專利名稱：紙質(zhì)的低背壓后處理載體單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紙質(zhì)的低背壓后處理載體単元，應(yīng)用于汽車尾氣的DOC、SCR、DPF或POC后處理行業(yè)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，全球面臨能源和環(huán)境的綜合挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)汽車的排放達(dá)標(biāo)的技術(shù)手段選擇方面，人們?nèi)匀幻媾R不少的難題，例如，如何選擇后處理的載體和催化劑等方面。面對環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，對微粒的限制越來越嚴(yán)格，從PM2. 5 PMlO的顆粒物的存在引起社會的廣泛的重視；PM2. 5是指大氣中直徑小于或等于2. 5微米的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物，它的直徑還不到人的頭發(fā)絲粗細(xì)的1/20 ;同理，PMlO指直徑大于2. 5微米、 等于或小于10微米，可以進(jìn)入人的呼吸系統(tǒng)的顆粒物；對于如何處理這些微粒，國外的技術(shù)措施是采用DPF過濾器；DPF過濾器可以直接濾除90%的顆粒物，包括上述兩種微粒；但是DPF的價(jià)格昂貴，推廣使用的難度較大。因此，具備這種功能的載體的開發(fā)意義重大。整體上來講，后處理載體是構(gòu)成車用后處理平臺的關(guān)鍵因素，截止到目前為止，在后處理載體方面絕大多數(shù)是進(jìn)ロ的陶瓷載體，這種陶瓷載體的機(jī)械強(qiáng)度稍差，不太適應(yīng)于中國的實(shí)際情況；同樣，ー些特殊結(jié)構(gòu)的成熟的金屬載體也是被國外的技術(shù)和專利壟斷，成為制約中國后處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。因此，如何獲得低成本和高性能的后處理載體一直是推進(jìn)該領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步的核心內(nèi)容。根據(jù)車用后處理器的使用エ況，以及對載體的綜合技術(shù)要求，金屬蜂窩、金屬泡沫、金屬絲網(wǎng)、金屬纖維和無機(jī)纖維也是載體材料的不錯(cuò)的選項(xiàng)。后處理所用的陶瓷載體，通常都是采用專用的金屬陶瓷的3M襯墊‘包括’住載體，并把載體和殼體封裝固定在一起，滿足車輛的冷態(tài)和熱態(tài)的抗振動要求，但是，一方面材料的成本較高，另ー方面封裝必須采用機(jī)器人生產(chǎn)線，影響產(chǎn)品的競爭力。而上述所用的金屬載體單元，在封裝時(shí)就不使用這種金屬陶瓷的3M襯墊。這里，并不是說金屬材質(zhì)的載體的封裝就沒有一點(diǎn)問題，相反，要滿足車輛的冷態(tài)和熱態(tài)的抗振動要求也必須采取多種技術(shù)措施；例如，可以把柱狀的金屬材質(zhì)的載體整體在真空釬焊爐內(nèi)進(jìn)行釬焊處理，此エ藝，雖然能很好的解決載體単元的強(qiáng)度問題，但是，設(shè)備成本和生產(chǎn)エ藝的成本高昂，也完全不符合低碳節(jié)能環(huán)保的緑色エ藝過程的特點(diǎn)；也可以把柱狀的金屬材質(zhì)的載體兩端加裝支撐結(jié)構(gòu)，也可以在柱狀的金屬材質(zhì)的載體之間‘橫穿加強(qiáng)筋’等等，這些措施都改變了載體的最基本的氣流場的分布均勻性，結(jié)果是‘局部受カ不均’，在通過GB或HJ振動試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生位移等形式的損害。同樣，市場上已經(jīng)有各類金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的金屬載體出現(xiàn)，但是，對這類樣件在規(guī)定的50(Tl000h的臺架老化試驗(yàn)中存在不同程度的堵塞問題，實(shí)測樣件的背壓指標(biāo)檢測大于15kPa，最高達(dá)到23kPa，背壓較高時(shí)將導(dǎo)致車輛燃油經(jīng)濟(jì)性變差，出現(xiàn)這些堵塞問題的原因歸結(jié)到底是這類載體的宏觀結(jié)果和微觀結(jié)構(gòu)的匹配存在問題，也就是在增加過濾面積(濾床體積)的同時(shí)應(yīng)該優(yōu)化氣流通道；
在中國專利信息平臺，以‘后處理載體封裝’、‘后處理殼體封裝’和‘殼體封裝’進(jìn)行檢索，申請(專利)號為CN201010522911. 2的‘ー種尾氣凈化用金屬載體及其加工方法’的專利是卷繞而成的波片和平片通過耐高溫的黏膠連接的方法；申請(專利)號為CN200510024944. 3的‘汽車尾氣凈化器催化劑金屬載體及其制備方法’的專利是泡沫金屬的結(jié)構(gòu)；申請(專利)號為CN200910262284. O的‘尾氣浄化器用金屬載體’的專利是ー種多層交替疊合的U型平 板及U型波形板構(gòu)成；申請(專利)號為CN200910177855. O的‘ー種耐高溫的金屬載體’的專利是外殼內(nèi)壁涂布鎳基釬焊粉及粘結(jié)劑進(jìn)行高溫焊接制作金屬載體；申請(專利)號為CN201110048031. O的‘ー種用于固定源尾氣脫硝的蜂窩狀金屬絲網(wǎng)催化劑及制備’的專利是蜂窩狀金屬載體的催化劑的制備；申請(專利)號為CN98125354. 7的‘催化劑用金屬載體’的專利是具有一個(gè)呈圓筒形并含有多個(gè)沿軸線方向延伸的通氣孔的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體；申請(專利)號為CN200710010359. 7的‘ー種具有氧化鋁涂層的蜂窩狀金屬絲網(wǎng)載體及其制備方法’的專利是將多個(gè)平板狀和多個(gè)瓦楞狀金屬絲網(wǎng)加工制成帶有涂層的蜂窩狀金屬絲網(wǎng)載體；申請(專利)號為CN200720088652. O的‘機(jī)動車三元催化凈化器金屬載體的波紋帶及其金屬載體’的專利是由多層波紋帶與平板帶的疊合層卷制焊接成的蜂窩狀柱體；申請(專利)號為CN201020206068. 2的‘孔網(wǎng)式催化轉(zhuǎn)化器’的專利是由孔網(wǎng)式金屬載體是由多條金屬波紋網(wǎng)帶交叉重疊或由多條金屬波紋網(wǎng)帶與金屬平板網(wǎng)帶交叉重疊組成；申請(專利)號為CN201020532458. 9的‘ー種摩托車的尾氣凈化金屬載體’的專利是多個(gè)呈直通孔狀結(jié)構(gòu)的過濾孔，過濾孔內(nèi)間隔設(shè)置有若干起阻流作用的徑向波紋的蜂窩載體；分析認(rèn)為上述專利于本發(fā)明沒有近似性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種紙質(zhì)的低背壓后處理載體単元，其對現(xiàn)有的后處理載體的性能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，降低了堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，増加了振動試驗(yàn)通過的幾率，具備實(shí)用性和先進(jìn)性。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種紙質(zhì)的低背壓后處理載體単元，其特征在于エ藝方法如下采用寬度為Dl=15(T500mm，長度為L=400(T9000mm，厚度為d3=0. 5 5mm的無機(jī)耐熱纖維紙作為過濾基片，在過濾基片上縫制一條直徑為D2=f IOmm的纖維紙繩，將縫有纖維紙繩的過濾基片平鋪后，噴涂強(qiáng)化液一次，用壓縮空氣吹掃紙的兩面，去除多余的液體，采用5(T80°C的熱風(fēng)槍吹干，之后將經(jīng)過強(qiáng)化液處理后的過濾基片卷繞成載體單元芯，再用強(qiáng)化液均勻的涂抹載體単元芯的外部，然后放入殼體內(nèi)，兩端各用齒板擋條焊接固定；再移入高溫爐中200°C溫度下保溫2h，冷卻到室溫即可。所述的無機(jī)耐熱纖維紙的分布由D來控制，D= (1/200^1/600) XL0所述的纖維紙繩按照正弦形狀縫制在過濾基片上，采用エ業(yè)縫紉機(jī)和碳纖維線縫制，碳纖維線的規(guī)格1ΙΓ6Κ，K代表1000根碳纖維單絲組合而成的束絲。所述的強(qiáng)化液按重量份數(shù)采用35份的エ業(yè)球粘土、10份的エ業(yè)酒精、54. 9去離子水以及O. I份的エ業(yè)的氧化鎂混合物組成液體，經(jīng)過球磨30min，成為ー種膠體懸浮液體。所述的載體單元封裝在厚度為I. 5mm的SUS304不銹鋼殼體內(nèi)。所述的纖維紙的繩可以是窄條的纖維紙的紙板。
所述的纖維紙的繩縫制在過濾基片上呈正弦對稱分布或非正弦形狀的其它形狀。本發(fā)明的積極效果是通過對卷繞前的濾片進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，發(fā)明了金屬繩支撐的‘濾片単元’，在載體宏觀規(guī)整的前提下，營造圍觀的不規(guī)整，使卷繞后的載體存在豐富的‘契型空間’，増加了氣體濾過的面積，減少了被堵塞可能，在使用中具有積極意義；其根據(jù)實(shí)際車輛發(fā)動機(jī)的實(shí)際排量，從輕型車到重型車，后處理器載體的體積為3 40L之間。


圖I是本發(fā)明的過濾基片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的縫制纖維紙繩的過濾基片的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的卷繞后的樣件示意圖。
具體實(shí)施例方式 下面通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)ー步描述，實(shí)施例為進(jìn)ー步闡明本發(fā)明的特點(diǎn)，不等同于限制本發(fā)明，對于本領(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)。實(shí)施例I
取d3=0. 5mm的硅酸鋁纖維紙，長度L=6000mm，寬度Dl=300mm作為濾片；取D=l/300XL=20mm,即在每20mm的長度上分布ー個(gè)正弦線，共300個(gè)正弦線分布，采用市售的3K碳纖維細(xì)線，利用エ業(yè)縫紉機(jī)縫制一條直徑I. 5mm耐熱纖維線繩，使濾片和纖維紙繩成為一體；消耗纖維紙繩約190000mm，剪掉多余的耐熱纖維繩，完成纖維紙過濾基片的制作；
實(shí)施例2
采用35份的エ業(yè)球粘土、10份的エ業(yè)酒精、54. 5去離子水以及O. 5份的エ業(yè)的氧化鎂混合物組成液體，經(jīng)過球磨30min，成為ー種膠體懸浮液體；把纖維紙過濾基片平鋪，采用噴槍噴涂實(shí)施例I配制的強(qiáng)化液一次，用壓縮空氣吹掃紙的兩面，去除多余的液體；采用5(T80°C的熱風(fēng)槍從一端到另一端均勻的吹干；測量單位面積上噴涂前后的增重為780g/
m2o實(shí)施例3
把縫制后并噴涂強(qiáng)化液體的過濾基片沿一端手工卷繞，制成車用紙質(zhì)的尾氣后處理用載體單元的芯；
實(shí)施例4
采用厚度為I. 5mm的SUS304不銹鋼板作為殼體板，氬弧焊接制備出內(nèi)徑為300mm，高度為340_筒狀殼體，在實(shí)施例3制備的載體芯入殼之前，采用實(shí)施例2制備的強(qiáng)化液體均勻的涂抹載體芯的外部，然后入殼，兩端各用齒板擋條焊接固定；再移入高溫爐中200°C溫度下保溫2h，冷卻到室溫，完成了后處理載體単元的制備；
按照GB/T 18377-2001《汽油車用催化轉(zhuǎn)化器的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法》規(guī)定的試驗(yàn)方法和設(shè)備，采用型號為FAW-DHX-03的載體和后處理器的軸向位移試驗(yàn)臺，把實(shí)施例中所制備的載體軸向放置于試驗(yàn)臺上，壓頭直徑200mm，壓頭作用力5kN，測量試驗(yàn)后載體的位移為0，氣孔無壓潰現(xiàn)象；安裝在試驗(yàn)臺架上測試其背壓峰值為llKpa。本發(fā)明的過濾基片的材料是經(jīng)過強(qiáng)化的無機(jī)纖維紙，這種材料在市場上作為普通的商品很容易獲得，同樣碳纖維線和纖維紙繩也有商品供應(yīng)，例如，這些市售的無機(jī)耐熱纖維紙的材質(zhì)都是無機(jī)氧化鋁纖維或硅酸鋁纖維以及鈦酸鋁纖維為主要成分；本發(fā)明的耐高溫紙采購商品化的硅酸鋁纖維紙，牌號為GLGW-83，厚度d3=0. 3^5mm,寬度為300mm，成卷的紙，長度不限，體積密度約為210kg/m3 ；
本發(fā)明的一種紙質(zhì)的高強(qiáng)度后處理載體單元，過濾片的Dl=15(T500mm，L=4000^9000mm,以及厚度為d3=0. 3^5mm是考慮到本發(fā)明所形成的產(chǎn)品可以覆蓋從輕型車到重型車的完整產(chǎn)品線；
同樣，本發(fā)明的一種紙質(zhì)的尾氣后處理用載體単元，為提高載體的強(qiáng)度，卷繞前首先對濾片上的正弦線分布的耐熱纖維紙繩，也可以用該材料的窄條的紙板進(jìn)行縫制，由于這種纖維紙強(qiáng)化之前是柔軟的紙狀，因此縫制是采用エ業(yè)縫紉機(jī)完成操作；進(jìn)行縫制的目的是增強(qiáng)載體的整體強(qiáng)度，避免發(fā)動機(jī)熱氣流的吹掃對載體局部和整體的影響；縫紉時(shí)采用エ業(yè)的碳纖維細(xì)線，這種細(xì)線的強(qiáng)度達(dá)到2 7GPa，可以承受1000°C以上的溫度環(huán)境，完全可 以滿足車載后處理工作條件，碳纖維細(xì)線相應(yīng)的エ業(yè)商品的規(guī)格為1ΙΓ320Κ (K代表1000根碳纖維單絲組合而成的束絲)，本發(fā)明使用的f6K的碳纖維線，盡管這種碳纖維線價(jià)格較高，但是在本發(fā)明中的使用量很少，相應(yīng)的對成本的影響也就較??；本發(fā)明所用的縫制線不能采用普通的線棉線或尼龍線，因?yàn)檫@些線在高溫下迅速的被燒卻；也不推薦采用金屬細(xì)線，因?yàn)?，金屬線同纖維紙是不同性質(zhì)的材料，相容性不好；
本發(fā)明所述的耐熱纖維紙繩直徑為D2=f 10mm，或是寬度和高度均為D2=f IOmm的耐熱纖維紙板，完成縫制后使片層之間結(jié)合在一起，使之成為規(guī)整的濾片；所采用的纖維紙繩或纖維紙板，以一定現(xiàn)狀分布在兩個(gè)纖維紙濾片的之間，即起到支撐的作用，借助于它的作用，在濾片之間形成微隙，這些微隙可以讓尾氣的氣流通過，但是由于不是直通孔，濾片就把尾氣中的PM截留下來，在濾片上的催化劑的作用下被除去；為保證載體單元的強(qiáng)度，本發(fā)明的繩的擺放是正弦分布，有時(shí)，在張緊カ的作用下也可能變成類似正弦，當(dāng)然，也可以是其它尖角分布的形狀，這在本領(lǐng)域的技術(shù)人員都可以實(shí)現(xiàn)，如圖I所示；繩的直徑選為D2=l"10mm,當(dāng)D2太小時(shí),在卷制壓力的作用下,微隙可能太小，甚至消失；相反，當(dāng)D2過大時(shí)，微隙的空間足夠大，但是使整個(gè)載體的有效過濾體積(面積)縮小，無法實(shí)現(xiàn)最佳效果，特備是對于纖維紙這種濾片D2過大時(shí)載體整體徑向和軸向的強(qiáng)度降低；D2直徑較小可以制備過濾隙較小的精細(xì)載體単元，相反，D2較大時(shí)可以制備過濾隙較大的一般精度的載體単元；本發(fā)明的繩不能采用其它的‘實(shí)心’的金屬絲替代；
本發(fā)明的ー組耐熱纖維紙繩的分布由D來控制，本發(fā)明的D=(l/10(Tl/600)XL，其中，當(dāng)D增大時(shí)，即正弦線分布減少,例如D=I/100 X L=60mm,此時(shí),僅僅分布10個(gè)以下的正弦形狀，因此，如果D過大，環(huán)繞后很難形成均勻的契型氣隙，因此，本發(fā)明的D最小為長度L的1/600，即當(dāng)長度為6000mm時(shí)，D=IOmm,即最少分布600個(gè)契型氣隙，顯然，氣隙過多，例如，超過600個(gè)以上吋，不僅生產(chǎn)エ藝復(fù)雜,效率低下,可能會大大增加載體的質(zhì)量,影響成本；本發(fā)明的載體所用的濾片是采用了強(qiáng)化技術(shù)，其本質(zhì)是采用35份的エ業(yè)球粘土、10份的エ業(yè)酒精、54. 5去離子水以及O. 5份的エ業(yè)的氧化鎂混合物組成強(qiáng)化液體，經(jīng)過球磨30min，成為ー種膠體懸浮液體；エ業(yè)球粘土是ー種優(yōu)質(zhì)的無機(jī)粘結(jié)劑，能在水中進(jìn)行良好的分散，加入氧化鎂之后使纖維紙的機(jī)械強(qiáng)度提高4倍，而加入酒精的目的是改善該強(qiáng)化液體在纖維紙上的潤濕和鋪展效果，球磨的目的是使大的球粘土顆粒細(xì)化；把纖維紙濾片平鋪，噴槍噴涂該液體一次，用壓縮空氣吹掃紙的兩面，去除多余的液體；采用5(T80°C的熱風(fēng)槍從一端到另一端吹干；采用這種物理和化學(xué)的增強(qiáng)技術(shù)，在保持纖維紙多孔特性等優(yōu)點(diǎn)的前提下，使纖維的絲和絲之間交聯(lián)的部位粘接為一體，使碳纖維線和無機(jī)纖維紙更好地結(jié)合為一體，因此，提高濾片紙的機(jī)械強(qiáng)度，滿足后處理器的應(yīng)用條件；
把縫制后并噴涂強(qiáng)化液體的濾片一端開始卷繞，制成車用紙質(zhì)的尾氣后處理用載體單元芯；
本發(fā)明的載體芯采用厚度為I. 5mm的SUS304不銹鋼殼體封裝成載體單元；
按照本發(fā)明制作的載體單元，這樣，不論進(jìn)ロ端或出口端都分布許多個(gè)均勻分布的契型緩沖空間，尾氣只能通過濾片的本體進(jìn)行過濾，不存在直通孔隙，該結(jié)構(gòu)在不降低過濾效 果的情況下降低背壓，延長更換和維修間隔，因此，作為后處理載體，該產(chǎn)品可以用作DOC、POC和SCR的載體。
權(quán)利要求
1.一種紙質(zhì)的低背壓后處理載體單元，其特征在于工藝方法如下采用寬度為Dl=15(T500mm，長度為L=400(T9000mm，厚度為d3=0. 5 5mm的無機(jī)耐熱纖維紙作為過濾基片，在過濾基片上縫制一條直徑為D2=f IOmm的纖維紙繩，將縫有纖維紙繩的過濾基片平鋪后，噴涂強(qiáng)化液一次，用壓縮空氣吹掃紙的兩面，去除多余的液體，采用5(T80°C的熱風(fēng)槍吹干，之后將經(jīng)過強(qiáng)化液處理后的過濾基片卷繞成載體單元芯，再用強(qiáng)化液均勻的涂抹載體單元芯的外部，然后放入殼體內(nèi)，兩端各用齒板擋條焊接固定；再移入高溫爐中200°C溫度下保溫2h，冷卻到室溫即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種紙質(zhì)的低背壓后處理載體單元，其特征在于所述的無機(jī)耐熱纖維紙的分布由D來控制，D= (1/200^1/600) XL。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種紙質(zhì)的高強(qiáng)度后處理載體單元，其特征在于所述的纖維紙繩按照正弦形狀縫制在過濾基片上，采用工業(yè)縫紉機(jī)和碳纖維線縫制，碳纖維線的規(guī)格1K 6K，K代表1000根碳纖維單絲組合而成的束絲。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種紙質(zhì)的高強(qiáng)度后處理載體單元，其特征在于所述的強(qiáng)化液按重量份數(shù)采用35份的工業(yè)球粘土、10份的工業(yè)酒精、54. 9去離子水以及0. I份的工業(yè)的氧化鎂混合物組成液體，經(jīng)過球磨30min，成為一種膠體懸浮液體。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種紙質(zhì)的高強(qiáng)度后處理載體單元，其特征在于所述的載體單元芯封裝在厚度為I. 5mm的SUS304不銹鋼殼體內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種紙質(zhì)的高強(qiáng)度后處理金屬載體單元，其特征在于所述的纖維紙的繩可以是窄條的纖維紙的紙板。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種紙質(zhì)的高強(qiáng)度后處理金屬載體單元，其特征在于所述的纖維紙的繩縫制在過濾基片上呈正弦對稱分布或非正弦形狀的形狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種紙質(zhì)的低背壓后處理載體單元，其特征在于工藝方法如下采用無機(jī)耐熱纖維紙作為過濾基片，在過濾基片上縫制一條纖維紙繩，將縫有纖維紙繩的過濾基片平鋪后，噴涂強(qiáng)化液一次，用壓縮空氣吹掃紙的兩面，去除多余的液體，采用50~80℃的熱風(fēng)槍吹干，之后將經(jīng)過強(qiáng)化液處理后的過濾基片卷繞成載體單元芯，再用強(qiáng)化液均勻的涂抹載體單元芯的外部，然后放入殼體內(nèi)，兩端各用齒板擋條焊接固定；再移入高溫爐中200℃溫度下保溫2h，冷卻到室溫即可。其在不降低過濾效果的情況下降低背壓，延長更換和維修間隔，因此，作為后處理載體，該產(chǎn)品可以用作DOC、POC、DPF和SCR的載體，具有一定的實(shí)際意義和較高的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號F01N3/022GK102733896SQ20121023884
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者劉忠政, 孫國靜, 崔龍, 張克金, 張喆, 米新艷, 鄭曉旭, 陳慧明, 魏傳盟 申請人:中國第一汽車股份有限公司