一種半通式蜂窩陶瓷顆粒物過濾器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種通式蜂窩陶瓷顆粒物過濾器及制備方法，過濾器，是一端交叉間隔堵孔、另一端不堵孔的蜂窩陶瓷。原料以質(zhì)量份的組成為：片狀高嶺土25～30，氧化鋁粉15～20，片狀滑石37～40，熔融石英粉6～10，造孔劑8～20，水溶性粘結(jié)劑3～10和適量的水；將原料充分機(jī)械混合、捏合，使之均勻；混合物在真空度為90～95KPa下通過真空練制2～3次后陳腐20～40h，得到塑性泥料；通過模具擠出得到一定規(guī)格的蜂窩陶瓷濕坯體；通過8～12Kw微波干燥2h、切割修整得到干坯體；通過程序升溫高溫下燒成得到半成品；再通過機(jī)械剝離掉坯體不規(guī)整外壁并重新植皮、微波干燥、單端交叉間隔堵孔、微波干燥后即得到成品。
【專利說明】
一種半通式蜂窩陶瓷顆粒物過濾器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種半通式蜂窩陶瓷顆粒物過濾器及其制備方法，屬于材料科學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]采用DOC(柴油氧化催化器)和DPF(柴油顆粒過濾器)技術(shù)結(jié)合，是當(dāng)前去除重型柴油車尾氣中顆粒物的最有效、成熟的方法，但由于DPF易堵塞和被動再生性差等原因，使它的應(yīng)用受到一定限制。
[0003]近年來開發(fā)的POC(顆粒氧化催化器)是一種將DOC技術(shù)與一種獨(dú)特過濾技術(shù)相結(jié)合的方法，該類過濾器比傳統(tǒng)的DPF背壓低，由于部分過濾作用和能被動再生(壁上的C顆粒物可通過尾氣中N02氧化成CO2，使過濾器得到再生)，可使尾氣中的顆粒物降低50 %?70%，該技術(shù)適合輕負(fù)荷條件和舊柴油機(jī)的排放。除此之外，該類過濾器不會積累大量的潤滑油灰燼，從而可以延長清潔維護(hù)周期。
[0004]目前有關(guān)POC技術(shù)的過濾器通常采用金屬網(wǎng)格、金屬纖維、泡沫陶瓷等形式，尚未見到半通式蜂窩陶瓷顆粒物過濾器的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是:提出一種半通式蜂窩陶瓷顆粒物過濾器，是一種一端交叉堵孔、另一端不堵孔的蜂窩陶瓷(結(jié)構(gòu)見圖1)。由于堵孔的攔截，開孔一端進(jìn)入氣流的一部分從多孔的蜂窩陶瓷壁上通過，使夾帶的顆粒在壁上沉積，起到了部分過濾顆粒物的作用(過濾原理見圖2)。另外，由于通氣背壓小，尾氣中NO2可以使以使沉積的C顆粒氧化成為CO2而使它再生，可以彌補(bǔ)DPF(柴油顆粒過濾器)被動再生能力差的缺陷。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:半通式蜂窩陶瓷顆粒物過濾器，是一種一端交叉間隔堵孔、另一端不堵孔的蜂窩陶瓷，孔密度為100?300孔/平方英寸，是柴油發(fā)凈化用顆粒過濾器。
[0007]所述的半通式蜂窩陶瓷顆粒物過濾器制備方法，原料組成為:片狀高嶺土25?30(質(zhì)量份，下同)，氧化鋁粉15?20，片狀滑石37?40，熔融石英粉6?10，造孔劑8?20，水溶性粘結(jié)劑3?10和適量的水;其制備工藝:將原料充分機(jī)械混合、捏合，使之均勻；混合物在真空度為90?95KPa下通過真空練制2?3次后陳腐20?40h，得到塑性泥料;通過模具擠出得到一定規(guī)格的蜂窩陶瓷濕坯體;通過8?12Kw微波干燥2h、切割修整得到干坯體;通過程序升溫高溫下燒成得到半成品;再通過機(jī)械剝離掉坯體不規(guī)整外壁并重新植皮、微波干燥、單端交叉間隔堵孔、微波干燥后即得到成品；所用原料的粒徑:片狀高嶺土 2?5μπι，氧化鋁粉3?6μηι，片狀滑石10?15μηι，恪融石英粉5?ΙΟμπι，造孔劑20?60μηι。
[0008]所用的造孔劑為天然纖維，或聚氯乙烯，或聚乙烯醇，或甲基丙烯酸甲酯，或淀粉等;所用水溶性粘結(jié)劑為羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素或淀粉等。
[0009]使用的擠壓模具孔密度為100?300孔/平方英寸，圓面外徑150mm?350mm，壓制的濕坯體為圓柱型。濕坯體干燥后的燒成程序:以10?20°C/min升溫至1000°C，然后以5?100C /min升溫至1360 °C?1420 °C，保溫3?6h，自然冷卻至100 °C以下，得到半成品。
[0010]將制得的半成品先用機(jī)械剝離掉坯體不規(guī)整外壁，然后以制得的塑性泥料在圓柱外側(cè)重新植皮，附著泥料的層厚度為I?2.5mm，微波干燥得到干還體。在干還體的一端面交叉間隔堵孔;先用薄膜粘貼于干坯體一端面上使之孔道封閉，再用激光開孔器在貼膜上交叉間隔開孔，然后制得的塑性泥料平鋪在干坯體貼膜上，塑性泥料厚度為5?12mm，再用擠壓機(jī)將泥料層壓入開孔內(nèi)使孔堵塞，移開貼膜及上附的泥料，薄膜未開孔處對應(yīng)的孔未被堵塞。再將坯體8?12Kw微波干燥2h，得到成品。
[0011]有益效果:(I)采用將蜂窩陶瓷一端交叉堵孔、另一端不堵孔的半通式顆粒物過濾器，一方面因?yàn)樗臉?gòu)造對顆粒物過濾率較高；另一方面由于通氣背壓小而有利于它的被動再生，可以彌補(bǔ)DPF(柴油顆粒過濾器)被動再生能力差的缺陷。(2)干坯體的不規(guī)整外壁剝離并重新植皮工藝一方面能確保干坯體的圓整度，另一方面經(jīng)植皮和交叉堵孔后的坯體只要微波干燥，不需要再高溫焙燒即為成品，因而節(jié)省能耗。(3)采用特定原料和比例(特別是造孔劑的量)，使產(chǎn)品具有堇青石質(zhì)，孔隙率高，微孔孔徑適度，微孔分布均勻，煙氣顆粒物的去除率較大等優(yōu)點(diǎn)。
[0012]本發(fā)明半通式蜂窩陶瓷顆粒物由于它的孔道壁具有多微孔性，可用于過濾柴油車尾氣中的顆粒物。另外，由于通氣背壓小，尾氣中NO2可使過濾的C顆粒氧化成為CO2而使它被動再生。主要性能指標(biāo)為:孔隙率為40%?65%，微孔平均孔徑為8?20μπι，壁厚0.25?
0.5111111，抗壓強(qiáng)度大于1810^，熱膨脹系數(shù)小于1.0\10—6/°(:，抗熱震性大于550°(:，煙氣中顆粒物的去除率50?70 %。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明半堵式蜂窩陶瓷過濾器端面孔道封阻圖；
[0014]圖2為半堵式蜂窩陶瓷過濾器工作原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]半通式蜂窩陶瓷顆粒物過濾器及其制備方法，(I)首先選擇合適的原料，包括高細(xì)度、高質(zhì)量和一定組分比例的片狀高嶺土，氧化鋁粉，片狀滑石，熔融石英粉，造孔劑，粘結(jié)劑和適量的水等；(2)然后采用特定的制備工藝，包括將原料充分機(jī)械混合、捏合，使之均勻;混合物經(jīng)過真空練制若干次后陳腐，得到塑性泥料;通過模具擠出得到一定規(guī)格尺寸的濕坯體;通過微波干燥、切割修整得到干坯體;通過程序升溫高溫下焙燒得到半成品；再通過機(jī)械去除不規(guī)整的坯體外壁和重新植皮、微波干燥、單端交叉間隔堵孔、微波干燥后即得到成品。
[0016]具體步驟如下:
[0017](I)原料準(zhǔn)備:先將平均粒徑2?5μπι的高嶺土 20?30份(質(zhì)量份，下同)，平均粒徑為10?15μπι的片狀滑石37?40份，平均粒徑3?6μπι的氧化鋁15?20份，平均粒徑5?ΙΟμ??的熔融石英粉6?ΙΟμπι，平均粒徑為20?60μπι的造孔劑顆粒(或天然纖維，或聚氯乙烯，或聚乙烯醇，或甲基丙烯酸甲酯，或淀粉等，高溫?zé)蓵r均能被燒掉)8?20份，水溶性粘結(jié)劑(或羥甲基纖維素，或羥乙基纖維素，或羥丙基甲基纖維素等)3?10份，水20?30份等。
[0018](2)原料處理:將原料按照質(zhì)量份充分機(jī)械混合、捏合，使之均勻，然后在真空度為90?95KPa下脫氣煉制2?3次，陳腐20?40h得到塑性泥料。
[0019](3)擠壓成型、制得半成品:所用模具的橫截面為圓形，圓面外徑為150mm?350mm，孔密度為100?300孔/平方英寸;泥料擠出后切割成一定長度的濕坯體，經(jīng)過8?12Kw微波干燥2h、切割修整得到干坯體;采用程序升溫法焙燒，以10?20°C/min升溫至1000°C，然后以5?10°C/min升溫至1360°C?1420°C，保溫3?6h，自然冷卻至100°C以下，得到半成品。
[0020](4)半成品外壁剝離并重新植皮:將半成品先用機(jī)械剝離掉坯體的不規(guī)整的外壁，然后以權(quán)利要求1制得的塑性泥料在圓柱外側(cè)重新植皮，附著泥料的層厚度為I?2.5mm，微波干燥。
[0021](5)最后在干坯體的一端面交叉間隔堵孔、微波干燥:先用薄膜粘貼于干坯體一端面上使之孔道封閉，再用激光開孔器在貼膜上交叉間隔開孔，然后將權(quán)利要求1制得的塑性泥料平鋪在干坯體貼膜上，厚度為5?12mm，再用擠壓機(jī)將泥料層壓入開孔內(nèi)使孔堵塞，移開貼膜及上附的泥料，薄膜未開孔處對應(yīng)的孔未被堵塞。再將坯體8?12Kw微波干燥2h，得到成品。
[0022](6)成品性能檢測:孔徑和孔隙率采用壓汞法測定;樣品的顆粒物過濾效率由國內(nèi)某汽車試驗(yàn)有限公司按照歐洲VERT方法測試;熱膨脹系數(shù)采用NETZSCH ?D11-402PC型熱膨脹系數(shù)檢測儀測定;抗壓強(qiáng)度采用YA-300型電液式壓力測試機(jī)測定;抗熱沖擊利用馬弗爐測定;壁厚用游標(biāo)卡尺測量。
[0023]實(shí)施例1:
[0024]先準(zhǔn)備平均粒徑3μπι的高嶺土27份(質(zhì)量份，下同)，平均粒徑為13μπι的片狀滑石39份，平均粒徑4μπι的氧化鋁16份，平均粒徑8μπι的熔融石英粉8份，平均粒徑為35μπι的造孔劑顆粒甲基丙烯酸甲酯12份，所用水溶性粘結(jié)劑為羥丙基甲基纖維素6份，水32份等原料。
[0025]然后將準(zhǔn)備的原料充分機(jī)械混合、捏合，使之均勻，再在真空度為95KPa下脫氣煉制3次，陳腐24h得到塑性泥料。
[0026]將塑性泥料通過模具機(jī)械擠壓機(jī)成圓柱形濕坯體，模具的橫截面為圓形，外徑為267mm，孔密度為300孔/平方英寸；切割濕坯體的長度為150mm，經(jīng)過1Kw微波干燥2h、再切割修整得到干坯體;采用程序升溫法焙燒，以15°C/min升溫至1000°C，然后以8°C/min升溫至1410°C，保溫5h，自然冷卻至100°C以下，得到半成品。
[0027]再將制得的半成品先用機(jī)械剝離掉坯體不規(guī)整的外邊，然后以權(quán)利要求1制得的塑性泥料在坯體外側(cè)重新植皮，泥料的層厚度為2_，微波干燥得到干坯體。
[0028]最后在干坯體的一端面交叉間隔堵孔:先用薄膜粘貼于干坯體一端面上使之孔道封閉，再用激光開孔器在貼膜上交叉間隔開孔，然后將權(quán)利要求1制得的塑性泥料平鋪在干坯體貼膜上，厚度為8mm，再用擠壓機(jī)將泥料層壓入開孔內(nèi)使孔堵塞，移開貼膜及上附的泥料，薄膜未開孔處對應(yīng)的孔未被堵塞。再將坯體1Kw微波干燥2h，得到成品。
[0029]按照【具體實(shí)施方式】中“成品的檢測”，得到制備樣品的性能指標(biāo)如下:
[0030]孔隙率為56%，微孔平均孔徑為16μπι，壁厚0.3111111，抗壓強(qiáng)度大于2010^，熱膨脹系數(shù)0.9X 10—V°C，抗熱震性大于560°C，煙氣中顆粒物的去除率65%。
[0031]實(shí)施例2:
[0032]將實(shí)施例1中造孔劑顆粒甲基丙烯酸甲酯的加入量從12份降低為6份，而其它原料加入量以及制備工藝都與實(shí)施例1相同，對制得的樣品檢測結(jié)果為:
[0033]外觀尺寸、壁厚等與實(shí)施例1樣品相同，但孔隙率為45%，微孔平均孔徑為9μπι，壁厚0.3mm，抗壓強(qiáng)度大于19MPa，熱膨脹系數(shù)1.0 X 10—6/°C，抗熱震性550 °C，煙氣中顆粒物的去除率50%。表明減少甲基丙烯酸甲酯的加入量對樣品的孔隙率、微孔平均孔徑等指標(biāo)都有一定下降，也造成了對顆粒物過濾率的降低。
[0034]實(shí)施例3:
[0035]將實(shí)施例1中造孔劑以淀粉取代甲基丙烯酸甲酯，它的加入量、其它原料及加入量、以及制備工藝都與實(shí)施例1相同，對制得的樣品檢測結(jié)果為:
[0036]外觀尺寸、壁厚等與實(shí)施例1樣品相同，但孔隙率為50%，微孔平均孔徑為Ι?μπι，壁厚0.3mm，抗壓強(qiáng)度19MPa，熱膨脹系數(shù)1.0 X 10—6/°C，抗熱震性560 V，煙氣中顆粒物的去除率55%。與實(shí)施例1樣品的測定結(jié)果相比，表明用淀粉為造孔劑的效果沒有甲基丙烯酸甲酯好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.半通式蜂窩陶瓷顆粒物過濾器，其特征是一種一端交叉間隔堵孔、另一端不堵孔的蜂窩陶瓷，孔密度為100?300孔/平方英寸，柴油發(fā)凈化用顆粒過濾器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半通式蜂窩陶瓷顆粒物過濾器制備方法，其特征是原料以質(zhì)量份的組成為:片狀高嶺土25?30，，氧化鋁粉15?20，片狀滑石37?40，熔融石英粉6?10，造孔劑8?20，水溶性粘結(jié)劑3?10和適量的水;其制備工藝:將原料充分機(jī)械混合、捏合，使之均勻；混合物在真空度為90?95KPa下通過真空練制2?3次后陳腐20?40h，得到塑性泥料;通過模具擠出得到一定規(guī)格的蜂窩陶瓷濕坯體;通過8?12Kw微波干燥2h、切割修整得到干坯體;通過程序升溫高溫下燒成得到半成品；再通過機(jī)械剝離掉坯體不規(guī)整外壁并重新植皮、微波干燥、單端交叉間隔堵孔、微波干燥后即得到成品;所用原料的粒徑:片狀高嶺土2?5μηι，氧化招粉3?6μηι，片狀滑石10?15μηι，恪融石英粉5?ΙΟμπι，造孔劑20?60μηι。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半通式蜂窩陶瓷顆粒物過濾器制備方法，其特征是所用的造孔劑為天然纖維，或聚氯乙烯，或聚乙烯醇，或甲基丙烯酸甲酯，或淀粉等;所用水溶性粘結(jié)劑為羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素等。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半通式蜂窩陶瓷顆粒物過濾器制備方法，其特征是使用的擠壓模具孔密度為100?300孔/平方英寸，圓面外徑150mm?350mm，壓制的濕還體為圓柱型。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半通式蜂窩陶瓷顆粒物過濾器制備方法，其特征是濕坯體的升溫?zé)沙绦?以10?20°C/min升溫至1000°C，然后以5?10°C/min升溫至1360°C?1420°C，保溫3?6h，自然冷卻至100°C以下，得到半成品。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半通式蜂窩陶瓷顆粒物過濾器制備方法，其特征是將制得的半成品先用機(jī)械剝離掉坯體不規(guī)整外壁，然后以制得的塑性泥料在圓柱外側(cè)重新植皮，附著泥料的層厚度為I?2.5mm，微波干燥得到干坯體。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半通式蜂窩陶瓷顆粒物過濾器制備方法，其特征是在干坯體的一端面交叉間隔堵孔;先用薄膜粘貼于干坯體一端面上使之孔道封閉，再用激光開孔器在貼膜上交叉間隔開孔，然后制得的塑性泥料平鋪在干坯體貼膜上，塑性泥料厚度為5?12_，再用擠壓機(jī)將泥料層壓入開孔內(nèi)使孔堵塞，移開貼膜及上附的泥料，薄膜未開孔處對應(yīng)的孔未被堵塞;再將坯體8?12Kw微波干燥1-3h，得到成品坯體。
【文檔編號】C04B38/00GK105833620SQ201610258086
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】孔秋明, 陳明祥, 孔德雙, 谷昌軍, 孔亮明, 孔令仁
【申請人】南京柯瑞特種陶瓷股份有限公司