專利名稱：一種環(huán)保功能卷材及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)保節(jié)能材料領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)保功能卷材的化學(xué)組成、制備工藝及其用途。
背景技術(shù)：
目前，大、中城市的汽車尾氣污染，已經(jīng)引起全社會的普遍關(guān)注。汽車尾氣污染環(huán)境的主要原因在于汽車燃油的不完全燃燒。在影響燃料燃燒的諸多因素中，供給汽車發(fā)動機的空氣質(zhì)量占有重要位置。即空氣中的氧氣分子、氮氣分子一般形成較大的分子團，這些大分子團阻礙了燃料和氧充分混合，使燃料還沒有機會和氧充分混合燃燒，就被迅速排到環(huán)境中，成為有害氣體的主要成分。
國際上已經(jīng)出現(xiàn)的提高燃料燃燒效率的相關(guān)技術(shù)，包括增氧燃燒技術(shù)、離子燃燒技術(shù)、射線活化技術(shù)等幾種類型。這些方法主要是通過物理或化學(xué)方法解決燃料的不完全燃燒問題。例如日本專利JP2238212號文獻，公開了一種內(nèi)燃機進氣處理方法及裝置，將產(chǎn)生遠紅外線的節(jié)能貼包裹在空氣濾清氣的進氣管和出氣管的外表面，活化空氣，促進燃燒。此技術(shù)產(chǎn)品使用時紅外線需要通過管壁，減弱了產(chǎn)品對空氣的活化效果。
日本專利JP2002310015號文獻，公開了一種空氣活化材料技術(shù)。它以電氣石、天然放射性稀土元素等礦物微粉制成空氣活化材料。該技術(shù)的放射性元素配方在制造和使用過程中會對人體及環(huán)境造成一定程度的危害。
美國專利USP20040056208A1號文獻，介紹了應(yīng)用同時可產(chǎn)生遠紅外線和負(fù)離子的材料技術(shù)，將其用于活化水、活化天然氣，促進燃氣燃燒，并制成了活化裝置。該裝置的核心材料主要采用生物陶瓷，以及氧化硅、氧化鋁等氧化物燒結(jié)成的陶瓷制品，工藝裝備復(fù)雜，成本較高，不便推廣。
美國專利USP4885065號文獻，涉及了產(chǎn)生電子、離子和中性粒子來改善或加強燃燒的反應(yīng)裝置；美國專利USP2005126550號文獻，介紹了用2.8-5.0kv的交流電產(chǎn)生臭氧和負(fù)離子進入內(nèi)燃機增進燃燒的技術(shù)。但它們均以大量消耗電能為代價，應(yīng)用受到極大限制。
中國實用新型專利(ZL02216771.4)公開了一種遠紅外線燃料激活裝置。該裝置包括主體和激活體。其中，主體設(shè)于燃料管路上，可供燃料于其中流過；激活體設(shè)于主體中，可供燃料直接流經(jīng)接觸，且該激活體由若干超細生化陶瓷顆粒構(gòu)成，能放射波長約3-20μm的遠紅外線活化燃料。但該技術(shù)中使用粒徑0.3μm以下的超細陶瓷顆粒為激活體，成本高，且再生困難，此裝置用于燃料活化時有一定效果，但未涉及空氣分子活化。
中國發(fā)明專利申請CN1587185A，公開了一種具有活化流體燃料分子及助燃功能的陶瓷材料及其制備方法和用途。該材料主要制成節(jié)能貼的形式，貼于汽車發(fā)動機進油管和進氣管外表面。此技術(shù)產(chǎn)品使用時紅外線需要通過管壁，減弱了紅外線對空氣的活化效果。
中國發(fā)明專利ZL02125487.7文獻，提供了一種多功能健康陶瓷材料及其制備方法和用途。該材料具有輻射超強遠紅外線、高效活化水、抗菌等健康功能，主要用于抗菌、活化水日用陶瓷、衛(wèi)生陶瓷等高檔陶瓷制品開發(fā)，以及促進種子發(fā)芽裝置等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計制造一種環(huán)保功能卷材，用于汽車及摩托車發(fā)動機空氣供給系統(tǒng)，具有環(huán)保、節(jié)油功能，使用方法簡單、操作方便，可以顯著降低汽車尾氣排污。
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的思路是從汽車發(fā)動機的空氣供給系統(tǒng)著手，通過氣體分子的活化技術(shù)來實現(xiàn)燃油的高效燃燒，促進燃燒完全，顯著降低汽車尾氣排污，具有環(huán)保、節(jié)油功能。
由燃燒原理可知，燃燒過程中，空氣或氧氣具有積極助燃作用?？諝庵械难醴肿又g、氧分子和氮分子之間的結(jié)合分布狀態(tài)，對燃燒過程影響巨大，進而影響燃料燃燒效率。事實上，空氣中氧氣約占21％，氮氣約占78％，水分子是變化最活躍的成分，而分子之間通過分子間力(范德華力)一般結(jié)合成分子團簇，團簇越小，越有利于燃料分子與氧分子結(jié)合，越有利于燃燒，即越有利于實現(xiàn)降低污染物排放，達到環(huán)保和節(jié)能的目標(biāo)。
根據(jù)量子力學(xué)中電子氣體理論模型計算，范德華力造成的電子電位約為0.06-0.2eV。由普朗克公式推導(dǎo)，光子動能的簡化公式為λ＝1.2398(eV·μm)/E式中λ是光子的波長，單位為μm；E則是光子的動能，單位為eV。
從以上公式可以算出波長在6.2-20μm之間遠紅外線光子的動能，可以提供足夠的能量來克服0.06-0.2eV的位能，使陷于范德華力場中的電子可以被共振激發(fā)而逃脫，因此，該段遠紅外射線可以克服范德華力而使空氣中的分子團細微化。
通過選用常溫高效輻射遠紅外陶瓷材料，輻射6.2-20μm波段遠紅外線，打散空氣中較大的氧分子團簇、氧分子和氮分子團簇、氧分子和水分子團簇，使其細微化，大分子團變小，成為小分子團或單個分子，脫離其它大分子團簇束縛的較小的氧分子團或氧分子，會有更多的機會和燃料結(jié)合，增加與燃料分子的碰撞幾率，即可促進燃燒，提高燃燒效率，減少一氧化碳產(chǎn)生，降低有害物排放。
據(jù)燃燒學(xué)原理，水分子在高溫下參與烴類燃燒，發(fā)生水煤氣反應(yīng)，促進碳和一氧化碳的燃燒；當(dāng)水參加燃燒后生成H、OH、H2和O等后，將使整個燃燒大大活化起來；水是含氧物質(zhì)，水參與燃燒起到加氧燃燒的作用，能使C、CO和HC充分燃燒。因此在水的作用下，將加速和完善整個燃燒過程。
空氣中水分子團簇的分子之間是以氫鍵結(jié)合，氫鍵比化學(xué)鍵弱，但比分子間作用力強。輻射遠紅外線的活化功能陶瓷材料，可使空氣中的水團簇細化，其原理是水團分子間的氫鍵的鍵能為18.83kJ·mol-1，其對應(yīng)光子能量為6.35μm，剛好在6.2-20μm波段遠紅外區(qū)域的光子能量之間，當(dāng)接受遠紅外輻射后容易形成共振，就可以把某些締合水分子的氫鍵打開而變成小的水分子團或單個水分子及空氣負(fù)離子，空氣負(fù)離子可促進燃燒。
燃油遠紅外活化技術(shù)，主要根據(jù)碳氫化合物分子中碳氫飽和共價鍵、非飽和的二價碳碳鍵(C＝C)與三價碳碳鍵(C≡C)，可以吸收波長3.2-6.2μm波段的光子，來激發(fā)燃料分子的鍵能，使其易于燃燒，進而提高燃燒效率。但此波段的遠紅外線恰恰也包括氮氣分子團簇的吸收帶(4.3μm)，活化燃料的同時也活化了氮氣分子，氮氣的活化會增加其同燃料競爭氧的能力，最終增加氮氧化物和一氧化碳的生成量；而氣體分子活化技術(shù)最重要是活化氧氣分子，使其脫離大分子團簇的束縛，氧分子在0.7-1.3μm的近紅外波段有吸收帶，活化材料的輻射波長要和氧分子的吸收波長相匹配。這就是燃料遠紅外活化技術(shù)和氣體活化技術(shù)的主要區(qū)別，因此活化氣體分子技術(shù)要求首先材料產(chǎn)生的輻射線要避開氮氣分子的吸收帶(4.3μm)，其次滿足氧分子對近紅外(0.7-1.3μm)的吸收要求，最后和燃油活化材料一樣要求活化材料在所需要的發(fā)射波段(0.7-1.3μm和6.2-20μm)有較高的發(fā)射率，來提供足夠的能量活化氣體分子。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的方案是環(huán)保功能卷材由多孔復(fù)合載體、遠紅外功能陶瓷粉體、粘合劑組成，經(jīng)過配料、混料、成型、涂覆、固化等工藝制成，安放在汽車空氣濾清器濾芯的前后。所述遠紅外功能陶瓷粉體的組分中含有輻射遠紅外線材料、粘結(jié)劑、鑭系或錒系元素的天然無機非金屬礦物材料，各組分的重量百分比為輻射遠紅外線材料60-90％，粘結(jié)劑5-30％，鑭系或錒系元素的天然無機非金屬礦物材料2-10％；所述多孔復(fù)合載體為碳氈、活性碳碳氈、高溫竹碳碳氈、有機纖維織品、多孔發(fā)泡樹脂等具有一定通透性的多孔材料；所述粘合劑為樹脂或橡膠；制備上述環(huán)保功能卷材含有如下步驟(1)首先將輻射遠紅外線材料60-90％、粘結(jié)劑5-30％、添加劑2-10％分別加入到球磨機中，然后按粉體總重量30-45％的比例加水，球磨至料漿細度400目以下，出料、成型，制成陶瓷球或陶瓷塊或陶瓷板的坯體，再將成型后的陶瓷球、陶瓷塊或陶瓷板的坯體烘干，600-1000℃燒結(jié)成型后出爐，冷卻至室溫，經(jīng)破碎、球磨、超細磨，制成平均粒徑小于4微米的遠紅外功能陶瓷粉體，優(yōu)選為0.1-2.0微米，主要考慮此粒徑范圍材料加工難度不大、成本較低，并且電氣石的紅外輻射率也較高。
(2)按重量百分比將3-50％的上述遠紅外功能陶瓷粉體徐徐加入到50-97％熔融的樹脂或橡膠中，充分?jǐn)嚢琛⒒旌暇鶆?，?00-500g/m2比例涂附在多孔復(fù)合載體表面，充分干燥固定，形成待用的環(huán)保功能卷材。
將所述環(huán)保功能卷材根據(jù)汽車空氣濾清器的尺寸剪裁成型并設(shè)置于汽車或摩托車發(fā)動機的空氣供給系統(tǒng)中。
所述空氣供給系統(tǒng)中的具體位置為空氣濾清器濾芯前面、空氣濾清器濾芯后面以及空氣濾清器濾芯前、后均安放。
環(huán)保功能卷材在汽車空氣濾清器中安放在汽車空氣濾清器濾芯后面時，需加裝網(wǎng)狀支撐物，以防氣流將其吹入發(fā)動機內(nèi)。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提供的環(huán)保功能卷材與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以顯著降低汽車尾氣排污，具有使用方法簡單、操作方便、高效環(huán)保等特點，并且成本低廉，便于實際推廣應(yīng)用。


圖1為環(huán)保功能卷材結(jié)構(gòu)及安裝于汽車的實施例一示意圖；圖2為圖1中A的局部放大示意圖；圖3為環(huán)保功能卷材結(jié)構(gòu)及安裝于汽車的實施例二示意圖；圖4為圖3中B的局部放大示意圖；圖5為環(huán)保功能卷材結(jié)構(gòu)及安裝于汽車的實施例三示意圖；圖6為圖5中C的局部放大示意圖；圖7為環(huán)保功能卷材結(jié)構(gòu)及安裝于摩托車的實施例四示意圖；圖8為圖7中D的局部放大示意圖。
圖中1.空氣濾清器 2.濾清器濾芯 3.濾芯前功能卷材 4.空氣濾清器進氣口 5.空氣濾清器出氣口 6.多孔復(fù)合載體 7.遠紅外功能陶瓷粉體涂層 8.網(wǎng)狀支撐物 9.濾芯后功能卷材。
具體實施例方式
實施例1設(shè)計用于汽車發(fā)動機系統(tǒng)用環(huán)保功能卷材，具體實施如下(1)按重量百分比將鎂電氣石60％、鋰電氣石15％、沸石10％、鉀長石10％、大理石斑巖5％分別加入到球磨機中，然后按粉體總重量38％的比例加水，球磨至料漿細度400目以下，出料，成型的陶瓷坯體烘干，650℃燒結(jié)成型后出爐，冷卻至室溫，經(jīng)破碎、球磨、超細磨，制成平均粒徑2微米的遠紅外功能陶瓷粉體。
(2)按重量百分比將上述遠紅外功能陶瓷粉體45％，徐徐加入到55％熔融的丙烯酸樹脂中，充分?jǐn)嚢?、混合均勻，?00g/m2的比例涂附在活性炭碳氈表面，待充分干燥固定，形成環(huán)保功能卷材。
(3)根據(jù)捷達汽車空氣濾清器的尺寸將環(huán)保功能卷材剪裁成型。
(4)如圖1所示，將剪裁成型的環(huán)保功能卷材安放在捷達汽車空氣濾清器中濾芯的前面，安放此卷材后，因材料在常溫下高效輻射紅外線，活化流經(jīng)的空氣中的分子，使分子團簇微細化，以使氧有充足的機會和燃料分子結(jié)合，促進燃燒，提高燃燒效率，減少一氧化碳產(chǎn)生，降低有害物排放，具有環(huán)保、節(jié)油功能。
檢測降低尾氣有害氣體含量及汽車油耗情況的實驗結(jié)果表明行車100千米后可以降低排放一氧化碳30.4％，碳氫化合物40.2％、氮氧化物20.3％(如表1所示)；節(jié)油12％，另外汽車的IV檔加速時間減少9％。
表1汽車尾氣排放情況對比實驗

實施例2設(shè)計用于汽車發(fā)動機系統(tǒng)用環(huán)保功能卷材，具體實施如下(1)按重量百分比將鐵電氣石65％、高齡土20％、海泡石10％、獨居石5％分別加入到球磨機中，然后按粉體總重量40％的比例加水，球磨至料漿細度300目以下，出料，成型的陶瓷坯體烘干，700℃燒結(jié)成型后出爐，冷卻至室溫，經(jīng)破碎、球磨、超細磨，制成平均粒徑1.8微米的遠紅外功能陶瓷粉體。
(2)按重量百分比將上述遠紅外功能陶瓷粉體30％，徐徐加入到70％熔融的丙烯酸樹脂中，充分?jǐn)嚢?、混合均勻，?50g/m2的比例涂附在羊毛纖維織品表面，待充分干燥固定后，形成待用的環(huán)保功能卷材。
(3)根據(jù)捷達汽車空氣濾清器的尺寸將上述環(huán)保功能卷材剪裁成型。
(4)如圖2所示，將剪裁成型的環(huán)保功能卷材安放在捷達汽車空氣濾清器中濾芯的后面，并用塑料網(wǎng)作支撐物，用以防止氣流將其吹入發(fā)動機內(nèi)。安放此卷材后，因材料在常溫下高效輻射紅外線，活化流經(jīng)的空氣中的分子，使分子團簇微細化，以使氧有充足的機會和燃料分子結(jié)合，促進燃燒，提高燃燒效率，減少一氧化碳產(chǎn)生，降低有害物排放，具有環(huán)保、節(jié)油功能。
檢測降低尾氣有害氣體含量及汽車油耗情況的實驗結(jié)果表明行車100千米后可以降低排放一氧化碳45.7％，碳氫化合物47.6％、氮氧化物39.7％(如表2所示)；節(jié)油13％，另外汽車的IV檔加速時間減少10％。
表2汽車尾氣排放情況對比實驗

實施例3如圖3所示，將實施例1和實施例2設(shè)計用于汽車發(fā)動機系統(tǒng)用環(huán)保功能卷材分別安放在捷達汽車空氣濾清器濾芯的前和后，檢測降低尾氣有害氣體含量及汽車油耗情況的實驗結(jié)果表明行車100千米后可以降低排放一氧化碳54.3％，碳氫化合物53.7％、氮氧化物38.3％(如表3所示)，節(jié)油18％。
表3汽車尾氣排放情況對比實驗

實施例4如圖4所示，將實施例1和實施例2設(shè)計制作的環(huán)保功能卷材分別安放在大運摩托車空氣濾清器濾芯的前和后，然后檢測降低尾氣有害氣體含量、摩托車油耗情況。實驗結(jié)果表明行車100千米后可以降低排放一氧化碳64.7％，碳氫化合物55.4％、氮氧化物32.3％(如表4所示)，節(jié)油23％。
表4摩托車尾氣排放情況對比實驗

權(quán)利要求
1.一種環(huán)保功能卷材，其特征在于該環(huán)保功能卷材由多孔復(fù)合載體、遠紅外功能陶瓷粉體、粘合劑組成；所述遠紅外功能陶瓷粉體的組分中含有輻射遠紅外線材料、粘結(jié)劑、鑭系或錒系元素的天然無機非金屬礦物材料，各組分的重量百分比為輻射遠紅外線材料60-90％，粘結(jié)劑5-30％，鑭系或錒系元素的天然無機非金屬礦物材料2-10％；所述多孔復(fù)合載體為碳氈、活性碳碳氈、高溫竹碳碳氈、有機纖維織品、多孔發(fā)泡樹脂等具有一定通透性的多孔材料；所述粘合劑為樹脂或橡膠；制備上述環(huán)保功能卷材含有如下步驟(1)首先將輻射遠紅外線材料60-90％、粘結(jié)劑5-30％、添加劑2-10％分別加入到球磨機中，然后按粉體總重量30-45％的比例加水，球磨至料漿細度400目以下，出料、成型，制成陶瓷球或陶瓷塊或陶瓷板的坯體，再將成型后的陶瓷球、陶瓷塊或陶瓷板的坯體烘干，600-1000℃燒結(jié)成型后出爐，冷卻至室溫，經(jīng)破碎、球磨、超細磨，制成平均粒徑小于4微米的遠紅外功能陶瓷粉體；(2)按重量百分比將3-50％的遠紅外功能陶瓷粉體徐徐加入到50-97％熔融的樹脂或橡膠中，充分?jǐn)嚢?、混合均勻，涂附在多孔?fù)合載體表面，充分干燥固定，形成卷材。
2.如權(quán)利要求1所述的環(huán)保功能卷材，其特征在于所述輻射遠紅外線材料為鐵電氣石、鎂電氣石、鐵鎂電氣石、鋰電氣石中的一種或幾種。
3.如權(quán)利要求1所述的環(huán)保功能卷材，其特征在于所述粘結(jié)劑為膨潤土、高嶺土、蘇州土、沸石、海泡石、凹凸棒石、硅輝石、鉀長石、鈉長石中的一種或幾種。
4.如權(quán)利要求1所述的環(huán)保功能卷材，其特征在于所述鑭系或錒系元素的天然無機非金屬礦物材料為含鈰、鑭、釹、磷、鋯、釔、硅的天然稀土礦物材料，主要為石英斑巖、大理石斑巖、玄武閃石、偉晶巖、花崗斑巖、花崗偉晶巖、獨居石、石英巖和磷酸鈰鑭礦石。
5.如權(quán)利要求1所述的環(huán)保功能卷材，其特征在于所制成的遠紅外功能陶瓷粉體的平均粒徑為0.1-2.0微米。
6.如權(quán)利要求1所述的環(huán)保功能卷材，其特征在于所述在多孔復(fù)合載體表面涂附比例為100-500g/m2。
7.如權(quán)利要求1所述環(huán)保功能卷材的用途，其特征在于將所述環(huán)保功能卷材根據(jù)汽車空氣濾清器的尺寸剪裁成型并設(shè)置于汽車或摩托車發(fā)動機的空氣供給系統(tǒng)中。
8.如權(quán)利要求7所述環(huán)保功能卷材的用途，其特征在于所述空氣供給系統(tǒng)中的具體位置為空氣濾清器濾芯前面、空氣濾清器濾芯后面以及空氣濾清器濾芯前、后均安放。
9.如權(quán)利要求7所述環(huán)保功能卷材的用途，其特征在于環(huán)保功能卷材在汽車空氣濾清器中安放在汽車空氣濾清器濾芯后面時，需加裝網(wǎng)狀支撐物，以防氣流將其吹入發(fā)動機內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車及摩托車發(fā)動機系統(tǒng)使用環(huán)保功能卷材的化學(xué)組成和制備工藝；該卷材由多孔復(fù)合載體、遠紅外功能陶瓷粉體、粘合劑經(jīng)過配料、混料、成型、涂覆、固化等工藝制成；所述多孔復(fù)合載體為碳氈、活性碳碳氈、高溫竹碳碳氈、有機纖維織品、多孔發(fā)泡樹脂等具有一定通透性的多孔材料；所述粘合劑為樹脂或橡膠。環(huán)保功能卷材主要用于汽車及摩托車發(fā)動機的空氣供給系統(tǒng)，使用本發(fā)明環(huán)保功能卷材后，可以顯著降低汽車尾氣排污，具有環(huán)保、節(jié)油功能，使用方法簡單、操作方便、高效環(huán)保等特點。
文檔編號C08K3/00GK101033298SQ20061005710
公開日2007年9月12日 申請日期2006年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月9日
發(fā)明者梁金生, 梁廣川, 丁燕, 朱東彬, 鄭淑芬 申請人:廊坊開發(fā)區(qū)深思博遠新材料技術(shù)有限公司, 河北工業(yè)大學(xué)