CN110759746A - 一种低背压高耐久性的汽油机颗粒过滤器 - Google Patents

一种低背压高耐久性的汽油机颗粒过滤器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低背压高耐久性的汽油机颗粒过滤器，组分包括氧化铝、氢氧化铝、高岭土、二氧化硅、滑石、纤维材质的造孔剂添加剂和造孔剂。为了应对日益严格的PM排放标准，所对应的，需要进一步地提高汽油机颗粒过滤器的过滤性能，而如果采用一般的造孔剂，就需要减少造孔剂的用量，使得孔数变少，但是此种设计会使得过滤性能提高的同时，由于造孔不均在过滤器部分位置会形成颗粒物堆积，使用寿命变短，维护周期变短，而采用本发明的设计，能够在采用更高集中度造孔的同时和纤维状添加剂配合，维持较高气孔率，且将孤立孔通过纤维结构进行联结，变为长条形晶相孔。

Description

一种低背压高耐久性的汽油机颗粒过滤器
技术领域
本发明涉及一种汽油机颗粒过滤器，特别是一种低背压高耐久性的汽油机颗粒过滤器。
背景技术
2019年7月1日，全国超过14个省市提前实施汽油车国六排放法规，汽油车国六法规分国六a和国六b两个版本，国内大部分正车厂在车辆排放升级开发过程中，都选择直接开发满足国六b标准的后处理系统，而主流的国六b技术路线采用GPF(汽油机颗粒过滤器)来满足技术要求。
为了应对日益严格的PM排放标准，所对应的，需要进一步地提高汽油机颗粒过滤器的过滤性能，而如果采用一般的造孔剂，就需要减少造孔剂的用量，使得孔数变少，但是此种设计会使得过滤性能提高的同时，由于造孔不均会造成在过滤器部分位置会形成颗粒物堆积，使用寿命变短，维护周期变短的问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有的汽油机颗粒过滤器采用一般的造孔剂，使得过滤性能提高的同时，由于造孔不均会造成在过滤器部分位置会形成颗粒物堆积，使用寿命变短，维护周期变短的问题。
技术方案：本发明提供以下技术方案：
一种低背压高耐久性的汽油机颗粒过滤器，组分包括氧化铝、氢氧化铝、高岭土、二氧化硅、滑石、纤维材质的造孔剂添加剂和造孔剂。
通过造孔剂和造孔剂添加剂的配合，造孔剂添加剂由于其具有晶相呈纤维状的特性，使得能够在相邻的造孔间进行联结提高稳固性能，即使造孔紧密，也不会影响产品的整体结构。
进一步地，按重量份数，组分包括氧化铝10～20份、氢氧化铝10～20份、高岭土8～15份、二氧化硅20～30份、滑石35～45份、晶相呈纤维状的造孔剂添加剂5～30份和造孔剂1～20份。
进一步地，所述造孔剂添加剂为硅酸铝纤维或锆铝陶瓷纤维。
2MgO.2Al2O3.5SiO2为主晶相，硅酸铝纤维和锆铝纤维还可以提供SiO2和Al2O3作为原材料，以节约其他原材料成本。
硅酸铝纤维或锆铝陶瓷纤维作为纤维材料，可以增加晶相间的联结性能，以提高材料的整体强度，又由于纤维材料具有较大的长径比，使得纤维在联结时不会将晶相间隙完全填充满，使得产品具有更高的气孔率，且这些气孔由之前的孤立孔变为长条形晶相孔，提供了透气性
进一步地，所述造孔剂为粒径为20～40μm的有机丙烯酸中空球。
为了应对更严格的PM2.5排放政策，仅采用常规的石墨、淀粉、果壳粉、有机微球等造孔剂，无法获得造孔更加紧密的产品，而如果直接采用造孔紧密的有机丙烯酸中空球，又会使得在气孔率提高的同时，产品的强度降低，使用寿命缩短。
进一步地，所述造孔剂添加剂长度为30～80μm，直径为2～5μm。
长径比维持在一个较大的水平最佳，最小长径比不能为1。
有益效果：本发明相对于现有技术：
采用本发明的设计方案，造孔剂和造孔剂添加剂的配合下，能够在维持整体结构强度的前提下，提高气孔率，以使得提高过滤性能，应对现在日益严格的PM2.5排放标准。
附图说明
图1为本发明显微镜下造孔晶相示意图；
图2为现有技术显微镜下造孔晶相示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
如图1所示，一种低背压高耐久性的汽油机颗粒过滤器，按重量份数，组分包括氧化铝20份、氢氧化铝20份、高岭土15份、二氧化硅30份、滑石45份、纤维材质的造孔剂添加剂30份和造孔剂20份。
本发明对应的公开的是汽油机颗粒过滤器主体料的制备组分，而主体料主要应用于壁流式颗粒过滤器的主体生产，即包括了产生背压的壁面，相邻的两个通孔，一个封孔，另一个不封孔，只有通过主体的微孔才能进行气体流通，故在气孔率增大时，相对应的相邻通孔内气体的流速差就小，产生的背压也就对应的小。
通过造孔剂和造孔剂添加剂的配合，造孔剂添加剂由于其具有晶相呈纤维状的特性，使得能够在相邻的造孔间进行联结提高稳固性能，即使造孔紧密，也不会影响产品的整体结构。
造孔剂添加剂为硅酸铝纤维。
2MgO.2Al2O3.5SiO2为主晶相，硅酸铝纤维和锆铝纤维还可以提供SiO2和Al2O3作为原材料，以节约其他原材料成本。
硅酸铝纤维作为纤维材料，可以增加晶相间的联结性能，以提高材料的整体强度，又由于纤维材料具有较大的长径比，使得纤维在联结时不会将晶相间隙完全填充满，使得产品具有更高的气孔率，且这些气孔由之前的孤立孔变为长条形晶相孔，提供了透气性
造孔剂为粒径为40μm的有机丙烯酸中空球。
为了应对更严格的PM2.5排放政策，仅采用常规的石墨、淀粉、果壳粉、有机微球等造孔剂，无法获得造孔更加紧密的产品，而如果直接采用造孔紧密的有机丙烯酸中空球，又会使得在气孔率提高的同时，产品的强度降低，使用寿命缩短。
造孔剂添加剂长度为80μm，直径为2μm。
长径比维持在一个较大的水平最佳，最小长径比不能为1。
如图1所示，各通孔间的淡灰色阴影即为呈联结状的纤维结构，其包围的纯黑阴影即为所造通孔，而通过图片可以看出，所造通孔大多为长条形，且通孔间均具有长条的纤维状造孔剂添加剂进行联结加固。
最终值得的汽油机颗粒过滤器气孔率≧70％，微孔孔径14～18μm，抗热振稳定性≧800℃。
实施例2
如图1所示，一种低背压高耐久性的汽油机颗粒过滤器，按重量份数，组分包括氧化铝10份、氢氧化铝10份、高岭土8份、二氧化硅20份、滑石35份、纤维材质的造孔剂添加剂5份和造孔剂1份。
本发明对应的公开的是汽油机颗粒过滤器主体料的制备组分，而主体料主要应用于壁流式颗粒过滤器的主体生产，即包括了产生背压的壁面，相邻的两个通孔，一个封孔，另一个不封孔，只有通过主体的微孔才能进行气体流通，故在气孔率增大时，相对应的相邻通孔内气体的流速差就小，产生的背压也就对应的小。
通过造孔剂和造孔剂添加剂的配合，造孔剂添加剂由于其具有晶相呈纤维状的特性，使得能够在相邻的造孔间进行联结提高稳固性能，即使造孔紧密，也不会影响产品的整体结构。
造孔剂添加剂为锆铝陶瓷纤维。
2MgO.2Al2O3.5SiO2为主晶相，硅酸铝纤维和锆铝纤维还可以提供SiO2和Al2O3作为原材料，以节约其他原材料成本。
锆铝陶瓷纤维作为纤维材料，可以增加晶相间的联结性能，以提高材料的整体强度，又由于纤维材料具有较大的长径比，使得纤维在联结时不会将晶相间隙完全填充满，使得产品具有更高的气孔率，且这些气孔由之前的孤立孔变为长条形晶相孔，提供了透气性
造孔剂为粒径为20μm的有机丙烯酸中空球。
为了应对更严格的PM2.5排放政策，仅采用常规的石墨、淀粉、果壳粉、有机微球等造孔剂，无法获得造孔更加紧密的产品，而如果直接采用造孔紧密的有机丙烯酸中空球，又会使得在气孔率提高的同时，产品的强度降低，使用寿命缩短。
造孔剂添加剂长度为30μm，直径为5μm。
长径比维持在一个较大的水平最佳，最小长径比不能为1。
如图1所示，各通孔间的淡灰色阴影即为呈联结状的纤维结构，其包围的纯黑阴影即为所造通孔，而通过图片可以看出，所造通孔大多为长条形，且通孔间均具有长条的纤维状造孔剂添加剂进行联结加固。
最终值得的汽油机颗粒过滤器气孔率≧70％，微孔孔径14～18μm，抗热振稳定性≧800℃，且总成品率大于70％。
对比例
如图2所示，汽油机尾气颗粒捕集器，主体料中，氧化铝、滑石、氢氧化铝、高岭土、石英粉、果壳粉和水按照重量份数的配比为15～20:15～25:35～45：15～20:10～20:10～20：25～35。
有机树脂微球为造孔剂。
从图2中可以看出，在果壳粉的造孔作用下，所造的孔洞很小，且分布不均，相对于本申请而言明显气孔率较低，且主体料的颗粒间晶相有明确的界限，结构强度明显达不到本申请的标准。
最终值得的汽油机颗粒过滤器当加入的造孔剂≧30％总质量时，气孔率≧60％，烧成过程排放物增多，产品开裂率提高50％，总成品率低于50％。

Claims (5)

1.一种低背压高耐久性的汽油机颗粒过滤器，其特征在于：组分包括氧化铝、氢氧化铝、高岭土、二氧化硅、滑石、纤维材质的造孔剂添加剂和造孔剂。
2.根据权利要求1所述的低背压高耐久性的汽油机颗粒过滤器，其特征在于：按重量份数，组分包括氧化铝10～20份、氢氧化铝10～20份、高岭土8～15份、二氧化硅20～30份、滑石35～45份、晶相呈纤维状的造孔剂添加剂5～30份和造孔剂1～20份。
3.根据权利要求1或2所述的低背压高耐久性的汽油机颗粒过滤器，其特征在于：所述造孔剂添加剂为硅酸铝纤维或锆铝陶瓷纤维。
4.根据权利要求1或2所述的低背压高耐久性的汽油机颗粒过滤器，其特征在于：所述造孔剂为粒径为20～40μm的有机丙烯酸中空球。
5.根据权利要求3所述的低背压高耐久性的汽油机颗粒过滤器，其特征在于：所述造孔剂添加剂长度为30～80μm，直径为2～5μm。
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