CN108585842B - 一种高性能发动机隔热罩及其制备方法 - Google Patents

一种高性能发动机隔热罩及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种高性能发动机隔热罩及其制备方法，其材料成分组成按重量份计为：80‑100份改性陶瓷纤维、5‑20份功能助剂，1‑5份低温粘结剂、10‑40份高温粘结剂、0.5‑2份表面活性剂以及400‑600份去离子水。从而具有环保、隔热性能优异以及使用寿命长的特点，同时高性能发动机隔热罩制备工艺简单、易操作，适合于工业化生产。

Description

一种高性能发动机隔热罩及其制备方法
技术领域
本发明涉及隔热材料领域，具体地说，是一种高性能发动机隔热罩及其制备方法。
背景技术
汽车发动机隔热罩是汽车覆盖件中的一个重要部件，具有耐热耐腐蚀和热反射等性能，起着隔离发动机所散发热量的作用，从而对汽车的其他部件起到一定的保护作用，也降低了其散发的热量对乘客造成的影响。对于像隔热罩这种具有特殊性能的汽车覆盖件而言，不但要保证其冲压成形的表面质量，尺寸和形状精度要求，更要保证其材料的性能要求。
在申请号CN201510854691.6的发明专利申请号中介绍了一种发动机隔热罩，其内外侧均采用金属板制成，所述金属板之间设置有陶瓷纤维纸板，其具有提高隔热效果、避免隔热罩与发动机共振并且提高隔热罩刚度的特点，然而，两块金属板夹层中的陶瓷纤维纸板并不能充分体现出陶瓷纤维板的性能，同时金属板与陶瓷纤维纸板很容易脱落而造成隔热罩的失效。目前隔热罩常用的材料有双面镀铝钢板、铝板(压花或光板)以及陶瓷纤维纸。使用高性能的陶瓷纤维材料将提高材料的可加工性和可控性，有效地节约钢材和铝材等金属资源的使用。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高性能发动机隔热罩及其制备方法，针对现有技术的不足，增强发动机隔热罩的隔热性能、力学性能，延长其使用寿命。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为一种高性能发动机隔热罩，其材料成分组成按重量份计为：80-100份改性陶瓷纤维、5-20份功能助剂，1-5份低温粘结剂、10-40份高温粘结剂、0.5-2份表面活性剂以及400-600份去离子水。
根据本发明的一实施例，所述改性陶瓷纤维为氧化镍改性的氧化锆陶瓷纤维。
优选地，所述功能助剂为中空氧化铝纳米球。
优选地，所述低温粘结剂为聚乙烯醇，低温粘合剂主要是保证纤维板湿坯烘干后可以保证粘合度，不容易破坏形状，在高温下，聚乙稀醇会被分解，不会留下残留物。
优选地，所述高温粘结剂为乙酸锆溶胶，高温粘合剂是为了保证在聚乙稀醇分解之后可以起到粘合作用。
优选地，所述表面活性剂为烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠和脂肪酸钠中的一种。
一种高性能发动机隔热罩的制备方法，其包括步骤：
S100将改性陶瓷纤维均匀切碎形成3-5mm的短纤维，将改性陶瓷纤维、功能助剂、低温粘结剂、高温粘结剂、表面活性剂以及去离子水按比例进行混合，形成悬浮棉浆；
S200将形成的悬浮棉浆缓慢倒入下方有过滤系统的成型模具中，使短纤维均匀的沉降在模具中，打开连接在模具上的真空吸滤装置，抽出模具中多余的水，吸滤结束后取出纤维板放在平整的托盘上，并在上方覆盖平整的压板，向下施加0.1-0.3MPa的压力挤压；
S300将纤维板连同托盘放入105-120℃烘箱中烘干，烘干后平放入高温程控炉中进行锻烧，以2-5℃/min的升温速率升温至1200-1600℃并保温1-3h，得到高性能发动机隔热罩。
优选地，在步骤S100中的改性陶瓷纤维的制备，包括步骤：
S111将碱式碳酸锆、硫酸镍与去离子水混合配制成质量分数为65-85％的溶液后，加入氯化镁，在1500-2000r/min条件下搅拌分散10-60min，其中，硫酸镍加入量占碱式碳酸锆质量的5-15％，氯化镁加入量占碱式碳酸锆质量的5-15％；
S112加入乙酸，使溶液保持pH为3-5的酸性条件，并在800-1500r/min条件下搅拌加热升温至50-60℃，反应1-4h；
S113将得到的澄清溶液进行过滤，将过滤后的溶液加热至60-70℃，同时使用真空泵减压进行浓缩，得到乙酸锆溶胶；
S114将乙酸锆溶胶用离心甩丝机制备出前驱体凝胶纤维，将得到的凝胶纤维先在50-70℃的烘箱中保温2-6h；
S115在中温石英程控炉中升温至800-1000℃保温0.5-2h，升温速率为5-10℃/min，随炉冷却至室温，接着在高温程控炉中升温至1100-1400℃保温0.5-2h，最后随炉冷却至室温，得到改性陶瓷纤维。
优选地，所述功能助剂的制备方法包括步骤：
S121将尺寸不均一的聚丙烯酸纳米球与去离子水混合配制成质量分数为5-20％的水悬浮液后，在1000-1500r/min条件下搅拌分散0.5-2h；
S122加入十八水合硫酸铝，在1800-2500r/min条件下加热升温至60-85℃后稳定0.5-2h后缓慢加入碳酸铵，反应2-12h，停止反应，其中，十八水合硫酸铝加入量占聚丙烯酸纳米球质量的40-80％，碳酸铵加入量占十八水合硫酸铝质量的30-50％；
S123将反应液冷却至室温后真空抽滤，将得到的滤饼用蒸馏水洗至中性后置于干燥箱中于50-100℃条件下干燥6-24h，最后，在500-1300℃条件下煅烧1-3h得到功能助剂，备用。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明的高性能发动机隔热罩具有环保、隔热性能优异以及使用寿命长的特点，同时高性能发动机隔热罩制备工艺简单、易操作，适合于工业化生产；
(2)改性陶瓷纤维为氧化镍改性的氧化锆陶瓷纤维，氧化镍的改性细化了氧化锆的晶粒，抑制了氧化锆晶粒的晶界迁移，也抑制了氧化锆的晶粒生长，增强了材料的隔热性能，氧化镍和氧化锆之间形成半共格和共渗结构，晶界处不易形成微裂纹，在受力过程中处于受压状态的氧化镍释放其受到的应力避免了裂纹的产生，从而使增强了材料的力学性能；
(3)功能助剂为中空氧化铝纳米球，不同粒径颗粒的空心球体形成紧密的填充结构，形成由无数个真空腔结成的“真空墙”，其能够有效地阻止热传导，协同改性陶瓷纤维提高了材料的隔热效果；
(4)所述功能助剂原料中聚丙烯酸纳米球表面含有负电，通过静电吸引，吸附了铝离子在聚丙烯酸纳米球表面包覆，通过煅烧形成中空氧化铝纳米球，中空氧化铝纳米球能够有效地阻止热传导，可以有效提高隔热效果。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
一种高性能发动机隔热罩的具体制备方法如下：
(1)将改性陶瓷纤维均匀切碎形成3-5mm的短纤维，将100重量份改性陶瓷纤维、8重量份功能助剂、1重量份低温粘结剂、10重量份高温粘结剂、0.5重量份表面活性剂十二烷基苯磺酸钠以及400重量份去离子水按比例进行混合，形成悬浮棉浆；
(2)将形成的悬浮棉浆缓慢倒入下方有过滤系统的成型模具中，使短纤维均匀的沉降在模具中，打开连接在模具上的真空吸滤装置，抽出模具中多余的水，吸滤结束后小心地取出纤维板放在平整的托盘上，并在上方覆盖平整的压板，向下施加0.1MPa的压力挤压；
(3)将纤维板连同托盘放入105℃烘箱中烘干，烘干后平放入高温程控炉中进行锻烧，以5℃/min的升温速率升温至1200℃并保温3h，得到高性能发动机隔热罩。
其中，改性陶瓷纤维的具体制备方法如下：
将碱式碳酸锆、硫酸镍与去离子水混合配制成质量分数为65％的溶液后，加入氯化镁，在1500r/min条件下搅拌分散60min，其中，硫酸镍加入量占碱式碳酸锆质量的5％，氯化镁加入量占碱式碳酸锆质量的5％；
向上述溶液中加入乙酸，使溶液保持pH为5的酸性条件，并在800r/min条件下搅拌加热升温至50℃，反应4h；
将得到的澄清溶液进行过滤，以除去残留的少量固体杂质，将过滤后的溶液加热至60℃，同时使用真空泵减压进行浓缩，得到乙酸锆溶胶；
将乙酸锆溶胶用离心甩丝机制备出前驱体凝胶纤维，将得到的凝胶纤维先在50℃的烘箱中保温6h；
然后在中温石英程控炉中升温至800℃保温2h，升温速率为5℃/min，随炉冷却至室温，接着在高温程控炉中升温至1100℃保温2h，最后随炉冷却至室温，得到改性陶瓷纤维，备用。
其中，功能助剂的具体制备方法如下：
(1)将尺寸不均一的聚丙烯酸纳米球与去离子水混合配制成质量分数为5％的水悬浮液后，在1000r/min条件下搅拌分散2h；
(2)向步骤(1)悬浊液中加入十八水合硫酸铝，在1800r/min条件下加热升温至60℃后稳定2h后缓慢加入碳酸铵，反应12h，停止反应，其中，十八水合硫酸铝加入量占聚丙烯酸纳米球质量的40％，碳酸铵加入量占十八水合硫酸铝质量的30％；
(3)将上述所得反应液冷却至室温后真空抽滤，将得到的滤饼用蒸馏水洗至中性后置于干燥箱中于50℃条件下干燥24h，最后，在500℃条件下煅烧3h得到功能助剂，备用。
实施例2
高性能发动机隔热罩的具体制备方法如下：
(1)将改性陶瓷纤维均匀切碎形成3-5mm的短纤维，将100重量份改性陶瓷纤维、10重量份功能助剂、3重量份低温粘结剂、20重量份高温粘结剂、2重量份表面活性剂十二烷基苯磺酸钠以及600重量份去离子水按比例进行混合，形成悬浮棉浆；
(2)将形成的悬浮棉浆缓慢倒入下方有过滤系统的成型模具中，使短纤维均匀的沉降在模具中，打开连接在模具上的真空吸滤装置，抽出模具中多余的水，吸滤结束后小心地取出纤维板放在平整的托盘上，并在上方覆盖平整的压板，向下施加0.3MPa的压力挤压；
(3)将纤维板连同托盘放入120℃烘箱中烘干，烘干后平放入高温程控炉中进行锻烧，以5℃/min的升温速率升温至1600℃并保温1h，得到高性能发动机隔热罩。
其中，改性陶瓷纤维的具体制备方法如下：
将碱式碳酸锆、硫酸镍与去离子水混合配制成质量分数为65％的溶液后，加入氯化镁，在2000r/min条件下搅拌分散30min，其中，硫酸镍加入量占碱式碳酸锆质量的10％，氯化镁加入量占碱式碳酸锆质量的10％；
向上述溶液中加入乙酸，使溶液保持pH为5的酸性条件，并在1500r/min条件下搅拌加热升温至60℃，反应2h；
将得到的澄清溶液进行过滤，以除去残留的少量固体杂质，将过滤后的溶液加热至70℃，同时使用真空泵减压进行浓缩，得到乙酸锆溶胶；
将乙酸锆溶胶用离心甩丝机制备出前驱体凝胶纤维，将得到的凝胶纤维先在70℃的烘箱中保温2h；
然后在中温石英程控炉中升温至1000℃保温1h，升温速率为10℃/min，随炉冷却至室温，接着在高温程控炉中升温至1200℃保温1h，最后随炉冷却至室温，得到改性陶瓷纤维，备用。
其中，功能助剂的具体制备方法如下：
(1)将尺寸不均一的聚丙烯酸纳米球与去离子水混合配制成质量分数为10％的水悬浮液后，在1500r/min条件下搅拌分散0.5h；
(2)向步骤(1)悬浊液中加入十八水合硫酸铝，在2500r/min条件下加热升温至85℃后稳定0.5h后缓慢加入碳酸铵，反应6h，停止反应，其中，十八水合硫酸铝加入量占聚丙烯酸纳米球质量的60％，碳酸铵加入量占十八水合硫酸铝质量的40％；
(3)将上述所得反应液冷却至室温后真空抽滤，将得到的滤饼用蒸馏水洗至中性后置于干燥箱中于100℃条件下干燥6h，最后，在1200℃条件下煅烧1h得到功能助剂，备用。
实施例3
一种高性能发动机隔热罩的具体制备方法如下：
(1)将改性陶瓷纤维均匀切碎形成3-5mm的短纤维，将80重量份改性陶瓷纤维、20重量份功能助剂、5重量份低温粘结剂、40重量份高温粘结剂、2重量份表面活性剂十二烷基苯磺酸钠以及600重量份去离子水按比例进行混合，形成悬浮棉浆；
(2)将形成的悬浮棉浆缓慢倒入下方有过滤系统的成型模具中，使短纤维均匀的沉降在模具中，打开连接在模具上的真空吸滤装置，抽出模具中多余的水，吸滤结束后小心地取出纤维板放在平整的托盘上，并在上方覆盖平整的压板，向下施加0.3MPa的压力挤压；
(3)将纤维板连同托盘放入120℃烘箱中烘干，烘干后平放入高温程控炉中进行锻烧，以5℃/min的升温速率升温至1600℃并保温1h，得到高性能发动机隔热罩。
其中，改性陶瓷纤维的具体制备方法如下：
将碱式碳酸锆、硫酸镍与去离子水混合配制成质量分数为85％的溶液后，加入氯化镁，在2000r/min条件下搅拌分散10min，其中，硫酸镍加入量占碱式碳酸锆质量的15％，氯化镁加入量占碱式碳酸锆质量的15％；
向上述溶液中加入乙酸，使溶液保持pH为5的酸性条件，并在1500r/min条件下搅拌加热升温至60℃，反应1h；
将得到的澄清溶液进行过滤，以除去残留的少量固体杂质，将过滤后的溶液加热至70℃，同时使用真空泵减压进行浓缩，得到乙酸锆溶胶；
将乙酸锆溶胶用离心甩丝机制备出前驱体凝胶纤维，将得到的凝胶纤维先在70℃的烘箱中保温2h；
然后在中温石英程控炉中升温至1000℃保温0.5h，升温速率为10℃/min，随炉冷却至室温，接着在高温程控炉中升温至1400℃保温0.5h，最后随炉冷却至室温，得到改性陶瓷纤维，备用。
其中，功能助剂的具体制备方法如下：
(1)将尺寸不均一的聚丙烯酸纳米球与去离子水混合配制成质量分数为20％的水悬浮液后，在1500r/min条件下搅拌分散0.5h；
(2)向步骤(1)悬浊液中加入十八水合硫酸铝，在2500r/min条件下加热升温至85℃后稳定0.5h后缓慢加入碳酸铵，反应2h，停止反应，其中，十八水合硫酸铝加入量占聚丙烯酸纳米球质量的80％，碳酸铵加入量占十八水合硫酸铝质量的50％；
(3)将上述所得反应液冷却至室温后真空抽滤，将得到的滤饼用蒸馏水洗至中性后置于干燥箱中于100℃条件下干燥6h，最后，在1300℃条件下煅烧1h得到功能助剂，备用。
实施例4
发动机隔热罩的制备方法同实施例2，不同之处在于不含有功能助剂，改性陶瓷纤维的制备方法同实施例2，只是不含有硫酸镍。
实施例5
发动机隔热罩和改性陶瓷纤维的制备方法同实施例2，不同之处在于不含有功能助剂。
实施例6
发动机隔热罩的制备方法同实施例2，改性陶瓷纤维的制备方法同实施例2，不同之处在于不含有硫酸镍。
实施例7
发动机隔热罩和改性陶瓷纤维的制备方法同实施例2，不同之处在于，功能助剂为聚丙烯酸纳米球。实施例1～7制备的发动机隔热罩的性能见表1所示。
表1 实施例1-7的发动机隔热罩的性能
Figure BDA0001671803550000071
实施例8～13
实施例8～13的制备方法同实施例2，不同之处在于，功能助剂的含量不同，功能助剂的含量分别为5份、8份、12份、15份、20份、30份，实施例8～13的性能见表2所示。
表2 实施例8～13制备的发动机隔热罩的性能指标
Figure BDA0001671803550000072
实施例14～20
实施例14～20的制备方法同实施例2，不同之处在于，硫酸镍和氯化镁占碱式碳酸锆质量的质量百分数不同，硫酸镍和氯化镁的含量以及实施例14～20制备的发动机隔热罩的性能见表3所示。
表3实施例14～20制备的发动机隔热罩的性能指标
Figure BDA0001671803550000081
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种高性能发动机隔热罩，其特征在于，其材料成分组成按重量份计为：80-100份改性陶瓷纤维、5-20份功能助剂，1-5份低温粘结剂、10-40份高温粘结剂、0.5-2份表面活性剂以及400-600份去离子水，所述改性陶瓷纤维为氧化镍改性的氧化锆陶瓷纤维，所述功能助剂为中空氧化铝纳米球，其中，所述改性陶瓷纤维由以下方法制备而成，包括步骤：
S111将碱式碳酸锆、硫酸镍与去离子水混合配制成质量分数为65-85％的溶液后，加入氯化镁，在1500-2000r/min条件下搅拌分散10-60min，其中，硫酸镍加入量占碱式碳酸锆质量的5-15％，氯化镁加入量占碱式碳酸锆质量的5-15％；
S112加入乙酸，使溶液保持pH为3-5的酸性条件，并在800-1500r/min条件下搅拌加热升温至50-60℃，反应1-4h；
S113将得到的澄清溶液进行过滤，将过滤后的溶液加热至60-70℃，同时使用真空泵减压进行浓缩，得到乙酸锆溶胶；
S114将乙酸锆溶胶用离心甩丝机制备出前驱体凝胶纤维，将得到的凝胶纤维先在50-70℃的烘箱中保温2-6h；
S115在中温石英程控炉中升温至800-1000℃保温0.5-2h，升温速率为5-10℃/min，随炉冷却至室温，接着在高温程控炉中升温至1100-1400℃保温0.5-2h，最后随炉冷却至室温，得到改性陶瓷纤维。
2.根据权利要求1所述的高性能发动机隔热罩，其特征在于，所述低温粘结剂为聚乙烯醇。
3.根据权利要求2所述的高性能发动机隔热罩，其特征在于，所述高温粘结剂为乙酸锆溶胶。
4.根据权利要求3所述的高性能发动机隔热罩，其特征在于，所述表面活性剂为烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠和脂肪酸钠中的一种。
5.一种如权利要求1～4中任一所述的高性能发动机隔热罩的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S100将改性陶瓷纤维均匀切碎形成3-5mm的短纤维，将改性陶瓷纤维、功能助剂、低温粘结剂、高温粘结剂、表面活性剂以及去离子水按比例进行混合，形成悬浮棉浆；
S200将形成的悬浮棉浆缓慢倒入下方有过滤系统的成型模具中，使短纤维均匀的沉降在模具中，打开连接在模具上的真空吸滤装置，抽出模具中多余的水，吸滤结束后取出纤维板放在平整的托盘上，并在上方覆盖平整的压板，向下施加0.1-0.3MPa的压力挤压；
S300将纤维板连同托盘放入105-120℃烘箱中烘干，烘干后平放入高温程控炉中进行锻烧，以2-5℃/min的升温速率升温至1200-1600℃并保温1-3h，得到高性能发动机隔热罩。
6.根据权利要求5所述的高性能发动机隔热罩的制备方法，其特征在于，所述功能助剂的制备方法包括步骤：
S121将尺寸不均一的聚丙烯酸纳米球与去离子水混合配制成质量分数为5-20％的水悬浮液后，在1000-1500r/min条件下搅拌分散0.5-2h；
S122加入十八水合硫酸铝，在1800-2500r/min条件下加热升温至60-85℃后稳定0.5-2h后缓慢加入碳酸铵，反应2-12h，停止反应，其中，十八水合硫酸铝加入量占聚丙烯酸纳米球质量的40-80％，碳酸铵加入量占十八水合硫酸铝质量的30-50％；
S123将反应液冷却至室温后真空抽滤，将得到的滤饼用蒸馏水洗至中性后置于干燥箱中于50-100℃条件下干燥6-24h，最后，在500-1300℃条件下煅烧1-3h得到功能助剂，备用。
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