового и значительно более жесткого законодательства в области проникновения топлива заставляют обработчиков рассматривать целый ряд барьерных технологий для производства переносных контейнеров для топлива (канистр) и топливных баков для небольших двигателей. Контейнеры и баки из однослойного HDPE не соответствуют новым стандартам выброса паров топлива, созданным Калифорнийским Советом воздушных ресурсов (CARB), которые de facto становятся стандартами для всей страны.

Среди рассматриваемых технологических альтернатив многослойное соэкструзионное выдувное формование (аналогичное тому, что используется при изготовлении топливных баков для автомобилей), фторирующая обработка поверхности, и однослойное выдувное формование со специальной барьерной добавкой. Для применений меньшего объема компании, занимающиеся центробежным формованием, вынуждены рассматривать различные многослойные подходы.

Штаты последовали примеру Калифорнии

Тогда как Калифорния играет ведущую роль в вопросах контроля выбросов, производители с уверенностью ожидают, что и другие штаты скоро последуют ее примеру, и введут аналогичные законы. Кроме того, Калифорнийские требования обычно диктуют стандарты для продуктов, которые реализуются по всей стране.

Для переносных контейнеров для топлива, новые постановления CARB устанавливают предел выброса пара 0.4 г/гал/в день, с датой вступления в силу июнь 2007 г. Это сокращение на 33% по сравнению с ныне действующим стандартом в 0.6 г/гал/в день. К 2009 г. закон будет еще более ужесточен, и выбросы будут ограничены до 0.3 г/гал/в день.

Для топливных баков машин, передвигающихся вне дорог и имеющих небольшие двигатели (SORE), таких как: устройства для подрезания растений, пневмомашины для очистки канав и кюветов от листьев, тракторы и генераторы, ранее не существовало никаких требований относительно топливных выбросов. В январе 2007 г. предел, установленный CARB, составит 2.5 г/м²/ день для двигателей с рабочим объемом менее 225 куб. см. С января 2008 г. те же ограничения будут распространяться и на двигатели с рабочим объемом более 225 куб. см. К январю 2012 г., предел проникновения топлива будет еще более снижен до 1.5 г/м²/ день.

Тем не менее, постановления SORE, принятые в Калифорнии, наткнулись на препятствие из-за поправки, принятой Конгрессом в 2004 г., которая  имеет приоритет по отношению к законодательству отдельных штатов, и вместо принятия последнего призывает EPA (Агентство по охране окружающей среды) внести на рассмотрение федеральный закон.

А тем временем, Агентство по охране окружающей среды США уже приняло постановления относительно проникновения топлива для топливных баков транспортных средств, предназначенных для отдыха, и мотоциклов, которые ограничивают выбросы 1.5 г/м2/ день. Эти ограничения вступят в силу для моделей 2008 г. Сообщается, что и CARB и EPA работают над созданием новых требований по проникновению для топливных баков морских судов.

Дальнейшее принятие постановлений CARB для переносных топливных контейнеров это всего лишь вопрос времени. Таково мнение Комиссии по перемещению озона (OTC), правительственной организации, располагающейся в Вашингтоне, о. К, которая представляет 12 восточных штатов и округ Колумбия. Принятие по отдельным штатам ожидается в 2008-2009 гг.

Многослойная технология: проверенная  временем
Многослойное пневмоформование с экструзией является хорошо известной технологией, которая используется для производства топливных баков автомобилей уже на протяжении более десяти лет. Не удивительно, что у нее быстрее всего появились последователи, когда встал вопрос об определении барьерного решения для более мелких топливных баков и контейнеров.

Соэкструдированные шестислойные переносные топливные контейнеры из HDPE/EVOH производятся ведущими производителями, такими как: Blitz USA, Inc., Майами, Оклахома, и Midwest Can Co. I, Мелроуз Парк, Иллинойс. Обе компании используют установку для непрерывной экструзии от Bekum BM705D для производства канистр. Blitz формует канистры на пять галлонов, а Midwest Can контейнеры на 2 галлона.

По словам коммерческого директора Bekum  Гэри Карра, они используют стандартную установку с возвратно-поступательным движением от Bekum, которая специально приспособлена к изготовлению переносных топливных контейнеров. Установка дополнена расширенным основанием экструдера, головкой для соэкструзии и специальными системами управления. Специальная конструкция устройства для обрезания заготовки обеспечивает целостность сварных соединений и ударопрочность при падении сверху.

Компания Bekum  видит такие же возможности и для производства топливных баков небольших двигателей, но здесь, по словам Карра, рынок “посложнее” из-за различий в размерах баков и более низких годовых объемов. Bekum проактивно перешла к созданию шестислойной линии, которая будет установлена в этом месяце в штаб-квартире в Мичигане. Установка для соэкструзии модели BA14 производит небольшие топливные баки и контейнеры объемом до пяти галлонов. У серии BA более крупные плиты, чем у установок BM, поскольку они предназначены для формования более крупных деталей. Установка BA14 будет в июне продемонстрирована на выставке NPE в Чикаго.

Компания  FGH Systems продала несколько установок для непрерывной соэкструзии производителям канистр для изготовления контейнеров объемом до 5 галлонов из HDPE/EVOH. Эти горизонтальные установки с возвратно-поступательным движением от компании Uniloy B&W UMS 35D поставляются в вариантах с одной или двумя станциями. Продолжительность цикла для канистр составляет от 40 до 50 секунд. 38.5-тонная установка работает с продуктами с различными ручками и нарезками, она способна осуществлять на одной установке все операции по подрезанию и окончательному оформлению.

Поставщик топливных систем Walbro Engine Management из Таскона, Аризона, выходит на рынок с установкой для непрерывной соэкструзии шестислойного материла для производства топливных баков для небольших моторов от компании MBK Blowmolding Machinery. На установке с одной головкой и двойным зажимным устройством, которая называется TBA220D, можно формовать из HDPE/EVOH баки объемом до 20 литров для машин для подрезания растений, газонокосилок и пневмомашин для очистки канав и кюветов от листьев. Для изготовления таких небольших баков используется углубленное устройство для обрезания заготовки для того, чтобы ничто не выступало за поверхность бака. Компания Walbro имеет программы с тремя производителями техники для садово-паркового использования; компания также изучает возможность производства многослойных баков для внедорожников.

В число прочих компаний, занимающихся выдувным формованием небольших топливных баков из шестислойного HDPE/EVOH, входят Agri-Industrial, Фэрфилд, Айова, и AcroTech, Уотертаун, Южная Дакота. Обе компании используют установки непрерывной экструзии от компании Kautex серии KBS.

Возрождение вариантов с однослойным материалом

Для простоты обработки и сведения к минимуму затрат на оборудование и инструментарий производители предпочли бы однослойные структуры для производства таких топливных контейнеров и баков. Одним из вариантов является последующая обработка фторированием однослойных формованных деталей из HDPE. Хотя многие наблюдатели ставят под вопрос экономичность фторирования, в компании Fluoro-Seal International утверждают, что технология конкурентоспособна, поскольку при ее применении можно избежать капитальных затрат на установку для соэкструзии и расходов на барьерную смолу. Fluoro-Seal является единственной североамериканской компанией, которая предоставляет услуги фторирования после формования. Хотя многие источники считают, что технология обработки после формования слишком дорога из-за расходов на транспортировку баков туда и обратно на объект по обработке, Fluoro-Seal устранила это препятствие, избавив двух своих заказчиков от расходов с помощью переноса установки для обработки на их предприятия.

Чтобы осуществить фторирование, формованные баки или контейнеры обычно помещают в герметизированный реактор и подвергают воздействию отмеренного количества газообразного фтора в контролируемых условиях. Происходит химическое соединение фтора с внешней поверхностью из HDPE. В результате реакции образуется тонкий фторированный слой с повышенной химической стабильностью и углеводородной барьерной защитой. Fluoro-Seal заключила соглашения с производителями канистр объемом до пяти галлонов и топливных баков для газонокосилок и машин для подрезания растений.

Смешивание барьерной смолы или добавки с однослойным HDPE позволяет исключить необходимость обработки после формования. Основным вариантом в этом случае является Selar RB от DuPont, о котором говорят, что он переживает второе рождение в качестве материала для производства топливных баков и контейнеров. Этот модифицированный найлон с патентованным агентом, улучшающим совместимость, смешивается с HDPE, и формуется на стандартном оборудовании для однослойного пневмоформования с экструзией. В результате образуется микроламинарная структура, в которой барьерная смола образует стеки крупных наслаивающихся друг на друга частиц или  перемежающихся слоев внутри стенок контейнера, что ограничивает проникновение за счет создания “извилистой тропы” для молекул, которые пытаются просочиться через пластмассу.

Хотя эта технология и опробована, представитель компании DuPont признает, что для ее использования “надо научиться правильно обрабатывать материал”. Здесь необходимы точное управление температурой и  некоторые модификации аппаратных средств, такие как специальный шнек.

Scepter Corp., компания из Скарборо, Онтарио, занимающаяся выдувным формованием, использует Selar RB при изготовлении канистр с объемом до 6 галлонов EcoGas из однослойного HDPE. Selar RB еще не используется при изготовлении топливных баков небольших двигателей, но DuPont ищет такие применения.

Еще одно однослойное решение предлагается GE Plastics. Ее сплав Xenoy из PC/PBT представляет собой химически устойчивый, ударопрочный и устойчивый к воздействию ультрафиолетовых лучей материал, который, по имеющимся данным, соответствует стандартам CARB для топливных баков небольших двигателей. GE в настоящее время придает особое значение литьевому формованию из своего 6620U двух половин бака, которые затем свариваются вместе. GE также разрабатывает марки для выдувного формования, соответствующие требованиям CARB.

Вариант с центробежным формованием
Более строгие стандарты для выбросов затронули также производителей баков для небольших двигателей, которые используют центробежное формование из однослойного HDPE. Это баки для мотоциклов, тракторов и транспортных средств для отдыха, которые, как правило, крупнее и сложнее небольших баков, изготовленных выдувным формованием, и объем производства здесь меньше. Для того, чтобы добиться соответствия постановлениям CARB, Arkema разработала двухслойную барьерную систему, изготавливаемую центробежным формованием, которая называется PetroSeal. Благодаря ее эффективным барьерным рабочим параметрам, использующие ее компании, по имеющимся данным, освобождены CARB от дорогостоящих испытаний на проникновение топлива.

У системы от Arkema имеется барьерный слой найлона 11 Rilsan внутри оболочки из металлоценового MDPE от сестринской компании Total Petrochemicals из Хьюстона. Слой найлона осаждается поверх слоя MDPE с помощью изолированной камеры или челночной коробки. У бака толщиной 4 мм обычно 1 мм найлона и 3 мм полиэтилена.

Arkema также разработала технологию центробежного формования с “одним впрыском”, которая позволяет вводить в форму одновременно оба материала без использования челночной коробки. Технология использует тот факт, что MDPE расплавляется и сливается первым при температуре примерно 1200 C (250⁰ F), в то время как найлон плавится при температуре примерно 185⁰ C (365⁰ F). Технология PetroSeal в настоящее время проходит полевые испытания.