CN111395041A - 纳米复合燃油滤材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米复合燃油滤材及其制备方法，涉及燃油过滤技术领域，纳米复合燃油滤材包括滤纸基材，所述滤纸基材上覆盖有纳米纤维层。本发明纳米复合燃油滤材及其制备方法解决了现有技术中燃油滤纸过滤效率低、水分离效率低、使用寿命短等技术问题，本发明纳米复合燃油滤材能够提高燃油滤纸的过滤效率、水分离效率、且厚度小，使用寿命长。

Description

纳米复合燃油滤材及其制备方法

技术领域

本发明涉及燃油过滤技术领域，特别涉及一种纳米复合燃油滤材及其制备方法。

背景技术

环境的日益污染，尤其是雾霾天气的增多，使得人们对生存环境的关注度和质量要求也在日益提高。雾霾的形成与大气中细微颗粒物（PM2.5）关系极大，而机动车排放的尾气是细微颗粒物的主要来源之一。

目前我国推出了限制汽车尾气污染物排放的国五、国六标准，对汽车发动机技术提出了更高的要求。新一代发动机燃油系统采用高压共轨技术，可以实现喷油量可控，雾化、燃烧充分，能够减少污染物和细微颗粒物的排放，可满足排放标准的要求。但新一代发动机的高压共轨组成部件（尤其是喷嘴）的配合精度非常高，为保证发动机的使用寿命，对燃油的清洁度要求也非常高。

由于目前燃油品质无法达到纯净，那么就需要高性能的燃油过滤产品，不但要滤除细微杂质颗粒，还要分离出燃油中的水分，避免部件磨损、腐蚀带来发动机失效。目前市场上的燃油滤材存在的缺陷是：对滤除细微颗粒的精度低、使用寿命短、水分离效果达不到要求。技术上存在着若提高过滤精度，则流体阻力增大，容易造成发动机运行中供油受阻、中断，或者如果再提高滤材过滤精度，就需要滤芯制作的体积增大，给滤清器的设计带来困难。

发明内容

针对以上缺陷，本发明的目的是提供一种纳米复合燃油滤材及其制备方法，能够使得燃油滤材的过滤效率达到98%以上，水分离效率达到97%以上，且，厚度小，容尘量大，使用寿命更长。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种纳米复合燃油滤材，包括滤纸基材，所述滤纸基材上覆盖有纳米纤维层。

其中，所述滤纸基材上还覆盖有熔喷纤维层。

其中，所述纳米纤维层覆盖在所述滤纸基材的进油面上，所述熔喷纤维层覆盖在所述纳米纤维层上。

其中，所述熔喷纤维层纤维的平均直径≤1.0μm，所述熔喷纤维层的厚度为170～280μm，克重为35～60g/m²。

其中，所述熔喷纤维层的材料为聚对苯二甲酸丁二醇酯。

其中，所述纳米纤维层纤维的平均直径≤300nm，所述纳米纤维层的克重为0.1～0.7g/m²。

其中，所述纳米纤维层的材料为聚酰胺。

一种纳米复合燃油滤材的制备方法，包括如下步骤：滤纸基材制备；纳米层基材制备,将纳米纤维材料覆盖到所述滤纸基材制备工序中制得的滤纸基材上,得到纳米层基材；滤材复合，将熔喷纤维材料复合到所述纳米层基材上，得到所述纳米复合燃油滤材。

其中，所述滤纸基材制备包括如下步骤：原纸制备，取植物纤维经碎解、疏解、磨浆后，在线加入湿强剂，经抄造工艺制得滤纸原纸；浸渍：将浸涂胶液浸涂到所述滤纸原纸上；干燥固化：将浸涂有所述浸涂胶液的所述滤纸原纸进行干燥固化，制得所述滤纸基材。

其中，所述纳米纤维材料通过静电纺织工艺覆盖到所述滤纸基材上；所述熔喷纤维材料通过超声波焊接工艺复合到所述纳米层基材上。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

由于本发明纳米复合燃油滤材在滤纸基材上覆盖了纳米纤维层及熔喷纤维层，纳米纤维层具有孔径小的优点，能够有效的提高过滤精度；熔喷纤维层具有孔隙率大、比表面积大、流体阻力小的优点，可作为拦截和深层过滤层，能够提高燃油滤材的过滤精度，尤其能够提高燃油滤材的容尘量。将纳米纤维层与熔喷纤维层覆盖在滤纸基材上，形成了复合结构，实现了表层过滤与深层过滤相结合的使用效果，与现有技术中的燃油滤纸相比具有如下优良特性：

一、厚度小，方便滤清器的设计；

二、容尘量大，容尘量能够达到105 g/m²以上，使用寿命更长；

三、过滤效率高,对10μm颗粒物的过滤效率可达98%以上；

四、水分离效率高，可达97%以上。

综上所述，本发明纳米复合燃油滤材及其制备方法解决了现有技术中燃油滤纸过滤效率低、水分离效率低、使用寿命短等技术问题，本发明纳米复合燃油滤材能够提高燃油滤纸的过滤效率、水分离效率、且厚度小，使用寿命长。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步阐述本发明。

实施例一：

一种纳米复合燃油滤材，包括滤纸基材，滤纸基材上覆盖有纳米纤维层和熔喷纤维层。本实施方式优选纳米纤维层覆盖在滤纸基材的进油面上，熔喷纤维层覆盖在纳米纤维层上。

滤纸基材由针叶浆纤维和阔叶浆纤维按比例混合，经过碎解、疏解、磨浆、抄造工艺制得滤纸原纸，并将滤纸原纸进行浸涂胶液浸渍、干燥固化后制得。本实施方式优选针叶浆纤维占42～58%重量份，阔叶浆纤维占58～42%重量份。浸涂胶液由酚醛树脂与甲醇、防水剂混合制得，本实施方式优选浸涂胶液的浓度为20～28%。

本实施方式优选滤纸基材的厚度为500～600μm，克重为180～220g/m²。

本实施方式优选纳米纤维的材料为聚酰胺，进一步优选纳米纤维层纤维的平均直径≤300nm，纳米纤维层的克重为0.1～0.7g/m²。

本实施方式优选熔喷纤维层的材料为聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT），进一步的优选熔喷纤维层纤维的平均直径≤1.0μm，熔喷纤维层的厚度为170～280μm，克重为35～60g/m²。

本发明纳米复合燃油滤材的性能指标如下：

克重：210～260g/m²；

厚度：712～792μm；

10μm颗粒平均过滤效率：≥98%；

容尘量：105～170g/m²；

水分离效率：≥97%。

具体实施方式如下：

实施例一-1：

一种纳米复合燃油滤材，包括滤纸基材，滤纸基材上覆盖有纳米纤维层和熔喷纤维层。滤纸基材的厚度为520μm，克重为180g/m²。纳米纤维层纤维的平均直径≤300nm，纳米纤维层的克重为0.3g/m²。熔喷纤维层纤维的平均直径≤1.0μm，熔喷纤维层的厚度为190μm，克重为35g/m²。

本实施方式纳米复合燃油滤材的性能指标如下：

克重：215.8g/m²；

厚度：712μm；

10μm颗粒平均过滤效率：98.9%；

容尘量：105g/m²；

水分离效率：97.1%。

实施例一-2：

一种纳米复合燃油滤材，包括滤纸基材，滤纸基材上覆盖有纳米纤维层和熔喷纤维层。滤纸基材的厚度为520μm，克重为180g/m²。纳米纤维层纤维的平均直径≤300nm，纳米纤维层的克重为0.3g/m²。熔喷纤维层纤维的平均直径≤1.0μm，熔喷纤维层的厚度为200μm，克重为45g/m²。

本实施方式纳米复合燃油滤材的性能指标如下：

克重：226.3g/m²；

厚度：723μm；

10μm颗粒平均过滤效率：99.3%；

容尘量：131g/m²；

水分离效率：98.3%。

实施例一-3：

一种纳米复合燃油滤材，包括滤纸基材，滤纸基材上覆盖有纳米纤维层和熔喷纤维层。滤纸基材的厚度为520μm，克重为180g/m²。纳米纤维层纤维的平均直径≤300nm，纳米纤维层的克重为0.3g/m²。熔喷纤维层纤维的平均直径≤1.0μm，熔喷纤维层的厚度为210μm，克重为55g/m²。

本实施方式纳米复合燃油滤材的性能指标如下：

克重：235.7g/m²；

厚度：736μm；

10μm颗粒平均过滤效率：99.9%；

容尘量：153g/m²；

水分离效率：99%。

实施例一-4：

一种纳米复合燃油滤材，包括滤纸基材，滤纸基材上覆盖有纳米纤维层和熔喷纤维层。滤纸基材的厚度为500μm，克重为180g/m²。纳米纤维层纤维的平均直径≤300nm，纳米纤维层的克重为0.1g/m²。熔喷纤维层纤维的平均直径≤1.0μm，熔喷纤维层的厚度为280μm，克重为60g/m²。

本实施方式纳米复合燃油滤材的性能指标如下：

克重：240.1g/m²；

厚度：782μm；

10μm颗粒平均过滤效率：99.9%；

容尘量：162g/m²；

水分离效率：99.3%。

实施例一-5：

一种纳米复合燃油滤材，包括滤纸基材，滤纸基材上覆盖有纳米纤维层和熔喷纤维层。滤纸基材的厚度为600μm，克重为220/m²。纳米纤维层纤维的平均直径≤300nm，纳米纤维层的克重为0.5g/m²。熔喷纤维层纤维的平均直径≤1.0μm，熔喷纤维层的厚度为170μm，克重为35g/m²。

本实施方式纳米复合燃油滤材的性能指标如下：

克重：255.5g/m²；

厚度：773μm；

10μm颗粒平均过滤效率：99.8%；

容尘量：160g/m²；

水分离效率：99%。

实施例一-6：

一种纳米复合燃油滤材，包括滤纸基材，滤纸基材上覆盖有纳米纤维层和熔喷纤维层。滤纸基材的厚度为550μm，克重为200g/m²。纳米纤维层纤维的平均直径≤300nm，纳米纤维层的克重为0.7g/m²。熔喷纤维层纤维的平均直径≤1.0μm，熔喷纤维层的厚度为240μm，克重为50g/m²。

本实施方式纳米复合燃油滤材的性能指标如下：

克重：250.7g/m²；

厚度：792μm；

10μm颗粒平均过滤效率：99.9%；

容尘量：170g/m²；

水分离效率：99.5%。

实施例二：

一种纳米复合燃油滤材的制备方法，包括滤纸基材制备步骤、纳米层基材制备步骤和滤材复合步骤，最终获得纳米复合燃油滤材。

滤纸基材制备步骤包括原纸制备步骤、浸涂胶液制备步骤、浸渍步骤和干燥步骤。

原纸制备：

取植物纤维经碎解、疏解、磨浆后，在线加入湿强剂，经抄造、干燥工艺制得滤纸原纸。本实施方式优选植物纤维为针叶浆纤维和阔叶浆纤维的混合纤维，针叶浆纤维和阔叶浆纤维按实施例一所述的比例混合，本实施方式优选针叶浆纤维与阔叶浆纤维的重量比为44：56。本实施方式优选湿强剂为聚酰胺聚环氧氯丙烷树脂。

具体实施步骤如下：

按比例称取总重量为1200kg的针叶浆纤维和阔叶浆纤维，放入水力碎浆机中混合，按照8%的浓度加水浸泡30～45分钟后碎解，碎解后加水稀释，经调频疏解机进行疏解，疏解后的混合木浆经由大锥度锥形磨浆机在线磨浆，在线加入湿强剂，经过斜网纸机抄造，然后经前段烘缸干燥至30%干度，再经热风穿透干燥设备干燥至50%干度，本实施方式优选热风温度为180～210℃、风压为10～50 kPa，进一步优选热风温度180℃、风压为27kPa，最后再经后段烘缸干燥至95%二度，即制得具有多孔疏松纤维交织结构的滤纸原纸。

本实施方式制得滤纸原纸的性能指标如下（针叶浆纤维：阔叶浆纤维= 44：56）：

克重：144g/m²；

厚度：410μm。

浸涂胶液制备：

将酚醛树脂添加到甲醇中，再加防水剂，搅拌均匀，即制得浸涂胶液，配制后浸涂胶液的浓度为20～28%。本实施方式优选防水剂为硅类，加入量为1～2%（与酚醛树脂绝干量的重量比），本实施方式优选硅类防水剂的加入量为1.5%。

具体实施步骤如下：

将酚醛树脂添加到甲醇中，再加入硅类防水剂1.5%，室温下搅拌均匀，即制得浓度为26%（重量比）的浸涂胶液。

浸渍：

将浸涂胶液制备步骤制得的浸涂胶液浸涂到原纸制备步骤制得的滤纸原纸上，浸胶量为18～22%，本实施方式优选浸胶量为20%，具体实施步骤如下：

将浸涂胶液加温到38℃，采用双辊计量膜转移浸渍机，以20%（重量比）的浸胶量浸涂到滤纸原纸上。

干燥：

将浸涂有浸涂胶液的滤纸原纸经热风干燥、高温固化后得到滤纸基材，具体实施步骤如下：

将浸涂有浸涂胶液的滤纸原纸经过八段气浮式热风干燥箱进行干燥，此八段干燥箱按照滤纸原纸行进的方向分别命名为1#干燥箱、2#干燥箱、3#干燥箱、4#干燥箱、5#干燥箱、6#干燥箱、7#干燥箱和8#干燥箱。其中，1#干燥箱温度为60±3℃、2#干燥箱的温度为70±3℃、3#干燥箱的温度为80±3℃、4#干燥箱的温度为110±3℃、5#干燥箱的温度为130±3℃、6#干燥箱的温度为150±3℃、7#干燥箱的温度为170±3℃、8#干燥箱的温度为150±3℃，运行车速为45m/min，经过整个干燥箱区域的干燥固化时间约为2.5分钟。

干燥固化后得到的滤纸基材的性能指标如下：

克重：180～220g/m²；

厚度：500～600μm。

纳米层基材制备：

将纳米纤维材料覆盖到滤纸基材制备步骤中制得的滤纸基材上，形成纳米纤维层，即制得纳米层基材。

具体实施步骤如下：

将纳米纤维材料用静电纺织方法纺丝成纳米纤维，覆盖到滤纸基材的进油面上，形成纳米纤维层，即得到纳米层基材。纳米纤维材料为聚酰胺，纳米纤维的平均直径≤300nm，纳米纤维层的克重为0.1～0.7g/m²。

滤材复合：

将熔喷纤维材料复合到纳米层基材制备步骤制得的纳米层基材上，形成熔喷纤维层，得到最终的纳米复合燃油滤材。

具体实施步骤如下：

在纳米层基材的纳米纤维层面上，用频率为20kHz的超声波焊接方式复合熔喷纤维层，熔喷纤维材料为聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT），熔喷纤维的平均直径≤1.0μm，熔喷纤维层的厚度为170～280μm，克重为35～60g/m²，最终得到纳米复合燃油滤材。

制得的纳米复合燃油滤材的性能指标如下：

克重：210～260g/m²；

厚度：712～792μm；

10μm颗粒平均过滤效率：≥98%；

容尘量：105～170g/m²；

水分离效率：≥97%。

本发明纳米复合燃油滤材与现有技术中的燃油滤纸性能指标对比如下：

上表中数据由实施例一-1至实施例一-6六个实施例中纳米复合燃油滤材的性能指标。

由上述数据对比可以得出，本发明纳米复合燃油滤材与现有技术中的燃油滤纸相比，在各项性能指标上都大大优于现有技术，尤其是在容尘量、过滤效率和水分离效率这三项指标上，优势非常明显，有效的解决了现有技术中燃油滤纸过滤精度低、使用寿命短、水分离效果不达标的技术问题。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.纳米复合燃油滤材，包括滤纸基材，其特征在于，所述滤纸基材上覆盖有纳米纤维层。

2.根据权利要求1所述的纳米复合燃油滤材，其特征在于，所述滤纸基材上还覆盖有熔喷纤维层。

3.根据权利要求2所述的纳米复合燃油滤材，其特征在于，所述纳米纤维层覆盖在所述滤纸基材的进油面上，所述熔喷纤维层覆盖在所述纳米纤维层上。

4.根据权利要求2所述的纳米复合燃油滤材，其特征在于，所述熔喷纤维层纤维的平均直径≤1.0μm，所述熔喷纤维层的厚度为170～280μm，克重为35～60g/m²。

5.根据权利要求2所述的纳米复合燃油滤材，其特征在于，所述熔喷纤维层的材料为聚对苯二甲酸丁二醇酯。

6.根据权利要求1所述的纳米复合燃油滤材，其特征在于，所述纳米纤维层纤维的平均直径≤300nm，所述纳米纤维层的克重为0.1～0.7g/m²。

7.根据权利要求1所述的纳米复合燃油滤材，其特征在于，所述纳米纤维层的材料为聚酰胺。

8.纳米复合燃油滤材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

滤纸基材制备；

纳米层基材制备,将纳米纤维材料覆盖到所述滤纸基材制备工序中制得的滤纸基材上,得到纳米层基材；

滤材复合，将熔喷纤维材料复合到所述纳米层基材上，得到所述纳米复合燃油滤材。

9.根据权利要求8所述的纳米复合燃油滤材的制备方法，其特征在于，所述滤纸基材制备包括如下步骤：

原纸制备，取植物纤维经碎解、疏解、磨浆后，在线加入湿强剂，经抄造工艺制得滤纸原纸；

浸渍：将浸涂胶液浸涂到所述滤纸原纸上；

干燥固化：将浸涂有所述浸涂胶液的所述滤纸原纸进行干燥固化，制得所述滤纸基材。

10.根据权利要求8所述的纳米复合燃油滤材的制备方法，其特征在于，

所述纳米纤维材料通过静电纺织工艺覆盖到所述滤纸基材上；

所述熔喷纤维材料通过超声波焊接工艺复合到所述纳米层基材上。