醛类树脂强化的超细含氧无机纤维束的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种醛类树脂强化的超细含氧无机纤维束的制备方法，其特征在于具体步骤如下：按质量份数由5~10份热固性树脂、85~94份的溶剂以及1~5份的柔顺剂组成的液体在室温下混合搅拌溶解后，将超细无机耐热纤维束浸入液体中浸泡，（10~30秒）然后采用100Kpa的压缩空气吹扫纤维束的表面，除去多余的粘结剂液体，在20~30℃室温下，自然干燥5~8h，即完成固化和强化处理。其满足纤维在制备载体过程中的强度要求，防止断丝，使抗拉强度略微提高，但是抗挠和抗折性能指标提高2~4倍以上，采用该纤维用于制备颗粒物处理的载体材料；该方法具有思路巧妙，工艺简单，成本低廉，易于实现等特点。
【专利说明】醛类树脂强化的超细含氧无机纤维束的制备方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种醛类树脂强化的超细含氧无机纤维束的制备方法，用于制备D0C， POC, CSF和类似DPF的颗粒物后处理器的载体材料，也可以应用于SCR后处理器的载体材料。【背景技术】[0002]对于汽车行业来讲，节能环保是当前全球面临的共同问题；尽管柴油机的燃油经济性比汽油机高，但是，由于柴油机的微粒的排放量是汽油机的20-70倍，因此，柴油机的应用受到一定的限制；汽车的污染物中，主要包括NOX和PM ;大气中所有的颗粒物排放量，机动车的排放量占据总量的第3位，每年接近60万吨；在机动车的颗粒物排放中，主要分布在颗粒尺寸为2.5~IOym的范围内，简称为 ΡΜ2.5~ΡΜ10，这类颗粒对人类的危害对大，成为当前汽车尾气排放净化处理的重点；最近开始实施的北京国5标准，不仅更严格的限制ΡΜ2.5~PMlO的排放数量，并规定了对所有的颗粒物个数PN的限制；可见，未来用于处理ΡΜ2.5~PMlO的后处理技术和装备更加普遍；目前，国内外用于处理ΡΜ2.5~PMlO的都是采用DPF后处理器，这项技术被CORNING和 NGK公司所垄断，昂贵的价格将成为制约在国内推广使用的因素，未来也会面临更多的市场和使用的问题；DPF是一种用泡沫陶瓷作滤芯的柴油机排气微粒后处理器，滤芯中有不贯通孔使过滤面积增大，壁面上分布了大小不等的微孔，微孔径8~16 μ m,孔隙率40% ^50%,通道宽度 2~3mm，壁厚0.30-θ.45mm ;新鲜DPF样件对PM处理效果可达到95% ;使用中的DPF微粒积累一定量后，后喷柴油燃烧加热，把已沉积在滤芯上的微粒烧掉，实现再生，理论上讲，DPF可长期有效；颗粒过滤的机理是压紧效应、热效应和电效应的有机结合；利用载体对颗粒的截留和碰撞，以及颗粒自身的扩散和重力沉降的共同作用实现净化除去；其中，压紧效应是指基体上的稍微曲折的微孔，相当于滤饼和滤床的作用，当PM颗粒被迫通过这些微孔时被截流收集起来，达到过滤效果，这里，形成一定厚度的滤床最关键；热效应是指可以理解为等容热效应，当一个纳米颗粒尺寸的微粒处于较高温度条件下，热振动频率加快，布朗运动的轨迹更曲折，因而，增加了被截留的可能性；而电效应是指运动中物之间以及颗粒物和壁面之间的摩擦使之表面带有电荷，即使它可能通过了前面的大孔也有可能借助于静电作用被下一个稍大尺寸的孔所截留而滤去；如何选用新材料和工艺，科学的设计过滤器的宏观结构和微观结构是重要的课题； 对颗粒过滤器的基本要求是具备较高过滤效率和较低排气阻力；颗粒过滤器的性能受过滤体结构参数及气流参数等众多因素影响，且过滤效率和排气阻力又往往存在相互矛盾和相互制约的折衷关系；颗粒过滤器结构参数中，颗粒过滤器长度、通道数、通道宽度和壁厚决定了过滤器的长度和横断面积，它们不仅会影响到颗粒过滤器的整体性能；增大颗粒过滤器长度和横断面积能有效提高颗粒过滤器的过滤效率和降低气流阻力，但受车辆的安装空间的限制；标准规定车辆的颗粒过滤器的最大气流阻力一般要控制在IOkPa以下，此外，颗粒过滤器也必须满足机械强度、耐热应力冲击及制造工艺简便等特点；上述特性的必须依靠载体新材料来实现；专利号为CN201020287676.0的柴油发动机尾气碳烟颗粒捕集过滤器专利，是在圆桶壳体内设有紧密缠绕的不锈钢网，在所述不锈钢网上设有压折和压凸，但是，所具备的贯通孔道不利于微小颗粒的捕集；专利号为CN200920053958.1的尾气排放过滤器专利，是一个同心筒外包玻纤，尾气从侧面进入，从中心尾部逸出，起到过滤作用的是玻纤，这种结构存在气流分布不均的问题，另外，汽车发动机的循环脉冲排气气流将把玻纤吹散撕裂， 寿命短，失效很快；专利号为CN200480026612.2的柴油机颗粒过滤器专利，是传统结构的壁流式的DPF陶瓷载体；专利号为CN200410055292.5的柴油机颗粒过滤器专利，是一种采用FBC添加剂辅助的壁流式的DPF碳化硅载体，并包含了钒的氧化物、钨的氧化物和金属钯催化剂最后成为⑶PF ;专利号为CN01816995.3的蜂窝状颗粒过滤器专利，是一种沿着流向轴具有不同壁厚的如蜂窝状的多单元结构，具体适用于柴油机颗粒过滤器，不过它也可适用于部分流的蜂窝结构。蜂窝结构热容量从入口端到出口端逐渐变化；专利号为 CN200810215253.5的废气颗粒过滤器和制造废气颗粒过滤器的方法专利，是一种完全采用金属泡沫载体的废气颗粒过滤器；专利号为CN201080028039.4的柴油机烟灰颗粒过滤器筒专利，一种按照一定方式排列的多筒的壁流式的金属丝网卷绕而成的柴油机烟灰颗粒过滤器；专利号为CN03804171.5的柴油机排出尾气净化过滤器专利，是在过滤器容器内充填具有三维网状结构的颗粒状陶瓷多孔体而构成，所述粒状陶瓷多孔体的平均粒径为4.(T20mm，所述颗粒状陶瓷多孔体在其内部具有大量人工形成的气孔及与相邻的气孔彼此相连通的连通孔，一些所述气孔部分地暴露在所述多孔体的表面。 [0003]为实现处理微粒物所采用的技术方案都不是唯一的，因此，开发不同于DPF的车用颗粒物过滤装置是一个非常有挑战的技术；为面对未来更严格的PM2.5~PMlO颗粒处理标准要求，传统的一些过滤材料，例如，金属丝网和金属烧结毡无法胜任。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种醛类树脂强化的超细含氧无机纤维束的制备方法，其采用热固化树脂以及工业溶剂的混合液体，对可以应用于颗粒物过滤器的超细无机耐热纤维进行浸泡处理，然后固化，满足纤维在制备载体过程中的强度要求，防止断丝，使抗拉强度略微提高，但是抗挠和抗折性能指标提高2~4倍以上，采用该纤维用于制备颗粒物处理的载体材料；具有思路巧妙，工艺简单，成本低廉，易于实现等特点。[0005]本发明的技术方案是这样实现的:一种醛类树脂强化的超细含氧无机纤维束的制备方法，其特征在于具体步骤如下:按质量份数由5~10份热固性树脂、85~94份的溶剂以及 1~5份的柔顺剂组成的液体在室温下混合搅拌溶解后，将超细无机耐热纤维束浸入液体中浸泡，时间10-30秒，然后采用IOOKpa的压缩空气吹扫纤维束的表面，除去多余的粘结剂液体，在2(T30°C室温下，自然干燥5~8h，即完成固化和强化处理。[0006]所述的超细无机耐热纤维束是单丝直径3~20 μ m的纤维制备的直径0.f 2mm的玄武岩纤维束或绳。[0007]所述的热固性树脂为酚醛树脂作为粘结剂，溶剂为工业酒精，柔顺剂为乙二醇或丙三醇中的一种。[0008]本发明的积极效果是巧妙解决了纤维束的抗折和抗挠性能，解决了和金属丝网 ‘混编’过程中的断丝问题，所制备的浑丝网片，适合于颗粒处理的载体材料，满足更为苛刻 的汽车排放标准要求，有利于汽车行业减排；具有很高的实用价值。【专利附图】
【附图说明】[0009]图1为本发明强化前的实物图。图2为本发明强化后的实物图。【具体实施方式】[0010]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，实施例为进一步阐明本发明的 特点，不等同于限制本发明，对于本领域的技术人员依照本发明进行的更改，均应包含在本 发明的保护范围之内。[0011]实施例1如图2所示，选取工业的5份酚醛树脂，加入94份工业酒精作为溶剂，加入I份的丙三 醇作为柔顺柔顺剂，搅拌溶解，构成粘结剂液体；采用市售的单丝直径20 μ m的纤维所制备 的直径Imm的玄武岩纤维绳，浸泡此作为粘结剂，然后，采用IOOKpa的压缩空气吹扫，去除 多余的粘结剂；在室温下约25°C，放置5h，纤维束完成固化。[0012]实施例2选取工业的7份酚醛树脂，加入90份工业酒精作为溶剂，加入3份的丙三醇作为柔顺 柔顺剂，搅拌溶解，构成粘结剂液体；采用市售单丝直径20 μ m的纤维所制备的直径Imm的 玄武岩纤维绳，浸泡此作为粘结剂，然后，采用IOOKpa的压缩空气吹扫，去除多余的粘结 剂；在室温下约25°C，放置7h，纤维束完成固化。[0013]实施例3选取工业的10份酚醛树脂，加入85份工业酒精作为溶剂，加入5份的丙三醇作为柔顺 柔顺剂，搅拌溶解，构成粘结剂液体；采用市售的单丝直径20 μ m的纤维所制备的直径Imm 的玄武岩纤维绳，浸泡此作为粘结剂，然后，采用IOOKpa的压缩空气吹扫，去除多余的粘结 剂；在室温下约25°C，放置8h，纤维束完成固化。[0014]实施例4如图1所示，取一个长度500mm的直径为20mm的不锈钢管，两端架起，并固定；取没经 粘结剂固化处理的单丝直径20 μ m的纤维制备的直径Imm的玄武岩纤维绳,长度1000mm, — 段固定上IOOg的砝码，另一端手持，搭在不锈钢管上，沿不锈钢管径向90度方向拉动/滑 动，即使砝码自然下垂，然后再沿不锈钢管90度方向拉动/滑动；循环往复；对于没经粘结 剂固化处理的玄武岩纤维绳，12个回合就发现玄武岩纤维绳明显的拉毛，部分纤维断；上 下26个回合，玄武岩纤维绳彻底断裂。[0015]实施例5取实施例1中处理后的玄武岩纤维绳，重复实施例4的试验，40个回合，发现纤维束拉毛，70个回合纤维束断。[0016]实施例6取实施例2中处理后的玄武岩纤维绳，重复实施例4的试验，56个回合，发现纤维束拉 毛，82个回合纤维束断。[0017]实施例7取实施例3中处理后的玄武岩纤维绳，重复实施例4的试验，121个回合，发现纤维束拉 毛，178个回合纤维束断。[0018]实施例8采用10份的酚醛树脂，94份的工业酒精溶剂，以及5份的乙二醇，其中酚醛树脂和工 业酒精溶剂能很好的相互溶解，配成粘结剂液体，浸泡玄武岩纤维束或绳，或者是把纤维束 从上述粘结剂的液体中穿过，然后，采用IOOKpa的压缩空气吹扫纤维束的表面，除去多余 的粘结剂液体，在2(T30°C室温下，自然干燥8h，使其中的酒精溶剂挥发干净，乙二醇残留 其中，微量酚醛树脂就可以把纤维的细丝和细丝之间粘接在一起，即完成固化和强化处理； 理论上，酚醛树脂的彻底固化需要在高于120°C的温度下脱去分子中的水分，因此，如果采 用120°C的以上的高温进行固化也适合于本专利，但是，本发明是利用酚醛树脂的溶液中的 酒精挥发之后所剩下的酚醛树脂的部分粘结固化作用即可以满足工艺过程中的抗折抗挠 的性能要求，为了节能，不用高温烘烤固化工艺，室温下让酒精自然挥发；纤维束固化和强 化处理后，重点关注的不是抗拉强度的提高多少，而是编织中的抗折和抗挠的耐受性的改盡.口 ，本发明中所用的酚醛树脂是廉价的工业产品，例如，牌号为C5和C9，常温下硬质块状 体，通常作为工业粘结剂的成份，来源广泛；在本发明中采用10份酚醛树脂和94份酒精溶 剂以及5份的乙二醇，在室温下搅拌致互溶，酚醛树脂的加量过少，粘结效果差，同样，酚醛 树脂的加量过多，线束处理后‘过硬’，或‘有脆性’，编织中存在柔韧性不足而出现断线的问 题，事实上玄武岩纤维都是以‘捻后的细绳’销售，过浓的粘结剂液体没有必要；采用工业酒 精的目的是它和酚醛树脂能充分溶解，可以充分稀释酚醛树脂的粘稠的胶液，更便于涂敷， 并且无毒，价格低；此外，本发明又特意加入了 5份的乙二醇，这种醇类能同乙醇以及酚醛 树脂充分相溶解，沸点分别为197°C和291°C，在固化过程中不挥发，残留在纤维束的内部， 使所处理的纤维束保持一定柔顺性，以便于满足勾编过程中的180度的连续快速折弯走 线，乙二醇的加入量过少，无法改善柔顺性，但是，加入量过多，例如，加入10份，纤维束的 粘结效果明显降低。
【权利要求】
1.一种醛类树脂强化的超细含氧无机纤维束的制备方法，其特征在于具体步骤如下: 按质量份数由5~10份热固性树脂、85~94份的溶剂以及I飞份的柔顺剂组成的液体在室温下混合搅拌溶解后，将超细无机耐热纤维束浸入液体中浸泡，时间10-30秒，然后采用 IOOKpa的压缩空气吹扫纤维束的表面，除去多余的粘结剂液体，在2(T30°C室温下，自然干燥5~8h，即完成固化和强化处理。
2.根据权利要求1所述的醛类树脂强化的超细含氧无机纤维束的制备的方法，其特征在于所述的超细无机耐热纤维束是单丝直径3~20 μ m的纤维制备的直径0.f 2mm的玄武岩纤维束或绳。
3.根据权利要求1所述的醛类树脂强化的超细含氧无机纤维束的制备的方法，其特征在于所述的热固性树脂为酚醛树脂作为粘结剂，溶剂为工业酒精，柔顺剂为乙二 醇或丙三醇中的一种。
【文档编号】B01D39/02GK103599664SQ201310522909
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】张克金, 崔龙, 王金兴, 韩金磊, 许德超, 安宇鹏, 郑晓旭 申请人:中国第一汽车股份有限公司