汽車塑料油箱吹塑成型生產(chǎn)技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析

劉軍強

(秦川機床工具集團股份公司本部，陜西 寶雞 721009)

0 前言

隨著全球環(huán)境的日益惡化，世界上許多國家紛紛采取措施來降低污染，其中包括對汽車尾氣排放量和燃油泄漏量的限制。眾所周知，燃油系統(tǒng)是整車污染排放中HC化合物的主要來源之一。研究表明，在整車HC化合物的排放量中，約有45%來自于燃油系統(tǒng)和曲軸箱，所以提高塑料燃油箱的防滲透性能就成為整車尾氣排放達標的最直接、最有效和最重要的途徑。

汽車塑料燃油箱因其重量輕、防腐能力強、造型隨意、壽命長、安全性能高等優(yōu)點，已被越來越多的汽車生產(chǎn)廠商及用戶所接受。近幾年得到了普遍推廣與應用。目前常用的塑料燃油箱一般為六層，其結(jié)構為從外到內(nèi)分為新料層、回收料層、粘結(jié)層、阻隔層粘結(jié)層、新料層。由于多層燃油箱有阻隔層，所以其抗燃油滲透能力更強。

面對越來越嚴峻的環(huán)保壓力，國家對汽車塑料燃油箱的要求也在不斷提高。針對這一系列變化，汽車塑料燃油箱行業(yè)該如何應對呢？下面將就汽車塑料燃油箱的相關標準以及國V、國Ⅵ塑料燃油箱生產(chǎn)的技術現(xiàn)狀，以及混合動力汽車塑料燃油箱的不同要求，并對汽車塑料燃油箱的發(fā)展趨勢與前景做以簡單分析。

1 汽車塑料燃油箱的相關標準

對于汽車塑料燃油箱的國家標準，目前有兩份，一個是根據(jù)強制性國家標準 GB 18296—2019規(guī)定，汽車塑料燃油箱是滿足國家強制安全性能要求 即：耐壓試驗、角錘沖擊試驗、耐熱試驗、耐火性試驗的要求外。還要滿足汽車污染物排放標準的要求。

早在2016年12月27日環(huán)境保護部、國家質(zhì)檢總局就已聯(lián)合發(fā)布了《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》，即輕型車“國Ⅵ”標準。并明確提出，于2020年7月1日起分階段實施的國Ⅵ污染物排放標準，新標準比現(xiàn)在實行的國V標準加嚴40%至50%。雖然主要是對整車的要求大幅提高，但作為汽車燃油系統(tǒng)的一部分，汽車塑料燃油箱的要求也將大幅提升，特別是汽車塑料燃油箱密封性和滲漏性要求的提高幅度較大。

2 汽車塑料燃油箱的技術現(xiàn)狀

2.1 國V油箱生產(chǎn)技術現(xiàn)狀

圖V油箱生產(chǎn)設備見圖1。

2.1.1 生產(chǎn)工藝的提升

國內(nèi)汽車塑料燃油箱的生產(chǎn)也有二十多年了，對于塑料燃油箱的設計、設備以及生產(chǎn)工藝的技術積累，足以應對國家標準的要求提高。而國V塑料油箱的生產(chǎn)，伴隨著市場要求的提升，也在不斷與時俱進，首先在生產(chǎn)上，追求高效率、自動化；其次，在油箱的工藝與設計上也增加了一些功能。塑料油箱生產(chǎn)目前主要所采取的措施有以下幾點：

（1）油箱內(nèi)部增加防浪板。

（2）油箱增加卡環(huán)；其中第一條，為功能上的增加，目的是防止汽車上下坡時，油路不暢。

增加卡環(huán)，相對簡單些，只需要增加一臺機器人，在合模前，將卡環(huán)放置在模具內(nèi)，即可生產(chǎn)。當然，控制程序需要做相應改動。如圖2所示。油箱內(nèi)部增加防浪板，則需要新的擴張吹脹機構，目前，主要配備按四桿或六桿擴張。利用擴張機構，擴開料坯，然后從下面將防浪板送入料坯內(nèi)固定位置，預合模，抽出升桿，合模吹塑，過程如此。

圖1 油箱生產(chǎn)設備-多層中空吹塑成型機

圖2 機器人放置卡環(huán)

2.2 國Ⅵ塑料油箱技術進展

根據(jù)新標準的要求，汽車燃油箱最主要的改變是大幅提升密封性和滲漏性要求。塑料油箱原有生產(chǎn)工藝將無法達到要求，因此將對整個行業(yè)產(chǎn)生以下影響：

（1）單雙層塑料燃油箱，以及氟化處理技術等將會徹底被淘汰。

（2）EVOH厚度比例由原來1%～3%，提高到3～5%，通過提高阻隔層EVOH的厚度比例來減少燃油滲漏。

（3）必須根據(jù)新的標準與要求，對生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)設備進行升級換代。而與國V油箱相比，最大的變化在于，油泵油管等集成件放置油箱內(nèi)部。

2.2.1 油泵放置油箱內(nèi)部的兩種方案

將油泵安裝于塑料油箱內(nèi)部，是相對而言比較復雜些，安裝完成后的油箱內(nèi)部結(jié)構如圖3所示。目前主要有兩種方案，兩種方案各有利弊，生產(chǎn)廠家可以選擇適合自己的方案實施改造，或者直接訂購國Ⅵ油箱生產(chǎn)設備。

圖3 國Ⅵ油箱內(nèi)部結(jié)構圖

第一種方案，簡單些，將油泵等內(nèi)置件集成直接從下面放置于塑料油箱內(nèi)部。其關鍵在于這一套放置內(nèi)置集成件的機構，包括了六桿擴張機構、預夾機構、伸縮機構等。先用機器人將集成件放置于機構的固定位置，其它動作與防浪板的放置動作相似，但設備安裝地基必須設置地坑。

第二種方案，簡稱“兩片式”。具體工藝工程如圖4所示。簡單地說，先將料坯劈開，形成單獨兩片料坯，然后將內(nèi)置集成件從前方或者后方置入，再進行合模，吹塑成型。此方案有三個關鍵點。其一，料坯的劈開形成兩片，必須可靠穩(wěn)定，刀口整齊；其二，預成型，保持兩片料坯的溫度，又不能相互粘結(jié)；其三，內(nèi)置件的激光焊接。必須位置準確、焊接牢固。

圖4 兩片式工藝過程

2.2.2 生產(chǎn)設備的改進與設計

根據(jù)以上兩種生產(chǎn)工藝方案，生產(chǎn)設備需要進行相應的改進或重新設計，以完成最終生產(chǎn)合格塑料油箱的目的。下面具體說明要生產(chǎn)國Ⅵ塑料油箱，生產(chǎn)設備需要作何考慮。

（1）機頭部分：多層共擠機頭，結(jié)構基本不變。但要評估產(chǎn)量增加時，是否對機頭的熔體分配有影響。如果采用兩片式方案，則需要增加將料坯劈開的裝置，原理如圖4所示，且要保證兩邊的型坯舒展平整，便于后續(xù)的成型。

（2）擠出部分：擠出部分整體配置可以保持不變，但建議整體配置增加，即整機總產(chǎn)量加大，因為兩種方案都有可能增加飛邊的重量，生產(chǎn)同樣的油箱，國Ⅵ油箱比國V油箱，飛邊重量增加10%到20%。

圖5 型坯劈開原理圖

（3）成型機部分：成型機是改動最大的，首先要評估是否加大合模距離，以便于留出足夠的空間，放置改進后的吹脹擴張裝置。由于成型機上的部件與動作增加，最好成型機為固定狀態(tài)。如此既增加動作可靠性、也能讓管線排布更簡潔。

（4）吹塑模具需要根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝和汽車空間進行重新設計。

設備與生產(chǎn)工藝的改造與設計，是一個系統(tǒng)的工程，需要考慮每一個細節(jié)。以上只是塑料油箱吹塑生產(chǎn)設備主要部分的改進建議。其它部分也會根據(jù)不同的要求，做相應的改進與調(diào)整。

2.3 混合動力汽車燃油箱技術現(xiàn)狀

混合動力，目前多為油電混合（PHEV）。普通內(nèi)燃機汽車，油泵始終向外泵油。汽油雖然也在油箱內(nèi)有揮發(fā)，但是隨著泵油，油箱內(nèi)壓力始終保持平衡。而混合動力汽車在純電動模式下，發(fā)動機不工作，而汽油卻是一直在揮發(fā)，油箱內(nèi)就會產(chǎn)生壓力。一般會在供油系統(tǒng)多設置一個回路裝置，用于自動排掉多余氣體。“最新的技術是采用儲油同時用作蓄壓器的燃油壓力油箱，即高壓油箱。也就是說，采用純電動行駛模式時燃油箱內(nèi)的汽油蒸氣直接在燃油箱建立壓力，同時為了解決燃油壓力油箱的加油問題，采用電子控制系統(tǒng)進行壓力控制。”[1]

表1 油電PHEV與傳統(tǒng)油箱壓力值

從表1可以看出，對于油電混合動力汽車燃油箱比傳統(tǒng)燃油箱內(nèi)壓力增加不少，特別是密封燃油箱，即高壓油箱。由于這種高壓燃油箱需要承受更高的壓力，因此對燃油的氣密性、內(nèi)壓穩(wěn)定性和機械輕度則提出了更高的要求。

由于混合動力汽車塑料燃油箱要求的提高，所以在油箱生產(chǎn)的工藝工程中，為使最終產(chǎn)品能夠滿足要求，必須從原料性能、成型工藝等方面進行考慮。比如原料性能方面，在原來要求的基礎之上，需要提升剛性與韌性；而成型工藝方面可以適當提高吹塑壓力，提高油箱內(nèi)部的承載壓力。其他吹塑成型工藝與普通塑料油箱的生產(chǎn)工藝相同。

3 汽車塑料燃油箱的發(fā)展趨勢分析

（1）就目前技術現(xiàn)狀來講，伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和國家對環(huán)保要求的提高，汽車燃油箱的生產(chǎn)工藝也要順勢而變，必須進行生產(chǎn)工藝及設備的技術改進措施，以達到國家的要求，為國家的節(jié)能減排，為建設和諧綠色環(huán)保的生活環(huán)境做出自己的貢獻。

（2）而根據(jù)國家發(fā)展規(guī)劃，汽車工業(yè)未來將會以新能源為主，比如電能、氫能等。用新能源逐步替代對燃油依賴，可能到那時，將是汽車塑料燃油箱產(chǎn)業(yè)退出的時候，但這是一個伴隨技術與社會發(fā)展的過程。

（3）就接下來十年來講，將是一個此消彼長的過程。這一過程，需要汽車塑料燃油箱生產(chǎn)廠家一方面技術改進，滿足現(xiàn)階段的市場需要，另一方面做好開拓新的市場，做一些轉(zhuǎn)型的準備。

面對社會發(fā)展，時代進步的潮流，我們只有整好心態(tài)、調(diào)好腳步，昂首向前才能不被時代淘汰，在危機中尋找新的機遇，迎接新的希望。