CN101033298A - 一种环保功能卷材及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽车及摩托车发动机系统使用环保功能卷材的化学组成和制备工艺；该卷材由多孔复合载体、远红外功能陶瓷粉体、粘合剂经过配料、混料、成型、涂覆、固化等工艺制成；所述多孔复合载体为碳毡、活性碳碳毡、高温竹碳碳毡、有机纤维织品、多孔发泡树脂等具有一定通透性的多孔材料；所述粘合剂为树脂或橡胶。环保功能卷材主要用于汽车及摩托车发动机的空气供给系统，使用本发明环保功能卷材后，可以显著降低汽车尾气排污，具有环保、节油功能，使用方法简单、操作方便、高效环保等特点。

Description

一种环保功能卷材及其用途
技术领域
本发明涉及环保节能材料领域，具体涉及一种环保功能卷材的化学组成、制备工艺及其用途。
技术背景
目前，大、中城市的汽车尾气污染，已经引起全社会的普遍关注。汽车尾气污染环境的主要原因在于汽车燃油的不完全燃烧。在影响燃料燃烧的诸多因素中，供给汽车发动机的空气质量占有重要位置。即空气中的氧气分子、氮气分子一般形成较大的分子团，这些大分子团阻碍了燃料和氧充分混合，使燃料还没有机会和氧充分混合燃烧，就被迅速排到环境中，成为有害气体的主要成分。
国际上已经出现的提高燃料燃烧效率的相关技术，包括增氧燃烧技术、离子燃烧技术、射线活化技术等几种类型。这些方法主要是通过物理或化学方法解决燃料的不完全燃烧问题。例如：
日本专利JP2238212号文献，公开了一种内燃机进气处理方法及装置，将产生远红外线的节能贴包裹在空气滤清气的进气管和出气管的外表面，活化空气，促进燃烧。此技术产品使用时红外线需要通过管壁，减弱了产品对空气的活化效果。
日本专利JP2002310015号文献，公开了一种空气活化材料技术。它以电气石、天然放射性稀土元素等矿物微粉制成空气活化材料。该技术的放射性元素配方在制造和使用过程中会对人体及环境造成一定程度的危害。
美国专利USP20040056208A1号文献，介绍了应用同时可产生远红外线和负离子的材料技术，将其用于活化水、活化天然气，促进燃气燃烧，并制成了活化装置。该装置的核心材料主要采用生物陶瓷，以及氧化硅、氧化铝等氧化物烧结成的陶瓷制品，工艺装备复杂，成本较高，不便推广。
美国专利USP4885065号文献，涉及了产生电子、离子和中性粒子来改善或加强燃烧的反应装置；美国专利USP2005126550号文献，介绍了用2.8-5.0kv的交流电产生臭氧和负离子进入内燃机增进燃烧的技术。但它们均以大量消耗电能为代价，应用受到极大限制。
中国实用新型专利(ZL02216771.4)公开了一种远红外线燃料激活装置。该装置包括主体和激活体。其中，主体设于燃料管路上，可供燃料于其中流过；激活体设于主体中，可供燃料直接流经接触，且该激活体由若干超细生化陶瓷颗粒构成，能放射波长约3-20μm的远红外线活化燃料。但该技术中使用粒径0.3μm以下的超细陶瓷颗粒为激活体，成本高，且再生困难，此装置用于燃料活化时有一定效果，但未涉及空气分子活化。
中国发明专利申请CN1587185A，公开了一种具有活化流体燃料分子及助燃功能的陶瓷材料及其制备方法和用途。该材料主要制成节能贴的形式，贴于汽车发动机进油管和进气管外表面。此技术产品使用时红外线需要通过管壁，减弱了红外线对空气的活化效果。
中国发明专利ZL02125487.7文献，提供了一种多功能健康陶瓷材料及其制备方法和用途。该材料具有辐射超强远红外线、高效活化水、抗菌等健康功能，主要用于抗菌、活化水日用陶瓷、卫生陶瓷等高档陶瓷制品开发，以及促进种子发芽装置等。
发明内容
本发明的目的是：针对现有技术的不足，设计制造一种环保功能卷材，用于汽车及摩托车发动机空气供给系统，具有环保、节油功能，使用方法简单、操作方便，可以显著降低汽车尾气排污。
针对现有技术存在的问题，本发明解决所述技术问题的思路是：从汽车发动机的空气供给系统着手，通过气体分子的活化技术来实现燃油的高效燃烧，促进燃烧完全，显著降低汽车尾气排污，具有环保、节油功能。
由燃烧原理可知，燃烧过程中，空气或氧气具有积极助燃作用。空气中的氧分子之间、氧分子和氮分子之间的结合分布状态，对燃烧过程影响巨大，进而影响燃料燃烧效率。事实上，空气中氧气约占21％，氮气约占78％，水分子是变化最活跃的成分，而分子之间通过分子间力(范德华力)一般结合成分子团簇，团簇越小，越有利于燃料分子与氧分子结合，越有利于燃烧，即越有利于实现降低污染物排放，达到环保和节能的目标。
根据量子力学中电子气体理论模型计算，范德华力造成的电子电位约为0.06-0.2eV。由普朗克公式推导，光子动能的简化公式为：
λ＝1.2398(eV·μm)/E
式中：λ是光子的波长，单位为μm；E则是光子的动能，单位为eV。
从以上公式可以算出：波长在6.2-20μm之间远红外线光子的动能，可以提供足够的能量来克服0.06-0.2eV的位能，使陷于范德华力场中的电子可以被共振激发而逃脱，因此，该段远红外射线可以克服范德华力而使空气中的分子团细微化。
通过选用常温高效辐射远红外陶瓷材料，辐射6.2-20μm波段远红外线，打散空气中较大的氧分子团簇、氧分子和氮分子团簇、氧分子和水分子团簇，使其细微化，大分子团变小，成为小分子团或单个分子，脱离其它大分子团簇束缚的较小的氧分子团或氧分子，会有更多的机会和燃料结合，增加与燃料分子的碰撞几率，即可促进燃烧，提高燃烧效率，减少一氧化碳产生，降低有害物排放。
据燃烧学原理，水分子在高温下参与烃类燃烧，发生水煤气反应，促进碳和一氧化碳的燃烧；当水参加燃烧后生成H、OH、H2和O等后，将使整个燃烧大大活化起来；水是含氧物质，水参与燃烧起到加氧燃烧的作用，能使C、CO和HC充分燃烧。因此在水的作用下，将加速和完善整个燃烧过程。
空气中水分子团簇的分子之间是以氢键结合，氢键比化学键弱，但比分子间作用力强。辐射远红外线的活化功能陶瓷材料，可使空气中的水团簇细化，其原理是水团分子间的氢键的键能为18.83kJ·mol-1，其对应光子能量为6.35μm，刚好在6.2-20μm波段远红外区域的光子能量之间，当接受远红外辐射后容易形成共振，就可以把某些缔合水分子的氢键打开而变成小的水分子团或单个水分子及空气负离子，空气负离子可促进燃烧。
燃油远红外活化技术，主要根据碳氢化合物分子中碳氢饱和共价键、非饱和的二价碳碳键(C＝C)与三价碳碳键(C≡C)，可以吸收波长3.2-6.2μm波段的光子，来激发燃料分子的键能，使其易于燃烧，进而提高燃烧效率。但此波段的远红外线恰恰也包括氮气分子团簇的吸收带(4.3μm)，活化燃料的同时也活化了氮气分子，氮气的活化会增加其同燃料竞争氧的能力，最终增加氮氧化物和一氧化碳的生成量；而气体分子活化技术最重要是活化氧气分子，使其脱离大分子团簇的束缚，氧分子在0.7-1.3μm的近红外波段有吸收带，活化材料的辐射波长要和氧分子的吸收波长相匹配。这就是燃料远红外活化技术和气体活化技术的主要区别，因此活化气体分子技术要求：首先材料产生的辐射线要避开氮气分子的吸收带(4.3μm)，其次满足氧分子对近红外(0.7-1.3μm)的吸收要求，最后和燃油活化材料一样要求活化材料在所需要的发射波段(0.7-1.3μm和6.2-20μm)有较高的发射率，来提供足够的能量活化气体分子。
本发明解决所述技术问题的方案是：环保功能卷材由多孔复合载体、远红外功能陶瓷粉体、粘合剂组成，经过配料、混料、成型、涂覆、固化等工艺制成，安放在汽车空气滤清器滤芯的前后。所述远红外功能陶瓷粉体的组分中含有辐射远红外线材料、粘结剂、镧系或锕系元素的天然无机非金属矿物材料，各组分的重量百分比为：辐射远红外线材料60-90％，粘结剂5-30％，镧系或锕系元素的天然无机非金属矿物材料2-10％；所述多孔复合载体为碳毡、活性碳碳毡、高温竹碳碳毡、有机纤维织品、多孔发泡树脂等具有一定通透性的多孔材料；所述粘合剂为树脂或橡胶；制备上述环保功能卷材含有如下步骤：
(1)首先将辐射远红外线材料60-90％、粘结剂5-30％、添加剂2-10％分别加入到球磨机中，然后按粉体总重量30-45％的比例加水，球磨至料浆细度400目以下，出料、成型，制成陶瓷球或陶瓷块或陶瓷板的坯体，再将成型后的陶瓷球、陶瓷块或陶瓷板的坯体烘干，600-1000℃烧结成型后出炉，冷却至室温，经破碎、球磨、超细磨，制成平均粒径小于4微米的远红外功能陶瓷粉体，优选为0.1-2.0微米，主要考虑此粒径范围材料加工难度不大、成本较低，并且电气石的红外辐射率也较高。
(2)按重量百分比将3-50％的上述远红外功能陶瓷粉体徐徐加入到50-97％熔融的树脂或橡胶中，充分搅拌、混合均匀，按100-500g/m2比例涂附在多孔复合载体表面，充分干燥固定，形成待用的环保功能卷材。
将所述环保功能卷材根据汽车空气滤清器的尺寸剪裁成型并设置于汽车或摩托车发动机的空气供给系统中。
所述空气供给系统中的具体位置为空气滤清器滤芯前面、空气滤清器滤芯后面以及空气滤清器滤芯前、后均安放。
环保功能卷材在汽车空气滤清器中安放在汽车空气滤清器滤芯后面时，需加装网状支撑物，以防气流将其吹入发动机内。
本发明的有益效果是：本发明提供的环保功能卷材与现有技术相比，可以显著降低汽车尾气排污，具有使用方法简单、操作方便、高效环保等特点，并且成本低廉，便于实际推广应用。
附图说明
图1为环保功能卷材结构及安装于汽车的实施例一示意图；
图2为图1中A的局部放大示意图；
图3为环保功能卷材结构及安装于汽车的实施例二示意图；
图4为图3中B的局部放大示意图；
图5为环保功能卷材结构及安装于汽车的实施例三示意图；
图6为图5中C的局部放大示意图；
图7为环保功能卷材结构及安装于摩托车的实施例四示意图；
图8为图7中D的局部放大示意图。
图中：1.空气滤清器  2.滤清器滤芯  3.滤芯前功能卷材  4.空气滤清器进气口  5.空气滤清器出气口  6.多孔复合载体  7.远红外功能陶瓷粉体涂层  8.网状支撑物  9.滤芯后功能卷材。
具体实施方式
实施例1
设计用于汽车发动机系统用环保功能卷材，具体实施如下：
(1)按重量百分比将镁电气石60％、锂电气石15％、沸石10％、钾长石10％、大理石斑岩5％分别加入到球磨机中，然后按粉体总重量38％的比例加水，球磨至料浆细度400目以下，出料，成型的陶瓷坯体烘干，650℃烧结成型后出炉，冷却至室温，经破碎、球磨、超细磨，制成平均粒径2微米的远红外功能陶瓷粉体。
(2)按重量百分比将上述远红外功能陶瓷粉体45％，徐徐加入到55％熔融的丙烯酸树脂中，充分搅拌、混合均匀，按200g/m2的比例涂附在活性炭碳毡表面，待充分干燥固定，形成环保功能卷材。
(3)根据捷达汽车空气滤清器的尺寸将环保功能卷材剪裁成型。
(4)如图1所示，将剪裁成型的环保功能卷材安放在捷达汽车空气滤清器中滤芯的前面，安放此卷材后，因材料在常温下高效辐射红外线，活化流经的空气中的分子，使分子团簇微细化，以使氧有充足的机会和燃料分子结合，促进燃烧，提高燃烧效率，减少一氧化碳产生，降低有害物排放，具有环保、节油功能。
检测降低尾气有害气体含量及汽车油耗情况的实验结果表明：行车100千米后可以降低排放一氧化碳30.4％，碳氢化合物40.2％、氮氧化物20.3％(如表1所示)；节油12％，另外汽车的IV档加速时间减少9％。
            表1汽车尾气排放情况对比实验
尾气   未安装(mg/cm3)   安装(mg/cm3) 作用效果(％)
  COHCNOx   4.682128   3.249102   30.440.220.3
实施例2
设计用于汽车发动机系统用环保功能卷材，具体实施如下：
(1)按重量百分比将铁电气石65％、高龄土20％、海泡石10％、独居石5％分别加入到球磨机中，然后按粉体总重量40％的比例加水，球磨至料浆细度300目以下，出料，成型的陶瓷坯体烘干，700℃烧结成型后出炉，冷却至室温，经破碎、球磨、超细磨，制成平均粒径1.8微米的远红外功能陶瓷粉体。
(2)按重量百分比将上述远红外功能陶瓷粉体30％，徐徐加入到70％熔融的丙烯酸树脂中，充分搅拌、混合均匀，按150g/m2的比例涂附在羊毛纤维织品表面，待充分干燥固定后，形成待用的环保功能卷材。
(3)根据捷达汽车空气滤清器的尺寸将上述环保功能卷材剪裁成型。
(4)如图2所示，将剪裁成型的环保功能卷材安放在捷达汽车空气滤清器中滤芯的后面，并用塑料网作支撑物，用以防止气流将其吹入发动机内。安放此卷材后，因材料在常温下高效辐射红外线，活化流经的空气中的分子，使分子团簇微细化，以使氧有充足的机会和燃料分子结合，促进燃烧，提高燃烧效率，减少一氧化碳产生，降低有害物排放，具有环保、节油功能。
检测降低尾气有害气体含量及汽车油耗情况的实验结果表明：行车100千米后可以降低排放一氧化碳45.7％，碳氢化合物47.6％、氮氧化物39.7％(如表2所示)；节油13％，另外汽车的IV档加速时间减少10％。
            表2汽车尾气排放情况对比实验
尾气   未安装(mg/cm3)   安装(mg/cm3) 作用效果(％)
  COHCNOx   4.682128   2.54390   45.747.629.7
实施例3
如图3所示，将实施例1和实施例2设计用于汽车发动机系统用环保功能卷材分别安放在捷达汽车空气滤清器滤芯的前和后，检测降低尾气有害气体含量及汽车油耗情况的实验结果表明：行车100千米后可以降低排放一氧化碳54.3％，碳氢化合物53.7％、氮氧化物38.3％(如表3所示)，节油18％。
             表3汽车尾气排放情况对比实验
尾气   未安装(mg/cm3)   安装(mg/cm3) 作用效果(％)
  COHCNOx   4.682128   2.13879   54.353.738.3
实施例4
如图4所示，将实施例1和实施例2设计制作的环保功能卷材分别安放在大运摩托车空气滤清器滤芯的前和后，然后检测降低尾气有害气体含量、摩托车油耗情况。实验结果表明：行车100千米后可以降低排放一氧化碳64.7％，碳氢化合物55.4％、氮氧化物32.3％(如表4所示)，节油23％。
                  表4摩托车尾气排放情况对比实验
尾气   未安装(mg/cm3)   安装(mg/cm3) 作用效果(％)
  COHCNOx   1.82833   0.7116.518   64.755.432.3

Claims (9)

1.一种环保功能卷材，其特征在于：该环保功能卷材由多孔复合载体、远红外功能陶瓷粉体、粘合剂组成；所述远红外功能陶瓷粉体的组分中含有辐射远红外线材料、粘结剂、镧系或锕系元素的天然无机非金属矿物材料，各组分的重量百分比为：辐射远红外线材料60-90％，粘结剂5-30％，镧系或锕系元素的天然无机非金属矿物材料2-10％；所述多孔复合载体为碳毡、活性碳碳毡、高温竹碳碳毡、有机纤维织品、多孔发泡树脂等具有一定通透性的多孔材料；所述粘合剂为树脂或橡胶；制备上述环保功能卷材含有如下步骤：
(1)首先将辐射远红外线材料60-90％、粘结剂5-30％、添加剂2-10％分别加入到球磨机中，然后按粉体总重量30-45％的比例加水，球磨至料浆细度400目以下，出料、成型，制成陶瓷球或陶瓷块或陶瓷板的坯体，再将成型后的陶瓷球、陶瓷块或陶瓷板的坯体烘干，600-1000℃烧结成型后出炉，冷却至室温，经破碎、球磨、超细磨，制成平均粒径小于4微米的远红外功能陶瓷粉体；
(2)按重量百分比将3-50％的远红外功能陶瓷粉体徐徐加入到50-97％熔融的树脂或橡胶中，充分搅拌、混合均匀，涂附在多孔复合载体表面，充分干燥固定，形成卷材。
2.如权利要求1所述的环保功能卷材，其特征在于：所述辐射远红外线材料为铁电气石、镁电气石、铁镁电气石、锂电气石中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的环保功能卷材，其特征在于：所述粘结剂为膨润土、高岭土、苏州土、沸石、海泡石、凹凸棒石、硅辉石、钾长石、钠长石中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的环保功能卷材，其特征在于：所述镧系或锕系元素的天然无机非金属矿物材料为含铈、镧、钕、磷、锆、钇、硅的天然稀土矿物材料，主要为石英斑岩、大理石斑岩、玄武闪石、伟晶岩、花岗斑岩、花岗伟晶岩、独居石、石英岩和磷酸铈镧矿石。
5.如权利要求1所述的环保功能卷材，其特征在于：所制成的远红外功能陶瓷粉体的平均粒径为0.1-2.0微米。
6.如权利要求1所述的环保功能卷材，其特征在于：所述在多孔复合载体表面涂附比例为100-500g/m2。
7.如权利要求1所述环保功能卷材的用途，其特征在于：将所述环保功能卷材根据汽车空气滤清器的尺寸剪裁成型并设置于汽车或摩托车发动机的空气供给系统中。
8.如权利要求7所述环保功能卷材的用途，其特征在于：所述空气供给系统中的具体位置为空气滤清器滤芯前面、空气滤清器滤芯后面以及空气滤清器滤芯前、后均安放。
9.如权利要求7所述环保功能卷材的用途，其特征在于：环保功能卷材在汽车空气滤清器中安放在汽车空气滤清器滤芯后面时，需加装网状支撑物，以防气流将其吹入发动机内。
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