CN103774492B - 一种汽车滤清器滤纸涂覆材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车滤清器滤纸涂覆材料，由如下重量份的组分制得：1～6份的远红外陶瓷粉、2～20份的海泡石纳米纤维、4～10份的合成纤维、0.8～2份的硅烷偶联剂、0.8～2份的稀释剂、9～20份的施胶剂、20～40份的苯丙乳液、60～96份的木浆组成。利用本发明涂覆材料结合滤纸制作的空气、燃油、机油滤清器，综合作用明显，汽车尾气排放污染物减少13～40%，动力性能提高5%～15%，可节省燃油2%～7%，排放标准达到欧Ⅳ标准。

Description

一种汽车滤清器滤纸涂覆材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种汽车滤清器滤纸涂覆材料，特别是涉及一种具有环保功能的滤清器滤材涂覆材料及其制造方法，属于汽车环保技术领域。

背景技术

汽车工业迅猛发展给人类带来繁荣与便利,然而随着汽车保有量的急剧增加，汽车排放造成的环境问题凸现出来。排放物中的氮氧化合物、挥发性有机物和可吸入颗粒物，在城市中心区所有污染源中的贡献比例已分别达到66％、90％和26％。汽车滤清器具有对燃油、空气和机油过滤的作用，滤芯是其主要的过滤部分，承担着过滤工作，过滤材料的研究直接关系到过滤的效果。近年中国大中城市雾霾等大气污染问题的加剧，更是对汽车用过滤纸的使用寿命、过滤精度、纳污能力提出了越来越高的要求。

为了改善汽车滤清器的滤纸纤维网络细节、孔隙结构，先后开发了多种滤清器滤纸技术。

以单一材质纤维为原料的过滤材料：为了提高过滤精度就要缩小孔径,因而会增大过滤阻力,缩短使用寿命；为了减小过滤阻力,延长使用寿命,就要增大孔径,因而会降低过滤精度。所以难以通过微观孔隙的调节来平衡过滤精度和过滤阻力等性能参数。

以多种材质纤维为原料的复合纤维过滤材料：利用合成纤维和植物纤维制造出了高性能复合过滤材料，如果对材料的内部结构未进行有效控制,这种过滤材料将会与单一纤维成分的过滤材料一样,仍难以通过微观孔隙的调节来平衡过滤精度和过滤阻力等性能参数。

多层复合过滤纸：将具有不同性能的过滤材料通过层叠复合来优化过滤材料的综合性能，一般将已成形的过滤材料再进行二次加工复合,生产工艺复杂、成本较高,而且在材料的层与层之间存在明显的界面。

梯度结构过滤纸：在材料的剖面方向上存在孔径连续变化的过滤纸，这种方法通过对工艺的有效控制,可实现不同纤维原料的梯度分布，内部结构中存在孔径的连续变化,能合理地调节过滤效率与过滤阻力这一对矛盾参数,达到理想的过滤分离效果。

发明内容

针对现有过滤器滤纸存在的问题，本发明旨在利用高长径比天然矿物材料纳米纤维与在用汽车滤纸造纸纤维复合技术，提供一种新型汽车环保滤清器滤纸涂覆材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种汽车滤清器滤纸涂覆材料，由如下重量份的组分制得：1～6份的远红外陶瓷粉、2～20份的海泡石纳米纤维、4～10份的合成纤维、0.8～2份的硅烷偶联剂、0.8～2份的稀释剂、9～20份的施胶剂、20～40份的苯丙乳液、60～96份的木浆组成。

其中，所述远红外陶瓷粉由下述重量份的组分组成：中位径0.1～2μm，优选0.5-1.4μm的极性矿物电气石超细粉18～62份，稀土氧化物4～8份，过渡金属氧化物15～60份。

所述极性矿物电气石为铁电气石、镁电气石、铁镁电气石、锂电气石中的一种或几种。

所述稀土氧化物为中位径0.01～2μm，优选0.08-1.7μm的CeO₂、Ce₂O₃、La₂O₃中的一种或几种。

所述过渡金属氧化物由如下重量份的组分组成：2-8份的Fe₂O₃、1-3份的MnO₂、1-8份的Co₂O₃、2-12份的CuO。所述合成纤维为聚丙烯腈聚酯、聚酰胺、聚丙烯或聚丙烯腈。

所述硅烷偶联剂为十二烷基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷。

所述稀释剂为异丙醇、石油醚或苯醇。

所述施胶剂为聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯或聚丙烯酸丙酯。

所述木浆为本领域技术人员所理解的滤清器滤纸用木浆。

优选地，所述汽车滤清器滤纸涂覆材料，由如下重量份的组分制得：1.5～6份的远红外陶瓷粉、5～12份的海泡石纳米纤维、4～10份的合成纤维、1～2份的硅烷偶联剂、1～2份的稀释剂、13～19份的施胶剂、25～38份的苯丙乳液、63～79份的木浆组成。

本发明还提供上述滤清器滤纸涂覆材料的制造方法，包括如下步骤：

1)将硅烷偶联剂和稀释剂加入远红外陶瓷粉中充分搅拌10～30min后，静置5～10min，80～120℃烘干；改善陶瓷粉末表面性能，使之与纸浆更好的融合，增加粉末在纸张中的牢固度。

2)将步骤1)表面预处理后的远红外陶瓷粉、海泡石纳米纤维、合成纤维、施胶剂、苯丙乳液同时加入打好的木浆中，采用机械搅拌，使之混合均匀，随后加水调浓至3.0～3.5％，制得浆液为涂覆材料。

经由上述浆液涂覆的滤纸，应用于空气、燃油和机油滤清器中，具有高过滤精度、耐破度强、透气性高、能释放远红外和负离子等特性。

海泡石为一种典型的硅酸盐纳米纤维矿物，其轴向和侧壁存在丰富的纳米孔，比表面大、空隙多，具有极强的吸附能力和过滤性能。但由于矿物纳米纤维之间界面结合牢固，影响了过滤性能和吸附能力。常规球磨技术制备的海泡石纳米粉，纤维的长径比小，纤维性能不能充分发挥，而本发明采用高速气流技术制备的直径为80～100nm，长0.1～0.25μm海泡石纳米纤维，纤维性能可以得到充分发挥。

远红外陶瓷粉能将空间中的能量转化为特定频率的远红外线并释放负离子。远红外线与燃油分子及空气分子发生同频共振，使燃油与空气中的大分子团破碎成有序的小分子，使空气分子与油分子充分结合，同时产生的大量负离子为燃烧提供了更加高效的氧化剂，两者结合可以显著改善燃烧质量、提高燃烧率，从而使滤清器不仅具有过滤空气和燃油杂质的功能，而且可以达到提高动力，降低燃料损耗的功能，降低尾气中有害气体排放量。

合成纤维属化学纤维类是用合成高分子化合物为原料制成。纤维挺直，表面光滑，密度小，富于弹性，具有热水可溶性、热封性、耐高温性等性能，加入合成纤维的目的在于提高滤纸的过滤性能、强度及制造有特殊性能的滤纸。合成纤维原料一般是以很长的长丝合并而成的丝束，必须加以切断。为保留合成纤维光滑、挺直、富于弹性的特点，采用切断机切是较好的选择。

本发明还提供一种按照质量面积比涂布上述涂覆材料的汽车用滤纸，其中，质量面积比为50g/m²。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1.本发明应用天然极性矿物材料电气石、稀土氧化物和过渡金属等多种材料制备的功能陶瓷复合材料具有辐射相关频率远红外线、释放负离子功能。

2.利用本涂料制作滤纸工艺简单，只需将涂料按一定质量面积比涂布在滤纸，经烘干后即可使用。

3.本发明滤纸过滤精度高、透气性高和耐破度强。

4.利用本发明制作的滤纸远红外发射率不低于85％，具有很强远红外发射能力。

5.利用本发明制作的滤纸滤清器负离子浓度均不低于800个/cm³，具有很强的负离子发射能力。

经大量实验研究，利用本发明涂覆材料结合滤纸制作的空气、燃油、机油滤清器，综合作用明显，汽车尾气排放污染物减少13～40％，动力性能提高5％～15％，可节省燃油2％～7％，排放标准达到欧Ⅳ标准。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。其中，所述海泡石纳米纤维为中科海泡石厂生产的纤维状海泡石绒。

实施例1

1、远红外陶瓷粉的制备：

中位径0.5μm的镁电气石超细粉0.9kg，中位径0.21μm的La₂O₃ 0.1kg，Fe₂O₃ 0.2kg，MnO₂ 0.3kg，Co₂O₃ 0.1kg，CuO 0.2kg。

2、滤清器滤纸涂覆材料的制备：

1)将硅烷偶联剂和稀释剂加入远红外陶瓷粉中充分搅拌20min后，静置8min，100℃烘干；改善陶瓷粉末表面性能，使之与纸浆更好的融合，增加粉末在纸张中的牢固度。

2)将步骤1)表面预处理后的远红外陶瓷粉、海泡石纳米纤维、合成纤维、施胶剂、苯丙乳液同时加入打好的木浆中，采用机械搅拌，使之混合均匀，随后加水调浓至3.2％，制得浆液为涂覆材料。

应用高速气流技术制备高长径比海泡石纳米纤维，直径为84nm，长0.21μm。采用切断机切断合成纤维，长度小于1cm。

其中，各组分配比见表1。

表1实施例1的配比(kg)

用配制的涂覆材料以质量面积比50g/m²涂覆到空气滤清器滤纸上，烘干后制成环保型空气滤清器滤纸。对纸张性能检测，结果如表2。

表2实施例1涂覆材料制备的滤纸性能测定结果

用此滤纸制作的空气滤清器经实际测试，尾气排放污染物减少23.1％，排放达到欧Ⅳ标准，综合作用下动力性能提高4.5％，可节省燃油2.2％。

实施例2

1、远红外陶瓷粉的制备：

中位径1.4μm的铁镁电气石超细粉1.9kg，中位径0.08μm的CeO₂0.2kg，Fe₂O₃ 0.3kg，MnO₂ 0.3kg，Co₂O₃ 0.8kg，CuO 0.2kg。

2、滤清器滤纸涂覆材料的制备：

按照实施例1的方法制备涂覆材料。其中，应用高速气流技术制备高长径比海泡石纳米纤维，直径为81nm，长0.11μm。

采用切断机切断合成纤维，长度小于2cm。

其中，各组分配比见表3。

表3实施例2的配比(kg)

用配制的涂覆材料以质量面积比50g/m²涂覆到柴油滤清器滤纸上，烘干后制成环保型柴油滤清器滤纸。对纸张性能检测，结果如表4。

表4实施例2涂覆材料制备的滤纸性能测定结果

用此滤纸制作的柴油滤清器经实际测试，尾气排放污染物减少27％，排放达到欧Ⅳ标准，综合作用下动力性能提高6％，可节省燃油3.2％。

实施例3

1、远红外陶瓷粉的制备：

中位径1.1μm的锂电气石超细粉3.1kg，中位径1.7μm的Ce₂O₃0.2kg，Fe₂O₃ 0.8kg，MnO₂ 0.3kg，Co₂O₃ 0.2kg，CuO 1.2kg。

2、滤清器滤纸涂覆材料的制备：

按照实施例1的方法制备涂覆材料。其中，应用高速气流技术制备高长径比海泡石纳米纤维，直径为92nm，长0.22μm。

采用切断机切断合成纤维，长度小于1.5cm。

其中，各组分配比见表5。

表5实施例3的配比(kg)

用配制的涂覆材料以质量面积比50g/m²涂覆到汽油滤清器滤纸上，烘干后制成环保型汽油滤清器滤纸。对纸张性能检测，结果如表6。

表6实施例3涂覆材料制备的滤纸性能测定结果

用此滤纸制作的汽油滤清器经实际测试，尾气排放污染物减少25％，排放达到欧Ⅳ标准，综合作用下动力性能提高13％，可节省燃油2.8％。

实施例4

1、远红外陶瓷粉的制备：

中位径0.6μm的锂电气石超细粉0.7kg，中位径1.3μm的铁电气石超细粉0.8kg，CeO₂ 0.2kg，La₂O₃ 0.1kg，Fe₂O₃ 0.8kg，MnO₂0.1kg，Co₂O₃ 0.1kg，CuO 0.3kg。

2、滤清器滤纸涂覆材料的制备：

按照实施例1的方法制备涂覆材料。其中，应用高速气流技术制备高长径比海泡石纳米纤维，直径为85nm，长0.19μm。

采用切断机切断合成纤维，长度小于1cm。

其中，各组分配比见表7。

表7实施例4的配比(kg)

用配制的涂覆材料以质量面积比50g/m²涂覆到机油滤清器滤纸上，烘干后制成环保型机油滤清器滤纸。对纸张性能检测，结果如表8。

表8实施例4涂覆材料制备的滤纸性能测定结果

用此滤纸制作的机油滤清器经实际测试，尾气排放污染物减少34％，排放达到欧Ⅳ标准，综合作用下动力性能提高16％，可节省燃油3.8％。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种汽车滤清器滤纸涂覆材料，其特征在于，由如下重量份的组分制得：1～6份的远红外陶瓷粉、2～20份的海泡石纳米纤维、4～10份的合成纤维、0.8～2份的硅烷偶联剂、0.8～2份的稀释剂、9～20份的施胶剂、20～40份的苯丙乳液、60～96份的木浆组成；所述海泡石纳米纤维采用高速气流技术制备而成，其直径为80～100nm，长0.1～0.25μm。

2.根据权利要求1所述汽车滤清器滤纸涂覆材料，其特征在于，所述远红外陶瓷粉由下述重量份的组分组成：中位径0.1～2μm的极性矿物电气石超细粉40～60份，稀土氧化物4～8份，过渡金属氧化物30～60份。

3.根据权利要求2所述汽车滤清器滤纸涂覆材料，其特征在于，所述极性矿物电气石为铁电气石、镁电气石、铁镁电气石、锂电气石中的一种或几种。

4.根据权利要求2所述汽车滤清器滤纸涂覆材料，其特征在于，所述稀土氧化物为中位径0.01～2μm的CeO₂、Ce₂O₃、La₂O₃中的一种或几种。

5.根据权利要求2所述汽车滤清器滤纸涂覆材料，其特征在于，所述过渡金属氧化物由如下重量份的组分组成：2-8份的Fe₂O₃、1-3份的MnO₂、1-8份的Co₂O₃、2-12份的CuO。

6.根据权利要求1所述汽车滤清器滤纸涂覆材料，其特征在于，所述合成纤维为聚丙烯腈聚酯、聚酰胺、聚丙烯或聚丙烯腈。

7.根据权利要求1所述汽车滤清器滤纸涂覆材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为十二烷基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷。

8.根据权利要求1所述汽车滤清器滤纸涂覆材料，其特征在于，所述稀释剂为异丙醇、石油醚或苯醇；所述施胶剂为聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯或聚丙烯酸丙酯。

9.权利要求1-8任一所述滤清器滤纸涂覆材料的制造方法，包括如下步骤：

1)将硅烷偶联剂和稀释剂加入远红外陶瓷粉中充分搅拌10～30min后，静置5～10min，80～120℃烘干；

2)将步骤1)表面预处理后的远红外陶瓷粉、海泡石纳米纤维、合成纤维、施胶剂、苯丙乳液同时加入打好的木浆中，采用机械搅拌，使之混合均匀，随后加水调浓至3.0～3.5％，制得浆液为涂覆材料。

10.权利要求1-8任一所述涂覆材料涂布汽车用滤纸，其特征在于，涂布质量面积比为50g/m²。