CN111828207A - 一种碳纤维功能复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种碳纤维功能复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维功能复合材料及其制备方法和应用，其面密度为150～300g/m2；其原料包括碳纤维、纸浆、油水分离剂以及静电剂；其中碳纤维与纸浆的质量比为5∶5～6∶4；静电剂添加量为碳纤维和纸浆总质量的1～3%；所述碳纤维为含碳量大于90%的碳纤维；制备方法包括如下步骤：称量好各原料，将碳纤维和纸浆搅拌混合，加入油水分离剂充分混合，然后加入静电剂，再次混合均匀后经过150～300℃烘烤1～2min后即得。将其安装在汽车的空气滤清器下，与空气正离子产生冕状放电效果，中和发动机中的正离子静电，使空气与燃料的混合状态更加均匀，气缸内部燃烧效率得到提升。

Description

一种碳纤维功能复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种碳纤维功能复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
汽车燃油不充分会造成积碳，积碳的产生对汽车有以下诸多不良的影响：1.汽车加速不良。积炭减小了进气通道、降低了充气系数，从而引起汽缸压力增高、点火时间推迟，导致发动机功率下降。2.车辆难以启动。积炭落入进气门座的通道，会造成汽缸压力不足。此外，启动时喷射的燃油被积炭吸附，导致汽缸内混合气稀薄，发动机无法正常启动。3.发动机怠速不稳。当积炭附着在进气门和节气阀时，发动机无法准确控制送往燃烧室的汽油和空气的数量，从而引起发动机怠速不稳。4.油耗增加。当积炭堆积在燃烧室时，容易引起爆震，导致发动机点火时间推迟，功率下降，油耗增加4-5％。5.废气排放超标。积炭导致汽油和空气的混合比失调，从而导致汽油燃烧不充分，尾气中CO、HC含量增加，排放不达标。6.发动机故障。当进气门杆上附有积炭时，会使气门杆与导管间发卡，导致活塞撞击气门，发动机异响，从而导致进气门和活塞的损坏。
此外，汽车燃油不充分容易引起发动机的损坏，油路的堵塞，使维护成本增加，发动机无法正常实行清洗或更换气门或活塞并清洗油路，这些极大的增加了汽车的维护成本，此外，汽车燃油不充分也是导致废气排放超标、扭矩降低、马力降低、耗油量大的主要原因。
汽车废气导致的大气污染是造成全球变暖的主要原因；汽车排放物含有的有害物质可以危及人类的健康；汽车尾气由CO2、CO、NOx、碳氢化合物HC、PM10及PM2.5颗粒、SO2、铅、苯等。
汽车燃油不充分的原因有以下几方面：第一，汽油没有达到最佳的雾化，汽油分子不够细小。第二，空燃比的混合不好,空气被污染后,燃烧需要的氧份不够。第三，汽车自身的点火效率降低,汽车行驾过程中往往用电的电器设备众多,特别是低速行驾的时候点火的能量会降低。要解决汽车燃油不充分的问题，需要综合多方面因素来考虑，而且很多自然因素是无法避免的，因此，如何有效解决汽车燃油不充分的问题是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种碳纤维功能复合材料及其制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种碳纤维功能复合材料，其面密度为150～300g/m2；其原料包括碳纤维、纸浆、油水分离剂以及静电剂；其中碳纤维与纸浆的质量比为5∶5～6∶4；静电剂添加量为碳纤维和纸浆总质量的1～3％；所述碳纤维为含碳量大于90％的碳纤维。
作为本发明的进一步改进，所述油水分离剂的加入量为碳纤维和纸浆总质量的5％。
作为本发明的进一步改进，所述碳纤维和纸浆的质量比为6:4。作为本发明的进一步改进，所述油水分离剂为SN-1油水分离剂，也可以采用中国专利CN101633837B中所述的聚合物驱油水分离剂。
作为本发明的进一步改进，所述的静电剂为增加溶剂型涂料静电喷涂导电率的助剂。
作为本发明的进一步改进，所述纸浆为木浆、草浆、竹浆、废纸浆中的至少一种。
作为本发明的另一种技术方案，一种碳纤维功能复合材料的制备方法，包括如下步骤：称量好各原料，将碳纤维和纸浆搅拌混合，加入油水分离剂充分混合，然后加入静电剂，再次混合均匀后经过150～300℃烘烤1～2min后即得。
作为本发明的另一种技术方案，上述碳纤维功能复合材料的应用，具体方法是将上述碳纤维功能复合材料安装于汽车的空气滤清器下方。所述汽车不限型号，可以为轿车、皮卡、货车等。
进一步的，将所述复合材料经过编织或打孔形成多孔状，经过编织或打孔可以进一步增大其比表面积。
进一步的，将所述复合材料打成孔径15mm的多孔状。经过试验验证，若采用打孔方式增大比表面积，其孔径为15mm时，效果最好。
本发明具有如下技术效果：
本发明制备的复合材料以含碳量90％以上的碳纤维与纸浆复合而成，通过加入静电剂使其带静电，且制备得到的复合材料具有很大的比表面积。将制备而成的复合材料编成花型或者打成多孔状，以进一步增大比表面积，然后安装在汽车的空气滤清器下，与空气正离子产生冕状放电效果，中和发动机中的正离子静电，使空气与燃料的混合状态更加均匀，气缸内部燃烧效率得到提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为各种汽车适用的复合材料的形状；
附图2为使用前后氮氧化合物的结果对比；
附图3为使用前后扭矩和马力测试结果对比。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
一种碳纤维功能复合材料，其面密度为150～300g/m2；其原料包括碳纤维、纸浆、油水分离剂以及静电剂；其中碳纤维与纸浆的质量比为5∶5～6∶4；静电剂添加量为碳纤维和纸浆总质量的1～3％；所述碳纤维为含碳量大于90％的碳纤维。
作为本发明的进一步改进，所述油水分离剂的加入量为碳纤维和纸浆总质量的5％。
作为本发明的进一步改进，所述碳纤维和纸浆的质量比为6:4。
作为本发明的进一步改进，所述油水分离剂为SN-1油水分离剂。也可以采用中国专利CN101633837B中所述的聚合物驱油水分离剂。
作为本发明的进一步改进，所述的静电剂为增加溶剂型涂料静电喷涂导电率的助剂。
作为本发明的进一步改进，所述纸浆为木浆、草浆、竹浆、废纸浆中的至少一种。
作为本发明的另一种技术方案，一种碳纤维功能复合材料的制备方法，包括如下步骤：称量好各原料，将碳纤维和纸浆搅拌混合，加入油水分离剂充分混合，然后加入静电剂，再次混合均匀后经过150～300℃烘烤1～2min后即得。
作为本发明的另一种技术方案，上述碳纤维功能复合材料的应用，具体方法是将上述碳纤维功能复合材料安装于汽车的空气滤清器下方。所述汽车不限型号，可以为轿车、皮卡、货车等。
进一步的，将所述复合材料经过编织或打孔形成多孔状，经过编织或打孔可以进一步增大其比表面积。
进一步的，将所述复合材料打成孔径15mm的多孔状。经过试验验证，若采用打孔方式增大比表面积，其孔径为15mm时，效果最好。以下通过实施例对本发明的技术方案进行进一步详细说明。
以下所述静电剂为商购产品，购自深圳美蓝高新材料有限公司的BYK-ES80导电剂。
实施例一：
一种碳纤维功能复合材料，其原料包括碳纤维、纸浆、油水分离剂以及静电剂；所述碳纤维为含碳量92％的碳纤维。
所述油水分离剂为SN-1油水分离剂；所述纸浆为木浆。
碳纤维功能复合材料的制备方法包括如下步骤：称量各原料，其中碳纤维12kg、纸浆8kg、油水分离剂1kg、静电剂0.6kg；将碳纤维和纸浆搅拌混合，加入油水分离剂充分混合，然后加入静电剂，再次混合均匀后经过150℃烘烤1min后即得。制备得到的碳纤维功能复合材料面密度为296g/m2。
实施例二：
一种碳纤维功能复合材料，其原料包括碳纤维、纸浆、油水分离剂以及静电剂；所述碳纤维为含碳量92％的碳纤维。
所述油水分离剂为中国专利CN101633837B中所述的聚合物驱油水分离剂，其具体的制备方法见中国专利CN101633837B实施例1；所述纸浆为木浆。
碳纤维功能复合材料的制备方法包括如下步骤：称量各原料，其中碳纤维11kg、纸浆9kg、油水分离剂1kg、静电剂0.6kg；将碳纤维和纸浆搅拌混合，加入油水分离剂充分混合，然后加入静电剂，再次混合均匀后经过150℃烘烤1min后即得。制备得到的碳纤维功能复合材料面密度为291g/m2。
实施例三：
一种碳纤维功能复合材料，其原料包括碳纤维、纸浆、油水分离剂以及静电剂；所述碳纤维为含碳量92％的碳纤维。
所述油水分离剂为SN-1油水分离剂；所述纸浆为木浆。
碳纤维功能复合材料的制备方法包括如下步骤：称量各原料，其中碳纤维10kg、纸浆10kg、油水分离剂1kg、静电剂0.6kg；将碳纤维和纸浆搅拌混合，加入油水分离剂充分混合，然后加入静电剂，再次混合均匀后经过150℃烘烤1min后即得。制备得到的碳纤维功能复合材料面密度为283g/m2。
实施例四：
一种碳纤维功能复合材料，其原料包括碳纤维、纸浆、油水分离剂以及静电剂；所述碳纤维为含碳量92％的碳纤维。
所述油水分离剂为SN-1油水分离剂；所述纸浆为木浆。
碳纤维功能复合材料的制备方法包括如下步骤：称量各原料，其中碳纤维12kg、纸浆8kg、油水分离剂1kg、静电剂0.6kg；将碳纤维和纸浆搅拌混合，加入油水分离剂充分混合，然后加入静电剂，再次混合均匀后经过180℃烘烤1min后即得。制备得到的碳纤维功能复合材料面密度为269g/m2。
实施例五：
一种碳纤维功能复合材料，其原料包括碳纤维、纸浆、油水分离剂以及静电剂；所述碳纤维为含碳量92％的碳纤维。
所述油水分离剂的加入量为碳纤维和纸浆总质量的5％；所述油水分离剂为SN-1油水分离剂；所述纸浆为木浆。
碳纤维功能复合材料的制备方法包括如下步骤：称量各原料，其中碳纤维12kg、纸浆8kg、油水分离剂1kg、静电剂0.6kg；将碳纤维和纸浆搅拌混合，加入油水分离剂充分混合，然后加入静电剂，再次混合均匀后经过250℃烘烤1min后即得。制备得到的碳纤维功能复合材料面密度为271g/m2。
实施例六：
一种碳纤维功能复合材料，其原料包括碳纤维、纸浆、油水分离剂以及静电剂；所述碳纤维为含碳量92％的碳纤维。
所述油水分离剂为SN-1油水分离剂；所述纸浆为木浆。
碳纤维功能复合材料的制备方法包括如下步骤：称量各原料，其中碳纤维12kg、纸浆8kg、油水分离剂1kg、静电剂0.6kg；将碳纤维和纸浆搅拌混合，加入油水分离剂充分混合，然后加入静电剂，再次混合均匀后经过300℃烘烤1min后即得。制备得到的碳纤维功能复合材料面密度为262g/m2。
实施例七：
本实施例与实施例一不同之处在于，所述纸浆为草浆。制备得到的碳纤维功能复合材料面密度为292g/m2。
实施例八：
本实施例与实施例一不同之处在于，所述纸浆为草浆和木浆等比例混合的混合物。制备得到的碳纤维功能复合材料面密度为300g/m2。
对比例一：
与实施例一不同之处仅在于，原料中碳纤维16kg、纸浆4kg。
制备得到的碳纤维功能复合材料面密度为146g/m2。
对比例二：
与实施例一不同之处仅在于，原料中碳纤维8kg、纸浆12kg。
制备得到的碳纤维功能复合材料面密度为139g/m2。
对比例三：
与实施例一不同之处仅在于，原料中碳纤维含碳量为80％。
制备得到的碳纤维功能复合材料面密度为139g/m2。
对比例四：
与实施例一不同之处仅在于，未添加油水分离剂。
制备得到的碳纤维功能复合材料面密度为165g/m2。
对比例四：
与实施例一不同之处仅在于，未添加静电剂。
制备得到的碳纤维功能复合材料面密度为283g/m2。
将实施例一制备的复合材料经过打孔后(孔径15mm)，安装于轿车的空气滤清器下方，实验车型为NISSAN W ingload，安装方式为平面型，如图1中A所示。
使用前后的氮氧化合物变化结果对比如图2和表1所示。
表1
Figure BDA0002647619010000101
从表1可以看出，在使用前后氮氧化合物的改善率为6.07％，效果较为显著。
使用前后扭矩与马力比较测试结果见表2和图3。
表2
Figure BDA0002647619010000111
注：表2中实验车型为NISSAN W ingload，测试是转速为4000rpm。
经过实际验证，使用实施例一复合材料(装数5)的燃油效率提高了8.7％，使用实施例二复合材料(装数9)燃油率提高了10.5％。
将安装实施例一和对比例一～四制备的复合材料的轿车进行氮氧化合物排放测试，结果见表3所示。
表3
Figure BDA0002647619010000112
Figure BDA0002647619010000121
由表3可见，实施例一的复合材料对于氮氧化合物的排放量减少较为显著。
将安装实施例一和对比例一～四制备的复合材料的轿车进行扭矩与马力比较测试，结果见表4所示。
表4
Figure BDA0002647619010000122
Figure BDA0002647619010000131
注：表4中实验车型为NISSAN W ingload，测试是转速为4000rpm。
由上表可以得知，实施例一的复合材料对于扭矩和马力的改善较为显著。
将安装实施例一和对比例一～四制备的复合材料的汽车进行燃油率测试，结果见表5所示。
表5
Figure BDA0002647619010000132
由表5可以看出，安装实施例一的复合材料的汽车燃油率提高幅度明显较对比例一～四高。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种碳纤维功能复合材料，其特征在于，其面密度为150～300g/m2；其原料包括碳纤维、纸浆、油水分离剂以及静电剂；其中碳纤维与纸浆的质量比为5∶5～6∶4；静电剂添加量为碳纤维和纸浆总质量的1～3%；所述碳纤维为含碳量大于90%的碳纤维。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维功能复合材料，其特征在于，所述油水分离剂的加入量为碳纤维和纸浆总质量的5%。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维功能复合材料，其特征在于，所述碳纤维和纸浆的质量比为6:4。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维功能复合材料，其特征在于，所述油水分离剂为SN-1油水分离剂。
5.据权利要求1所述的一种碳纤维功能复合材料，其特征在于，所述的静电剂为增加溶剂型涂料静电喷涂导电率的助剂。
6.据权利要求1所述的一种碳纤维功能复合材料，其特征在于，所述纸浆为木浆、草浆、竹浆、废纸浆中的至少一种。
7.一种如权利要求1～6任一项所述的碳纤维功能复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：称量好各原料，将碳纤维和纸浆搅拌混合，加入油水分离剂充分混合，然后加入静电剂，再次混合均匀后经过150～300℃烘烤1～2min后即得。
8.一种碳纤维功能复合材料的应用，其特征在于，将碳纤维功能复合材料安装于汽车的空气滤清器下方。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，将所述复合材料经过编织或打孔形成多孔状。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，将所述复合材料打成孔径15mm的多孔状。
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