醛類樹脂強(qiáng)化的超細(xì)含氧無機(jī)纖維束的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種醛類樹脂強(qiáng)化的超細(xì)含氧無機(jī)纖維束的制備方法，其特征在于具體步驟如下：按質(zhì)量份數(shù)由5~10份熱固性樹脂、85~94份的溶劑以及1~5份的柔順劑組成的液體在室溫下混合攪拌溶解后，將超細(xì)無機(jī)耐熱纖維束浸入液體中浸泡，（10~30秒）然后采用100Kpa的壓縮空氣吹掃纖維束的表面，除去多余的粘結(jié)劑液體，在20~30℃室溫下，自然干燥5~8h，即完成固化和強(qiáng)化處理。其滿足纖維在制備載體過程中的強(qiáng)度要求，防止斷絲，使抗拉強(qiáng)度略微提高，但是抗撓和抗折性能指標(biāo)提高2~4倍以上，采用該纖維用于制備顆粒物處理的載體材料；該方法具有思路巧妙，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。
【專利說明】醛類樹脂強(qiáng)化的超細(xì)含氧無機(jī)纖維束的制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醛類樹脂強(qiáng)化的超細(xì)含氧無機(jī)纖維束的制備方法，用于制備D0C， POC, CSF和類似DPF的顆粒物后處理器的載體材料，也可以應(yīng)用于SCR后處理器的載體材料?！颈尘凹夹g(shù)】[0002]對(duì)于汽車行業(yè)來講，節(jié)能環(huán)保是當(dāng)前全球面臨的共同問題；盡管柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性比汽油機(jī)高，但是，由于柴油機(jī)的微粒的排放量是汽油機(jī)的20-70倍，因此，柴油機(jī)的應(yīng)用受到一定的限制；汽車的污染物中，主要包括NOX和PM ;大氣中所有的顆粒物排放量，機(jī)動(dòng)車的排放量占據(jù)總量的第3位，每年接近60萬噸；在機(jī)動(dòng)車的顆粒物排放中，主要分布在顆粒尺寸為2.5~IOym的范圍內(nèi)，簡(jiǎn)稱為 ΡΜ2.5~ΡΜ10，這類顆粒對(duì)人類的危害對(duì)大，成為當(dāng)前汽車尾氣排放凈化處理的重點(diǎn)；最近開始實(shí)施的北京國(guó)5標(biāo)準(zhǔn)，不僅更嚴(yán)格的限制ΡΜ2.5~PMlO的排放數(shù)量，并規(guī)定了對(duì)所有的顆粒物個(gè)數(shù)PN的限制；可見，未來用于處理ΡΜ2.5~PMlO的后處理技術(shù)和裝備更加普遍；目前，國(guó)內(nèi)外用于處理ΡΜ2.5~PMlO的都是采用DPF后處理器，這項(xiàng)技術(shù)被CORNING和 NGK公司所壟斷，昂貴的價(jià)格將成為制約在國(guó)內(nèi)推廣使用的因素，未來也會(huì)面臨更多的市場(chǎng)和使用的問題；DPF是一種用泡沫陶瓷作濾芯的柴油機(jī)排氣微粒后處理器，濾芯中有不貫通孔使過濾面積增大，壁面上分布了大小不等的微孔，微孔徑8~16 μ m,孔隙率40% ^50%,通道寬度 2~3mm，壁厚0.30-θ.45mm ;新鮮DPF樣件對(duì)PM處理效果可達(dá)到95% ;使用中的DPF微粒積累一定量后，后噴柴油燃燒加熱，把已沉積在濾芯上的微粒燒掉，實(shí)現(xiàn)再生，理論上講，DPF可長(zhǎng)期有效；顆粒過濾的機(jī)理是壓緊效應(yīng)、熱效應(yīng)和電效應(yīng)的有機(jī)結(jié)合；利用載體對(duì)顆粒的截留和碰撞，以及顆粒自身的擴(kuò)散和重力沉降的共同作用實(shí)現(xiàn)凈化除去；其中，壓緊效應(yīng)是指基體上的稍微曲折的微孔，相當(dāng)于濾餅和濾床的作用，當(dāng)PM顆粒被迫通過這些微孔時(shí)被截流收集起來，達(dá)到過濾效果，這里，形成一定厚度的濾床最關(guān)鍵；熱效應(yīng)是指可以理解為等容熱效應(yīng)，當(dāng)一個(gè)納米顆粒尺寸的微粒處于較高溫度條件下，熱振動(dòng)頻率加快，布朗運(yùn)動(dòng)的軌跡更曲折，因而，增加了被截留的可能性；而電效應(yīng)是指運(yùn)動(dòng)中物之間以及顆粒物和壁面之間的摩擦使之表面帶有電荷，即使它可能通過了前面的大孔也有可能借助于靜電作用被下一個(gè)稍大尺寸的孔所截留而濾去；如何選用新材料和工藝，科學(xué)的設(shè)計(jì)過濾器的宏觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)是重要的課題； 對(duì)顆粒過濾器的基本要求是具備較高過濾效率和較低排氣阻力；顆粒過濾器的性能受過濾體結(jié)構(gòu)參數(shù)及氣流參數(shù)等眾多因素影響，且過濾效率和排氣阻力又往往存在相互矛盾和相互制約的折衷關(guān)系；顆粒過濾器結(jié)構(gòu)參數(shù)中，顆粒過濾器長(zhǎng)度、通道數(shù)、通道寬度和壁厚決定了過濾器的長(zhǎng)度和橫斷面積，它們不僅會(huì)影響到顆粒過濾器的整體性能；增大顆粒過濾器長(zhǎng)度和橫斷面積能有效提高顆粒過濾器的過濾效率和降低氣流阻力，但受車輛的安裝空間的限制；標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定車輛的顆粒過濾器的最大氣流阻力一般要控制在IOkPa以下，此外，顆粒過濾器也必須滿足機(jī)械強(qiáng)度、耐熱應(yīng)力沖擊及制造工藝簡(jiǎn)便等特點(diǎn)；上述特性的必須依靠載體新材料來實(shí)現(xiàn)；專利號(hào)為CN201020287676.0的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣碳煙顆粒捕集過濾器專利，是在圓桶殼體內(nèi)設(shè)有緊密纏繞的不銹鋼網(wǎng)，在所述不銹鋼網(wǎng)上設(shè)有壓折和壓凸，但是，所具備的貫通孔道不利于微小顆粒的捕集；專利號(hào)為CN200920053958.1的尾氣排放過濾器專利，是一個(gè)同心筒外包玻纖，尾氣從側(cè)面進(jìn)入，從中心尾部逸出，起到過濾作用的是玻纖，這種結(jié)構(gòu)存在氣流分布不均的問題，另外，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)脈沖排氣氣流將把玻纖吹散撕裂， 壽命短，失效很快；專利號(hào)為CN200480026612.2的柴油機(jī)顆粒過濾器專利，是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的壁流式的DPF陶瓷載體；專利號(hào)為CN200410055292.5的柴油機(jī)顆粒過濾器專利，是一種采用FBC添加劑輔助的壁流式的DPF碳化硅載體，并包含了釩的氧化物、鎢的氧化物和金屬鈀催化劑最后成為⑶PF ;專利號(hào)為CN01816995.3的蜂窩狀顆粒過濾器專利，是一種沿著流向軸具有不同壁厚的如蜂窩狀的多單元結(jié)構(gòu)，具體適用于柴油機(jī)顆粒過濾器，不過它也可適用于部分流的蜂窩結(jié)構(gòu)。蜂窩結(jié)構(gòu)熱容量從入口端到出口端逐漸變化；專利號(hào)為 CN200810215253.5的廢氣顆粒過濾器和制造廢氣顆粒過濾器的方法專利，是一種完全采用金屬泡沫載體的廢氣顆粒過濾器；專利號(hào)為CN201080028039.4的柴油機(jī)煙灰顆粒過濾器筒專利，一種按照一定方式排列的多筒的壁流式的金屬絲網(wǎng)卷繞而成的柴油機(jī)煙灰顆粒過濾器；專利號(hào)為CN03804171.5的柴油機(jī)排出尾氣凈化過濾器專利，是在過濾器容器內(nèi)充填具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的顆粒狀陶瓷多孔體而構(gòu)成，所述粒狀陶瓷多孔體的平均粒徑為4.(T20mm，所述顆粒狀陶瓷多孔體在其內(nèi)部具有大量人工形成的氣孔及與相鄰的氣孔彼此相連通的連通孔，一些所述氣孔部分地暴露在所述多孔體的表面。 [0003]為實(shí)現(xiàn)處理微粒物所采用的技術(shù)方案都不是唯一的，因此，開發(fā)不同于DPF的車用顆粒物過濾裝置是一個(gè)非常有挑戰(zhàn)的技術(shù)；為面對(duì)未來更嚴(yán)格的PM2.5~PMlO顆粒處理標(biāo)準(zhǔn)要求，傳統(tǒng)的一些過濾材料，例如，金屬絲網(wǎng)和金屬燒結(jié)氈無法勝任。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種醛類樹脂強(qiáng)化的超細(xì)含氧無機(jī)纖維束的制備方法，其采用熱固化樹脂以及工業(yè)溶劑的混合液體，對(duì)可以應(yīng)用于顆粒物過濾器的超細(xì)無機(jī)耐熱纖維進(jìn)行浸泡處理，然后固化，滿足纖維在制備載體過程中的強(qiáng)度要求，防止斷絲，使抗拉強(qiáng)度略微提高，但是抗撓和抗折性能指標(biāo)提高2~4倍以上，采用該纖維用于制備顆粒物處理的載體材料；具有思路巧妙，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種醛類樹脂強(qiáng)化的超細(xì)含氧無機(jī)纖維束的制備方法，其特征在于具體步驟如下:按質(zhì)量份數(shù)由5~10份熱固性樹脂、85~94份的溶劑以及 1~5份的柔順劑組成的液體在室溫下混合攪拌溶解后，將超細(xì)無機(jī)耐熱纖維束浸入液體中浸泡，時(shí)間10-30秒，然后采用IOOKpa的壓縮空氣吹掃纖維束的表面，除去多余的粘結(jié)劑液體，在2(T30°C室溫下，自然干燥5~8h，即完成固化和強(qiáng)化處理。[0006]所述的超細(xì)無機(jī)耐熱纖維束是單絲直徑3~20 μ m的纖維制備的直徑0.f 2mm的玄武巖纖維束或繩。[0007]所述的熱固性樹脂為酚醛樹脂作為粘結(jié)劑，溶劑為工業(yè)酒精，柔順劑為乙二醇或丙三醇中的一種。[0008]本發(fā)明的積極效果是巧妙解決了纖維束的抗折和抗撓性能，解決了和金屬絲網(wǎng) ‘混編’過程中的斷絲問題，所制備的渾絲網(wǎng)片，適合于顆粒處理的載體材料，滿足更為苛刻 的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)要求，有利于汽車行業(yè)減排；具有很高的實(shí)用價(jià)值。【專利附圖】

【附圖說明】[0009]圖1為本發(fā)明強(qiáng)化前的實(shí)物圖。圖2為本發(fā)明強(qiáng)化后的實(shí)物圖。【具體實(shí)施方式】[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，實(shí)施例為進(jìn)一步闡明本發(fā)明的 特點(diǎn)，不等同于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員依照本發(fā)明進(jìn)行的更改，均應(yīng)包含在本 發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。[0011]實(shí)施例1如圖2所示，選取工業(yè)的5份酚醛樹脂，加入94份工業(yè)酒精作為溶劑，加入I份的丙三 醇作為柔順柔順劑，攪拌溶解，構(gòu)成粘結(jié)劑液體；采用市售的單絲直徑20 μ m的纖維所制備 的直徑Imm的玄武巖纖維繩，浸泡此作為粘結(jié)劑，然后，采用IOOKpa的壓縮空氣吹掃，去除 多余的粘結(jié)劑；在室溫下約25°C，放置5h，纖維束完成固化。[0012]實(shí)施例2選取工業(yè)的7份酚醛樹脂，加入90份工業(yè)酒精作為溶劑，加入3份的丙三醇作為柔順 柔順劑，攪拌溶解，構(gòu)成粘結(jié)劑液體；采用市售單絲直徑20 μ m的纖維所制備的直徑Imm的 玄武巖纖維繩，浸泡此作為粘結(jié)劑，然后，采用IOOKpa的壓縮空氣吹掃，去除多余的粘結(jié) 劑；在室溫下約25°C，放置7h，纖維束完成固化。[0013]實(shí)施例3選取工業(yè)的10份酚醛樹脂，加入85份工業(yè)酒精作為溶劑，加入5份的丙三醇作為柔順 柔順劑，攪拌溶解，構(gòu)成粘結(jié)劑液體；采用市售的單絲直徑20 μ m的纖維所制備的直徑Imm 的玄武巖纖維繩，浸泡此作為粘結(jié)劑，然后，采用IOOKpa的壓縮空氣吹掃，去除多余的粘結(jié) 劑；在室溫下約25°C，放置8h，纖維束完成固化。[0014]實(shí)施例4如圖1所示，取一個(gè)長(zhǎng)度500mm的直徑為20mm的不銹鋼管，兩端架起，并固定；取沒經(jīng) 粘結(jié)劑固化處理的單絲直徑20 μ m的纖維制備的直徑Imm的玄武巖纖維繩,長(zhǎng)度1000mm, — 段固定上IOOg的砝碼，另一端手持，搭在不銹鋼管上，沿不銹鋼管徑向90度方向拉動(dòng)/滑 動(dòng)，即使砝碼自然下垂，然后再沿不銹鋼管90度方向拉動(dòng)/滑動(dòng)；循環(huán)往復(fù)；對(duì)于沒經(jīng)粘結(jié) 劑固化處理的玄武巖纖維繩，12個(gè)回合就發(fā)現(xiàn)玄武巖纖維繩明顯的拉毛，部分纖維斷；上 下26個(gè)回合，玄武巖纖維繩徹底斷裂。[0015]實(shí)施例5取實(shí)施例1中處理后的玄武巖纖維繩，重復(fù)實(shí)施例4的試驗(yàn)，40個(gè)回合，發(fā)現(xiàn)纖維束拉毛，70個(gè)回合纖維束斷。[0016]實(shí)施例6取實(shí)施例2中處理后的玄武巖纖維繩，重復(fù)實(shí)施例4的試驗(yàn)，56個(gè)回合，發(fā)現(xiàn)纖維束拉 毛，82個(gè)回合纖維束斷。[0017]實(shí)施例7取實(shí)施例3中處理后的玄武巖纖維繩，重復(fù)實(shí)施例4的試驗(yàn)，121個(gè)回合，發(fā)現(xiàn)纖維束拉 毛，178個(gè)回合纖維束斷。[0018]實(shí)施例8采用10份的酚醛樹脂，94份的工業(yè)酒精溶劑，以及5份的乙二醇，其中酚醛樹脂和工 業(yè)酒精溶劑能很好的相互溶解，配成粘結(jié)劑液體，浸泡玄武巖纖維束或繩，或者是把纖維束 從上述粘結(jié)劑的液體中穿過，然后，采用IOOKpa的壓縮空氣吹掃纖維束的表面，除去多余 的粘結(jié)劑液體，在2(T30°C室溫下，自然干燥8h，使其中的酒精溶劑揮發(fā)干凈，乙二醇?xì)埩?其中，微量酚醛樹脂就可以把纖維的細(xì)絲和細(xì)絲之間粘接在一起，即完成固化和強(qiáng)化處理； 理論上，酚醛樹脂的徹底固化需要在高于120°C的溫度下脫去分子中的水分，因此，如果采 用120°C的以上的高溫進(jìn)行固化也適合于本專利，但是，本發(fā)明是利用酚醛樹脂的溶液中的 酒精揮發(fā)之后所剩下的酚醛樹脂的部分粘結(jié)固化作用即可以滿足工藝過程中的抗折抗撓 的性能要求，為了節(jié)能，不用高溫烘烤固化工藝，室溫下讓酒精自然揮發(fā)；纖維束固化和強(qiáng) 化處理后，重點(diǎn)關(guān)注的不是抗拉強(qiáng)度的提高多少，而是編織中的抗折和抗撓的耐受性的改盡.口 ，本發(fā)明中所用的酚醛樹脂是廉價(jià)的工業(yè)產(chǎn)品，例如，牌號(hào)為C5和C9，常溫下硬質(zhì)塊狀 體，通常作為工業(yè)粘結(jié)劑的成份，來源廣泛；在本發(fā)明中采用10份酚醛樹脂和94份酒精溶 劑以及5份的乙二醇，在室溫下攪拌致互溶，酚醛樹脂的加量過少，粘結(jié)效果差，同樣，酚醛 樹脂的加量過多，線束處理后‘過硬’，或‘有脆性’，編織中存在柔韌性不足而出現(xiàn)斷線的問 題，事實(shí)上玄武巖纖維都是以‘捻后的細(xì)繩’銷售，過濃的粘結(jié)劑液體沒有必要；采用工業(yè)酒 精的目的是它和酚醛樹脂能充分溶解，可以充分稀釋酚醛樹脂的粘稠的膠液，更便于涂敷， 并且無毒，價(jià)格低；此外，本發(fā)明又特意加入了 5份的乙二醇，這種醇類能同乙醇以及酚醛 樹脂充分相溶解，沸點(diǎn)分別為197°C和291°C，在固化過程中不揮發(fā)，殘留在纖維束的內(nèi)部， 使所處理的纖維束保持一定柔順性，以便于滿足勾編過程中的180度的連續(xù)快速折彎走 線，乙二醇的加入量過少，無法改善柔順性，但是，加入量過多，例如，加入10份，纖維束的 粘結(jié)效果明顯降低。
【權(quán)利要求】
1.一種醛類樹脂強(qiáng)化的超細(xì)含氧無機(jī)纖維束的制備方法，其特征在于具體步驟如下: 按質(zhì)量份數(shù)由5~10份熱固性樹脂、85~94份的溶劑以及I飛份的柔順劑組成的液體在室溫下混合攪拌溶解后，將超細(xì)無機(jī)耐熱纖維束浸入液體中浸泡，時(shí)間10-30秒，然后采用 IOOKpa的壓縮空氣吹掃纖維束的表面，除去多余的粘結(jié)劑液體，在2(T30°C室溫下，自然干燥5~8h，即完成固化和強(qiáng)化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醛類樹脂強(qiáng)化的超細(xì)含氧無機(jī)纖維束的制備的方法，其特征在于所述的超細(xì)無機(jī)耐熱纖維束是單絲直徑3~20 μ m的纖維制備的直徑0.f 2mm的玄武巖纖維束或繩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醛類樹脂強(qiáng)化的超細(xì)含氧無機(jī)纖維束的制備的方法，其特征在于所述的熱固性樹脂為酚醛樹脂作為粘結(jié)劑，溶劑為工業(yè)酒精，柔順劑為乙二 醇或丙三醇中的一種。
【文檔編號(hào)】B01D39/02GK103599664SQ201310522909
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】張克金, 崔龍, 王金興, 韓金磊, 許德超, 安宇鵬, 鄭曉旭 申請(qǐng)人:中國(guó)第一汽車股份有限公司