本發(fā)明涉及汽車配件技術領域，尤其涉及一種三元催化器襯墊改性材料的改性方法。

背景技術：

汽車是現階段人們出行的必要工具之一，但汽車運行過程中，燃燒化石燃料，排放的尾氣中具有氮氧化物、硫氧化物、一氧化碳、碳氫化合物以及固體懸浮顆粒，導致大氣污染。

為減少汽車尾氣對大氣的污染，汽車在尾氣排放系統(tǒng)中普遍裝備三元催化器。三元催化器分金屬殼體、襯墊和載體三部分。襯墊包裹著載體置于金屬殼體中，其中襯墊起到固定、緩沖、保溫降噪以及密封防止尾氣溢出的作用。

隨著三元催化器使用的陶瓷塊體目數增多，壁厚相應減小，使得陶瓷載體強度較小。由于襯墊材料是填充在陶瓷載體和金屬外殼之間的空隙中，所以襯墊的設計時所使用的材料應考慮到既能使之適合較廣的操作溫度范圍，又應能夠在固定載體的同時降低襯墊所產生的壓力，以免使薄壁載體破碎。

襯墊需要保證三元催化器正常工作，就會長期處于高溫氧化環(huán)境中，則襯墊的材料應當具備在此類條件下的穩(wěn)定性。制作襯墊的材料有金屬、玻璃纖維或者硅酸鋁纖維，根據材料性質的不同，三元催化器的襯墊可以分為膨脹和非膨脹兩類。

傳統(tǒng)的膨脹襯墊中含有蛭石，這是一種層狀結構的硅酸鹽。蛭石因為在加熱至200～30攝氏度后會沿晶體的c軸產生蠕蟲似的剝落而得名，這種礦物具有很高的熱膨脹率，在受熱到300攝氏度左右時會膨脹十幾倍左右，并且發(fā)生彎曲。

由于蛭石膨脹率較大可能會在加熱的情況下對薄壁產生較大的壓力，指使載體破碎或者失效，因此不含蛭石的非膨脹型襯墊開始逐步使用。以玻璃纖維、硼纖維、陶瓷纖維為代表的無機纖維相較于有機高分子纖維具有更高的強度以及高溫機械性能，因此在襯墊中取得廣泛應用。

莫來石纖維作為一種新型氧化鋁基陶瓷纖維，擁有在高溫氧化環(huán)境中熱穩(wěn)定性、抗蠕變、抗熱沖擊性能好，熱膨脹系數低等優(yōu)異特性，其制成的襯墊材料能夠滿足汽車三元催化器正常工作所需要的保溫隔熱、減震耐磨效果，保證載體負載的催化劑的使用溫度，保護與固定載體。但是，即使是通過化學方法制造出來的較均一的莫來石纖維，若用于后續(xù)成型制氈工序，仍需對其表面進行處理，目的是在纖維表面被覆一層保護膜，方可在成型過程中遇到機械摩擦等情況時保護纖維，防止纖維出現斷裂、表面毛糙，增加纖維間的粘結作用，以提高纖維成型的效果。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種三元催化器襯墊改性材料及改性方法，能夠使得莫來石纖維更加適合三元催化器襯墊的制造。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

三元催化器襯墊改性材料的改性方法，包括：

(1)在pH值3.0-5.0的條件下，使硅烷偶聯劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷水解；

(2)在步驟(1)得到的溶液中添加聚乙二醇400單油酸酯潤滑劑、聚丙烯酸成膜劑、十二烷基硫酸鈉，形成浸潤溶液，將莫來石纖維浸入浸潤溶液，浸潤溫度為50℃-75℃，浸潤時間為20-60min；

(3)干燥成型。

優(yōu)選的，所述偶聯劑質量含量為0.4-0.8％，成膜劑質量含量為18-22％，潤滑劑質量含量為0.8-1.4％。

硅烷偶聯劑在使用前需要在酸性條件下水解(pH＝3.0～5.0),，其烷氧基參與反應生成乙醇和硅醇，硅醇的羥基部分相互之間或者與纖維表面的-Si-OH進行醚化反應形成Si-O-Si結構，從而接枝到纖維表面。之后，硅烷偶聯劑的另一端的活性基團與浸潤劑中的有機成分反應，這樣就達到了接枝目的。

實驗結果表明，隨著溫度的升高，纖維表面的被覆量呈上升趨勢，但超過75℃后，被覆量有明顯的下降，說明溫度太高反而會使纖維表面的接枝活性降低，不利于丙烯酸在纖維表面的被覆。浸潤時間長短對纖維表面的被覆量影響不是很大，但被覆量呈現先增大又趨于平穩(wěn)的過程，此時纖維表面接枝過程已經達到飽和，纖維表面空間位阻較大，已無活性位可供接枝，則浸潤劑處理時間不宜太長。丙烯酸在浸潤劑中的含量對于纖維表面被覆效果影響較明顯，隨著含量的增加，纖維表面的被覆量也在增加。隨著丙烯酸含量的增加，浸潤劑被覆在纖維表面的厚度增加，并且由于浸潤劑的作用纖維之間發(fā)生了膠粘，有利于纖維在后續(xù)加工中的成型與保護。

熱重-差熱分析圖顯示，纖維表面被覆的浸潤劑成分隨著溫度的升高有兩處較明顯的失重，分別在350-400℃之間以及450-500℃之間，對應的熱流曲線有兩個放熱峰，說明此處為浸潤劑中有機物組分的分解。在常溫到600℃的溫度區(qū)間內，纖維表面除有機物分解失重對應的放熱峰外，沒有象征纖維晶體結構變化的峰，說明纖維在此過程中性質穩(wěn)定。通過紅外光譜分析可以直觀地判斷接枝過程中特征基團的變化。通過Si-O伸縮振動吸收峰的變化來判斷硅烷偶聯劑在材料表面是否通過醚化而形成起到連接作用的結構。紅外圖譜對比結果顯示，纖維表面的Si-O-Si伸縮振動吸收峰增強，說明偶聯劑水解后的產物硅醇與纖維表面接枝形成Si-O-Si結構。經過浸潤劑改性的纖維在波數為1730cm^-1處的地方有明顯的吸收峰出現，此處是C＝0雙鍵的伸縮振動特征峰，對應的應為丙烯酸結構中的C＝O雙鍵，說明丙烯酸已被覆在纖維表面。

本發(fā)明通過對莫來石纖維進行改性，使得其性能提升，更適用于三元催化器襯墊。

具體實施方式

下面通過具體實施方式來進一步說明本發(fā)明的技術方案。

實施例1

三元催化器襯墊改性材料的改性方法，包括：

(1)在pH值3.0的條件下，使硅烷偶聯劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷水解；

(2)在步驟(1)得到的溶液中添加聚乙二醇400單油酸酯潤滑劑、聚丙烯酸成膜劑、十二烷基硫酸鈉，形成浸潤溶液，將莫來石纖維浸入浸潤溶液，浸潤溫度為50℃，浸潤時間為20min；

(3)干燥成型。

優(yōu)選的，所述偶聯劑質量含量為0.4％，成膜劑質量含量為18％，潤滑劑質量含量為0.8％。

實施例2

三元催化器襯墊改性材料的改性方法，包括：

(1)在pH值5.0的條件下，使硅烷偶聯劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷水解；

(2)在步驟(1)得到的溶液中添加聚乙二醇400單油酸酯潤滑劑、聚丙烯酸成膜劑、十二烷基硫酸鈉，形成浸潤溶液，將莫來石纖維浸入浸潤溶液，浸潤溫度為75℃，浸潤時間為60min；

(3)干燥成型。

優(yōu)選的，所述偶聯劑質量含量為0.6％，成膜劑質量含量為20％，潤滑劑質量含量為1.0％。

實施例3

三元催化器襯墊改性材料的改性方法，包括：

(1)在pH值4.0的條件下，使硅烷偶聯劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷水解；

(2)在步驟(1)得到的溶液中添加聚乙二醇400單油酸酯潤滑劑、聚丙烯酸成膜劑、十二烷基硫酸鈉，形成浸潤溶液，將莫來石纖維浸入浸潤溶液，浸潤溫度為65℃，浸潤時間為40min；

(3)干燥成型。

優(yōu)選的，所述偶聯劑質量含量為0.8％，成膜劑質量含量為22％，潤滑劑質量含量為1.4％。