CN113181713A - 一种瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元的制备方法，属于多孔金属过滤材料技术领域。本发明所述方法为向不同孔结构、不同厚度多孔铝平板孔隙内填充石蜡，将多孔铝/石蜡复合平板分别冷压成瓦楞形的大孔径内层和小孔径外层，在瓦楞形内外层多孔铝/石蜡复合过滤片结合面以及连接轴表面处涂覆AlSi12钎焊粉后进行叠合，得到瓦楞形复合过滤单元，将瓦楞形复合过滤单元加热真空脱蜡，脱蜡后进一步加热到590‑610℃的温度进行热压焊合，获得瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元。本发明所述方法实现不同孔结构瓦楞形多孔铝支撑层与过滤层无缝连接的特点，获得的瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元，强度高、过滤性能好，可长期在250℃的环境下稳定工作。

Description

一种瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元的制备方法
技术领域
本发明涉及一种瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元的制备方法，属于常温及常高温工业废气净化技术领域。
背景技术
火力发电、冶金、化工等行业中所产生的高温烟气须进行除尘处理以满足日益严格的环保标准。高温烟气可通过降温到200-250℃的常高温，然后再进行除尘处理，使铝基多孔过滤材料的应用成为了可能。目前我国工业废气中常温及常高温烟气除尘有静电除尘、布袋除尘、塑烧板除尘及多孔金属除尘等方式。静电除尘对粉尘有一定的选择性，不能使所有粉尘都获得很高的净化效率；布袋式除尘滤料寿命低、不耐温、占地面积大；塑烧板除尘单板价格高、技术受到国外限制；多孔金属纤维过滤材料和粉末烧结多孔金属过滤材料由于其原材料及制备成本高，目前只应用于某些高温除尘领域。多孔铝除具有过滤特性外，还具有质轻、阻燃、高比强等特点，但单层微米孔径多孔铝过滤材料，难以实现过滤效率与过滤阻力之间的平衡。
发明内容
本发明的目的在于提供一种瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元的制备方法，将不同孔径多孔铝过滤平板冷压成瓦楞形，再用热压焊合制备出双层结构瓦楞形多孔铝过滤材料，利用大孔层作为支撑体、小孔层作用过滤体，并利用其瓦楞形结构提高过滤面积，最大限度地提高过滤效率和降低过滤阻力，实现常高温（0-250℃）工业废气的高效过滤处理。
本发明所述方法可有效平衡过滤效率和过滤阻力的关系，最大限度的提高过滤效率和降低过滤阻力；同时，工艺流程简单、成本低、产率高，可实现瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元的高效生产；具体包括以下步骤：
（1）多孔铝平板填充石蜡：将预处理的多孔铝平板放入液态石蜡中，待石蜡浸满多孔铝平板孔隙、固化后，刮净多孔铝平板表面多余的石蜡，使多孔铝板表面平整，得到多孔铝/石蜡复合平板。
（2）多孔铝/石蜡复合平板冷压成型：选择大孔径和小孔径的多孔铝/石蜡复合平板，分别将多孔铝/石蜡复合平板冷压成瓦楞形的大孔径内层和小孔径外层。
（3）涂覆、叠合：在瓦楞形的大孔径内层和瓦楞形的小孔径外层的结合面以及连接轴表面处涂覆AlSi12钎焊粉后进行叠合，得到内含石蜡及AlSi12钎焊粉的瓦楞形复合过滤单元。
（4）热压焊合：将脱蜡后的瓦楞形复合过滤单元真空加热到590-610℃，在5-25MPa的压力下进行热压焊合，得到支撑层与过滤层无缝连接的瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元。
优选的，本发明步骤（1）中所述预处理工序为将多孔铝平板用无水乙醇超声波清洗，再用去离子水洗净、干燥。
优选的，本发明步骤（1）中液态石蜡的温度为70-100℃，浸渍时间为1-4h。
优选的，本发明步骤（2）中大孔径内层的冷压压力为10-20MPa，小孔径外层的冷压压力为5-10Mpa。
优选的，本发明步骤（4）中所述脱蜡工序为：在热压焊合之前，将内含石蜡及AlSi12钎焊粉的瓦楞形复合过滤单元放入热压模具中，进行真空脱蜡。
优选的，本发明步骤（4）中制备得到的瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元由孔结构不同的内外两层构成，内层是孔径50-60μm、孔隙率40-60%、厚度1-2mm的大孔径多孔铝支撑层；外层是孔径1-4μm、孔隙率40-60%、厚度0.1-0.7mm的小孔径多孔铝过滤层。
优选的，本发明所述瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元，其外形结构参数及其关系为： 瓦楞斜边与水平线的夹角θ为80°，瓦楞间距L1为5-12mm，过滤单元的瓦楞个数为n（﹛n｜2≤n≤8,n∈Z﹜），单元宽度L=n·L1，瓦楞高度
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE002
，连接轴高度
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE004
，瓦楞的圆角半径
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE006
，按式（1）计算所需多孔铝平板坯料宽度W；
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE008
（1）
本发明的原理：
1、复层多孔结构的选取原理
（1）大小孔层孔结构选取
通过实验可知，对于小孔结构的过滤层，在孔径为1-4µm，孔隙率为40%-60%，层厚范围为0.1-0.7mm的条件下，可以实现1µm固相颗粒的过滤效率97%-99%的目标。
对于大孔结构的支撑层，其主要作用是提高复层结构的强度。通过实验可知，对于大孔结构的支撑层，在孔径为50-60µm，孔隙率为40%-60%，层厚范围为1-2mm的条件下，强度可以满足使用要求，并且可以配合小孔结构的过滤层，使过滤效率达到最优。
（2）过滤单元外形尺寸选取
对于瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元，其外形结构参数有：瓦楞斜边与水平线的夹角θ、瓦楞间距L1、瓦楞个数为n、单元宽度L、瓦楞高度H1、连接轴高度H2、瓦楞的圆角半径R，如图4所示。通过实验可知，外形结构参数满足以下关系时，瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元具有协调、实用的外观比例和较大的过滤面积，即：瓦楞斜边与水平线的夹角θ为80°，瓦楞间距L1为5-12mm，瓦楞个数为n（﹛n｜2≤n≤8,n∈Z﹜），单元宽度L=n·L1，瓦楞高度
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE009
，连接轴高度
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，瓦楞的圆角半径
Figure DEST_PATH_IMAGE011
；可根据θ=80°、瓦楞间距L1以及瓦楞个数n，按（1）式计算瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元所需多孔铝平板坯料的宽度W（取整）：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
（1）
（1）式中，W-多孔铝平板坯料的宽度；L1-瓦楞间距；n-过滤单元瓦楞个数。
2 、石蜡的填充保护原理
微米孔径多孔铝过滤材料孔隙形状复杂，使用传统加工方式不但容易使多孔材料发生变形，更容易破坏材料的孔隙结构，进而影响材料的过滤性能。本申请在冷压前向多孔铝过滤材料孔隙中填充石蜡，石蜡在冷压过程中起到了保护多孔铝过滤材料孔结构的作用，石蜡是烃类混合物，它不像纯化合物那样具有严格的熔点，为了使多孔铝孔隙充分填充石蜡，本申请中，填充石蜡温度为70-100℃，浸渍时间1-4h。通过实验可知，大孔径内层的冷压压力为10-20MPa，小孔径外层的冷压压力为5-10MPa。
3 、多孔铝基材及钎焊粉料的选取原理
本发明复层结构瓦楞形多孔铝过滤材料由内外两层构成，基材选用工业纯铝多孔铝，采用AlSi12粉状铝基钎料的钎焊工艺，AlSi12钎焊粉主要特点是与纯铝母材的电极电位差小，钎焊接头耐腐蚀性强、塑性好。AlSi12钎焊粉的熔点为580℃，本申请中，热压焊接温度选择其熔点以上10-30℃即590-610℃，将钎焊粉末AlSi12涂覆在内外层瓦楞形过滤单元的搭接面，钎料熔化成液相填充搭接面的间隙，元素与母材相互扩散，界面发生冶金结合，形成牢固的钎焊接头。通过实验可知，热压压力在5-25MPa时，大孔径内层和小孔径外层焊接结合性能最好。
本发明的有益效果：
（1）采用石蜡填充孔铝板孔结构，在冷压过程中保证了多孔铝板孔结构的完整性。
（2）采用工业纯铝为基材，AlSi12为钎焊粉，通过热压焊合实现不同孔结构瓦楞形多孔铝支撑层与过滤层无缝连接的特点。
（3）采用不同孔径的支撑层与过滤层制备的瓦楞形复层结构铝基过滤材料，可有效平衡过滤效率和过滤阻力的关系，最大限度的提高过滤效率和降低过滤阻力，同时，工艺流程简单、成本低、产率高，可实现瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元的高效生产。
（4）获得的瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元，强度高、过滤性能好，可长期在250℃的环境下稳定工作。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明所述瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元大孔径内层结构图。
图3为本发明所述瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元小孔径外层结构图。
图4为本发明所述瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元结构图。
图2-图4中：1-大孔径内层；2-小孔径外层；3-大孔径内层的外侧面，4-小孔径外层的内侧面，5-大孔径内层连接轴。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例制备的瓦楞间距L1为5mm、瓦楞个数n为2的瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元，制备方法主要包括以下过程：
（1）计算出制作瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元所需多孔铝平板坯料的宽度W：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
（2）多孔铝平板预处理：将宽度54mm、孔径1μm、孔隙率40%、厚度0.1mm的多孔铝平板和宽度54mm、孔径60μm、孔隙率60%、厚度2mm的多孔铝平板用无水乙醇超声波清洗，再用去离子水洗净、干燥。
（3）多孔铝平板填充石蜡：将多孔铝平板放入70℃的液态石蜡中浸渍4h，待石蜡浸满多孔铝平板孔隙、固化后，刮净多孔铝平板表面多余的石蜡，使多孔铝板表面平整，得到多孔铝/石蜡复合平板。
（4）多孔铝/石蜡复合平板冷压成型：将多孔铝/石蜡复合平板冷压成瓦楞形的大孔径内层（1）和小孔径外层（2），大孔径内层的冷压压力为20MPa，小孔径外层的冷压压力为5Mpa。
（5）涂覆、叠合：在大孔径内层的外侧面3、小孔径外层的内侧面4、大孔径内层连接轴5表面处涂覆AlSi12钎焊粉后进行叠合，得到内含石蜡及AlSi12钎焊粉的瓦楞形复合过滤单元。
（6）真空脱蜡：将瓦楞形复合过滤单元放入热压模具中，进行真空脱蜡。
（7）热压焊合：将脱蜡后的瓦楞形复合过滤单元真空加热到590℃，在25MPa的压力下进行热压焊合，得到支撑层与过滤层无缝连接的瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元（过滤层孔径1μm、孔隙率40%、厚度0.1mm，支撑层孔径60μm、孔隙率60%、厚度2mm，瓦楞间距5mm，瓦楞个数2个）。
实施例2
本实施例制备的瓦楞间距L1为8mm、瓦楞个数n为4的瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元，制备方法主要包括以下过程：
（1）计算出制作瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元所需多孔铝平板坯料的宽度W：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
。
（2）多孔铝平板预处理：将宽度176mm、孔径2μm、孔隙率50%、厚度0.3mm的多孔铝平板和宽度176mm、孔径57μm、孔隙率55%、厚度1.5mm的多孔铝平板用无水乙醇超声波清洗，再用去离子水洗净、干燥。
（3）多孔铝平板填充石蜡：将多孔铝平板放入80℃的液态石蜡中浸渍3h，待石蜡浸满多孔铝平板孔隙、固化后，刮净多孔铝平板表面多余的石蜡，使多孔铝板表面平整，得到多孔铝/石蜡复合平板。
（4）多孔铝/石蜡复合平板冷压成型：将多孔铝/石蜡复合平板冷压成瓦楞形的大孔径内层（1）和小孔径外层（2），大孔径内层的冷压压力为17MPa，小孔径外层的冷压压力为6Mpa。
（5）涂覆、叠合：在大孔径内层的外侧面3、小孔径外层的内侧面4、大孔径内层连接轴5表面处涂覆AlSi12钎焊粉后进行叠合，得到内含石蜡及AlSi12钎焊粉的瓦楞形复合过滤单元。
（6）真空脱蜡：将瓦楞形复合过滤单元放入热压模具中，进行真空脱蜡。
（7）热压焊合：将脱蜡后的瓦楞形复合过滤单元真空加热到595℃，在20MPa的压力下进行热压焊合，得到支撑层与过滤层无缝连接的瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元（过滤层孔径2μm、孔隙率50%、厚度0.3mm，支撑层孔径57μm、孔隙率55%、厚度1.5mm，瓦楞间距8mm，瓦楞个数4个）。
实施例3
本实施例制备的瓦楞间距L1为10mm、瓦楞个数n为6的瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元，制备方法主要包括以下过程：
（1）计算出制作瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元所需多孔铝平板坯料的宽度，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
（2）多孔铝平板预处理：将宽度302mm、孔径3μm、孔隙率55%、厚度0.5mm的多孔铝平板和宽度302mm、孔径54μm、孔隙率50%、厚度1.2mm的多孔铝平板用无水乙醇超声波清洗，再用去离子水洗净、干燥。
（3）多孔铝平板填充石蜡：将多孔铝平板放入90℃的液态石蜡中浸渍2h，待石蜡浸满多孔铝平板孔隙、固化后，刮净多孔铝平板表面多余的石蜡，使多孔铝板表面平整，得到多孔铝/石蜡复合平板。
（4）多孔铝/石蜡复合平板冷压成型：将多孔铝/石蜡复合平板冷压成瓦楞形的大孔径内层（1）和小孔径外层（2），大孔径内层的冷压压力为14MPa，小孔径外层的冷压压力为8Mpa。
（5）涂覆、叠合：在大孔径内层的外侧面3、小孔径外层的内侧面4、大孔径内层连接轴5表面处涂覆AlSi12钎焊粉后进行叠合，得到内含石蜡及AlSi12钎焊粉的瓦楞形复合过滤单元。
（6）真空脱蜡：将瓦楞形复合过滤单元放入热压模具中，进行真空脱蜡。
（7）热压焊合：将脱蜡后的瓦楞形复合过滤单元真空加热到600℃，在15MPa的压力下进行热压焊合，得到支撑层与过滤层无缝连接的瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元（外层孔径3μm、孔隙率55%、厚度0.5mm，内层孔径54μm、孔隙率50%、厚度1.2mm，瓦楞间距10mm，瓦楞个数6个）。
实施例4
本实施例制备的瓦楞间距L1为12mm、瓦楞个数n为8的瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元，制备方法主要包括以下过程：
（1）计算出制作瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元所需多孔铝平板坯料的宽度W，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
（2）多孔铝平板预处理：将宽度486mm、孔径4μm、孔隙率60%、厚度0.7mm的多孔铝平板和宽度486mm、孔径50μm、孔隙率40%、厚度1mm的多孔铝平板用无水乙醇超声波清洗，再用去离子水洗净、干燥。
（3）多孔铝平板填充石蜡：将多孔铝平板放入100℃的液态石蜡中浸渍1h，待石蜡浸满多孔铝平板孔隙、固化后，刮净多孔铝平板表面多余的石蜡，使多孔铝板表面平整，得到多孔铝/石蜡复合平板。
（4）多孔铝/石蜡复合平板冷压成型：将多孔铝/石蜡复合平板冷压成瓦楞形的大孔径内层（1）和小孔径外层（2），大孔径内层的冷压压力为10MPa，小孔径外层的冷压压力为10Mpa。
（5）涂覆、叠合：在大孔径内层的外侧面3、小孔径外层的内侧面4、大孔径内层连接轴5表面处涂覆AlSi12钎焊粉后进行叠合，得到内含石蜡及AlSi12钎焊粉的瓦楞形复合过滤单元。
（6）真空脱蜡：将瓦楞形复合过滤单元放入热压模具中，进行真空脱蜡。
（7）热压焊合：将脱蜡后的瓦楞形复合过滤单元真空加热到610℃，在5MPa的压力下进行热压焊合，得到支撑层与过滤层无缝连接的瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元（过滤层孔径4μm、孔隙率60%、厚度0.7mm，支撑层孔径50μm、孔隙率40%、厚度1mm，瓦楞间距12mm，瓦楞个数8个）。

Claims (7)

1.一种瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
多孔铝平板填充石蜡：将预处理的多孔铝平板放入液态石蜡中，待石蜡浸满多孔铝平板孔隙、固化后，刮净多孔铝平板表面多余的石蜡，使多孔铝板表面平整，得到多孔铝/石蜡复合平板；
多孔铝/石蜡复合平板冷压成型：选择大孔径和小孔径的多孔铝/石蜡复合平板，分别将多孔铝/石蜡复合平板冷压成瓦楞形的大孔径内层和小孔径外层；
涂覆、叠合：在瓦楞形的大孔径内层和瓦楞形的小孔径外层的结合面以及连接轴表面处涂覆AlSi12钎焊粉后进行叠合，得到内含石蜡及AlSi12钎焊粉的瓦楞形复合过滤单元；
热压焊合：将脱蜡后的瓦楞形复合过滤单元真空加热到590-610℃，在5-25MPa的压力下进行热压焊合，得到支撑层与过滤层无缝连接的瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元。
2.根据权利要求1所述瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述预处理工序为将多孔铝平板用无水乙醇超声波清洗，再用去离子水洗净、干燥。
3.根据权利要求1所述瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元的制备方法，其特征在于：步骤（1）中液态石蜡的温度为70-100℃，浸渍时间为1-4h。
4.根据权利要求1所述瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元的制备方法，其特征在于：步骤（2）中大孔径内层的冷压压力为10-20MPa，小孔径外层的冷压压力为5-10Mpa。
5.根据权利要求1所述瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述脱蜡工序为：在热压焊合之前，将内含石蜡及AlSi12钎焊粉的瓦楞形复合过滤单元放入热压模具中，进行真空脱蜡。
6.根据权利要求1所述瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元的制备方法，其特征在于：步骤（4）中制备得到的瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元由孔结构不同的内外两层构成，内层是孔径50-60μm、孔隙率40-60%、厚度1-2mm的大孔径多孔铝支撑层；外层是孔径1-4μm、孔隙率40-60%、厚度0.1-0.7mm的小孔径多孔铝过滤层。
7.根据权利要求6所述瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元的制备方法，其特征在于：所述 瓦楞形复层结构多孔铝过滤单元，其外形结构参数及其关系为： 瓦楞斜边与水平线的夹角 θ为80°，瓦楞间距L1为5-12mm，过滤单元的瓦楞个数为n（﹛n｜2≤n≤8,n∈Z﹜），单元宽度L=n·L1，瓦楞高度
Figure 334973DEST_PATH_IMAGE001
，连接轴高度
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，瓦楞的圆角半径
Figure 406440DEST_PATH_IMAGE003
，按式（1）计算所 需多孔铝平板坯料宽度W；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（1）。
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