烴類樹脂強(qiáng)化的超細(xì)碳纖維束的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種烴類樹脂強(qiáng)化的超細(xì)碳纖維束的制備方法，其特征在于具體步驟如下：按質(zhì)量份數(shù)由10～15份熱固性樹脂，81～88份的溶劑以及2～4份的柔順劑組成粘結(jié)劑液體，經(jīng)攪拌溶解將碳纖維束或繩浸泡到粘結(jié)劑液體中，空氣吹掃多余的粘結(jié)劑液體后，室溫下放置6～8h，然后在烘箱中經(jīng)過50～60℃，再經(jīng)過2～4h固化處理固化處理。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，但是抗折抗撓性能指標(biāo)提高3～5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，工藝簡單，成本低廉，易于實現(xiàn)等特點。
【專利說明】烴類樹脂強(qiáng)化的超細(xì)碳纖維束的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種烴類樹脂強(qiáng)化的超細(xì)碳纖維束的制備方法，用于制備DOC，P0C,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。
【背景技術(shù)】
[0002]對于汽車行業(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2(T70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)動車的顆粒物排放中，主要分布在顆粒尺寸為2.5~IOiim的范圍內(nèi)，簡稱為PM2.5~PM10，這類顆粒對人類的危害對大，成為當(dāng)前汽車尾氣排放凈化處理的重點；最近開始實施的北京國5標(biāo)準(zhǔn)，不僅更嚴(yán)格的限制PM2.5~PMlO的排放數(shù)量，并規(guī)定了對所有的顆粒物個數(shù)PN的限制；可見，未來用于處理PM2.5~PMlO的后處理技術(shù)和裝備更加普遍；
目前，國內(nèi)外用于處理PM2.5~PMlO的都是采用DPF后處理器，這項技術(shù)被CORNING和NGK公司所壟斷，昂貴的價格將成為制約在國內(nèi)推廣使用的因素，未來也會面臨更多的市場和使用的問題；
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 u m,孔隙率40% ^50%,通道寬度2~3mm，壁厚0.30、.45mm ;新鮮DPF樣件對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，實現(xiàn)再生，理論上講，DPF可長期有效；
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)一個納米顆粒尺寸的微粒處于較高溫度條件下，熱振動頻率加快，布朗運動的軌跡更曲折，因而，增加了被截留的可能性；而電效應(yīng)是指運動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)計過濾器的宏觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)是重要的課題；對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，顆粒過濾器長度、通道數(shù)、通道寬度和壁厚決定了過濾器的長度和橫斷面積，它們不僅會影響到顆粒過濾器的整體性能；增大顆粒過濾器長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便等特點；上述特性的必須依靠載體新材料來實現(xiàn)；
專利號為CN201020287676.0的柴油發(fā)動機(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；專利號為CN200920053958.1的尾氣排放過濾器專利，是一個同心筒外包玻纖，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非常有挑戰(zhàn)的技術(shù)；
為面對未來更嚴(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烴類樹脂強(qiáng)化的超細(xì)碳纖維束的制備方法，把壓緊效應(yīng)、熱效應(yīng)和電效應(yīng)三種效應(yīng)發(fā)揮極致，其可以制備顆粒處理器載體的新材料，涂敷氧化型的催化劑后，使PM的去除效果最大化；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，但是抗折抗撓性能指標(biāo)提高3飛倍以上，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，工藝簡單，成本低廉，易于實現(xiàn)等特點。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:一種烴類樹脂強(qiáng)化的超細(xì)碳纖維束的制備方法，其特征在于具體步驟如下:按質(zhì)量份數(shù)由10-15份熱固性樹脂，8廣88份的溶劑以及2~4份的柔順劑組成粘結(jié) 劑液體，經(jīng)攪拌溶解將碳纖維束或繩浸泡到粘結(jié)劑液體中，空氣吹掃多余的粘結(jié)劑液體后，室溫下放置6~8h，然后在烘箱中經(jīng)過5(T60°C，再經(jīng)過2~4h固化處理固化處理。
[0006]所述的超細(xì)碳纖維束為1K~50K。
[0007]所述的熱固性樹脂為工業(yè)的C5或C9石油樹脂，溶劑為石油醚，柔順劑為-25#變壓器油。
[0008]本發(fā)明的積極效果是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，所制備的混絲網(wǎng)片，適合于顆粒處理的載體材料，滿足未來的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；具有很高的實用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明強(qiáng)化前的示意圖。
圖2為本發(fā)明強(qiáng)化后的示意圖。
【具體實施方式】
[0010]下面通過附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步描述，實施例為進(jìn)一步闡明本發(fā)明的特點，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)。
[0011]實施例1
如圖2所示，選取工業(yè)的10份工業(yè)的C5石油樹脂，加入88份工業(yè)石油醚作為溶劑，力口A 2份的-25#變壓器油作為柔順劑，攪拌溶解，構(gòu)成粘結(jié)劑液體；采用市售的IK的碳纖維束，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，先放置6h，然后移到50°C的烘箱內(nèi)，保溫4h，完成纖維束固化處理。
[0012]實施例2
選取工業(yè)的13份C5石油樹脂，加入84份工業(yè)石油醚作為溶劑，加入3份的-25#變壓器油作為柔順劑，攪拌溶解，構(gòu)成粘結(jié)劑液體；采用市售的IK的碳纖維束，浸泡此作為粘結(jié)齊U，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，先放置7h，然后移到55 °C的烘箱內(nèi)，保溫3h，完成纖維束固化處理。
[0013]實施例3
選取工業(yè)的15份C9石油樹脂，加入81份工業(yè)石油醚作為溶劑，加入4份的-25#變壓器油作為柔順劑，攪拌溶解，構(gòu)成粘結(jié)劑液體；采用市售的IK的碳纖維束，浸泡此作為粘結(jié)齊U，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，先放置8h，然后移到60°C的烘箱內(nèi)，保溫2h，完成纖維束固化處理。
[0014]實施例4
如圖1所示取一個長度500mm的直徑為20mm的不銹鋼管，兩端架起，并固定；取IK的沒經(jīng)粘結(jié)劑固化處理的碳纖維束，長度1000mm，一段固定上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/滑動，即使砝碼自然下垂，然后再沿不銹鋼管90度方向拉動/滑動；循環(huán)往復(fù)；對于沒經(jīng)粘結(jié)劑固化處理的IK碳纖維束，3個回合就發(fā)現(xiàn)纖維束明顯的拉毛，部分纖維斷；上下7個回合，碳纖維束徹底斷裂。
[0015]實施例5
取實施例1中處理后的碳纖維束,重復(fù)實施例4的試驗，19個回合，發(fā)現(xiàn)纖維束拉毛，28個回合纖維束斷。
[0016]實施例6
取實施例2中處理后的碳纖維束，重復(fù)實施例4的試驗，27個回合，發(fā)現(xiàn)纖維束拉毛，39個回合纖維束斷。
[0017]實施例7
取實施例3中處理后的碳纖維束，重復(fù)實施例4的試驗，52個回合，發(fā)現(xiàn)纖維束拉毛，77個回合纖維束斷。
[0018]采用的是超細(xì)無機(jī)耐熱碳纖維束，超細(xì)無機(jī)耐熱纖維束包括1k~50Κ的碳纖維束，單絲通常是5~20 μ m的絲徑，IK表示1000根這種絲所組成的纖維束，同理，50K表示50000根這種絲所組成的纖維束；碳纖維是一種新型材料，它具備類似金屬的導(dǎo)電性能，密度相當(dāng)于鋼材的1/4~1/5，復(fù)合后的抗拉強(qiáng)度是鋼材的7~10倍，達(dá)到3000Mpa以上，盡管這種新材料的抗拉強(qiáng)度非常高，但是，它比較脆，抗剪、抗折和抗撓強(qiáng)度較差，即使把這種纖維束擰成‘細(xì)繩’，仍不能改變它的上述缺點，這限值了它在某些場合的應(yīng)用，例如，為了改善載體材料對汽車排氣微粒的捕捉的效果，并降低載體的質(zhì)量和成本，采用工業(yè)的金屬纖維絲編織金屬絲網(wǎng)的設(shè)備，把這種碳纖維束和金屬纖維‘混合勾編’，組成復(fù)合纖維，由于在編織的過程中纖維要同編織設(shè)備的金屬導(dǎo)向模板以及金屬鉤針進(jìn)行較為劇烈的相互的折繞和滑動摩擦，普通的工業(yè)碳纖維束100%斷線，無法完成編織成‘網(wǎng)片’的過程；本發(fā)明采用10-15份的石油樹脂，88份的石油醚溶劑，以及2~4份的-25#工業(yè)變壓器油，其中，工業(yè)的C5或C9規(guī)格的石油樹脂和石油醚溶劑以及變壓器油能很好的相互溶解，攪拌即可配成粘結(jié)劑液體，浸泡該纖維束，或者是把纖維束從上述粘結(jié)劑的液體中穿過，然后，采用室溫的風(fēng)吹干纖維束的表面，纏繞成卷，在室溫下大約25°C放置6~8h，是多余的溶劑自然的揮發(fā)掉，然后放入50~60°C的烘箱中加熱2~4h，使其中的石油醚溶劑揮發(fā)干凈，而變壓器油不被揮發(fā)掉，微量石油樹脂就可以把纖維細(xì)絲和細(xì)絲之間粘接在一起，即完成固化和強(qiáng)化處理；纖維束固化和強(qiáng)化處理后，重點關(guān)注的不是抗拉強(qiáng)度的提高，而是編織中的抗折和抗撓的耐受性;
本發(fā)明中，所用的石油樹脂是廉價的工業(yè)產(chǎn)品，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，推薦采用10-15份石油樹脂和8廣88份石油醚溶劑在室溫下攪拌致互溶，石油樹脂的加量過少，粘結(jié)效果差，同樣，石油樹脂的加量過多，線束處理后‘過硬’，或‘有脆性’，仍不能滿足抗折和抗撓的耐受性改善的要求；此外，本發(fā)明又特意加入了 2~4份的-25#變壓器油，能同石油醚以及石油樹脂充分相溶解，閃點(閉口)大于130°C，實測沸點溫度大于160°C，在固化過程中不能揮發(fā)掉，殘存在纖維束的內(nèi)部，使所處理的纖維束保持一定柔順性，以便于滿足編織過程中的180度的連續(xù)快速折彎走線，變壓器油的加入量過少，無法改善柔順性，但是，加入量過多，例如，加入10份以上，纖維束的粘結(jié)效果降低；同理，也可以選用低粘度的其它礦物油來代替-25#變壓器油，相反，如采用高粘度的礦物油，殘存在纖維束的‘芯部’，后續(xù)工序的清洗困難；
在所有的工業(yè)粘結(jié)劑或熱固性樹脂中，也可以采用環(huán)氧樹脂雙組份膠作為粘結(jié)劑，例如，采用51份的環(huán)氧樹脂作為粘結(jié)劑，1~2份的低分子胺作為固化劑，1~3份丙酮作為稀釋劑，攪拌溶解配置成粘結(jié)劑的溶液，采用稀釋劑是為了調(diào)整粘結(jié)劑液體的粘度，使之快速均勻的滲透進(jìn)入纖維束的‘芯’，進(jìn)而完成纖維束的浸泡，風(fēng)吹干，然后在20~60°C的溫度下，2~6h固化處理；采用此粘結(jié)劑的缺點是低分子胺以及丙酮的氣味較大，更嚴(yán)重的是這種粘結(jié)劑處理的纖維束完成網(wǎng)片的編織后，后序工序必須采用溶劑‘浸泡’網(wǎng)片，去除纖維束上的粘結(jié)劑，使纖維束能在金屬絲的網(wǎng)片的‘網(wǎng)格’上自由分布，充分發(fā)揮其濾除PM的效果，顯而易見，環(huán)氧樹脂固化后較難采用溶劑進(jìn)行再脫出；
本發(fā)明的方法處理后的纖維束仍要保證一定的柔順性，如果硬度很高或完全的‘剛性’，很難折彎，無法完成編織操作；另外，在生產(chǎn)上，編織完成后的網(wǎng)片還要采用前述的溶劑洗滌一次，洗脫出固化的部分或全部粘結(jié)劑，即使是仍保留少量的粘結(jié)劑沒有洗滌出來，按照催化劑的工藝過程，需要在40(T500°C的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，這些‘有機(jī)的’粘結(jié)劑成份將碳化或燒去，不影響催化劑的性能，因此，常用的一些無機(jī)粘結(jié)劑顯然無法使用；而其它一些有機(jī)的粘結(jié)劑也能部分滿足該要求，例如，松香、桐油、高熔點的蠟、樹膠、瓊脂和明膠等等也能部分滿足要求。
【權(quán)利要求】
1.一種烴類樹脂強(qiáng)化的超細(xì)碳纖維束的制備方法，其特征在于具體步驟如下:按質(zhì)量份數(shù)由10-15份熱固性樹脂，88份的溶劑以及2~4份的柔順劑組成粘結(jié)劑液體，經(jīng)攪拌溶解將碳纖維束或繩浸泡到粘結(jié)劑液體中，空氣吹掃多余的粘結(jié)劑液體后，室溫下放置6~8h，然后在烘箱中經(jīng)過5(T60°C，再經(jīng)過2~4h固化處理固化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的烴類樹脂強(qiáng)化的超細(xì)碳纖維束的制備的方法，其特征在于所述的超細(xì)碳纖維束為1K~50Κ。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的烴類樹脂強(qiáng)化的超細(xì)碳纖維束的制備的方法，其特征在于所述的熱固性樹脂為工業(yè)的C5或C9石油樹脂，溶劑為石油醚，柔順劑為-25#變壓器油。
【文檔編號】B01D39/02GK103599665SQ201310523406
【公開日】2014年2月26日 申請日期: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 申請人:中國第一汽車股份有限公司