CN111188226A - 用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物及其制造方法，更具体地，涉及一种用于空气滤清器或汽油发动机的烃捕集器的湿法非织造织物，其中使用具有特定物理性质的粉状活性碳、纸浆、具有特定物理性质的合成纤维和碳结合剂作为基础材料以制备网型非织造织物；且通过压制，该织物形成具有预定厚度的湿法非织造织物，继而：当加工该织物以形成烃捕集器并将其安装和用于汽油发动机的空气滤清器时，其可以吸附蒸发性油蒸汽，例如由发动机的燃烧室中的燃料或燃料储罐中的燃料产生的蒸发气中含有的烃，然后，当驱动发动机时，将所述烃解吸，从而预防作为外部空气污染主要原因的烃的外流；此外，可以使烃气体对车辆内乘客的危害最小化。

Description

用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物及 其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物及其制造方法；尤其是，涉及一种具有显著改善的吸附/解吸能力以及优异的物理性质的用于烃捕集器的湿法非织造织物，其中该湿法非织造织物通过选择具有预定范围内的介观结构的粉状活性碳，和具有特定物理性质的合成纤维，以及最小用量的碳结合剂形成，从而实现优异的物理性质和显著改善的吸附/解吸能力，例如当用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器使用该湿法非织造织物制造然后使用时，在挥发性油蒸汽(例如烃气体)的吸附和解吸期间，防止粉状活性碳释放等，以及涉及所述湿法非织造织物的制造方法。

背景技术

通常，车辆通过混合和燃烧发动机中的燃料及空气来产生动力。

换言之，存储于车辆燃料罐中的燃料穿过多种燃料供应装置，与从外部流入的空气混合并喷射至发动机汽缸中，并在重复进气冲程、压缩冲程、爆炸冲程和排气冲程时驱动发动机。从而，车辆从发动机获得动力。

为了按如上所述运行发动机以驱动车辆，需要一定量的空气，并且该空气从车辆的外部引入和供应。

即，从车辆外部流向空气滤清器的空气通过连接至该空气滤清器的进气软管移动至进气歧管，然后供应到发动机。

在这种情况下，在空气滤清器内部设置有用于过滤外部空气中含有的灰尘和异物的空气滤清器过滤器，以过滤所述外部空气中含有的灰尘、异物等，从而提供发动机燃烧和运行所需的清洁空气。

这种空气滤清器设置有能够连接至空气进气软管一端的进气口，其中扩散器连接于空气滤清器内。

同时，在车辆行驶或停止期间排出的有害气体中的烃气体是空气污染物之一，其被排放到大气中并与大气中的臭氧发生化学反应以引起光化学烟雾。烃气体在空气进气系统(例如，空气管道，空气滤清器，进气软管或节气门体等)附近泄漏，导致有害于动物、植物和人类的问题，并且该气体是造成空气污染问题的严重有害气体。因此，需要一种能够吸附上述烃气体的装置。

换言之，安装在作为上述空气进气系统的空气滤清器中的空气滤清器过滤器，起到过滤供应至车辆内部的空气中所包含的异物(诸如灰尘)的作用。

然而，传统的空气滤清器没有单独的过滤器来捕获烃气体，从而导致发动机等产生的蒸发气中所含烃气体仅通过传统的空气过滤器不能被捕获的问题。

也就是说，难以通过仅设置有如上所述的典型空气滤清器过滤器的传统空气滤清器来收集或捕获从发动机等的残余燃料中产生的蒸发气中含有的烃气体，从而导致烃气体直接排出到大气中的问题。

此外，随着近来在诸如美国等发达国家中针对车辆废气排放法律被加强，对提供满足废气规定的车辆的需求增加。

特别是，由于对在启动或停止发动机期间从残余燃料中产生的以及在发动机或进气系统中残余的，而后通过该进气系统排放至大气中的燃料蒸发气(即烃气体(HC))的规定增强，趋势为逐渐增加装配有烃气体收集装置的车辆的义务销售数量。

因此，为了将车辆出口到发达国家，对在空气进气系统中安装有高效烃气体收集装置的车辆存在需求。

在用于制造空气滤清器的烃捕集器的现有技术中，韩国专利注册第10-749608号提出了一种空气滤清器的烃捕集器，其特征在于，包括过滤器组件，其包括：空气滤清器主体，其中安装有空气滤清器过滤器；第一多孔泡沫型过滤层，安装于连接至所述空气滤清器主体顶部的空气滤清器上盖；第二多孔泡沫型过滤层，紧密粘附至所述第一过滤层顶部，并具有比第一过滤层更大的厚度，其中烃气体从所述第二过滤层解吸；第三和第四多孔泡沫型过滤层，紧密粘附至所述第二过滤层顶部；以及金属丝网，其定位使得容纳其中的第一至第四过滤层，并与所述第一至第四过滤层紧密连接，其中所述第一至第四过滤层的外周与所述金属丝网被固定，以便通过将它们加热或超声压制而使彼此紧密粘合。

预期上述烃捕集器在一定程度上具有挥发性油蒸汽的吸附/解吸功效，然而，存在其制造工艺过于复杂，并且捕集器具有复杂结构和性能有所劣化的问题。

此外，韩国专利公开第10-2017-0025376号提出了一种用于制造具有预定厚度的湿法非织造织物的方法，其包括以下过程：混合基础材料(如粉状活性碳、纸浆及合成纤维)和添加剂(如分散剂、防水剂、湿光捕集剂、上浆剂和/或碳固定剂)以制备组合物；并压制所制备的组合物。

与现有的用于烃捕集器的非织造织物相比，上述技术可以被认为是显著改进的技术。然而，即使使用碳固定剂，仍然存在活性碳释放而导致质量缺陷的问题。由于没有考虑具有有限吸附能力的活性碳与合成纤维之间的相容性，其他问题(如挥发性油蒸汽的有限吸附/解吸能力和由释放活性碳引起的质量差)近期已在增长。

作为与上述技术类似的另一项技术，日本专利公开第2000-024426号披露了一种吸附片，其包括含粒状活性碳的片，其不安装在空气滤清器上，但用于空气净化目的。所述含粒状活性碳的片以吸附片的形式提供，所述吸附片包括平均粒径为100-600μm的粒状活性碳、与所述粒状活性碳接触以将其固定的支撑纤维，以及主要用于保持其形状的粘合纤维。

然而，上述技术是为了提出一种具有长时间保持的良好空气通风性和优异除尘能力的空气净化过滤器。这涉及具有空气净化和除尘目的的简单过滤器构造，其与用于重复进行挥发性油蒸汽吸附/解吸的空气滤清器的烃捕集器的功能完全不同。因此，上述技术不能应用于烃捕集器产品。

因此，在安装于传统空气滤清器中的用于空气滤清器烃捕集器的过滤器主体的情况下，仍然需要在性能或故障率改进方面进行持续的研究和开发。

[现有技术文件]

[专利文件]

(专利文件1)韩国专利注册第10-749608号

(专利文件2)韩国专利公开第10-2017-0025376号

(专利文件3)日本专利公开第2000-024426号

发明内容

为了解决上述问题，本发明待解决的技术课题是提供一种用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物，其具有新颖的构造以获得改进的物理性能、优异的耐久性和对挥发性油蒸汽(例如由发动机和/或燃料储罐的燃烧室中的燃料产生的蒸发气中所含的烃)的显著改善的吸附/解吸能力。

因此，本发明的一个目的是提供一种具有改进的挥发性油蒸汽吸附/解吸能力的用于烃捕集器的湿法非织造织物，其安装在汽油发动机空气滤清器中以防止活性碳的释放，其中适当地选择和使用具有特定物理性质的活性碳以及具有特定物理性质的合成纤维，并且向其中混合最少量的碳结合剂以制备所述湿法非织造织物。

此外，本发明的另一个目的是提供一种用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物，其对来自汽油的挥发性油蒸汽具有显著改善的吸附/解吸能力，该湿法非织造织物具有新的构造使得：在车辆行驶或停止期间排出的蒸发气中的烃被捕获，以防止造成外部空气污染主要原因的烃的释放；以及由烃对车辆中的乘客造成的危害可被最小化。

此外，本发明的另一个目的是提供一种具有新的构造的用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物的制造方法，其包括：将具有特定物理性质的活性碳和具有特定物理性质的合成纤维以及纸浆和碳结合剂以预定的混合比例一起混合；然后对其进行热压以制备所述湿法非织造织物。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物，其安装在汽油发动机的空气滤清器中，以捕获车辆行驶或停止期间由发动机的燃烧室中的燃料或燃料储罐中的燃料产生的蒸发气中的烃，或者将所捕获的烃回收至发动机以便在其中再燃烧，所述湿法非织造织物包括：基础材料，包括粉状活性碳、纸浆、合成纤维和碳结合剂，其中所述粉状活性碳具有处于20-150μm范围的平均粒径，并且含有45-90％的介观结构，并且所述合成纤维具有30μm或更小的直径和110℃-270℃的熔点。

根据本发明的优选实施方案，所述合成纤维可以使用选自超细纤维、细纤维、分裂细型纤维和海岛型纤维中的至少一种合成纤维；或选自皮/芯型或并排型复合熔点纤维中的至少一种，所述合成纤维选自PP/PE、PET/PE、PET/PP和PET/尼龙。

根据本发明的优选实施方案，所述基础材料可以包括45-80wt.％的粉状活性碳、3-13wt.％的纸浆、10-30wt.％的合成纤维和3-12wt.％的碳结合剂。

根据本发明的优选实施方案，所述基础材料可以包括至少一种选自分散剂、防水剂、碳固定剂和脱水增强剂的添加剂。

此外，根据本发明的优选实施方案，所述基础材料中还包括的添加剂可以包括：基于非织造织物的总组成，0.05-2.0wt.％的分散剂、0.2-1.0wt.％的防水剂、0.05-1wt.％的碳固定剂和0.05-1.0wt.％的脱水增强剂中的至少一种。

根据本发明的优选实施方案，优选地，在热压工艺S150之前，对具有300-800g/m²的重量和2.2-3.6mm的厚度的湿法非织造织物进行压制和成型，使其通过热压工艺S150而具有0.6-1.8mm的厚度，同时保持相同的300-800g/m²的重量。

此外，根据本发明的另一方面，提供一种用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物的制造方法，所述湿法非织造织物安装于汽油发动机空气滤清器中，以捕获车辆行驶或停止期间由发动机的燃烧室中的燃料或燃料储罐中的燃料产生的蒸发气体中的烃，或者用于将所捕获的烃回收至发动机中以便在其中再燃烧，该方法包括：制备包括粉状活性碳、纸浆、合成纤维和碳结合剂的基础材料，其中本文所用的粉状活性碳具有处于20-150μm范围的平均粒径，并且含有45-90％的介观结构，本文使用的合成纤维具有30μm或更小的直径和110℃至270℃的熔点；使所述基础材料通过悬浮工艺，以制备悬浮液S110；使通过悬浮工艺S110的基础材料经历成网工艺S120以形成网型产品；使所述网型产品经历除水工艺S130；在除水工艺之后，在干燥工艺S140中干燥所述网型产品；并且，在所述干燥工艺S140之后使所述网型产品经历热压工艺S150，进行热压制和成型，以形成片型或辊型织物。

此外，根据本发明的另一个方面，提供一种用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器，其通过使用按如上所述制造的湿法非织造织物制备。

下文将描述由根据本发明所述的用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物所获得的效果，以及应用所述湿法非织造织物的烃捕集器所获得的效果。

首先，当根据本发明的湿法非织造织物安装并用于汽油发动机空气滤清器的壳壁或扩散器上时，最终产品可具有优异的耐久性和显著改善的挥发性油蒸汽的吸附/解吸能力。

第二，根据本发明的湿法非织造织物可以使用基础材料制备，所述基础材料例如具有特定物理性质的粉状活性碳、纸浆、具有特定物理性质的合成纤维和碳结合剂，以防止粉状活性碳的释放，并使碳结合剂的用量最小化，以防止活性碳的介观结构被碳结合剂堵塞，从而大大提高丁烷工作容量(BWC)性能。通过适当地选择和使用具有特定物理性质的粉状活性碳和具有特定物理性质的合成纤维来诱导协同效应，已经实现了上述效果，这是不能从相关技术预期的。

第三，根据本发明的湿法非织造织物具有显著改善的对汽油挥发性油蒸汽的吸附/解吸能力，并且可以捕获在车辆行驶或停止期间排出的蒸发气中的烃，从而防止导致外部空气污染主要原因的烃的释放，并且使烃气体对车辆中乘客的危害最小化。

第四，根据本发明的湿法非织造织物使用添加剂(如分散剂、防水剂、碳固定剂和脱水增强剂等)可以具有进一步增强的功能。因此，与传统技术相比，使用所述添加剂对具有优异品质的湿法非织造织物和使用该织物生产烃捕集器可以是有用的。

第五，根据本发明的湿法非织造织物在被制造具有基本结构后，可被压缩至约1/2的体积，以使最终产品的体积最小化。作为结果，当本发明的非织造织物安装于壳壁或扩散器上时，与现有的可弯曲非织造织物相比，压力损失减少以节省汽油里程。此外，如果将本发明的非织造织物应用于烃捕集器则是非常有利的。此外，由于湿法非织造织物形成为具有预定的厚度，所以当将该织物应用于烃捕集器，并通过将其安装在空气滤清器外壳中使用时，即使以最小的体积也可最大化对挥发性油蒸汽的吸附/解吸能力。

附图说明

通过以下详细说明并结合附图，本发明以上和其它目的、特征以及其它优点将更加清楚地被理解，其中：

图1是说明根据本发明的用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物的制造方法的方框图；

图2A是说明根据本发明的各孔径活性碳结构的尺寸分布图；

图2B是说明根据本发明的活性碳的孔结构的局部放大图；

图2C是说明取决于根据本发明的活性碳的介观结构孔和微观结构孔分布的孔体积的增大或减少(即，变化)的图；

图3是说明优选应用于根据本发明的合成纤维的纤维横截面结构视图，其是概念性地示出了各种形状的皮/芯型或并排型复合熔点纤维的视图。

具体实施方式

在下文中，将借助于实施方式参考附图详细描述用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物的制造方法，以及使用该方法制造的用于烃捕集器的湿法非织造织物。

图1是说明根据本发明的用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物的制造方法的方框图。

参见图1，说明了根据本发明优选实施方案的用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物的制造方法。在此，描述了用于制造湿法非织造织物的方法的每个步骤，其中该湿法非织造织物安装于空气滤清器中以捕获车辆行驶或停止期间由发动机燃烧室中的燃料或燃料储罐中的燃料产生的蒸发气中的烃，或者将捕获的烃回收到发动机以便在其中再燃烧。

图2A是说明根据本发明的活性碳结构的介观结构尺寸分布图。图2B是说明根据本发明的活性碳的孔结构的局部放大图。以及图2C是说明取决于根据本发明的活性碳的介观结构孔和微观结构孔孔径分布的孔体积增加或减少(即，变化)的图。

参见2A至2C，如果根据本发明优选实施方案的活性碳组分中的介观结构分布较高，则重复使用非织造织物是有利的。因此，上述非织造织物可以半永久地用于吸附-解吸-吸附-解吸的重复过程。

图3是概念性地示出了优选应用于根据本发明的合成纤维的多种形状的皮/芯型或并排型复合熔点纤维视图。

参见图3，作为根据本发明的合成纤维，当使用直径为30μm或以下的合成纤维和复合熔点纤维时，粉状活性碳可以粘附并结合至所述熔点纤维，同时分隔纤维之间的活性碳，以防止活性碳的释放，并且使活性碳被结合至特定的合成纤维，从而降低所用碳结合剂的含量。

此外，通过用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物的制造方法制备的用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物，可被安装于空气滤清器中，特别是可以通过超声波熔合固定并安装于所述空气滤清器的壳体上。

在该情况下，根据本发明的用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物可以包括基础材料，该基础材料包括粉状活性碳、纸浆、合成纤维和碳结合剂。此外，基础材料可以包括至少一种选自分散剂、防水剂、碳固定剂和脱水增强剂中的添加剂。

同时，为了制备湿法非织造织物，其制造方法可以包括：悬浮工艺S110，其混合上述基础材料和如有需要的添加剂以制备悬浮液；成网工艺S120，其使所述悬浮液形成网型产品；在所述网型产品上进行除水工艺S130以除去水；干燥工艺S140，其对除水后的网型产品进行干燥；以及热压工艺S150，其在干燥工艺S140之后对产品进行热压制和成型，从而形成片型或辊型织物。

根据本发明的优选实施方案，所述基础材料可具有最优选的组分组成，例如45-80wt.％的粉状活性碳、3-13wt.％的纸浆、10-30wt.％的合成纤维和3-12wt.％的碳结合剂。

此外，所述基础材料中进一步包含的添加剂优选可以包括：基于湿法非织造织物的总组成，0.05-0.2wt.％的分散剂；0.2-1.0wt.％的防水剂；0.05-1.0wt.％的碳固定剂；和0.05-1.0wt.％的脱水增强剂。

根据本发明的优选实施方案，本文使用的粉状活性碳可以具有处于20-150μm范围的平均粒径。如果粒径过小，则吸附效率低并且在生产过程中变得多尘，因此不是优选的。另一方面，如果粒径过大，则可能降低整体吸附效果，并且活性碳粉末可能在制造工艺中或当通过应用于捕集器而使用该活性碳时释放。

此外，如果活性碳的粒径小于20μm，则从湿法非织造织物悬浮液中除去水的线材抽吸工艺中的活性碳可能会与水一起被排走很多。此外，如果粒径为20μm的活性碳过多，则抽吸压力明显更高，并且可能使得无法制造湿法非织造织物。

此外，当在烃捕集器(HC捕集器)中使用具有150μm以上平均粒径的活性碳时，当将所述烃捕集器安装于发动机空气滤清器后，如果活性碳颗粒因发生振动而被混合至发动机中，则其可能对发动机产生不利影响。

换言之，如果活性碳的重量低，丁烷吸附容量也低，而过滤面积增加，则由于发动机空气滤清器壳体的空间小而需要大量的活性碳。另一方面，如果活性碳的重量过高，则活性碳的量增加而导致对发动机空气滤清器壳体超声粘合性的劣化，并且难以形成板型或圆形的发动机空气滤清器的壳体结构。

本发明使用纸浆。由于强氢键，纸浆使得过滤介质在潮湿状态下平稳输送。此外，粉状活性碳可以基本上粘附至板型纸浆结构上。因此，如果本文使用的纸浆量过小，则活性碳粘附效率低。另一方面，如果其量过大，尽管活性碳粘附良好，但在除水工艺中会产生高真空压力。结果是水不会被除去，从而导致整体吸附/解吸效果的劣化。

根据本发明的优选实施方案，所述纸浆通常可以包括NBK(CANFOR Pulp andPaper Co.)，但不限于此。

此外，根据本发明的优选实施方案，可以使用粒径处于20-150μm范围的粉状活性碳。在这种情况下，所述粉状活性碳优选具有1,000-3,000m²/g，更优选2,000-3,000m²/g的比表面积。如果其比表面积过小，则要使用过量的活性碳。特别是，需要包含最大2倍含量的活性碳，这样就导致难以制造湿法非织造织物。此外，如果其比表面积大于3,000m²/g，则活性碳的表观密度增加，且其体积变大，导致待生产的湿法非织造织物的厚度增加。因此，熔点细纤维的混合比或合成纤维的含量会显著增加30％以上。此外，在湿法非织造织物的热压过程中会进一步提高温度和压力，因此不是优选的。

细纤维通常指厚度为1旦尼尔(5μm)或更小的线。通常，细纤维是被开发的具有非常柔软和光滑触感的纤维。取决于分裂纺成的纤维，可以制造具有最大0.001旦尼尔的最细纤维，其通常用于需要柔软性的人造麂皮或用于清洁镜片(如眼镜)的布。

在本公开中，“熔点细纤维”通常指使用细纤维、超细纤维、分裂细型纤维和海岛型纤维等制造的纤维，其具有110-270℃的熔点和30μm或更小的直径。可以使用任何合成纤维而对其没有特定限制，只要其可以满足上述熔点和厚度即可。

用于本发明的粉状活性碳应具有上述比表面积。不过，优选本发明中的粉状活性碳具有特定的孔结构。用于本发明的活性碳的孔结构可包括45-90％及优选60-90％的介观结构。如果粉状活性碳中介观结构的含量小于上述范围，则挥发性油蒸汽的吸附能力急剧下降。如果上述介观结构含量过多，则活性碳难以生产并且没有任何经济优势。此外，挥发性油蒸汽不被吸附，而会在吸附后残留，不进一步增加吸附能力。

本文中，介观结构指活性碳的孔径处于2nm-50nm的范围。本发明可以使用具有特定范围的介观结构的粉状活性碳，以显著改善挥发性油蒸汽的重复吸附-解吸-吸附-解吸的特性。

就此而言，图2A说明了活性碳孔结构中介观结构的分布。考虑到使用活性碳对挥发性油蒸汽的重复吸附-解吸-吸附-解吸的特性，本发明中介观结构的分布比微观结构或介观结构本身更重要。

特别是参见图2C，可以看出，活性碳中的介观结构分布是重要的，其中这些图说明了通过使用由Brunauer、Emmett和Teller(BET)开发的比表面积测量法获得的微孔结构和介孔结构对活性碳的实验结果。在图2C的图中，虚线示出了微孔结构，而实线示出了介孔结构。因此，可以确认处于烃捕集器(HC捕集器)范围内的，包含45-90％的由纵向实线表示的介观结构的活性碳具有优异的吸附/解吸效果。

根据本发明，粉状活性碳中的上述介观结构的含量与比表面积不是绝对成比例的。即使当比表面积小时，介观结构含量也可增多，取决于具有比介观结构更大直径的宏观结构的形成比例，或是具有比介观结构更小直径的微观结构的形成比例。另一方面，即使比表面积大，也可以包含少量介观结构。粉状活性碳中介观结构含量分布，以及宏观结构或微观结构的含量可根据所述活性碳的制造方法和条件及其原材料而发生巨大变化。

因此，根据本发明，预期仅在使用含有基于粉状活性碳45-90％含量的介观结构的粉状活性碳作为基础材料时，通过共混其他组分(即，特定的合成纤维和基础材料的整体组成(例如纸浆和碳结合剂))，可实现对蒸发性油蒸汽吸附/解吸效果的协同功效。

此外，由于活性碳的比表面积和介观结构更大，故而丁烷的吸附/解吸能力更优异。此外，如果比表面积小并且介观结构增多，则所需活性碳的重量增加。因此，制备含有90％以上介观结构的活性碳的方法没有经济优势，因此对于实现本发明的目的无效。

因此，本发明使用平均粒径处于20-150μm范围并且比表面积处于1,000-3,000m²/g范围的粉状活性碳，并且形成湿法非织造织物，其中所述活性碳的结构包含45-90％的介观结构。因此，当将湿法非织造织物用于烃捕集器时，车辆发动机停止期间由发动机的燃烧室中的燃料或燃料储罐中的燃料产生的蒸发气中包含的烃，无论该烃的尺寸如何，其相对于整体尺寸均可被有效捕获并易于解吸。

因此，在发动机启动停止期间产生的蒸发气可由所述发动机启动停止后燃料喷射器周围残余的燃料形成，或由发动机的燃烧室中的燃料或燃料储罐中的燃料形成。蒸发气包含需要捕获的烃气体。根据本发明，当使用通过用包含45-90％的介观结构并且粒径在20-150μm范围的粉状活性碳制造的湿法非织造织物时，无论烃本身的尺寸如何，其相对于整体尺寸都可以被更有效地捕获。

根据本发明，上述粉状活性碳的平均粒径和该粉状活性碳中介观结构的分布特征，是与湿法非织造织物对整体挥发性油蒸汽吸附能力和烃捕集器质量相关的非常重要的因素。特别地，这些因素也可以作为预期下文将描述的合成纤维选择特征，以及挥发性油蒸汽的总体质量和吸附/解吸效果的协同功效的条件，因此具有重要意义。

根据本发明的优选实施方案，本文使用的合成纤维可以具有30μm或更小，优选10μm或更小的直径，以及110℃-270℃的熔点。如果其直径过大或其熔点未限定于上述范围内，则当合成纤维被用于制造湿法非织造织物，该湿法非织造织物又被应用于烃捕集器时，在通过热压制造非织造织物中，可发生活性碳颗粒的释放，故而压制不能很好地进行。此外，几乎不能预期诸如防止活性碳颗粒释放的捕获效果。因此，可能无法实现期望的品质。

根据本发明的优选实施方案，本文使用的合成纤维可以包括，例如，选自超细纤维、细纤维、分裂细型纤维和海岛型纤维中的至少一种；或者选自皮/芯型或并排型复合熔点纤维中的至少一种；所述合成纤维的熔点为110℃至270℃，并且选自PP/PE，PET/PE，PET/PP和PET/尼龙。

本文中，PP、PE和PET分别指聚丙烯、聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯。

就此而言，图3示出了多种皮/芯型或并排型复合熔点纤维，特别是具有10μm纤维直径的纤维，用于概念性说明复合熔点纤维的横截面结构。可用于本发明的合成纤维不特别限定于此，也可以使用其它相似类型的复合熔点纤维或包含其它类似组分的复合熔点纤维。

此外，根据本发明，也可以使用其他合成纤维，只要它们具有处于上述范围内的直径和熔点即可。

使用上述合成纤维的原因在于，这些可以防止一同使用的粉状活性碳的释放，并且使所用碳结合剂的量最小化，使得碳结合剂不妨碍活性碳的介观结构，从而提高BWC的性能。此外，为了使粉状活性碳在粘附和/或捕获至非织造织物时稳定地存在于该非织造织物中，根据本发明的合成纤维的上述任选特性是重要的。其结果是，可以显著提高吸附/解吸效果，并且可以实现捕获活性碳的稳定效果。因此，可以预期合成纤维和粉状活性碳的协同效应。

因此，本发明优选使用上述特定的合成纤维，使得其可以令人惊讶地显示出有利效果，例如防止活性碳的释放，在热压工艺中厚度的控制，以及发动机空气滤清器平稳超声熔合的实施。

根据本发明的优选实施方案，特定的合成纤维可以以按重量计10-30％(“wt.％”)的组成使用。如果本文使用的合成纤维的量过小，则活性碳不能被充分利用。当使用过量的合成纤维时，每单位体积的活性碳含量成反比地降低，因此，可能无法预期吸附/解吸效果的改善。

根据本发明的优选实施方案，如果在合成纤维中使用熔点细纤维，则优选向该熔点细纤维中加入具有良好分散性的防水剂，以改善该熔点细纤维的分散性，并防止水分流入粉状活性碳。在这种情况下，防水剂可以是不阻塞活性碳孔结构并且可以最小化水吸收的防水剂。

此外，本发明使用碳结合剂。其用于将粉状活性碳粘附并固定至合成纤维并防止活性碳释放。例如，本文使用的碳结合剂可以包括，例如，选自丙烯酸树脂、聚乙酸乙烯酯(PVAC)树脂、聚乙烯醇(PVA)树脂或粉末、淀粉(CMC)、苯酚树脂、乙烯基乙酸乙酯(EVA)树脂或粉末和聚乙烯(PE)粉末中的至少一种。

根据本发明，如果使用的碳结合剂的量过小，则可能发生活性碳颗粒的释放。当其量过多时，由于活性碳中的孔堵塞，吸附效率可能大大降低。

优选地，本发明可以使上述碳结合剂的含量最小化。原因在于，如上所述，可以理想地选择和使用具有特定物理性质的粉状活性碳和合成纤维，从而制造具有期望组成的本发明织物，其具有减少至最少量的本文所用的碳结合剂。

根据本发明的优选实施方案，除了基础材料之外，可以包含基于湿法非织造织物的总组成0.05-0.2wt.％的量的添加剂(如分散剂)。本文使用的分散剂可以是改性淀粉或任何一种其他典型的分散剂。此外，用作添加剂的防水剂可以包括，例如，任何典型的防水剂，如硅烷、硅氧烷和硅酸盐基试剂等，其可以以0.2-1.0wt.％的量使用。

此外，根据本发明的优选实施方案，为了降低活性碳的损失率并且改善活性碳的吸附/解吸效果，可以进一步使用碳固定剂和脱水增强剂作为额外组分。本文使用的碳固定剂优选为胺基聚合物，例如1,2-乙二胺。可以基于湿法非织造织物的总组成0.05-1.0wt.％的量含有这样的碳固定剂。如果本文中其使用量过小，则加入它们不会获得特别的效果。当本文中其使用量过大时，可能抑制吸附/解吸附效果。

此外，也可用作添加剂的脱水增强剂可以包括，例如，酰胺如聚丙烯酰胺，所述脱水增强剂在本文中使用的含量可为0.05-1.0wt.％。在这种情况下，如果本文中其使用量过小，则不能期望获得脱水增强效果。另一方面，如果本文中其使用量过大，则可能相当抑制吸附/解吸效果。

根据本发明的优选实施方案，在如上所述的根据本发明的制造用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物的方法中，使用滚动辊通过热压工艺S150形成片型或辊型织物，使得具有300-800g/m²的重量和2.2-3.6mm的厚度的产品在热压工艺S150前即刻优选被压制和成型，以通过热压工艺S150具有0.6-1.8mm的厚度同时保持相同的300-800g/m²的重量。这意味着通过热压压制产品以将体积减小至其原始尺寸的1/2而不改变重量。如果进行过多的压制，则吸附/解吸效果可能会降低。

或者，根据本发明的用于制造汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物的方法可以包括将由合成纤维制成的干燥非织造织物紧密粘附至所述湿法非织造织物的任一表面，然后，通过热压工艺S150，将其制成片型或辊型合成非织造织物。

根据本发明的优选实施方案，当如上所述将干燥的非织造织物紧密粘附至用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物的任一表面时，上述织物可以经历热压工艺S150，以形成片型或辊型合成非织造织物。在这种情况下，可以设置该织物以使其被安装于空气滤清器中。此外，所述织物可以通过超声熔合更稳定地熔合并固定于空气滤清器的壳体上。

根据本发明的优选实施方案，考虑到用于烃捕集器的湿法非织造织物的活性碳损失率和丁烷工作容量(BWC)，于其上完成了从悬浮工艺S110到干燥工艺S140的工艺，优选使用具有特定物理性质的粉状活性碳，其中包含如上文所述的特定范围内的介观结构。

此外，在用于汽油发动机空气滤清器的情况中，当具有200μm粒径的颗粒流入发动机时发动机可能被损坏，因此，使用具有20-150μm的粒径的粉状活性碳。在悬浮工艺S110中通过网状网抽水时，粉状活性碳可能与水被一起抽出而增加其损失率。因此，为了降低粉状活性碳的损失率，优选考虑额外使用碳固定剂。因此，本发明中额外使用的添加剂可以部分地用于进一步改善湿法非织造织物的物理性质。

此外，根据本发明的优选实施方案，对于热压工艺S150，当使用活性碳、纸浆、合成纤维和碳结合剂和/或任意其他额外组分时，将原料与上面列出的添加剂混合存在一个问题，即在将所得到的织物干燥后，这些组分没有完全结合。因此，在将织物安装并用于汽油发动机的空气滤清器中时，需要防止用于制造湿法非织造织物的原料的解吸。为了此目的，优选进行热压工艺。然而，如果在热压工艺之后织物具有高厚度，则增加流动路径中压力损失，进而增加燃料的消耗。因此，优选通过进行热压工艺将厚度减小到最小。

根据本发明的一个实施例是通过悬浮和成网工艺使用本发明的基础材料制备织物。如果织物以造纸模式形成，则其中涉及的脱水时间较少。另一方面，机械模式中的一系列管线在抽吸方面有限制。因此，当增加抽吸能力时可以制造织物。此外，根据另一个优选实施例，优选首先分别制备双折叠织物，然后将它们结合在一起。

此外，优选在造纸模式和机械模式下均通过多级压制来压制织物以减小其厚度。

在这种情况下，根据本发明的优选实施方案，在热压工艺中织物的厚度应被至少减小其原始厚度的1/2。基本上，由于这是甚至在抽吸工艺之后对减小厚度的限制，因此在根据本发明的特定条件下使用合成纤维可以获得期望的结果。例如，优选使用如上所述根据本发明选择和使用的熔点细纤维或合成纤维。为了防止在织物制造工艺中活性碳的释放，热压工艺优选在150℃-260℃的高温下以30N/cm²-300N/cm²的高压进行以压制织物。

因此，通过上述制造方法制造的用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物可以捕获在车辆行驶或停止时由发动机的燃烧室中的燃料或燃料储罐中的燃料产生的蒸发气中的烃，或将捕获的烃回收至发动机以便在其中再燃烧，因而，可以通过任何常规方法将所述湿法非织造织物应用至配备用于车辆发动机空气滤清器中挥发性油蒸汽吸附/解吸的烃捕集器。

因此，本发明包括用于汽油发动机中空气滤清器的烃捕集器，其包含上述根据本发明的用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物。

在下文中，将通过以下实施例详细描述本发明，然而，本发明不限于此。

在下文中，对空气滤清器进行多种测试，按如下方式将各实施例和对比例中制造的湿法非织造织物应用至所述空气滤清器：对于上述空气滤清器的粉状活性碳的活性碳性能测试(实验实施例1)；用于评估在完成从悬浮工艺S110至干燥工艺S140的工艺之后获得的用于烃捕集器的湿法非织造织物的活性碳损失率的实验测试(实验实施例2)；用于评估丁烷工作容量(BWC)效率的BWC测试(实验实验例3)；以及对于完成从悬浮工艺S110至热压工艺S150等的整个制造工艺(下面将对每个步骤进行描述)之后获得的用于烃捕集器的湿法非织造织物的超声熔合测试(实验实验例4)。

制备实施例1-6和比较制备实施例1-4

利用下表1中所示的配置，制备用于制造用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物的粉状活性碳。

实验实施例1：粉状活性碳的活性碳性能测试

为了对在各制备实施例和比较制备实施例中制备的粉状活性碳进行吸附/解吸能力性能测试，在测试前于110℃烘烤3小时，并通过使用用于测试的标准夹具，在室温常压(25℃±2℃，1atm)和50±5％RH下填充500ml活性碳。然后，在加载250cc/min的N₂气和250cc/min的丁烷气后，使上述活性碳经历测量直至饱和，随后以25.5l/min对其进行吹扫至达到最小质量。上述步骤的结果如下表1所示。

[表1]

参见上述粉状活性碳的活性碳性能测试(实验实施例1)，可以看出，由于活性碳的比表面积和活性碳中的介观结构含量更大，丁烷气体吸附能力更高，当介观结构含量降低时，丁烷气体的吸附能力降低。此外，考虑到湿法非织造织物的组合物的吸附/解吸能力，如果粉状活性碳的比表面积更大，则是有利的。然而，发现对于吸附/解吸能力，介观结构的含量比比表面积更有效。

即，由于每1g活性碳的丁烷气体捕获重量(g)更高，故其捕获能力更优异。

作为参考，将湿法非织造织物安装在用于汽油发动机的空气滤清器中，以在车辆停止期间进行吸附并在行驶期间解吸，从而，半永久性地使用该湿法非织造织物，直至车辆报废。故而，理想的是其吸附效率和解吸效率的总和接近99％。

此外，吸附/解吸能力降低时，活性碳中捕获的丁烷气体残留，而并未完全解吸。因此，为了半永久地使用织物，重复完全解吸丁烷气体然后再次吸附丁烷气体的烃捕集器(HC)仍然具有限制。

此外，随着介观结构和比表面积的增加，丁烷吸附容量增加，并且吸附/解吸能力也增加。然而，发现即使介观结构大于90％，基本上也无法期望吸附/解吸能力的进一步改善。上述实验结果表明，考虑到含有90％以上的介观结构的粉状活性碳在生产中的非经济优势，可能产生不利的结果。

实际上，本发明的织物应该半永久地用作设置于车辆发动机空气滤清器中的烃捕集器(HC捕集器)部件。为此目的，所述织物连续地进行吸附和解吸。

即，由于在发动机停止时再次进行吸附，丁烷在行驶期间通过空气流入发动机而再次被吸入发动机，因此最理想的是优选100％吸附/解吸效率。然而，就活性碳的生产和结构而言，不可能生产包含100％介观结构的活性碳。

特别地，即使粉状活性碳包含超过90％的介观结构，功效也没有过多改善，而产品由于生产困难和高生产成本而不具经济优势。因此，可以发现具有90％或更少介观结构的活性碳是优选使用的。

实施例1-4

这些实施例中使用的基础材料如下：制备实施例2中制备的具有90μm粒径的340g/m²的粉状活性碳；15g/m²的纸浆；110℃下80g/m²的熔点细纤维(10μm)；1.3g/m²的防水剂；45g/m²的碳结合剂(Ashland Co.的Hercopuls^TM125)；和20g/m²的非织造织物支撑物。此外，在这些实施例中还使用其他添加剂。通过混合上述基础材料，使该基础材料经历制备悬浮液的悬浮工艺S110，随后通过成网工艺S120形成网型产品。然后，在通过除水工艺S130后，将网产品于干燥工艺S140中干燥。在此，在添加剂中，分别于实施例1-4中使用碳固定剂或脱水增强剂，同时包含基础材料。本文使用的碳固定剂为SY CHEM SB-50N(由SY CHEM Co.制造)，脱水增强剂为SY CHEM C-100(由SY CHEM Co.制造)。根据上述步骤，制造用于汽油发动机空气滤清器的烃捕获器的湿法非织造织物，其具有下表2中所示的组成。

实验实施例2：用于评估用于烃捕获器的湿法非织造织物的活性碳损失率的测试，于其上完成从悬浮工艺S110至干燥工艺S140的工艺

对于分别在实施例1-4中制造的织物，使用引入前的重量和引入后的重量之间的差异(即，偏差)来测量活性碳的损失。其结果如下表2所示。

[表2]

实施例5-8和比较实施例1和2

按照与实施例2中所述相同的步骤制备织物后，使制备的织物经历热压工艺S150，以在150℃-230℃和30N/cm²-160N/cm²的条件下进行热压和成型，从而制造湿法非织造织物。结果是，制造了用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物，其具有下表3中列出的组成。

作为比较例，在使用不同活性碳介观结构含量、不同活性碳含量和不同织物厚度的方法中织造湿法非织造织物。

实验实施例3：用于评估在用于烃捕获器的湿法非织造织物上进行的丁烷工作容量(BWC)效率的BWC性能测试，于其上最终完成从悬浮工艺S110到热压工艺S150的制造工艺。

对于实施例5-8和比较实施例1-2中制造的织物，通过以下工艺进行丁烷工作容量(BWC)的性能测试：在强制对流烘箱中于110±5℃下，使用用于测试的标准夹具以28.5±0.5l/min的干燥且洁净的空气抽吸将体积为0.031m²的织物稳定3小时，随后当重量变化小于0.1g/10min时停止；通过在丁烷抽吸装置(50％丁烷+50％氮气)中于176ml/min抽吸样品来加载处理的产物，随后当重量变化小于0.01g/10min时停止并测量重量；通过以42l/min的干燥且洁净的空气抽吸(即吹扫)，使处理的产品经历解吸，随后当重量变化小于0.01g/10min时停止，并测量重量。将这些步骤重复三次以获得平均值。本实验的结果显示于下表3中。

[表3]

作为分析上述实验结果的结果，考虑到上述制备实施例中提出的实验实施例1中的结果和实验结果，证实了如果选择含有特定范围的介孔结构的粉状活性碳，并在预定范围内使用，BWC性能的测试结果表现出非常优异的特性。

此外，由于活性碳、纸浆、合成纤维、碳结合剂和添加剂在干燥后不完全结合，热压工艺S150允许织物以2.8m²/min的典型流速使用，以用于汽油发动机，并且进一步允许该织物被安装在用于汽油发动机的空气滤清器中以防止燃料的解吸。此外，如果织物具有大的厚度，则由于流动途径中的压力损失增加而导致燃料的燃烧增加，因此确认优选进行热压工艺以使厚度最小化。

实施例9和比较实施例3-6

使用与实施例2中相同的活性碳，以及具有30μm或更小直径或110℃熔点的熔点细纤维作为合成纤维。对于比较实施例，使用了其他不同的合成纤维(或具有大于30μm直径或不同熔点或物理性质的纤维)，并在下表4中所示条件下，分别制造湿法非织造织物。

实验实施例4：超声熔合测试

通过对实施例9和比较实施例3-6中制备的湿法非织造织物的超声熔合测试，进行HC捕集器织物对发动机空气滤清器壳体的释放和粘附实验。

然后，为了评估HC捕集器织物是否可被半永久性使用，测量其物理性质。根据车辆标准ESIR分离测试方法进行测试。改变织物的重量和织物的厚度，测量超声熔合强度。测量结果显示于下表4中。

[表4]

参见上述实验，可以看出，与不使用相应范围内的熔点细纤维作为合成纤维相比(比较实施例3-6)，使用相应范围内的熔点细纤维作为合成纤维(实施例9)表现出优异而卓越的结合特性。这样的结果表明，湿法非织造织物具有优异的防止粉状活性碳释放的效果和优异的产品可靠性。因此，显而易见的是，当将本产品应用于烃捕集器时，挥发性油蒸汽吸附/解吸效果的改善也可以持续很长一段时间。

如上所述，根据用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物，使用诸如粉状活性碳、纸浆、合成纤维和碳结合剂的基础材料，且若有需要，可加入诸如分散剂、防水剂、碳固定剂等的添加剂。通过压制工艺，制造具有预定厚度的湿法非织造织物并将其安装在用于汽油发动机的空气滤清器中，以捕获发动机停止时在用于烃捕获器的湿法非织造织物的一侧，由发动机燃烧室中的燃料或燃料储罐中的燃料产生的蒸发气中含有的烃气体，以及当车辆行驶时，在发动机启动下以负压将发动机停止时用于烃捕集器的湿法非织造织物中捕获的烃回收至发动机，以在发动机中再燃烧。

此外，由于湿法非织造织物由基础材料(诸如粉状活性碳、纸浆、合成纤维和碳结合剂等)以及添加剂(诸如分散剂、防水剂、碳固定剂和脱水增强剂)组成，并且通过压制工艺形成具有预定厚度的湿法非织造织物，该织物可捕获车辆行驶或停止期间排出的蒸发气中的烃，以防止作为外部空气污染主要原因的烃的释放，并且可以使烃对车辆中乘客造成的伤害最小化。

虽然已经参考具体实施例描述了本发明，但本发明不限于此，并且本领域技术人员将理解，在不脱离由随附权利要求限定的本发明范围的情况下，可以在其中进行各种修改和变化，并且这些修改和变化将包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种用于汽油发动机空气滤清器的烃捕获器的湿法非制造织物，所述湿法非制造织物被安装于所述汽油发动机的空气滤清器中以捕获车辆行驶或停止期间由发动机的燃烧室中的燃料或燃料储罐中的燃料产生的蒸发气中的烃，或将所捕获的烃回收至所述发动机以便在其中再燃烧，所述湿法非织造织物包括：

基础材料，包括粉状活性碳、纸浆、合成纤维和碳结合剂，其中所述粉状活性碳具有处于20-150μm范围的平均粒径，并且含有45-90％的介观结构，并且所述合成纤维具有30μm或更小的直径和110℃-270℃的熔点。

2.根据权利要求1所述的湿法非织造织物，其中所述合成纤维包括选自超细纤维、细纤维、分裂细型纤维和海岛型纤维中的至少一种合成纤维；或选自皮/芯型或并排型复合熔点纤维中的至少一种；所述合成纤维选自PP/PE、PET/PE、PET/PP和PET/尼龙。

3.根据权利要求1所述的湿法非织造织物，其中所述基础材料包括45-80wt.％的所述粉状活性碳、3-13wt.％的所述纸浆、10-30wt.％的所述合成纤维和3-12wt.％的所述碳结合剂。

4.根据权利要求3所述的湿法非织造织物，进一步包括：除所述基础材料外，基于所述非织造织物的总组成，0.05-2.0wt.％的分散剂、0.2-1.0wt.％的防水剂、0.05-1wt.％的碳固定剂和0.05-1.0wt％的脱水增强剂中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的湿法非织造织物，其中所述粉状活性碳具有1,000-3,000m²/g的比表面积。

6.一种制造用于汽油发动机空气滤清器的烃捕集器的湿法非织造织物的方法，所述湿法非织造织物被安装于所述汽油发动机的空气滤清器中以捕获车辆行驶或停止期间由发动机的燃烧室中的燃料或燃料储罐中的燃料产生的蒸发气中的烃，或将所捕获的烃回收至所述发动机以便在其中再燃烧，所述方法包括：

制备基础材料，所述基础材料包括粉状活性碳、纸浆、合成纤维和碳结合剂，其中此处使用的所述粉状活性碳具有处于20-150μm范围的平均粒径，并且含有45-90％的介观结构，并且此处使用的所述合成纤维具有30μm或更小的直径和110℃-270℃的熔点；

使所述基础材料通过悬浮工艺以制备悬浮液；

使通过所述悬浮工艺的所述基础材料经历成网工艺以形成网型产品；

使所述网型产品经历除水工艺；

在所述除水工艺后的干燥工艺中干燥所述网型产品；以及

使所述干燥工艺后的所述网型产品经历热压工艺以进行热压制和成型，以形成片型或辊型织物。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述合成纤维使用选自超细纤维、细纤维、分裂细型纤维和海岛型纤维中的至少一种合成纤维；或选自皮/芯型或并排型复合熔点纤维中的至少一种，所述合成纤维选自PP/PE、PET/PE、PET/PP和PET/尼龙。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述基础材料包括45-80wt.％的所述粉状活性碳、3-13wt.％的所述纸浆、10-30wt.％的所述合成纤维和3-12wt.％的所述碳结合剂。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述湿法非织造织物进一步包括：除所述基础材料外，基于所述非织造织物的总组成，0.05-2.0wt.％的分散剂、0.2-1.0wt.％的防水剂、0.05-1wt.％的碳固定剂和0.05-1.0wt％的脱水增强剂中的至少一种。

10.根据权利要求6所述的方法，其中所述热压工艺是通过所述热压工艺对具有300-800g/m²的重量和2.2-3.6mm的厚度的所述产品进行热压制和成型以使其具有0.6-1.8mm的厚度，同时保持相同的300-800g/m²的重量的工艺。

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