具有尾气净化功能的吸音材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及吸音材料领域，具体涉及一种具有尾气净化功能的吸音材料的制备方 法和利用该制备方法制备得到的具有尾气净化功能的吸音材料。
【背景技术】
[0002] 吸音材料是指具有降低噪音污染功能的材料，具体应用于对声学环境要求较高的 室内场所、露天场馆，以及对降噪要求较高的机械内/外部。对于采用内燃机为动力来源的 机动车/船的排气管消音材料来说，由于机动车/船噪音污染不仅损害相关人员的听觉系 统，而且还会影响仪表精度，加速车/船体老化，因此降低其噪音污染是十分必要的。总之， 吸音降噪成为了一个有关高科技、环境治理以及人类发展亟需解决的重要课题，作为一种 被动控制手段使用的吸音材料也成为解决噪音污染的主要方法之一。
[0003] 传统机动车/船排气管消音器主要通过金属腔膛的多孔结构实现谐振消音。其内 部填充的吸音材料主要是耐高温无机纤维，如玻璃纤维、高硅氧纤维等。这类纤维为实心圆 柱结构，通过对纤维束施加类似空气喷吹等处理程序使之成为絮状的膨化纤维团，受膨化 工艺限制，该类吸音材料本身并无较好的吸音效果。且上述吸音材料易被高速、高温尾气冲 击破坏而向外部飞散，产生新的环境污染。由于尾气大多残余氮氧化合物及硫氧化合物等 酸性气体，对吸音材料的耐腐蚀性能也是极大的挑战。
【发明内容】
[0004] [要解决的技术问题]
[0005] 本发明的目的是从材料结构方面解决上述现有技术问题，提供一种具有尾气净化 功能的吸音材料及其制备方法。利用本发明的制备方法制备得到的吸音材料集耐冲击、耐 高温、耐酸等性能于一体，其具有良好的吸音性能，同时兼顾尾气净化功能。
[0006] [技术方案]
[0007] 为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
[0008] -种具有尾气净化功能的吸音材料的制备方法，它是以连续玄武岩纤维为原料， 经酸刻蚀和高温活化对连续玄武岩纤维改性而成。
[0009] 根据本发明更进一步的技术方案，所述连续玄武岩纤维包括以下质量百分比组 分：
[0010] 48 ~60% 的 Si〇2，14 ~19% 的 Al2〇3,5 ~9% 的 Ca0,3 ~6%的]\%0,3~6%的他2〇和 K2O的混合物，0.5~2.5%的Ti〇2，9~14%的FeO和Fe2O3的混合物。
[0011] 根据本发明更进一步的技术方案，该制备方法包括以下步骤：
[0012] A，洗涤
[0013] 将连续玄武岩纤维用有机溶剂除去表面的浸润剂，然后用水冲洗有机溶剂后烘 干，备用；
[0014] B，酸刻蚀
[0015] 将步骤A洗涤的连续玄武岩纤维在氢离子浓度为0.1~2. OmoI/L的酸溶液中浸泡 0.5~8h，然后用水冲洗酸液；
[0016] C，高温活化
[0017] 将经步骤B处理的连续玄武岩纤维在200~500°C下煅烧0.5~8h，降温得到活化的 连续玄武岩纤维，即所述具有尾气净化功能的吸音材料。
[0018] 根据本发明更进一步的技术方案，在步骤A中，所述有机溶剂为可溶解所述连续玄 武岩纤维表面的浸润剂，且不影响连续玄武岩纤维性能的有机溶剂。
[0019] 根据本发明更进一步的技术方案，在步骤B中，所述酸溶液的浸泡温度为20~100 0C。
[0020] 根据本发明的一个优选实施方案，在步骤B中，所述酸溶液的浸泡时间为0.5~6h。 [0021]根据本发明的另一个优选实施方案，在步骤C中，所述高温活化是在300~450°C下 煅烧1~6h。
[0022]上述制备方法制备得到的吸音材料，其纤维单丝强度2 500Mpa，所述吸音材料的 纤维比表面积2 l〇〇m2/g，所述吸音材料中FeO和Fe2O3的混合物的质量分数2 2.5%。
[0023] 根据本发明更进一步的技术方案，所述连续玄武岩纤维是由以下质量百分比组分 组成：
[0024] 48 ~60 % 的 SiO2，14 ~19 % 的 Al2O3，5 ~9% 的 CaO, 3 ~6 % 的 MgO, 3 ~6% 的Na2O 和 K2O的混合物，0.5~2.5%的TiO2，9~14%的FeO和Fe2O 3的混合物，和0.09~0.13 %的不可 避免的杂质。
[0025]本发明制备方法步骤A中所述的有机溶剂选自丙酮、N-甲基吡咯烷酮、乙醇、正丁 醇、甲苯、二甲苯、氯仿、乙酸异丁酯中的一种或多种;但不限于上述几种;步骤B中所述的酸 溶液为选自盐酸、硫酸、磷酸、乙酸或苯甲酸中的一种或多种，但不限于上述几种。
[0026] 下面将详细地说明本发明。
[0027] 本发明使用的连续玄武岩纤维采用纯天然的玄武岩矿石熔融拉丝而成，比玻璃纤 维、高硅氧纤维等材料更加绿色环保，且具有强度高、耐高温、耐腐蚀等优异性能。与应用较 广的E-玻璃纤维吸音材料相比，连续玄武岩纤维的强度高20%以上，不易被气流冲击损伤； 软化点超过900°C，不易受高温尾气影响；耐酸腐蚀性能好，在较高浓度的酸液中处理后仍 然保留较高的强度且质量损失极小，不易被酸性尾气腐蚀。
[0028] 以连续玄武岩纤维为原料，初始强度高、耐高温性能优异、耐酸性好。但是其吸音 效果与E-玻璃纤维相比没有明显提高且尾气净化效果较差。采用酸刻蚀和高温活化改性处 理后，首先可以使该材料生成许多空洞、裂纹和皮芯等结构，极大增加了其比表面积，而使 其吸音效果获得较大提升;并且可以改善连续玄武岩纤维性脆、柔性差的缺陷，使其相对容 易装填或进一步加工成适用于消音器的产品，如短切丝、毡等；同时，还提高了其耐高温的 性能，使其长期工作温度提高到了 l〇〇〇°C以上，更能应对日益提升的发动机性能对消音器 提出的更高要求;此外，还使纤维中的重要成分FeO和Fe2O 3活化，在增大比表面积带来的"容 器效应"的同时与高温尾气中残余的氮氧化合物及硫氧化合物等污染物反应生成相对无害 的物质，因此降低了尾气的环境污染。与污染物相关的反应包括但不限于:Fe0+N x0y-N2; FemOn+S〇2-S〇32; FemOn+S〇3-S〇42 等。
[0029] 在制备的过程中，由于酸刻蚀会牺牲连续玄武岩纤维的强度，对其耐气流冲击和 加工性能造成影响，因此酸的浓度不宜过高，H+浓度0.1~2. Omol/L为宜，以使活化后的纤 维单丝强度不低于500MPa;为了获得较大比表面积，还可以在刻蚀时适当添加辅助手段，如 加热、搅拌等;且活化温度在200~500°C为宜，不可过高以避免孔坍塌、裂纹闭合等，以使活 化后的纤维比表面积不小于l〇〇m 2/g;过度刻蚀会使连续玄武岩纤维中的有效成分FeO和 Fe2O3流失，影响尾气净化效果，因此，需要保证活化后的纤维中FeO和Fe