CN111214950B - 一种薄壁波纹式蜂窝体材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄壁波纹式蜂窝体材料的制备方法，包括以下步骤：1)取平板玻璃纤维毡，浸入成型液中，取出，干燥，经成型机成型得到波纹式玻璃纤维毡；2)取平板玻璃纤维毡，与步骤1)得到的波纹式玻璃纤维毡交替贴合，浸渍粘接剂后干燥得到薄壁波纹式蜂窝体材料。采用本发明制备方法制备的薄壁波纹式蜂窝体材料壁厚＜0.2mm，显著降低了材料的成本和使用时对气体流过的阻力。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域，特别涉及一种薄壁波纹式蜂窝体材料及其制备方法。
背景技术
蜂窝体材料应用广泛，如蜂窝陶瓷，蜂窝脱硝催化剂等。蜂窝体材料的物理参数中壁厚至关重要，既影响气体流过蜂窝体材料时的压降，也影响蜂窝体材料的成本。对于蜂窝体材料而言，在孔参数保持一致前提下，壁厚减少可降低蜂窝体材料的成本，也可以降低气体流过时的压力损失。
依据制备方法，蜂窝体材料可分为两类，一类是一次性挤出式蜂窝体材料，技术水平最高的是美国的Cormetech公司，该公司的108孔燃气脱硝催化剂壁厚<0.2mm；另一类是波纹式蜂窝体材料，该类材料先将平板玻璃纤维毡材料压成波纹材料，然后将波纹材料和平板材料交替叠加，浸渍粘结剂后干燥得到蜂窝体，有关公司有丹麦的托普索公司等。然而目前波纹式蜂窝体材料的壁厚>0.3mm。波纹式蜂窝体由于采用玻璃纤维毡作为基材，相同体积条件下，其重量比挤出式蜂窝体材料显著减少，因此，若能进一步降低其壁厚，将在降低气体流过时的阻力损失和成本方面具有显著优势。
此外，目前波纹式蜂窝体材料在成型过程中，需要使用挥发性强或者毒性强的有机试剂，如CN108404998A中使用了硅烷和甲醇，CN108619902A使用了甲醇，这不能满足当前的挥发性有机物控制环保背景的需要。
因此，如何采用更环保的制备方法，获得壁厚<0.2mm的波纹式玻璃纤维蜂窝体，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一是针对现有技术的不足，提供一种薄壁波纹式蜂窝体材料，其壁厚＜0.2mm，可有效降低气体流过时的阻力损失，此外，加工成本降低。
本发明的目的之二是提供一种薄壁波纹式蜂窝体材料的制备方法，该种制备方法简单、环保，可有效降低薄壁波纹式蜂窝体材料的制备成本，并提高其使用性能。
本发明的技术方案是：一种薄壁波纹式蜂窝体材料的制备方法，包括以下步骤：
1)取平板玻璃纤维毡，浸入成型液中，取出，干燥，经成型机成型得到波纹式玻璃纤维毡；
2)取平板玻璃纤维毡，与步骤1)得到的波纹式玻璃纤维毡交替贴合，浸渍粘接剂后干燥得到薄壁波纹式蜂窝体材料。
优选的，步骤1)、步骤2)所述平板玻璃纤维毡的规格为克重≤30g/m2。
具体的，步骤1)所述成型液，包括10～30wt％的有机组分、10～40wt％的无机组分、0.1～0.5wt％的助剂，余量为水，所述有机组分为可溶性淀粉，所述无机组分为硅溶胶和/或铝溶胶，所述助剂为硅烷偶联剂。
优选的，步骤1)所述干燥，温度为110～180℃，时间为2～5min。
优选的，步骤1)所述成型机为瓦楞机，瓦楞机成型时瓦楞辊的温度为200～240℃。
具体的，步骤2)所述粘接剂包括10～40wt％的硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶、拟薄水铝石中的任一种或几种混合，余量为水。
优选的，步骤2)所述干燥，先在50～80℃干燥10～24h，然后在105～120℃干燥4～8h。
采用上述技术方案具有以下有益效果：
1、本发明制备方法制备薄壁波纹式蜂窝体材料，使用的成型液及粘接剂均不含有挥发性有机物(成型液中的硅烷偶联剂用量少，且沸点高不易挥发)，可有效避免制备过程中或后续使用过程中挥发性有机物释放，满足环保要求。
2、本发明制备方法使用的成型液，其中的可溶性淀粉用于受热变性固化玻璃纤维毡成型，可溶性淀粉的含量为10～30wt％，若含量过低，则会导致成型效果变差，若含量过高，则会导致成型液流动性变差，其中的硅溶胶或铝溶胶用于提高成型后的波纹强度，硅溶胶或铝溶胶的含量为10～40wt％，若含量过低，则会导致波纹强度降低，若含量过高，则会显著增加成本，其中的硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，形成有机基体和无机基体的结合层，可有效改善波纹式玻璃纤维毡的机械性能，硅烷偶联剂的含量为0.1～0.5wt％之间，若含量过低，则会使波纹易裂，若含量过高，对改善机械性能无影响，但会导致成本变高。
3、本发明制备方法步骤1)干燥的温度为110～180℃，干燥时间为2～5min，瓦楞机成型时瓦楞辊的温度为200～240℃，若干燥的温度过低，则会出现波纹不能成型或参数达不到要求，若干燥的温度过高，则会出现玻璃纤维毡易裂；若干燥时间过短，则会出现波纹易变形，若干燥时间过长，则会影响生产效率；若成型时瓦楞辊的温度低于200℃，则会出现波纹参数达不到要求，若高于240℃，则会出现波纹易裂。步骤2)的干燥参数为先在50～80℃条件下干燥10～24h，然后在105～120℃条件下干燥4～8h，如此可使干燥时蜂窝体内外热传导较均匀而结构完整，若采用其他干燥参数，则会出现蜂窝体易裂等现象。
4、经申请人试验验证，本发明制备的薄壁波纹式蜂窝体材料的壁厚＜0.2mm，可显著降低气流流过时的阻力，保证薄壁波纹式蜂窝体材料的使用性能，且显著降低了材料的加工成本。
下面结合附图说明和具体实施例作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明薄壁波纹式蜂窝体材料的结构示意图。
具体实施方式
本发明中，使用的玻璃纤维毡克重≤30g/m2(碱金属含量≤0.8％)，可溶性淀粉、硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶和拟薄水铝石等均为工业级，且优选无碱金属含量。
实施例一
具体制备步骤如下：
(1)玻璃纤维毡波纹成型：将30g/m2平板玻璃纤维毡浸入成型液中，成型液配方如下：有机成分为可溶性淀粉(10wt％)，无机成分为硅溶胶(40wt％)，助剂为硅烷偶联剂(0.1wt％)，余量为水。浸泡<1min，捞出，在温度为180℃条件下干燥2min，送入瓦楞机成型得到波纹式玻璃纤维毡，瓦楞机的瓦楞辊的温度为200～220℃。
(2)蜂窝体组装成型：将步骤(1)得到的波纹式玻璃纤维毡和平板玻璃纤维毡(尺寸根据欲制备的蜂窝体大小灵活选择)交替叠加(其中，波纹式玻璃纤维毡的数量、平板玻璃纤维毡的数量根据欲制备的蜂窝体高度灵活选择)，浸渍粘结剂后干燥即得蜂窝体材料，使用的粘结剂为40wt％硅溶胶，干燥温度曲线为先在50℃下干燥24小时，然后在105℃下干燥8小时。
实施例二
具体制备步骤如下：
(1)玻璃纤维毡波纹成型：将30g/m2平板玻璃纤维毡浸入成型液中，成型液配方如下：有机成分为可溶性淀粉(30wt％)，无机成分为硅溶胶(20wt％)，助剂为硅烷偶联剂(0.5wt％)，余量为水。浸泡<1min，捞出，在温度为110℃条件下干燥5min，送入瓦楞机成型得到波纹式玻璃纤维毡，瓦楞机的瓦楞辊的温度为200～220℃。
(2)蜂窝体组装成型：波纹式玻璃纤维毡和平板玻璃纤维毡(尺寸根据欲制备的蜂窝体大小灵活选择)交替叠加(其中，波纹式玻璃纤维毡的数量、平板玻璃纤维毡的数量根据欲制备的蜂窝体高度灵活选择)，浸渍粘结剂后干燥即得蜂窝体材料，使用的粘结剂为20wt％硅溶胶，干燥温度曲线为先在70℃下干燥16小时，然后在120℃下干燥4小时。
实施例三
具体制备步骤如下：
(1)玻璃纤维毡波纹成型：将25g/m2平板玻璃纤维毡浸入成型液中，成型液配方如下：有机成分为可溶性淀粉(20wt％)，无机成分为硅溶胶(40wt％)，助剂为硅烷偶联剂(0.3wt％)，余量为水。浸泡<1min，捞出，在温度为160℃条件下干燥3min，送入瓦楞机成型得到波纹式玻璃纤维毡，瓦楞机的瓦楞辊的温度为220～240℃。
(2)蜂窝体组装成型：波纹式玻璃纤维毡和平板玻璃纤维毡(尺寸根据欲制备的蜂窝体大小灵活选择)交替叠加(其中，波纹式玻璃纤维毡的数量、平板玻璃纤维毡的数量根据欲制备的蜂窝体高度灵活选择)，浸渍粘结剂后干燥即得蜂窝体材料，使用的粘结剂为20wt％硅铝溶胶，干燥温度曲线为先在60℃下干燥20小时，然后在110℃下干燥6小时。
实施例四
(1)玻璃纤维毡波纹成型：将25g/m2平板玻璃纤维毡浸入成型液中，成型液配方如下：有机成分为可溶性淀粉(15wt％)，无机成分为硅溶胶(30wt％)，助剂为硅烷偶联剂(0.3wt％)，余量为水。浸泡<1min，捞出，在温度为160℃条件下干燥3min，送入瓦楞机成型得到波纹式玻璃纤维毡，瓦楞机的瓦楞辊的温度为220～240℃。
(2)波纹式玻璃纤维毡和平板玻璃纤维毡(尺寸根据欲制备的蜂窝体大小灵活选择)交替叠加(其中，波纹式玻璃纤维毡的数量、平板玻璃纤维毡的数量根据欲制备的蜂窝体高度灵活选择)，浸渍粘结剂后干燥即得蜂窝体材料，使用的粘结剂为20wt％拟薄水铝石溶液，其中，干燥温度曲线为先在60℃下干燥14小时，然后在110℃下干燥6小时。
实施例五
(1)玻璃纤维毡波纹成型：将20g/m2平板玻璃纤维毡浸入成型液中，成型液配方如下：有机成分为可溶性淀粉(15wt％)，无机成分为硅溶胶(40wt％)，助剂为硅烷偶联剂(0.4wt％)，余量为水。浸泡<1min，捞出，在温度为180℃条件下干燥2min，送入瓦楞机成型得到波纹式玻璃纤维毡，瓦楞机的瓦楞辊的温度为200～220℃。
(2)波纹式玻璃纤维毡和平板玻璃纤维毡(尺寸根据欲制备的蜂窝体大小灵活选择)交替叠加(其中，波纹式玻璃纤维毡的数量、平板玻璃纤维毡的数量根据欲制备的蜂窝体高度灵活选择)，浸渍粘结剂后干燥即得蜂窝体材料，使用的粘结剂为20wt％拟薄水铝石溶液，其中，干燥温度曲线为先在60℃下干燥20小时，然后在120℃下干燥5小时。
实施例六
(1)玻璃纤维毡波纹成型：将20g/m2平板玻璃纤维毡浸入成型液中，成型液配方如下：有机成分为可溶性淀粉(25wt％)，无机成分为硅溶胶(40wt％)，助剂为硅烷偶联剂(0.4wt％)，余量为水。浸泡<1min，捞出，在温度为150℃条件下干燥4min，送入瓦楞机成型得到波纹式玻璃纤维毡，瓦楞机的瓦楞辊的温度为200～220℃。
(2)波纹式玻璃纤维毡和平板玻璃纤维毡(尺寸根据欲制备的蜂窝体大小灵活选择)交替叠加(其中，波纹式玻璃纤维毡的数量、平板玻璃纤维毡的数量根据欲制备的蜂窝体高度灵活选择)，浸渍粘结剂后干燥即得蜂窝体材料，使用的粘结剂为30wt％硅溶胶溶液，其中，干燥温度曲线为先在60℃下干燥20小时，然后在120℃下干燥4小时。
实施例七
具体制备步骤如下：
(1)玻璃纤维毡波纹成型：将25g/m2平板玻璃纤维毡浸入成型液中，成型液配方如下：有机成分为可溶性淀粉(20wt％)，无机成分为硅溶胶(10wt％)，助剂为硅烷偶联剂(0.3wt％)，余量为水。浸泡<1min，捞出，在温度为160℃条件下干燥3min，送入瓦楞机成型得到波纹式玻璃纤维毡，瓦楞机的瓦楞辊的温度为220～240℃。
(2)蜂窝体组装成型：波纹式玻璃纤维毡和平板玻璃纤维毡(尺寸根据欲制备的蜂窝体大小灵活选择)交替叠加(其中，波纹式玻璃纤维毡的数量、平板玻璃纤维毡的数量根据欲制备的蜂窝体高度灵活选择)，浸渍粘结剂后干燥即得蜂窝体材料，使用的粘结剂为10wt％拟薄水铝石溶液，干燥温度曲线为先在80℃下干燥10小时，然后在110℃下干燥6小时。
通过采用游标卡尺测量，实施例一至实施例七制得的蜂窝体的壁厚(图1)如下表所示：
Claims (6)
1.一种薄壁波纹式蜂窝体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）取平板玻璃纤维毡，浸入成型液中，取出，干燥，经成型机成型得到波纹式玻璃纤维毡，所述成型液包括10~30wt%的有机组分、10~40wt%的无机组分、0.1~0.5wt%的助剂，余量为水，所述有机组分为可溶性淀粉，所述无机组分为硅溶胶和/或铝溶胶，所述助剂为硅烷偶联剂，所述成型机为瓦楞机，瓦楞机成型时瓦楞辊的温度为200~240℃；
2）取平板玻璃纤维毡，与步骤1）得到的波纹式玻璃纤维毡交替贴合，浸渍粘接剂后干燥得到薄壁波纹式蜂窝体材料。
2.根据权利要求1所述的薄壁波纹式蜂窝体材料的制备方法，其特征在于，步骤1）、步骤2）所述平板玻璃纤维毡的规格为克重≤30g/m2。
3.根据权利要求1所述的薄壁波纹式蜂窝体材料的制备方法，其特征在于，步骤1）所述干燥，温度为110~180℃，时间为2~5min。
4.根据权利要求1所述的薄壁波纹式蜂窝体材料的制备方法，其特征在于，步骤2）所述粘接剂包括10~40wt%的硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶、拟薄水铝石中的任一种或几种混合，余量为水。
5.根据权利要求1所述的薄壁波纹式蜂窝体材料的制备方法，其特征在于，步骤2）所述干燥，先在50~80℃干燥10~24h，然后在105~120℃干燥4~8h。
6.一种薄壁波纹式蜂窝体材料，采用权利要求1~5任一所述制备方法制备得到。
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