CN110761872A - 一种dpf催化器的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种DPF催化器的制备方法，包括卷绕在第一放卷盘上的衬纸、卷绕在第二放卷盘上的玻璃陶瓷纤维纸以及卷绕在第三放卷盘上的底纸；衬纸通过若干导辊进入瓦楞成型模具；玻璃陶瓷纤维纸通过若干导辊以及用于涂覆氧化铝滤膜层的涂覆装置后，和衬纸同时进入瓦楞成型模具，衬纸位于玻璃陶瓷纤维纸的顶面；底纸通过若干导辊以及上胶装置上胶和堵孔后进入瓦楞成型模具，粘附在玻璃陶瓷纤维纸底面；经瓦楞成型模具成型的复合瓦楞纸经分离装置分离衬纸后得到单面瓦楞纸，在单面瓦楞纸进行上胶堵孔后卷制成型；本发明提供的一种DPF催化器的制备方法成本较低，工艺简单，生产效率高，方便进行规模化工业生产。

Description

一种DPF催化器的制备方法
技术领域
本发明涉及一种采用新型玻璃陶瓷纤维纸为基材的过滤装置，特别是涉及一种DPF催化器的制备方法。
背景技术
DPF＝Diesel Particulate Filter柴油颗粒过滤器，指安装在柴油车排气系统中，通过过滤来降低排气中颗粒物(PM)的装置，简称DPF。具有良好燃油经济性和动力性的柴油机广泛应用于各个行业，如机动车、发电机组、船舶等。然而，PM排放一直备受关注。PM能长时间悬浮在空气中，污染环境并影响到人类的身心健康。随着柴油机排放标准的日趋严格，柴油机颗粒捕集器(DPF)成为了柴油车尾气排放达到标准的必备技术之一。DPF在设计上必须从功能、性能、维护等方面考虑，即过滤效率、压差损失、耐高温、抗灰分腐蚀、清灰里程等。壁流式DPF中相邻的蜂窝孔道两端交替堵孔，迫使气流通过多孔的壁面，而颗粒物被捕集在壁面孔内以及入口壁面上，其捕集效率可达90％以上。由于DPF需要在高温、腐蚀氛围中长时间工作，因此DPF材料需要具备优良的热稳定性、高的机械强度、良好的耐热冲击等性能。理论上最佳的DPF材料应具备高的导热系数和低的热膨胀系数。较高的导热系数使得DPF再生时，其内部温度分布均匀，产生小的最高温度和温度梯度。而低的热膨胀系数能有效地减少DPF由于径向和轴向的温度梯度产生的压缩和拉伸应力，避免DPF过早产生裂缝，甚至造成DPF破裂，使得其由于PM过滤效率急剧下降而失效。
由于成本低，堇青石DPF被广泛应用于重卡排放控制，同时，还具备热膨胀系数低的优点，可以做成整体式结构。但是由于其熔点和热容较低，易与灰分产生共熔，在不可控再生情况下，容易被烧穿。钛酸铝DPF具有优异的抗热冲击性能，尽管其导热系数低，但是热容量较大，适合做成整体结构。莫来石DPF微观结构由大量针状的莫来石晶粒互锁而成，具有大的孔隙率和平均孔直径，以及高的比表面积，适合大的催化剂涂敷量应用；但是其具有大的热膨胀系数，需要做成分割式结构。碳化硅DPF具有高的机械强度、不易疲劳、耐酸和灰分的腐蚀，同时还具备大的热容量和导热系数，高的热膨胀系数，使其不能做成整体结构。碳化硅的导热系数和热膨胀系数介于堇青石与碳化硅之间，杨氏模量较低，具有优异的抗热冲击能力，可以做成一个不需要分割的整体式结构DPF。碳化硅DPF的微观结构具有很多微凸，能有效增加催化剂比表面积，提高碳烟与催化剂的接触面积，能有效地改善DPF再生效率；但是由于其生产成本较高，目前商业化规模不高。
上述材质的DPF载体，生产工艺复杂(原材料混合-练泥-挤出成型-堵孔-外表皮处理)，效率低，特别堵孔工序，孔洞数量巨大，逐一处理，不仅时间长而且不合格品率高。上述原因导致产品价格居高不下，产能严重不足，是柴油机后处理产品中的主要成本和生产瓶颈，严重影响了国六排放法规的推行。因此，开发出一种产品性能优良，成本低，生产效率的DPF产品不仅有巨大的市场需求，更兼具了良好的社会价值，是当前推进国六排放的重要保障。本发明着手于解决DPF生产过程中的瓶颈工序，采用上胶的方式，卷制和堵孔工序同时完成，不仅生产效率高而且大大提高了产品的合格率，从而有效的降低了生产成本。
针对以上问题，本发明提出一种成本较低、工艺简单、生产效率高，方便进行规模化工业生产的DPF催化器的制备方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种解决现有的DPE催化器成本较高，工艺复杂，不利于规模化工业生产应用的DPF催化器的制备方法。
本发明的DPF催化器的制备方法，包括卷绕在第一放卷盘上的衬纸、卷绕在第二放卷盘上的玻璃陶瓷纤维纸以及卷绕在第三放卷盘上的底纸；
所述衬纸通过若干导辊进入瓦楞成型模具；
所述玻璃陶瓷纤维纸通过若干导辊以及用于涂覆氧化铝滤膜层的涂覆装置后，和所述衬纸同时进入所述瓦楞成型模具，所述衬纸位于所述玻璃陶瓷纤维纸的顶面；
所述底纸通过若干导辊以及上胶装置上胶和堵孔后进入所述瓦楞成型模具，粘附在所述玻璃陶瓷纤维纸底面；
经所述瓦楞成型模具成型的复合瓦楞纸经分离装置分离衬纸后得到单面瓦楞纸，在单面瓦楞纸进行上胶堵孔后卷制成型。
进一步的，所述上胶装置包括胶水槽、匀胶辊、上胶辊、刮胶轴和硅胶辊，与所述上胶辊抵触连接的所述匀胶辊的一部分浸润在所述胶水槽中，所述底纸依次经过所述上胶辊、刮胶轴和硅胶辊进入所述瓦楞成型模具。
更进一步的，所述匀胶辊与上胶辊抵触连接处位于所述胶水槽的上方。
更进一步的，所述胶水槽内的粘合剂为硅溶胶。
进一步的，所述瓦楞成型模具包括用于输送所述衬纸和玻璃陶瓷纤维纸的第一输送辊、用于输送所述底纸的第二输送辊以及用于瓦楞加工用的瓦楞辊。
进一步的，所述氧化铝滤膜层的涂覆厚度在5-20um之间。
进一步的，所述分离装置还包括用于单面瓦楞纸上胶的牵引辊。
进一步的，在所述单面瓦楞纸的卷制过程中，在其两端瓦楞正反两面分别涂覆一条耐高温无机堵孔材料，使卷制成型后的蜂窝载体具有单向通孔的结构。
更进一步的，所述蜂窝载体进行干燥烧结后制成PDF催化器。
更具体的，所述烧结温度在600-1200度之间。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明所提供的一种DPF催化器的制备方法具有以下优点：
1)特有生产工艺：生产效率高成本低；
2)通过涂覆烧结造孔，孔隙率大且孔径尺寸均匀，且可以根椐要求调节孔径大小(5-20μm)；
3)产品种量轻，比热容小，升温快、催化剂起效快；
4)采用氧化铝涂层，加与玻璃纤维为骨架材料，结构稳定，耐高温性能好；
5)卷制成型，非常适合超大型DPF载体的生产；
6)产品重量轻、孔隙率大，背压低；
7)生产工序简单灵活，可以同时生产不同规格的DPF产品；
8)玻璃、陶瓷纤维复合材料，强度高，韧性好，不易碎裂。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的DPF催化器的制备方法的生产流程图；
图2是图1中上胶装置的放大示意图；
图3是本发明的DPF催化器的制备方法的生产流程图。
1第一放卷盘 2第二放卷盘
3第三放卷盘 4导辊
5瓦楞成型模具 6涂覆装置
7上胶装置 8胶水槽
9匀胶辊 10上胶辊
11刮胶轴 12硅胶辊
13第一输送辊 14第二输送辊
15瓦楞辊 16牵引辊
17分离装置
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1至图3所示的一种DPF催化器的制备方法，包括卷绕在第一放卷盘1上的衬纸、卷绕在第二放卷盘2上的玻璃陶瓷纤维纸以及卷绕在第三放卷盘3上的底纸；衬纸通过若干导辊4进入瓦楞成型模具5；玻璃陶瓷纤维纸通过若干导辊4以及用于涂覆氧化铝滤膜层的涂覆装置6后，和衬纸同时进入瓦楞成型模具5，衬纸位于玻璃陶瓷纤维纸的顶面；底纸通过若干导辊4以及上胶装置7上胶和堵孔后进入瓦楞成型模具5，粘附在玻璃陶瓷纤维纸的底面；经瓦楞成型模具5成型的复合瓦楞纸经分离装置17分离衬纸后得到单面瓦楞纸，在单面瓦楞纸进行上胶堵孔后卷制成型，其中在前后两道堵孔工序(上胶装置7工序中及在最后的卷制工序前)所实施的具体方法是：先后在瓦楞纸两端正反两面分别涂覆一条耐高温无机堵孔材料，使卷制成型后的蜂窝载体具有单向通孔的结构。
在本实施例中，上胶装置7包括胶水槽8、匀胶辊9、上胶辊10、刮胶轴11和硅胶辊12，与上胶辊10抵触连接的匀胶辊9的一部分浸润在胶水槽8中，底纸依次经过上胶辊10、刮胶轴11和硅胶辊12进入瓦楞成型模具5，匀胶辊9与上胶辊10抵触连接处位于胶水槽8的上方，胶水槽8内的粘合剂为硅溶胶。
在本实施例中，为了使得衬纸和玻璃陶瓷纤维纸重合后进入瓦楞辊15中和底纸黏合在一起，瓦楞成型模具5包括用于输送衬纸和玻璃陶瓷纤维纸的第一输送辊13、用于输送底纸的第二输送辊14以及用于瓦楞加工用的瓦楞辊15。
在本实施例中，氧化铝滤膜层的涂覆厚度在5-20um之间。
在本实施例中，为了方便单面瓦楞纸的卷制成型，分离装置还包括用于单面瓦楞纸上胶的牵引辊16。
在本实施例中，为了增加强度，在单面瓦楞纸的卷制过程中，在其两端瓦楞正反两面分别涂覆一条耐高温无机堵孔材料，使卷制成型后的蜂窝载体具有单向通孔的结构，蜂窝载体进行干燥烧结后制成PDF催化器，烧结温度在600-1200度之间。
以玻璃纤维纸为基材，涂覆氧化铝浆料(造孔工序4-20μm)，将玻璃纤维纸压制成单面瓦楞纸，定宽切割成产品所需的高度，并卷制成型，两端面喷涂耐高温固化剂常温固化，干燥烧结，制造成所需的PDF催化器。
在本实施例中采用620mm宽幅，20-50克/平方米的玻璃/陶瓷纤维纸尺寸为基材，涂覆氧化铝滤膜涂层，压制成高度为1-2mm，宽度为2-3mm的波纹网状结构(200-400目)，再以硅溶胶及耐高温固体胶为粘合剂，切边定宽305mm(最终为载体高度)覆以平面陶瓷纤维纸，粘合成单面陶瓷瓦楞纸。然后在单面瓦楞纸(瓦楞侧)上耐高温胶，卷制成直径为12英寸的DPF载体初胚。再在载体外围包裹两层泡制堇青石材料的玻璃纤维性，以增加强度；两端面采用固化剂处理，增强硬度和强度，然后干燥煅烧成DPF制成品，并经打磨，制成直径12英寸、高度12英寸的DPF载体。
采用本发明提供的方法生产的玻璃纤维纸基的DPF催化器和现有的以常规堇青石基材生产的DPF催化器结构上的优势在于：
Figure BDA0002238255380000051
Figure BDA0002238255380000061
采用本发明提供的方法生产的玻璃纤维纸基的DPF催化器和现有的以常规堇青石基材生产的DPF催化器的产品生产效率和成本对比优势在于：
Figure BDA0002238255380000062
Figure BDA0002238255380000071
本发明提供了一种用于DPF催化器的制备方法，该方法采用耐高温的玻璃陶瓷复合纤维纸为原料，通过瓦楞成型、单面瓦楞纸复合、切割定宽、上胶、卷制成型等工序加工成新型DPF催化器。同传统堇青石、SiC材质的DPF，具有众多优点，具体如下：
1)特有生产工艺：生产效率高成本低；
2)通过涂覆烧结造孔，孔隙率大且孔径尺寸均匀，且可以根椐要求调节孔径大小(5-20μm)；
3)产品种量轻，比热容小，升温快、催化剂起效快；
4)采用氧化铝涂层，加与玻璃纤维为骨架材料，结构稳定，耐高温性能好；
5)卷制成型，非常适合超大型DPF载体的生产；
6)产品重量轻、孔隙率大，背压低；
7)生产工序简单灵活，可以同时生产不同规格的DPF产品；
8)玻璃、陶瓷纤维复合材料，强度高，韧性好，不易碎裂。
采用本发明提供的DPF催化器的制备方法生产出来的DPF催化器的性能如下表所示。
Figure BDA0002238255380000072
Figure BDA0002238255380000081
以上仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，此类改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种DPF催化器的制备方法，其特征在于：包括卷绕在第一放卷盘上的衬纸、卷绕在第二放卷盘上的玻璃陶瓷纤维纸以及卷绕在第三放卷盘上的底纸；
所述衬纸通过若干导辊进入瓦楞成型模具；
所述玻璃陶瓷纤维纸通过若干导辊以及用于涂覆氧化铝滤膜层的涂覆装置后，和所述衬纸同时进入所述瓦楞成型模具，所述衬纸位于所述玻璃陶瓷纤维纸的顶面；
所述底纸通过若干导辊以及上胶装置上胶和堵孔后进入所述瓦楞成型模具，粘附在所述玻璃陶瓷纤维纸底面；
经所述瓦楞成型模具成型的复合瓦楞纸经分离装置分离衬纸后得到单面瓦楞纸，在所述单面瓦楞纸上进行上胶堵孔后卷制成型。
2.根据权利要求1所述的一种DPF催化器的制备方法，其特征在于：所述上胶装置包括胶水槽、匀胶辊、上胶辊、刮胶轴和硅胶辊，与所述上胶辊抵触连接的所述匀胶辊的一部分浸润在所述胶水槽中，所述底纸依次经过所述上胶辊、刮胶轴和硅胶辊进入所述瓦楞成型模具。
3.根据权利要求2所述的一种DPF催化器的制备方法，其特征在于：所述匀胶辊与上胶辊抵触连接处位于所述胶水槽的上方。
4.根据权利要求2所述的一种DPF催化器的制备方法，其特征在于：所述胶水槽内的粘合剂为硅溶胶。
5.根据权利要求1所述的一种DPF催化器的制备方法，其特征在于：所述瓦楞成型模具包括用于输送所述衬纸和玻璃陶瓷纤维纸的第一输送辊、用于输送所述底纸的第二输送辊以及用于瓦楞加工用的瓦楞辊。
6.根据权利要求1所述的一种DPF催化器的制备方法，其特征在于：所述氧化铝滤膜层的涂覆厚度在5-20um之间。
7.根据权利要求1所述的一种DPF催化器的制备方法，其特征在于：所述分离装置还包括用于单面瓦楞纸上胶的牵引辊。
8.根据权利要求1所述的一种DPF催化器的制备方法，其特征在于：在所述单面瓦楞纸的卷制过程中，在其两端瓦楞正反两面分别涂覆一条耐高温无机堵孔材料，使卷制成型后的蜂窝载体具有单向通孔的结构。
9.根据权利要求8所述的一种DPF催化器的制备方法，其特征在于：所述蜂窝载体进行干燥烧结后制成PDF催化器。
10.根据权利要求9所述的一种DPF催化器的制备方法，其特征在于：所述烧结温度在600-1200度之间。
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