CN101367020A - 一种内燃机用双层过滤材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机用双层过滤材料，按流体流动方向，过滤材料的双层结构依次设置为粗滤层和细滤层；其细滤层由质量分数为2～100％的原纤化纤维和质量分数为0～98％的细滤层天然纤维组成，其中原纤化纤维的纤维主干直径为1～20μm，长度为0.1～10mm，打浆度为12～65°SR，细滤层天然纤维直径为5～30μm，长度为0.5～3.5mm。本发明实现了在保持低过滤阻力和高容尘量的同时提高过滤材料的过滤效率。

Description

一种内燃机用双层过滤材料
技术领域
本发明涉及过滤技术领域，特别涉及一种内燃机用双层过滤材料。
背景技术
内燃机用过滤材料用于内燃机工作过程中所需的各种流体的过滤，主要包括内燃机的空气过滤、机油过滤和燃油过滤。在保持低过滤阻力的同时，能具有高容尘量和高过滤效率是这类材料的理想特性。
对于宏观均质结构的过滤材料而言，为了使其具有低过滤阻力和高容尘量的特性，需要采用直径较粗的纤维或者是具有卷曲度的纤维来提高材料的松厚度，但这会导致过滤效率的下降。另一方面，为了使过滤材料具有高过滤效率的特性，需要采用直径较细的纤维来提高单位体积内的纤维填充率，减小纤维之间的孔隙尺寸，但这又会导致过滤阻力升高、容尘量下降。可见，对于宏观均质的过滤材料，单纯依靠调节纤维原料直径的方法无法取得以上性能之间的平衡。
基于以上原因，美国专利US4661255和日本专利05—049825从材料结构的角度出发，提出了双层过滤材料。这种过滤材料可通过提高过滤材料入流面层的松厚度来使其保持低过滤阻力，提高容尘量；同时也可通过提高过滤材料出流面层单位体积内的纤维填充率来提高过滤效率。
美国专利US4661255公开的内燃机用过滤材料由两个主要部分组成，一部分是入流面层，即粗滤层；一部分是出流面层，即细滤层。其中粗滤层由X、Y、V型截面的差异化合成纤维和天然纤维组成；细滤层同样由截面为圆形的合成纤维和天然纤维组成。该过滤材料通过在粗滤层中含有X、Y、V型截面的差异化合成纤维来提高表面松厚度，从而提高材料的容尘量；同时通过在细滤层中选用直径为7～12μm的植物纤维来提高过滤效率。但是，由于其细滤层中的纤维直径最小为7μm，这使得该过滤材料的过滤效率有限。
日本专利05—049825公开的过滤材料可以包括两层结构，各层结构具有直径不同的孔隙。其中粗滤层的最大孔径为30～150μm，平均孔径为20～60μm；细滤层的最大孔径为10～35μm，平均孔径为5～20μm。其粗滤层由具有不规则截面的卷曲纤维和粘结纤维构成。但是，由于其细滤层中的平均孔径不小于5μm，这使得该过滤材料的过滤效率有限。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种能在保持低过滤阻力和高容尘量的同时提高过滤效率的内燃机用双层过滤材料。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种内燃机用双层过滤材料，按流体流动方向，过滤材料的双层结构依次设置为粗滤层和细滤层；所述细滤层由质量分数为2～100％的原纤化纤维和质量分数为0～98％的细滤层天然纤维组成。
所述原纤化纤维的纤维主干直径为1～20μm，长度为0.1～10mm，打浆度为12～65°SR；所述细滤层天然纤维直径为5～30μm，长度为0.5～3.5mm。
所述原纤化纤维为原纤化的天丝纤维、丽赛纤维及腈纶纤维中的一种或一种以上。
所述粗滤层由合成纤维和粗滤层天然纤维组成。
所述过滤材料各层结构的紧密程度沿流体流动方向逐渐提高。
所述粗滤层的质量与细滤层的质量比为1:5～5:1。
所述细滤层天然纤维、粗滤层天然纤维都为木材纤维、草类纤维、棉纤维、麻纤维及丝光化植物纤维中的一种或一种以上。
本发明一种内燃机用双层过滤材料，其工作机理为：内燃机用过滤材料的过滤效率由其细滤层单位体积内的纤维填充率决定，细滤层单位体积内的纤维填充率越高，纤维间的空隙越小，过滤效率也就越高；本发明细滤层由原纤化纤维和直径较细的天然纤维组成，由于原纤化纤维表面具有相对于主干细得多的原纤和原纤束，这些原纤和原纤束有效提高了单位体积内的纤维填充率，因此也就提高了过滤材料的过滤效率。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明的细滤层选用原纤化纤维和直径较细的天然纤维组成，由于原纤化纤维带有相对于主干细得多的原纤，从而实现了在保持低过滤阻力和高容尘量的同时有效提高过滤效率。
2、本发明的工艺调节手段灵活、性能控制范围较广，并可用于内燃机工作过程中所需的各种流体的过滤，包括空气过滤、机油过滤、燃油过滤等。
附图说明
图1是本发明内燃机用双层过滤材料的结构示意图；其中1为流体流动方向，2为粗滤层，3为细滤层，4为原纤化纤维。
图2是本发明细滤层采用的原纤化纤维的电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
在以下实施例及对比例中，当纤维截面不是圆形时，用该纤维的最大投影宽度表示纤维直径。其中使用的合成纤维为尼龙纤维、涤纶纤维、丙纶纤维、芳纶纤维、腈纶纤维、聚四氟乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、天丝纤维、丽赛纤维中的一种或一种以上。
实施例1，用于内燃机空气过滤的双层过滤材料
内燃机用双层过滤材料的结构如图1所示，按照流体流动方向1设置为粗滤层2和细滤层3。
粗滤层2由质量分数为82％的粗滤层天然纤维和质量分数为18％的合成纤维组成；其中粗滤层天然纤维平均直径为18μm，平均长度为8mm；合成纤维平均直径为20μm，平均长度为8mm。
细滤层3由质量分数各为50％的原纤化纤维4和细滤层天然纤维组成；其中原纤化纤维4的纤维主干平均直径为12μm，平均长度为6mm，打浆度为300SR；细滤层天然纤维平均直径为6μm，平均长度为1mm。
其中，原纤化纤维4为原纤化的天丝纤维、丽赛纤维及腈纶纤维的混合物，其结构如图2的电镜图所示；粗滤层天然纤维为木材纤维；细滤层天然纤维为木材纤维和草类纤维的混合物。
粗滤层2与细滤层3的质量比为1:1。
实施例2，用于内燃机机油过滤的双层过滤材料
内燃机用双层过滤材料的结构如图1所示，按照流体流动方向1设置为粗滤层2和细滤层3。
粗滤层2由质量分数为85％的粗滤层天然纤维和质量分数为15％的合成纤维组成；其中粗滤层天然纤维平均直径为45μm，平均长度为5mm；合成纤维平均直径为25μm，平均长度为20mm。
细滤层3由质量分数为5％的原纤化纤维4和质量分数为95％的细滤层天然纤维组成；其中原纤化纤维4的纤维主干平均直径为18μm，平均长度为9mm，打浆度为15°SR；细滤层天然纤维平均直径为25μm，平均长度为3mm。
其中，原纤化纤维4为原纤化的天丝纤维、丽赛纤维及腈纶纤维的混合物，其结构如图2的电镜图所示；粗滤层天然纤维为棉纤维；细滤层天然纤维为麻纤维。
粗滤层2与细滤层3的质量比为5:1。
实施例3，用于内燃机燃油过滤的双层过滤材料
内燃机用双层过滤材料的结构如图1所示，按照流体流动方向1设置为粗滤层2和细滤层3。
粗滤层2由质量分数为88％的粗滤层天然纤维和质量分数为12％的合成纤维组成；其中粗滤层天然纤维平均直径为60μm，平均长度为7mm；合成纤维平均直径为30μm，平均长度为20mm。
细滤层3由100％的原纤化纤维4组成，其主干平均直径为3μm，平均长度为1mm，打浆度为60°SR。
其中原纤化纤维4为原纤化的天丝纤维和丽赛纤维的混合物。粗滤层天然纤维为丝光化植物纤维，合成纤维为丙纶纤维。细滤层完全由原纤化的天丝纤维和丽赛纤维组成。
粗滤层2与细滤层3的质量比为1:5。
对比例1，用于内燃机空气过滤的双层过滤材料
本对比例与实施例1比较，不同之处在于，其细滤层由100％的细滤层天然纤维组成，其纤维平均直径为12μm，平均长度为3.5mm。其余与实施例1相同。
对比例2，用于内燃机机油过滤的双层过滤材料
本对比例与实施例2比较，不同之处在于，其细滤层由质量分数为5％的合成纤维和质量分数为95％的细滤层天然纤维组成；其中合成纤维的纤维平均直径为20μm，平均长度为6.5mm；细滤层天然纤维平均直径为20μm，平均长度为2mm。其余与实施例2相同。
对比例3，用于内燃机燃油过滤的双层过滤材料
本比较例与实施例3比较，不同之处在于，其细滤层由质量分数为5％的合成纤维和质量分数为95％的细滤层天然纤维组成；其中合成纤维的纤维平均直径为6μm，平均长度为3mm；细滤层天然纤维的纤维平均直径为15μm，平均长度为1mm。其余与实施例3相同。
对以上各实施例及对比例的过滤材料进行过滤性能测试，其测试结果如下表所示：
 
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3
厚度(mm) 0.82 0.93 0.80 0.83 0.95 0.79
细滤层最大孔径(μm) 32.0 52.9 14.6 35.6 61.2 17.9
细滤层平均孔径(μm) 11.5 22.3 4.2 15.9 25.7 5.4
初始压力损失(Pa) 613 306 1315 587 280 1402
容尘量(g/m2) 394 156 126 385 145 115
过滤效率(％) 99.9 94.3 99.99 99.6 90.1 99.97
用途 空气过滤 机油过滤 燃油过滤 空气过滤 机油过滤 燃油过滤
比较以上各实施例及其相应对比例的过滤性能测试结果，发现在相同用途下，各实施例过滤材料的厚度、初始压力损失、容尘量与其相应对比例相差不多，但细滤层最大孔径、平均孔径均小于其相应对比例，且过滤效率也明显优于对比例。这说明了本发明内燃机用双层过滤材料在保持较低过滤阻力和高容尘量的同时，具有高过滤效率的性能。
以上结果还表明，对比例1中由于其细滤层不含原纤化纤维及直径低于7μm的天然纤维，造成其过滤效率与实施例1相比不高；对比例3中由于不含原纤化纤维，造成其平均孔径不低于5μm。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种内燃机用双层过滤材料，按流体流动方向，其双层结构依次设置为粗滤层和细滤层；其特征在于，所述细滤层由质量分数为2～100％的原纤化纤维和质量分数为0～98％的细滤层天然纤维组成。
2.根据权利要求1所述的内燃机用双层过滤材料，其特征在于，所述原纤化纤维的纤维主干直径为1～20μm，长度为0.1～10mm，打浆度为12～650SR。
3.根据权利要求1所述的内燃机用双层过滤材料，其特征在于，所述细滤层天然纤维直径为5～30μm，长度为0.5～3.5mm。
4.根据权利要求1所述的内燃机用双层过滤材料，其特征在于，所述原纤化纤维为原纤化的天丝纤维、丽赛纤维及腈纶纤维中的一种或一种以上。
5.根据权利要求1所述的内燃机用双层过滤材料，其特征在于，所述粗滤层由合成纤维和粗滤层天然纤维组成。
6.根据权利要求1所述的内燃机用双层过滤材料，其特征在于，所述过滤材料各层结构的紧密程度沿流体流动方向逐渐提高。
7.根据权利要求1所述的内燃机用双层过滤材料，其特征在于，所述粗滤层与细滤层的质量比为1:5～5:1。
8.根据权利要求1、5或6任一项所述的内燃机用双层过滤材料，其特征在于，所述细滤层天然纤维和粗滤层天然纤维都为木材纤维、草类纤维、棉纤维、麻纤维及丝光化植物纤维中的一种或一种以上。
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